Estudio teórico de reacciones de tautomerización de la urea y derivados: el papel del efecto túnel

Abstract

Este trabajo estudia las reacciones de tautomerización de la urea, tiourea y selenourea en un intervalo de temperaturas que va desde 10 a 300 K. A temperaturas bajas dichas reacciones tienen lugar aunque las barreras energéticas (> 20 kcal/mol) sean muy superiores a la energía térmica disponible. Esta reactividad se debe a un fenómeno cuántico conocido como efecto túnel, el cual permite que las moléculas reaccionen aún careciendo de la energía necesaria y adquiere especial relevancia durante la transferencia de partículas ligeras, como por ejemplo la de átomos de hidrógeno, a bajas temperaturas. El efecto anterior tiene especial impacto en astroquímica y a temperatura ambiente en la catálisis enzimática. Este trabajo describe la teoría empleada para cuantificar la contribución del efecto túnel a las reacciones químicas, así como el método utilizado para modelizar las reacciones de transferencia de hidrógeno en los tres sistemas objeto de estudio (urea, tiourea y selenourea). Finalmente, también se presentan los resultados obtenidos y su comparación con los datos experimentales.

This project studies the tautomerization reactions of urea, thiourea and selenourea in a temperature interval ranging from 10 to 300 K. At low temperatures these reactions take place although they have energy barriers (> 20 kcal/mol) much higher than the available thermal energy. This reactivity is due to a quantum phenomenon known as tunneling effect, which allows molecules to react even when they lack the required energy and is paramount for the transfer of light particles, like hydrogen atoms, at low temperatures. The aforementioned effect has special impact on astrochemistry and at room temperature on enzyme catalysis. This review describes the theory used to quantify the contribution of tunneling effect to chemical reactions, as well as the methodology applied to study hydrogen transfer reactions in urea, thiourea and selenourea. Finally, it includes the results obtained and the comparison with the experimental data.

Este traballo estuda as reaccións de tautomerización da urea, tiourea e selenourea nun intervalo de temperaturas que vai dende 10 a 300 K. A temperaturas baixas ditas reaccións teñen lugar aínda que as barreiras enerxéticas (> 20 kcal/mol) sexan moi superiores á enerxía términa dispoñible. Esta reactividade débese a un fenómeno cuántico denominado efecto túnel, o cal permite que as moléculas reaccionen aínda carecendo da enerxía necesaria e adquire especial relevancia durante a transferencia de partículas lixeiras, como por exemplo a de átomos de hidróxeno, a baixas temperaturas. O efecto anterior ten especial impacto en astroquímica e a temperatura ambiente na catálise enzimática. Este traballo describe a teoría empregada para cuantificar a contribución do efecto túnel ás reaccións químicas, así como o método utilizado para modelar as reaccións de transferencia de hidróxeno nos tres sistemas obxecto de estudo (urea, tiourea e selenourea). Finalmente, tamén se presentan os resultados obtidos e a súa comparación cos datos experimentais.