presentación - Los avances de la química

La Química,
la catálisis y la vida
Ernesto Carmona Guzmán
Universidad de Sevilla – Consejo Superior de Investigaciones Científicas
O O
O
C
Ca
O
O
O
Si
O
O
O C O
C
H
O
H
Fe
O
1
H + 1H = 2 H + e+ + Q
+ 1H = 3 H + J
(2)
H + 3H = 4 H + 2 1H
(3)
2H
3
(1)
4 1H
4 He
+ 2e+ + 2 Q
(26,72 MeV)
« Before the word for it (in any language)
came to be, there was chemistry.
For one defining aspect of human
beings has always been
the meld of mind and hands
in transforming matter. »
Roald Hoffmann
Premio Nobel de Química 1981.
The New Chemistry. N. Hall, Ed.
Cambridge Univ. Press, 2000
D. Hodgkin
Premio Nobel, 1964
Nature, 2002, 418, 515
Nature, 2003, 422, 53
A. Corma, et al. Nature 2009, 458, 1154
M. Choi, K. Na et al. Nature 2009, 461, 246
N2(g) + 3H2(g)
Industria
Química
Átomos,
Moléculas
SíNTESIS
QUÍMICA
Otras Moléculas,
Compuestos,
materiales,...
La Química de
la Vida
[cat]
2NH3(g)
Polímeros, Cristales,
Líquidos,
Superconductores,
otros materiales,
Fármacos, pesticidas
fragantes (quirales)
““A
catalyst is asubstance
““Acatalyst
asubstance which affects the rate of achemical
achemical reaction without
being part of its end products””
products””
W.Ostwald
,1900.PremioNobeldeQuíímica,1909.
W.Ostwald,1900.PremioNobeldeQu
““A
catalyst is asubstance
atwhich achemical
achemical reaction
““Acatalyst
asubstance which increases the rate atwhich
approaches equilibrium without becoming itself permanently involved””
involved””
P.W.N.M.vanLeewen
,Homogeneous
Homogeneous Catalysis
P.W.N.M.vanLeewen,
Kluwer Academic Publishers,Dordrecht,2004.
Publishers,Dordrecht,2004.
W. Crooks,
Crooks, 1898 (68th meeting of the British Association for the
Advancement of Science):
Science):
““…… all civilized nations stand in deadly peril of not
having enough to eat…… the fixation of atmospheric
nitrogen is one of the great discoveries awaiting the
ingenuity of chemists.””
““forhisstudiesofchemicalprocessesonsolid
surfaces".
G. Ertl,
Ertl, Premio Nobel de Quí
Química 2007
"inrecognitionoftheircontributionstotheinvention
anddevelopmentofchemicalhighpressuremethods"
C. Bosch, Premio Nobel de Quí
Química 1931 (F. Bergius)
Bergius)
"forthesynthesisofammoniafromits
elements"
F. Haber, Premio Nobel de Quí
Química 1918
Catalizadoresdetresvías
otrasreaccionescomo:
C o C l 3 (N H 3 ) 6 (a m a r illo )
C o C l 3 (N H 3 ) 5 (púrpur a )
C o C l 3 (N H 3 ) 4 (ve rd e y vio le ta )
C o C l 3 (N H 3 ) 3 (d o s isó m er o s)
L
L
L
M
L
L
L
L
M
L
L
L
M L 4 (T d )
M L 6 (O h )
A. Werner.
Premio Nobel de Química, 1913
H3C
Fe
H3C
CH 3
CO
Ta
E.O. Fischer, G. Wilkinson.
Premio Nobel de Química, 1973
CH3
W
Cr
CH 2
CH3
I
OC
Cr
CO
CH3
CO
C
CH3
CH3
NH3
H3N
H3N
Ru
NH3
N
N
W
NH3
H3N
H3N
NH3
PCy3
OC
OC
2+
O
CO
H3N
H3N
H
H
Co
Co
5+
CH3
NH3
O
Cl
CH3
NH3
P
Cl
Ti
NH3
P
Cl
PCy3
R2P
R2P
PR2
Mo
PR2
CH2
H
CH2
2+
CO
H
SiH3
Xe
Xe
Au
Xe
Xe
Algunos procesos catalíticos homogéneos
Catálisis Ziegler – Natta para la producción de poliolefinas (metalocenos
como catalizadores).
Hidroformilación de alquenos catalizada mediante complejos de cobalto
(CoH(CO)4), o de rodio (RhH(CO)(PPh3)3). Síntesis de diversos productos
oxigenados (alcoholes detergentes….).
Síntesis del ácido acético: Monsanto (Rh) y Cativa (Ir)
Metátesis de olefinas: carbenos de Schrock (Mo, W) y de Grubbs (Ru).
Premio Nobel de Química de 2005 (Y. Chauvin, R.H. Grubbs, R.R.
Schrock).
La Quiralidad es un fenómeno común en la naturaleza:
Proteínas, Carbohidratos, Acidos Nucleicos
Las moléculas, como los objetos macroscópicos, tienen una estructura tridimensional.
La quiralidad de una molécula es una consecuencia de su estructura espacial.
Productos Quirales: Efecto Biológico
H
H
A
B
Z
Y
Z'
Y'
X
Y
X'
Z'
Y'
Z
X
X'
Enantiómeros y Propiedades Biológicas > Naproxeno
CO2H
MeO
CO2H
MeO
Tóxico
Naproxen
(Anti-inflamatorio)
(S)-limonene
(R)-limonene
mirror plane
PPh3
Ph3P
Rh
Cl
PPh3
Catalizador de Wilkinson
+
P
S
O
PPh2
O
PPh2
M
P
S
(Rh, Ir)
(Osborn, Schrock)
DIOP (Kagan)
OMe
Ph
P
P
PPh2
PPh2
Ph
MeO
Di PAMP (Knowles)
BINAP (Noyori)
OMe
Ph
P
P
Ph
MeO
Di PAMP (Knowles)
CO2+
H3N
H
C
C
C(O)OR
C
H
CH2
1. H2, [Rh(DiPAMP)(S)2]+
2. H3O +
N(H)C(O)R
HO
HO
OH
OH
L-dihidroxifenilalanina (L-DOPA)
W. Knowles, Monsanto (1974)
R. Noyori
W. Knowles, R. Noyori, B. Sharpless, Premio Nobel de Química, 2001.
Importancia de los
Productos Quirales
en la Industria Farmacéutica
COOHO
OH
Ca2+
F
N
NH
O
2
O
N
Atorvastatina
HO
O
O
N
S
O
N
H
O
O
O
Esomeprazol
H
Simvastatina
N
N
H
O
N
S
O
CF3
O
O
O
S
F
Lanzoprazol
O
F
OH
HO
O
HO
Fluticasona+Salmeterol
Total ventas productos 1-5:
17.600 millones €
OMe
Ph
P
P
Ph
MeO
Di PAMP (Knowles)
CO2+
H3N
H
C
C(O)OR
C
C
H
CH2
1. H2, [Rh(DiPAMP)(S)2]+
2. H3O +
N(H)C(O)R
HO
HO
OH
OH
L-dihidroxifenilalanina (L-DOPA)
W. Knowles, Monsanto (1974)
L-DOPA
HO
COOH
NH2
HO
HOOC
OH
H2N
OH
D-Dopa
L-Dopa
HO
NH2
HO
Dopamina
O
NH2
OH
[dopamina descarboxilasa]
NH2
HO
+
HO
OH
OH
L-dopa
dopamina
O
HO
HO
OH
CH3
HN
NH2
carbidopa
CO2
PREMIO NOBEL DE QUÍMICA 2010
Richard F. Heck
EiEi-ichi Negishi
Akira Suzuki