Empleo de la técnica de RMN de sólidos para la determinación estructural de polímeros impresos de huella molecular

Abstract

[Resumen:] En los últimos años ha surgido una notable preocupación, a la que cada vez se le da mayor importancia, por los efectos que causan en el medio ambiente los medicamentos que son consumidos o restos de medicamentos no utilizados. El motivo de esta preocupación es la presencia de determinadas sustancias que provienen de los medicamentos en las aguas naturales y en los seres vivos que las habitan. Debido a que los efectos de éstos compuestos se producen incluso a concentraciones a nivel de trazas, la detección y cuantificación de éstos contaminantes emergentes supone un problema. Para alcanzar unos niveles de detección adecuados es preciso el empleo de técnicas de pre-concentración, que permitan la posterior determinación y por ello en este trabajo se propone una alternativa basada en el uso de polímeros impresos de huella molecular para llevar a cabo estas operaciones. RESUMEN El interés existente a los polímeros impresos de huella molecular (MIPs) es debido a que es posible realizar una síntesis a medida y gracias a ello es posible dotar a éstos de la capacidad de adsorber específicamente una sustancia (analito) de interés, siendo por ello especialmente útiles en las etapas de pre-concentración y limpieza de muestra. La dificultad que se nos presenta es, que el desarrollo de un polímero de impresión molecular (MIP) ideal para un analito determinado, con propiedades específicas y selectivas hacia ese compuesto, es un proceso complejo. Esto es porque implica optimizar las condiciones de síntesis, la selección de un monómero y entrecruzador adecuados y establecer la estequiometría de reacción de ambos. Si este proceso se lleva a cabo mediante procedimientos de ensayo y error en el laboratorio, se emplea una gran cantidad de tiempo y trabajo. Por ello se están empezando a realizar avances en el desarrollo de métodos computacionales que ahorran tiempo y empleo de reactivos. Estas ténicas se basan en la mecánica cuántica y la química computacional y consiguen, en base a simulaciones dinámicas, combinaciones que permiten discriminar una gran cantidad de ensayos. Son capaces de estudiar el comportamiento cuántico de miles de moléculas a la vez y buscar las formulaciones más adecuadas para realizar la síntesis del material deseado, lo que permite el diseño de materiales con propiedades idóneas para la finalidad que se persigue. La enorme evolución de los métodos computacionales reduce parte del trabajo del laboratorio mediante los ensayos virtuales, mucho más rápidos y económicos. Estos finalmente, proponen unos pocos sistemas con los que trabajar de manera tradicional y así de forma empírica evaluar cúal es el que ofrece los mejores resultados. En este trabajo se realizarán una serie de experimentos de cálculo para optimizar la selección de compuestos de reacción y su estequiometria y se realizará un seguimiento del proceso hasta la etapa de polimerización que se caracterizará mediante ténicas de espectroscopía de resonancia magnética nuclear, empleando para ello la RMN HR-MAS (solid-state cross-polarization/magic angle spinning nuclear magnetic resonance spectroscopy). Con la obtención de los diferentes espectros de RMN se podrá identificar como son las interacciones entre los componentes de los polímeros de impresión molecular y validar en la práctica el cálculo computacional previamente realizado.

[Resumo:] Nos últimos anos houbo unha preocupación significativa, á que cada vez se lle da maior importancia, polos efectos que causan sobre o medio ambiente os medicamentos que son consumidos ou restos dos medicamentos non utilizados. A razón desta preocupación é a presenza de certas substancias que veñen dos medicamentos en augas naturais e as criaturas que as habitan. Xa que os efectos destes compostos poden ocorrer mesmo en concentracións en cantidades trazas, a detección e cuantificación destas contaminantes emerxentes é un problema. Para acadar niveis axeitados de detección requírese a utilización de técnicas de pre-concentración, permitindo a determinación posterior e, por conseguinte, neste traballo preséntase unha alternativa con base na utilización de polímeros de pegada molecular para efectuar estas operacións. RESUMO Como é posible facer unha síntese a medida dos polímeros impresos de pegada molecular (MIPs), é posible proporcionarlles a capacidade de adsorver especificamente a unha substancia (analito) de interese, sendo así útil nos pasos de limpeza e de pre-concentración da mostra. A dificultade é que o desenvolvemento dun polímero de pegada molecular (MIP) ideal para un analito particular con propiedades específicas e selectivas para as propiedades do composto, é un proceso complexo. Isto é porque implica a optimización das condicións de síntese, a selección dun axente de reticulación e monómero axeitado e establecer a estequiometría da reacción de ambos. Se este proceso realízase por medio de procedementos de intento e erro no laboratorio, usarase unha morea de tempo e traballo. Polo tanto, estanse empezando a facer avances no desenvolvemento de métodos computacionais que economizan tempo e uso de reactivos. Esta técnica baséase na mecánica cuántica e química computacional e consegue, a partir de simulacións dinámicas, combinacións que permiten a discriminación dun gran número de ensaios. Son capaces de estudar o comportamento cuántico de miles de moléculas dunha soa vez e atopar o máis adecuado para a síntese das formulacións dos materiais desexados, permitindo o desenvolvemento destes coas propiedades adecuadas para a finalidade pretendida. O enorme desenvolvemento de métodos computacionais reduce en gran medida o traballo de laboratorio mediante os moito máis rápidos e máis baratos ensaios virtuais. Estes, finalmente, propoñer algúns sistemas que funcionan de forma tradicional e, polo tanto, empiricamente avaliar cal deles ofrece os mellores resultados. Neste estudo, unha serie de experiencias de cálculo será executada para optimizar a selección de compostos de reacción e a súa estequiometria, e seguir o proceso realizado ata a fase de polimerización que caracterízase por ténicas de espectroscopia de resonancia magnética nuclear, empregando o HR-MAS RMN (Espectroscopia de resonancia magnética nuclear de estado sólido de polarización cruzada / rotación ao ángulo máxico). A través da obtención de varios espectros de RMN, poden ser identificadas as interaccións entre os compoñentes de polímeros de pegada molecular e validar na práctica o cálculo computacional feito.

[Abstract:] In recent years, there has been a notable concern, which is increasingly given importance, due to the effects on the environment of medicines that are consumed or remains of unused medicines. The reason for this concern is the presence of certain substances that come from the medicines in the natural waters and in the living beings that inhabit them. Because the effects of these compounds occur even at trace level concentrations, the detection and quantification of these emerging pollutants is a problem. In order to achieve adequate levels of detection, it is necessary to use pre-concentration techniques, which allow the subsequent determination and therefore in this work, an alternative based on the use of molecularly imprinted polymers is proposed to carry out these operations. ABSTRACT The interest in molecular imprinted polymers (MIPs) is due to the fact that it is possible to carry out a customized synthesis and, as a result, it is possible to give them the ability to specifically adsorb a substance (analyte) of interest, especially useful in the pre-concentration and sample clean-up steps. The difficulty presented to us is that the development of an ideal molecular imprinted polymer (MIP) for a given analyte with specific and selective properties towards that compound is a complex process. This is because it involves optimizing the synthesis conditions, selecting a suitable monomer and crosslinker and establishing the reaction stoichiometry of both. If this process is carried out by trial and error procedures in the laboratory, a great deal of time and labor is employed. Therefore, advances are being made in the development of computational methods that save time and use of reagents. These techniques are based on quantum mechanics and computational chemistry and achieve, based on dynamic simulations, combinations that allow discriminating a large number of tests. They are able to study the quantum behavior of thousands of molecules at a time and look for the most appropriate formulations to perform the synthesis of the desired material, which allows the design of materials with properties suitable for the purpose being pursued. The enormous evolution of computational methods reduces part of the work of the laboratory through virtual tests, faster and cheaper. These finally propose a few systems with which to work in a traditional way and thus empirically evaluate which one offers the best result. In this work, a series of calculation experiments will be carried out to optimize the selection of reaction compounds and their stoichiometry and the process will be monitored until the polymerization stage, which will be characterized by techniques of nuclear magnetic resonance spectroscopy, using HR-MAS NMR (solid-state cross-polarization / magic angle spinning nuclear magnetic resonance spectroscopy). With the obtaining of the different NMR spectra, it will be possible to identify the interactions between the components of the molecular imprintedpolymers and validate in practice the computation analysis previously performed.