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Kyoto University (京都大学) / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第15174号 / 理博第3539号 / 新制||理||1516(附属図書館) / 27652 / 京都大学大学院理学研究科化学専攻 / (主査)教授 大須賀 篤弘, 教授 林 民生, 教授 丸岡 啓二 / 学位規則第4条第1項該当

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La química organometálica se define como el área de conocimiento que une el mundo orgánico (ligando) con el inorgánico (metal), aprovechando lo mejor de ambos. Un aspecto interesante de los compuestos con metales de transición es la capacidad de realizar transformaciones químicas que no se pueden llevar a cabo fácilmente usado química convencional. Entre los retos que la química organometálica puede abordar se incluyen energías renovables, nuevos materiales y síntesis de compuestos de alto valor añadido. En este contexto, la química computacional juega un papel muy importante a la hora de entender los fenómenos químicos. La inmensa cantidad de técnicas disponibles permite analizar distintos tipos de enlace, proponer mecanismos de reacción, mejorar procesos catalíticos e incluso estimar propiedades espectroscópicas. En resumen, esta tesis cubre diferentes aspectos de la química organometálica desde un punto de vista computacional. El grueso de resultados se divide en tres capítulos: Estructura, Reactividad y Propiedades. En Estructura (i) se analiza la geometría de compuestos paramagnéticos de Pt(III) con el objetivo de distinguir entre estructuras plano-cuadradas y de tipo balancín, y (ii) se estudia la presencia de interacciones agósticas en especies insaturadas de Pt(II). En Reactividad (i) se evalúan los efectos estéricos y electrónicos de carbenos N-heterocíclicos en reacciones de activación C–H mediadas por platino, (ii) se explica el rol de la base en la etapa de transmetalación de reacciones de acoplamiento cruzado tipo Suzuki–Miyaura, y (iii) se proponen posibles mecanismos para justificar los productos observados en reacciones de vinilación con silanos catalizadas por paladio. En Propiedades (i) se predicen las constantes de acidez de varios complejos de dihidrógeno (Fe, Ru y Os) en agua, y (ii) se estiman los desplazamientos químicos de resonancia magnética nuclear de 103Rh en complejos de Rh(bisfosfina), correlacionándolos con distancias de enlace Rh–P. Como conclusión general, esta tesis demuestra como la química computacional se puede aplicar adecuadamente para explicar diversos tipos de problemas en química organometálica. / Organometallic chemistry stands for the area of expertise which manages to join organic (ligand) and inorganic (metal) worlds, taking advantage from both of them. One interesting feature of transition metal species is the possibility of promoting chemical transformations that cannot simply be performed using straightforward chemistry. The challenges that organometallic chemistry can address concern renewable energies, new materials, and fine chemical synthesis, among others. Under this scene, computational chemistry can play a major role in understanding chemical phenomena. The extensive toolbox of available techniques allows to analyse bonding situations, propose reaction mechanisms, improve catalytic processes, or estimate spectroscopic properties. In a nutshell, the current dissertation covers different aspects of organometallic chemistry from a computational point of view. The body of results is divided into three main chapters: Structure, Reactivity and Properties. Structure (i) analyses the geometry of paramagnetic Pt(III) compounds in order to discern between square-planar and see-saw dispositions and (ii) evaluates the presence of agostic interactions in low-coordinate Pt(II) species. Reactivity (i) studies the steric and electronic properties of N-heterocyclic carbenes in Pt-mediated C–H bond activations, (ii) unravels the role of the base in Suzuki–Miyaura cross-coupling transmetalation processes, and (iii) proposes feasible mechanisms of Pd-catalysed Si-based vinylation reactions to account for the different products experimentally observed. Properties (i) predicts the acid constants of several transition metal (Fe, Ru, Os) dihydrogen complexes in water and (ii) estimates the 103Rh NMR chemical shifts of Rh(bisphosphine) species, building correlations with Rh–P bond distances. As general conclusion, this thesis illustrates how computational chemistry can successfully be applied to explain a wide number of different chemical problems in the organometallic field.

La vulcanització per microones és un procés madur i no hi ha dubte sobre la seva eficiència per produir articles de cautxú d'alta qualitat. Les microones són conegudes no només per la seva capacitat d'accelerar els processos i augmentar la eficiència de la transferència energètica, sinó que també són capaces en certs casos de canviar els camins de reacció. Hi ha evidències, basades en canvis en propietats físiques al comparar productes vulcanitzats amb el mètode convencional i amb microones, que indiquen que alguns canvis poden succeir al treballar amb diferents fonts d'escalfament. No obstant això, hi ha una falta d'informació sobre els efectes que les microones tenen en la química de la vulcanització. Per tant, el principal objectiu d'aquesta tesi es basa en estudiar la vulcanització assistida amb microones des d'una nova perspectiva, centrant-se en els efectes d'aquesta radiació en els ingredients principals de les formulacions de cautxú, en el mecanisme de vulcanització, en la reticulació de la xarxa polimèrica i també en el procés de devulcanització.La primera part de la feina va consistir en desenvolupar i optimitzar tots els mètodes analítics necessàris per explorar totes les etapes del procés de vulcanització i identificar tots els intermedis formats. Estudis de Model Compound Vulcanization (MCV) utilitzant esqualè com a molècula model s'han realitzat per entendre millor la influència d'aquesta radiació en el mecanisme de la reacció, encara que alguns experiments també s'han realitzat amb mostres de cautxú natural. Tècniques com HPLC-MS, MALDI-TOF o GPC s'han utilitzat per caracteritzar les mostres de MCV, mentre que mesures d'inflament, de tensió-elongació, compressió i duresa s'han realitzat per caracteritzar les mostres de cautxú natural.Dos dels sistemes de vulcanització més comuns han estat estudiats (sulfenamides i tiurams). A més, s'ha donat un especial èmfasi a l'estudi de la influència de les microones en el sistema activador, intentant reduir el contingut de ZnO i cercar, a través de diverses estratègies, substituts més amigables amb el medi ambient. Finalment, tot el coneixement adquirit en aquests estudis s'ha utilitzat per optimitzar el comportament devulcanitzant del disulfur de difenil (DPDS) amb l'ajut de les microones, demostrant que les microones poden ajudar a avançar en la recerca d'una solució al problema del reciclatge dels residus de cautxú. / La vulcanización por microondas es un proceso maduro y no cabe duda sobre su eficiencia para producir artículos de caucho de alta calidad. Las microondas son conocidas no sólo por su capacidad de acelerar los procesos y aumentar la eficiencia de la transferencia energética, sino que también son capaces en ciertos casos de cambiar los caminos de reacción. Hay evidencias, basadas en cambios en propiedades físicas al comparar productos vulcanizados con el método convencional y con microondas, que indican que algunos cambios pueden suceder al trabajar con diferentes fuentes de calentamiento. Sin embargo, hay una falta de información sobre los efectos que las microondas tienen en la química de la vulcanización. Por lo tanto, el principal objetivo de esta tesis se basa en estudiar la vulcanización asistida por microondas desde una nueva perspectiva, centrándose en los efectos de esta radiación en los ingredientes principales de las formulaciones de caucho, en el mecanismo de vulcanización, en la reticulación de la red polimérica y también en el proceso de devulcanización.La primera parte del trabajo consistió en desarrollar y optimizar todos los métodos analíticos necesarios para explorar todas las etapas del proceso de vulcanización y identificar todos los intermedios formados. Estudios de Model Compound Vulcanization (MCV) utilizando escualeno como molécula modelo se han realizado para entender mejor la influencia de esta radiación en el mecanismo de la reacción, aunque algunos experimentos también se han realizado con muestras de caucho natural. Técnicas como HPLC-MS, MALDI-TOF o GPC se han utilizado para caracterizar las muestras de MCV, mientras que medidas de inflamiento, de tensión-elongación, compresión y dureza se han realizado para caracterizar las muestres de caucho natural.Dos de los sistemas de vulcanización más comunes han sido estudiados (sulfenamidas y tiuramos). Además, se ha dado un especial énfasis al estudio de la influencia de las microondas en el sistema activador, intentando reducir el contenido en ZnO y buscar, a través de diversas estrategias, substitutos más amigables con el medio ambiente. Finalmente, todo el conocimiento adquirido en estos estudios se ha utilizado para optimizar el comportamiento devulcanitzante del disulfuro de difenilo (DPDS) con ayuda de las microondas, demostrando que las microondas pueden ayudar a avanzar en la búsqueda de una solución al problema del reciclaje de los residuos de caucho. / Microwaves vulcanization is a mature process and there is no doubt about its efficiency on producing high quality goods. Microwaves are found not only to speed up the processing and increase the energy transfer efficiency, but also to be in some cases able to change reaction pathways. There are some evidences, based on changes in physical properties when comparing conventional and microwaves vulcanization, that suggest that some changes occur when working with different heating sources. However, there is a lack of information of the effects of MW in vulcanization chemistry. Therefore, the principal aim of this thesis consists of studying microwave-assisted vulcanization from a new perspective, focusing on the effects of this radiation in the main ingredients of a rubber compound, in the vulcanization mechanism, in the final crosslinked network and also in the devulcanization process.The first part of the work consisted in developing and optimizing all the analytical methods necessary to explore all the steps of vulcanization process and identifying all the intermediates formed. Model Compound Vulcanization (MCV) studies, using squalene as a model molecule, have been used to understand better the influence of this radiation in the reaction mechanism, even though some tests have been also performed in natural rubber samples. Techniques as HPLC-MS, MALDI-TOF or GPC have been used to characterize the MCV samples, whereas swelling measurements, stress-strain measurements, compression set or hardness have been used to characterized natural rubber samples. Two of the most common vulcanizing systems have been studied (using sulfenamide and/or thiuram accelerator types). In addition, a special emphasis has been given to the study of the microwaves influence on the activator system, trying to reduce ZnO contents and finding more environmental friendly substitutes through different strategies. Finally, all the knowledge acquired in all these studies has been used to optimize the devulcanizing behavior of diphenyl disulfide (DPDS) with the help of microwaves, proving that microwaves can help to advance in the search of a solution to the problem of waste rubber recycling.

El enamoramiento implica procesos bioquímicos en los que sustancias como neurotransmisores, neuromoduladores y hormonas  interaccionan con células nerviosas u otros órganos. Al estar enamorados, los niveles de dopamina aumentan generando atención, deseo y motivación en todo lo relacionado al ser amado. La serotonina, por el contrario, se presenta en concentraciones bajas en este estado. La oxitocina, por su parte, entra en juego cuando la demanda de dopamina no se logra suplir y es crucial al entablar relaciones de largo plazo. El entendimiento del mecanismo de la oxitocina en el ser humano es crucial no solo para el conocimiento académico sino también porque brinda luces para el tratamiento de algunos desórdenes psicológicos. / Romantic love involves biochemical processes in which substances such as neurotransmitters, neuromodulators and hormones interact with other nerve cells or organs. When being in love, dopamine levels increases, generating attention, desire and motivation in everything related to the beloved person. Serotonin, however, is present in low levels in this state. When the body does not supply the necessary amount of dopamine, oxytocin is released. Oxytocin is vital in long term relationships. Understanding the mechanism of oxytocin in humans is crucial not only for academic knowledge of the chemistry of love but also because it provides new lights for the treatment of some psychological disorders.

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El Premio Nobel de Química de 2013 ha sido otorgado a A. Warshel, M. Levitt y M. Karplus debido al desarrollo de métodos híbridos de cálculo para química computacional. En este artículo se presentará una breve introducción del uso de los métodos de química computacional. Se describirá cómo se desarrollaron, y por qué, los métodos híbridos de cálculo, conocidos como QM/MM (Quantum Mechanics/Molecular Mechanics) para el estudio de sistemas macromoleculares, sobre todo para el caso de su aplicación en enzimas y bioquímica. Finalmente, se comentarán los alcances y expectativas futuras para estos métodos, desarrollados en los años 70. / The 2013 Nobel Prize in chemistry was awarded to A.Warshel, M.Levitt and M.Karplus for their contribution to the development of hybrid methods for computational chemistry. In this article a brief introduction about computational chemistry methods is presented. This paper will show the order in which the QM/MM (Quantum Mechanics/Molecular Mechanics) methods were developed for the study of macromolecular systems and specially their application in enzymes and biochemistry. Finally, the reach and future prospects of these methods originally developed by A. Warshel, M.Levitt and M. Karplus in the seventies will be discussed.

Kyoto University (京都大学) / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第14405号 / 理博第3402号 / 新制||理||1497(附属図書館) / UT51-2009-D117 / 京都大学大学院理学研究科化学専攻 / (主査)教授 大須賀 篤弘, 教授 林 民生, 教授 丸岡 啓二 / 学位規則第4条第1項該当

La olimpiada peruana de Química cumple su vigésimo aniversario y en este artículo se hace una pequeña recopilación de la participación de alumnos en los últimos años, de las regiones de las que proceden y de los éxitos internacionales obtenidos por nuestra delegación. / The Peruvian Chemistry Olympiad celebrates its 20th anniversary and, in this report, a short review of the student participation in the event along with their origin and the international results obtained by each year’s winners is given.