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Aplicación de receptores macrocíclicos para la detección de metales tóxicos por fluorescencia

Examensarbeit 2001 195 Seiten

Ingenieurwissenschaften - Chemieingenieurwesen

Leseprobe

INDICE

1 INTRODUCCION
1.1 Quimica supramolecular
1.1.1 La quimica molecular y supramolecular
1.1.2 Reconocimiento molecular
1.1.2.1 Reconocimiento, information, complejidad
1.1.2.2 Principios de diseno de receptores moleculares
1.1.2.3 Reconocimiento esferico. Cationes metalicos de criptando
1.1.3 Moleculas correceptoras y multiple reconocimiento
1.1.4 Reactividad y catalisis supramolecular
1.1.5 Procesos y diseno de transporte
1.1.6 Ensamblajes supermoleculares o supramoleculares
1.1.7 Mecanismos moleculares y supramoleculares
1.1.8 Compuestos de coordination
1.1.9 Eteres corona
1.1.9.1 Eteres corona con oxigeno o mezclas de atomos donantes. Coronas mixtas
1.1.9.2 Azacoronas
1.1.9.3 Eteres bis-policorona
1.2. Metales en las aguas
1.2.1Fluor
1.2.2 Sulfato
1.2.3Potasio
1.2.4 Sodio
1.2.5Bario
1.2.6 Calcio
1.2.7Magnesio
1.2.8 Cadmio
1.2.9 Cobre
1.2.10Hierro
1.2.11Mercurio
1.2.12Nlquel
1.2.13Plomo
1.2.14 Cinc
1.3 Receptores funcionalizados con grupos fluorescentes para la detection de metales de transition, alcalinos y alcalinoterreos
1.4 Bibliografia

2 OBJETIVO
2.1 Objetivo

3 TECNICAS INSTRUMENTALES
3.1 Espectroscopia de resonancia magnetica nuclear
3.1.1 Introduction
3.1.2 Teona de la resonancia magnetica nuclear
3.1.2.1 RMN de transformada de Fourier
3.1.2.2 Tipos de espectros RMN
3.1.3 Efectos del entorno molecular en los espectros RMN
3.1.3.1 Tipos de efectos del entorno
3.1.3.2 Teona del desplazamiento qulmico
3.1.3.3 Desdoblamiento espln-espln
3.1.3.4 Tecnicas de doble resonancia
3.1.3.5 Reactivos de desplazamiento qulmico
3.1.4 Espectrometros de RMN
3.1.4.1 Componentes de los espectrometros de transformada de Fourier
3.1.4.2 Imanes
3.1.4.3 Sonda de la muestra
3.1.4.4E1 detector y el sistema de procesamiento de los datos
3.1.4.5 Manipulation de la muestra
3.1.5 Aplicaciones de la RMN de proton
3.1.5.1 Identification de compuestos
3.1.5.2 Aplicacion de la RMN al analisis cuantitativo
3.1.6 RMN de carbono-13
3.1.6.1 Aplicacion de la RMN de Cala determination de estructuras ..
3.2 Espectrometria de masas
3.2.1 Introduction
3.2.2Descripcion
3.2.3Elequipo
3.2.3.1 Sistema de admision
3.2.3.2 Camara de ionization
3.2.3.3 Celula de aceleracion
3.2.3.4 Recorrido en el campo magnetico
3.2.3.5 Detector
3.2.4 Interpretation de espectros de masas
3.2.4.1 Patrones de fragmentation y precursores masicos
3.2.5 Aplicaciones analiticas de la espectrometria de masas
3.3 Cromatografia de liquidos
3.3.1 Cromatografia en columna de adsorcion
3.3.1.1 Selection del disolvente en cromatografia de adsorcion
3.3.1.2 Aplicaciones de la cromatografia de adsorcion
3.3.2Cromatografia en capafina
3.3.2.1 Campo de aplicacion de cromatografia en capa fina
3.3.22 Como realizar las separaciones en capa fina
3.3.2.3 Factor de retraso
3.3.2.4 Aplicaciones de cromatografla en capa fina
3.4 Espectroscopia de absorcion ultravioleta y visible
3.4.1 Especies absorbentes
3.4.1.1 Absorcion por compuestos organicos
3.4.1.2 Absorcion por especies inorganicas
3.4.1.3 Absorcion por transferencia de carga
3.4.2 Instrumentos para espectroscopia de absorcion ultravioleta y visible
3.4.2.1 Fotometros
3.4.2.2 Espectrofotometros
3.4.3 Espectrofotometria y fotometria cuantitativa de ultravioleta y visible
3.4.3.1 Alcance
3.4.3.2 Aplicaciones a especies absorbentes
3.4.3.3 Aplicaciones a especies no absorbentes
3.4.3.4 Detalles de procedimiento
3.5 Fluorescencia
3.5.1 Introduction
3.5.2 Teona de la fluorescencia molecular
3.5.2.1 Procesos de relajacion
3.5.2.2 Especies fluorescentes
3.5.3 Influencia de la concentration en la intensidad de fluorescencia
3.5.4 Instrumentos de fluorescencia
3.5.5 Aplicaciones de los metodos de fluorescencia
3.5.5.1 Metodos de analisis de especies inorganicas
3.5.5.2 Metodos de analisis de especies organicas o bioquimicas
3.6 Bibliografia

4 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
4.1 Receptor p-benzo-[4-(2,6-difenilpiridil)]-1-aza-4,7,10- trioxaciclododecano (L1)
4.1.1 Procedimiento de slntesis
4.1.2 Resonancia magnetica nuclear
4.1.3 Espectrometria de masas
4.1.4 Tecnica de ultravioleta-visible
4.1.5Tecnica de fluorescencia
4.2 Receptor p-benzo-[4-(2,6-difenilpiridil)]-1-aza-4,7,10,13- tetraoxaciclopentadecano (L2)
4.2.1 Procedimiento de slntesis
4.2.2 Resonancia magnetica nuclear
4.2.3 Espectrometria de masas
4.2.4 Tecnica de ultravioleta-visible
4.2.5 Tecnica de fluorescencia
4.3 Receptor p-benzo-[4-(2,6-difenilpiridil)]-1-aza-4,7,10,13,16- 146 pentaoxaciclooctadecano (L3)
4.3.1 Procedimiento de slntesis
4.3.2 Resonancia magnetica nuclear
4.3.3 Espectrometria de masas
4.3.4 Tecnica de ultravioleta-visible
4.3.5 Tecnica de fluorescencia

5 CONCLUSIONES
5.1 Conclusiones

6 PRESUPUESTO
6.1 Presupuesto
6.2 Bibliografia

1 INTRODUCCION

1.1 QUIMICA SUPRAMOLECULAR.

1.1.1 LA QUIMICA MOLECULAR Y SUPRAMOLECULAR.

La quimica molecular esta basada en el enlace covalente1. Su objetivo es dominar las reglas que gobiernan las estructuras, propiedades y transformaciones de las especies moleculares.

La quimica supramolecular esta basada en el enlace intermolecular y los ensamblajes moleculares como se muestra en el diagrama modelo de la figura l.l.l2. La quimica supramolecular abarca la estructura y la funcion de entidades formadas por la asociacion de dos o mas especies quimicas.

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Figura 1.1.1. Quimica molecular y supramolecular: moleculas, supermoleculas y mecanismos moleculares y supramoleculares.

La asociacion molecular ha sido reconocida y estudiada desde hace mucho tiempo3 y el termino "Ubermolekule", supermolecula, fue introducido en la mitad de los anos 1930 para describir entidades de gran organization resultantes de la asociacion de especies coordinativamente saturadas4.

La quimica supramolecular se podria definir como Mla quimica mas alia de la molecula", basando su estudio en los entes organizados de alta complejidad que resultan de la asociacion de dos o mas especies quimicas unidas por fuerzas intermoleculares5. Su desarrollo requiere el uso de todos los recursos de la quimica molecular para formar entidades supramoleculares.

Los procesos que ocurren en biologia, como el enlace de un sustrato a un receptor proteico, reacciones enzimaticas, el ensamblaje de complejos protelna-protelna, las asociaciones inmunologicas antigeno-anticuerpo, las lecturas intermoleculares, la traduction y la transcription del codigo genetico, la induction de senales por neurotransmisores y el reconocimiento celular se basan en la interaction molecular altamente especificas de reconocimiento, transporte, regulation, etc. El diseno de moleculas receptoras artificiales abioticas capaces de mostrar procesos de alta eficiencia y selectividad requiere la correcta manipulation de caracteristicas energeticas y estereoquimicas de fuerzas no covalentes intermoleculares (interacciones electrostaticas, puentes de hidrogeno, fuerzas de van der Waals, etc.) dentro de una definida arquitectura molecular.

Los componentes de una supermolecula han sido llamados receptor (p) y sustrato(s) (a)6,7, siendo normalmente el sustrato(s) el componente(s) mas pequeno que se busca enlazar.

La union de un sustrato a a un receptor p da como resultado la supermolecula pa e involucra un proceso de reconocimiento. Si ademas de un punto de enlace, el receptor tambien contiene puntos reactivos podria efectuar una transformation quimica en el sustrato enlazado y, de esta forma, comportarse como un agente catalitico. De este modo, una membrana soluble lipofilica podria actuar como un medio de transporte efectuando la translocalizacion de un sustrato unido. Por lo tanto, el reconocimiento molecular, la transformacion, y la translocalizacion representan las funciones basicas de una especie supramolecular. En asociacion con ensamblajes organizados polimoleculares y diferentes fases (capas, membranas, cristales liquidos, etc.), supramoleculas funcionales podran llevar al desarrollo de mecanismos moleculares y supramoleculares. Este panorama esta representado graficamente en lafigura 1.1.1.

1.1.2 RECONOCIMIENTO MOLECULAR.

1.1.2.1 Reconocimiento, informacion, complejidad.

El reconocimiento molecular ha sido definido como el proceso que implica tanto la union, como la selection del sustrato(s) por una molecula receptora; asi como de ser posible, la realization de una funcion especifica6. Tal vez, se podria decir que el reconocimiento es la union con un proposito de la misma forma que los receptores son ligandos con alguna finalidad. La union de ff a p forma un complejo o supermolecula caracterizada por su (termodinamica y cinetica) estabilidad y selectividad, por la cantidad de energia y de informacion involucrada en la operation.

El reconocimiento molecular es un asunto de almacenamiento de informacion y de su lectura a un nivel supramolecular.

La informacion puede ser almacenada en la arquitectura del receptor, en sus sitios de enlace y en las capas adyacentes al ligando en su enlace con ff sera leida a la velocidad de formation y disociacion de la supermolecula.

El reconocimiento molecular corresponde, por tanto, a la optima informacion contenida por el receptor con respecto a un sustrato dado. Esto nos lleva al principio de doble complementaridad extendiendose a caracteristicas energeticas asi como geometricas; el conocido concepto esterico de "la llave y la cerradura" enunciado por Emil Fischer*. Un mayor reconocimiento que el provisto por un simple equilibrio puede ser alcanzado por el reconocimiento en muchos pasos y el acoplamiento a un proceso irreversible.

1.1.2.2 Principios de diseno de receptores moleculares.

La quimica de las moleculas receptoras artificiales puede ser considerada como una quimica de coordinacion general, no siendo limitada a iones de metales de transition y extendida a todo tipo de sustratos: cationes, aniones o especies neutras de naturaleza organica, inorganica o biologica9.

Para obtener un gran reconocimiento es deseable que el receptor y el sustrato tengan una gran area de contacto. Esto ocurre cuando p es capaz de envolver a su huesped, estableciendo numerosas interacciones de enlaces no covalentes y de sentir su tamano, forma y arquitectura. Este es el caso de moleculas receptoras que contienen cavidades intramoleculares en las que el sustrato puede encajar. Estos receptores concavos con sitios de enlace dirigidos hacia la especie enlazada son endopolarofilicos y convergentes y pueden ser llamados endorreceptores.

Las estructuras macropoliciclicas poseen los requerimientos para el diseno de receptores artificiales. Estas estructuras son grandes y, por lo tanto, poseen cavidades y huecos con el tamano y la forma adecuada, tambien poseen numerosas ramas, puentes y conexiones que permiten la construction de una determinada arquitectura dotada con las caracteristicas dinamicas deseadas que permiten los arreglos de grupos estructurales, sitios de enlace y funciones reactivas. El enlace de un sustrato en la cavidad producira la inclusion de un complejo, un criptando10.

El balance entre rigidez y flexibilidad es muy importante debido a las propiedades dinamicas de p y a11. Los procesos de cambio, regulation y cooperatividad requieren un aumento en la flexibilidad, de forma que p pueda adaptarse y responder a los cambios.

La estabilidad y la selectividad del enlace de a es el resultado de un cumulo de puntos de interaction en p y puede ser estructuralmente traducido en acumulaciones (o colecciones) y organizaciones (u orientaciones)12.

1.1.2.3 Reconocimiento esferico. Cationes metalicos de criptandos.

La forma mas simple de reconocimiento es la de sustratos esfericos, como los cationes metalicos (alcalinos, alcalinoterreos, iones lantanoides) o los aniones de haluros.

Durante los ultimos 30 anos, la quimica de complejacion de cationes alcalinos se ha desarrollado rapidamente con el descubrimiento de ligandos selectivos naturales o sinteticos, macrociclos como la valinomicina y esferandos y otros, siendo el diseno y el estudio de los criptandos de metales alcalinos el inicio de los estudios que han desarrollado la quimica supramolecular13 "15. De esta forma, en 1968 Jean-Marie Lehn y colaboradores reportan la sintesis del criptando-2,2,2 que se puede observar en lafigura 1.1.2.

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Figura 1.1.2. Criptando-2,2,2.

Su fuerte union con iones de potasio fue notada inmediatamente y le fue asignada una estructura de criptando lo que permitio prever su uso potencial en la activation de aniones y en el transporte de cationes. De esta forma, se ha ido desarrollando: (1) El reconocimiento tetraedrico que requiere el enlace selectivo de sustratos tetraedricos por moleculas receptoras adecuadas. (2) El reconocimiento de iones de amonio y sustratos relacionados dada la importancia que tienen estos sustratos en la quimica y la biologia. (3) La coordination de aniones y el reconocimiento de sustratos anionicos que en la actualidad es uno de aquellos en que se realiza mayor investigation.

1.1.3 MOLECULAS CORRECEPTORAS Y MULTIPLE RECONOCIMIENTO.

Una vez que las unidades de enlace para un grupo especffico se han identificado, el siguiente paso es la combination de una serie de estas unidades dentro de una arquitectura macropoliclclica. De esta forma, se llega a las moleculas correceptoras politopicas, que contienen una serie de subunidades de enlace y cooperan en la complejacion de algunos sustratos. Al modificar adecuadamente estas moleculas se puede encontrar cocatalizadores o cotransportadores llevando a cabo una reaction o el transporte de un sustrato enlazado. Mas alla, debido a su habilidad para realizar reconocimientos multiples y a los efectos mutuos de la union, estos correceptores nos dan una via de estudio para comportamientos moleculares como cooperatividad, alosteridad y regulation, asi como la comunicacion o la transferencia de senales cuando una especie es enlazada o desenlazada16.

1.1.4 REACTIVIDAD Y CATALISIS SUPRAMOLECULAR.

La reactividad y la catalisis representan una de las principales caracteristicas de los sistemas supramoleculares2,17. Los receptores moleculares con los grupos reactivos adecuados y las unidades de enlace necesarias pueden complejar un sustrato, reaccionar con este y desprender a los productos, asi se regeneran los reactivos para un nuevo ciclo tal como se ilustra en la figura 1.1.3.

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Figura 1.1.3. Esquema representativo del proceso de catalisis supramolecular

La reactividad y la catalisis supramolecular involucran dos pasos principales: la union que selecciona el sustrato y la transformacion de la especie enlazada en los productos dentro de la supermolecula formada.

1.1.5 PROCESOS Y DISENO DE TRANSPORTE.

La qulmica organica de los procesos de transporte en membrana y las moleculas de transporte han sido desarrolladas recientemente. El diseno y la slntesis de moleculas receptoras que enlacen selectivamente sustratos organicos e inorganicos han hecho posible una gama de compuestos que al ser solubilizados en membranas pueden convertirse en moleculas de transporte e inducir el transporte selectivo debido a la formation de membranas permeables a la especie unidad. De esta forma, el transporte representa una de las utilidades funcionales de las especies supramoleculares en companla con el reconocimiento y la catalisis2,18,19.

La qulmica de transporte de sistemas incluye tres aspectos principales: el diseno de las moleculas transportadoras, el mecanismo de los procesos de transporte e investigar sus aplicaciones en qulmica y en biologla. La permeabilidad selectiva de las membranas puede ser inducida por moleculas de transporte o por canales de transmembrana, como se puede ver en lafigura 1.1.4.

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Sustrato Transporte Complejo Sal Complejo

Figura 1.1.4. Procesos de transporte. Transporte mediante vla de especies neutras (izquierda), o un par de iones (centro). Mediante canales (derecha arriba), canales regulados (derecha abajo).

1.1.6 ENSAMBLAJES SUPERMOLECULARES O SUPRAMOLECULARES.

La quimica molecular es el dominio de moleculas independientes. La qulmica supramolecular puede ser dividida en dos grandes partes: (1) Supermoleculas, que son especies oligomoleculares que resultan de la asociacion intermolecular de unos pocos componentes (un receptor y su sustrato(s)) siguiendo un esquema basado en los principios del reconocimiento molecular. (2) Ensamblajes moleculares, que son sistemas polimoleculares resultantes de la asociacion espontanea de un numero no definido de componentes dentro de una fase especifica teniendo una organization microscopica bien definida y, unas caracteristicas microscopicas que dependen de su naturaleza (capas, membranas, vesiculas, micelas, fases mesomorficas, estructuras en estado solido, etc.).

Se han alcanzado progresos continuados en el diseno de ensamblajes moleculares sinteticos basados en el mejor entendimiento de las relaciones entre los rasgos de los componentes moleculares (estructura, sitios de union intermolecular, dominios polares- apolares, etc.), las caracteristicas de los procesos que llevan a la asociacion y las propiedades supramoleculares que resultan de la reunion polimolecular.

La organization molecular y el auto-ensamblaje, las membranas, la construction de peliculas de multicapas20 -24, la generation de morfologias agregadas25 -29, etc., hacen posible la construction de arquitecturas supramoleculares.

La incorporation de grupos adecuados puede dar como resultado ensamblajes capaces de realizar operaciones como la transferencia de energia, electrones o iones, el almacenamiento de information y la traduction de senales. La combination de receptores, transportadores y catalizadores manejando iones y electrones con ensamblajes polimoleculares abre la via de lo que pueden ser los llamados mecanismos moleculares y supramoleculares y la elaboration de microrreactores quimicos y cedulas artificiales.

1.1.7 MECANISMOS MOLECULARES Y SUPRAMOLECULARES.

Los mecanismos moleculares se definen como sistemas quimicos estructuralmente organizados y funcionalmente integrados hechos dentro de arquitecturas supramoleculares17,30. El desarrollo de estos mecanismos requiere el diseno de componentes moleculares que presenten una funcion y que puedan ser funcionalizados para ser incorporados en formaciones diferentes como las dadas por los diferentes tipos de ensamblajes polimoleculares. El componente puede ser fotonico, electronico, ionico segun maneje fotones, electrones o iones.

Las moleculas receptoras, reactivas, catalizadoras, transportadoras y canales, son componentes que potencialmente pueden generar y/o detectar procesos y transferir senales haciendo uso de su capacidad de almacenar y leer information tridimensional. De esta forma, actuan en el reconocimiento molecular y en las transformaciones del sustrato y en los procesos de translocalizacion dados por la reactividad y el transporte. El acoplamiento y la regulation pueden ocurrir cuando el actuador, (componente molecular), contiene una serie de subunidades, que pueden interactuar influenciandose cada una y respondiendo a un estimulo externo como la electricidad, la luz, el calor o la presion. La naturaleza del mediador (sustrato), en el cual opera el aparato molecular, define los campos de fotonica, ionica y electronica molecular.

Su desarrollo depende del diseno de actuadores que manejen a los mediadores y del examen de su uso potencial como componentes de mecanismos moleculares.

1.1.8 COMPUESTOS DE COORDINACION.

Un compuesto de coordination se puede definir31 como el conjunto formado por un atomo o ion central unido a una serie de iones o moleculas (ligandos) que lo rodean interaccionando entre si mediante un tipo de enlace en el que los electrones son compartidos.

La formation de compuestos de coordinacion es una propiedad general de los metales y, especialmente, de los elementos de las series d y p. El enlace puede ser explicado de forma sencilla como una interaction acido-base de Lewis en la que el atomo central con un orbital libre atrae el par de electrones del atomo dador del ligando. Por ello, el ion central debe disponer de orbitales adecuados esteticamente disponibles y de baja energla mientras que el ligando debe tener atomos con pares electronicos no compartidos.

Los compuestos de coordinacion se obtienen mediante reacciones de formation de complejos, en la cual una o varias moleculas del disolvente son reemplazadas por otras especies quimicas denominadas ligandos. Como la mayoria de los ligandos son bases en el sentido de Bronsted, el control preciso del pH es de gran importancia en los estudios de formation de complejos.

Los complejos pueden contener mas de un ion central denominandose complejos polinucleares. Estos compuestos polinucleares se forman cuando los ligandos son capaces de actuar como puentes enlazando los iones centrales. El numero maximo de ligandos que se pueden enlazar viene determinado por la capacidad coordinante del ion central que depende del estado de oxidation en el que se encuentre el metal y del tipo de ligando.

Un ligando que se encuentra unido al ion metalico por un solo punto se denomina monodentado. Las moleculas organicas o iones que contienen dos o varios centros de union, es decir, grupos dadores de electrones y son capaces de reemplazar a dos o mas grupos monodentados del ion metalico, se denominan polidentados.

1.1.9 ETERES CORONA.

Los complejos mas interesantes de los32 cationes del grupo 1 y de los mas pesados del grupo 2 (desde el calcio al bario) son los que se forman con ligandos polidentados, los ligandos monodentados se unen debilmente. Eteres corona tales como el 18-corona-6 de la figura 1.1.5 forman complejos con los iones alcalinos que persisten indefinidamente en disoluciones no acuosas. Los ligandos criptato biclclicos (o criptandos) tales como el criptando-2,2,2 de la figura 1.1.2, forman complejos todavla mas estables con los metales alcalinos, pudiendo existir incluso en disolucion acuosa. Los ligandos criptando son estericamente selectivos para un ion metalico particular. El factor dominante de esta selectividad es el acoplamiento geometrico entre el cation y la cavidad del ligando que lo acomoda.

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Figura 1.1.5. Estructura del eter corona 18-corona-6.

1.1.9.1 Eteres corona con oxigeno o mezclas de atomos donantes. Coronas mixtas.

Los eteres azaoxacoronas tienen interes debido a que son estructuralmente similares a los eteres polioxacoronas. La presencia de atomos de nitrogeno como donantes provoca la formation de complejos con cationes de metales pesados. El mercurio es uno de los metales mas peligrosos en la contamination ambiental; algunos estudios han demostrado su interaction con coronas mixtas oxlgeno-nitrogeno. Se han encontrado complejos de mercurio con coronas de 18 miembros muy favorables para su estudio excepto cuando se trata del HgX2, con un tamano de Xmayor que el anillo macroclclico. Se ha encontrado que la estabilidad de los complejos que forman los eteres corona tambien depende del tipo de disolvente utilizado. Parker sintetizo eteres corona con atomos de nitrogeno y de azufre como se observa en la figura 1.1.6. Estas nuevas coronas con Ag+ en agua y metanol mostraron una elevada entalpia de complejacion, pero una entropia desfavorable. Por desgracia, la elevada estabilidad que muestran los complejos con Ag+ se produce a pH demasiado basico para aplicaciones fisiologicas, aplicaciones hacia las cuales estaban dirigidos los estudios de Parker de tratamientos inmunologicos empleando Ag.

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Figura 1.1.6. Estructura del eter corona S2N4-18-corona-6. Pudiendo serR = H oR = CH3.

Bianchi trabajando con eteres corona con cinco atomos de N, tres de los cuales estaban metilados y dos o tres atomos de oxigeno en la parte opuesta de la corona, consiguio bajar la basicidad. Este efecto se consiguio gracias a la presencia de los tres grupos amino terciarios, los cuales afectan a la protonacion de estos receptores. Los +2 estudios realizados con Cu demostraron que todos los nitrogenos donantes estaban coordinados con el ion formando el complejo, mientras que los oxigenos permanecian expectantes.

La complejacion empleando atomos de azufre o de fosforo ha sido menos estudiada, de todas formas, los estudios realizados por Gellman demostraron que los oxidos de estos eran de gran efectividad a la hora de complejar cationes de monoalquilamonios y aminas protonadas en disolventes organicos.

Los estudios con coronas quirales han sido de gran interes a la hora de reconocimientos enantiomericos de cationes de amonio organico, Izatt y Bradshaw trabajaron en este sentido empleando coronas con grupos de piridina.

1.1.9.2 Azacoronas.

El hecho de sustituir en la estructura de la corona todos los atomos donantes por atomos de N ha provocado que la cavidad que forman se vuelva mas flexible al incrementar el tamano. Al anadir estos atomos de N no solo se han conseguido polinucleares sino que, ademas, pueden hacer compuestos de coordination con aniones. Un ultimo uso de estos eteres con atomos de nitrogeno es el de emplearlos como modelos de catalisis supramolecular.

1.1.9.3 Eteres bis-policorona.

Los eteres bis-policorona, figura 1.1.7, muestran algunas diferencias en sus propiedades a la hora de formar complejos con cationes con respecto a sus analogos monocoronas. Esta forma de complejar consiste en formar un complejo similar a un sandwich cooperando las dos coronas. Este hecho contribuye a la alta selectividad que muestran estos eteres con respecto a algunos cationes.

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Figura 1.1.7. Estructura de un bis-corona, [S2N-9-corona-3]2.

1.2. METALES EN LAS AGUAS.

La presencia de metales en aguas naturales33 de consumo y residuales puede propiciar efectos negativos e incluso toxicos. En este aspecto influye tanto el propio metal que se considere como la concentration en que se encuentre en el medio hidrico. Los metales de un agua pueden determinarse satisfactoriamente mediante absorcion atomica, tecnicas colorimetricas o incluso, como se vera a continuation, con determinadas moleculas organicas capaces de detectar mediante fluorescencia la presencia de dichos metales y no metales por complejacion con los mismos. A continuation, se vera la presencia de algunos metales ligeros, pesados y no metales en el medio hidrico y su importancia toxicologica.

1.2.1 FLUOR.

El fluor tiene incidencia en problemas dentales y tiene aplicabilidad como desinfectante. La concentration maxima y raramente encontrada no ha superado los 14 mg/L. Los dientes cariados presentan menos concentration que los no cariados; concentraciones inferiores a 1 mg/L han tenido pasada incidencia en proliferation de caries, mas elevada cuanto menor sea aquella. La tasa de 1 mg/L parece la mas adecuada manteniendose su eficiencia hasta 1.5 mg/L, por lo que se debe aceptar 1 mg/L como la ideal. Por encima de 1.5 mg/L ya el manchado de dientes es excesivo y en cambio la observation experimental muestra resultados anticaries iguales a los segundos, pero su incidencia ahora nociva aumenta con el aumento de su concentration, mereciendo la pena considerar la posibilidad manifestada por algunos medicos de que el fluor se deposita igualmente sobre el tejido oseo, pudiendo ser un causante de osteoporosis y de ostoesclerosis, con el problema adicional de que su manifestation es muy tardia; haria falta muchos anos de consumo regular de fluor para que se manifestaran estas afecciones practicamente irreversibles.

1.2.2 SULFATO.

Los sulfatos se encuentran en casi todos los abastecimientos de agua y en suficiente concentration proporcional con el resto de los aniones presentes. El origen de los sulfatos en las aguas se puede dirigir a la solubilization de las sales sulfato calcico, sulfato magnesico, sulfato sodico, solubilizacion de vapores sulfurosos en ambientes industriales de esta emision a la atmosfera y la oxidation de los sulfuros.

En la utilization de aguas se tiene en cuenta en lo que se refiere a usos domesticos, que no le confiere sabor al agua, sin embargo, concentraciones de mas de 500 mg/L tienen un efecto laxante en personas no acostumbradas, aceptandose que cantidades superiores a 250 mg/L en consumo prolongado producen irritaciones gastrointestinales especialmente en las personas en que sus defensas estan insuficientemente desarrolladas, como en los ninos o enfermos de estomago, siendo especialmente agresiva la sal magnesica aunque esta cuando se encuentra en cantidad excesiva se detecta al paladar por su sabor amargo; el R.D. de 1920 de calidad de las aguas limitaba sin saberse muy bien porque su presencia a 50mg/L, reglamentandose, en R.D. 2119/1981 el llmite 250 mg/L para aguas de uso en bebidas envasadas en concordancia con otras normas internacionales, aunque por ejemplo la O.M.S. permite 400 mg/L.

Las aguas selenitosas (del orden de mas de 300 mg/L de sulfato) son especialmente agresivas para las construcciones civiles, por su capacidad de destruction del cemento y especialmente el sulfato magnesico.

1.2.3 POTASIO.

La concentration con que se encuentra el potasio no sobrepasa practicamente nunca los 15 mg/L, siendo lo habitual entre 1 mg/L y 15 mg/L, por lo que un agua con mayor concentration, inicialmente nos hara considerarla como sospechosa.

Si bien el potasio, por lo repartido que se encuentra en la naturaleza siempre esta presente en el agua, su interes en el consumo como bebida es practicamente nulo, dado que siendo imprescindible, el organismo humano tiene suficiente con 200 mg/dia, afectando al funcionamiento del sistema nervioso y muscular y viendose afectado por su defecto, pero el organismo encuentra la suficiente cantidad para satisfacer las necesidades de dieta, por lo que no suelo aparecer en las limitaciones del agua destinada a bebida.

1.2.4 SODIO.

El sodio se encuentra en concentraciones que pueden ser importantes no llegando a sobrepasar los 100 mg/L. La mayor fuente natural de sodio en el agua la producen la halita, la mirabilita, tenardita entre otros de los que toma por dilution directa, pudiendo en cambio provenir de un complicado proceso de solubilization de rocas Igneas como los feldespatos por la action del CO2 atmosferico con production de carbonato sodico que se hidroliza a bicarbonato, aunque no presentando problema como carbonato por su elevada solubilidad.

1.2.5 BARIO.

El bario es un elemento frecuente en las aguas naturales, pero generalmente al estado de trazas por su baja solubilidad. El bario en concentraciones menores dificilmente se encuentra en concentration superior a 1 mg/L y nunca mas de 10 mg/L. Esta contemplado en la O.M.S. 1 mg/L como concentration maxima tolerable.

El bario puede introducirse en los abastecimientos como impureza proveniente de los productos qulmicos usados en el pretratamiento y ablandamiento de las aguas de abastecimiento.

El bario desde un planteamiento sanitario se puede decir que interviene como estimulante del musculo cardiaco pero es toxico para el sistema nervioso central.

1.2.6 CALCIO.

El calcio es el cation mas abundante en solution acuosa. Desde el punto de vista sanitario, si el agua mantiene calcio insolubilizado, se puede decir que es sanitariamente peligrosa aunque su elimination es sumamente facil. En cuanto al sabor, se detecta facilmente, lo que se conoce como agua gorda para concentraciones de unos 500 mg/L si proviene de cloruros, siendo bastante inferior si se refiere a sulfatos. Para consumo como bebida se recomienda no utilizar aguas con contenido superior a 200 mg/L por tenerse indicios de relation del calcio con el endurecimiento del sistema circulatorio, si bien, no teniendo datos estadisticos diferentes, de trastornos en poblaciones alimentadas con aguas muy calcicas, respecto de otras excesivamente blandas, se cree que las personas habituadas toleran perfectamente las aguas muy ricas en calcio. Podria admitirse que una persona habituada a ingerir agua pobre en calcio, puede sufrir trastornos pasajeros al cambiar, pero al habituarse su organismo lo toleraria bien.

1.2.7 MAGNESIO.

El magnesio junto al calcio es el segundo elemento que aporta a las aguas el concepto de dureza. Si embargo, su concentration en el agua no suele ser tan importante, segun un criterio amplio se puede decir que no excede de 1/4 a 1/3 de la del calcio.

En agua pura su solubilidad es de 19 mg/L, pasa a multiplicarse por 10 si esta saturada de C02. Como exception de las aguas naturales, el agua de mar mantiene una concentration del orden de 1330 mg/L, lo que se aprovecha para su extraction y beneficio industrial.

Desde una optica sanitaria, el magnesio comunica al agua un sabor amargo, del orden de 300 mg de Cl2Mg permiten su detection con facilidad. En un agua rica en sulfatos (mas de 250 mg/L) se debe restringir la concentration de magnesio a 30 mg/L. Para pequenos contenidos en sulfatos y cloruros podria mantenerse hasta 150 mg/L. La O.M.S. anade a estos criterios un maximo de 50 mg/L y 150 mg/L como tolerable. Concentraciones mayores confieren al agua un efecto laxante, y su ingestion prolongada produce trastomos gastrointestinales. Un adulto puede asimilar por dia del orden de 300 mg de magnesio.

Se puede citar finalmente, que su presencia en el agua es necesaria siempre que se mantenga dentro de pequenas concentraciones, que es un elemento necesario y beneficioso de valor biologico indispensable entre otros en ciertos procesos de desarrollo de sistemas enzimaticos asi como, en la formation de la estructura osea.

1.2.8 CADMIO.

La O.M.S. aconseja una concentration de cadmio de 10pg/L como maxima permisible.

La causa de su objetabilidad en las aguas potables es su capacidad probada de bloqueo enzimatico, lo que le hace intervenir como toxico fundamental del sistema nervioso central.

Una consideration interesante para nosotros es que en su facil insolubilizacion se mantiene, al igual que muchos otros metales, insolubilizado en los lodos, y es asimilable y acumulable por plantas y animales acuaticos.

1.2.9 COBRE.

En las aguas de abastecimiento la concentracion de cobre no suele pasar de 50 pg/L aunque puede llegar a 1 mg/L en casos muy excepcionales.

Un origen en aumento de la presencia de cobre en las aguas es su utilization como agente desinfectante en la forma de sulfato de cobre como bactericida y algicida, en estos efectos su action es tan acusada que afecta por ejemplo a la Escherichia Coli, permitiendo un control de algas o diatomaceas aunque su uso mas generalizado esta en el control de agua de piscinas.

Biologicamente es interesante por su presencia generalizada en la materia viva aunque no se conoce lo suficiente. En su planteamiento sanitario, a las condiciones habituales no se le conoce influencia nociva aunque no ha sido estudiada suficientemente, si en cambio, la tiene en mayores niveles en que afecta al sistema nervioso central, siendo detectable por el sabor desagradable que le produce. Las legislaciones suelen ser bastante acordes en sus regulaciones, que van desde 1.5 mg/L la maxima segun la espanola hasta 3 mg/L en otras. Las necesidades del organismo estan en el orden de 2 mg/dia, conociendose su importanciajunto al cobalto en la formation de lahemoglobina.

1.2.10 HIERRO.

Un contenido en hierro menor de 100 pg/L no se tendra en cuenta y se pensara en su acondicionamiento cuando sea mayor. Las aguas de origen superficial que contengan hierro manifestaran una coloration caracteristica apreciable con un contenido menor de 100 pg/L y en general, en componentes organicos. Otro caso es el de las llamadas aguas rojas que reciben este nombre por su contenido en Fe (OH)3 suspendido procedente de la oxidation meteorica de un (CO3H)2Fe inicial.

Un agua con un contenido en hierro ferroso muy por encima de 30 mg/L puede tener su origen en aprovechamientos mineros debido a las aguas acidas que drenan las galerias atacando al hierro y produciendo sulfato ferroso.

1.2.11 MERCURIO.

El mercurio aun en pequenas concentraciones es un gran veneno que dia a dia es mas importante considerar por dos razones primarias, por una parte su incidencia toxica acumulativa y ciclica, y por otra, el hecho de la multiplication de las formas de aprovechamiento que indiscriminadamente lo va extendiendo, como contaminante de las aguas y en los grandes habitats, rios, lagos, mares, por la propia capacidad de los seres que habitandolos los asimilan, transforman y consumidos por nosotros, acumulan a su vez su concentration y con ella los efectos venenosos.

En lo que se refiere a legislation no hay demasiados precedentes probablemente por la dificultad en el establecimiento de una concentration maxima, debido a las diferentes fUentes de intoxication y su capacidad acumulativa. La norma finlandesa tiene como llmite los 5 pg/L y en las recomendaciones de la O.M.S. se admite un maximo de 1 pg/L en las aguas de bebidas.

La afectacion sanitaria de su consumo se centra principalmente, en el establecimiento del bloqueo enzimatico a los vasos sangulneos o al corazon y al sistema nervioso central por destruction celular; su capacidad de detection del proceso de division cromosomica produce anormalidad en hijos de madres que no manifiesten intoxicacion.

1.2.12 NIQUEL.

Los niveles medios de nlquel en las aguas superficiales no superan los 5-10 pg/L, no obstante se pueden medir concentraciones del orden de 1 mg/L. En aguas subterraneas, por ejemplo Rusia, se han detectado niveles de hasta 13 mg/L de nlquel. En aguas de consumo pueden presentare concentraciones mas altas que las habituales debido al uso de tuberlas niqueladas de distribution de aguas.

El nlquel es poco toxico en general, aunque la experimentation animal parece indicar el poder cancerlgeno de algunas de sus sales; puede reaccionar con el ADN alterandolo y provocando fenomenos mutagenicos a concentraciones muy elevadas. Ademas, el nlquel puede estar relacionado con desarreglos renales, trastornos del equilibrio y producir eczemas por contacto en concentration elevada.

1.2.13 PLOMO.

El plomo es otro elemento toxico cuya presencia debe considerarse en el agua en cuanto a su nocividad industrial, se tendra en cuenta su incidencia por el mismo mecanismo que se debe estudiar en cuanto a su afeccion sanitaria, que es la que en principio obliga a la valoracion analltica en base a su influencia sanitaria, y siempre en concentration minima.

El llmite actual espanol de plomo es de 50 pg/L que supera con creces los valores encontrados habitualmente. Estas consideraciones se han hecho en base a su elevada toxicidad que afecta a multiples factores organicos. Si bien el organismo humano tiene una capacidad de elimination que puede ser de 300 pg/dla, el plomo es acumulativo y en llneas generales se dice que, afecta al sistema nervioso central, puede implicar bloqueo enzimatico, degeneration grasa del tejido y se le acepta potencialmente como cancerlgeno. La enfermedad mas conocida por los efectos que ha causado particularmente en el pasado es el saturnismo, aunque hoy en dla se tienen datos que se le acusa de otras secuelas bastante mas graves, de las que se pueden citar a tltulo de ejemplo la subnormalidad causada por la acumulacion de plomo.

1.2.14 CINC.

La presencia del cinc generalmente no tiene origen natural aunque se suela encontrar en los puntos de consumo. Combinado se presenta en la naturaleza en la blenda aunque no suele ser esta la fuente de su provision; en las aguas superficiales suele tener su origen en vertidos de industrias muy concretas como galvanicas, procesos industriales de obtencion de fibras artificiales e irrigation por primeras aguas de lluvia, ya que se encuentra a nivel de trazas en el ambiente atmosferico.

La O.M.S. no lo clasifica como sustancia toxica, la limitation de concentration en el ambito legal es de 5 mg/L a 15 mg/L en otras legislaciones. Se le puede considerar un elemento toxico y peligroso incluso potencialmente cancerlgeno aunque es necesario en la dieta diaria.

En 1956 se observo la relation entre la cirrosis alcoholica y deficiencia comparativa de cinc en suero e hlgado. Tambien se encuentra un elevado porcentaje en ulceras cutaneas indoloras y defecto plasmatico de cinc. De igual modo, se le relaciona con el enanismo nutritional, desasimilacion en embarazadas, etc..

La elimination en aguas potables es problematica, en tanto que por los metodos habituales de acondicionamiento no se le puede separar hasta niveles considerables.

1.3 RECEPTORES FUNCIONALIZADOS CON GRUPOS FLUORESCENTES PARA LA DETECCION DE METALES DE TRANSICION, ALCALINOS Y ALCALINOTERREOS.

En los ultimos anos el campo de los sensores fluorescentes para la deteccion de cationes ha experimentado un fuerte auge que ha llevado a la obtencion de numerosos receptores funcionalizados con grupos fluorescentes capaces de dar diferente respuesta en presencia de ciertos cationes de interes34. Asl, de la bibliografla se puede destacar los siguientes trabajos para la deteccion de metales alcalinos y alcalinoterreos:

[...]


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Details

Seiten
195
Jahr
2001
Dateigröße
3.9 MB
Sprache
Spanisch
Katalognummer
v273284
Institution / Hochschule
Universidad Politécnica de Valencia – Departamento de Química
Note
9.0
Schlagworte
aplicación

Autor

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Titel: Aplicación de receptores macrocíclicos para la detección de metales tóxicos por fluorescencia