Journal of the Mexican Chemical Society

Full Issue J. Mex. Chem. Soc. 2024, 68(4)

Editorial Assistance — 2024-10-03

Full Issue

J. Mex. Chem. Soc. 2024, 68(4)

Special Issue

Celebrating 50 years of Chemistry at the Universidad Autónoma Metropolitana. Part 1

ISSN-e 2594-0317

Air-Stable Triazole-Based Ru(II) Complexes Catalyzed Transfer Hydrogenation of Ketones and Aldehydes Using Ethanol as a Solvent and a Hydrogen Donor

Evelyn Vega Sánchez — 2024-09-30

The synthesis and characterization of two air-stable ruthenium (II) complexes from readily available triazole-based ligands are described. Both ruthenium complexes, one bearing a bidentate ligand (C-1) and the other a tridentate ligand (C-2), were tested as catalysts in the transfer hydrogenation of ketones and aldehydes using ethanol as a sustainable hydrogen source under aerobic conditions. Notably, the C-2 complex displayed exceptional efficiency under relatively mild conditions, demonstrating a wide substrate tolerance encompassing both alkyl and aryl ketones, as well as aryl aldehydes. Furthermore, our findings highlight the potential of Ru(II) complexes as effective catalysts for the hydrogenation of carbonyl bonds using ethanol, representing a green and sustainable approach without the necessity for an inert gas.

Resumen. En este trabajo se describe la síntesis y caracterización de dos complejos de rutenio(II) estables al aire con ligantes basados en triazoles. En general, los triazoles pueden obtenerse fácilmente a través de reacciones simples utilizando reactivos comercialmente disponibles. Ambos complejos de rutenio, uno con un ligante bidentado (C-1) y el otro con un ligando tridentado (C-2), se probaron como catalizadores en reacciones de hidrogenación por transferencia de cetonas y aldehídos, utilizando etanol como fuente sostenible de hidrógeno en condiciones aeróbicas. En particular, el complejo C-2 mostró una eficiencia excepcional en condiciones relativamente suaves, demostrando una amplia tolerancia tanto con cetonas alquílicas como aromáticas, además de hidrogenar eficientemente aldehídos aromáticos. Estos resultados ponen de manifiesto el potencial de los complejos de Ru(II) como catalizadores eficaces para la hidrogenación de enlaces carbonilo utilizando etanol, lo que representa un enfoque ecológico y sostenible sin necesidad de un gas inerte.

Effect of the Linker and Substituents on the Ionic Conductivity of Borate Single-Ion Polymers for Lithium Batteries

Soline Vauthier — 2024-09-30

Polymer electrolytes with high ionic conductivity are actively searched for their application as solid electrolytes in lithium batteries. Here, we show new borate single lithium-ion conducting polymers with high ionic conductivity and lithium transference number values. For this purpose, eight new methacrylic lithium borate polymers were synthesized and characterized with varying chemical compositions focusing on the linker between the polymer chain and the pendant borate ionic group and its substituents. The polymers with the optimum ethoxy linker and fluorinated pendant groups show a low Tg value and the highest ionic conductivity value of 1.29×10^-4 S.cm^-1 at 60 °C. This value is among the highest ionic conductivity reported for a single lithium-ion conducting homopolymer. These polymers show a high lithium transference number (between 0.88 and 0.96) and electrochemical stability close to 4.2 V vs Li⁺/Li, making them promising candidates for application as solid electrolytes in lithium batteries.

Resumen. Se buscan activamente electrolitos poliméricos con alta conductividad iónica para su aplicación como electrolitos sólidos en baterías de litio. Aquí, mostramos nuevos polímeros conductores de iones de litio de borato simples con valores muy altos de conductividad iónica y número de transferencia de litio. Para ello, se sintetizaron y caracterizaron ocho nuevos polímeros metacrílicos de borato de litio con composiciones químicas variables centradas en el enlazador entre la cadena polimérica y el grupo iónico borato colgante y sus sustituyentes. Los polímeros con el enlazador etoxi óptimo y los grupos colgantes fluorados muestran un valor Tg bajo y un valor superior de conductividad iónica 1,29×10^-4 Scm^-1 a 60 °C. Este valor es uno de los más altos de conductividad iónica a 60 °C. Este valor es uno de los valores más altos de conductividad iónica a 60 °C. Este valor es uno de los más altos valores de conductividad iónica registrados para un solo homopolímero conductor de iones de litio. Estos polímeros muestran un elevado número de transferencia de litio (entre 0.88 y 0.96), y una estabilidad electroquímica cercana a 4.2 V vs Li⁺/Li que los convierten en candidatos prometedores para su aplicación como electrolitos sólidos en baterías de litio.

Fine Particles Composition and Emission Chemical Profiles from Sugarcane Production for Source Reconciliation Applying the Chemical Mass Balance

Violeta Mugica-Álvarez — 2024-09-30

Every year, many tons of fine particles are emitted to the atmosphere due to the sugarcane-mills operation and for inadequate agricultural practices such as sugarcane burning. In order to foster a deeper knowledge about the levels and source contributions of particles and their toxic species, the City of Cordoba was selected for two PM_2.5sampling campaigns to be carried out in the center and in a rural location at 9 km far, during harvesting and non-harvesting seasons; additionally, the chemical source profiles from sugarcane burning and sugar mills were determined. The PM_2.5levels in the City of Córdoba ranged from 29.9 to 102.1 mg m^-3 and from 13 to 36.6 mg m^-3 in the harvest and non-harvest periods, respectively, but toxic chemical species rose up to nine times representing an important risk health. Total carbon concentrations during harvesting were around 67 % and 64 %. With the chemical source profiles and the PM_2.5 airborne concentrations, the Chemical Mass Balance Model was applied for source reconciliation, evincing that sugarcane processes accounted with 22 % of fine particles, vehicles with 34 to 38 %, secondary inorganic aerosols from 16 to 24 %, and suspended particles from roads from 10 to 20 %. The results show that inhabitants in this area are exposed to high levels of PM_2.5 in harvesting, with a high risk to their health. This study provides valuable information to the authorities for the PM_2.5 control strategies design and protect the population health, during harvesting.

Resumen. Cada año, se emiten muchas toneladas de partículas finas a la atmósfera debido a la operación de los ingenios azucareros y a prácticas agrícolas inadecuadas como la quema de caña de azúcar. Con el fin de fomentar un conocimiento más profundo sobre los niveles y las contribuciones de origen de las partículas y sus especies tóxicas, la ciudad de Córdoba fue seleccionada para llevar a cabo dos campañas de muestreo de PM_2.5en el centro y en una ubicación rural a 9 km de distancia, durante las temporadas de cosecha y no cosecha; además, se determinaron los perfiles químicos de la quema de caña de azúcar e de los ingenios. Los niveles de PM_2.5en la ciudad de Córdoba oscilaron entre 29.9 y 102.1 μg m^-3 y entre 13 y 36.6 μg m^-3 en los períodos de cosecha y no cosecha, respectivamente, pero las especies químicas tóxicas se incrementaron hasta nueve veces, lo que representa un importante riesgo a la salud. Las concentraciones totales de carbono durante la cosecha fueron aproximadamente del 67 % y el 64 %. Con los perfiles químicos de origen y las concentraciones de PM_2.5en el aire, se aplicó el Modelo de Balance de Masas Químicas para la reconciliación de fuentes, demostrando que los procesos de caña de azúcar representaban el 22 % de las partículas finas, los vehículos el 34 al 38 %, los aerosoles secundarios del 16 al 24 %, y las partículas suspendidas de las carreteras del 10 al 20 %. Los resultados muestran que los habitantes de esta zona están expuestos a niveles altos de PM_2.5 durante la cosecha, con un alto riesgo para su salud. Este estudio proporciona información valiosa a las autoridades para el diseño de estrategias de control de PM_2.5y proteger la salud de la población, durante la cosecha.

Antimicrobial and Antioxidant Activities of Four Essential Oils

Ana Laura Esquivel-Campos — 2024-09-30

Various opportunistic microorganisms, such as bacteria and fungi, are responsible for multiple infectious diseases, which represent a threat to global health. Essential oils (EOs) have shown antimicrobial and antioxidant properties, making them an excellent alternative to control multi-resistant bacteria. In this work, for the first time, the antimicrobial and antioxidant activities of four EOs were evaluated, namely Trixis angustifolia DC (EOTA), Dalea bicolor Humb & Bonpl. Ex Willd (EODB), Tagetes parryi A.Gray (EOTP) and Eupatorium glabratum Kunth (EOEG). They were obtained by hydrodistillation, and their chemical composition was determined by GC-MS (Gas chromatography-mass spectroscopy) using HP5-MS column. Their antimicrobial and antioxidant activities were determined by the microdilution method and the DPPH and ABTS techniques, respectively. The main compounds of the EOs were piperitone (36.67 %) for EOTA, β-pinene (27.25) for EODB, verbenone (31.13 %) for EOTP and α-cadinol (7.78 %) and bornyl acetate (6.45 %) for EOEG. The EOs EOTA, EODB, EOTP and EOEG inhibited the development of Candida at a concentration of 62.5–500 µg/mL, whereas the antibacterial activities of these oils were observed at concentrations from 125–500 µg/mL. The antioxidant activity of EOTA and EODB were IC₅₀= 0.641, 1.195 mg/mL, whereas those of EOTP and EOEG was lower. These results show that four EOs have antimicrobial activity.

Resumen. Diversos microorganismos oportunistas, como bacterias y hongos, son responsables de múltiples enfermedades infecciosas, que representan una amenaza para la salud mundial. Los aceites esenciales (EOs) han demostrado propiedades antimicrobianas y antioxidantes, lo que los convierte en una excelente alternativa para el control de bacterias multirresistentes. En este trabajo, por primera vez, se evaluaron las actividades antimicrobianas y antioxidantes de cuatro EOs: Trixis angustifolia DC (EOTA), Dalea bicolor Humb & Bonpl. Ex Willd (EODB), Tagetes parryi A.Gray (EOTP) y Eupatorium glabratum Kunth (EOEG). Los aceites se obtuvieron por hidrodestilación y se determinó su composición química por GC-MS (cromatografía de gases-espectrometría de masas) utilizando una columna HP5-MS. Sus actividades antimicrobiana y antioxidante se determinaron por el método de microdilución y las técnicas DPPH y ABTS, respectivamente. Los principales compuestos de los aceites esenciales fueron piperitona (36,67 %) para EOTA, β-pineno (27,25 %) para EODB, verbenona (31,13 %) para EOTP y α-cadinol (7,78 %) y acetato de bornilo (6,45 %) para EOEG. Los aceites esenciales EOTA, EODB, EOTP y EOEG inhibieron el desarrollo de Candida a una concentración de 62,5–500 μg/mL, mientras que las actividades antibacterianas de estos aceites se determinaron a concentraciones de 125–500 μg/mL. La actividad antioxidante de EOTA y EODB fue de IC₅₀ = 0,641, y 1,195 mg/mL respectivamente, mientras que las de EOTP y EOEG fueron menores. Estos resultados muestran que los cuatro EOs tienen actividad antimicrobiana.

Design and Synthesis of Barbiturates and Hydantoins with Multitarget Antidiabetic Effect☆

Samantha Juárez-Cruz — 2024-09-30

^☆ Taking in part of the Master in Pharmacy thesis of S. Juárez-Cruz

In current work, we prepared a series of ten 4-aryloxy-5-benzylidenebarbiturates and hydantoins as 1,3-thiazolidine-2,4-dione bioisosteres. An in silico pharmacological consensus analysis (PHACA) was conducted to assess the pharmacokinetic, pharmacodynamics, biopharmaceutical, and toxicological properties of compounds 1-10. The goal was to identify computationally safe hits using a color-coded system resembling a traffic light. The compounds identified as safe computational hits through PHACA were 1, 2, and 4 from the barbiturate series, which were then selected by in vitro assays targeting PPAR-γ, GPR40, and GLUT-4 gene expression. Additionally, these three compounds underwent in vivo evaluation through a glucose tolerance curve assay conducted on normoglycemic mice. Compounds 1 and 4 exhibited antihyperglycemic effects within the first thirty minutes post-administration. Molecular docking studies were conducted to clarify the dual effect and binding mode of compounds 1, 2 and 4 on PPAR-γ and GPR40. Compounds 1 and 4 exhibited robust in vitro and in vivo efficacy and could be considered as multitarget modulators with antidiabetic effect.

Resumen. En este trabajo se preparó una serie de diez 4-ariloxi-5-bencilidenobarbituratos e hidantoínas como bioisósteros de la 1,3-tiazolidina-2,4-diona. Se realizó un análisis de consenso farmacológico in silico (PHACA) para evaluar las propiedades farmacocinéticas, farmacodinámicas, biofarmacéuticas y toxicológicas de los compuestos 1-10. El objetivo era identificar hits computacionales seguros utilizando un sistema codificado por colores que se asemeja a un semáforo. Los compuestos identificados como hits computacionales seguros fueron 1, 2 y 4 de la serie de barbituratos, que se eligieron para ensayos in vitro dirigidos a la expresión génica de PPAR-γ, GPR40 y GLUT-4. Además, estos tres compuestos se sometieron a una evaluación in vivo mediante un ensayo de curva de tolerancia a la glucosa realizado en ratones normoglucémicos. Los compuestos 1 y 4 exhibieron efectos antihiperglucémicos dentro de los primeros treinta minutos posteriores a la administración. Se realizaron estudios de acoplamiento molecular para clarificar el efecto dual y el modo de unión de los compuestos 1, 2 y 4 en PPAR-γ y GPR40. Los compuestos 1 y 4 exhibieron una sólida eficacia in vitro e in vivo, por lo que pueden considerarse moduladores polifarmacológicos con efecto antidiabético.

Biopanning Phage Display Libraries in Homogeneous Solution for Identification of Biomineralization Peptides of TiO₂

Armin Hernández-Gordillo — 2024-09-30

Peptides and proteins rich in positively charged residues have been the most frequently reported for TiO₂ biomineralization since their identification is based on peptide screening on its negatively charged surface. To achieve optimum interaction of the peptides with the biomimetic synthesis precursors rather than interaction with the final product, in this work, a selection of peptides with biomineralization activity was proposed by performing a biopanning directly on the precursor Titanium(IV) bis(ammonium lactate) dihydroxide (TiBALDH). Using two phage display libraries (12- and 7-mer) in different buffer systems, four possible sequences with biomineralization activity of TiO₂ were identified: TNWQALAYMQRH (TN), ENHWSLSTLMSS (EN), GLHTSATNLYLH (GL), TWYPNRPPILEL (TW). The selection of buffer and concentration of TiBALDH were vital for a reliable identification. Synthetic peptides with sequences TN and EN, were selected for in vitro biomineralization of TiO₂. Both peptides were able to form anatase nanoparticles at room temperature. However, the EN sequence showed lower activity than TN, specially in acetate buffer, requiring a higher concentration to initiate biomineralization. These changes in reactivity can be attributed principally to different states of protonation of the residues mainly due to the glutamic acid in EN. Although the secondary structure determined by circular dichroism results in disordered chains, a common motif could be identified between the two peptides -pol-pol-W-pol-x-x-x-x-M-, where the W and M residues match. The results provide new possibilities for using combinatorial techniques to find new biological templates for nanomaterial synthesis.

Resumen. Péptidos y proteínas ricas en residuos con carga positiva han sido frecuentemente reportados para la biomineralización de TiO₂, ya que su identificación se basa en la detección de péptidos sobre su superficie con carga negativa. Para alcanzar una interacción óptima del péptido con el precursor biomimético, en lugar de la interacción con el producto final, en este trabajo, se propuso realizar un biotamizado empleando el precursor dihidroxilactatotitanato(IV) de bis-amonio (TiBALDH) para seleccionar péptidos con actividad de biomineralización. Empleamos dos librerías de fago desplegado (12 y 7 residuos) en diferentes soluciones amortiguadoras, identificando cuatro posibles secuencias con actividad biomineralizante de TiO₂: TNWQALAYMQRH (TN), ENHWSLSTLMSS (EN), GLHTSATNLYLH (GL), TWYPNRPPILEL (TW). La elección del amortiguador y la concentración de TiBALDH fueron vitales para una selección confiable. Los péptidos sintéticos TN y EN, fueron escogidos para la biomineralización de TiO₂ in vitro. Ambos péptidos fueron capaces de formar nanopartículas de anatasa a temperatura ambiente, sin embargo, la secuencia EN mostró menor actividad que TN, especialmente en amortiguador de acetatos, requiriendo una concentración mayor para iniciar la biomineralización. Estas diferencias de reactividad pueden ser atribuidas principlamente a los estados de protonación de los residuos de ácido glutámico en EN. Aunque la estructura secundaria determinada por dicroísmo circular mostró cadenas desordenadas, se identificó un motivo común entre los dos péptidos—pol-pol-W-pol-x-x-x-x-M-, donde los aminoácidos W y M coinciden. Los resultados abren nuevas posibilidades para usar técnicas combinatorias para hallar nuevas plantillas biológicas para la síntesis de nanomateriales.

Gaining Insights into Folding/Unfolding Protein Structures and their Importance for Several Applications: Historical Research Generated in the Biophysical Chemistry Area

Arturo Rojo-Domínguez — 2024-09-30

The research largely focuses on investigating the mechanisms of protein folding and unfolding in proteins, namely triosephosphate isomerase, glucosamine-6-phosphate deaminase, laccase, and bacteriophage M13. The article examines the mechanisms of protein denaturation and renaturation using kinetic equations, thermodynamic models, and molecular dynamics (MD) simulations. These results enhance our understanding of the thermodynamic and kinetic characteristics of these proteins. Furthermore, the study highlights the importance of conserved residues, as well as the influence of environmental conditions such as pH and temperature on protein stability and folding. These discoveries have potential implications in biotechnology and medicine, including the creation of protein-based products and therapies for infectious diseases, and neurodegenerative disorders. The paper acknowledges the groundbreaking contributions of Dr. Andrés Hernández Arana to the field of protein physical chemistry in México. His work has greatly influenced the progress of research in the areas of protein stability and kinetics.

Resumen. La investigación se centra en los mecanismos de plegado y desplegado de proteínas; estos mecanismos incluyen la triosafosfato isomerasa, la glucosamina-6-fosfato desaminasa, lacasa y el bacteriófago M13. Se utilizan ecuaciones cinéticas, modelos termodinámicos y simulaciones de dinámica molecular (MD) para analizar los mecanismos de desnaturalización y renaturalización de proteínas. Estos hallazgos nos ayudan a comprender mejor las características cinéticas y termodinámicas de estas proteínas. Además, el estudio destaca la importancia de los residuos conservados y puentes salinos en las proteínas, así como el impacto de los factores ambientales como el pH y la temperatura en la estabilidad y el plegado de las proteínas. Estos hallazgos tienen repercusiones en los campos de la biotecnología y la medicina, como la creación de productos y terapias basados en proteínas para enfermedades infecciosas y trastornos neurodegenerativos. El artículo reconoce el trabajo pionero del Dr. Andrés Hernández Arana en México en el campo de la termodinámica de proteínas. Su trabajo ha sido fundamental para el avance de la investigación en las áreas de cinética y estabilidad de proteínas.

Entropic Uncertainty Relations and Mutual Information Correlation Sums in Two-level Superposition States of Coupled Oscillators

Saúl J. C. Salazar — 2024-09-30

The effects of quantum interferences and interaction strength on the entropic uncertainty relations, and on mutual information correlation sums, are examined in two-level superposition states of two coupled oscillators. The presence of quantum interferences results in a movement of the entropy sums toward the uncertainty relation bound, for both attractive and repulsive interaction potentials. On the other hand, these interferences suppress the statistical correlations in the presence of an attractive potential, while the correlations increase for a repulsive one. In general, stronger interactions between particles move the entropy sums away from bound, with the result that the systems possess larger statistical correlations. However, there are superposition and attractive interaction regimes, where the entropy sum of an interacting system can actually lie closer to the bound, in comparison to the corresponding non-interacting one. In these cases, the statistical correlations between particles is lesser for the interacting systems, as compared to the non-interacting ones. These effects are not observed when repulsive potentials are present. Here, the non-interacting systems lower-bound both the entropy sums and correlation measures. These results offer insights into the nature of superposition or quantum interference effects in interacting quantum systems, and the behavior in terms of the entropic uncertainty relations, statistical correlations and interaction strength.

Resumen. Se examinan los efectos que las interferencias cuánticas y la magnitud de la interacción tienen sobre las relaciones de incertidumbre entrópicas, así como sobre las sumas correlaciones me didas a través de la información mutua, en estados de superposición de dos niveles de dos osciladores acoplados. La presencia de interferencias cuánticas da como resultado un movimiento de las sumas entrópicas hacia la cota de la relación de incertidumbre, tanto para potenciales de interacción atractivos como repulsivos. Por otra parte, en presencia de un potencial atractivo, estas interferencias suprimen las correlaciones estadísticas, mientras que las correlaciones aumentan en presencia de uno repulsivo. En general, con interacciones más fuertes entre partículas, las sumas de entrópicas se alejan de la cota, dando como resultado mayores correlaciones estadísticas en los sistemas. Sin embargo, existen regímenes de superposición e interacción atractiva, en los cuales la suma entrópica de un sistema interactuante puede estar más cerca de la cota, en comparación con el sistema no interactuante correspondiente. En estos casos, las correlaciones estadísticas entre partículas son menores para los sistemas interactúantes que para los no interactuantes. Estos efectos no se observan en los potenciales repulsivos. En este caso, los sistemas no interactuantes establecen límites inferiores tanto para las sumas entrópicas como para las medidas de correlación. Estos resultados dan información sobre la naturaleza de los efectos de superposición o interferencia cuántica en sistemas cuánticos interactuantes, y su comportamiento en términos de relaciones de incertidumbre entrópica, correlaciones estadísticas y fuerza de interacción.

Solar Thermochemistry Overview: An Approach to Solar Thermal Energy Storage and Hydrogen Production

Adriana Santamaria Padilla — 2024-09-30

The solar thermochemistry laboratory of the Metropolitan Autonomous University was created in early 1982 to promote the development of solar technology in our country. A decade ago, the priority objective of designing thermal energy storage systems that allow moderating the effects of intermittent solar radiation was proposed. This not only allows us to reduce the consumption of fossil fuels but also contributes to the mitigation of global warming by reducing carbon dioxide emissions. This paper highlights the benefits of research as a driver for advancing solar thermal technology and research efforts to develop heat storage systems. The work includes an overview of current thermal energy storage methods and their future projection. This work reports research developed with mixtures based on strontium carbonate doped with five compounds. The objective was to reduce agglomeration and sintering problems while significantly increasing the effective conversion and energy storage density. The experimental results demonstrate that the SrCO₃+CaCO₃ and SrCO₃+SnO₂ mixtures present better performance and stability than others. Finally, this article emphasizes the potential benefits of research, such as advancing solar technology, reducing carbon emissions, providing cleaner energy, and collaborating to address energy poverty.

Resumen. El laboratorio de termoquímica solar de la Universidad Autónoma Metropolitana fue creado a principios de 1982 para impulsar el desarrollo de la tecnología solar en nuestro país. Hace una década se propuso como objetivo prioritario diseñar sistemas de almacenamiento de energía térmica que permitan moderar los efectos de la radiación solar intermitente. Esto no sólo nos permite reducir el consumo de combustibles fósiles, sino que también contribuye a la mitigación del calentamiento global al reducir las emisiones de dióxido de carbono. Este artículo aborda los beneficios de la investigación como motor para el avance de la tecnología solar térmica y los esfuerzos de investigación para desarrollar sistemas de almacenamiento de calor. El trabajo incluye una revisión general de los métodos actuales de almacenamiento de energía térmica y su proyección futura. Se reportan las investigaciones desarrolladas con mezclas a base de carbonato de estroncio dopado con cinco compuestos. El objetivo es reducir los problemas de aglomeración y sinterización, al mismo tiempo que aumentar significativamente la conversión efectiva y la densidad de almacenamiento de energía. Los resultados experimentales demuestran que las mezclas SrCO₃+CaCO₃ y SrCO₃+SnO₂ presentan mejor rendimiento y estabilidad que otras. Finalmente, este trabajo enfatiza los beneficios potenciales de la investigación, como el avance de la tecnología solar, la reducción de las emisiones de carbono, el suministro de energía más limpia y la colaboración para abordar la pobreza energética.

Towards a Mexican School of General Analytical Chemistry

Alberto Rojas-Hernández — 2024-09-30

This year the 50th anniversary of the Metropolitan Autonomous University is celebrated. It is for this reason that the JMCS decided to publish a special issue with contributions from professors from the Department of Chemistry. We thank the Editorial Committee of the issue for the invitation to write an article about the academic work that has been done in the Analytical Chemistry Area of this Department. We hope that we have managed to give a good description of the achievements we have had since the Analytical Chemistry Area was founded in the Iztapalapa Unit of the Metropolitan Autonomous University.

Resumen. En este año se celebra el 50 aniversario de la Universidad Autónoma Metropolitana. Es con ese motivo que el JMCS decidió publicar un número especial con contribuciones de profesores del Departamento de Química. Agradecemos al Comité Editorial del número la invitación para hacer una contribución acerca del trabajo académico que se ha hecho en el Área de Química Analítica. Esperamos que hayamos logrado dar una buena descripción de los logros que hemos tenido desde que se fundó el Área de Química Analítica en la Unidad Iztapalapa de la Universidad Autónoma Metropolitana.

Evolution of research in the Pharmacology Laboratory at the Universidad Autónoma Metropolitana-Iztapalapa: A Historical Review

Francisco Javier Alarcon-Aguilar — 2024-09-30

This paper aims to trace essential milestones in the history of the investigation activities developed throughout the past four decades in the Laboratory of Pharmacology of the Universidad Autónoma Metropolitana Iztapalapa (LFUAMI), emphasizing the contribution of Dr. Rubén Román-Ramos, the leader who guided and promoted the chemical and pharmacological investigation of natural products in the LFUAMI. Dr. Rubén Román-Ramos impacted the development of new generations, who continue contributing to and strengthening this field, both outside and inside our university, by developing the science and technology in chemistry and pharmacology research. From this historical review of the LFUAMI, it is possible to identify leading features in its different periods; the periods are characterized by the scientific evidence primary generated, the methodological impact in the results, and technological development and impact in the state of the art. It should be noted that the periods overlap, creating a cumulative effect. To conclude, we will summarize the historical milestones and present some research avenues currently pursued and some perspectives.

Resumen. Este artículo es una revisión acerca de la investigación desarrollada durante los últimos 40 años en el Laboratorio de Farmacología de la Universidad Autónoma Metropolitana Iztapalapa (LFUAMI), enfatizando la contribución del Dr. Rubén Román Ramos, profesor quien guió y promovió la investigación químico-farmacológica de este laboratorio, impactando en la formación de nuevas generaciones de investigadores, quienes continúan su legado en la investigación de productos naturales, fortaleciéndolo, tanto dentro como fuera de nuestra universidad. A través de esta revisión histórica fue posible identificar algunas de las características sobresalientes de cada periodo del LFUAMI en las últimas cuatro décadas, destacando la calidad de la evidencia científica generada, la influencia metodológica y el desarrollo tecnológico de los distintos estudios, así como su impacto en el estado del arte. Para concluir, se resumen algunos de los desarrollos más relevantes, se presentan algunas de los trabajos recientes y las perspectivas de investigación más importantes de este consolidado grupo de trabajo.

Fifty Years of Molecular Simulations at UAM and in Mexico

Edgar Nuñez-Rojas — 2024-09-30

Molecular simulation methods are the bridge between molecular interactions and the macroscopic properties of matter. The equations of statistical mechanics give the probabilistic method of Monte Carlo while those of Newton are the bases of Molecular Dynamics, which is deterministic. A molecular simulation predicts the movement of molecules and hundreds of physicochemical properties can be obtained to understand its behavior at different thermodynamic conditions. The molecular simulation methods were developed in the 1950s in United States of America and in the 1980s in Mexico, where Universidad Autónoma Metropolitana (UAM) was a pioneer. It is a multidisciplinary field that involves mathematicians, chemists, physicists, engineers from different disciplines, biologists, computer scientists, etc. Supercomputers have played an important role in its development. Currently, the United States, China and the European Community have everyone more than 100 supercomputers in the TOP500 ranking, while Canada and Brazil have 10, Spain 3, Argentina 1 and Mexico none. These resources allow increasing the training capabilities, the production of research articles, the organization of academic events, etc.

In this work, we make a review of the development of molecular simulations at UAM and in Mexico. The diffusion and promotion of this research field has been undertaken by academic leaders from several universities. We have organized 12 Molecular Dynamics Workshops nationwide to teach and put the basic concepts into practice and 13 international Meetings on Molecular Simulations to discuss the state of the art in research projects. The number of articles in molecular dynamics grows exponentially over time; in 2023, more than 250,000 were published worldwide. Mexico contributed 10 % and the UAM 10 % of those published in Mexico. There are more than 32 Mexican leaders living in Mexico who have published around 120 articles with at least 100 citations, according to Web of Science. About 70 % belong to the National System of Researchers at levels III and Emeritus. The research lines range equations of state in liquids, phase equilibrium, development of simulation methods and force fields, polar fluids, electrolytes, colloids, polymers, drug/protein interaction, protein folding, among others.

Resumen. Los métodos de simulación molecular son el puente entre las interacciones moleculares y las propiedades macroscópicas de la materia. Las ecuaciones de la mecánica estadística dan el método probabilístico de Montecarlo mientras que las de Newton son las bases de la Dinámica Molecular, que es determinista. Una simulación molecular predice el movimiento de las moléculas y se pueden obtener cientos de propiedades fisicoquímicas para comprender su comportamiento en diferentes condiciones termodinámicas. Los métodos de simulación molecular se desarrollaron en la década de 1950 en Estados Unidos de América y en la década de 1980 en México, donde la Universidad Autónoma Metropolitana (UAM) fue pionera. Es un campo multidisciplinario que involucra a matemáticos, químicos, físicos, ingenieros de diferentes disciplinas, biólogos, informáticos, etc. Las supercomputadoras han jugado un papel importante en su desarrollo. Actualmente, Estados Unidos, China y la Comunidad Europea cuentan con más de 100 supercomputadoras en el ranking TOP500, mientras que Canadá y Brasil tienen 10, España 3, Argentina 1 y México ninguno. Estos recursos permiten incrementar las capacidades de formación, la producción de artículos de investigación, la organización de eventos académicos, etc.

En este trabajo hacemos una revisión del desarrollo de simulaciones moleculares en la UAM y en México. La difusión y promoción de este campo de investigación ha sido llevada a cabo por líderes académicos de varias universidades. Hemos organizado 12 Talleres de Dinámica Molecular a nivel nacional para enseñar y poner en práctica los conceptos básicos y 13 Simposios internacionales sobre Simulación Molecular para discutir el estado del arte en proyectos de investigación. El número de artículos sobre dinámica molecular crece exponencialmente con el tiempo; en 2023, se publicaron más de 250.000 en todo el mundo. México aportó el 10 % y la UAM el 10 % de los publicados en México. Hay más de 32 líderes mexicanos viviendo en México que han publicado alrededor de 120 artículos con al menos 100 citas, según Web of Science. Alrededor del 70 % pertenece al Sistema Nacional de Investigadores en los niveles III y Eméritos. Las líneas de investigación abarcan ecuaciones de estado en líquidos, equilibrio de fases, desarrollo de métodos de simulación y campos de fuerza, fluidos polares, electrolitos, coloides, polímeros, interacción fármaco/proteína, plegamiento de proteínas, entre otras.

Ethnobotanical Medica, Pharmacology and Phytochemistry of the Species Salvia del Valle de México: A Review

Rocio Ortega — 2024-09-30

The Salvia genus is one of the most extensive in the Lamiaceae family. The Salvia genus comprises approximately 900 species worldwide, 33 of which exist in the Valle de México, the most populated region of Mexico. The taxonomic identification of these species often represents a problem because they present a great variety of synonyms or variations in their nomenclature, like S. polystachya with 12 synonymies. The traditional medicinal uses of Salvia species in Mexico are varied and include treatment for around 97 diseases. At least 20 species of the Salvia genus have well-documented medicinal ethnobotanical information with various uses, including gastrointestinal disorders, gynecological problems, promoting childbirth, antipyretic, disinfecting wounds, diabetes, and respiratory issues. The phytochemistry of the Salvia species from the Valle of Mexico is also vast and diverse; at least 315 chemical compounds have been identified, mainly terpenoids, that have received significant attention due to their multifaceted biological activities. Among the activities mentioned are anticancer, anti-hyperglycemic, anti-fungal, anti-inflammatory, or anti-microbial. Some of the compounds present more than one biological activity. Given their extensive structural diversity, terpenoids represent a great source of compounds for developing new therapeutic agents. However, additional clinical and experimental studies are still needed to elucidate the mechanisms of action, optimal doses, and potential toxicity of the isolated compounds.

Resumen. El género Salvia es uno de los más extensos en la familia Lamiaceae. El género Salvia comprende aproximadamente 900 especies alrededor del mundo, de las cuales 33 se encuentran en el Valle de México, la región más poblada de México. La identificación taxonómica de estas especies representa frecuentemente un problema al presentar una gran cantidad de sinonimias o variaciones en su nomenclatura, como S. polystachya que tiene 12 sinonimias. Los usos en medicina tradicional de Salvias en México son variados, incluyendo tratamiento para alrededor de 97 enfermedades. Por lo menos 20 especies del género Salvia tienen información bien documentada de sus usos médicos y etnobotánicos, con una amplia variedad de usos que incluye desórdenes gastrointestinales, problemas ginecológicos, promotores de parto, antipirético, para desinfectar heridas, diabetes o problemas respiratorios. La fitoquímica de las especies de Salvia del Valle de México es también amplia y diversa. Por lo menos 315 compuestos químicos han sido identificados y aislados, principalmente terpenoides, que han recibido gran atención debido a sus actividades biológicas multifacéticas, como anticancerígenas, antihiperglucémicas, antifúngica, antiinflamatorias o antimicrobianas. Algunos de los compuestos presentan más de una actividad biológica. Dada su extensa diversidad estructural, los terpenoides representan una amplia fuente de compuestos para el desarrollo de nuevos agentes terapéuticos. Sin embargo, estudios clínicos y experimentales adicionales son necesarios para elucidar el mecanismo de acción, dosis óptimas y toxicidad potencial de los compuestos aislados.

Mexican Contribution to Sulfide Minerals Electrochemistry: A Review

Roel Cruz — 2024-09-30

The electrochemical study of sulfide minerals has emerged as a vital area for enhancing sustainable methods for extraction and recovery of metals. This field encompasses diverse investigations. The use of Mineral Carbon Paste Electrodes (CPE) is one of the strategies developed in México, and their application for analyzing systems of extractive metallurgy range from analyses of bacterial-mineral interactions to key studies that have delved into understanding mineral dissolution mechanisms, with a particular focus on minerals such as galena, sphalerite, copper sulfides, and silver minerals. In addition, research efforts have been directed towards exploring copper and zinc concentrates leaching, as well as cyanidation refractoriness. These studies aim to advance extraction efficiency and sustainability in the mining industry.

El estudio electroquímico de los minerales de sulfuro ha surgido como un área vital para mejorar los métodos de extracción y recuperación de metales de manera sostenible. Este campo abarca diversas investigaciones. La utilización de electrodos de pasta de carbono (CPE) es una de las estrategias desarrolladas en México, y su aplicación para analizar sistemas de metalurgia extractiva abarca desde análisis hasta interacciones bacteria-mineral. Estudios clave se han centrado en comprender los mecanismos de disolución mineral, con un enfoque particular en minerales como la galena, la esfalerita, los sulfuros de cobre y los minerales de plata. Además, los esfuerzos de investigación se han dirigido a explorar la lixiviación de concentrados de zinc y la refractariedad a la cianuración. Estos estudios tienen como objetivo avanzar en la eficiencia y sostenibilidad de la extracción en la industria minera.

A Review of Mexican Contributions to Li₂CuO₂ and its Chemical Modifications as Cathode Materials for Lithium-Ion Batteries

B.A. García-Carrillo — 2024-09-30

Over the past few decades, battery research has primarily focused on reducing costs and increasing energy density. There have been significant efforts to identify alternative cathode materials that could replace cobalt-based ones, with the goal of finding more environmentally friendly and cost-effective options. In this context, copper-based cathodes have emerged as promising candidates. The appeal of copper-based cathodes lies in their relatively high abundance, particularly in Mexico, their high theoretical energy density, and the potential to enhance their properties by altering their chemical structure. In recent years, numerous research initiatives in Mexico have aimed to make Li₂CuO₂ cathodes a viable option. This review examines the recent advances and future perspectives of these efforts, with a particular emphasis on the latest attempts to modify the synthesis route and incorporate multiple dopants to create synergistic effects.

Resumen. Durante las últimas décadas, la investigación sobre baterías se ha enfocado principalmente en la disminución de costos y el incremento de la densidad energética. Se han realizado importantes esfuerzos para identificar materiales catódicos alternativos que podrían reemplazar a los materiales basados en cobalto, con el objetivo de encontrar opciones rentables y con menor impacto al medio ambiente. En este contexto, los materiales catódicos basados en cobre se han convertido en candidatos prometedores. El interés por los cátodos basados en cobre radica en su abundancia relativamente alta, particularmente en México, su alta densidad energética teórica y la cualidad de mejorar sus propiedades alterando su estructura química. En los últimos años, numerosas propuestas de investigación en México han tenido como objetivo hacer de los cátodos de Li₂CuO₂ una opción viable. Este resumen recopila los avances recientes y las perspectivas a futuro de estos esfuerzos, con especial énfasis en los últimos intentos de modificar la ruta de síntesis y, a su vez, incorporar múltiples dopantes para crear efectos sinérgicos.

Review: Description of Porous Media and their Sorption Characteristics as Correlated Structures

Salomón Cordero-Sánchez — 2024-09-30

This review presents an in-depth analysis of the progress and achievements in the study of porous structures by the Physicochemical of Surfaces Academic Area at the Universidad Autónoma Metropolitana, Iztapalapa's Chemistry Department. A straightforward model for depicting disordered structures has been introduced here, facilitating the discovery of correlations between adjacent elements within these structures. Such correlations have proven to be crucial in the classification and analysis of different disordered porous materials and have been instrumental in the interpretation and categorization of nitrogen adsorption isotherms.

Resumen. Este artículo proporciona una revisión completa de los avances y aportes realizados en la caracterización de estructuras porosas dentro del Área Académica de Fisicoquímica de Superficies del Departamento de Química de la Universidad Autónoma Metropolitana, Iztapalapa. Dentro de esta Área Académica se ha desarrollado un modelo simple para describir estructuras desordenadas, que permitió visualizar la correlación entre elementos vecinos que constituyen dichas estructuras. Estas correlaciones han resultado en un factor clave para clasificar y categorizar diversos medios porosos desordenados, además de servir como herramientas útiles para interpretar y clasificar las isotermas de adsorción del nitrógeno.

Molecular Insights on Coffee Components as Chemical Antioxidants

Luis Felipe Hernández-Ayala — 2024-09-30

Coffee is not only a delicious beverage but also an important dietary source of natural antioxidants. We live in a world where it is impossible to avoid pollution, stress, food additives, radiation, and other sources of oxidants that eventually lead to severe health disorders. Fortunately, there are chemicals in our diet that counteract the hazards posed by the reactive species that trigger oxidative stress. They are usually referred to as antioxidants; some of them can be versatile compounds that exert such a role in many ways. This review summarizes, from a chemical point of view, the antioxidant effects of relevant molecules found in coffee. Their mechanisms of action, trends in activity, and the influence of media and pH in aqueous solutions, are analyzed. Structure-activity relationships are discussed, and the protective roles of these compounds are examined. A particular section is devoted to derivatives of some coffee components, and another one to their bioactivity. The data used in the analysis come from theoretical and computational protocols, which have been proven to be very useful in this context. Hopefully, the information provided here will pro-mote further investigations into the amazing chemistry contained in our morning coffee cup.

Resumen. El café no solo es una bebida deliciosa, sino también una importante fuente dietética de antioxidantes naturales. Vivimos en un mundo donde es imposible evitar la contaminación, el estrés, los aditivos alimentarios, la radiación y otras fuentes de oxidantes que eventualmente conducen a trastornos de salud graves. Afortunadamente, existen sustancias químicas en nuestra dieta que contrarrestan los peligros planteados por las especies reactivas que desencadenan el estrés oxidativo. Por lo general, se les denomina antioxidantes; algunos de ellos pueden ser compuestos versátiles que ejercen dicho papel de muchas maneras. Este artículo de revisión resume, desde un punto de vista químico, los efectos antioxidantes de moléculas relevantes encontradas en el café. Se analizan sus mecanismos de acción, tendencias en la actividad y la influencia del medio y el pH en soluciones acuosas. Se discuten las relaciones estructura-actividad, y se examinan los roles protectores de estos compuestos. Se dedica una sección particular a los derivados de algunos componentes del café, y otra a su bioactividad. Los datos utilizados en el análisis provienen de protocolos teóricos y computacionales, que han demostrado ser muy útiles en este contexto. Se espera que la información proporcionada aquí promueva investigaciones futuras sobre la química contenida en nuestra taza de café matutina.

Exploring Intermolecular and Intramolecular Interactions: A Review beyond Hydrogen Bonds

Rubicelia Vargas — 2024-09-30

Intermolecular interactions have great relevance in the stability of chemical systems. The most studied non-covalent interactions are hydrogen bonds, but they are not the only ones. Dihydrogen bonds or hydrogen - hydrogen contacts, as well as those that occur between heteroatoms, have also shown to play an important role in the molecular structure of biomolecules, solids, surfaces and other chemical systems. In this article we summarize the main contributions of our group to the study of these intermolecular interactions.

Among the most important results generated in our group is the estimation of the interaction energy of the unconventional hydrogen bond C-H•••O, which showed its relevance in various systems. In addition, software programmed on graphic processing units was created in our group to analyze electron density using the Quantum Theory of Atoms in Molecules (QTAIM). This code has allowed us to study non-covalent interactions in large systems.

Resumen. Las interacciones intermoleculares tienen una gran relevancia en la estabilidad de sistemas químicos. Las más estudiadas son los puentes de hidrógeno, pero no han sido las únicas. Los enlaces dihidrógeno o los contactos hidrógeno-hidrógeno, así como las interacciones que ocurren entre heteroátomos, también han mostrado un papel importante en la estructura molecular de biomoléculas, sólidos, superficies y otros sistemas químicos. En este artículo resumimos las principales contribuciones de nuestro grupo hacia el estudio de estas interacciones intermoleculares.

Entre los resultados más importantes generados por nuestro grupo es la estimación de la energía de interacción de puentes de hidrógeno no convencionales C-H•••O, los cuales han mostrado su relevancia en varios sistemas. Además, el código computacional programado sobre tarjetas gráficas creado en nuestro grupo permite analizar la densidad electrónica usando la teoría cuántica de átomos en moléculas (QTAIM). Este código computacional nos ha permitido estudiar interacciones no covalentes en sistemas de gran tamaño.

Contributions from UAM-Iztapalapa to the Study of Confined Atoms and Molecules

Norberto Aquino — 2024-09-30

The study of confined quantum systems has been a subject of fundamental interest of research at the Universidad Autónoma Metropolitana (UAM) for over 30 years. This summary highlights the contributions of the present authors from UAM in this field considering various quantum systems under different confinement conditions. The paper is divided into two sections: one focusing on atoms and molecules confined by closed and open hard walls, and the other on systems confined by closed and open soft walls. As UAM celebrates its 50^th anniversary, it is a timely moment to reflect on the development of collective efforts of the Chemistry and Physics departments in contributing to knowledge in this intriguing and interesting field.

Resumen. El estudio de sistemas cuánticos confinados ha sido objeto de fundamental interés en la Universidad Autónoma Metropolitana (UAM) sobre 30 años. Este resumen resalta las contribuciones de la autora y autores de la UAM en este campo considerando varios sistemas cuánticos bajo diferentes condiciones de confinamiento. El artículo está dividido en dos secciones: una enfocándose en átomos y moléculas confinadas por paredes duras cerradas y abiertas, y la otra en sistemas confinados por paredes suaves cerradas y abiertas. Como la UAM celebra su 50 aniversario, es un buen momento para mostrar el desarrollo de esfuerzos colectivos de los departamentos de química y física en la contribución del conocimiento en este interesante e intrigante campo.

50 years of Chemistry at the Universidad Autónoma Metropolitana

Julio César Almanza-Pérez — 2024-09-30

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