ES3032107B2 - Contenedor molecular organico para la eliminacion de surfactantes en liquidos - Google Patents

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0003] CONTENEDOR MOLECULAR ORGÁNICO PARA LA ELIMINACIÓN DE SURFACTANTES

[0004] EN LÍQUIDOS

[0006] SECTOR DE LA TÉCNICA

[0007] La presente invención pertenece al campo de la química orgánica, con aplicación en la eliminación de surfactantes y depuración de medios líquidos.

[0009] ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

[0010] El uso de surfactantes en la industria y en biotecnología presenta importantes riesgos medioambientales asociados con su toxicidad y bioacumulación. Por este motivo deben de ser eliminados una vez que cumplen su función.

[0012] Especialmente dañinos para el medioambiente son los surfactantes fluorados, que presentan una gran estabilidad.

[0014] Las técnicas utilizadas en la industria para la eliminación de surfactantes incluyen la adsorción en carbón activado, la oxidación química, la separación por membranas, la coagulaciónfloculación, la biodegradación y la destilación. Se necesita combinar varias de ellas en procesos que resultan muy laboriosos para lograr una reducción significativa en la concentración de surfactantes, y ni siquiera se consiguen eliminar por completo. Además, no permiten eliminar selectivamente surfactante neutros, aniónicos o catiónicos.

[0016] Otra alternativa que evita esos inconvenientes son los contenedores moleculares que atrapan el surfactante.

[0018] En este sentido, se han descrito contenedores del tipo cucurbiturilos y ciclodextrinas capaces de interaccionar con el surfactante. Sin embargo, en estos casos cada molécula de contenedor interacciona sólo con una o dos moléculas de surfactante y dicha interacción no conlleva una eliminación directa del compuesto que se forma, aparte de que no son específicos.

[0020] Más prometedor ha resultado el autoensamblaje de moléculas para formar precursores de contenedores con una estructura basada en iminas. En este sentido, Greenaway ha descrito el precursor B23 (en la presente solicitud denominadosaMC3) que ya presenta la estructura tetraédrica del contenedor de la presente invención pero con dichos enlaces imina presentes y sin funcionalizar (Greenaway R.L. y cols., “High-throughput Discovery of Organic Cages and Catenanes Using Computations Screening Fused with Robotic Synthesis”, Nature Communications 2018, 9.2849). El precursor B23 es inestable e insoluble en agua; de hecho, este tipo de precursores típicamente no pueden ser aislados como tales porque los enlaces imina son susceptibles a cualquier cambio en el medio.

[0022] A partir de ellos, otros autores han descrito contenedores orgánicos reducidos que presentan estructuras robustas con aminas secundarias (Ramakrisna E. y cols., “Self-assembly of Chiral BINOL Cages via Imine Condensation”, Chemical Communications 2021, 57, 9088-9091).

[0024] Los contenedores orgánicos reducidos así obtenidos son muy apolares y por tanto siguen siendo insolubles en agua a pH neutro. Esto resulta una limitación muy importante para su aplicación.

[0026] Hay autores que modifican los contenedores una vez reducidos con grupos adicionales externos. Acharyya describe la unión de grupos apolares por una reacción catalizada por cobre (Acharyya K. y Sarathi P., “Postsynthetic Exterior Decoration of an Organic Cage by Copper(I)-catalysed A<3>-coupling and Detection of Nitroaromatics”, Chemistry Europe 2015, 21, 18, 6823-6831). O se puede hacer reaccionar el contenedor con grupos aldehído (Liu M. y cols., “Acid- and Base-stable Porous Organic Cages: Shape Persistence and pH Stability via Post-synthetic Tying of a Flexible Amina Cage”, J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 21, 7583-7586).

[0028] Por otra parte, también se ha descrito la modificación de un contenedor por la formación de enlaces amida con los nitrógenos secundarios generados en la reducción (Jamie L. Culshaw, y cols. “Dodecaamide Cages: Organic 12-Arm Building Blocks for Supramolecular Chemistry”, J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 10007−10010). Sin embargo, a diferencia de la presente invención el procedimiento comprende unir grupos hidrofóbicos usando haluros de ácido. La tecnología basada en haluros de ácido no permite la unión de grupos polares al contenedor ya que da lugar a mezclas complejas y degradaciones, probablemente debido a la alta reactividad de dichos haluros.

[0029] Otra alternativa de la técnica son los contenedores moleculares basados en ligandos orgánicos y metales. Algunos de estos contenedores metálicos se pueden reducir dando lugar a contenedores orgánicos como tales; sin embargo, la polaridad que presentan los contenedores obtenidos por estos precursores no los hace viables para la eliminación de surfactantes. Para atrapar las moléculas de un surfactante de un medio polar es necesario tener un contenedor soluble que a la vez contenga una cavidad muy hidrofóbica. La presencia de piridinas en la estructura de este tipo de contenedores hace que la forma reducida sea mucho más polar, incluso soluble en agua directamente después de la reducción sin necesidad de la adición de cadenas polares. La polaridad de la estructura resultante impide crear ese núcleo tan hidrofóbico haciéndolos inadecuados para la eliminación de surfactantes (Mosquera J., y cols. “Aqueous Anion Receptors through Reduction of Subcomponent Self-Assembled Structures”, Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 1556 –155). Un ejemplo típico se describe en la solicitud WO 2023192645 A2, donde el contenedor se forma por autoensamblado solvotermal de un clúster de aluminio y conectores de piridindicarboxílato, y cuya funcionalidad es la eliminación de cesio.

[0031] La solicitud CN 114797490 A describe un procedimiento de obtención de una membrana capaz de separar sales aniónicas, que en una primera etapa implica a un complejo estable de un contenedor orgánico y un surfactante. Para ello utilizan un complejo “anfitrión-huésped” formado el contenedor molecular y el surfactante SDS; es decir, que el surfactante es parte de la membrana. El documento no describe la captura y eliminación de un surfactante aniónico y por tanto se puede considerar que refiere a otro campo de aplicación de la técnica. Así, los ligandos aldehído y amina que usa CN 114797490 A son diferentes a los ligandos de la presente invención y dan lugar a un contenedor mucho más pequeño. También reduce los enlaces imina que se forman, pero no llega a funcionalizar el contenedor por la reacción de las aminas formadas. Lo que se consigue es una membrana modificada; no se capturan los aniones sino que hay un flujo de agua que pasa a través de ella y, de esta forma, también algunos aniones. El documento reporta el rendimiento de una membrana de separación en términos de su capacidad para separar diferentes sales aniónicas, con distinta efectividad según la sal.

[0033] El problema de la técnica se puede plantear como la necesidad de encontrar un contenedor molecular con afinidad específica por surfactantes iónicos en un medio polar, capaz de eliminar el surfactante de un líquido contaminado. La solución que propone la presente invención es la solubilización de una molécula reducida del precursor B23 descrito por Greenaway, con la adición de grupos polares por una reacción de amidación.

[0035] DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

[0036] La presente invención describe un contenedor molecular definido como una entidad química con una estructura discreta. Este contenedor exhibe una cavidad interna claramente formada, diseñada para alojar moléculas completas o regiones específicas de estas.

[0038] El contenedor molecular de la invención presenta una cavidad hidrofóbica y una superficie cargada que permite reconocer los surfactantes a través de la cola hidrofóbica y de la carga de éstos. Eso permite un reconocimiento específico y una precipitación del complejo de interacción una vez formado.

[0040] En la presente solicitud, se define surfactante como la molécula formada por al menos una cabeza polar y una cadena alifática saturada o no saturada, sustituida o no sustituida, que a partir de una cierta Concentración Micelar Crítica (CMC) es capaz de formar agregados micelares. Existe otro tipo de moléculas cuyas cadenas no son suficientemente alifáticas para formar micelas por sí mismas, aunque sí que pueden insertarse dentro de las micelas formadas por otros surfactantes. Esas moléculas se denominan cosurfactantes y están excluidas del efecto de la presente invención.

[0042] En la presente solicitud, se define surfactante aniónico como aquel que presenta al menos una carga negativa en la cabeza polar. Las cabezas hidrofílicas de los surfactantes aniónicos pueden tener cualquiera de las siguientes funcionalidades - Sulfato (SO₄⁻): Presente en surfactantes como el lauril éter sulfato de sodio (SLES); Sulfonato (SO₃⁻): En surfactantes como el dodecilbenceno sulfonato de sodio (DBS); Fosfato (PO₄³⁻): En surfactantes como el fosfato de lauril de sodio; o Carboxilato (COO⁻): Presente en los ácidos grasos que se utilizan para hacer jabones, así como en otros surfactantes.

[0044] En un primer aspecto de la presente invención, el contenedor comprende:

[0046] a) Una estructura tetraédrica formada por un proceso de autoensamblaje molecular basado en la condensación de iminas entre cuatro moléculas que contienen tres grupos aldehídos en su estructura y otras cuatro moléculas de un componente que contiene tres grupos amino primarios en su estructura. Posteriormente a su ensamblado, la estructura es reducida para transformar los grupos iminas en grupos amino secundarios.

[0047] b) Una superficie funcionalizada con carga positiva, preferiblemente una cadena alifática con grupos amonio cuaternarios terminales unidos a la estructura tetraédrica por enlaces amida.

[0049] El precursorsaMC3con enlaces imina como se muestra

[0052]

[0054] se obtiene por la condensación de aldehídos con aminas o condensación de bases de Schiff tal como está descrito en la técnica, entre cuatro moléculas que contienen tres grupos aldehído y otras cuatro moléculas que contiene tres grupos amino primario en un disolvente orgánico apolar, preferiblemente tris(4-formilfenil)amina y (2,4,6-trimetilbenceno-1,3,5-triil)trimetanamina en cloroformo o diclorometano, más preferiblemente durante al menos 4 días y al menos 60ºC.

[0056] A partir de este precursor, otro aspecto preferible es el proceso de síntesis del contenedor molecular de la invención, que comprende las siguientes etapas:

[0058] - reducción de los enlaces imina desaMC3en presencia de un agente reductor, preferiblemente LiBH<4>, KBH<4>, NaAlH<4>y más preferiblemente NaBH<4>, en una mezcla de disolventes aprótico y prótico, preferiblemente al 50%, preferiblemente diclorometano o cloroformo con metanol o etanol, a temperatura ambiente seguido de la eliminación del disolvente y estabilización preferiblemente con una base, más preferiblemente hidróxido sódico, para obtener un contenedor intermediario en forma sólida con enlaces amina en su estructura, que comprende al menos una amina secundaria (MC3). Los enlaces amina son enlaces estables, lo que aporta una gran estabilidad y disponibilidad para poder utilizar esta estructura como intermediaria de una versión funcional del contenedor.

[0059] - Purificación del sólido obtenido, preferiblemente por cromatografía de fase reversa.

[0061] - Hacer reaccionar dicha al menos una amina secundaria con un ácido carboxílico para formar una amida, en que dicho ácido carboxílico presenta preferiblemente una cadena alifática y al menos una carga iónica adicional. La polaridad de este ácido carboxílico determinará la solubilidad del contenedor en un líquido polar, por ejemplo el agua.

[0062] Para la obtención del contenedor catiónico más preferible de la invención, esta reacción es preferiblemente con una disolución de cloruro de 3-carboxi-N,N,N-trimetilpropan-1-amino y trietilamina en un disolvente polar, preferiblemente dimetilformamida (DMF).

[0063] La reacción se lleva a cabo en presencia de un agente de acoplamiento basado en azabenzotriazol tetrametil uronio para activar el ácido, preferiblemente HATU (“Hexafluorophosphate Azabenzotriazole Tetramethyl Uronium”) o TBTU (“Tetrafluoroborate Azabenzotriazole Tetramethyl Uronium”). Los agentes de acoplamiento de este tipo han resultado sorprendentes facilitadores para la unión de grupos externos cargados a los contenedores a través de la formación de enlaces amida.

[0064] En otro aspecto preferible de la invención se puede obtener un contenedor aniónico, para lo que dicha reacción es preferiblemente con una disolución de un anhidro de ácido, preferiblemente anhídrido glutárico, y trietilamina en un disolvente polar, preferiblemente dimetilformamida (DMF), más preferiblemente al menos a 90ºC durante un tiempo de 3 h, preferiblemente entre 3 y 5 h.

[0066] - Purificación del sólido obtenido, preferiblemente por cromatografía de fase reversa.

[0068] El aspecto más preferible del contenedor de la invención es que los 12 enlaces imina de la estructura del precursor estén reducidos formando 12 aminas secundarias capaces de formar 12 enlaces amida (MC3acatiónico oMC3baniónico).

[0071]

[0072]

[0075] La eficiencia del contenedor más preferible de la invención (MC3a)se fundamenta en la capacidad de formar un precipitado con las moléculas de surfactante que atrapa, en la capacidad de una molécula de contenedor para interaccionar con 24 moléculas de surfactante, y en la especificidad por surfactantes aniónicos con carga negativa.

[0077] El contenedor de la invención consigue el efecto de una eliminación completa del surfactante, obteniendo un precipitado sólido fácilmente extraíble con una simple filtración. Tras la extracción, sería posible recuperar el contenedor molecular para futuras depuraciones, de modo que otro aspecto preferible de la invención es la recuperación del contenedor orgánico separándolo del surfactante capturado en un proceso que comprende preferiblemente lavarlo con un disolvente polar orgánico, más preferiblemente acetonitrilo o metanol.

[0079] La funcionalidad del contenedor se garantiza con cualquier cadena polar que consiga su solubilización, y preferiblemente si presentan un grupo iónico funcional. De modo que otro aspecto preferible es el uso del contenedor para la eliminación de un surfactante de un líquido problema, donde simplemente se añade el contenedor de la invención, preferiblemente en disolución, a dicho líquido. Preferiblemente, en la purificación de aguas contaminadas con surfactantes, donde se consigue una efectividad del 100% algo que hasta la fecha no era posible. Es por ello que la presente invención puede ser de gran relevancia en biotecnología y purificación de aguas.

[0081] El contenedor de la invención permitiría también la eliminación selectiva de surfactantes en base a su carga y posterior reutilización. El método resultaría útil para la purificación de surfactantes aniónicos de diferente naturaleza.

[0083] Los resultados mostrados en los Ejemplos a continuación muestran que el contendor de la invención es efectivo con una gran variedad de surfactantes tanto de cadena saturada como insaturada, o compuestos perfluorados como los surfactantes perfluoroalquilados, conocidos como PFAs. En todos estos casos se obtiene una eliminación completa de los surfactantes de los líquidos contaminados.

[0085] Por razones estequiométricas resulta que es suficiente con la adición de 0,04 equivalentes de contenedorMC3arespecto a la concentración del surfactante para su eliminación.

[0086] En los estudios experimentales de RMN se observó queMC3aes capaz de precipitar por completo surfactantes aniónicos que están presentes en el agua, incluyendo agua pura y medios más complejos como soluciones de PBS (Figura 5A y 5B). Al añadir el contenedor se forma un sólido cristalino que se deposita rápidamente en el fondo y resulta fácil de separar del líquido por simple filtración.

[0088] BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

[0089] Figura 1.Esquema de obtención del contenedor molecularMC3a partir de los compuestos iniciales. La unión de 2,4,6-Trimetil-1,3,5-bencenotrimetanamina (D) y Tris(4-formilfenil)amina (E) forman la estructurasaMC3con enlaces imina, que se reducen para dar lugar al precursorMC3.

[0090] Figura 2.Esquema de obtención de los contenedoresMC3ayMC3ba partir del contenedor molecularMC3.

[0091] Figura 3.Espectro de<1>H-RMN (300 MHz, D<2>O) del SDS y del 1-etil-3-metil-imidazolio. Las letras minúsculas (a-e) corresponden a los grupos del compuesto de referencia y las mayúsculas (A-D) a los grupos del surfactante.

[0092] Figura 4.(A) Muestra la valoración realizada por<1>H-RMN a una disolución que contiene SDS 1 mM y 1-etil-3-metil-imidazolio 3 mM como referencia, en la que fueron añadidas cantidades crecientes deMC3a, de 0,01 a 0,05 equivalentes. Las letras minúsculas (a-c) corresponden a los grupos del compuesto de referencia y las mayúsculas (A-D) a los grupos del surfactante. (B) Representación de la reducción en la integral del triplete a 0,86 ppm perteneciente al metilo terminal del SDS en función de la cantidad deMC3aañadida. (C) Eje X representa el desplazamiento en ppm y eje Y la integral del pico; y = -24,86x 0,98; R<2>= 0,997.

[0093] Figura 5.(A) Muestra la valoración realizada por<1>H-RMN a una disolución que contiene SDS 1 mM en PBS (10 mM), en la que fueron añadidos 0,05 equivalentes deMC3a. (B) Ampliación del extracto marcado con una elipse en la figura (A), donde se muestra la disminución de la señal del grupo CH<3>terminal del SDS tras la adición deMC3a.

[0094] Figura 6.Espectro RMN (300 MHz, D<2>O) del hexadecilsulfonato sódico y del 1-etil-3-metilimidazolio. Las letras minúsculas (a-d) corresponden a los grupos del compuesto de referencia y las mayúsculas (A-B) a los grupos del surfactante.

[0095] Figura 7.(A) Muestra la valoración realizada por<1>H-RMN a una disolución que contiene hexadecilsulfonato sódico 1 mM y 1-etil-3-metil-imidazolio 3 mM como referencia, en la que fueron añadidas cantidades crecientes deMC3a, de 0,01 a 0,05 equivalentes. (B) Ampliación del extracto marcado con una elipse en la figura (A) donde se observa la disminución del pico B en las sucesivas aportaciones deMC3a. (C) Representación de los equivalentes deMC3avs. el valor de la integral del pico correspondiente al carbono terminal del surfactante en cada adición. Representa la función Botzmann del Desplazamiento / ppm; A1 = 1,1846; A2 = 0,04255; x0 = 0,01781; dx = 0,00798; span = 1,14205; EC50 = 1,01797.

[0096] Figura 8.Espectro<1>H-RMN (300 MHz, D<2>O) del cosurfactante hexilsulfonato sódico y del 1-etil-3-metil-imidazolio. Las letras minúsculas (a-e) corresponden a los grupos del compuesto de referencia y las mayúsculas (A-E) a los grupos del cosurfactante.

[0097] Figura 9:(A) Muestra la valoración realizada por<1>H-RMN a una disolución que contiene hexilsulfonato sódico 1 mM y 1-etil-3-metil-imidazolio 3 mM como referencia, en la que fueron añadidas cantidades crecientes deMC3a, de 0,01 a 0,5 equivalentes. (B) Ampliación del extracto marcado con una elipse en la figura (A) donde se observa el desplazamiento del pico B del cosurfactante en las sucesivas aportaciones deMC3a.

[0098] Figura 10:Espectro<1>H-RMN (300 MHz, D<2>O) del oleato de sodio y del 1-etil-3-metilimidazolio. Las letras minúsculas (a-e) corresponden a los grupos del compuesto de referencia y las mayúsculas (A-E) a los grupos del surfactante.

[0099] Figura 11.(A) Muestra la valoración realizada a una disolución que contiene oleato de sodio 1 mM y 1-etil-3-metil-imidazolio 3 mM como referencia, en la que fueron añadidos 0,05 equivalentes deMC3a. (B) Ampliación del extracto marcado con una elipse en la figura (A) donde se observa la disminución de la señal del oleato de sodio tras la adición deMC3a.Figura 12.Espectro<1>H-RMN (300 MHz, D<2>O) del laurato de sodio (1 mM) y del 1-etil-3-metilimidazolio (3 mM). Las letras minúsculas (a-e) corresponden a los grupos del compuesto de referencia y las mayúsculas (A-C) a los grupos del surfactante.

[0100] Figura 13.(A) Muestra la valoración realizada a una disolución que contiene laurato de sodio 1 mM y 1-etil-3-metil-imidazolio 3 mM como referencia, en la que fueron añadidos 0,05 equivalentes deMC3a. (B) Ampliación del extracto marcado con una elipse en la figura (A) donde se observa la disminución de la señal del laurato de sodio tras la adición deMC3a.Figura 14.Espectro<19>F-RMN (300 MHz, D<2>O) de una disolución que contiene sulfonato de hexafluoroalcano 1 mM y BF<4>0,05 mM como referencia.

[0101] Figura 15.(A) Muestra la valoración realizada por<19>F-RMN a una disolución que contiene sulfonato de hexafluoroalcano 1 mM y NaBF<4>0,05 mM como referencia, en la que fueron añadidas cantidades crecientes deMC3a, de 0,01 a 0,05 equivalentes. (B) Ampliación del extracto marcado con una elipse en la figura (A) donde se observa la disminución de la señal del sulfonato de hexafluoroalcano tras la adición deMC3a. (C) Representación de los equivalentes deMC3avs el valor de la integral del pico correspondiente al carbono terminal del surfactante en cada adición.

[0102] Figura 16.Espectro<1>H-RMN (300 MHz, D<2>O) del bromuro de hexadeciltrimetilamonio (1 mM) y del 1-etil-3-metil-imidazolio (3 mM). Las letras minúsculas (a-e) corresponden a los grupos del compuesto de referencia y las mayúsculas (A-E) a los grupos del surfactante.

[0103] Figura 17.(A) Muestra la valoración realizada por<1>H-RMN a una disolución que contiene bromuro de hexadeciltrimetilamonio 1 mM y 1-etil-3-metil-imidazolio 3 mM como referencia, en la que fueron añadidos 0,5 equivalentes deMC3a. (B) Ampliación del extracto marcado con una elipse en la figura (A) donde se observa que la señal correspondiente al bromuro de hexadeciltrimetilamonio no disminuye tras la adición.

[0105] EJEMPLOS

[0106] Ejemplo 1. Síntesis de MC3 (Fig.1)

[0107] Tris(4-formilfenil)amina (100 mg, 0,303 mmol, 4,0 eq.) y 2,4,6-Trimetil-1,3,5-bencenotrimetanamina (65 mg, 0,602 mmol, 4,1 eq.) disueltos en CHCl<3>(80 mL) se calentaron a 60°C durante 4 días para autoensamblarsaMC3. La disolución, de color amarillo, se enfrió a temperatura ambiente y se agregaron 80 mL de MeOH y 30 mg de NaBH<4>para reducir los enlaces imina de la estructurasaMC3. La disolución se dejó agitando a temperatura ambiente durante la noche. Luego se eliminó el disolvente bajo vacío y se agregaron 8 mL de NaOH 1M para obtener la estructuraMC3. La suspensión obtenida se centrifugó y el sólido se lavó tres veces con agua. El sólido obtenido fue purificado por HPLC, utilizando agua y acetonitrilo como fases móviles, ambos con un 0,1% de ácido trifluoroacético. Después de la purificación por HPLC, se obtuvieron 100 mg (70%) de sólido amarillo pálido.

[0108] La caracterización deMC3se llevó a cabo por espectrometría de masas, así como RMN de carbono 13 y protón, siendo caracterizado por los siguientes datos:

[0109] HRMS(ESI+): calc. m/z para C132H144N16 [M+H]+: 1955,19. Encontrado: 1955,188.<1>H-RMN (300 MHz, DMSO): δ 9,07 (br. S), 7,34 (d, J = 8,3 Hz, 24H), 6,80 (d, J = 8,4 Hz, 24H), 4,49 (s, 24H), 4,10 (s, 24H), 2,55 (d, J = 8,3 Hz, 36H) ppm.

[0111] Ejemplo 2. Síntesis de MC3a (Fig 2)

[0112] Se disolvieron cloruro de 3-carboxi-N,N,N-trimetilpropan-1-amino (75 mg, 15 eq.), HATU (146 mg, 15 eq.) y trietilamina (TEA, 320 μL, 30 eq.) en 5 mL de DMF, y se agitaron a temperatura ambiente hasta la aparición de color amarillento (alrededor de 5 min). Se agregóMC3(50 mg, 1 eq.) obtenido en el ejemplo anterior a la mezcla. La disolución amarilla resultante se dejó agitar a temperatura ambiente durante 1 h. Se purificó por HPLC para obtener 52 mg de producto (MC3a, 58 %) en forma de sólido blanco, el cual se almacenó a temperatura ambiente.

[0113] La caracterización deMC3se llevó a cabo por espectrometría de masas siendo caracterizado por los siguientes datos:

[0114] HRMS(ESI+): m/z calc. for C216H311N28O12 [M+7TFA]5+: 856,67. Encontrado: 856,673.

[0116] Ejemplo 3. Síntesis de MC3b (Fig 2)

[0117] Se disolvieron anhídrido glutárico (44 mg, 15eq.),MC3obtenido en el ejemplo 1 (50 mg, 1eq.) y trietilamina (TEA, 100 µL 30eq.) en 2,5 mL de DMF (dimetilformamida). Esta mezcla se calentó a 90ºC y mantuvo a esta temperatura durante 3 horas para obtener el producto (MC3b) en forma de sólido blanco, el cual se almacenó a temperatura ambiente.

[0118] La purificación del producto se hizo por HPLC utilizando agua y acetonitrilo como fases móviles, ambos con un 0,1% de ácido trifluoroacético.

[0119] La caracterización de MC3b se llevó a cabo por espectrometría de masas siendo caracterizado por los siguientes datos:

[0120] HRMS(ESI+):m/zcalc. for C192H216O36N16 [M+2H]<2+>: 1662,79. Encontrado: 1662,791.

[0122] Ejemplo 4. Precipitación de SDS en agua con MC3a.

[0123] Se preparó una disolución problema que contiene surfactante aniónico dodecilsulfato sódico (SDS, CMC = 8,2 mM) y cloruro de 1-etil-3-metil-imidazolio como patrón de referencia en agua, en las concentraciones que se especifican abajo.

[0125] Dodecilsulfato sódico (12C, SDS)

[0128]

[0130] Se realizó una medición inicial de la cantidad de surfactante en la disolución problema utilizando técnicas de espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) de protones. Posteriormente, se le fue agregando de forma gradual una disolución madre al 1,3 mM deMC3aen una cantidad de 3,8 uL por cada adición (0,01 equivalentes a 0,05 equivalentes).

[0131] Inmediatamente después de la adición, el sistema se equilibra y se realiza una medida de RMN (300MHz, 48 escaneados en un tiempo de 8 minutos y 30 segundos) a la disolución para evaluar la disminución de la cantidad de surfactante a medida que aumenta la cantidad deMC3a.

[0132] La concentración de surfactante disminuyó de manera lineal a medida que se agregabaMC3acon una pendiente negativa de 24. Esto significa que cada molécula deMC3a,con 12 cargas positivas, tiene la capacidad de precipitar 24 moléculas de surfactante aniónico. Posteriormente se filtró la suspensión para eliminar el surfactante. El resultado final fue la completa eliminación del surfactante de la disolución añadiendo una cantidad suficiente deMC3a.

[0134] Ejemplo 5. Precipitación de hexadecilsulfonato de sodio (16C) con MC3a.

[0135] Se preparó una disolución problema que contiene hexadecilsulfonato sódico (CMC = 1 mM) y cloruro de 1-etil-3-metil-imidazolio como patrón de referencia en agua, en las concentraciones que se especifican abajo.

[0137] Hexadecilsulfonato de sodio (16C)

[0140]

[0142] Se realizó una medición inicial de la cantidad de surfactante en la disolución problema utilizando técnicas de espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) de protones. Posteriormente, se le fue agregando de forma gradual una disolución madre al 1,3 mM deMC3aen una cantidad de 3,8 uL por cada adición (0,01 equivalentes a 0,05 equivalentes). Inmediatamente después de la adición, el sistema se equilibra y se realiza una medida de RMN (300MHz, 48 escaneados en un tiempo de 8 minutos y 30 segundos) a la disolución para evaluar la disminución de la cantidad de surfactante a medida que aumenta la cantidad deMC3a.En este caso se observó que se necesitaron 0,05 equivalentes deMC3apara precipitar completamente todo el surfactante. El patrón de precipitación exhibido mostró una curvatura más pronunciada en comparación con la observada con SDS del Ejemplo anterior.

[0143] Como resultado, se concluyó que cada molécula deMC3atiene la capacidad de precipitar aproximadamente 20 moléculas de surfactante de dieciséis carbonos.

[0145] Ejemplo 6. Estudio de la interacción con el cosurfactante hexilsulfonato sódico (6C) con MC3a.

[0146] Se preparó una disolución problema que contiene hexilsulfonato sódico y cloruro de 1-etil-3-metil-imidazolio como patrón de referencia en agua, en las concentraciones que se especifican abajo. Es importante destacar que está molécula a diferencia de las anteriores es un cosurfactante y no un surfactante.

[0148] Hexilsulfonato de sodio (6C)

[0151]

[0154] Se realizó una medición inicial de la cantidad de cosurfactante en la disolución problema utilizando técnicas de espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) de protones. Posteriormente, se le fue agregando de forma gradual una disolución madre al 1,3 mM deMC3aen una cantidad de 3,8 uL por cada adición (0,01 equivalentes a 0,05 equivalentes). Inmediatamente después de la adición, el sistema se equilibra y se realiza una medida de RMN (300MHz, 48 escaneados en un tiempo de 8 minutos y 30 segundos) a la disolución para evaluar la disminución de la cantidad de surfactante a medida que aumenta la cantidad deMC3a.

[0155] En este caso, a diferencia de lo que sucede con SDS y hexadecilsulfonato sódico, el hexilsulfonato sódico no desaparece de la disolución; el RMN solo muestra interacción entre el contenedorMC3ay el surfactante siendo que esta interacción no provoca su precipitación. El cosurfactante de 6 carbonos tiene una longitud insuficiente para permitir la formación de micelas por sí mismo en agua, por ese motivo no se elimina.

[0157] Ejemplo 7. Precipitación de oleato de sodio con MC3a.

[0158] Se quiso evaluar también el proceso con surfactantes con insaturaciones.

[0159] Se preparó una disolución problema que contiene oleato de sodio (CMC = 0,006 mM) y cloruro de 1-etil-3-metil-imidazolio como patrón de referencia en agua, en las concentraciones que se especifican abajo.

[0161] Oleato de sodio (18C)

[0164]

[0167] Se realizó una medición inicial de la cantidad de surfactante en la disolución problema utilizando técnicas de espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) de protones. Posteriormente, se le añadió una disolución madre al 1,3 mM deMC3aen una cantidad de 19,35 uL (19,35 uL = 0,05 equivalentes). Tras la adición, el sistema se equilibra inmediatamente y se realiza una nueva medida de RMN para comprobar la cantidad de surfactante que queda en disolución. Tras esta segunda medida se confirma que todo el surfactante fue eliminado tras la adición del contenedor catiónico.

[0169] Ejemplo 8. Precipitación de laurato de sodio con MC3a.

[0170] Por otro lado, se quiso evaluar la capacidad de MC3a para precipitar surfactantes con naturalezas diferentes de la cabeza polar. Igual que el SDS, el laurato de sodio es un surfactante de 12C. La diferencia entre ellos es que en el ácido láurico la cabeza polar es un ácido carboxílico mientras que en el SDS es un sulfato.

[0171] Se preparó una disolución problema que contiene laurato de sodio (CMC = 0,9 mM) y cloruro de 1-etil-3-metil-imidazolio como patrón de referencia en agua, en las concentraciones que se especifican abajo.

[0172] Laurato de sodio (12C)

[0175]

[0178] Se realizó una medición inicial de la cantidad de surfactante en la disolución problema utilizando técnicas de espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) de protones en las mismas condiciones que los Ejemplos anteriores. Posteriormente, se añadió una disolución madre al 1,3 mM deMC3aen una cantidad de 19,35 uL (19,35 uL = 0,05 equivalentes). Tras la adición, el sistema se equilibra inmediatamente y se realiza una nueva medida de RMN para comprobar la cantidad de surfactante que queda en disolución. Tras esta segunda medida se confirma que todo el surfactante fue eliminado tras la adición del contenedor catiónico.

[0180] Ejemplo 9. Precipitación de PFAs con MC3a.

[0181] Se estudió también la capacidad de eliminación de surfactantes del grupo de compuestos perfluoroalquilados (PFAs).

[0184]

[0187] Se preparó una disolución problema que contiene sulfonato de perfluorohexano (CMC = 0,83 mM) 1 mM y NaBF<4>(0,5 mM) como patrón de referencia en agua.

[0188] Se realizó una medición inicial de la cantidad de surfactante en la disolución problema utilizando técnicas de espectroscopia de resonancia magnética nuclear (<19>F-RMN) de flúor en agua deuterada, con un número de 200 escaneados. Posteriormente, se fue agregando gradualmente una solución madre al 1,3 mM deMC3aen una cantidad de 3,85 uL (0,01 equivalentes a 0,05 equivalentes). Inmediatamente después de la adición, el sistema se equilibra y se realiza justo después de cada adición deMC3a, una medida de RMN (300MHz, 150 escaneados en un tiempo de 5 minutos y 30 segundos) a la disolución para evaluar la disminución de la cantidad de surfactante a medida que aumenta la cantidad deMC3a.

[0189] Los resultados obtenidos para este surfactante llevaron a la conclusión que en este casoMC3aes capaz de precipitar 50 moléculas del PFA de la figura anterior.

[0191] Ejemplo 10. Interacción de MC3a con un surfactante catiónico

[0193] Se quiso evaluar también el proceso con surfactantes con carga positiva. Se preparó una disolución problema que contiene bromuro de hexadeciltrimetilamonio (CMC = 1 mM) y cloruro de 1-etil-3-metil-imidazolio como patrón de referencia en agua, en las concentraciones que se especifican abajo.

[0195] Bromuro de hexadeciltrimetilamonio (CTAB, 16C)

[0198]

[0200] Se realizó una medición inicial de la cantidad de surfactante en la disolución problema utilizando técnicas de espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) de protones. Posteriormente, se le añadió una disolución madre al 1,3 mM deMC3aen una cantidad de 19,35 uL (19,35 uL = 0,05 equivalentes). Tras la adición, el sistema se equilibra inmediatamente y se realiza una nueva medida de RMN para comprobar la cantidad de surfactante que queda en disolución. Tras esta segunda medida se confirma que no se elimina surfactante de la disolución, lo que significa queMC3aes específico a surfactantes con carga negativa, como los descritos anteriormente.

Claims (15)

1. REIVINDICACIONES

1. Un contenedor molecular orgánico, caracterizado por que presenta una estructura tetraédrica que comprende una cavidad hidrofóbica y una superficie formada por grupos A

unidos entre sí por monómeros de fórmula –(C-NX-C)-,

donde NX es una amina secundaria, una amina terciaria o una amida, y

donde al menos un NX es una amida que presenta una cadena alifática polar.

2. Un contenedor molecular según la reivindicación 1, donde dicha cadena alifática polar es una cadena alifática con al menos un grupo iónico funcional.

3. Un contenedor molecular según la reivindicación 1 o 2, donde cada NX es una amida que presenta una cadena alifática con al menos un grupo iónico funcional.

4. Un contenedor molecular según la reivindicación 2 o 3, donde dicho al menos un grupo iónico funcional es un grupo catiónico.

5. Un contenedor molecular según la reivindicación 4, donde dicho grupo catiónico es un amino cuaternario.

6. Un intermediario del contenedor molecular de la reivindicación 1, caracterizado por la siguiente estructura (MC3).

7. Procedimiento de obtención del contenedor molecular de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende las siguientes etapas:

- reducción de los enlaces imina del precursor saMC3 de fórmula

en presencia de un agente reductor en una mezcla de disolventes aprótico y prótico, preferiblemente diclorometano o cloroformo con metanol o etanol;

- eliminación del disolvente y estabilización para obtener un contenedor intermediario en forma sólida que comprende al menos una amina secundaria;

- purificación del sólido obtenido;

- reacción de amidación entre dicha amina secundaria con un ácido carboxílico en presencia de un agente de acoplamiento derivado de azabenzotriazol tetrametil uronio, en que

dicho ácido carboxílico presenta una cadena alifática polar, preferiblemente con una carga iónica funcional adicional;

- opcionalmente, purificación del sólido obtenido.

8. Un procedimiento según la reivindicación 7, en que dicho agente de acoplamiento es HATU o TBTU.

9. Un procedimiento según la reivindicación 7 u 8, en que dicha reacción de amidación comprende una disolución de cloruro de 3-carboxi-N,N,N-trimetilpropan-1-amino y trietilamina en un disolvente polar.

10. Un procedimiento según la reivindicación 9, en que dicho disolvente polar es dimetilformamida (DMF).

11. Uso del contenedor molecular de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en la depuración de un líquido polar, en que dicha depuración comprende la eliminación de un surfactante.

12. Uso según la reivindicación 11, en que dicha depuración de un líquido polar es la depuración de un agua.

13. Uso según la reivindicación 11 o 12, en que dicho surfactante es saturado.

14. Uso según la reivindicación 11 o 12, en que dicho surfactante es insaturado.

15. Uso según la reivindicación 11 o 12, en que dicho surfactante es un compuesto perfluorado.