Escuela de Química

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Efecto electrostático de la inclusión de la región MM de la proteína sobre las interacciones entre (R,S)-propranolol y lipasa B de Candida antarctica
(Universidad Industrial de Santander, 2022-03-30) Amado Tavera, Luisa Fernanda; Doerr, Markus Hans Oliver; Rincón Daza, David Alejandro; Blanco Tirado, Cristian; Pérez Torres, Jhon Fredy
En este trabajo se continuó con el estudio del mecanismo de reacción de la acetilación catalizada por lipasa B de Candida antárctica, la cual permite la resolución cinética de los enantiómeros del (R,S)-propranolol, un compuesto de interés farmacéutico. Para esto, se realizó un estudio computacional empleando métodos teóricos como: cálculos combinados de mecánica cuántica (QM) y mecánica molecular (MM), que permiten dividir la región activa de la proteína en una región QM y una región MM; y la teoría cuántica de átomos en moléculas (QTAIM), que permite evaluar las interacciones intermoleculares del sistema. El proyecto consistió en realizar un análisis QTAIM de los complejos de interés presentes en la reacción para determinar las propiedades químicas y topológicas de estos cuando se incluye la región MM y cuando no es incluida. Se evaluó el efecto de la región MM sobre las cargas atómicas, las energías de la región QM y los enlaces de hidrógenos más relevantes para la reacción. La inclusión de la región MM afecta las cargas atómicas de los átomos de hidrógeno ubicados en la frontera con la región QM e incrementa la carga de la histidina catalítica 224. Además, el efecto de la inclusión de la región MM sobre los perfiles de energía QM produce cambios menores que 8 kcal/mol, mientras que, la inclusión de esta región no afecta las propiedades topológicas de los enlaces de hidrógeno relevantes en el proceso catalítico.
Estudio del efecto de la temperatura en el decaimiento radiativo del N2+ (B2SIGMAU+)
(Universidad Industrial de Santander, 2023-03-08) Becerra Jimenez Jesús Alberto; Pérez Torres Jhon Fredy; Oliver Doerr, Markus Hans; Blanco Tirado, Cristian
El nitrógeno es un elemento fundamental de la vida y representa el 78% de la atmósfera. Desde 1772 cuando Daniel Rutherford descubrió el nitrógeno, se han realizado múltiples investigaciones de la dinámica de este elemento, el cual es ineludible en el marco del cambio climático. Es por ello que si bien existen estudios, persiste la necesidad de profundizar en los estudios teóricos sobre el efecto de la temperatura en los espectros de fotoemisión del ion nitrógeno. Este trabajo busca analizar el efecto de la temperatura en el decaimiento radiativo del N2+(B2Σu+) →N2+(X2Σg+) + hc/λ. Para llevar a cabo esta investigación se desarrolló un programa FORTRAN para resolver la ecuación de Schrödinger asociada al movimiento rotovibracional de la molécula del N2+. A partir de esto se calcularon las tasas de fotoemisión que permitieron obtener el espectro de fotoemisión para diferentes valores de temperatura en el decaimiento radiativo del estado B al estado X de la molécula N2+. Los espectros obtenidos concuerdan con los experimentales presentados en la literatura, además se evidenció el cambio en la distribución de probabilidades en los estados rotacionales para cada transición de un estado vibracional específico debido a la incidencia de la temperatura. Esto se entiende naturalmente a partir de la estadística de Maxwell-Boltzmann. De igual manera se diferenciaron las señales para los isómeros de espín orto y para como las ramas R y P.
Evaluación de métodos aproximados y rápidos para el cálculo de espectros de absorción de metilfeoforbida A
(Universidad Industrial de Santander, 2023-07-27) Carreño Pérez, Paula Alejandra; Daza Espinosa, Martha Cecilia; Oliver Doerr, Markus Hans; Poveda Jaramillo, Juan Carlos; Blanco Tirado, Cristian
La metilfeoforbida a es un fotosensibilizador de segunda generación que ha sido usado en terapia fotodinámica porque posee baja toxicidad, se acumula selectivamente en los tumores y tiene un rendimiento cuántico de producción de oxígeno singulete alto. En este estudio se evaluó el efecto de los funcionales CAM-B3LYP y ωB97X sobre la calidad de los espectros de absorción de la metilfeoforbida a calculados con los métodos sTDDFT y sTDDFT-xTB, en conjunto con la evaluación del efecto de los funcionales PBEh-3c, B97-3c, r2SCAN-3c y la base def2-SVP para la optimización de la geometría de metilfeoforbida a sobre los espectros de absorción calculados. Así mismo, se evaluó la combinación de los métodos sTDDFT-xTB y GFN2-xTB, para el cálculo del espectro de absorción y optimización de la geometría molecular de la metilfeoforbida a respectivamente. Todo esto, porque se busca evaluar el comportamiento de los diferentes métodos con bajo costo computacional, ya que permiten realizar estos cálculos en un tiempo razonable y con recursos computacionales limitados y de esta manera evaluar y analizar los diferentes resultados eficazmente, y así identificar el enfoque más confiable para predecir los espectros de absorción en moléculas similares en aplicaciones futuras, y con ello mejorar las propiedades de estos fotosensibilizadores y realizar diseños racionales. Los espectros verticales de la metilfeoforbida a muestran que el método con el menor corrimiento al azul es el método sTDDFT, así mismo, se evidenció la eficacia y rapidez característica de sTDDFT-xTB y, por último, se logró estudiar cómo la geometría de mínima energía obtenida por diferentes funcionales afecta el cálculo del espectro.
Evaluación del campo de fuerza GFN-FF y de los métodos semiempíricos GFN1-xTB y GFN0-xTB para el estudio de las interacciones entre nanopartículas de Cu (CuNP) con moléculas orgánicas pequeñas.
(Universidad Industrial de Santander, 2024-08-04) Calle Pacheco, Ana Margarita; Daza Espinosa, Martha Cecilia; Oliver Doerr, Markus Hans; Blanco Tirado, Cristian; Perez Torres, Jhon fredy
En este trabajo se presenta un análisis del efecto del campo de fuerza GFN-FF, los métodos semiempíricos GFN0-xTB y GFN1-xTB, y los funcionales PBE-D3, B97-3c y PBEh-3c sobre la energía de interacción de los complejos entre una nanopartícula de cobre (Cu55NP) y las moléculas 2-aminopropano, 2-propanol y 2-propanotiol. También se evalúa el efecto del error de superposición de bases con el método de corrección de contrapeso (CP) sobre la energía de interacción obtenida con el funcional PBE-D3; este funcional se utilizó como referencia para evaluar la “calidad” de los resultados. Los resultados muestran que las energías de interacción obtenidas con B97-3c y GFN1-xTB fueron más cercanas a las calculadas con PBE-D3/def2-SVP, estas difieren en menos de 17 [kcal/mol]. Por otra parte, el método semiempírico GFN1-xTB describe mejor los enlaces Cu-O y Cu-S, además de los ángulos ∠Cu-S-C2 y ∠ Cu-S-C2-C1; en cambio el campo de fuerza GFN-FF presenta resultados con menor variabilidad respecto a PBE-D3/def2-SVP para la longitud de enlace Cu-N y los ángulos ∠Cu-O-C2, ∠Cu-N-C2, ∠ Cu-O-C2-C1 y ∠ Cu-N-C2-C1. Sin embargo, la estructura optimizada con B97-3c fue la más cercana a la calculada con la referencia. El interés para la evaluación de la calidad de los resultados con estos métodos se debe al bajo costo computacional de los métodos semiempíricos y el campo de fuerza en comparación con los funcionales PBE-D3. Además, estos resultados son de interés para modelar interacciones entre nanopartículas y polímeros como la celulosa. En conclusión, dentro de los métodos evaluados GFN1-xTB muestra los mejores resultados con un bajo costo computacional, comparables con el funcional PBE-D3.
Evaluación del grafeno modificado químicamente para separación de emulsiones mediante dinámica molecular
(Universidad Industrial de Santander, 2021) Cajicá Trillos, Claudia Alejandra; Mejía Ospino, Enrique; Muñoz Rugeles, Leonardo; Doerr, Markus Hans Oliver; Blanco Tirado, Cristian
Investigaciones experimentales y computacionales han demostrado que los materiales basados en grafeno pueden utilizarse como agentes demulsiﬁcantes. Sin embargo, su mecanismo de demulsiﬁcación continúa en investigación. En este trabajo se utilizó diná- mica molecular para evaluar el efecto del GO y rGO en la tensión interfacial de emulsiones de agua y aceite estabilizadas por un modelo de asfalteno (VO-79). Las simulaciones realiza- das permitieron observar a nivel atómico la adsorción del VO-79 en las láminas de GO y la formación de una película binaria (VO-79+GO). Luego de la adsorción, la tensión interfacial del sistema aumentó, lo que favorece la desestabilización de la emulsión. En el caso del rGO, se observó que las láminas desplazan a las moléculas de VO-79, rompiendo la película pro- tectora interfacial y eventualmente desestabilizando la emulsión. Estos cálculos permitieron plantear un mecanismo de demulsiﬁcación. Por otra parte, se evaluó la mojabilidad de los materiales usando dinámica molecular realizando mediciones del ángulo de contacto de una gota de agua cilíndrica depositada en una lámina de grafeno y de GO con relaciones C/O de 2.0 y 2.5 soportadas en una lámina de grafeno. De estos resultados se encontró que la hidroﬁlicidad del GO disminuye a medida que la relación C/O del material aumenta.
Extracción y caracterización de lignina proveniente de la cáscara de cacao utilizando solventes eutécticos profundos
(Universidad Industrial de Santander, 2022-09-07) Ayala Viloria, Iveth Vanessa; Blanco Tirado, Cristian; Ovalle Serrano, Sergio Andrés; Blanco Tirado, Cristian; Méndez Sánchez, Stelia Carolina
La investigación con enfoque en procesos que implique el aprovechamiento de los residuos agrícolas es esencial para la bioeconomía. El uso de solventes eutécticos profundos (DES) es un método verde que logra el procesamiento de la biomasa, fraccionando efectivamente la lignina de la lignocelulosa y, consecuentemente, otorgando la capacidad de valorización de la misma. En este estudio se prioriza la extracción de lignina presente en la cáscara de cacao usando solventes eutécticos profundos (DES). Fueron sintetizados 3 tipos de DES con ácido láctico (AL) como donador de enlaces de hidrógeno y alanina (AL-A), histidina (AL-H) y prolina (AL-P) como aceptores. Se evaluó el rendimiento de extracción por medio de un diseño experimental que mostró resultados entre 8,2 y 47,8 %, siendo éstos altamente influenciados por las variables estudiadas (temperatura, tiempo de tratamiento y relación sólido-líquido), y comparados con el rendimiento de lignina obtenida por medio del uso de peróxido de hidrógeno (10,8%), en donde se resaltó el óptimo proceso de extracción de lignina con DES. Además, se obtuvo un rendimiento de deslignificación del 84,6 % (basado en la lignina inicial de la cáscara de cacao) y la cáscara deslignificada no presentó alteraciones desfavorables en la estructura cristalina de la celulosa, según los resultados DRX. Se caracterizó y comparó la lignina extraída con DES, peróxido de hidrógeno y un lignosulfonato de sodio (lignina comercial) por medio de las técnicas FTIR, TGA y UV-VIS. Los resultados mostraron en la lignina obtenida con DES la presencia de la representativa estructura aromática y sugieren un alto porcentaje de pureza en el polímero resultante.
Foto-Oxidación Avanzada de Estradiol (E2) Utilizando Oxígeno, Foto-Sensibilizadores Naturales Derivados de Clorofila y Luz Visible
(Universidad Industrial de Santander, 2022-09-20) Camargo Montoya, María Beatriz; Osorio Durán, Angie Juliana; Pinzón Joya, Julio Roberto; Martínez Ortega, Fernando; Blanco Tirado, Cristian
Los estrógenos son hormonas sexuales femeninas que actúan como los disruptores endocrinos (CDE) más potentes conocidos, estos tienen la capacidad de alterar el funcionamiento de plantas, animales y seres humanos lo que afecta gravemente la salud y el medio ambiente. Estos compuestos llegan a las aguas residuales producto de la excreción de los seres humanos u otros animales, principalmente pollos y cerdos. Este trabajo propone la eliminación del 17β-estradiol (E2) mediante un proceso de foto-oxidación avanzada en presencia de foto-sensibilizadores derivados de clorofila a, luz visible y burbujas de aire. Se realizó la extracción de clorofila a desde material vegetal para síntesis de la metilfeoforbida-a, la cual se utilizó como fotosensibilizador natural capaz de absorber luz visible. Luego, se realizaron reacciones de fotoxidación para estudiar la degradación del 17β-estradiol a dos longitudes de onda (410nm y 660nm). Se logró evidenciar que ocurre una reacción de foto-oxidación del 17b estradiol, mediante la generación de especies reactivas de oxígeno capaces de causar la degradación del E2. Finalmente, se identificó un producto de foto-oxidación del estradiol y se planteó una posible ruta de degradación basados en investigaciones anteriores.
Uso de biomasa residual de la agroindustria de café y palma como medio de cultivo para obtención de ácidos nucleicos a partir de levaduras Saccharomyces cerevisiae
(Universidad Industrial de Santander, 2024-11-13) Ramirez Carreño, Britney Dayanne; Galvis perez, Juliana Valentina; Mendez Sanchez, Stelia Carolina; Blanco Tirado, Cristian; Rodriguez, Nelson
La producción de café contribuye con un 3.3% al Producto Interno Bruto (PIB) nacional, generando entre 0.155 y 0.22 m³ de mosto por tonelada procesada, mientras que el cultivo de palma aporta un 11% al PIB, dejando de 0.8 a 1.0 m³ de efluente líquido (POME) por cada tonelada de racimos de frutos frescos procesados. En la búsqueda de aportar al conocimiento y fomentar el uso circular de estos residuos, este proyecto se planteó con el objetivo de obtener ácidos nucleicos mediante la levadura Saccharomyces cerevisiae, utilizando la biomasa residual agroindustrial del aceite de palma y del café como medio de cultivo. El trabajo inició con la recolección de muestras en 2023, las cuales fueron sometidas a análisis en laboratorio para la cuantificación de proteínas totales mediante el método Bradford, de azúcares totales utilizando la técnica fenol-ácido sulfúrico y de nitrógeno total a través del método Kjeldahl. Posteriormente, se determinaron las condiciones óptimas de crecimiento de las levaduras mediante un diseño experimental que evaluó distintas concentraciones de POME y mosto de café. Los resultados mostraron fluctuaciones en el pH del mosto, que inició en 4.43 y alcanzó un máximo de 4.85, antes de descender a 4.14. En cuanto a la cuantificación de proteínas, el porcentaje inicial fue de 0.0779 g proteína/g de muestra, con variaciones en el transcurso del tiempo, destacando un valor final de 0.0511 g proteína/g de muestra a las 22 horas. Este análisis subraya la influencia de las condiciones de fermentación en las propiedades químicas del mosto, lo que es crucial para optimizar procesos industriales. Este estudio no solo proporciona una base sólida para el aprovechamiento eficiente de subproductos agrícolas, sino que también promueve un enfoque más sostenible en la producción y gestión de residuos en la industria química.

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