Nuevos Materiales
-
Upload
dario-valencia -
Category
Documents
-
view
81 -
download
14
Transcript of Nuevos Materiales
-
nnn
nn
nn
nn
n
n
nn
nn
n
nn
nn
Estudio de la Sntesis y Propiedades de Nuevos MaterialesAplicando Tcnicas de Qumica Combinatoria
Diego F. Acevedo
-
Estudio de la Sntesis y Propiedades de Nuevos Materiales Aplicando Tcnicas de Qumica Combinatoria.
Diego F. Acevedo
BB!!NNjjtt!!BBccvvffmmpptt!!!!
qqbbeessfftt!!zz!!iiffssnnbboobb//
UUppeepptt!!mmpptt!!ttffssfftt--!!
uuppeepptt!!mmpptt!!bbddppoouuffddjjnnjjffoouupptt!!eeff!!uuvv!!wwjjeebb!!
ffttuubboo!!bbiijj!!qqppssrrvvff!!uuvv!!mmpptt!!iibbtt!!ddppoowwppddbbeepp//!!
EEffqqffooeeff!!eeff!!uujj!!!!mmpp!!rrvvff!!ssffttvvffmmwwbbtt!!!!
IIbbddffss!!ddppoo!!ffmmmmpptt//!!
SS//!!CCbbddii!!
-
Estudio de la Sntesis y Propiedades de Nuevos Materiales Aplicando Tcnicas de Qumica Combinatoria.
Diego F. Acevedo
AAGGRRAADDEECCIIMMIIEENNTTOOSS:: Quisiera agradecer a todas las personas que en mayor o meno medida me ayudaron a concretar
esta etapa de mi vida:
A los jurados de sta tesis por los aportes realizados: Dr. L. Sereno, Dr. C. Chesta, Dr. R. Garay. A la Universidad Nacional de Ro Cuarto, CONICET, Agencia Crdoba Ciencia, Secyt, por haberme ofrecido los medios necesarios para la realizacin de esta tesis.
A mi familia: Mam (Mara), Pap (Carlos), a mis Abuelos (El tata, Nilas, Emilia y Calos), mi Hermana (Sol), Tos (Luis, Ana, Hugo), Sobrinos (Nico y Emi), Primos (Lau y Sofi), que siempre me ofrecieron TODO incondicionalmente.
Al grupo de trabajo al que pertenezco: no slo por guiarme en los aspectos cientficos, sino tambin por haberme ofrecido una segunda familia: a los padres de este grupo: Dr. Cesar Barbero (Director) y Dra. M. Cristina Miras (Codirectora), a mi hermano menor: M. Bruno (el gordito de la familia y Marili); a los integrantes ms recientes: Juan Balach, Abril Molina, Natalia Monge, Victor Ortiz, Pablo Gianni; a quienes estuvieron durante algn tiempo: Diego Muoz, Marcos Della Mea, Eduardo Ponzio; a los hermanos mayores del grupo: Doctores Rivarola, Salavagione, Morales, Planes. A aquellos con quienes trabajamos: Ingenieros Acoba, Miskovky, Varela, Cotella, Kool.
A aquellas personas que con muchas ganas, inteligencia y amor lograron erigir al Departamento de Qumica en sus principios y lo siguen haciendo (nuestros abuelos cientficos): Doctores. J. J. Silber, L. Sereno, C. Previtali, y deseo que nunca pierdan esa fuerza que poseen y diariamente nos contagian.
A aquellas personas que no solamente son excelentes compaeros de trabajo: Carolina, Luciana, Marianita, Mercedes, Daro, Ariana, Walter, Daniel, Diego, Fernandos, Gabriela, Adrin, sino que tambin son excelentes amigos: N. Mariano Correa, Sandra Miskoski, Fernando Moyano, Martn Broglia, Miguel Gervaldo, Elisa Melanesio, Patricia Molina, Lorena Gomez, Ana Novaira, Kena Castillo.
A los amigos de toda la vida: Cristian Crognali (y su familia: Silvia, Pepe, Leo, Efra, Luli), M. Flores, Toly, Eduardo Ariza, Martn Manrique, Andrs Diblassi, Gerardo Aportone. Marianito, Marquito, Pepa.
Quisiera agradecer especialmente a Negrita, Daniela y Graciela por ponerle alegra a todos los das. A Cacho, Rosita, Marisel, Ibe, por toda la ayuda brindada.
A quienes me sufrieron como profe o no y llegamos a ser amigos: Susana (la teacher), Leo Salvai, Tito, Flaco, Mati Deicas, Javi Toledo, Diego (Cabeza) Muoz (7), los melli (Guille y Ale), Pablo Mataco Rummie Vittar (1), Chon Bernardi (2), Seba Liboa (3), Diego Aguado (5), Matute Palandri (6), Timi Vairoletti (8), Negro Oliva (9), Cui Gonzalez (10).
Especialmente a Diego Muoz (tapa), Mariano Correa, Sandra Miskoski (quienes ayudaron en la redaccin).
A todos los docentes e investigadores que integran el Departamento, con quienes he compartido estos aos:L. Giacomelli, M. Bisutti, S. Bertolotti, S. Chiacchiera, L. Otero, L. Boscatto, M. Santos, L. Zingaretti, M. Hamity, N. Garcia, R. Cattana, S. Criado, V. vila.
A TODAS ESTAS PERSONAS Y A AQUELLAS QUE PUEDO HABER OLVIDADO MENCIONAR (QUE ME SEPAN DISCULPAR) LES ESTOY MUY AGRADECIDO.
-
Director de Tesis: Dr. Cesar Barbero.
Codirector de Tesis: Dra. Maria C. Miras
Jurados de Tesis:
Dr. Leonides Sereno.
Dr. Raul Garay.
Dr. Carlos Chesta.
Ro Cuarto, 16 de diciembre de 2005.
-
RESUMEN Los polmeros conductores intrnsecos (PCI) son materiales muy estudiados en los aos recientes. La amplia gama de posibles aplicaciones tecnolgicas es lo que explica el inters en estos materiales para lo cual se requiere un mejor entendimiento de los modelos de estado slido y moleculares de estos. En la actualidad existe un gran nmero de polmeros que estn siendo sintetizados y estudiados, sin embargo la diversidad molecular de los polmeros conductores es escasa cuando se la compara con compuestos de bajo peso molecular. Es por lo tanto razonable pensar que algn o algunos PCI con alguna propiedad de inters permanece sin ser descubiertos. En esta tesis se discute un novedoso mtodo para modificar PCI, tal como polianilina (PANI) y polipirrol (PPY), utilizando tcnicas combinatorias. Esta forma de modificar este tipo de polmeros consiste en la produccin de familias de compuestos a travs de reacciones de copulacin de distintos colorantes azoicos con PANI. Todos los colorantes fueron sintetizados utilizando qumica combinatoria paralela. Tambin se reporta un novedoso soporte slido para el polmero conductor, el cual permite realizar bsqueda rpida y eficiente (HTS) de las modificaciones introducidas al polmero mediante la utilizacin de espectroscopias de infrarrojo de trasformada de Fourier (FTIR) y ultravioleta-visible (UV-vis). Las pelculas finas de polietileno de baja densidad (LDPE) fueron utilizadas para soportar el PCI durante la modificacin de su cadena carbonada. La solubilidad y la conductividad de la polianilina funcionarizada (FPANI) son las propiedades buscadas. Por tal motivo la solubilidad de FPANI fue estudiada en diferentes solventes, y se encontraron polmeros los cuales son solubles en solventes orgnicos comunes, como as tambin en medio acuoso bsico. Se realizaron estudios de fotoisomerizacin de los colorantes azoicos en disueltos en distintos solventes, como as tambin incorporados dentro de una matriz rgida de polimetilmetacrilato. La PANI modificada con compuestos isomerizables cambia su conductividad cuando es expuesta a radiacin ultravioleta, y regresa al valor de conductividad original por calentamiento o irradiacin con luz visible. La fortaleza del mtodo de modificacin desarrollado permite a su vez extender la reaccin a materiales novedosos tales como nanotubos de carbono de pared mltiple (MWNT). Se evalan tambin algunas aplicaciones de los colorantes, polianilinas funcionarizadas, el diseo de la conductividad de FPANI, la liberacin especifica de diversas drogas unidas covalentemente a la FPANI y la solubilidad de MWNT funcionalizados.
-
ABSTRACT Conducting polymers have become widely studied materials in recent years. While the fundamental properties of the materials requires better understanding of molecular an solid state models of organic materials, it is the wide range of possible technological applications which explains the interest in those materials. While an ever increasing number of polymers have been synthesized and studied, the molecular diversity of the conducting polymers remains low compared with low molecular weight conjugated counterparts. It is therefore reasonable to think that conducting polymers with valuable properties remains to be discovered. In this thesis, a novel method to modified conducting polymers, such as polyaniline and polypyrrole, using combinatorial techniques are discussed. This way to modified polymers consists in the production of families of compounds through the reaction of copulation of several azo dyes compounds with polyaniline (PANI). All azo dyes were synthesized using parallel combinatorial chemistry. Here, we also report a novel solid support of conducting polymer films, which allows high-throughput screening of the polymer modification using Fourier transform infrared (FT-IR) and/or ultraviolet-visible (UV-vis) spectroscopy. Low-density polyethylene (LDPE) thin films were used to support the conducting polymer during modification of the conductive polymer backbone. The solubility and conductivity of functionalized polyaniline (FPANI) are the target properties for these new materials. The solubility of the FPANI was testing in different solvents. It was found polymers which are soluble in common organics solvents and in basic medium. Studies of photoisomerization of azo dye in solvent and into poly(methylmethacrylate) matrix, are shown. Modified PANI with this photoisomerizable compounds turns its conductivity when is exposed to the UV radiation, returning to the original conductivity by heating or lighting with visible radiation. The strongest method of modification developed allows extend this reaction to novel materials such as multiple walls carbon nanotube (MWNT). Some possible application of the dyes, FPANI, such as photowriting, tailoring of conductivity of FPANI, delivering medical drug covalently attached to FPANI, improving solubilization to pristine carbon nanotube are evaluated.
-
Estudio de la Sntesis y Propiedades de Nuevos Materiales Aplicando Tcnicas de Qumica Combinatoria.
Diego F. Acevedo
i
INDICE GENERAL I. INTRODUCCIN:..................................................................................... 2 II. OBJETIVOS: ........................................................................................... 6
II.1. OBJETIVO GENERAL: .................................................................... 6 II.2. OBJETIVOS PARTICULARES:........................................................ 6
III. PRINCIPIOS BASICOS.......................................................................... 9 III.1. QUMICA COMBINATORIA: ........................................................... 9
III.1.1. INTRODUCCION:...................................................................... 9
III.1.2. DEFINICIONES BASICAS:........................................................ 9
III.1.3. HISTORIA:............................................................................... 13
III.1.4. METODOS DE SINTESIS UTILIZADOS EN QUMICA
COMBINATORIA: ......................................................................................... 22
III.1.5. SINTESIS COMBINATORIA PARALELO:............................... 24
III.1.6. SINTESIS COMBINATOIRA POR MEZCLA Y SEPARACION:25
III.1.7. EXPLORACION RPIDA DE ALTA EFICIENCIA HTS: ........ 28
III.1.8. DECONVOLUCION: ................................................................ 29
III.1.9. TCNICAS USADAS PARA EXPLORACIN RAPIDA DE
ALTA EFICIENICIA: ...................................................................................... 31
III.2. COLORANTES .............................................................................. 36 III.2.1.INTRODUCCIN:..................................................................... 36
III.2.2. RESEA HISTORICA: ............................................................ 37
III.2.3. COLORANTES AZOICOS....................................................... 47
III.2.3.1. DIAZO COMPUESTOS:.................................................... 48
III.2.3.2. NOMENCLATURA: ........................................................... 51
III.2.3.2.1. Nomenclatura de IUPAC: ........................................... 51
III.2.3.2.2. Otra Nomenclatura: .................................................... 53
III.2.4. DIAZOTACIN DE CON UNA SAL DE NITRITO EN
SOLCUIN ACUOSA DE UN CIDO MINERAL DILUIDO:.......................... 55
III.2.4.1. CONSIDERACIONES GENERALES: ............................... 55
III.2.4.2. CINETICA Y MECANISMO DE DIAZOTACIN................ 58
-
Estudio de la Sntesis y Propiedades de Nuevos Materiales Aplicando Tcnicas de Qumica Combinatoria.
Diego F. Acevedo
ii
III.2.4.3. INFLUENCIA DE LA ACIDEZ EN EL MECANISMO DE
REACCIN DE DIAZOTACIN EN MEDIOS CIDOS SULFURICO Y
PERCLORICO........................................................................................... 64
III.2.4.4. CATALISIS NUCLEOFILICA DE DIAZOTACIN ............. 69
III.2.4.5.TRANSFORMACIN DE N-NITROSAMINA EN EL IN
DIAZONIO: ................................................................................................ 71
III.2.5. REACCINES DE COPULACIN AZOICA: ........................... 72
III.2.5.1. PREQUILIBRIO CIDO BASE:......................................... 75
III.2.5.2. POSICIN DE ACOPLAMIENTO ..................................... 78
III.2.6. ISOMERISMO EN COLORANTES AZOICOS......................... 78
III.2.6.1. ISOMERIZACIN GEOMTRICA DE AZOCOMPUESTOS:
.................................................................................................................. 79
III.2.6.2. TAUTOMERISMO:............................................................ 82
III.2.7. PROPIEDADES CIDO BASE DE AZOCOMPUESTOS: ....... 83
III.2.8. ALGUNAS APLICACIONES DE COLORANTES:.................... 85
III.2.8.1. APLICACIONES ELECTROCRMICAS DE
COLORANTES:......................................................................................... 85
III.2.8.2. QUIMIOCROMISMO:........................................................ 85
III.2.8.3. FOTOCROMISMO: ........................................................... 86
III.3. POLMEROS:................................................................................. 88 III.3.1. INTRODUCCIN Y DESARROLLO HISTRICO: .................. 88
III.3.2. DEFINICIONES: ...................................................................... 96
III.3.3. NOMENCLATURA:.................................................................101
III.3.3.1. POLMEROS VINLICOS: ................................................102
III.3.3.2. COPOLMEROS VINLICOS:...........................................106
III.3.3.3. POLMEROS NO VINLICOS:..........................................107
III.3.3.4. COPOLMEROS NO VINLICOS: ....................................109
III.3.3.5. ABREVIATURAS: ............................................................109
III.3.4. PROCESOS DE POLIMERIZACIN:.....................................109
III.3.4.1. POLIMERIZACIN POR PASOS: ...................................110
III.3.4.2. POLIMERIZACIN POR REACCIN EN CADENA: .......112
III.3.5. POLIMEROS CONDUCTORES: ............................................114
-
Estudio de la Sntesis y Propiedades de Nuevos Materiales Aplicando Tcnicas de Qumica Combinatoria.
Diego F. Acevedo
iii
III.3.6. POLIANILINA:.........................................................................127
III.3.6.1. INTRODUCCIN: ............................................................127
III.3.6.2. REFERENCIA HISTRICA:.............................................130
III.3.6.3. SNTESIS:........................................................................131
III.3.6.3.1. SNTESIS QUMICA: .................................................132
III.3.6.3.2. SNTESIS ELECTROQUMICA: ................................133
III.3.6.3.3. OTROS TIPOS DE SNTESIS: ..................................134
III.3.6.3.3.1. POLIMERIZACION EN PRESENCIA DE
SURFACTANTES:.............................................................................134
III.3.6.3.3.2. POLIMERIZACION UTILIZANDO ENZIMAS: .....136
III.3.6.4. MECANISMO DE POLIMERIZACION: ............................137
III.3.6.5. POLIANILINAS MODIFICADAS:......................................139
III.3.6.6. REACCIONES DE POST-MODIFICACIN: ....................140
III.3.6.7. HOMOPOLIMERIZACIN DE ANILINAS SUSTITUIDAS Y
COPOLIMERIZACION DE ANILINA CON ANILINAS SUSTITUIDAS: .....141
III.3.6.8. APLICACIONES:..............................................................142
III.3.6.8.1. BATERIAS RECARGABLES: ....................................142
III.3.6.8.2. DISPOSITIVOS ELECTROCROMICOS:...................142
III.3.6.8.3. DISPOSITIVOS ELECTRONICOS: ...........................143
III.3.6.8.4. CATALIZADORES:....................................................143
III.3.6.8.5. INDICADORES:.........................................................143
III.3.6.8.6. SENSORES ELECTROQUIMICOS:..........................144
III.3.6.8.7. SOLDADURA DE PLSTICOS: ................................144
III.3.6.8.8. DISPOSITIVOS DE ALMACENAMIENTO DE DATOS:
..............................................................................................................146
IV. EXPERIMENTAL. ...............................................................................148 IV.1. REACTIVOS:................................................................................148 IV.2. SOLVENTES: ...............................................................................149 IV.3. SNTESIS: ....................................................................................149
IV.3.1. COLORANTES AZOICOS: ....................................................149
IV.3.1.1. SNTESIS COMBINATORIA DE COLORANTES AZOICOS
UTILIZADOS PARA LA MODIFICACIN DE PANI:.................................149
-
Estudio de la Sntesis y Propiedades de Nuevos Materiales Aplicando Tcnicas de Qumica Combinatoria.
Diego F. Acevedo
iv
IV.3.1.2. SINTESIS DE COMBINATORIA DE COLORANTES
UTILIZADOS PARA EL MTODO DE CONECTOR: ...............................150
IV.3.2. SINTEIS DE MASIVA POLMEROS:......................................151
IV.3.2.1. SINTESIS DE PANI: ........................................................151
IV.3.2.2. SINTESIS MASIVA DE POLIPIRROL (PPY): ..................152
IV.3.3. SINTESIS DE PANI Y POLIPIRROL SOBRE PELICULAS DE
PE: ...............................................................................................................152
IV.3.4. SINTESIS ELECTROQUMICA DE PANI:.............................153
IV.3.5. MODIFICACIN DE PANI Y PPY: .........................................154
IV.3.6. DESAMINACION REDUCTIVA: .............................................154
IV.3.7. INCORPORACION DE COLORANTES Y PANI MODIFICADAS
EN MATICES DE POLIMETILMETACRILATO (PMMA): .............................155
IV.3.8. MODIFICACIN DE NANOTUBOS DE CARBONO DE PARED
MULTIPLE (MWNT): ....................................................................................155
IV.3.9. ENROLLAMIENTO DE MWNT UTILIZANDO POLMEROS
SOLUBLES: .................................................................................................156
IV.4. TECNICAS: ..................................................................................156 IV.4.1. ESPECTROSCOPIA INFRARROJA DE TRANSFORMADA DE
FURIER (FTIR): ...........................................................................................157
IV.4.2. ESPECTROSCOPIA DE ABSORCION ULTRAVIOLETA
VISIBLE (Uv-Vis):.........................................................................................157
IV.4.3. FLUORESCENCIA:................................................................157
IV.4.4. TECNICAS ELECTROQUMICAS, VOLTAMETRA CICLICA
(CV):.............................................................................................................158
IV.4.5. TECNICAS EXPLORACION RAPIDA Y EFICIENTE DE
PROPIEDADES (HTS):................................................................................159
IV.4.5.1. HTS DE SOLUBILIDAD: ..................................................159
IV.4.5.2. HTS DE CONDUCTIVIDAD:............................................160
IV.4.5.3. HTS DE FOTOISOMERIZACION: ...................................161
IV.4.6. FOTOESCRITURA:................................................................162
IV.4.7. MEDIDAS DE FOTORESISTENCIA DE PANI MODIFICADAS:
.....................................................................................................................162
-
Estudio de la Sntesis y Propiedades de Nuevos Materiales Aplicando Tcnicas de Qumica Combinatoria.
Diego F. Acevedo
v
IV.4.8. ANISOTROPIA DE FLUORESCENCIA: ................................163
IV.4.8.1. TEORIA DE ANISOTROPA DE FLUORESCENCIA:......163
IV.4.8.2. DEFINICION DE ANISOTROPA DE FLUORESCENCIA:
.................................................................................................................165
IV.4.8.4. ESPECTRO DE ANISOTROPA DE EXCITACIN:........172
IV.4.8.5. MEDIDAS DE ANISOTROPA DE FLUORESCENCIA:...175
IV.4.9. DIFRACCION DE RAYOS X: .................................................178
IV.4.9.1.TECNICA DE DIFRACTOMETRICA DE POLVOS: ..........179
IV.4.10. ANALISIS QUMICO ELEMENTAL: .....................................182
IV.4.11. MICROSCOPIA DE TRANSMISION ELECTRONICA (TEM):
.....................................................................................................................183
IV.4.12. SOLDADURA DE PROBETAS DE POLIETILENO Y
POLIPROPILENO: .......................................................................................185
IV.4.13. MEDIDAS DE DISPERCION DE LUZ DINAMICA:...............187
IV.4.13.1. PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DE LA DISPERSION
DE LUZ DINAMICA: .................................................................................187
IV.4.13.2. EQUIPAMIENTO ...........................................................189
V. RESULTADOS Y DISCUSIN: ...........................................................193 V.5. SNTESIS: .....................................................................................193
V.5.1. SNTESIS MASIVA DE POLMEROS: ....................................193
V.5.2. EXPLORACION RAPIDA Y EFICIENTE DE PROPIEDADES:.....................................................................................................................216
V.2.1. HTS CONDUCTIVIDAD. RELACION CONDUCTIVIDAD
GRUPOS MODIFICANTES. CORRELACION DE HAMMETT: ................216
V.2.2. HTS DE SOLUBILIDAD:......................................................230
V.2.3. HTS DE FOTOISOMERIZACION DE COLORANTES
ESTUDIOS CINETICOS DE FOTOISOMERIZACION DE COLORANTES Y
PANI EN SOLUCIN Y EN POLIMETILMETACRILATO: ........................232
V.3. ANISOTROPIA DE FLUORESCENCIA: ...................................244 V.4. ANALISIS QUIMICO CUANTITATIVO: .....................................249 V.5. ESTUDIO ELECTROQUIMICO DE LA MODIFICACION DE PANI
CON COLORANTES AZOICOS:.................................................................251
-
Estudio de la Sntesis y Propiedades de Nuevos Materiales Aplicando Tcnicas de Qumica Combinatoria.
Diego F. Acevedo
vi
VI. APLICACIONES: ................................................................................257 VI.1. FOTOESCRITURA CON COLORANTES: ...............................257 VI.2. AJUSTE DE LA CONDUCTIVIDAD DE POLIANILINAS
MODIFICADAS:...........................................................................................259 VI.3. INCORPORACION A LA MATRIZ POLIMERICA DE GRUPOS
FUNCIONALES DE INTERES: a) Drogas sulfas, b) Acido amino salicilico y c) molculas fluorescentes. ...................................................................262
VI.3.1. DROGAS SULFAS: Contribucin de los compuestos
azoicos a la quimioterapia de infecciones bacterianas. (1935 L. Gerbard
Domagk). ..............................................................................................262
VI.3.2. AMINO SALICILICO:.......................................................265
VI.3.3. MOLCULAS FLUORESCENTES:.................................267
VI.4. SOLUBILIZACIN DE NANOTUBOS DE CARBONO: ...........270 VII.4.1. MODIFICACION COVALENTE DE MWNT CON IONES
DIAZONIO:............................................................................................273
VII.4.2. MODIFICACION NO COVALENTE DE NANOTUBOS DE
CARBONO CON POLIANILINAS SOLUBLES:.....................................281
VII. CONCLUSIONES: .............................................................................285 VII.1. SNTESIS:................................................................................285 VII.2. MODIFICACIN COMBINATORIA DE POLMEROS
CONDUCTORES: ........................................................................................285 VII.3. ESTUDIO ELECTROQUMICO DE LAS MODIFICACIONES DE
PANI CON COLORANTES AZOICOS: .......................................................286 VII.4. EXPLORACIN RPIDA Y EFICIENTE DE PROPIEDADES
(HTS): ..........................................................................................................287 VII.5. MODIFICACIN DE PELCULAS DE POLIETILENO.
SOPORTE SLIDO PARA HTS EN POLMEROS CONDUCTORES: .......287 VII.6. HTS DE CONDUCTIVIDAD: ....................................................288 VII.7. AJUSTE DE CONDUCTIVIDAD DE POLIANILINAS
MODIFICADAS:...........................................................................................289 VII.8. HTS DE SOLUBILIDAD: .........................................................289 VII.9. HTS DE FOTOISOMERIZACIN: ...........................................290
-
Estudio de la Sntesis y Propiedades de Nuevos Materiales Aplicando Tcnicas de Qumica Combinatoria.
Diego F. Acevedo
vii
VII.10. FOTOESCRITURA EMPLEANDO COLORANTES AZOICOS:.....................................................................................................................291
VII.11. MODIFICACION DE LA CONDUCTIVIDAD DE PANI MODIFICADAS CON LUZ ULTRAVIOLETA: .............................................291
VII.12. ANISOTROPA DE FLUORESCENCIA: ...............................292 VII.13. ANLISIS QUMICO CUANTITATIVO DE POLMEROS
MODIFICADOS: ..........................................................................................292 VII.14. INCORPORACIN A LA MATRIZ POLIMRICA DE GRUPOS
FUNCIONALES DE INTERS: a) Drogas sulfas, b) cido amino saliclico y c) molculas fluorescentes: ...................................................................292
VII.15. SOLUBILIZACIN DE NANOTUBOS DE CARBONO: ........293 VII.16. SOLDADURA DE POLMEROS TERMOPLASTICOS
UTILIZANDO MICROONDAS: ....................................................................295 VII.17. CONCLUSIONES GENERALES: ..........................................296
VIII. REFERENCIAS: ............................................................................297
APENDICE A......314
-
Estudio de la Sntesis y Propiedades de Nuevos Materiales Aplicando Tcnicas de Qumica Combinatoria.
Diego F. Acevedo
viii
INDICE DE FIGURAS: Figura 1: Equipo de sntesis combinatoria. .......................................................... 13
Figura 2: Sntesis de pptidos en fase slida. ...................................................... 16
Figura 3: Foto sistema multipin. ........................................................................... 17
Figura 4: Imgenes de perlas para qumica combinatoria.................................... 18
Figura 5: Primer artculo relacionado con la qumica combinatoria de materiales.20
Figura 6: Librera de superconductores................................................................ 20
Figura 7: Evolucin de patentes, publicaciones e industrias relacionadas con
qumica combinatoria. ................................................................................... 21
Figura 8: Esquema de sntesis: qumica tradicional y qumica combinatoria. ...... 23
Figura 9: Esquema de sntesis de qumica combinatoria paralela. ...................... 24
Figura 10: Columnas de cromatografa para HTS................................................ 32
Figura 11: Fotografa del soporte para anlisis de transmisin IR. ...................... 33
Figura 12: HTS-XT de Bruker............................................................................... 33
Figura 13: Equipo HTS de absorcin Uv-vis......................................................... 34
Figura 14: Deposicin de muestras: equipo automatizado (izquierda), manual
(derecha)....................................................................................................... 35
Figura 15: Pigmento de origen mineral utilizado para pintar muros. .................... 37
Figura 16: Uso de colorantes en el arte Egipcio................................................... 38
Figura 17: Pintura de Bisn, Cavernas de Altamira, Espaa................................ 38
Figura 18: Estructura qumica del cido tartrico. .............................................. 39
Figura 19: Estructura qumica colorantes A: ndigo y B: Purpura Tirian. ............ 39
Figura 20: Polvo de Alizarina................................................................................ 40
Figura 21: Estructura qumica de alizarina. ......................................................... 40
Figura 22: Estructura qumica del cido pcrico.................................................... 41
Figura 23: Estructuras qumicas de Mauiveina..................................................... 42
Figura 24: Estructuras qumicas de A) Rosanilida, B) Homorosanilida y C) cido
Roslico. ....................................................................................................... 43
Figura 25: Estructura qumica de Anilina Amarilla. ............................................ 44
Figura 26: Estructura qumica de: A) marron de Manchester, B) Crisoidina y C)
primer colorante diazoico. ............................................................................. 45
Figura 27: Esquema de sntesis de sales de diazonio. ........................................ 49
-
Estudio de la Sntesis y Propiedades de Nuevos Materiales Aplicando Tcnicas de Qumica Combinatoria.
Diego F. Acevedo
ix
Figura 28: Estructura qumica de diazocompuestos............................................. 49
Figura 29: Sales de diazonio. ............................................................................... 52
Figura 30: Compuestos azoicos. .......................................................................... 52
Figura 31: Estructura qumica del cido H ........................................................... 53
Figura 32: Estructura de compuestos azoicos...................................................... 54
Figura 33: Reaccin de diazotacin. .................................................................... 55
Figura 34: Equilibrio cido-base de aminas.......................................................... 56
Figura 35: Reaccin del in diazonio. .................................................................. 56
Figura 36: Equilibrio cido-base del cido p-aminosulfnico................................ 58
Figura 37: Estructura del reactivo electroflico en reacciones de copulacin. ...... 59
Figura 38: Formacin del arilnitrosoamina. .......................................................... 61
Figura 39: Remocin del proton del cido nitroso. ............................................... 61
Figura 40: Formacin del agente nitrosante. ........................................................ 63
Figura 41: Equilibrio cido-base. .......................................................................... 65
Figura 42: Velocidad de diazotacion vs. pH. ........................................................ 66
Figura 43: Mecanismo de diazotacin.................................................................. 68
Figura 44: Catlisis nucleoflica............................................................................ 69
Figura 45:Diazotacin con halogenuros. .............................................................. 70
Figura 46: Pasos para nitrosacin........................................................................ 71
Figura 47: Transformacin de N-nitrosamina en in diazonio. ............................. 72
Figura 48: Catlisis nucleoflica de diazotacin.................................................... 75
Figura 49: Velocidad de acoplamiento vs. pH. ..................................................... 77
Figura 50: log ks vs pH......................................................................................... 77
Figura 51: Resonancia de un compuesto aromtico. ........................................... 78
Figura 52: Isomerizacin de azocompuestos. ...................................................... 79
Figura 53: Estructura del rojo disperso................................................................. 80
Figura 54: Mecanismo de isomerizacin. ............................................................. 81
Figura 55: Tautmero........................................................................................... 82
Figura 56: Estructuras tautomricas..................................................................... 83
Figura 57: Propiedades cido base de compuestos azoicos. .............................. 84
Figura 58: Mecanismo del equilibrio cido base................................................... 84
Figura 59: Estructura qumica del naranja de metilo. ........................................... 86
-
Estudio de la Sntesis y Propiedades de Nuevos Materiales Aplicando Tcnicas de Qumica Combinatoria.
Diego F. Acevedo
x
Figura 60: Fotocromismo...................................................................................... 87
Figura 61: Reacciones de polimerizacin............................................................. 89
Figura 62: Reaccin de esterificacin y polimerizacin........................................ 90
Figura 63: Estructuras qumicas de polietilenglicol y polietilensuccinato.............. 93
Figura 64: Estructura qumica del paraformaldehdo y poliestireno...................... 94
Figura 65: polietileno. ........................................................................................... 97
Figura 66: Acetato de vinilo. ................................................................................. 97
Figura 67: Estructura de polmeros. ..................................................................... 99
Figura 68: Tipo de polmeros...............................................................................100
Figura 69: Sntesis de polmero red. ...................................................................100
Figura 70: polmeros vinlicos..............................................................................102
Figura 71: Polimerizacin de etileno. ..................................................................103
Figura 72: poliestireno.........................................................................................103
Figura 73: Poli(etilideno), Poli(bencilideno). ........................................................104
Figura 74: Polmeros derivados de dienos. .........................................................105
Figura 75: poli(1,4-butadieno). ............................................................................105
Figura 76: poli(oxi-1-oxometileno). ......................................................................107
Figura 77: Poli(oxi-etileno-oxi-tereftaloil). ............................................................108
Figura 78: poli[oxicarboniloxi(1,4-fenilen)isopropilideno(1,4-fenilen)]..................108
Figura 79: Nylon 610. ..........................................................................................109
Figura 80: Polimerizacin por pasos. ..................................................................110
Figura 81: a- monmeros sin reaccionar; b- 50% de la reaccin DP = 2; c- 75% de
reaccin DP = 2.25; d- 100% de reaccin DP = 3. Las lneas punteadas
representan especies que estn reaccionando............................................111
Figura 82: Reaccin de polimerizacin en cadena..............................................112
Figura 83: Reaccin de polimerizacin en cadena..............................................112
Figura 84: Polimerizacin en cadena. .................................................................113
Figura 85: Trans y cis poliacetileno. ....................................................................115
Figura 86: Estructuras de resonancia del politransacetileno. ..............................117
Figura 87: Adicin de cloro al poliacetileno. ........................................................118
Figura 88: Polmeros conductores.......................................................................120
Figura 89: Conductividad de distintos materiales. ...............................................121
-
Estudio de la Sntesis y Propiedades de Nuevos Materiales Aplicando Tcnicas de Qumica Combinatoria.
Diego F. Acevedo
xi
Figura 90: Estructuras alotrpicas del carbono. ..................................................122
Figura 91: Niveles energticos de conductores, semiconductores y aislantes....124
Figura 92: Movimiento de polarones. ..................................................................126
Figura 93: Dopado tipo n. ....................................................................................126
Figura 94: Modelo de islas cristalinas. ................................................................127
Figura 95: Estados redox de la PANI. .................................................................128
Figura 96: Modelo actualmente aceptado de las diferentes estructuras de la PANI.
.....................................................................................................................129
Figura 97: Degradacin del polmero por oxidacin de las unidades
quinonaimnicas en medio acuoso ...............................................................134
Figura 98: Mecanismo de polimerizacin de la PANI. .........................................139
Figura 99: Esquema del Reactor de Polimerizacin............................................152
Figura 100: Fotografa de Pelculas de PANI despostada sobre PE. ..................160
Figura 101: Esquema del modelo ondular de la luz. ...........................................165
Figura 102: Esquema de campo elctrico de la luz, no polarizada, y polarizada.
.....................................................................................................................166
Figura 103: Intensidad de emisin de un fluorforo simple. ................................168
Figura 104: Distribucin del excitado de un flourforo inmvil con ro= 0.4 (ver
Ecuacin 28). ...............................................................................................171
Figura 105. Esquema de formato L para medidas de anisotropa.......................176
Figura 106: Reflexin de haces de Rayos X .......................................................180
Figura 107: Esquema de TEM.............................................................................184
Figura 108: Montaje mecnico de las partes a unir.............................................186
Figura 109: Esquema del equipo de dispersin de luz........................................190
Figura 110: Cintica de polimerizacin de PANI. ................................................194
Figura 111: Espectro FTIR de PANI base en KBr. ..............................................194
Figura 112: Espectro FTIR de Polipirrol en KBr. .................................................195
Figura 113: Voltagrama cclico, sntesis de PANI................................................196
Figura 114: Voltagrama cclico de PANI en 1 M HCl, 50 mV/s, contraelectrodo Pt,
electrodo de referencia SCE. .......................................................................197
Figura 115 : Sntesis Combinatoria de Colorantes Azoicos. ...............................198
Figura 116: Esquema de trabajo para sntesis paralela de colorantes azoicos...198
-
Estudio de la Sntesis y Propiedades de Nuevos Materiales Aplicando Tcnicas de Qumica Combinatoria.
Diego F. Acevedo
xii
Figura 117: Fotografa del minireactor para sntesis paralela de colorantes
azoicos. ........................................................................................................199
Figura 118: Estructura de a) cido 2-(4-aminofenilazo)-bencensulfnico, (b) cido
2-(4-metxi-3-aminofenilazo)-bencensulfnico y (c) cido 2-(4-
aminonaftililazo)-bencensulfnico. ...............................................................200
Figura 119: Espectros FTIR de cido 2-(4-aminofenilazo)-bencensulfnico
(verde), cido 2-(4-metxi-3-aminofenilazo)-bencensulfnico (negro) y cido
2-(4-aminonaftililazo)-bencensulfnico (rojo). ..............................................200
Figura 120: Estructura de a) cido 4-(4-aminofenilazo)-bencensulfnico, (b) cido
4-(4-metxi-3-aminofenilazo)-bencensulfnico y (c) cido 4-(4-
aminonaftililazo)-bencensulfnico. ...............................................................201
Figura 121: Espectros FTIR de cido 4-(4-aminofenilazo)-bencensulfnico (azul),
cido 4-(4-metxi-3-aminofenilazo)-bencensulfnico (rojo) y cido 4-(4-
aminonaftililazo)-bencensulfnico (naranja). ................................................201
Figura 122: Espectro de absorcin Uv-visible de 4-fenilazoanilina, disuelto en
cloroformo. ...................................................................................................202
Figura 123: Fotografa de PANI depositada sobre PE. .......................................203
Figura 124: Espectro infrarrojo de PANI usando pelculas finas de PE...............204
Figura 125: Espectro de absorcin UV visible de pelculas PANI modificada. ...205
Figura 126: Mtodos de funcionalizacin de polmeros conductores. .................206
Figura 127: El esquema muestra las reacciones de sntesis de estos colorantes y
la forma en que se modifica la PANI. ...........................................................207
Figura 128: Reaccin de modificacin de PANI por adicin nucleoflica de sales de
diazonio........................................................................................................208
Figura 129: Sntesis de colorantes utilizando el mtodo del conector.................209
Figura 130 : Esquema estructura qumica del colorante A6N=N-D3-N=N-
A57sintetizado utilizando el mtodo del conector. .......................................210
Figura 131: FTIR de A6N=N-D3-N=N-A57-PANI, en KBr. ................................210
Figura 132: Espectro FTIR de A) polianilina modificada el cido 4-(4-
aminofenilazo)-bencensulfnico y B) modificada con el cido 4-(4-amino-2-
metxifenilazo)-benzico..............................................................................214
-
Estudio de la Sntesis y Propiedades de Nuevos Materiales Aplicando Tcnicas de Qumica Combinatoria.
Diego F. Acevedo
xiii
Figura 133: FTIR de PPY depositado sobre PE (rojo) y PPY-sulfito depositado
sobre PE (azul). ...........................................................................................214
Figura 134: comparacin de la modificacin y verificacin de la funcionalizacin
de PANI en polvo y soportada en PE...........................................................215
Figura 135: Espectros de absorcin Uv-vis de PANI (lnea negra) y PANI
modificada con la sal de diazonio de 1-naftilamina (lnea azul). ..................216
Figura 136: Estados redox de la PANI. ...............................................................217
Figura 137: Conductividades de polianilinas modificadas a pH = 0. ...................218
Figura 138: Conductividades de polianilinas modificadas a pH = 4. ...................218
Figura 139: Reaccin de hidrlisis de ster en medio bsico. ............................221
Figura 140: Hidrlisis de cidos benzicos sustituidos. ......................................222
Figura 141: Interaccin de esteres con reactivos nucleoflicos. ..........................223
Figura 142: Graficas de Hammet. .......................................................................223
Figura 143: Conductividades de polianilinas modificadas Dopadas con HCl 1 M.
.....................................................................................................................227
Figura 144: Grfico de Hammet para modificaciones con un anillo aromtico....229
Figura 145: Grfico de Hammet para modificaciones con colorantes azoicos. ...229
Figura 146: Estructura de anilinas para la sntesis de colorantes azoicos. .........231
Figura 147: Cambios en conductividad debido a la isomerizacin de
azocompuestos. ...........................................................................................233
Figura 148: Disposicin de los colorantes para HTS de isomerizacin...............234
Figura 149: HTS de colorantes en acetona. ........................................................235
Figura 150: HTS de colorantes en cloroformo.....................................................236
Figura 151: HTS de colorantes disueltos en hidrxido de amonio 1 M. ..............237
Figura 152: HTS de colorantes en cloroformo.....................................................237
Figura 153: HTS de colorantes en cloroformo.....................................................238
Figura 154: HTS de colorantes en amoniaco. .....................................................239
Figura 155: Fluorescencia de colorantes en amoniaco. ......................................240
Figura 156: HTS de colorantes en amoniaco. .....................................................240
Figura 157: HTS de colorantes en cloroformo.....................................................241
Figura 158: espectro de absorcin Uv-vis de M1M1 en cloroformo, forma trans
(rojo), forma cis (negro)................................................................................243
-
Estudio de la Sntesis y Propiedades de Nuevos Materiales Aplicando Tcnicas de Qumica Combinatoria.
Diego F. Acevedo
xiv
Figura 159: Espectros de absorcin Uv-vis de M1M1 en cloroformo, en funcin del
tiempo. .........................................................................................................243
Figura 160: Espectros diferencia de absorcin Uv-vis de M1M1 en cloroformo, en
funcin del tiempo. .......................................................................................244
Figura 161: Espectros de emisin de fluorescencia utilizando luz polarizada y
valores de anisotropa fundamental, de 4-(4-aminonaftilazo)-bencensulfnico
en cloroformo. ..............................................................................................245
Figura 162: Espectros de emisin de fluorescencia utilizando luz polarizada y
valores de anisotropa fundamental, de 4-(4-aminonaftilazo)-bencensulfnico
en polimetilmetacrilato..................................................................................246
Figura 163: Espectros de emisin de fluorescencia utilizando luz polarizada y
valores de anisotropa fundamental, de 4-(4-aminonaftilazo)-bencensulfnico
en poliestireno..............................................................................................246
Figura 164: Espectros de emisin de fluorescencia utilizando luz polarizada y
valores de anisotropa fundamental, de 4-(4-aminonaftilazo)-bencensulfnico
en poli(metilmetacrilato-co-estireno). ...........................................................247
Figura 165: Espectros diferencia de absorcin Uv-vis de M1M1 en
polimetilmetacrilato, en funcin del tiempo...................................................248
Figura 166: Espectros diferencia de absorcin Uv-vis de M1M1-PANI en
polimetilmetacrilato, en funcin del tiempo...................................................249
Figura 167: CV de a- PANI, b- PANI azo 1,4 diaminoantraquinona, c-
hidroquinona, d- PANI azo 1,4 diaminoantraquinona tratada con ditionito de
sodio. 50mV/s. Electrodo de trabajo GC, electrodo de referencia SCE y
aerogel de carbono contraelectrodo. Soluciones 1M HCl. ...........................253
Figura 168: Esquema de modificacin de PANI con la sal de diazonio de 1-4-
diaminoantraquinona....................................................................................254
Figura 169: FTIR de a- PANI, b- PANI-Q y c- PANI-Q tratada con ditionito de
sodio. Muestras slidas en pastillas de KBr. ................................................254
Figura 170: Fotoescritura sobre una pelcula de PMMA/COL. ............................258
Figura 171: Secuencia de borrado de fotoescritura.............................................259
Figura 172: Fotorresistencia de PANI azo dodecilanilina. ...................................260
Figura 173: Fotorresistencia de PANI azo 4-aminobenzamida. ..........................261
-
Estudio de la Sntesis y Propiedades de Nuevos Materiales Aplicando Tcnicas de Qumica Combinatoria.
Diego F. Acevedo
xv
Figura 174: Isomerizacin cis-trans de azobencenos. ........................................262
Figura 175: Estructura qumica del Prontosil y la sulfamida. ...............................263
Figura 176: Espectros FTIR de PANI (lnea roja), PANI modificada con
sulfadiazina (lnea azul), sulfametazina (lnea marrn) y sulfanilamida (lnea
rosa). ............................................................................................................265
Figura 177: Estructura qumica de drogas sulfas incorporada a la PANI. ...........265
Figura 178: Estructura qumica del cido 5-aminosaliclico.................................266
Figura 179: Espectro FTIR de PANI modificada con cido 5-aminosaliclico. .....267
Figura 180: Estructura qumica de 1-Aminoantraceno. .......................................268
Figura 181: Espectro FTIR de PANI modificada con 1-aminoantraceno .............268
Figura 182: Espectro UV-visible de PANI modificada con 1-aminoantraceno, en
cloroformo ....................................................................................................269
Figura 183: Espectro de fluorescencia de PANI modificada con 1-aminoantraceno
en cloroformo. ..............................................................................................269
Figura 184: Nanotubo de Carbono. .....................................................................270
Figura 185: Nanotubo zig-zag y brazo de silla. ...................................................271
Figura 186: Modificacin covalente de MWNT. ...................................................273
Figura 187: FTIR de MWNT y FMWNT. ..............................................................274
Figura 188: Espectros de difraccin de RX de MWNT (negro) y MWNT-Ar-NO2
(rojo).............................................................................................................276
Figura 189: Estructura del cido Gama y MWNT-Gama.....................................276
Figura 190: Espectros de absorcin Uv-vis de cido Gama en agua. ................277
Figura 191: Clculo del coeficiente de absortividad molar para la banda de 249
nm. cido gama en agua. ............................................................................277
Figura 192: Espectros Uv-vis normalizados. cido gama (linea negra) y MWNT-
Gama (lnea roja). Solvente agua. ...............................................................278
Figura 193: Espectro UV-vis. de NT-Gamma. En agua.......................................279
Figura 194: Clculo del coeficiente de extincin para la banda de 503 nm. MWNT-
Gama en agua. ............................................................................................279
Figura 195: Imgenes TEM de a-MWNT (izquierda) y b-FMWNT (derecha) .....280
Figura 196: Medidas de dispersin de luz dinmica de MWNT y FMWNT. ........280
-
Estudio de la Sntesis y Propiedades de Nuevos Materiales Aplicando Tcnicas de Qumica Combinatoria.
Diego F. Acevedo
xvi
Figura 197: Foto de FMWNT (izquierda) y MWNT (derecha) en solucin bsica.
Despus de 5 hs. de producida la sonicacin. .............................................281
Figura 198: Perfiles de DLS para una dispersin de MWNT y PANI-MWNT en
NaOH 1 M. ...................................................................................................282
Figura 199: Espectros de emisin de fluorescencia de PANI-Ar-COO-/MWNT..283
-
Estudio de la Sntesis y Propiedades de Nuevos Materiales Aplicando Tcnicas de Qumica Combinatoria.
Diego F. Acevedo
xvii
INDICE DE TABLAS. Tabla 1: Qumica combinatoria en nmeros......................................................... 22
Tabla 2: nomenclatura y estructura de diazocompuestos. ................................... 50
Tabla 3: Datos de acidez, basicidad de azocompuestos...................................... 85
Tabla 4: Nomenclatura de IUPAC. ......................................................................104
Tabla 5: Nomenclatura de polmeros generados a partir de dienos. ...................105
Tabla 6: Relacin entre desplazamiento angular del momento de transicin, y
anisotropa fundamental...............................................................................173
Tabla 7: Sistemas cristalinos...............................................................................181
Tabla 8:Asignacin de Bandas de Absorciones caractersticas de infrarrojo de
PANI.............................................................................................................195
Tabla 9: colorantes sintetizados utilizando el mtodo del conector.....................210
Tabla 10: Velocidades de reaccin para distintos sustituyentes para el estudio de
la reactividad de la hidrlisis de steres:......................................................221
Tabla 11: pKa de cidos benzicos sustituidos y valor de sustituyente. .............222
Tabla 12: Nomenclatura de los sustituyentes utilizados para estudio de la
demanda electrnica. ...................................................................................228
Tabla 13: Solubilidad de PANIs modificadas en distintos solventes....................231
Tabla 14: Colorantes usados en HTS de fotoisomerizacin................................235
Tabla 15: Colorantes usados en HTS de fotoisomerizacin................................236
Tabla 16: Colorantes usados en HTS de fotoisomerizacin................................237
Tabla 17: Colorantes usados en HTS de fotoisomerizacin................................238
Tabla 18: Colorantes usados en HTS de fotoisomerizacin................................239
Tabla 19: Colorantes usados en HTS de fotoisomerizacin................................240
Tabla 20: Colorantes usados en HTS de fotoisomerizacin................................241
Tabla 21: Anlisis qumico elemental para distintas muestras de PANI
modificadas. .................................................................................................249
Tabla 22: Composicin qumica de PANIs modificadas. .....................................250
Tabla 23: Posiciones de los picos de difraccin de NT y NT-NO2.......................275
-
Estudio de la Sntesis y Propiedades de Nuevos Materiales Aplicando Tcnicas de Qumica Combinatoria.
Diego F. Acevedo
xviii
INDICE DE ESQUEMAS: Esquema 1: Sntesis combinatoria por mezcla y separacin. .............................. 27
Esquema 2: Tcnica de deconvolucin. ............................................................... 29
Esquema 3: Tcnica de deconvolucin. ............................................................... 30
Esquema 4: Tcnica de deconvolucin. ............................................................... 31
-
Estudio de la Sntesis y Propiedades de Nuevos Materiales Aplicando Tcnicas de Qumica Combinatoria.
Diego F. Acevedo
1
CAPITULO I INTRODUCCION
-
Estudio de la Sntesis y Propiedades de Nuevos Materiales Aplicando Tcnicas de Qumica Combinatoria.
Diego F. Acevedo
2
I. INTRODUCCIN:
Los materiales avanzados se pueden diferenciar de los materiales
tradicionales principalmente porque poseen propiedades especiales que permiten
su utilizacin en una gran variedad de aplicaciones tecnolgicas.1,2 Entre estos
materiales se encuentran los polmeros conductores intrnsecos (PCI), cermicos
superconductores, aerogeles, fullerenos y materiales nanoestructurados.
Los PCI incluyen la polianilina, el polipirrol, el politiofeno y el
poli(etilendioxitiofeno), los cuales son denominados metales sintticos. Estos
polmeros tienen la interesante propiedad de alternar entre estados conductores y
aislantes, cambiando el color cuando pasan de un estado a otro.
La amplia gama de usos de este tipo de compuestos estuvo limitada en sus
comienzos, por las inadecuadas propiedades que poseen para su utilizacin en
aplicaciones industriales, entre las ms destacadas se puede citar su inestabilidad
en aire y la insolubilidad en la mayora de los solventes comnmente usados en
productos industriales.3
La polianilina (PANI) es, probablemente, el polmero sinttico que primero
se conoci. El negro de anilina, nombre que se daba a cualquier producto de ese
color originado por la oxidacin de anilina, fue conocido desde 1835.
Transcurrieron muchos aos de investigacin hasta que en 1862 se encuentra la
primera referencia bibliogrfica que se refiere a la sntesis de polianilina.4 Aos
ms tarde se produjo la incorporacin de los PCI a la ciencia de materiales. Este
hecho comenz en 1979 con el trabajo de Shirakawa, Heeger y McDiarmid,5 por
el cual fueron merecedores del Premio Nobel de Qumica en el ao 2000. Con el
impulso generado por estos investigadores se realizaron muchos estudios que
permitieron mejorar las propiedades de estos materiales.
Posteriormente se desarroll la produccin de sistemas ms complejos a
travs de: copolimerizacin, post-modificacin o mezclado.6-12 Las tcnicas
citadas anteriormente permiten incorporar distintas funcionalidades a la matriz
polimrica. La presencia de funcionalidades puede aumentar la procesabilidad,
por ejemplo mejorar la solubilidad de los polmeros, permitiendo la deposicin de
-
Estudio de la Sntesis y Propiedades de Nuevos Materiales Aplicando Tcnicas de Qumica Combinatoria.
Diego F. Acevedo
3
stos a partir de soluciones fcilmente evaporables. Adems pueden incorporarse
grupos quelantes, redox, luminiscentes, quirales, etc.13-16
En la actualidad la capacidad de sntesis y la disponibilidad de tcnicas de
evaluacin de las propiedades de los nuevos compuestos sintetizados es la clave
para incorporarse en el campo de la innovacin tecnologa de nuevos materiales.
En nuestros das la intensa competencia en la industria hace que llegar primero a
un patentamiento de un determinado producto sea una meta primordial que puede
determinar el xito o fracaso de una empresa. La utilizacin de procedimientos de
sntesis convencionales, demanda varios aos hasta completar el desarrollo de un
nuevo producto. Es posible reducir este tiempo mediante el uso de la qumica
combinatoria, este hecho explica la importancia que el procedimiento est
adquiriendo, ya que el acceso ms rpido y eficiente a nuevos productos es un
instrumento para mejorar la calidad de vida de la gente. El nombre qumica
combinatoria se aplica al conjunto de procedimientos que permiten sintetizar
rpida, eficiente y simultneamente una gran cantidad de compuestos orgnicos
diferentes entre s llamado libreras o bibliotecas
Ya que el objetivo final es la aplicacin de los materiales en dispositivos
tecnolgicos, es necesario determinar sus propiedades para poder evaluar su
posible capacidad para tales fines. Aunque, en determinados casos, es posible
predecir algunas propiedades obtenibles por modificacin, es razonable pensar
que muchos PCI no han sido sintetizados o sus propiedades no se han estudiado
debido a la lentitud del proceso. La existencia de similares cuellos de botella en la
sntesis de drogas farmacuticas motiv el desarrollo de la qumica combinatoria.
La importancia de la qumica combinatoria puede quedar demostrada con
unos pocos nmeros: estimando que existen 1063 estructuras estables
compuestas por carbono, oxgeno, nitrgeno, azufre e hidrgeno, con no ms de
30 tomos de estos elementos, si se prepara slo 1 mg de cada una de stas
obtendramos una masa de 1060 g. La masa total del sol es aproximadamente de
2x1033 g; esto significa que la masa total de esta librera orgnica podra ser
equivalente a 1027 soles.
Asumiendo que existe un nmero total de 20 millones de compuestos
conocidos en la actualidad, y suponiendo que existiese 1 mg de cada uno se
-
Estudio de la Sntesis y Propiedades de Nuevos Materiales Aplicando Tcnicas de Qumica Combinatoria.
Diego F. Acevedo
4
tendra una masa de slo 2.104 g, que es lo que representa el actual universo
qumico, lo que es un nmero insignificante comparado con la masa de los 1027
soles. Es decir, lo que se conoce de qumica es muy poco en relacin con las
posibilidades que tenemos disponibles. La qumica combinatoria es en la
actualidad una de las mejores formas de ofrecer un acceso efectivo a esta
diversidad. En vez de una sntesis de un compuesto a la vez, es posible sintetizar
en paralelo una librera de compuestos e identificar sus propiedades mediante
muestreo rpido de alguna de stas.17
Por los motivos expuestos anteriormente, en lo que respecta a la velocidad
de desarrollo de nuevas tecnologas y la capacidad que nos ofrece la qumica
combinatoria para explorar un rango amplio del universo qumico es que en esta
tesis se desarrolla la post-modificacin de polmeros conductores en especial
PANI mediante sustitucin electroflica con sales de diazonio,18 aplicando tcnicas
de qumica combinatoria.
-
Estudio de la Sntesis y Propiedades de Nuevos Materiales Aplicando Tcnicas de Qumica Combinatoria.
Diego F. Acevedo
5
CAPITULO II OBJETIVOS
-
Estudio de la Sntesis y Propiedades de Nuevos Materiales Aplicando Tcnicas de Qumica Combinatoria.
Diego F. Acevedo
6
II. OBJETIVOS:
II.1. OBJETIVO GENERAL:
Debido al gran auge que ha tenido la qumica combinatoria en los ltimos
aos en lo que respecta a la sntesis y el estudio de nuevas drogas de uso
medicinal y a que la aplicacin de esta nueva tcnica an no ha sido explorada en
el campo de los polmeros conductores, se propone como objetivo general
Demostrar que es posible aplicar el concepto de qumica combinatoria al
estudio de la sntesis y la exploracin de propiedades de polmeros
conductores.
Para lograr alcanzar el objetivo general de la tesis, se plantean una serie
de objetivos particulares, los cuales son utilizados como gua para alcanzar el
objetivo general.
II.2. OBJETIVOS PARTICULARES:
El primer objetivo propuesto para demostrar que el concepto de qumica combinatoria es aplicable a la modificacin de polimeros conductores, es
desarrollar tcnicas de sntesis combinatoria para la fabricacin de
polmeros conductores.
La aplicacin de qumica combinatoria a la sntesis de nuevos compuestos produce un nmero considerable de productos, teniendo presente este
hecho, se plantea la necesidad de encontrar tcnicas de exploracin rpida
de alta eficiencia high throughput screening, para ser aplicados a la nueva
librera de polmeros conductores sintetizada.
Mediante la realizacin de exploraciones rpidas de alta eficiencia de solubilidad y conductividad se lograr alcanzar el prximo objetivo
planteado: detectar compuestos de inters leads.
Otro objetivo a evaluar es la extensin de la librera de polmeros modificndolos con compuestos con propiedades conocidas ya sea de
-
Estudio de la Sntesis y Propiedades de Nuevos Materiales Aplicando Tcnicas de Qumica Combinatoria.
Diego F. Acevedo
7
inters en el campo de la medicina como as tambin fluorforos
conocidos.
Una vez detectados los compuestos de inters ser necesario evaluar en detalle las propiedades de estos materiales seleccionados para estudiar su
posible utilizacin en dispositivos tecnolgicos.
Habiendo encontrado compuestos lderes, se estudiar la posibilidad de ampliar la tcnica a la sntesis de otras molculas. Se analizarn algunas
aplicaciones de los polmeros sintetizados.
-
Estudio de la Sntesis y Propiedades de Nuevos Materiales Aplicando Tcnicas de Qumica Combinatoria.
Diego F. Acevedo
8
CAPITULO III PRINCIPIOS BASICOS
-
Estudio de la Sntesis y Propiedades de Nuevos Materiales Aplicando Tcnicas de Qumica Combinatoria.
Diego F. Acevedo
9
III. PRINCIPIOS BASICOS.
III.1. QUMICA COMBINATORIA:
III.1.1. INTRODUCCION:
El avance dado por la rama cientfica conocida con el nombre de Qumica
Combinatoria se puede considerar como uno de los diez hechos cientficos ms
importantes de los ltimos aos. La qumica combinatoria promete en pocos aos
logros tan variados como la obtencin de innumerables y mejores medicamentos,
superconductores ms eficaces, nuevos materiales, etc.
Los procesos qumicos tradicionales son lentos, de modo que un qumico
puede darse por satisfecho si al cabo de un ao de trabajo ha sido capaz de
sintetizar unas pocas nuevas molculas de inters para la medicina, la industria o
la agricultura. En ese mismo tiempo la qumica combinatoria podra dar lugar a
miles de nuevas molculas, con lo cual la posibilidad de encontrar algn
compuesto con propiedades interesantes se incrementa en forma exponencial.
Si bien las tcnicas de qumica combinatoria comenzaron a aplicarse en las
reas relacionadas a la investigacin de pptidos y nuevos medicamentos, los
avances logrados en tan poco tiempo han provocado que la metodologa se
expanda a la investigacin de nuevos materiales, por ejemplo libreras de
compuestos inorgnicos y catalizadores y abarcando actualmente a la ciencia de
superconductores, sensores, polmeros,19 etc.
III.1.2. DEFINICIONES BASICAS:
Es posible definir a la qumica combinatoria como una estrategia por la cual
se pueden preparar potencialmente un gran nmero de compuestos de forma
rpida y simultnea (Libreras), bien como productos discretos (Sntesis
Paralelas) o como mezclas de ellos (Sntesis en Mezcla y Separacin),
mediante la combinacin de uno o varios grupos de reactivos en slo unos pocos
pasos sintticos. Esta sntesis puede ser llevada a cabo en solucin o en fase
-
Estudio de la Sntesis y Propiedades de Nuevos Materiales Aplicando Tcnicas de Qumica Combinatoria.
Diego F. Acevedo
10
slida, de forma tal que sea posible realizar: i- una bsqueda rpida con alta
eficiencia (exploracin rpida de alta eficiencia) de un compuesto cuya actividad
se destaque (Lder) en relacin con los otros miembros de la librera, ii- una
elucidacin estructural rpida (deconvolucin), iii- un conocimiento acelerado de
las relaciones estructura-actividad (SAR) y iv- la posibilidad de automatizacin.20
Sin embargo esta tcnica posee ciertas limitaciones: i- las sntesis a llevar
a cabo deben ser altamente eficiente, se debe tener en cuenta que si bien se
trabaja con familias de compuestos relacionados estructuralmente su
reactividades son diferentes; ii- debe tenerse en cuenta la diversidad qumica, de
nada sirve realizar una librera de compuestos en los cuales los miembros de la
familia sintetizada difieran muy poco entre si; iii- se debe encontrar un mtodo de
bsqueda rpida y eficiente de las propiedades importantes (HTS), debido a que
si se sintetiza una gran librera y no existe un mtodo con las caractersticas antes
nombradas este paso lentificara e imposibilitara la aplicacin de esta tcnica; iv-
tambin debe tenerse en cuenta que realizar una sntesis mltiple en paralelo no
siempre es posible.
El desarrollo de la qumica combinatoria ha generado una amplia variedad
de nuevos conceptos y terminologa propia. Esta novedosa rea ha posibilitado la
interaccin de cientficos de distintos campos, los qumicos de la rama de la
medicina estn relacionndose con ingenieros, qumicos analticos con
polimeristas, etc. Teniendo en cuenta esta interaccin entre distintas reas y para
que no exista confusiones la Unin Internacional de Qumica Pura y Aplicada
(IUPAC) convoc a cientficos de diversas reas para intentar capturar y definir la
terminologa que unifique conceptos.21
Los siguientes prrafos van a definir los trminos utilizados en qumica
combinatoria relacionados con el desarrollo de esta tesis, si bien existen muchos
ms:
Alfiler, Pin: es un dispositivo alargado compuesto por un polmero inerte, el cual posee un extremo que acta como soporte slido para realizar la unin de
las molculas de partida de una sntesis en fase slida. Un arreglo de alfileres
puede ser dispuesto de forma tal que un grupo de estos puede ser
-
Estudio de la Sntesis y Propiedades de Nuevos Materiales Aplicando Tcnicas de Qumica Combinatoria.
Diego F. Acevedo
11
simultneamente insertados o retirados de un reactor permitiendo la preparacin
de una librera utilizando una sntesis en paralelo.22
Amplificacin: sntesis de compuestos relacionados estructuralmente con el compuesto lder.
Bolsa de T: un tipo de reactor que consiste de un soporte poroso en cual se encierran resinas que sirven como soporte slido para anclar a los reactivos.
Este dispositivo permite el paso a travs del soporte poroso, de los otros reactivos
y del solvente cuando se sumerge en un contenedor secundario. Varias bolsas de
te pueden ser tratadas en un mismo reactor sin que se mezclen las resinas
contenidas por estas; la manipulacin de una serie de bolsas de te permiten la
preparacin de libreras utilizando la tcnica de mezclado y separacin.23
Blanco (target): propiedades del compuesto buscado. Bloque de construccin: uno, de un nmero de reactivos intercambiables,
los cuales pueden ser usados en la construccin de una librera combinatoria.
Conector: es una molcula bifuncional que permite mediante uno de sus grupos funcionales la unin del compuesto ya sea al soporte slido o a otro
reactivo de forma tal que el otro grupo funcional puede ser utilizado para producir
algn otro tipo de modificacin.
Deconvolucin: es una tcnica utilizada para facilitar el proceso de encontrar un compuesto activo entre una familia generada mediante una sntesis
de mezclado y separacin.24,25
Desanclado: es el proceso relacionado con la ruptura de la interaccin de un compuesto con su soporte slido, por ejemplo una perla.
Diversidad: es el grado de diferenciacin entre miembros de la librera en lo que respecta a sus propiedades fsicas o bioactividad.
Exploracin de alta eficiencia: High-Throughput Screening (HTS) es un proceso que permite una rpida determinacin de la actividad de un compuesto
que pertenece a una librera o alguna otra coleccin.
Familia: es un grupo de compuestos qumicamente relacionados entre s, que son utilizados para generar una librera.
-
Estudio de la Sntesis y Propiedades de Nuevos Materiales Aplicando Tcnicas de Qumica Combinatoria.
Diego F. Acevedo
12
Librera Combinatoria: es un grupo de compuestos preparados mediante qumica combinatoria que han sido sintetizados en forma paralela o por mezclado
y separacin.
Mezclado, Pool: es un proceso de combinar y mezclar componentes de una librera o sublibreras (ver mezclado y separacin)
Mezclado y Separacin, Pool/Split o Split/Pool: es una estrategia para sintetizar una librera combinatoria. El soporte slido se divide en distintas
porciones, a cada una de estas se las hace reaccionar con un bloque de
construccin simple. Posteriormente se mezclan los soportes slidos para
proceder a la nueva reaccin. Hay que tener en cuenta que en cada reactor
existen varios soportes slidos y que cada uno de estos posee anclado distintos
reactivos. La repeticin de la divisin y el proceso de recombinacin produce una
librera, en la cual cada partcula discreta de soporte slido contiene un miembro
de la librera, y el nmero de miembros es igual al producto del nmero total de
bloques de construccin incorporados en cada paso.26,27
Miembro: es un compuesto especfico el cual esta incluido en una librera, o es el producto no caracterizado de una librera sintetizada.
MPS: Sntesis mltiple paralela (ver: sntesis paralela). Perla: (Normalmente esfrica) es una partcula utilizada como soporte
slido para anclar los reactivos de la sntesis combinatoria.
Pista o Lder, lead: es un componente de una librera que posee alguna propiedad excede a la de los dems miembros.
Sntesis en arreglo: es una sntesis en paralelo en la cual los reactores se mantienen en una distribucin espacial definida, por ejemplo las de un
multipin.22,28-29.
Sntesis Paralela: es una estrategia, por la cual un grupo de compuestos discretos son preparados en forma simultanea en arreglos, mediante reacciones
que se producen en recipientes fsicamente separados o en
microcompartimientos, evitando la interaccin entre los distintos reactivos. Lo
opuesto a mezclado y separacin.
Soporte Slido: es un material polimrico insoluble que posee cierto tipo de funcionalidad que permite a los miembros de la librera o a los reactivos unirse
-
Estudio de la Sntesis y Propiedades de Nuevos Materiales Aplicando Tcnicas de Qumica Combinatoria.
Diego F. Acevedo
13
a este (puede ser mediante una molcula bifuncional) permitiendo tambin una
separacin fcil del producto sintetizado (mediante filtracin, centrifugacin, etc.)
del exceso de reactivo, de subproductos solubles o solventes utilizados en el
medio de reaccin.30-31
Qumica click: qumica de ejecucin simple cuyos productos se
obtienen con un alto rendimiento (alto valor de entalpa, H).
III.1.3. HISTORIA:
Los primeros ejemplos de aplicacin de tcnicas de qumica combinatoria
fueron reportados por Tomas A. Edison y el fotoqumico Ciamician,32,33 estos
investigadores utilizaron esta tcnica para el descubrimiento de un material
adecuado para el uso como filamento de las bombillas incandescentes en el
primer caso y para el descubrimiento de materiales fotoreactivos para el caso de
Ciamician.
Alrededor de cien aos atrs se encuentra el primer ejemplo de un equipo
de sntesis en paralelo, Figura 1, es un autoclave con doce reactores en paralelo y
un agitador para seis erlermeyer con el cual Ciamician produca en forma
combinatoria sus compuestos.
Figura 1: Equipo de sntesis combinatoria.
Sin embargo, el origen de la qumica combinatoria tiene sus bases en
mtodos cuyas races estn en la naturaleza, especficamente en los mecanismos
-
Estudio de la Sntesis y Propiedades de Nuevos Materiales Aplicando Tcnicas de Qumica Combinatoria.
Diego F. Acevedo
14
que utiliza el sistema inmune para seleccionar los anticuerpos utilizados para
combatir los agentes invasores. El cuerpo humano contiene una librera de
alrededor de un trilln de diferentes anticuerpos, cada uno contiene distintas
combinaciones de cadenas de protenas. Cuando un agente extrao es
encontrado dentro del organismo, el sistema inmune busca en su librera y
selecciona el anticuerpo ms adecuado para combatirlo, posteriormente lo
sintetiza en cantidades apreciables, cabe destacar que en este proceso el
organismo no utiliza un diseo racional del anticuerpo para atacar un virus
particular.
Si bien existen referencias de la utilizacin de qumica combinatoria en la
antigedad, como aquellas citadas previamente, el desarrollo del mtodo como se
conoce en la actualidad surge en el campo de la investigacin de pptidos y
puede ser resumido como sigue:
En la qumica tradicional, para el descubrimiento de nuevas drogas es
necesario explorar una propiedad biolgica especfica en mezclas complejas,
productos naturales tales como extractos de plantas o animales, caldos de
cultivos o una gran cantidad de compuestos sintticos.34 En el caso de los
productos naturales la purificacin y la identificacin de un compuesto con
actividad, en la mayora de los casos, requiere varios aos de trabajo. En los
ltimos aos ha surgido una nueva tecnologa conocida como Qumica
Combinatoria la cual ha mostrado un gran potencial en el aumento de la
velocidad de descubrimiento de nuevas drogas.
La qumica combinatoria involucra (i) generacin de un gran nmero de
compuestos con caractersticas similares (librera), (ii) un mtodo de exploracin
de alta eficiencia, mediante el cual la librera puede ser inspeccionada en
bsqueda de una propiedad especfica y (iii) la identificacin del compuesto
activo utilizando mtodos de deconvolucin, anlisis qumicos directos o por
anlisis de estructuras codificadas. Los sucesos significantes para el desarrollo de
esta rea de la qumica se detallan en los siguientes prrafos.
La qumica combinatoria esencialmente comenz con los experimentos de
sntesis en fase slida de pptidos realizados en 1962 por Bruce Merrifield. Este
investigador fue el primero en utilizar el trmino de sntesis de pptidos en fase
-
Estudio de la Sntesis y Propiedades de Nuevos Materiales Aplicando Tcnicas de Qumica Combinatoria.
Diego F. Acevedo
15
slida para describir la preparacin de un pptido soportado en un polmero el
cual permanece insoluble durante toda la sntesis, Figura 2.35
En este trabajo, Merrifield reporta la creacin de un soporte slido para la
sntesis en paralelo de pptidos, principalmente compuesto por una mezcla de
poliestireno con polietileno. Utilizando este soporte es posible obtener una
cantidad apreciable de pptidos anlogos. Los pasos utilizados para esta sntesis
comienzan con la unin de un aminocido, que posee su grupo amino protegido,
al soporte slido mediante una unin ester. La sntesis, previa desproteccin del
grupo, contina con la adicin de otro aminocido con su grupo amino protegidos,
alternando estos procedimientos se contina hasta que se alcanza la secuencia
de ensamblado deseada. El pptido es entonces removido del soporte slido y
aislado del polmero, realizando un simple proceso de filtracin.36 De hecho una
de las razones principales para el desarrollo de la sntesis en fase slida es la
dificultad que existe en lo que respecta a la purificacin de las cadenas peptdicas
durante la sntesis en solucin.37 En fase slida la purificacin se lleva a cabo
mediante un simple lavado de la resina polimrica en distintos solventes,
eliminando de esta forma cualquier tipo de impurezas o reactivo en exceso.
Este trabajo tuvo un impacto inmediato, ayudado en gran parte porque la
sntesis de pptidos involucra reacciones iterativas con utilizacin de exceso de
reactivos, las cuales son susceptibles a automatizacin.
-
Estudio de la Sntesis y Propiedades de Nuevos Materiales Aplicando Tcnicas de Qumica Combinatoria.
Diego F. Acevedo
16
O2NCl
HO
N
CbZ
O
R1
H
O2NO
NCbZ
O
R1
H
O2NO
NCbZ
O
R1
H
HBr-HOAc
O2NO
NH
O
R1
H
O2NO
NH
O
R1
H
HO
N
CbZ
O
R2
H
NCbZ
O
R1
H
O2NO
N
O
R1
H
DCC
NCbZ
O
R1
H
O2NO
N
O
R1
H
NaOH
NH
O
R1
HOH
NO
R1
H
Et3N
Figura 2: Sntesis de pptidos en fase slida.
El siguiente paso en la historia de la qumica combinatoria fue dado por
Geysen38 en Australia, quien logr que el proceso completo de la sntesis de
pptidos fuese tcnicamente simple, incorporando un sistema multipin (Figura 3).
Utilizando este mtodo pudo sintetizar una coleccin de pptidos a gran escala.
Esquemticamente el sistema esta formado por una placa de polietileno que lleva
insertadas varillas del mismo material, distribuidas de forma tal que coincidan con
cavidades que sirven de reservorios y que estn presentes a intervalos regulares
en una placa de material plstico. En los extremos libres de las varillas estn
unidos qumicamente polmeros insolubles, entre los ms comunes se encuentran
las resinas polimricas del tipo poliestireno-polidivinilbenceno. Estas resinas
poseen en su estructura grupos funcionales adecuados para lograr el anclaje de
los compuestos de partida de la sntesis qumica que se intenta producir. Los
reactivos que intervienen en sta, se colocan en los reservorios de la placa y la
-
Estudio de la Sntesis y Propiedades de Nuevos Materiales Aplicando Tcnicas de Qumica Combinatoria.
Diego F. Acevedo
17
reaccin qumica se inicia sumergiendo las varillas en estos. Una vez concluido el
proceso, las varillas se introducen en grandes baos para eliminar por lavado el
material que no se ha asociado y, eventualmente para prepararlas para el nuevo
ciclo de reaccin. El procedimiento descrito puede repetirse muchas veces hasta
completar la sntesis deseada, este procedimiento fue posteriormente
denominado Sntesis Combinatoria en Paralelo. Una ventaja de este sistema es
que, colocando los reactivos necesarios para la separacin de los productos
finales de la resina en los reservorios, stos se liberaran de la resma y cada uno
de los productos quedar ubicado en un lugar independiente, aislado de los
dems, ser conocida su composicin qumica, y es factible someterlo a ensayos
con el fin de detectar su actividad.
Figura 3: Foto sistema multipin.
El prximo hito que mejor el diseo de sntesis de libreras fue un sistema
denominado Diversmetro, el cual fue creado por Hougthen en 1985.23 Este
sistema a diferencia del sistema multipin, donde la resina est en la parte exterior
de la varilla, el soporte slido posee forma de pequeos granos y se encuentra en
el interior de varillas huecas separadas del medio por un cierre de vidrio poroso, el
cual permite el paso del solvente y de los reactivos. De esta manera los granos de
resina pueden ser sumergidos en la solucin que contiene a los componentes
necesarios para que se produzca una determinada reaccin. Una vez concluido el
proceso, el bloque con las resinas se retira y se lavan las varillas sumergindolas
en baos de solventes adecuados.
La tercer forma de sintetizar compuestos en forma combinatoria y tal vez la
ms utilizada actualmente se public en 1991, cuando Furka39 y Kit Lam,40
investigadores del Centro de Cncer de Arizona sintetizaron una librera de ms
-
Estudio de la Sntesis y Propiedades de Nuevos Materiales Aplicando Tcnicas de Qumica Combinatoria.
Diego F. Acevedo
18
de un milln de diferentes pptidos, utilizando lo que en la actualidad se denomina
Sntesis por Mezclado y Separacin. Los distintos pptidos estaban dispuestos
en diferentes pequeas perlas de plstico Figura 4.
Figura 4: Imgenes de perlas para qumica combinatoria.
El mtodo de separacin y mezclado consiste en unir a perlas plsticas un
primer grupo de reactivos, sean A, B y C, anclados a distintas perlas, mediante
reacciones en forma separada. El paso siguiente es realizar un mezclado de
estas, las cuales al poseer un dimetro cercano al de un cabello humano hace
posible realizar este procedimiento en forma muy eficiente. Posteriormente se
realiza una separacin de las perlas, cada alcuota contiene al menos una perla
unida a cada uno de los reactivos A, B y C. Una parte se hace reaccionar con D
otra con E y otra con F, continuando as, hasta unir la cantidad de compuestos
que se desee. El procedimiento de mezclado asegura que se obtenga un conjunto
de perlas que contenienen todas las posibles combinaciones (AD, AE, AF,etc.) al
final de la reaccin en cada reactor. De esta forma se obtienen 9 productos finales
(3x3) despus de realizar slo seis reacciones (3+3).
El mtodo original de Geysen, mtodo en paralelo, requiere un alfiler
separado para cada compuesto y un espacio de reaccin para cada uno de los
productos finales. Pero el mtodo de separacin y mezclado logra economa de
tiempo y reactivos haciendo varias reacciones en una sola cuba con todos los
productos de partida mezclados, adems ha sido demostrado que esta tcnica no
slo es til para la qumica de pptidos, sino tambin para la qumica medicinal.
Comparada con la metodologa de sntesis en paralelo, esta tcnica de
separacin y mezclado tiene como desventaja que, al finalizar la sntesis en cada
reactor existe una mezcla de productos, pero la enorme ventaja de que es posible
sintetizar, por ejemplo, alrededor de diez mil compuestos en una secuencia de
-
Estudio de la Sntesis y Propiedades de Nuevos Materiales Aplicando Tcnicas de Qumica Combinatoria.
Diego F. Acevedo
19
reaccin de cuatro pasos, solamente en diez reactores (10x10x10x10 compuestos
con 10+10+10+10 reacciones) y esta superioridad en el rea de la sntesis es una
enorme ventaja.
Geysen, Hougthen y Lam comen