Estudio cinético-mecanístico de complejos macrocíclicosformación, descomposición, movimientos moleculares y otras reacciones

Resumen

La Química Supramolecular, empleando ligandos macrocíclicos, se ha convertido en una de las áreas más activas de la química actual, situándose en la frontera entre la química, la física y la biología. Son muchas las posibles aplicaciones los sistemas macrocíclicos, algunas de las cuales se encuentran actualmente en auge, en el campo de la bio- y nanotecnología, protección ambiental, catálisis, electrónica molecular, fotónica y medicina. Los macrociclos son ligandos versátiles e importantes para la coordinación de metales de transición ya que mimetizan muchos de los sistemas desarrollados por la naturaleza. La gran estabilidad que confieren los macrociclos a los complejos que forman está relacionada con el concepto de organización molecular, en el que se engloban factores como la adecuada relación de tamaño, geometría y propiedades electrónicas entre el ligando y el metal, así como la conexión y flexibilidad entre los átomos donadores presentes en el ligando. En la actualidad se están llevando a cabo gran cantidad de estudios en este campo de investigación, donde se incluyen aspectos como el diseño y la síntesis de los macrociclos, estudios de estabilidad de sus complejos metálicos, estudios catalíticos, estudio de las propiedades fisico-químicas, etc. Sin embargo, a pesar de la importancia de conocer tanto la cinética como el mecanismo de los procesos en los cuales intervienen los complejos macrocíclicos, el número de estudios de este tipo llevados a cabo hasta ahora es relativamente escaso, especialmente cuando se compara con la abundante información referente a la síntesis, estructura, o estabilidad de estos compuestos. Por ello, el objetivo principal de esta Tesis Doctoral ha sido el estudio de la cinética y el mecanismo de algunas de las reacciones más relevantes de los complejos macrocíclicos como son los procesos de formación, descomposición, movimiento molecular y activación de peróxido de hidrógeno. En las reacciones de formación de complejo se ha prestado especial atención a la reactividad de las distintas formas protonadas del ligando. Asimismo, se ha realizado el análisis de los resultados con los mecanismos y tratamientos generalmente aceptados para los procesos de formación, comentando y discutiendo las limitaciones encontradas al emplear dichos métodos. El estudio de descomposición de los distintos complejos se ha centrado no sólo en el propio proceso de descomposición sino también en la detección de movimientos moleculares asociados a cambios en la concentración de protones. Durante el transcurso de la Tesis se ha prestado especial atención a los movimientos moleculares inducidos por cambios en el pH del medio, procesos que pueden considerarse típicos del funcionamiento de máquinas moleculares cuya fuerza impulsora es el gradiente en la concentración de protones. Otro proceso de gran importancia analizado durante esta Tesis Doctoral ha sido la activación de peróxido de hidrógeno por complejos de Fe(II) de tipo no-hemo diseñados como catalizadores para la oxidación de sustratos orgánicos.