Alumno investigador: Jaime de la Fuente Diez

Estudios: Grado en Química. Grado en Química. Facultad de Ciencias. Departamento de Química Inorgánica y Química Física

Profesora/tutora: Carmen Barrientos Benito

Resumen del proyecto:

El medio interestelar (ISM), el espacio que separa los cuerpos astronómicos. Se trata de un medio frío, con temperaturas de unos pocos Kelvin y de muy baja presión. Además, el ISM se encuentra expuesto a la emisión de las estrellas, de forma que se trata de una región con una gran intensidad de radiaciones de alta energía y electrones libres. La baja presión y temperatura dan lugar a una baja frecuencia de colisiones, de manera que las especies inestables generadas por la radiación no se destruyen y son detectables. En este contexto se detecta, en 2018, el benzonitrilo, el primer derivado del benceno en el Medio Interestelar. A partir de esta detección hemos planteado la existencia de otros derivados del benceno: el benzaldehído, la anilina, el fenol, el ácido benzoico, la benzamida y la fenilmetilidinfosfina, el análogo de fósforo del benceno. Este estudio se ha abordado desde tres perspectivas, espectroscópicas, termodinámicas y cinéticas.
En primer lugar, en el estudio espectroscópico se han simulado los espectros de vibración de cada molécula estudiada, así como sus momentos dipolares y sus constantes de rotación, todo ello a nivel MP2/cc-pVTZ. Esta información permitirá orientar la detección de estas moléculas en el ISM. En segundo lugar, se han planteado una serie de reacciones a partir de las especies detectadas en el ISM que produzcan los derivados estudiados, de manera que determinando los valores de entalpía de las reacciones se ha discutido su viabilidad en el medio interestelar. Finalmente, se ha llevado a cabo el estudio cinético de algunas de las reacciones exotérmicas encontradas en el punto anterior. Se ha logrado caracterizar los estados de transición de dos de ellas, encontrando que una tiene barrera de activación (no es posible en el ISM) y otra no la tiene (posible en el ISM).

Sectores de aplicación:

El principal sector de aplicación es la investigación básica en Astronomía y Astroquímica, permitiendo la detección de nuevas moléculas en el espacio y encontrando las relaciones entre las moléculas ya detectadas y las que se detectarán en el futuro dentro del campo de los derivados del benceno.

Objetivos alcanzados:

Se ha simulado con éxito el espectro vibracional de cada molécula derivada del benceno estudiada, así como determinado sus momentos dipolares y constantes rotacionales.
Se han propuesto varios procesos de formación de derivados aromáticos en el medio interestelar y se han discutido en base a sus entalpías y el número de moléculas producidas, determinando cuáles son viables desde este punto de vista.
Se ha llevado a cabo el estudio cinético de las reacciones favorables encontradas, de modo que se ha determinado el camino de reacción de dos de ellas, resultando una de ellas con barrera de activación, y por tanto inviable en el ISM, y la otra sin barrera, y por tanto viable.

Metodología empleada:

Se han empleado metodologías de cálculo basadas en la mecánica cuántica, bien a través de la resolución perturbativa de la ecuación de Schrodinger (MP2/cc-pVTZ), que permiten obtener resultados de precisión química, es decir, de 1kcal/mol de error de cálculo; o bien a partir del teorema de Hohemberg-Kohn, mediante la Teoría del Funcional de la Densidad implementada en el nivel de cálculo B3LYP/6-311+G(d,p), que permite obtener resultados a menor coste computacional, si bien con una menor precisión.