Síntesis y caracterización de nuevas nanopartículas de hierro funcionalizadas para el reconocimiento de contaminantes con grupos carboxílicos

Abstract

[spa] En las últimas décadas, debido al desarrollo agrícola se ha incrementado la demanda de agua y uso de suelo, reduciendo así la calidad de estos debido al creciente uso de productos químicos, especialmente por el uso indiscriminado de herbicidas utilizados con el fin de aumentar el rendimiento de las cosechas. Actualmente, a nivel mundial, uno de los herbicidas más utilizados es el glifosato [N- (fosfonometil) glicina], siendo la sustancia activa de más de 750 productos diferentes a nivel mundial. De acuerdo con lo reportado por Green Peace España en el 2015, éste herbicida está autorizado en alrededor de 125 productos. Recientemente, el glifosato ha sido clasificado por la Organización Mundial de la Salud como “Probablemente cancerígeno y tóxico”. Despertando el interés de diversos grupos de investigación para idear nuevos sistemas de detección y captura de este herbicida en agua y suelo. De acuerdo a su estructura química (Figura 1), el glifosato es un ácido débil con tres grupos funcionales (amina, carboxilato y fosfonato), el cual posee un periodo de vida corto en el suelo y agua debido a su degradación por microorganismos produciendo diversos metabolitos los cuales han sido encontrados en intoxicaciones con este producto. Actualmente las nanopartículas han comenzado a considerarse como una de las áreas de investigación más importantes dentro del área de nanomateriales. El desarrollo de nuevos materiales es hoy en día un área de oportunidad en el campo de la química supramolecular, por lo que, las nanopartículas han atraído la atención de diversos grupos de investigación debido a su facilidad de manejo y versatilidad de uso. La problemática ambiental actual, así como las sorprendentes propiedades de las nanopartículas de hierro, han despertado la necesidad de desarrollar nuevos métodos de detección de contaminantes carboxílicos-organofosforados. En el presente trabajo, se han desarrollado varios receptores con unidades escuaramídicas, dichos receptores son unidos covalentemente a nanopartículas de hierro. La introducción de grupos funcionales orgánicos sobre la superficie de las nanopartículas, ha sugerido un comportamiento cooperativo, que no se observa en las unidades aisladas de ambos componentes.5 La elevada afinidad para formar enlaces de hidrogeno, su estructura rígida y plana del anillo ciclobutenediona hacen a las escuaramidas una molécula de interés para el reconocimiento de aniones y cationes, dicho comportamiento ha sido demostrado mediante estudios teóricos y experimentales. Estudios anteriores, han demostrado que el uso combinado de escuaramidas junto con restos de trimetil yoduro de amonio, producen uniones favorables entre el sal de amonio y el anión carboxílato por medio de fuerzas de tipo polar. Esta fuerza electrostática se incrementa gracias a las unidades de escuaramida que establecen interacciones complementarias con los restos carboxílato por medio de enlaces de hidrógeno. Con base en estos estudios, se ha diseñado el presente trabajo en el cual se sintetizaron 3 diferentes tipos de nanopartículas funcionalizadas, las cuales se muestran en la Figura 2. Para el acoplamiento covalente de la nanopartículas con restos escuaramídicos se requiere de la presencia de una molécula “linker”. En este trabajo, la dopamina es utilizada como unidad de conexión, debido a la presencia de dos grupos hidroxilo donde los átomos de oxígeno reaccionan de forma preferente con el hierro, además de la presencia de una amina terminal en su estructura, lo que hace de la dopamina una molécula versátil para el diseño de nuevos receptores. Este estudio ha sido apoyado por investigaciones anteriores en donde se observa que el diseño y la selectividad de receptores tripodales basados en unidades escuaramídicas han dado buenos resultados en la detección de carboxilatos, por lo que esto hace de los receptores tripodales en conjunto con nanopartículas de hierro un modelo de reconocimiento interesante para la detección de analitos, que para este trabajo se enfoca en el Glifosato, aunque es importante mencionar que podría ser utilizado para la detección de otros analitos relevantes en temas de salud y medio ambiente.