Un equipo de científicos del Instituto de Investigación de Química (RIC) de la Universidad RUDN y colegas de los principales centros científicos han creado un nuevo catalizador, una sustancia que activa los procesos de oxidación en los componentes de baja reactividad del petróleo y el gas. El nuevo método de procesamiento de hidrocarburos producirá de manera eficiente sustancias orgánicas valiosas, tales como ácidos y alcoholes, utilizando una reacción que requiere solo un calentamiento menor y no aumenta la presión. Los resultados del trabajo del equipo se publicaron en el Journal of Organometallic Chemistry.
"Los catalizadores que hemos creado contienen silicio (o germanio) y metal (cobre, hierro, cobalto, etc.). Pueden romper fácilmente los enlaces entre átomos de carbono e hidrógeno tanto en hidrocarburos saturados como insaturados (los componentes principales de petróleo y gas) y convertirlos en productos valiosos: alcoholes, ácidos y éteres. Este es un tema de actualidad: algunos trabajos sobre la activación de enlaces carbono-hidrógeno fueron preseleccionados para el Premio Nobel de Química 2017 ", dice Alexey Bilyachenko, uno de los coautores del trabajo.
En el curso de su trabajo, los investigadores aplicaron métodos sintéticos usando las capacidades del silicio orgánico y derivados de germanio para formar estructuras tridimensionales inusuales que incorporan átomos de diferentes metales. Estos compuestos estructurales son solubles en disolventes orgánicos que aumentan la actividad de una partícula catalítica. Además, la estructura de la matriz determina la dirección del ataque del "catalizador" (por ejemplo, la oxidación de una molécula orgánica está dirigida a ciertas posiciones de una molécula de reactivo).
Los catalizadores descritos en el trabajo se clasifican como silsesquioxanos metálicos prismáticos. Estos compuestos consisten en una capa intermedia que contiene metal ubicada entre dos capas de ciclo que contiene silicio. Cada átomo de silicio está conectado a un sustituto orgánico.
Las características estructurales y la nuclearidad de los silsesquioxanos metálicos (es decir, el número de átomos metálicos en el compuesto) dependen en gran medida de las condiciones de síntesis y causan ciertas dificultades para los investigadores. Uno de los resultados principales del trabajo del equipo es determinar los componentes necesarios de una mezcla reactiva que permite obtener un producto final con un cierto número de átomos de metal, determinando así las propiedades adicionales de un catalizador. A saber, los investigadores mostraron la posibilidad de producción dirigida de productos pentanucleares cuando se sintetizan compuestos que contienen iones de cobre, cobalto y níquel con el uso de un conocido compuesto heterocíclico piridina. Notablemente, los productos formados en otros sistemas eran hexanucleares.
Otro descubrimiento importante fue la estabilidad de la rara estructura pentanuclear en el curso de la transición de la materia sólida a una solución. Se demostró a través del ejemplo de un compuesto que contiene cobre. Después de reemplazar la piridina con dimetilformamida, un solvente que se usa ampliamente en el trabajo de laboratorio, los investigadores determinaron (usando investigaciones de XRD) que tanto el origen como los compuestos objetivo tenían la misma estructura pentanuclear. Esto indica una estabilidad bastante alta del compuesto estructural que es importante para extender el período de actividad de un catalizador en una solución.
Los experimentos catalíticos presentados en este trabajo muestran que un compuesto que contiene cobre pentanuclear es eficaz en el catalizador homogéneo de la oxidación de alcohol secundario (a cetonas) y alcanos (a hidroperóxidos de alquilo) con el uso de peróxidos. En particular, estas reacciones tienen lugar en condiciones suaves, es decir, después de un calentamiento menor y sin aumento de la presión. Los métodos descubiertos de procesamiento de petróleo y gas por medio de la activación de hidrocarburos con compuestos que contienen metal tienen una ventaja obvia sobre las tecnologías usuales de craqueo y pirólisis que requerían costosos equipos resistentes a la temperatura y la presión.
"Obviamente, los nuevos métodos de procesamiento abren numerosos prospectos tanto para la ciencia académica fundamental como para la aplicación práctica", dice Alexey Bilyachenko, subdirector del Instituto de Investigación de Química de la Universidad RUDN.
Fuente: Alexey N. Bilyachenko et al, Family of penta- and hexanuclear metallasilsesquioxanes: Synthesis, structure and catalytic properties in oxidations, Journal of Organometallic Chemistry (2017). DOI: 10.1016/j.jorganchem.2017.10.033
Thursday, November 30, 2017
Los químicos de RUDN han descubierto un nuevo mecanismo de formación de sustancias anticancerígenas
Los científicos están trabajando en métodos para crear sustancias con enlaces químicos carbono-fósforo, utilizando compuestos organometálicos. El resultado de tales reacciones es la formación de complejos organofosforados que son moléculas orgánicas biológicamente activas, que contienen átomos de fósforo en su estructura. Los complejos de estearil fosfato son de mayor interés, que son una clase importante de moléculas (vinilfosfonatos), ampliamente utilizadas en química orgánica. Se sintetizan varios compuestos organofosforados de ellos, polímeros funcionalmente sustituidos con propiedades específicas (por ejemplo, materiales incombustibles). La importancia de los nuevos métodos para la síntesis de vinilfosfonatos es simple de explicar: tales sustancias se utilizan ampliamente en la investigación celular y son prometedoras para el desarrollo de fármacos contra el cáncer.
Recientemente, los científicos han estado explorando activamente complejos de renio (Re) metal para su posible uso como medicamentos contra el cáncer. Los complejos organometálicos con ligandos de CO se pueden usar como moléculas llamadas liberadoras de CO para la destrucción de células cancerosas. Los complejos organometálicos con renio también se usan en espectromicroscopía infrarroja de células.
Los autores seleccionaron complejos de vinilideno de manganeso (Mn) y renio (Re) como materiales de partida, que unieron el fósforo trivalente (fosfitos de trialquilo, fosfonitos y fosfinitos) en una reacción combinada. Los químicos suponían que el resultado serían complejos de estirilfosfonato, pero el mecanismo de esta transformación no estaba del todo claro. "Al tener cierta experiencia en el estudio de la interacción entre los complejos de vinilideno de los metales de transición y los derivados del fósforo orgánico, supusimos que el mecanismo de la reacción química que propusieron anteriormente no corresponde a la realidad y requiere una investigación más detallada", como señaló coautor del estudio Alexander Smol'yakov.
Los químicos determinaron la estructura de los productos intermedios y finales de las reacciones de complejos de manganeso y renio vinilideno y sus derivados utilizando métodos espectroscópicos, y también seleccionaron las condiciones necesarias para realizar la reacción para el aislamiento de compuestos intermedios en forma de cristales individuales para el propósito de estudiarlos por difracción de rayos X (estudiando la estructura atómica de un cristal usando radiación de rayos X).
Como resultado, se encontró que la reacción no se produce de acuerdo con el mecanismo de reacción de Michaelis-Arbuzov, como se pensaba anteriormente, sino de otra manera. Los científicos demostraron que durante la síntesis de complejos de estirilfosfonato se forman algunos subproductos. Su descomposición en agua conduce a la formación de los compuestos deseados.
Las transformaciones descubiertas por los científicos de la Universidad RUDN pueden usarse para desarrollar métodos para la preparación de derivados de vinilfosfonato a partir de alquinos terminales (carbonos con un triple enlace en los extremos de la molécula), que es importante para los fines de la síntesis orgánica.
En el futuro, los científicos de la Universidad RUDN ampliarán la gama de complejos organometálicos con los que trabajan. Esto permitirá una mejor comprensión de las posibilidades de la química de complejos de enlaces metálicos-carbono múltiples (no únicos).
Fuente: V. Antonova, V. (2017). RUDN chemists have discovered a new formation mechanism of anti-cancer substances. EurekAlert!. Retrieved 1 December 2017, from https://www.eurekalert.org/pub_releases/2017-11/ru-rch110317.php
Brackets inteligentes
El secreto de este bracket su capacidad para almacenar energía en una aproximación flexible, es rapido y sus componentes se integran de manera ideal.
Tal capacidad mejora la regeneración ósea de manera significativa y reduce el costo general y la incomodidad. Nuestro trabajo futuro incluirá la integración de LED flexibles basados en sustratos y circuitos integrados miniaturizados con capacidad inalámbrica mejorada para el control remoto inteligente basado en dispositivos para limpieza y terapia.
Síntesis de oro y vías de reacción catalizadas
La adición catalizada por metal de transición de una amina a través de un enlace triple C-C (reacción de hidroaminación) representa una herramienta poderosa para la construcción de una amplia gama de heterociclos de nitrógeno. Se han investigado ampliamente las hidroaminaciones intramoleculares de derivados de 2-alquinilanilina (Compuesto 1) para dar heterociclos de indol interesantes (Compuesto 2) (Fig. 1).
En las últimas décadas, se han empleado con éxito catalizadores de Au, Pd, Ir, Cu, Ag y Pt para esta transformación, que se ha llevado a cabo también en presencia de ácidos de Lewis, tales como haluros de In y Zn. La coordinación con los catalizadores invierte su reactividad clásica del enlace triple (que generalmente reacciona con los electrófilos) y lo activa hacia un ataque nucleofílico intramolecular.
Los compuestos (Compuesto 3) representan una clase particular de 2-alquinilanilinas, que llevan un grupo de extracción de electrones conjugado con el triple enlace. La ciclación de los sustratos (Compuesto 3) a través de reacciones catalizadas por metales de transición para dar indoles (Compuesto 4) no se ha informado hasta el momento. Esto probablemente se deba a la polarización del enlace triple inducido por el carbonilo, que dificulta el ataque nucleofílico del nitrógeno al carbono a.
Recientemente se ha informado (Adv. Synth. Catal. 2017, 359, 3371-3377) que en presencia de SbF6 altamente reactivo (JohnPhosAuMeCN) (también conocido como catalizador de Echavarren), se produce una reacción intermolecular inesperada, con la formación de ocho interesantes derivados de dibenzodiazocina con un miembro (Compuesto 5) (Fig. 2). Se puede introducir una variedad de grupos R que incluyen arilo, heteroarilo, vinilo y alquilo en los productos. Además, los ésteres (R = -OMe) pueden usarse en esta reacción.
Las dibenzodiazocinas representan una clase poco común de heterociclos, que es de interés en la química médica y en la química organometálica; en la ciencia de los materiales, los copolímeros que contienen (Compuesto 5) encuentran una aplicación potencial como actuadores moleculares. Además, una clase de análogos de (Compuesto 5), es decir, la base de Tröger y sus derivados, poseen una estructura de hendidura quiral que los convierte en andamios interesantes en química supramolecular.
La metodología descrita aquí permite una síntesis fácil y eficaz de dibenzodiazocinas con una amplia gama de sustituyentes. Se ha estudiado el mecanismo de la reacción: una reacción intermolecular inicial proporciona un intermediario, que posteriormente se somete a la ciclación final. Ambos pasos están catalizados por Au (I).
Se espera que el compuesto 5 encuentre aplicación como precursores de nuevos materiales que puedan actuar como actuadores. Estos son dispositivos capaces de convertir una forma de energía en movimiento, como las máquinas moleculares impulsadas por la luz.
Fuente: N. D. Rode, A. Arcadi, M. Chiarini, F. Marinelli, G. Portalone, Adv. Synth. Catal. 2017, 359, 3371.
En las últimas décadas, se han empleado con éxito catalizadores de Au, Pd, Ir, Cu, Ag y Pt para esta transformación, que se ha llevado a cabo también en presencia de ácidos de Lewis, tales como haluros de In y Zn. La coordinación con los catalizadores invierte su reactividad clásica del enlace triple (que generalmente reacciona con los electrófilos) y lo activa hacia un ataque nucleofílico intramolecular.
Los compuestos (Compuesto 3) representan una clase particular de 2-alquinilanilinas, que llevan un grupo de extracción de electrones conjugado con el triple enlace. La ciclación de los sustratos (Compuesto 3) a través de reacciones catalizadas por metales de transición para dar indoles (Compuesto 4) no se ha informado hasta el momento. Esto probablemente se deba a la polarización del enlace triple inducido por el carbonilo, que dificulta el ataque nucleofílico del nitrógeno al carbono a.
Recientemente se ha informado (Adv. Synth. Catal. 2017, 359, 3371-3377) que en presencia de SbF6 altamente reactivo (JohnPhosAuMeCN) (también conocido como catalizador de Echavarren), se produce una reacción intermolecular inesperada, con la formación de ocho interesantes derivados de dibenzodiazocina con un miembro (Compuesto 5) (Fig. 2). Se puede introducir una variedad de grupos R que incluyen arilo, heteroarilo, vinilo y alquilo en los productos. Además, los ésteres (R = -OMe) pueden usarse en esta reacción.
Las dibenzodiazocinas representan una clase poco común de heterociclos, que es de interés en la química médica y en la química organometálica; en la ciencia de los materiales, los copolímeros que contienen (Compuesto 5) encuentran una aplicación potencial como actuadores moleculares. Además, una clase de análogos de (Compuesto 5), es decir, la base de Tröger y sus derivados, poseen una estructura de hendidura quiral que los convierte en andamios interesantes en química supramolecular.
La metodología descrita aquí permite una síntesis fácil y eficaz de dibenzodiazocinas con una amplia gama de sustituyentes. Se ha estudiado el mecanismo de la reacción: una reacción intermolecular inicial proporciona un intermediario, que posteriormente se somete a la ciclación final. Ambos pasos están catalizados por Au (I).
Se espera que el compuesto 5 encuentre aplicación como precursores de nuevos materiales que puedan actuar como actuadores. Estos son dispositivos capaces de convertir una forma de energía en movimiento, como las máquinas moleculares impulsadas por la luz.
Fuente: N. D. Rode, A. Arcadi, M. Chiarini, F. Marinelli, G. Portalone, Adv. Synth. Catal. 2017, 359, 3371.
Cinta adhesiva que detecta metales pesados en la comida.
Ver más en:
https://www.technologynetworks.com/applied-sciences/news/tape-that-can-detect-heavy-metals-in-food-environmental-and-human-samples-294687
Misión basura del espacio.
Se busca limpiar la basura del espacio de diferentes maneras, RemoveDebris es una nave con un satélite el cual tiene un red que funciona como un arpón para agarrar basura. Esto se desarrolló en Surrey y se espera que para el próximo año se lance.Está estimado que al rededor de la Tierra orbitan medio millón de piezas hechas por el hombre, entre los cuales están satélites y propulsores de cohetes, cuando estas basuras colisionan generan aun mas piezas.
El tamaño de la nave es de una lavadora y será la primera en su clase en tener una misión de este tipo ya que previamente no se habían demostrado en el espacio.
Ver más en:
http://www.bbc.com/news/science-environment-41973646
El plan de la naturaleza para cemento resistente a fracturas
Las espinas de los erizos de mar están hechas principalmente de calcita, generalmente un material muy quebradizo y frágil. En el caso del erizo de mar, sin embargo, las espinas son mucho más duraderas que la materia prima sola. La
razón de su fuerza es la forma en que la naturaleza optimiza los
materiales utilizando una arquitectura de estilo de pared de ladrillo. El
equipo de investigación Physical Chemistry, dirigido por el profesor
Helmut Cölfen, sintetizó con éxito el cemento en el nano-nivel de
acuerdo con este "principio de ladrillo y mortero". Durante
este proceso, se identificaron macro-moléculas que toman la función de
mortero, fijando los bloques cristalinos entre sí en la escala
nanométrica, con los bloques ensamblados de manera ordenada. El objetivo es hacer que el cemento sea más duradero.
El cemento en sí tiene una estructura desordenada: cada componente se adhiere a todos los demás. Esto significa: para que el cemento se beneficie verdaderamente de la mayor estabilidad que brinda la construcción de ladrillo y mortero, su estructura tendrá que reorganizarse a nivel nanométrico. Helmut Cölfen describe el proceso como "codificación de la resistencia a la fractura a nivel nanométrico". En este caso, significa identificar un material que se adhiere solo con nanopartículas de cemento y nada más en el cemento. Se identificaron aproximadamente diez combinaciones de péptidos cargados negativamente que se adhieren y unen bien los materiales.
En colaboración con la Universidad de Stuttgart, el equipo pudo usar un haz de iones bajo un microscopio electrónico para cortar una microestructura con forma de barra del cemento nanoestructurado de tres micrómetros de tamaño. Esta microestructura se combinó con un micro manipulador. Tan pronto como se liberó, la microestructura volvió a su posición original. Los valores mecánicos podrían calcularse en función de la deformación elástica de la microestructura. En base a estos cálculos, el cemento optimizado alcanzó un valor de 200 megapascales. En comparación: las conchas de mejillón, que son el estándar de oro en resistencia a la fractura, alcanzan un valor de 210 megapascales, que es solo un poco más alto. El concreto comúnmente usado en la actualidad tiene un valor de dos a cinco megapascales.
El cemento en sí tiene una estructura desordenada: cada componente se adhiere a todos los demás. Esto significa: para que el cemento se beneficie verdaderamente de la mayor estabilidad que brinda la construcción de ladrillo y mortero, su estructura tendrá que reorganizarse a nivel nanométrico. Helmut Cölfen describe el proceso como "codificación de la resistencia a la fractura a nivel nanométrico". En este caso, significa identificar un material que se adhiere solo con nanopartículas de cemento y nada más en el cemento. Se identificaron aproximadamente diez combinaciones de péptidos cargados negativamente que se adhieren y unen bien los materiales.
En colaboración con la Universidad de Stuttgart, el equipo pudo usar un haz de iones bajo un microscopio electrónico para cortar una microestructura con forma de barra del cemento nanoestructurado de tres micrómetros de tamaño. Esta microestructura se combinó con un micro manipulador. Tan pronto como se liberó, la microestructura volvió a su posición original. Los valores mecánicos podrían calcularse en función de la deformación elástica de la microestructura. En base a estos cálculos, el cemento optimizado alcanzó un valor de 200 megapascales. En comparación: las conchas de mejillón, que son el estándar de oro en resistencia a la fractura, alcanzan un valor de 210 megapascales, que es solo un poco más alto. El concreto comúnmente usado en la actualidad tiene un valor de dos a cinco megapascales.
University
of Konstanz. (2017, November 29). Nature's blueprint for
fracture-resistant cement: Based on the nanostructure of the sea urchin
spines, scientists develop fracture-resistant cement. ScienceDaily.
www.sciencedaily.com/releases/2017/11/171129150927.htm
Microscopía: un sensor de espacio-tiempo para las interacciones luz-materia
Físicos de
Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) en Munich han desarrollado un microscopio
electrónico de attosegundo que les permite visualizar la dispersión de la luz
en el tiempo y el espacio, y observar los movimientos de los electrones en los
átomos.
La más básica de todas las interacciones físicas en la naturaleza es la que existe entre la luz y la materia. Esta interacción tiene lugar en tiempos attosegundos (es decir, una billonésima de una milmillonésima de segundo). Lo que ocurre exactamente en un tiempo tan asombrosamente corto hasta ahora ha permanecido en gran medida inaccesible. Ahora un equipo de investigación liderado por el Dr. Peter Baum y el Dr. Yuya Morimoto en LMU Munich y el Instituto Max Planck para Óptica Cuántica (MPQ) ha desarrollado un nuevo modo de microscopía electrónica, que permite observar esta interacción fundamental en tiempo real y espacio real.
Para visualizar los fenómenos que ocurren en la escala de attosegundos, como la interacción entre la luz y los átomos, se necesita un método que mantenga el ritmo de los procesos ultrarrápidos a una resolución espacial en la escala atómica. Para cumplir con estos requisitos, Baum y Morimoto hacen uso del hecho de que los electrones, como partículas elementales, también poseen propiedades onduladas y pueden comportarse como los llamados paquetes de ondas. Los investigadores dirigen un haz de electrones sobre una fina lámina dieléctrica, donde la onda de electrones se modula mediante irradiación con un láser orientado ortogonalmente. La interacción con el campo óptico oscilante alternadamente acelera y desacelera los electrones, lo que conduce a la formación de un tren de impulsos de attosegundos. Estos paquetes de ondas consisten en aproximadamente 100 pulsos individuales, cada uno de los cuales dura aproximadamente 800 attosegundos.
La más básica de todas las interacciones físicas en la naturaleza es la que existe entre la luz y la materia. Esta interacción tiene lugar en tiempos attosegundos (es decir, una billonésima de una milmillonésima de segundo). Lo que ocurre exactamente en un tiempo tan asombrosamente corto hasta ahora ha permanecido en gran medida inaccesible. Ahora un equipo de investigación liderado por el Dr. Peter Baum y el Dr. Yuya Morimoto en LMU Munich y el Instituto Max Planck para Óptica Cuántica (MPQ) ha desarrollado un nuevo modo de microscopía electrónica, que permite observar esta interacción fundamental en tiempo real y espacio real.
Para visualizar los fenómenos que ocurren en la escala de attosegundos, como la interacción entre la luz y los átomos, se necesita un método que mantenga el ritmo de los procesos ultrarrápidos a una resolución espacial en la escala atómica. Para cumplir con estos requisitos, Baum y Morimoto hacen uso del hecho de que los electrones, como partículas elementales, también poseen propiedades onduladas y pueden comportarse como los llamados paquetes de ondas. Los investigadores dirigen un haz de electrones sobre una fina lámina dieléctrica, donde la onda de electrones se modula mediante irradiación con un láser orientado ortogonalmente. La interacción con el campo óptico oscilante alternadamente acelera y desacelera los electrones, lo que conduce a la formación de un tren de impulsos de attosegundos. Estos paquetes de ondas consisten en aproximadamente 100 pulsos individuales, cada uno de los cuales dura aproximadamente 800 attosegundos.
Ludwig-Maximilians-Universität München. (2017, November 30). Microscopy:
A space-time sensor for light-matter interactions. ScienceDaily. www.sciencedaily.com/releases/2017/11/171130133821.htm
Reacción catalizada por oro y sus mecanismos.
La adición catalizada por metales de transición de una amina
a través de un enlace triple C-C (reacción de hidroaminación) representa una
herramienta poderosa para la construcción de una amplia gama de heterociclos de
nitrógeno. Se han investigado ampliamente las hidroaminaciones intramoleculares
de derivados de 2-alquinilanilina para dar heterociclos interesantes.
En las últimas décadas, se han empleado con éxito
catalizadores de Au, Pd, Ir, Cu, Ag y Pt para esta transformación, que se ha
llevado a cabo también en presencia de ácidos de Lewis, tales como haluros de
In y Zn. La coordinación con los catalizadores invierte su reactividad clásica
del enlace triple (que generalmente reacciona con los electrófilos) y lo activa
hacia un ataque nucleofílico intramolecular.
Recientemente se ha informado que en presencia de SbF6
altamente reactivo, conocido también como catalizador de Echavarren, se produce
una reacción intermolecular inesperada, con la formación de ocho interesantes
derivados de dibenzodiazocina con un miembro. Se puede introducir una variedad
de grupos R que incluyen arilo, heteroarilo, vinilo y alquilo en los productos.
Además, los ésteres (R = -OMe) pueden usarse en esta reacción.
Las dibenzodiazocinas representan una clase poco común de
heterociclos, que es de interés en la química médica y en la química
organometálica; en la ciencia de los materiales, los copolímeros poseen una
aplicación potencial como actuadores moleculares. Además, una clase de
análogos, es decir, la base de Tröger y sus derivados, poseen una estructura de
hendidura quiral que los convierte en andamios interesantes en química
supramolecular.
La metodología descrita aquí permite una síntesis fácil y
eficaz de dibenzodiazocinas con una amplia gama de sustituyentes. Se ha
estudiado el mecanismo de la reacción: una reacción intermolecular inicial
proporciona un intermediario, que posteriormente se somete a la ciclación
final. Ambos pasos están catalizados por Au (I).
Se espera que el compuesto encuentre aplicación como
precursores de nuevos materiales que puedan actuar como actuadores, que son
dispositivos capaces de convertir una forma de energía en movimiento, como las
máquinas
Wednesday, November 29, 2017
Nuevo catalizador para baterías recargables de metal-aire
La investigación en baterías de iones de litio ha abierto una plétora de posibilidades en el desarrollo de baterías de próxima generación. En particular, las baterías de metal-aire con una densidad de energía significativamente mayor que la de la gasolina por kilogramo, han sido recientemente reconocidas e invertidas por compañías líderes mundiales, como IBM.
Un estudio reciente, afiliado a UNIST, ha presentado un nuevo catalizador para acelerar la comercialización de baterías de metal y aire. Este avance ha sido liderado conjuntamente por el Profesor Guntae Kim y el Profesor Jaephil Cho en la Escuela de Energía e Ingeniería Química en UNIST en colaboración con el Profesor Yunfei Bu de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Nanjing, Nanjing, China. Su nuevo catalizador posee la estructura de materiales de perovskita a base de nanofibras y exhibe un excelente rendimiento electroquímico, cercano al de los catalizadores de metales preciosos de hoy en día, pero aún es económico.
Una batería de metal y aire es un tipo de pila de combustible o batería que utiliza la oxidación de un metal con oxígeno del aire atmosférico para producir electricidad. Está equipado con un ánodo compuesto de metales puros, como litio o zinc, y un cátodo de aire que está conectado a una fuente inagotable de aire. Los catalizadores en el cátodo de aire ayudan a la reacción electroquímica de la célula con oxígeno gaseoso. Las baterías de metal y aire han atraído una importante atención de investigación como la nueva generación de baterías de alto rendimiento, ya que tienen las ventajas de (1) una estructura simple, (2) una densidad de energía extremadamente alta y (3) una producción relativamente económica.
Las baterías de aire-metal actualmente existentes usan catalizadores metálicos raros y caros para sus electrodos de aire, como el platino (Pt) y el óxido de iridio (IrO?). Esto ha impedido su posterior comercialización en el mercado.
En el estudio, el profesor Kim y su equipo de investigación han desarrollado un nuevo catalizador, utilizando la perovskita doble con cationes ordenados con alta conductividad eléctrica y rendimiento catalítico. Prepararon una serie de PrBa0.5Sr0.5Co2-xFexO5 +? (x = 0, 0.5, 1, 1.5 y 2, PBSCF) y determinaron los contenidos óptimos de cobalto (Co) y hierro (Fe) mediante evaluación electroquímica.
"La estructura de la nanofibra mesoporosa PrBa0.5Sr0.5Co2-xFexO5 +? (PBSCF-NF) tiene áreas superficiales altas, como resultado de diámetros de poro uniformes", dice Ohhun Gwon en la revista combinada M.S / Ph.D. de Energía e Ingeniería Química, el primer autor del estudio. "Esta nanofibra también ha traído mejoras significativas en el rendimiento de la reacción de reducción de oxígeno (ORR) y la reacción de evolución de oxígeno (OER)".
Según el equipo de investigación, esta nanofibra ha mejorado la bifuncionalidad de ORR / OER. Particularmente, el rendimiento de OER fue aproximadamente 9 veces mayor que el del estado del arte de óxido de metal precioso IrO2 con sobrepotencial de 0.3 V. Además, también demostró una notable estabilidad de carga y descarga incluso a altas densidades de corriente en baterías de Zn-air .
"Creemos que el alto rendimiento electroquímico y catalítico de este material jugará un papel importante en la comercialización de baterías de metal y aire", dice el profesor Kim. "La tecnología de la batería de metal-aire todavía está en su infancia y parece que se requieren esfuerzos adicionales de investigación antes de desarrollar una implementación comercial viable".
Y añade: "Sin embargo, como muchas empresas globales, como IBM, Toyota y Samsung Electronics ya están trabajando en el desarrollo de baterías de metal y aire, los desafíos técnicos podrían pronto eliminarse a un ritmo mucho más rápido de lo previsto".
Fuente: Yunfei Bu, Ohhun Gwon, Gyutae Nam, Haeseong Jang, Seona Kim, Qin Zhong, Jaephil Cho, Guntae Kim. A Highly Efficient and Robust Cation Ordered Perovskite Oxide as a Bifunctional Catalyst for Rechargeable Zinc-Air Batteries. ACS Nano, 2017; DOI: 10.1021/acsnano.7b06595
Un estudio reciente, afiliado a UNIST, ha presentado un nuevo catalizador para acelerar la comercialización de baterías de metal y aire. Este avance ha sido liderado conjuntamente por el Profesor Guntae Kim y el Profesor Jaephil Cho en la Escuela de Energía e Ingeniería Química en UNIST en colaboración con el Profesor Yunfei Bu de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Nanjing, Nanjing, China. Su nuevo catalizador posee la estructura de materiales de perovskita a base de nanofibras y exhibe un excelente rendimiento electroquímico, cercano al de los catalizadores de metales preciosos de hoy en día, pero aún es económico.
Una batería de metal y aire es un tipo de pila de combustible o batería que utiliza la oxidación de un metal con oxígeno del aire atmosférico para producir electricidad. Está equipado con un ánodo compuesto de metales puros, como litio o zinc, y un cátodo de aire que está conectado a una fuente inagotable de aire. Los catalizadores en el cátodo de aire ayudan a la reacción electroquímica de la célula con oxígeno gaseoso. Las baterías de metal y aire han atraído una importante atención de investigación como la nueva generación de baterías de alto rendimiento, ya que tienen las ventajas de (1) una estructura simple, (2) una densidad de energía extremadamente alta y (3) una producción relativamente económica.
Las baterías de aire-metal actualmente existentes usan catalizadores metálicos raros y caros para sus electrodos de aire, como el platino (Pt) y el óxido de iridio (IrO?). Esto ha impedido su posterior comercialización en el mercado.
En el estudio, el profesor Kim y su equipo de investigación han desarrollado un nuevo catalizador, utilizando la perovskita doble con cationes ordenados con alta conductividad eléctrica y rendimiento catalítico. Prepararon una serie de PrBa0.5Sr0.5Co2-xFexO5 +? (x = 0, 0.5, 1, 1.5 y 2, PBSCF) y determinaron los contenidos óptimos de cobalto (Co) y hierro (Fe) mediante evaluación electroquímica.
"La estructura de la nanofibra mesoporosa PrBa0.5Sr0.5Co2-xFexO5 +? (PBSCF-NF) tiene áreas superficiales altas, como resultado de diámetros de poro uniformes", dice Ohhun Gwon en la revista combinada M.S / Ph.D. de Energía e Ingeniería Química, el primer autor del estudio. "Esta nanofibra también ha traído mejoras significativas en el rendimiento de la reacción de reducción de oxígeno (ORR) y la reacción de evolución de oxígeno (OER)".
Según el equipo de investigación, esta nanofibra ha mejorado la bifuncionalidad de ORR / OER. Particularmente, el rendimiento de OER fue aproximadamente 9 veces mayor que el del estado del arte de óxido de metal precioso IrO2 con sobrepotencial de 0.3 V. Además, también demostró una notable estabilidad de carga y descarga incluso a altas densidades de corriente en baterías de Zn-air .
"Creemos que el alto rendimiento electroquímico y catalítico de este material jugará un papel importante en la comercialización de baterías de metal y aire", dice el profesor Kim. "La tecnología de la batería de metal-aire todavía está en su infancia y parece que se requieren esfuerzos adicionales de investigación antes de desarrollar una implementación comercial viable".
Y añade: "Sin embargo, como muchas empresas globales, como IBM, Toyota y Samsung Electronics ya están trabajando en el desarrollo de baterías de metal y aire, los desafíos técnicos podrían pronto eliminarse a un ritmo mucho más rápido de lo previsto".
Fuente: Yunfei Bu, Ohhun Gwon, Gyutae Nam, Haeseong Jang, Seona Kim, Qin Zhong, Jaephil Cho, Guntae Kim. A Highly Efficient and Robust Cation Ordered Perovskite Oxide as a Bifunctional Catalyst for Rechargeable Zinc-Air Batteries. ACS Nano, 2017; DOI: 10.1021/acsnano.7b06595
Using magnets to control chemical reactions that target release of medicines inside the body
Un equipo de investigadores de la Universidad de Georgia en Atenas ha desarrollado una técnica para controlar las reacciones químicas que liberan drogas dentro del cuerpo. En su artículo publicado en la revista Nature Catalysis, el grupo describe los químicos de revestimiento para evitar que ocurra una reacción hasta la aplicación de un campo magnético que libera un medicamento deseado.
En algunas aplicaciones médicas, es mejor para un tratamiento médico si un producto químico se puede aplicar directamente a una determinada parte del cuerpo y en ningún otro lugar. Los químicos destinados a tratar tumores son el ejemplo principal: los medicamentos de quimioterapia actúan en cada célula con la que entran en contacto, causando una serie de efectos secundarios negativos. En este nuevo esfuerzo, el grupo adoptó un enfoque novedoso para resolver este problema, utilizando un imán para forzar la unión de sustancias químicas recubiertas, lo que provocó una reacción de liberación del fármaco.
Para proporcionar un medio para controlar cuándo los químicos entran en contacto dentro del cuerpo, los investigadores crearon pequeños paquetes recubriendo primero las nanopartículas de óxido de hierro con sílice y luego cubriéndolos aún más con dos tipos de polímeros que, cuando se combinan, forman una estructura similar a un cepillo. . Cada uno de los paquetes se cargó con una enzima o un sustrato destinado a reaccionar con la enzima y, por supuesto, con el fármaco que se liberará.
En la práctica, los paquetes serían liberados en el cuerpo de un paciente, donde llegarían a todo el cuerpo, comportándose inofensivamente, ya que los cepillos les impiden reaccionar cada vez que se encuentran. Cuando los paquetes se dirigieron a un sitio donde se deseaba una reacción, el investigador aplicó un imán que los forzó a estar juntos, lo suficientemente cerca como para que pudieran reaccionar, liberando la droga. Los otros paquetes que no están involucrados en la reacción se eliminarán lentamente del cuerpo de forma natural, sin causar daños.
Los investigadores probaron sus paquetes in vitro usando un medicamento de quimioterapia real y células cancerosas. Informan que funcionó tal como lo habían previsto. Por supuesto, se requieren más pruebas para garantizar que la técnica sea segura, pero si todo va bien, eventualmente podría usarse para tratar una gran variedad de cánceres.
Bibliografía
En algunas aplicaciones médicas, es mejor para un tratamiento médico si un producto químico se puede aplicar directamente a una determinada parte del cuerpo y en ningún otro lugar. Los químicos destinados a tratar tumores son el ejemplo principal: los medicamentos de quimioterapia actúan en cada célula con la que entran en contacto, causando una serie de efectos secundarios negativos. En este nuevo esfuerzo, el grupo adoptó un enfoque novedoso para resolver este problema, utilizando un imán para forzar la unión de sustancias químicas recubiertas, lo que provocó una reacción de liberación del fármaco.
Para proporcionar un medio para controlar cuándo los químicos entran en contacto dentro del cuerpo, los investigadores crearon pequeños paquetes recubriendo primero las nanopartículas de óxido de hierro con sílice y luego cubriéndolos aún más con dos tipos de polímeros que, cuando se combinan, forman una estructura similar a un cepillo. . Cada uno de los paquetes se cargó con una enzima o un sustrato destinado a reaccionar con la enzima y, por supuesto, con el fármaco que se liberará.
En la práctica, los paquetes serían liberados en el cuerpo de un paciente, donde llegarían a todo el cuerpo, comportándose inofensivamente, ya que los cepillos les impiden reaccionar cada vez que se encuentran. Cuando los paquetes se dirigieron a un sitio donde se deseaba una reacción, el investigador aplicó un imán que los forzó a estar juntos, lo suficientemente cerca como para que pudieran reaccionar, liberando la droga. Los otros paquetes que no están involucrados en la reacción se eliminarán lentamente del cuerpo de forma natural, sin causar daños.
Los investigadores probaron sus paquetes in vitro usando un medicamento de quimioterapia real y células cancerosas. Informan que funcionó tal como lo habían previsto. Por supuesto, se requieren más pruebas para garantizar que la técnica sea segura, pero si todo va bien, eventualmente podría usarse para tratar una gran variedad de cánceres.
Bibliografía
Yirka, B. (21 de November
de 2017). physorg. Recuperado el 26 de Noviembre de 2017, de
https://phys.org/news/2017-11-magnets-chemical-reactions-medicines-body.html
Tuesday, November 28, 2017
Expertos andaluces descubren nuevas vías de estabilidad del ADN
20.11.2017
Investigadores de la Universidad de Sevilla en el Centro Andaluz de Biología Molecular y Medicina Regenerativa (Cabimer) han descubierto que en células eucarióticas la proximidad de los genes a los poros nucleares, que se encuentran en la membrana nuclear, contribuye a mantener la integridad del genoma. Esto se debe a que el anclaje del ADN al poro durante la transcripción evita que se formen híbridos de ADN-ARN que son una fuente natural de roturas del ADN e inestabilidad genómica.
La proximidad y anclaje de los genes a los poros nucleares cuando se transcriben se conoce desde hace más de una década. Ello facilita que el ARN naciente se exporte fuera del núcleo. "En este trabajo hemos visto que si el ADN se localiza en el interior del núcleo y alejado del poro nuclear se favorece la formación de estos híbridos de ADN-ARN. Es decir, el anclaje del ADN al poro contribuye a preservar la integridad del genoma, evitando que se formen estas estructuras", explica el catedrático de la Universidad de Sevilla y director de Cabimer, Andrés Aguilera.
El trabajo se ha realizado en un organismo modelo eucariótico, la levadura Saccharomyces. En él se hizo un escrutinio genético de nuevos genes implicados en la prevención de la formación de híbridos ADN-ARN causantes de inestabilidad genética. A partir de una colección de mutantes de genes codificantes de proteínas nucleares, se identificaron los componentes nucleares Mlp1 y Mlp2 del macro-complejo que forman los poros nucleares, conservados en todos los eucariotas, incluidos los humanos. El análisis molecular de los mutantes nulos (carentes totalmente de función) de estos genes permitió observar que acumulaban híbridos de ADN-ARN (detectados mediante un anticuerpo específico contra híbridos) y aumentaban la inestabilidad genética causada por estos. No obstante, al relocalizar en estos mutantes el ADN de nuevo en el poro nuclear mediante un sistema de anclaje artificial generado por ingeniería genética se suprimían los híbridos y la inestabilidad.
"Particularmente relevante fue que este sistema de anclaje artificial se probó también en mutantes del complejo THO, que también aumentan los híbridos ADN-ARN y la inestabilidad genética asociada a ellos, consiguiendo con ello prevenir la formación de los híbridos de ADN-ARN y la inestabilidad", destaca Aguilera.
La acumulación de híbridos ARN-ADN en el genoma es una fuente de inestabilidad genómica en todos los organismos y ha sido asociada a enfermedades neurodegenerativas y cáncer. Los resultados de esta investigación abren nuevas perspectivas para entender los mecanismos celulares responsables de la inestabilidad genómica y poder explorar nuevas aproximaciones terapéuticas.
El trabajo es parte de la tesis doctoral de Francisco García Benítez, dirigida por los profesores Hélène Gaillard y Andrés Aguilera.
Referencias
http://www.quimica.es/noticias/165800/expertos-andaluces-descubren-nuevas-vias-de-estabilidad-del-adn.html
Características casi ideales de las celdas solares reveladas en las perovskitas de haluros organometálicos
En el corto lapso de tres años, la eficiencia total de conversión de energía (ECE) de las celdas solares de perovskita de haluro de organo-metal se disparó de 3.8% a 19.3%. Este fuerte aumento no tiene precedentes y no tiene comparación con ninguna otra tecnología de celdas solares desde la concepción de la recolección de luz solar. Como resultado, un frenesí de emoción ha afectado a la comunidad de celdas solares, donde la mayoría, si no todas, las investigaciones se han trasladado al estudio de este material. Una revisión en nanotecnología resume algunos de los últimos desarrollos en el campo, así como resaltar las brechas en la comprensión actual de los procesos en estos materiales y los problemas que se resolverán en futuras investigaciones.
A diferencia de las celdas solares de silicio, que requieren un entorno altamente industrializado para la fabricación, este material se puede preparar en el laboratorio (química de la cocina) donde se puede lograr una estructura de escala mesoscópica tridimensional. La muestra más comúnmente estudiada es el yoduro de plomo de metil amonio (CH3NH3PbI3) que tiene un ECE de aproximadamente 20%.
El grupo de terahercios (THz) en la Universidad de Lund en Suecia investigó el comportamiento muy temprano en el tiempo de los electrones y huecos generados por pulsos cortos de láser en CH3NH3PbI3. Algunas de las características de celdas solares casi ideales reportadas por el material incluyen la generación de carga ultrarrápida en no más de 100 fs. Estos se separan en cargas altamente móviles en 2-3 pps. Además, las movilidades de electrones y huecos se estimaron en 12.5 cm2 / Vs y 7.5 cm2 / Vs, respectivamente, al menos dos órdenes de magnitud mayor que en las celdas solares orgánicas.
En colaboración con el grupo de espectroscopía de microondas de la Universidad Tecnológica de Delft en los Países Bajos, se descubrió que las cargas permanecen móviles hasta la escala de tiempo de microsegundos, superando a las celdas solares orgánicas en al menos tres órdenes de magnitud. Además, no solo se encuentra que la energía de unión del excitón es pequeña (35 meV), lo que permite una rápida disociación de los pares de electrones y huecos, pero se requieren 75 meV para que estas cargas se recombinen. Esto permite que las cargas se difundan por lo menos 5 μm, una vez más superando a las celdas solares orgánicas en al menos tres órdenes de magnitud.
Se están explorando varias vías para impulsar aún más al ECE en general. Esto incluye la búsqueda de materiales de transporte con orificios de mayor conductividad, la optimización de procesos de crecimiento para una morfología más uniforme y el uso en tándem y celdas solares de silicio.
Fuente: S. Ponseca, C. (2016). Nearly ideal solar-cell characteristics revealed in organo-metal halide perovskites. Nanotechweb.org. Retrieved 29 November 2017, from http://nanotechweb.org/cws/article/lab/63254
A diferencia de las celdas solares de silicio, que requieren un entorno altamente industrializado para la fabricación, este material se puede preparar en el laboratorio (química de la cocina) donde se puede lograr una estructura de escala mesoscópica tridimensional. La muestra más comúnmente estudiada es el yoduro de plomo de metil amonio (CH3NH3PbI3) que tiene un ECE de aproximadamente 20%.
El grupo de terahercios (THz) en la Universidad de Lund en Suecia investigó el comportamiento muy temprano en el tiempo de los electrones y huecos generados por pulsos cortos de láser en CH3NH3PbI3. Algunas de las características de celdas solares casi ideales reportadas por el material incluyen la generación de carga ultrarrápida en no más de 100 fs. Estos se separan en cargas altamente móviles en 2-3 pps. Además, las movilidades de electrones y huecos se estimaron en 12.5 cm2 / Vs y 7.5 cm2 / Vs, respectivamente, al menos dos órdenes de magnitud mayor que en las celdas solares orgánicas.
En colaboración con el grupo de espectroscopía de microondas de la Universidad Tecnológica de Delft en los Países Bajos, se descubrió que las cargas permanecen móviles hasta la escala de tiempo de microsegundos, superando a las celdas solares orgánicas en al menos tres órdenes de magnitud. Además, no solo se encuentra que la energía de unión del excitón es pequeña (35 meV), lo que permite una rápida disociación de los pares de electrones y huecos, pero se requieren 75 meV para que estas cargas se recombinen. Esto permite que las cargas se difundan por lo menos 5 μm, una vez más superando a las celdas solares orgánicas en al menos tres órdenes de magnitud.
Se están explorando varias vías para impulsar aún más al ECE en general. Esto incluye la búsqueda de materiales de transporte con orificios de mayor conductividad, la optimización de procesos de crecimiento para una morfología más uniforme y el uso en tándem y celdas solares de silicio.
Fuente: S. Ponseca, C. (2016). Nearly ideal solar-cell characteristics revealed in organo-metal halide perovskites. Nanotechweb.org. Retrieved 29 November 2017, from http://nanotechweb.org/cws/article/lab/63254
Compuesto organometálico visto matando células cancerosas desde adentro
Los investigadores han sido testigos, por primera vez, de células cancerígenas atacadas y destruidas desde el interior por un compuesto organometálico descubierto por la Universidad de Warwick.
El profesor Peter J. Sadler y su grupo en el Departamento de Química han demostrado que Organo-Osmio FY26, que se descubrió por primera vez en Warwick, mata las células cancerosas localizando y atacando su parte más débil.
Esta es la primera vez que un compuesto a base de Osmio, que es cincuenta veces más activo que el medicamento contra el cáncer cisplatino actual, se ha visto que ataca la enfermedad.
Utilizando el European Synchrotron Radiation Facility (ESRF), los investigadores analizaron los efectos del Organo-Osmio FY26 en células de cáncer de ovario, detectando emisiones de luz fluorescente de rayos X para rastrear la actividad del compuesto dentro de las células.
Al examinar las secciones de las células cancerosas bajo nano-focus, fue posible ver un nivel de detalle sin precedentes. Organelos como las mitocondrias, que son los "centros neurálgicos" de las células y generan su energía, eran detectables.
En las células cancerosas, hay errores y mutaciones en el ADN de las mitocondrias, lo que los hace muy débiles y susceptibles a los ataques.
Se encontró que FY26 se posicionó en la mitocondria, atacando y destruyendo las funciones vitales de las células cancerosas desde adentro, en su punto más débil.
Los investigadores también pudieron ver los metales naturales producidos por el cuerpo, como el zinc y el calcio, moviéndose alrededor de las células. En particular, se sabe que el calcio afecta la función de las células, y se cree que este metal producido naturalmente ayuda al FY26 a alcanzar una posición óptima para atacar el cáncer.
Más de la mitad de todos los tratamientos de quimioterapia contra el cáncer actualmente usan compuestos de platino, que se introdujeron hace casi 40 años, por lo que es necesario explorar los beneficios que podrían aportar otros metales preciosos.
Aunque esta investigación se realizó en células de cáncer de ovario, los resultados innovadores se aplican a una gama más amplia de cánceres.
Se ha demostrado que el FY26 es más selectivo entre las células normales y las células cancerosas que el cisplatino, y tiene un mayor efecto sobre las células cancerosas que sobre las sanas.
El profesor Sadler comenta que esta investigación podría conducir a nuevos tratamientos contra el cáncer: "Las drogas contra el cáncer con nuevos mecanismos de acciones que pueden combatir la resistencia y tienen menos efectos secundarios se necesitan con urgencia.
"El haz avanzado de rayos X nanoenfocado en ESRF no solo nos ha permitido localizar el sitio de acción de nuestro novedoso fármaco candidato Organo-Osmio FY26 en células cancerosas a una resolución sin precedentes, sino también estudiar el movimiento de metales naturales como el zinc y calcio en las células. Tales estudios abren enfoques totalmente nuevos para el descubrimiento y tratamiento de fármacos ".
El grupo del profesor Sadler, incluidos los investigadores Dr. Carlos Sánchez y la Dra. Isolda Romero Canelon, obtuvieron sus resultados con el Dr. Peter Cloetens y sus colegas del ESRF en Grenoble, Francia, una poderosa fuente de sincrotrón que emite haces de rayos X extremadamente potentes.
El Dr. Peter Cloetens comenta sobre el proceso: "Este tipo de experimentos normalmente se realizan utilizando dosis mayores de lo que se haría en la vida real o en una escala gruesa que no proporciona una imagen clara de los procesos que tienen lugar. Sin embargo, al combinar una línea de luz ID16A, al combinar un enfoque muy ajustado y un alto flujo, pudimos obtener una imagen real de a dónde va el medicamento en una sola célula usando dosis farmacológicas de la vida real ".
Fuente: 'Synchrotron X-Ray Fluorescence Nanoprobe Reveals Target Sites for Organo-Osmium Complex in Human Ovarian Cancer Cells', is published in Chemistry -- A European Journal.
El Dr. Peter Cloetens comenta sobre el proceso: "Este tipo de experimentos normalmente se realizan utilizando dosis mayores de lo que se haría en la vida real o en una escala gruesa que no proporciona una imagen clara de los procesos que tienen lugar. Sin embargo, al combinar una línea de luz ID16A, al combinar un enfoque muy ajustado y un alto flujo, pudimos obtener una imagen real de a dónde va el medicamento en una sola célula usando dosis farmacológicas de la vida real ".
Fuente: 'Synchrotron X-Ray Fluorescence Nanoprobe Reveals Target Sites for Organo-Osmium Complex in Human Ovarian Cancer Cells', is published in Chemistry -- A European Journal.
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