Journal of the Mexican Chemical Society

Structure-Property/Activity Correlations of Coordination Compounds, Supramolecular Molecular Assemblies and Materials, with Possible Industrial and Biological Applications

Hiram Isaac Beltrán — 2025-01-01

This work gives an overview of the scientific contributions developed in the research group of prof. Dr. Hiram Isaac Beltrán during the last 22 years of his career, mainly at Universidad Autónoma Metropolitana, first in Unidad Cuajimalpa and later in Unidad Azcapotzalco. During this period, research was carried out on the development of, (i) organic ligands to obtain boron-coordination compounds, (ii) diorganotin(IV) coordination compounds directly obtained by the template effect, (iii) applications and lines of research derived from the developed coordination compounds of boron and tin, (iv) coordination polymers and metal-organic frameworks (MOFs), (v) infiltrated coordination polymers and MOFs, (vi) band gap modulation and luminescence properties of coordination polymers and MOFs, (vii) biological properties of coordination polymers and MOFs, (viii) macrocyclic systems and their applications, and (ix) supramolecular assemblies and their applications. Conducting of more than 90 research papers and about 20 patents during this period. All this research involved the design and development of a specific molecular or material system with precise physicochemical properties to achieve a goal, fulfill a function or even be (multi)functional for biologic, scientific or industrial purposes. To follow all these research directions, some concepts will be highlighted in the overview and later the compendium will be presented. Acquiring this knowledge and experience has allowed us to design and develop molecular and material systems to achieve specific functions and applications. This has also helped other research groups to understand their own systems under investigation and has furthered the field of applied chemistry at a multifunctional level.

Resumen. Este trabajo ofrece una visión general de las contribuciones científicas desarrolladas en el grupo de investigación del prof. Dr. Hiram Isaac Beltrán durante los últimos 22 años de su carrera, principalmente en la Universidad Autónoma Metropolitana, primero en la Unidad Cuajimalpa y luego en la Unidad Azcapotzalco. Durante este periodo, se ha investigado el desarrollo de (i) ligandos orgánicos para la obtención de compuestos de coordinación con boro, (ii) compuestos de coordinación de diorganoestaño(IV) obtenidos directamente por efecto templado, (iii) aplicaciones y líneas de investigación derivadas de los compuestos de coordinación de boro y estaño desarrollados, (iv) polímeros de coordinación y redes metal-orgánicas (MOF), (v) infiltración de polímeros de coordinación y MOFs, (vi) modulación de banda prohibida y propiedades de luminiscencia de polímeros de coordinación y MOFs, (vii ) propiedades biológicas de polímeros de coordinación y MOFs, (viii) sistemas macrocíclicos y sus aplicaciones, y (ix) ensambles supramoleculares y sus aplicaciones.. Realizando más de 90 artículos de investigación y alrededor de 20 patentes durante este periodo. Toda esta investigación involucra el diseño y desarrollo de un sistema molecular o material particular con propiedades fisicoquímicas precisas para lograr un objetivo, para eventualmente cumplir una función o incluso ser (multi)funcional para fines biológicos, científicos o industriales. Para seguir todas estas líneas de investigación, se destacaron algunos conceptos y posteriormente se presentó el compendio. La adquisición de este conocimiento y experiencia ha permitido diseñar y desarrollar sistemas moleculares y materiales para lograr funciones y aplicaciones específicas. Esto también ha ayudado a otros grupos de investigación a comprender sus propios sistemas de estudio y ha impulsado el campo de investigación de la química aplicada a un nivel multifuncional.

The Importance of Chemistry in Hydrometallurgical processes Youtube channel “Hidrometalurgia UAM-Iztapalapa” – Overview (https://www.youtube.com/@HidrometalurgiaUAM-Iztapalapa)

Gretchen Terri Lapidus Lavine — 2025-01-01

This overview showcases a series of conferences on Youtube that highlights some of the most important contributions by the Hydrometallurgy group for using thermodynamic information and material balances to propose innovative hydrometallurgical processing routes, as well as to improve existing ones.

Resumen. Esta descripción general presenta una serie de conferencias in Youtube que resalta algunos de las más importantes contribuciones realizadas por el grupo de Hidrometalurgia, utilizando información termodinámica y balances de materia para proponer rutas innovativas de procesamiento hidrometalúrgico, así como para mejorar los procesos existentes.

Contribution to the Electrochemical Sensors and Biosensors field by the Electrochemical and Analytical Chemistry research areas at UAM-I

Gabriela Valdés-Ramírez — 2025-01-01

An overview of the electrochemical sensors and biosensors developed at Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Iztapalapa, is summarized by describing the principal contributions in the field performed by the Electrochemistry and Analytical Chemistry research areas of the Chemistry Department. Here, we divided the contributions into four main groups: fabrication and characterization of surfaces, electrochemical sensors and biosensors with environmental applications, electrochemical sensors and biosensors with applications in the food industry, and electrochemical sensors and biosensors with biomedical applications in the healthcare industry; the foundation of the Institution, the creation of the Electrochemistry and Analytical Chemistry research areas, and the first electrochemical sensor development at the institution are cited in the historical context of the scientific electrochemical sensors and biosensors timeline.

Resumen. Una visión general de los sensores y biosensores electroquímicos desarrollados en la Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Iztapalapa, se resume describiendo los principales aportes en el campo realizados por las áreas de investigación de Electroquímica y Química Analítica del Departamento de Química de esta institución. Hemos dividimos las contribuciones en cuatro grupos principales: fabricación y caracterización de superficies, sensores y biosensores electroquímicos con aplicaciones ambientales, sensores y biosensores electroquímicos con aplicaciones en la industria alimentaria, y sensores y biosensores electroquímicos con aplicaciones biomédicas en la industria para el cuidado de la salud; la creación de la Institución, las áreas de investigación de electroquímica y química analítica, así como el primer sensor electroquímico desarrollado en la Institución, se citan en el contexto histórico de la cronología científica de los sensores y biosensores electroquímicos en el mundo.

UAM-Ixachi: Desktop Tool for Massive Automated Molecular Docking

A. Suárez-Alonso — 2025-01-01

The molecular docking has become a powerful computational tool for new drug research and design, playing a key role in predicting interactions between drug-related ligands and their potential target proteins. However, molecular docking and virtual screening simulation software currently available require researchers to make numerous configurations and navigate unintuitive menus, necessitating significant process optimization. The present work used existing tools for molecular docking, designing a set of coherent computational programs among themselves, with the aim of expediting work with many ligands and target proteins, and simplifying the simulations performed simultaneously, making these techniques accessible to researchers with limited computational skills. The aim was to design an open-source tool, free and simple to use for the academic community, through the URL: https://1drv.ms/f/s!AiwrqGMGvesstXgOcz3Hn1Q2mfI9?e=903be7, offering a robust format for the presentation of results, conceptualized as a massive report of rows and columns that facilitates the management and interpretation of a large amounts of data.

Resumen. La simulación de acoplamiento molecular se ha convertido en una poderosa herramienta computacional para el descubrimiento y diseño de fármacos, desempeñando un papel fundamental en la predicción de las interacciones de unión entre ligandos de interés farmacológico y sus dianas potenciales. Sin embargo, los programas de simulación de acoplamiento molecular y cribado virtual disponibles en la actualidad requieren que los investigadores realicen numerosas configuraciones y naveguen por menús poco intuitivos, lo que hace necesario eficientizar y acelerar significativamente este proceso. Este trabajo utilizó las herramientas existentes para simulación de acoplamiento molecular, para diseñar un conjunto de programas computacionales coherentes entre sí, buscando agilizar el trabajo con una gran cantidad de ligandos y proteínas, y simplificar las simulaciones realizadas simultáneamente, facilitando el acercamiento de estas técnicas a investigadores poco instruidos en informática. El objetivo fue diseñar una herramienta de código abierto, gratuito y simple de usar para la comunidad académica, a través de la URL https://1drv.ms/f/s!AiwrqGMGvesstXgOcz3Hn1Q2mfI9?e=903be7, ofreciendo un formato robusto de presentación de resultados, conceptualizado como un reporte masivo de filas y columnas que facilita el manejo y la interpretación de la gran cantidad de datos obtenidos.

The Effect of bcc lattices on the Drug Release Kinetics in Inert Systems by Monte Carlo Simulation

Saul Jiménez Jiménez — 2025-01-01

This study examines the release kinetics of hydrophilic drugs from inert and porous matrices structured as body-centered cubic (bcc) lattices, utilizing Monte Carlo simulations for analysis. In this research, we examined a sphere with three distinct radii and a cylinder with three varying height-to-radius ratios. For each sample, we assessed the kinetics of drug release at varying drug concentrations and modeled the release by simulating the random diffusion of drug particles to the device's boundaries. The comparison of release profiles highlighted the influence of size, geometry, and connectivity on the kinetic parameters and essential properties. Enhancing the area-to-volume ratio leads to a diminished rate of drug release. Similarly, an escalation in size, as indicated by the ratio 1:18:55, results in a reduced drug release rate. Additionally, our findings reveal that the quantity of drug retained indefinitely is greater within a body-centered cubic (bcc) lattice matrix compared to a simple cubic (cs) lattice structure. In both geometrical configurations, the trapped drug is independent of the system's scaling in comparison to a cs lattice. Furthermore, our analysis reveals that at larger scales, with a drug concentration above the theoretical percolation threshold, our system remains stable. The outcomes align with the empirical Higuchi equation and the Weibull function. Our findings concur with previously published experimental outcomes, suggesting that bcc connectivity is a reliable parameter for simulating diffusion processes in the drug release from solid pharmaceutical forms. This correlation supports the use of bcc connectivity as a predictive tool in pharmaceutical research, aiding in the understanding of drug release mechanisms.

Resumen. Este trabajo analiza la cinética de liberación de fármacos hidrófilos a partir de matrices inertes y porosas en una red cúbica centrada en el cuerpo (bcc) mediante simulacion de Monte Carlo. Para este estudio, seleccionamos una esfera con tres radios diferentes y un cilindro con tres relaciones altura/radio diferentes. Para cada uno, determinamos la cinética de liberación del fármaco con diferentes cargas y simulamos la liberación a través del movimiento aleatorio de cada partícula del fármaco hacia los límites del dispositivo mediante un proceso de difusión. Se compararon los perfiles de liberación y analizamos el efecto de escalamiento, la geometría y la conectividad sobre los parámetros cinéticos y las propiedades críticas del sistema. Al aumentar la relación área/volumen, disminuye la tasa de liberación del fármaco, mientras que con el aumento del tamaño (1:18:55), la tasa de liberación del fármaco disminuye. Además, identificamos que la cantidad de fármaco atrapado a tiempo infinito es mayor en la matriz constituida por la red bcc que en la red cúbica simple (cs). En ambas geometrías, bajo una red bcc se observó que la cantidad de fármaco atrapado no es sensible al escalamiento del sistema en comparación con una red cs. Además, caracterizamos nuestros sistemas mostrando que en escalas mayores y con una carga de fármaco muy por arriba del umbral de percolación teórico, los datos se ajustan a la ecuación empírica de Higuchi y la función de Weibull. Nuestros datos concuerdan resultados experimentales y teóricos previamente reportados, lo que permite considerar la conectividad bcc como un buen parámetro de simulación de procesos difusivos, como la liberación de fármaco desde formas farmacéuticas sólidas.

Effect of Glutathione on the Stability, Dynamics and Catalysis of Two Different Classes of Glutathione Transferases from Taenia solium

César Sánchez Juárez — 2025-01-01

In this work we compare the effect of glutathione (GSH) on the stability and dynamics of two different classes of glutathione transferases from Taenia solium, Ts26GST (a/m class) and Ts24GST (s class). The purpose was to explore why Ts24GST has low catalytic activity for the conjugation of glutathione (GSH) to hydrophobic substrates such as 1-chloro-2,4-dinitrobenzene (CDNB) compared to the very active Ts26GST but can instead use GSH to isomerize prostaglandin H₂ to prostaglandin D₂ by reducing its peroxide bond, a reaction described just for s class of cytosolic GSTs. Using our recently deposited structure of Ts24GST in the Protein Data Bank, and a previous model for Ts26GST, we determined by molecular dynamics simulations that the presence of GSH decreased the number of intramolecular hydrogen bonds of Ts24GST and increased its radius of gyration, while in Ts26GST the effect was to increase its number of intramolecular hydrogen bonds without significantly changing its radius of gyration. Consistent with this, the experimental thermal stability of Ts26GST increased markedly while that of Ts24GST decreased in the presence of GSH, as determined by intrinsic fluorescence measurements. On the other hand, the binding site for the hydrophobic substrate (H site) of Ts24GST is wider than the H site of Ts26GST, with a 31 % greater solvent-accessible surface area.

Resumen. En este trabajo comparamos el efecto del glutatión (GSH) sobre la estabilidad y la dinámica de dos clases diferentes de glutatión transferasas de Taenia solium, la Ts26GST (clase a/m) y la Ts24GST (clase s). El propósito era explorar por qué la Ts24GST tiene una baja actividad catalítica para la conjugación del glutatión (GSH) con sustratos hidrofóbicos como el 1-cloro-2,4-dinitrobenceno (CDNB) en comparación con la muy activa Ts26GST, pero en cambio puede usar GSH para isomerizar la prostaglandina H₂ a prostaglandina D₂ reduciendo su enlace peróxido, una reacción descrita solo para las GST citosólicas de clase s. Utilizando nuestra estructura recientemente depositada de la Ts24GST en el Protein Data Bank, y un modelo previo para la Ts26GST, determinamos mediante simulaciones de dinámica molecular que la presencia de GSH disminuyó el número de enlaces de hidrógeno intramoleculares de la Ts24GST y aumentó su radio de giro, mientras que en la Ts26GST el efecto fue aumentar su número de enlaces de hidrógeno intramoleculares sin cambiar significativamente su radio de giro. En consonancia con esto, la estabilidad térmica experimental de la Ts26GST aumentó notablemente mientras que para la Ts24GST disminuyó en presencia de GSH, según lo determinado por mediciones de fluorescencia intrínseca. Por otro lado, el sitio de unión para el sustrato hidrofóbico (sitio H) de la Ts24GST es más ancho que el sitio H de la Ts26GST, con una superficie accesible al disolvente un 31 % mayor.

Hydrogen Bonding Processes During Self-protonation of Natural α-hydroxyquinones

Georgina Armendáriz-Vidales — 2025-01-01

The passage from non-substituted quinone to hydroquinone moieties involves the exchange of two-electron and two-protons, however, the presence of hydroxyl groups in the α position to the carbonyl group of the quinone induce a mechanistic change in which the quinone plays the role of electron acceptor and proton donor. This feature promotes a self-protonation mechanism which can be characterized in the framework of the ECE-DISP theory. However, when additional hydroxyl groups are contained in the quinone structure, hydrogen bonding becomes an additional competition factor that was studied in this work using a series of synthetic and natural quinones with different structures. The number of hydroxyl groups on the quinone structure was studied from the point of view of electrochemical mechanisms and descriptors of reactivity. Cyclic voltammetry, mechanistic simulation and electronic structure calculations were used as an approach to understand the interplay between electron transfer, proton transfer and hydrogen bonding association in α-hydroxyquinones.

Resumen. La conversión quinona-hidroquinona involucra el intercambio de dos electrones y dos protones; sin embargo, la presencia de grupos hidroxilo en la posición α respecto al carbonilo de la quinona, induce un cambio mecanístico en el cual el núcleo quinoide juega ahora el papel de acceptor electrónico y donador de protón. Esta característica promueve un mecanismo de autoprotonación que puede ser caracterizado mediante la teoría ECE-DISP. Sin embargo, cuando hay grupos hidroxilo adicionales dentro de la estructura quinoide, la formación de puentes de hidrógeno se convierte en una ruta competitiva adicional, la cual fue estudiada en este trabajo empleando una serie de compuestos sintéticos y naturales. El número de grupos hidroxilo y su influencia fueron estudiados desde el punto de vista de mecanismos electroquímicos y descriptores de reactividad. A través del uso de voltamperometría cíclica, simulación mecanística y cálculos de estructura electronica, se realizó una aproximación para comprender la interrelación entre la transferencia protónica, electrónica y la asociación a través de puentes de hidrógeno en α-hidroxiquinonas.

Electroanalytical Study of Metronidazole and its Interaction with Sodium Dodecyl Sulfate in Aqueous Medium

Dafne Sarahia Guzmán-Hernández — 2025-01-01

From electrochemical techniques, it was shown that a carbon paste electrode (CPE) served as depositing substrate for molecular aggregatess of sodium dodecyl sulfate, SDS, termed hemimicelles, that adsorb metronidazole, MTZ, molecules selectively from a water-based dissolution containing the protonated species of MTZ. The manner in which both molecules react SDS–MTZ is indeed relevant since it leads to a different electrochemical MTZ reduction mechanism from one where matter transfer controls the reaction rate through difussion with D = (2.991 ± 0.106) x10^-6 cm²s^-1 (when there is no SDS), to a mechanism where adsorption is the rate controlling stage.This leads to implementation of a novel methodology used for single quantification purposes of said MTZ in varied aqueous media or even synthetic urine. This is, analytically speaking the work presented here proves that it can function better, or even just as well as methods comprising other seemingly sophisticated and expensive techniques that can be found elsewhere.

Resumen. A partir de técnicas electroquímicas, se demostró que un electrodo de pasta de carbón (CPE) servía como sustrato de depósito para agregados moleculares de dodecilsulfato de sodio, SDS, denominados hemimicelas, que adsorben moléculas de metronidazol, MTZ, de forma selectiva a partir de una disolución a base de agua que contiene las especies protonadas de MTZ. La manera en que ambas moléculas reaccionan SDS-MTZ es de hecho relevante ya que conduce a un mecanismo de reducción electroquímico de MTZ diferente de uno donde la transferencia de materia controla la velocidad de reacción a través de difusión con D = (2.991 ± 0.106) x10-6 cm²s^-1 (cuando no hay SDS), a un mecanismo donde la adsorción es la etapa de control de la velocidad. Esto conduce a la implementación de una novedosa metodología utilizada para propósitos de cuantificación única de dicha MTZ en variados medios acuosos o incluso orina sintética. Es decir, analíticamente hablando, el trabajo presentado aquí demuestra que puede funcionar mejor, o incluso tan bien como métodos que comprenden otras técnicas aparentemente sofisticadas y costosas que se pueden encontrar en otros lugares.

New Insights about Equilibrium Constants, pKa, of Purine Nitrogenous Bases: The Case of Adenine and Guanine. A UV-Vis Spectrophotometric Study at I = 0.4 M

Jorge Martínez Guerra — 2025-01-01

In the present work, novel experimental evidence about acidity constants has been found for adenine and guanine in aqueous medium. Despite being molecules widely studied there is some inconsistences about their chemical speciation in the literature. The study that we presented by UV-Vis spectrophotometry and subsequent data processing using the SQUAD software allowed the determination of three acidity constants for both adenine (pK_a1 = 3.361± 0.102, pK_a2 = 9.056 ± 0.091 y pK_a3 = 10.132 ± 0.057) and guanine (pK_a1 = 3.402± 0.028, pK_a2 = 9.708 ± 0.022 y pK_a3 = 12.721 ± 0.015) at ionic strength 0.4 M and T = (25.0 ± 0.1) °C. Being theses bases fundamental components of DNA and RNA, it is relevant to know in depth their physicochemical properties to improve the understanding of the biological processes involved in the transmission of genetic information, as well as their implications in medicine, biotechnology and molecular biology.

Resumen. En el presente trabajo se muestra evidencia experimental novedosa de las constantes de acidez de la adenina y de la guanina en medio acuoso. A pesar de ser moléculas ampliamente estudiadas existen algunas inconsistencias reportadas en la literatura acerca de su especiación química. El estudio por espectrofotometría de UV-Vis y posterior tratamiento de datos usando el software SQUAD permitió determinar tres constantes de acidez tanto para la adenina (pK_a1 = 3.361± 0.102, pK_a2 = 9.056 ± 0.091 y pK_a3 = 10.132 ± 0.057) como para la guanina (pK_a₁ = 3.402± 0.028, pK_a₂ = 9.708 ± 0.022 y pK_a₃ = 12.721 ± 0.015) a fuerza iónica 0.4 M y T = (25.0 ± 0.1) °C. Dado que estas bases nitrogenadas son componentes fundamentales del ADN y del ARN, es relevante conocer a profundidad sus propiedades fisicoquímicas para mejorar nuestro entendimiento en los procesos biológicos donde estas bases se encuentran involucradas por ejemplo; en la transmisión de información genética así como sus implicaciones en campos como la medicina, biotecnología y la biología molecular.

Tetracycline Speciation Study in Aqueous Medium

Luis Diego González-Garrido — 2025-01-01

Tetracycline is a broad-spectrum antibiotic considered an emerging contaminant with major effects on human health and the ecosystems. Using the techniques of UV absorption spectroscopy and capillary zone electrophoresis, the characterization of tetracycline in aqueous medium is presented. Likewise, four acidity constants were determined: pKa₁ = (3.277 ± 0.067), pKa₂ = (7.397 ± 0.055), pKa₃ = (9.349 ± 0.039) and pKa₄ = (11.278 ± 0.024). Finally, capillary zone electrophoresis corroborates the predominance of five tetracycline species (TcH₄⁺, TcH₃, TcH₂^-, TcH^2- and Tc^3-) and presents a proposal for the deprotonation mechanism for tetracycline in aqueous medium.

Resumen. La tetraciclina es un antibiótico de amplio espectro, considerado como contaminante emergente con grandes afectaciones a la salud humana y el ecosistema. Mediante las técnicas de espectroscopía de absorción de UV y electroforesis capilar de zona se presenta la caracterización de la tetraciclina en medio acuoso. Así mismo se determinaron cuatro constantes de acidez: pKa₁ = (3.277 ± 0.067), pKa₂ = (7.397 ± 0.055), pKa₃ = (9.349 ± 0.039) y pKa₄ = (11.278 ± 0.024). Finalmente, a partir de electroforesis capilar de zona se corrobora el predominio de cinco especies de tetraciclina (TcH₄⁺, TcH₃, TcH₂^-, TcH^2- y Tc^3-) y se presenta una propuesta del mecanismo de desprotonación para tetraciclina en medio acuoso.

MCM-41 Acid as a Sustainable Material from Waste Polystyrene

Marco Jared Niño-Castellanos — 2025-01-01

This study incorporated expanded polystyrene (PS) from waste packaging into the mesoporous material MCM-41 to obtain PS-MCM-41. Both materials were obtained at room temperature, assisted by the ultrasound technique, and functionalized with sulfonated polystyrene (PSSA, Polystyrene Sulfonic Acid) to obtain MCM-41-PSSA and PS-MCM-41-PSSA. The evolution of the pore structures of the synthesized materials was studied using XRD. The functionalized materials' pore size, specific area, and pore volume were reduced. In addition, the thermal stability of PS-modified MCM-41 was improved concerning the parent material. The NH₃-TPD technique showed increased strong acid sites, with MCM-41-PSSA being the most acidic material. Incorporating waste material into a silicon-based mesoporous material and its functionalization with sulfonic groups allows the development of a sustainable heterogeneous material with potential applications in heterogeneous acid catalysis.

Resumen. En este estudio se incorporó poliestireno expandido (PS) proveniente de empaques de desecho al material mesoporoso MCM-41 para obtener PS-MCM-41. Ambos materiales fueron obtenidos a temperatura ambiente, asistidos por la técnica de ultrasonido, y funcionalizados con poliestireno sulfonado (PSSA, Polystyrene Sulfonic Acid) para obtener MCM-41-PSSA y PS-MCM-41-PSSA. La evolución de las estructuras porosas de los materiales sintetizados se estudió mediante DRX. Se redujo el tamaño de poro, el área específica y el volumen de poro de los materiales funcionalizados. Además, la estabilidad térmica del MCM-41 modificado con PS mejoró con respecto al material original. La técnica NH₃-TPD mostró un aumento de los sitios ácidos fuertes, siendo el MCM-41-PSSA el material más ácido. La incorporación de material de desecho en un material mesoporoso basado en silicio y su funcionalización con grupos sulfónicos permite el desarrollo de un material heterogéneo sostenible con potenciales aplicaciones en catálisis ácida heterogénea.

In the present research work, the incorporation of waste polystyrene into a material based on mesoporous silica is proposed, as well as the sulfonation of this waste polymer to obtain MCM-41-PSSA with sulfonated polystyrene. The structural, chemical, and surface properties of the materials MCM-41 with polystyrene and MCM-41 with functionalized polystyrene were studied.

Kinetic Modelling of Anisole Hydrodeoxygenation Using Aromatic-Selective Ru/TiO₂ Catalyst

V. Martinez-Jimenez — 2025-01-01

A Langmuir-Hinshelwood kinetic model is proposed to describe the anisole hydrodeoxygenation over a Ru/TiO₂ catalyst in a continuous fixed-bed reactor. Key operating parameters, such as pressure, temperature, and weight hourly space velocity, were studied to ensure operation within the kinetic regime. The proposed kinetic model was successfully validated, and two adjacent catalytic sites were considered: one dedicated to the dissociative adsorption of hydrogen and the other to the adsorption and reaction of anisole and its reaction products. The model demonstrated a good fit with the experimental data, revealing a preference for the demethoxylation pathway leading to benzene formation over the demethylation pathway, which favors phenol formation. Characterization of the Ru/TiO₂ catalyst using XRD, TPR-H₂, TPD-NH₃, and XPS revealed the presence of highly dispersed Ru particles and oxophilic sites, including both acidic sites and oxygen vacancies, validating the two-site model. The kinetic parameters indicated that the conversion of cyclohexanol to cyclohexane was the fastest reaction step, and the demethoxylation pathway was favored over the demethylation on the Ru/TiO₂ catalyst.

Resumen. Se propone un modelo cinético Langmuir-Hinshelwood para describir la reacción de hidrodesoxigenación de anisol utilizando un catalizador Ru/TiO₂ en un reactor de flujo continuo de lecho fijo. Se evaluaron inicialmente las condiciones de operación, como la presión, temperatura y velocidad espacial, con el fin de asegurar que el sistema opere dentro del régimen cinético. El modelo considera la presencia de dos sitios catalíticos adyacentes: uno destinado a la adsorción disociativa del hidrógeno y otro para la adsorción y reacción tanto de anisol como de sus productos de reacción. El modelo mostró un buen ajuste con los datos experimentales, indicando una ruta preferencial hacia la desmetoxilación, que produce benceno, frente a la desmetilación, que favorece la formación de fenol. La caracterización del catalizador Ru/TiO₂ mediante técnicas de XRD, TPR-H₂, TPD-NH₃ y XPS reveló la presencia de partículas de Ru⁰ altamente dispersas y sitios oxofílicos superficiales, incluidos sitios ácidos y vacantes de oxígeno, lo que valida el uso del modelo de dos sitios propuesto. Los parámetros cinéticos indicaron que la conversión de ciclohexanol a ciclohexano es el paso de reacción más rápido, y se favoreció la ruta de desmetoxilación sobre la desmetilación en presencia del catalizador Ru/TiO₂.

50 years of Chemistry at the Universidad Autónoma Metropolitana

Jorge Garza — 2025-01-01

Editorial of "50 years of Chemistry at the Universidad Autónoma Metropolitana" part 2

Advancements in Understanding Nucleation and Growth Phenomena Of Electrochemical Phase Formation Processes: Contributions from UAM Research

Manuel Eduardo Palomar-Pardavé — 2025-01-01

This work entails a review of the research conducted at “Universidad Autónoma Metropolitana”, UAM, on the nucleation and growth phenomena involved during the electrochemical phase formation processes (EPF). Specifically, these processes include metal electrodeposition, electrosynthesis of conductive polymers or synthetic metals, anodic film formation, and the electrochemical condensation of surfactant micelles. The primary contributions of these studies focus on developing chemical-physical theoretical models capable of determining the mechanism and kinetics of these EPF processes. This is achieved through the analysis of experimental potentiostatic current density transients recorded in both aqueous and deep eutectic solvents. Furthermore, the resulting modified electrodes are applied to various significant applications, such as green energy generation using direct alcohol fuel cells, the development of electrochemical sensors for neurotransmitters and other biologically important substances, and corrosion and environmental protection.

Resumen. Este trabajo revisa la investigación realizada en la Universidad Autónoma Metropolitana (UAM) sobre los fenómenos de nucleación y crecimiento involucrados en los procesos de formación electroquímica de fases (EPF). Específicamente, estos procesos incluyen la electrodeposición de metales, la electrosíntesis de polímeros conductores o metales sintéticos, la formación de películas anódicas y la condensación electroquímica de micelas de surfactantes. Las principales contribuciones de estos estudios se centran en el desarrollo de modelos teóricos fisicoquímicos capaces de determinar los mecanismos y la cinética de estos procesos EPF. Esto se logra a través del análisis de transitorios potenciostáticos de densidad de corriente experimentales registrados en disolventes acuosos y eutécticos profundos. Además, los electrodos modificados resultantes se utilizan en diversas aplicaciones significativas, como la generación de energía verde mediante celdas de combustible de alcoholes directos, el desarrollo de sensores electroquímicos para neurotransmisores y otras sustancias biológicamente importantes, así como la protección contra la corrosión y la protección ambiental.

Non-Isocyanide-Based Three-Component Reactions: From Strecker to Nowadays

Ivette Morales-Salazar — 2025-01-01

Almost two centuries have passed since Strecker synthesized for the first time the α-aminoacid DL-alanine via a sequential combination of acetaldehyde with aqueous ammonia and hydrogen cyanide, coupled to a further hydrolysis of the resulting α-aminonitrile using an acid aqueous solution. Since then, a broad variety of high valued products in various fields of science and technology have been synthesized via three-component reactions (3CRs) or via one-pot methodologies involving 3CRs coupled smartly to further processes like functionalizations, condensations, cross couplings, cyclizations, ring openings, and so on. In the same way, very interesting and useful computational calculations behind understanding reaction mechanisms related to 3CRs, conformational analyses, and energy profiles have been performed. All these topics are on the scope of the present review, which covers selected and elegant based 3CRs (except for the Ugi-3CR or its variants), and other unclassified 3CR-based works from 2010 to nowadays.

Resumen. Han pasado casi dos siglos desde que Strecker sintetizó por primera vez el α-aminoácido DL-alanina mediante una combinación secuencial de acetaldehído con amoníaco acuoso y cianuro de hidrógeno, acoplada a una hidrólisis posterior del α-aminonitrilo resultante utilizando una solución acuosa ácida. Desde entonces, se ha sintetizado una amplia variedad de productos de gran valor en diversos campos de la ciencia y la tecnología mediante reacciones de tres componentes (3CR) o mediante metodologías en un mismo reactor que implican 3CR acopladas a procesos posteriores como funcionalizaciones, condensaciones, acoplamientos cruzados, ciclizaciones, aperturas de anillos, etc. Del mismo modo, se han realizado cálculos computacionales muy interesantes y útiles para comprender los mecanismos de reacción relacionados con 3CR, análisis conformacionales y perfiles energéticos. Todos estos temas están dentro del alcance del presente artículo de revisión, que considera trabajos seleccionados y elegantes basados en 3CRs (excepto Ugi-3CR o sus variantes), y otras 3CRs no clasificadas desde 2010 hasta la actualidad.

The Use of Porous Materials in Heterogeneous Catalysis

Pablo Marín-Rosas — 2025-01-01

Heterogeneous catalysis, a cornerstone of the industry, offers the practical advantage of easy recovery and multiple reuses, leading to significant process cost reduction. The catalytic activity of porous materials, such as silica-based, zeolites, and MOFs, has proven to be not just interesting, but also superior to conventional heterogeneous systems. In this paper, we highlight the practical importance of these materials, their advances and modifications through the years, and their use as catalysts or support for other materials to enhance their catalytic properties.

Resumen. La catálisis heterogénea ha sido de mucha importancia en la industria; estos sistemas se pueden recuperar de manera sencilla y reutilizar varias veces, lo que tiene un impacto importante en la reducción de costos en el proceso. Los materiales porosos han demostrado una actividad catalítica interesante y han superado a los sistemas heterogéneos convencionales. En este estudio resumimos la importancia de materiales basados en sílice, zeolitas y MOFs. En este artículo, destacamos la importancia de materiales como los basados en sílice, las zeolitas y los MOF, sus avances y modificaciones a través de los años a medida que se utilizan como catalizadores o soporte de otros materiales para potenciar sus propiedades catalíticas.

The Use of Grand Canonical Density Functional Theory Global and Local Reactivity Parameters to Study Electrochemical Processes in Energy Storage Materials

Claudia Islas-Vargas — 2025-01-01

In this review a summary of the results obtained in a collaboration between electrochemists and theoretical physical chemists in the chemistry department of the Metropolitan Autonomous University Campus Iztapalapa in recent years is presented. The focus is on the study of materials involved in electrochemical storage devices such as batteries and capacitors, and in advance electrochemical oxidation reactions. Along this collaboration, the combination of density functional theory reactivity parameters within the Grand Canonical Density Functional Theory give rise to an alternative approach to follow redox processes in bulk materials and in solid-liquid interfaces. Along the review, we show how global and local softness emerge as suitable and ad hoc quantities to analyze electrochemical experiments. The use of local softness to distinguish “innocent” coordination environments from the active ones is exemplified with representative systems. A robust method to estimate quantum and total capacitances is described in the case of substituted graphene and is also applicable to other systems. Also, the introduction of an absolute approximate scale to characterize the redox properties of electrode-solvent systems is illustrated for a set of well-known surfaces of transition metal oxides.

Resumen. En esta revisión se presenta un resumen de los resultados obtenidos de una colaboración entre electroquímicos y fiscoquímicos teóricos del departamento de química de la Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Iztapalapa en los últimos años. Se hace énfasis en el estudio de los materiales implicados en los dispositivos de almacenamiento electroquímico de energía, como baterías y capacitores, y en las reacciones de oxidación electroquímica avanzada. Se analiza el uso de los parámetros de reactividad definidos en la Teoría de Funcionales de la Densidad en su formulación Gran Canónica para estudiar procesos redox en el bulto de los materiales y en intercaras sólido-líquido. Se muestran ejemplos de cómo la blandura química global y local emergen como cantidades ad hoc para analizar el comportamiento de los materiales que participan en procesos electroquímicos. En partícular, se muestra un ejemplo del uso de la blandura química local para distinguir, en procesos redox, los entornos de coordinación "inocentes" de los activos. Se describe también un método para estimar las capacitancias cuánticas y totales en el caso del grafeno sustituido y que es aplicable a intercaras sólido-liquido en general. Por otra parte, se ilustra, para un conjunto de superficies bien conocidas de óxidos de metales de transición, el uso de una escala absoluta aproximada para caracterizar en forma relativa las propiedades redox de los sistemas electrodo-disolvente.

Information-Theoretic Concepts to Elucidate Local and Non-Local Aspects of Chemical Phenomena

Rodolfo O. Esquivel — 2025-01-01

This review explores the application of information theory in understanding chemical reactions, focusing on concepts like Shannon entropy, Fisher information, and complexity measures. By analyzing elementary chemical reactions, significant patterns in reactivity were identified, revealing chemically important regions and providing insights into reaction mechanisms. Further investigation extends to amino acids and pharmacological molecules, classifying them based on information-theoretic measures such as Shannon entropy and Fisher information. The proposed Information-Theoretic Space unveils unique aspects of many-electron systems, suggesting a universal 3D chemical space. Furthermore, we investigate the partitioning of molecules into constituent parts using Atoms-In-Molecules (AIM) schemes and their information-theoretic justifications. We validated popular AIM schemes like Hirshfeld, Bader's topological dissection, and the quantum approach within the Information Theory framework. Additionally, the study delves into the quantum origin of correlation energy, exploring the relationship between correlation energy and quantum entanglement. It also examines quantum entanglement features in dissociation processes of diatomic molecules, shedding light on critical points along reaction paths. Overall, this research highlights the utility of information theory in analyzing molecular complexity, providing insights into chemical processes and molecular behavior across various systems.

Resumen. En esta revisión se examina la aplicación de la Teoría de la información tanto clásica como cuántica para entender las reacciones químicas. Se centra principalmente en el estudio de la entropía de Shannon, la información de Fisher, el Desequilibrio y las distintas medidas de complejidad. Se analizaron algunas reacciones químicas seleccionadas y se identificaron importantes patrones de reactividad, lo que permitió descubrir regiones de relevancia química y comprender mejor los mecanismos de reacción. El estudio se amplía al análisis de aminoácidos y moléculas farmacológicas. Para clasificarlos, se utilizó la entropía de Shannon y la información de Fisher lo cual permitió representar un nuevo espacio teórico-informacional, con el cuál se descubrieron características únicas en sistemas multilectróncos, lo que sugiere la existencia de un espacio químico universal en varias dimensiones. También se exploró la constitución molécular en sus componentes atómicos, empleando esquemas de Átomos en Moléculas (AIM) asociados a sus fundamentos teórico-informacionales. Así, pudimos validar los principales esquemas AIM: el método "stockholder" de Hirshfeld, la disección topológica de Bader y el enfoque informacional de tipo cuántico, todos dentro del marco de la Teoría de la Información. Esta revisión profundiza también en los fundamentos cuánticos de la energía de correlación, estudiando su conexión con el fenómeno del entrelazamiento cuántico. Además, se analizan las características del entrelazamiento cuántico en el proceso de disociación en las moléculas diatómicas, indentificando los puntos críticos de estos procesos. En conclusión, este trabajo demuestra la valía de la teoría de la información para estudiar la complejidad molecular. Los resultados ofrecen importantes perspectivas sobre procesos químicos y el comportamiento de las moléculas en diferentes sistemas.

On the Quest for Understanding Hydrogen Bonding Effects and its Nature

Boris Gutiérrez — 2025-01-01

Hydrogen bonding is a prominent non-covalent interaction that influences significatively the properties of the matter in which it is present. In this work it is reviewed some of the contributions of the chemistry department at the Autonomous Metropolitan University-Iztapalapa, to the study of the hydrogen bonding phenomena. Also, it is presented a formula derivation to calculate the hydrogen bond cooperative effect in a linear chain applying the Hellmann-Feynman theorem. In this manner, it is corroborated that the hydrogen bonding cooperative effect in a linear chain arises solely from classical interactions among effective point dipoles.

Resumen. El enlace de hidrógeno es una prominente interacción no covalente que influye significativamente en las propiedades de la materia en la que está presente. En este trabajo se revisan algunos aportes del departamento de química de la Universidad Autónoma Metropolitana-Iztapalapa, al estudio de los puentes de hidrógeno. Además se presenta la derivación de una fórmula para calcular el efecto cooperativo de los puentes de hidrógeno aplicando el teorema de Hellmann-Feynman. De esta manera se corrobora que el efecto cooperativo en la energía de los puentes de hidrógeno surge únicamente de las interacciones clásicas entre dipolos efectivos.