“Estudio termoquímico experimental de la influencia energética de los grupos metilo y carboxilo en la 2,2’-Bipiridina”

Abstract

La termodinámica es una rama fundamental de la fisicoquímica que se enfoca en el estudio de sistemas en equilibrio mecánico, térmico o químico[1]. A través de la termodinámica, podemos vislumbrar y calcular los cambios que suceden en los sistemas cuando existen cambios de presión, temperatura, entropía o volumen; una de las ramas de la termodinámica es la termoquímica, la cual se centra en los cambios que ocurren durante las reacciones químicas y también estudia en conjunto las transformaciones físicas de estado, como lo son la vaporización, sublimación, fusión o transición de fase entre dos estados cristalinos diferentes[2]. Uno de los objetivos primordiales de la termoquímica es desarrollar una base de datos experimentales que recoja las propiedades de compuestos puros, tales como las entalpías de formación, las capacidades caloríficas y las propiedades relacionadas con los cambios de fase. Entre estas propiedades, la entalpía de formación es una de las más importantes, la cual se describe como la entalpía de una reacción isotérmica en la que la especie de química se forma directamente a partir de los elementos que la constituyen en sus estados de referencia[2], dado que su valor permite determinar otras propiedades, como las entalpías de enlace, las entalpías de atomización o entalpías de isomerización, las cuales nos permiten conocer información de la energía que existe entre los enlaces de las moléculas y así poder explicar la influencia de los grupos funcionales según la posición en la que se encuentren[3]. Estas propiedades son fundamentales para el diseño y optimización de procesos químicos ya que permiten calcular las energías de reacción y las capacidades caloríficas a distintas temperaturas, así como las propiedades de cambio de fase que son esenciales en la separación de compuestos. En este contexto, la investigación se centra en la determinación de la energía molar estándar de combustión (Δ???° ), la cual proviene de la liberación de energía en una reacción de combustión al reorganizar los enlaces químicos del compuesto de estudio [4]. A partir de Δ???° es posible determinar la entalpía de combustión molar estándar en estado sólido a condiciones estándar (Δ???° ), y a partir de esta conocer la entalpía de formación en estado sólido a condiciones estándar (p = 1 bar y T = 25ºC) (Δ???(?)°). A partir de las técnicas termogravimétricas se puede obtener la entalpía de sublimación (Δ????(?)), y con ella a partir de diferentes métodos se puede calcular la entalpía de 11 formación en estado gaseoso (Δ???(?)°)[5] [6], también la determinación de la entalpía de fusión junto con la temperatura de fusión, las cuales están estrechamente relacionadas con las interacciones entre moléculas de compuestos en su estado estándar (p = 1 bar y T = 25ºC)[7] [8] y en conjunto la capacidad calorífica; éstas aplicadas a diferentes compuestos orgánicos como lo son la bipiridina y dos de sus derivados. Para evaluar de la aportación energética de los grupos funcionales metilo y carboxilo sobre la bipiridina se eligieron las siguiente moléculas 2,2’-Bipiridina, 4,4’-Dimetil-2,2’-Bipiridilo, 5,5’-Dimetil-2,2’-Bipiridilo y 2,2’-Bipiridina-4,4’-diácido carboxílico, las cuales tienen similitudes entre sí, estos compuestos N-Heterocíclicos son de gran importancia gracias a su versatilidad para formar complejos con los metales de transición [9], ser precursoras de anticancerígenos, empleadas en complejos de metálicos como medios de contraste[10] [11], su aplicación en catálisis homogénea asimétrica [12], junto con su aplicación en complejos de zirconio para su empleamiento en energía limpia [13] y, además de su aplicación en la formación de complejos de cromo para su uso en baterías de flujo[14], etc. Cabe mencionar que algunos datos termoquímicos para 2,2’-Bipiridina se encuentran reportados [15], lo que permitirá hacer una comparación de resultados y métodos experimentales.