SUPRAS – Disolventes Supramoleculares con características programadas

Un texto sobre SUPRAS (Disolventes Supramoleculares) de Diego García-Gómez (profesor de la Universidad de Salamanca) y Noelia Caballero-Casero (Universidad de Córdoba, en estancia postdoctoral en la Universidad de Amberes)

El espectacular desarrollo que se ha producido en las dos últimas décadas en el ámbito del diseño y síntesis de materiales funcionales ha impulsado las investigaciones sobre nuevos disolventes no tóxicos, con capacidad para mejorar la selectividad y el rendimiento de las extracciones y disminuir los costes de producción [1]. El autoensamblaje, un proceso mediante el que componentes aislados se organizan de forma autónoma y espontánea en estructuras ordenadas y/o funcionales, ha abierto nuevas vías en el campo de la nanotecnología (ej. the bottom ‐ Up approach) [2] y en la actualidad, constituye una de las estrategias con mayor potencial para la síntesis de materiales avanzados [3]. Sorprende, sin embargo, que apenas se ha explorado el uso del autoensamblaje para el desarrollo de disolventes funcionales de interés para los laboratorios de análisis y la industria química.

Los disolventes supramoleculares, conocidos por su acrónimo en inglés, SUPRAS, se definen como líquidos nanoestructurados generados a partir de una disolución acuosa o hidro‐orgánica de moléculas anfifílicas a través de procesos de autoensamblaje y coacervación [4]. En la figura 1 se muestra un esquema general para la síntesis de los SUPRAS. Se parte de una disolución de monómeros anfifílicos o una disolución coloidal de agregados de estos y se modifican las condiciones ambientales (ej. pH, T, adición de sales, adición de un disolvente en el que el compuesto anfifílico sea poco soluble, etc.), para disminuir la repulsión entre los grupos polares del compuesto anfifílico. Como consecuencia, se forman agregados de mayor tamaño que se asocian entre sí hasta que, debido a la diferencia de densidad con la disolución en la que se han generado, se separan en una nueva fase denominada coacervado o SUPRAS. La nueva fase líquida no es continua, las gotitas de coacervado permanecen como entidades independientes en la misma (figura 1).

Los SUPRAS presentan propiedades intrínsecas y operacionales excepcionales para su utilización en procesos de extracción. Entre ellas destacan: a) capacidad de solubilización simultánea de compuestos polares, apolares y anfifílicos; b) versatilidad en las estructuras y en los tipos de interacciones que proporcionan; c) elevado número de sustancias anfifílicas naturales y sintéticas comercialmente disponibles a bajo coste; d) procesos de síntesis de fácil implementación en cualquier laboratorio o industria; e) baja volatilidad e inflamabilidad, lo que permite desarrollar procesos de extracción menos contaminantes y más seguros y f) adaptabilidad a los formatos convencionales de extracción.

Todos los SUPRAS son, por su naturaleza intrínseca, sensibles a estímulos ambientales. Ello se debe a que las fuerzas que dirigen el proceso de autoensamblaje y coacervación son siempre no covalentes y por tanto reversibles. Los agregados, en los diferentes niveles, se forman mediante un balance de fuerzas de atracción entre las cadenas hidrocarbonadas y de repulsión entre los grupos polares. Si las condiciones ambientales eliminan la repulsión se favorece el crecimiento de los agregados y por tanto la coacervación. En el caso de que se favorezca la repulsión, el coacervado se destruye y se forman agregados de menor tamaño. Podemos, por tanto, manipular el tamaño de los agregados formados y existe el potencial para manipular las estructuras y propiedades de los SUPRAS para que cumplan funciones específicas (SUPRAS funcionales – figura 2).

Figura 2: SUPRAS funcionales

En conclusión, el autoensamblaje de compuestos anfifílicos posee un gran potencial para la síntesis de disolventes con características programadas para que cumplan funciones específicas. El desarrollo de la Química Supramolecular ha permitido profundizar en aspectos básicos del autoensamblaje pero prácticamente todos los estudios se han dirigido a la obtención de nanomateriales y apenas se ha prestado atención al desarrollo de disolventes. El aumento de la selectividad y eficacia de los disolventes en procesos extractivos no sólo es de interés en análisis químico sino también en procesos industriales. Es Interesante por tanto el desarrollo de nuevos disolventes funcionales, no tóxicos y de bajo coste en procesos de extracción. Nuestra experiencia [5-7] con los SUPRAS indica que el conocimiento de la composición y estructura de estos es esencial para predecir y aplicar sus propiedades. Determinar la composición es relativamente fácil y, además, en la mayoría de los SUPRAS, pueden derivarse ecuaciones que permiten predecir la misma. Sin embargo, la determinación de estructuras es muy complicada debido a la labilidad de los agregados que forman los SUPRAS y este hecho ralentiza su conocimiento y dificulta la predicción de propiedades.

Referencias

[1] Arvayo‐Enríquez, H., Mondaca‐Fernández, I., Gortárez‐Moroyoqui, P., López‐Cervantes, J., Rodríguez‐Ramírez, R., Anal. Methods, 5 (2013) 2916.

[2] Steed, J.W., Turner, D.R., Wallace K.J., Core Concepts in Supramolecular Chemistry and Nanochemistry, John Wiley & Sons: Chichester: U.K, 2007.

[3] Ariga, K., Kunitake, T., Supramolecular Chemistry, Fundamentals and Applications, Springer: Berlin, 2006.

[4] Ballesteros‐Gómez, A., Rubio, S., Pérez‐Bendito, D., J. Chromatogr. A, 1216 (2009) 530–539.

[5] Ballesteros‐Gómez, A., Rubio, S., Pérez‐Bendito, D., Anal. Chem., 81 (2009) 21, 9012–9020

[6] López‐Jiménez, F.J., Rosales‐Marcano, M., Rubio, S., J. Chromatogr. A, 1303 (2013) 1–8.

[7] Accioni, F., García-Gómez, D., Girela, E., Rubio,S., Talanta, 182 (2018) 574–582.