CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención versa sobre el uso de un compuesto cromogénico denominado compuesto 1 para la detección colorimétrica de anión cianuro (CN ) tanto en su forma gaseosa, a partir del compuesto cianuro de hidrógeno (HCN), como en disolución.

ESTADO DE LA TÉCNICA

El anión cianuro (CN ) está considerado un compuesto extremadamente peligroso tanto en sistemas fisiológicos como en el medio ambiente. Su toxicidad en sistemas fisiológicos es debida a que se enlaza al centro activo de la enzima citocromo-oxidasa, con la consiguiente inhibición de la cadena de transporte de electrones en las mitocondrias [Yu-Chu Yang J. A. B., et al. Chem. Rev. 1992, 92, p.1792]. La intoxicación puede producirse tanto por ingestión como a través de la piel. Las sales que contienen cianuro son compuestos químicos comunes originados no sólo de desechos industriales, sino también de fuentes biológicas y pueden aparecer como contaminantes en agua. El cianuro, además, se utiliza en muchos procesos químicos en industrias tales como la petroquímica, la minería de oro, la galvanoplastia, la fotográfica, la manufacturación del hierro, las fibras sintéticas, los herbicidas y la joyería, entre otras. Los desechos de estos procesos son en parte responsables de la contaminación por cianuro.

La forma gaseosa del anión cianuro, es decir, el cianuro de hidrógeno (HCN), es a su vez una molécula muy peligrosa y está incluida en la categoría de gases de guerra, dentro del grupo de agentes sanguíneos (AC). El cianuro de hidrógeno fue usado en la segunda guerra mundial como arma de destrucción masiva (bajo el nombre de Zyklon B), y la facilidad de su preparación lo hace potencialmente peligroso ya que puede ser usado en ataques terroristas. El hecho de que, tanto el anión cianuro en disolución, como el cianuro de hidrógeno en estado gaseoso, sean moléculas además de contaminantes, tóxicas para la salud, hace necesario el desarrollo de métodos eficaces para la detección de las mismas.

Existen, en el estado de la técnica, numerosos métodos para la detección de cianuro en muestras líquidas. Entre dichos métodos de detección destacan los sensores

i electroquímicos [Shan D., et al., Anal. Chem. 2004, 76, p.178; Lindsay A. E., et al., Anal. Chim. Acta 2006, 558, p.158], los polímeros [Shiraishi Y., et al. ACS Appl. Mater. Interfaces,

2011 , 3, p.4649; Vallejos S., Chem. Commun. 2010, 46, p.7951], las nanopartículas de oro [Kim H. J., et al., Chem. Commun. 2011 , 47, p.28865], CdSe quantum dots [Jin W. J., et al., Chem. Commun. 2005, p.883; Touceda-Varela A., et al., Chem. Commun. 2008, p.1998], complejos de coordinación [Kim Y.-H., et al., Chem. Commun., 2002, p.512; Liu H., et al., Tetrahedron 2005, 61 , p. 8095; Chow C.F., et al., Inorg. Chem. 2004, 43, p. 8387; Zelder F.H.,et al., Inorg. Chem. 2008, 47, p. 1264; Zeng Q., et al., Chem. Commun. 2008, p. 10947], y los quimiosensores fluorogénicos y cromogénicos [Xu Z., et al., Chem. Soc. Rev. 2010, 39, p. 127; Isaad J. et al., Tetrahedron, 2011 , 67, p. 4939; Lin Y.D., et al., Tetrahedron,

2012, 68, p. 2523; Guliyev R., et al., Org. Lett. 2012, 14, p. 1528; Dong M. et al., Org. Lett. 2012, 14, p. 130; Sumiya S., et al., Tetrahedron, 2012, 68, p. 690]. Los sensores colorimétricos son especialmente interesantes debido a su rapidez, bajo coste y a la posibilidad de efectuar la detección a simple vista evitando el uso de equipamiento costoso o de difícil portabilidad.

El uso y diseño de sensores colorimétricos para la detección de cianuro en medios líquidos se ha visto favorecido por la alta reactividad que presenta dicho anión hacia los átomos de carbono electrófilos [García F., et al., Chem. Commun. 2005, p. 2790; Zhang X., et al., Sens. Actuators, B, 2008, 129, p. 15211]. La electrofilia de los compuestos de la familia de los tri- aril-carbocationes puede ser regulada mediante la modificación de los grupos funcionales de los anillos aromáticos y así, una elección específica de dichos grupos funcionales, puede conducir a que el átomo carbocatiónico presente la electrofilia adecuada para el anión cianuro [Afkhami A., et al., Sens. Actuators, B, 2007, 122, p. 437; Kaur P., et al., Inorg. Chem. Commun. 2009, 12, p. 272]. En el estado de la técnica existen quimio-dosímetros o quimio-sensores del anión cianuro en disolución que utilizan dicha estrategia, empleando para ello una molécula comercial como por ejemplo, cristal violeta o metil violeta. Sin embargo muchos de dichos quimio-dosímetros no muestran selectividad a la detección del anión cianuro en presencia de otros aniones contaminantes, como por ejemplo, en presencia del anión bisulfuro (HS ), que es uno de los interferentes más importantes para la detección de CN ^" mediante dicha técnica.

Por otro lado, apenas existen en el estado de la técnica métodos o sensores colorimétricos específicos, que presenten selectividad y sensibilidad para la detección del anión cianuro procedente de HCN en estado gaseoso [Feng L, et al., Anal. Chem. 2010, 82, p. 9433; Yang M., et al., Sens. Actuators, B, 2011 , 155, p. 6929]. Los métodos y sistemas utilizados en el estado de la técnica para la detección de HCN en fase gaseosa llevan a cabo dicha detección a través de una vía indirecta, haciendo uso de un indicador de pH que detecta el HCI generado por la reacción del HCN con HgCI ₂ [ Petrusevski, V. M. et al. The Chemical Education Journal (CEJ), Vol. 9, No. 1 (Serial No. 16), 2006]. Además, los compuestos cromogénicos o quimio-sensores utilizados para la detección del anión cianuro en disolución no pueden utilizarse para la detección del anión cianuro procedente del HCN en estado gaseoso, ya que dichos compuestos, al depositarlos sobre un soporte adecuado para la detección de la fase gaseosa de dicho anión, se descompondrían y perderían su coloración, no sirviendo por lo tanto para la detección cromogénica de CN ^" procedente del HCN en fase gaseosa.

Para solventar los problemas de selectividad existentes en el estado de la técnica respecto a los métodos de detección colorimétrica del anión cianuro en disolución en el estado de la técnica, así como para proveer un nuevo método colorimétrico para la detección del anión cianuro procedente del HCN en estado gaseoso, la presente invención describe el uso de un compuesto cromogénico, denominado a lo largo de la presente invención indistintamente, compuesto 1 o compuesto cromogénico 1, capaz de detectar con una gran selectividad y especificidad tanto el anión cianuro procedente del HCN en estado gaseoso, como el anión cianuro en disolución. El compuesto 1 es conocido en el estado de la técnica [Gotor, R. et al, Chemistry European Journal, 2011 , 43, p. 1 1994], pero no su uso para la detección de cianuro, ni en disolución, ni en su forma gaseosa. Por lo tanto, la presente invención divulga el uso de dicho compuesto 1 en la monitorización de muestras de agua para consumo humano y/o animal, así como desechos industriales, mostrando una alta especificidad de reconocimiento del anión cianuro en disolución y del anión cianuro en forma de gas, estando además los límites de detección alcanzados mediante el uso de dicho compuesto 1 , muy por debajo de los valores que se consideran peligrosos para el ser humano.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Breve descripción de la invención

Una forma de realización de la presente invención describe el uso del compuesto cromogénico 1 para la detección colorimétrica del anión cianuro, bien en su estado gaseoso, a partir de la detección de HCN gaseoso, bien en disolución. Para la detección del CN ^" procedente del HCN en forma de gas, es necesario que el compuesto 1 esté depositado sobre una base sólida, preferentemente de naturaleza básica. Los sistemas de soporte básicos son necesarios para: a) desprotonar el cianuro de hidrógeno al anión cianuro y b) evitar la formación de la forma dipolar o zwitterionica (forma eléctricamente neutra pero que tiene cargas positivas y negativas sobre átomos diferentes) no reactiva del compuesto 1.

Compuesto cromogénico 1

Otro de los objetos descritos en la presente invención se refiere a un dispositivo de detección colorimétrica del anión cianuro, bien procedente del HCN en forma gaseosa, bien en disolución, que comprende el compuesto cromogénico 1, estando dicho compuesto depositado sobre un soporte sólido, preferentemente de naturaleza básica, cuando se detecta específicamente el anión CN ^" procedente del HCN en forma gaseosa.

Otro de los objetos descritos en la presente invención hace referencia a un método de detección del anión cianuro, bien en forma gaseosa, bien en disolución mediante el dispositivo descrito en la presente invención para dicho fin.

A efectos de la presente invención, el término "dispositivo" o "dispositivo de detección colorimétrica" utilizados indistintamente a lo largo del presente documento se refiere a cualquier, dispositivo electrónico, kit, reactivo, tampón, medio de ensayo, tira reactiva, soporte o similar capaz de albergar o comprender el compuesto descrito en la presente invención. Descripción de las figuras.

Figura 1. Espectro UV del compuesto 1 libre (línea continua) a una concentración de 1x10 ^"5 M disuelto en H ₂ 0:MeCN (99:1) y a un pH:10.6, y en presencia de 1000 equivalentes de CN ^" (línea punteada). Las flechas indican la Amáx a la que absorbe el compuesto cromogénico 1 , libre y en presencia de CN ^" . En el eje de abscisas se representa la longitud de onda (λ) expresada en nm. En el eje de ordenadas se representa la absorbancia expresada en unidades arbitrarias (u.a.).

Figura 2. Gráfica de la cinética del compuesto 1 en presencia de 1000 equivalentes de KCN a diferentes pHs. En el eje de abscisas se muestran los distintos valores de pH analizados. En el eje de ordenadas se muestra la velocidad de extinción del pico de absorbancia a una λ= 563 nm.

Figura 3. Gráfica de la cinética del compuesto 1 en presencia de 1000 equivalentes de KCN a diversas temperaturas. En el eje de abscisas se muestran los distintos valores de temperatura analizados. En el eje de ordenadas se muestra la velocidad de extinción del pico de absorbancia a una λ= 563 nm.

Figura 4. Gráfica de la transmitancia relativa ((A ₀ -A)/A ₀ )x100, expresada en forma de porcentaje, de diferentes muestras del compuesto 1 , sólo (blanco) o en presencia de los diferentes aniones indicados. La temperatura a la que ha tenido lugar dicha reacción es de 20°C. En la parte inferior de la figura se observan los cambios de color (escala de grises en las figuras en blanco y negro) de diferentes disoluciones del compuesto cromogénico 1 (2 mi volumen 99:1 agua.acetonitrilo 10 ^"5 M tamponado a pH 10.6 con Borax/HCI), tras la adición de 1000 equivalentes de los aniones interferentes indicados. Los aniones interferentes utilizados, de izquierda a derecha son: blanco (compuesto 1), compuesto 1+F ^" , compuesto 1 +CI ^" , compuesto 1 +Bf, compuesto 1+CN ^" , compuesto 1 +HS ^" , compuesto 1 +SCN , compuesto 1 +AcO ^" , y compuesto 1+HP0 ^2" . Los aniones fueron añadidos en alícuotas de 20 μΐ de disoluciones acuosas 1 M, como sales de sodio: F ^" , CI ^" , HS ^" , HP0 ^2" y AcO ^" y como sales de potasio el resto de aniones: CN ^" , SCN y HP0 ₄ ^2" .

Figura 5. Gráfica de la cinética de absorción a 563 nm del compuesto 1 en agua:acetonitrilo (99:1) en presencia de 1000 equivalentes de KCN (línea continua) o de 1000 equivalentes de NaSH (línea punteada). En el eje de abscisas se representa el tiempo expresado en horas. En el eje de ordenadas se representa la absorbancia a 563 nm expresada en unidades arbitrarias (a.u.).

Figura 6. En la fotografía superior se muestra el cambio de color (escala de grises en las figuras en blanco y negro) del compuesto 3 o metil violeta (2ml 10 ^"5 M agua:acetonitrilo 99:1 pH 10.6 con Borax/HCI), tras la adición de 1000 equivalentes de diferentes aniones. De izquierda a derecha los aniones interferentes utilizados son: control (Compuesto 3), Compuesto 3+F ^" , Compuesto 3+CI ^" , Compuesto 3+Br ^' , Compuesto 3+CN ^" ' Compuesto 3+SH ^" , Compuesto 3+SCN ^" , Compuesto 3+ HP0 ^2" , Compuesto 3+ OAc ^" , Compuesto 3+OH ^" . Los aniones fueron añadidos en alícuotas de 20 ml_ de disoluciones 1 M. Los aniones F ^" , CI ^" , SH ^" , HP0 ^2" , AcO ^" y OH ^" fueron añadidos como sales de sodio y el resto como sales de potasio. En la fotografía inferior se muestran el compuesto 3 junto con los diferentes aniones interferentes mencionados arriba tras la exposición a la luz UV _{25 nm} durante 2 minutos.

Figura 7. Tiras reactivas para la detección de anión cianuro, a partir del compuesto HCN gaseoso. Cada una de las tiras está compuesta por diferentes concentraciones de compuesto 1 adsorbidas sobre una lámina de sílice aminada. Las concentraciones del compuesto 1 de arriba abajo son: 5-10 ^"3 , 5-10 ^"4 , 5-10 ^"5 y 5 10 ^"6 nmol.

Figura 8. Análisis de las diferencias de color (escala de grises en las figuras en blanco y negro) observadas en diferentes muestras del compuesto 1 a diferentes concentraciones (25, 2.5 y 0.25 μηηοΙ/cm ² ) y en presencia de diferentes aniones interferentes: HCN, H ₂ S, CO, HCI y NH ₃ .

Figura 9. Modificación de la componente azul de los colores (escala de grises en las figuras en blanco y negro) del compuesto 1 en presencia de un exceso de los aniones interferentes: HCN, H ₂ S, CO, HCI y NH ₃ .

Descripción detallada de la invención Uno de los objetos de la presente invención hace referencia al uso del compuesto 1 para la detección colorimétrica del anión cianuro (CN ).

Compuesto 1.

En una realización preferida del uso del compuesto 1 según se describe en la presente invención, se caracteriza por que el anión cianuro puede ser detectado tanto en su estado gaseoso, a partir del compuesto HCN en forma de gas, como en disolución.

En otra realización preferida del uso del compuesto 1 para la detección del anión cianuro procedente del HCN en estado gaseoso (HCN), dicho compuesto 1 está depositado sobre un soporte sólido, preferentemente de naturaleza básica y seleccionándose dicho soporte sólido entre cualquiera de los siguientes: Hydromed/Cs ₂ C0 ₃ , óxido de polietileno/Cs ₂ C0 ₃ , Si0 ₂ tratada con K ₂ C0 ₃ y sílice aminada, siendo preferido como soporte sólido la sílice aminada.

Otro de los objetos descritos en la presente invención se refiere, como hemos dicho previamente, al uso del compuesto 1 para la detección colorimétrica de cianuro (CN ) en disolución. En una realización preferida del uso del compuesto 1 para la detección colorimétrica de anión cianuro (CN ) en disolución, dicha disolución se lleva a cabo en cualquiera de los disolventes seleccionados de entre: agua, etanol, DMSO o CH ₃ CN, siendo preferido como disolvente el agua.

Además del uso del compuesto 1 para la detección colorimétrica del anión cianuro en disolución, la presente invención describe el uso de los compuesto 2 y 3 descritos aquí, también para la detección colorimétrica de dicho anión en disolución. i_

Compuesto 3

Los compuestos cromogénicos 1 , 2 y 3, descritos en la presente invención, presentan un sistema π-electrónico denominado "push-pull" que absorbe luz visible y genera especies fuertemente coloreadas. En presencia de cianuro, se produce una adición nucleofílica al átomo central de dichos compuestos 1 , 2 y 3, que lo convierte en un carbono con hibridación sp ³ , lo que provoca una interrupción de la conjugación. Este cambio provoca una ruptura del sistema "push-pull" lo que extingue su absorción en el visible con la consiguiente desaparición del color, dando lugar, preferentemente, según se describe en la presente invención, a los compuestos 4, 5 y 6, que carecen de coloración (Esquema 1 ).

Compuesto 1 R=NMe ₂ , X=0 Compuesto 4 R=NMe ₂ , X=0

Compuesto 2 R=H, X=0 Compuesto 5 R=H, X=0

Compuesto 3 R=NMe ₂ , X= NMe Compuesto 6 R=NMe ₂ , X=NMe

Esquema 1. Esquema de la reacción que ocurre para la detección del anión cianuro. Los compuestos quimiosensores cromogénicos 1 , 2 o 3 sufren un ataque nucleofílico por parte del cianuro que elimina la conjugación entre los anillos aromáticos, lo que provoca la extinción del color inicial.

Otro de los objetos descritos en la presente invención se refiere a un dispositivo de detección colorimétrica del anión cianuro que comprende el compuesto 1 descrito en la presente invención.

En una realización preferida, el dispositivo descrito en la presente invención es capaz de detectar el anión cianuro tanto en estado gaseoso, a partir del compuesto HCN, como en disolución.

En otra realización preferida, el dispositivo de la invención, cuando se utiliza para la detección colorimétrica de anión cianuro en estado gaseoso (HCN) se caracteriza por que dicho compuesto 1 está depositado sobre un soporte sólido, preferentemente de naturaleza básica y seleccionándose dicho soporte sólido de entre cualquiera de los siguientes: Hydromed/Cs ₂ CC>3, óxido de polietileno/Cs ₂ C0 ₃ , Si0 ₂ tratada con K ₂ C0 ₃ y sílice aminada, siendo preferido el soporte sólido de sílice animada. En otra realización preferida, el dispositivo de la invención, cuando se utiliza para la detección colorimétrica de anión cianuro en disolución se caracteriza por que el compuesto 1 se disuelve en cualquiera de los disolventes seleccionados de entre: agua, etanol, DMSO o CH ₃ CN, siendo preferido como disolvente el agua. Otro objeto descrito en la presente invención hace referencia a un dispositivo para la detección del anión cianuro en disolución que comprende el compuesto 2 o el compuesto 3. En una realización preferida, dicho dispositivo se caracteriza por que los compuestos 2 o 3 se disuelven en cualquiera de los disolventes seleccionados de entre: agua, etanol, DMSO o CH ₃ CN, siendo preferido como disolvente el agua.

Otro de los objetos descritos en la presente invención hace referencia a un método de detección colorimétrica del anión cianuro mediante el uso del compuesto 1 o del dispositivo que lo comprende y que se utiliza para dicho fin, según se describe en la presente invención.

En una realización preferida el método de detección colorimétrica del anión cianuro se caracteriza por que detecta dicho anión cianuro tanto en su forma gaseosa, a partir del compuesto HCN gaseoso, como en disolución. En una realización preferida, el método de detección colorimétrica del anión CN ^" en disolución se caracteriza por que el pH óptimo para la detección colorimétrica de CN ^" varía entre 8.5 a 10.6, siendo preferido el valor de pH de 10.6.

En otra realización preferida, el método de detección colorimétrica del anión CN ^" en disolución se caracteriza por que la temperatura óptima para la detección colorimétrica de CN ^" varía entre 10-60°C, siendo preferida una temperatura de 20°C.

Con la finalidad de poder reutilizar los compuestos 1 , 2 y 3 para la detección de CN ^' repetidas veces, se desarrolló un método simple y rápido de regeneración de los mismos. Dicho método está basado en la disociación foto-iónica bajo luz ultravioleta que experimentan los compuestos como el compuesto 4. El mecanismo más común de dicha reacción fotoquímica implica la ruptura heterolítica del enlace C-C (cianuro-sensor) (Esquema 2).

Esquema 2. Reacción reversible del compuesto 1 y cianuro en presencia de luz UV ₂₅ 4nm-

Por lo tanto, en otra realización preferida, el método de detección colorimétrica del anión cianuro se caracteriza por que el compuesto 1 , así como los compuestos 2 y 3 o el dispositivo que comprende tanto al compuesto 1 , como a los compuestos 2 y 3, cada uno por separado, pueden ser regenerados mediante la irradiación de los mismos con luz UV.

Los ejemplos que se describen a continuación tienen como objetivo ilustrar la presente invención, pero sin limitar el alcance de la misma.

Ejemplo 1. Síntesis de los compuestos cromogénicos 1 y 2.

El procedimiento de síntesis del compuesto cromogénico 1 descrito en la presente invención se realizó mediante litiación del compuesto 4-bromofenol en presencia de 2 equivalentes de butil-litio, seguido de adición de la cetona de Michier. La extracción en medio ácido provoca la deshidratación del carbinol in situ y rinde directamente el compuesto cromogénico 1 (Esquema 3).

Compuesto 1

Esquema 3. Síntesis del compuesto cromogénico 1

Mediante el procedimiento de síntesis del compuesto 1 descrito en la presente invención, también se pueden sintetizar otros compuestos capaces de detectar el anión CN ^" en disolución. Entre estos compuestos que se pueden sintetizar mediante dicho procedimiento está el compuesto cromogénico 2 descrito en la presente invención. La síntesis de dicho compuesto 2 se realizó también mediante litiación del compuesto 4-bromofenol en presencia de 2 equivalentes de butil-litio, seguido de adición de 4-dimetilaminobenzofenona. De la misma manera que para la síntesis del compuesto 1 , la extracción de dicho compuesto 2 en medio ácido provoca la deshidratacíón del carbinol in situ y rinde directamente el compuesto cromogénico 2 (Esquema 4).

Compuesto 2 Esquema 4. Síntesis del compuesto cromogénico 2. Ejemplo 2. Detección de anión cianuro (CN ) en disolución.

Para detectar el anión cianuro en disolución, se partió de una disolución de 10 ^"5 M del compuesto 1 en acetonitrilo. Dicha disolución muestra una banda de absorción en el UV centrada a una A _máx = 507 nm (ε = 29800 mol ^"1 cm ^"1 ). Al añadir a dicha disolución 20 μΐ_ de una disolución 1 M de cianuro potásico (KCN) en agua, esa banda principal desaparece y el espectro UV-Vis muestra un máximo de absorción a una A _máx = 272 nm (ε=34800 mol ^"1 cm ^"1 ) (Figura 1). Con el fin de clarificar el mecanismo de reacción y demostrar que el cianuro se adicionaba al carbono electrófilo, se preparó el compuesto 4 de forma alternativa por reacción del compuesto 1 con KCN a 80°C en acetonitrilo. El compuesto aislado fue identificado de forma inequívoca como el compuesto 4 mediante diferentes técnicas: espectroscopia infrarroja (IR), resonancia magnética nuclear (NMR) y espectrometría de masas de alta resolución (HRMS). Así, el espectro obtenido mediante la técnica de espectroscopia infrarroja mostró una banda de absorción a 2239 cm ^"1 característica del grupo nitrilo mientras que el espectro de ¹ H-NMR mostró las señales esperadas para los grupos metilo y para los grupos aromáticos, con constantes de acoplamiento para los dobletes aromáticos (J = 8.7 Hz) que descartan un posible ataque al carbono carbonílico. En el espectro de ¹³ C-NMR, el átomo de carbono central experimenta un apantallamiento (Δδ « 15 ppm) atribuible al nitrilo adyacente. De la misma manera, la estructura del compuesto 4 es compatible con los datos obtenidos mediante la técnica HRMS, por lo que queda claramente demostrado que el compuesto obtenido de la reacción del compuesto 1 con KCN en acetonitrilo, es el compuesto 4. A continuación se procedió a la detección del anión CN ^" en diferentes disolventes mediante el uso del compuesto 1 , para así obtener las condiciones óptimas para la detección de dicho anión. Los disolventes utilizados fueron: H ₂ 0, EtOH, DMSO, CH ₃ CN THF, CHCI ₃ , CH ₂ CI ₂ , Et ₂ 0 y tolueno. El compuesto 1 presentó capacidad sensora, es decir, detectó claramente la presencia del anión CN ^" , en H ₂ 0, EtOH, DMSO y CH ₃ CN. Por el contrario, en THF, CHCI ₃ , CH ₂ CI ₂ , Et ₂ 0 o tolueno, apenas se observaron cambios de color o la velocidad de detección fue muy lenta.

Como consecuencia de los buenos resultados obtenidos utilizando como disolvente agua se procedió a desarrollar los estudios de detección del anión CN ^" en dicho medio. Para ello se partió de disoluciones básicas del compuesto 1 en agua. Dichas disoluciones muestran un máximo de absorción a una A _máx = 563 nm (ε = 36600 M ^"1 cm ^"1 ) que desaparece al añadir KCN, al tiempo que aparece un nuevo máximo de absorción a una A _máx = 227 nm (ε = 51800 M ^"1 cm ^"1 ) (Figura 1 ). Del mismo modo, los compuestos 2 y 3 fueron disueltos en medio acuoso básico y los máximos de absorción que muestran son a una A _m áx = 583 nm (ε = 85500 M ^"1 cm ^"1 ) y a una A _máx = 581 nm (ε = 65910 M ^"1 cm ^"1 ), respectivamente; en ambos casos esa banda desaparece en presencia de cianuro. Por lo tanto, dado que el compuesto 1 puede disolverse en agua, este hecho permite que el compuesto 1 pueda utilizarse para la detección del anión CN ^" en muestras de agua y detectar así si las mismas están o no contaminadas con la presencia del anión CN ^" , permitiendo o no su uso para el consumo humano. De la misma manera, los compuestos 2 y 3 descritos en la presente invención, también pueden ser utilizados para la detección del anión CN ^" en muestras de agua.

Para la obtención del pH óptimo necesario en la detección de anión CN ^" , se llevaron a cabo diferentes estudios cinéticos en función del pH. Para ello, se prepararon disoluciones 10 ^"5 M del compuesto 1 en agua:acetonitrilo (99:1 ) tamponadas a pH 8.4, 9.5, 10.6 y 1 1.2 mediante disoluciones tampón de Borax/HCI a una temperatura de 20°C. Alícuotas de 2 mi de cada disolución fueron tratadas con 20 μΐ_ de una disolución acuosa 1 M de KCN. A continuación, se midió la velocidad de extinción del pico de absorbancia a la A de 563 nm (Figura 2). Todas las curvas obtenidas cuadraron con cinéticas de primer orden. Al representar ln[(A ₀ - A)/A ₀ ] (siendo A ₀ la absorbancia inicial de la disolución y A la absorbancia a diferentes tiempos tras la adición del anión) frente al tiempo, la pendiente de las funciones ajustadas nos proporcionó las constantes de velocidad (k _r ). Al representar esas constantes frente al pH (Figura 2), se observó el aumento en dichas constantes de velocidad kr en el intervalo de pH 8.5 a 10.6, donde k _r es máxima (/Τφ _Η s ^"1 ). Estos datos son consistentes con el valor del logaritmo negativo de la constante de basicidad (pK _b ) para el cianuro (4.69): a pH 9.5 el 61 % de cianuro está presente en la disolución mientras que a pH 10.6, casi el 95% está disociado. Si se aumenta aun más el pH, la velocidad de reacción decae debido a la pérdida del carácter electrofílico del sensor. A pH 10.6, el compuesto 1 tiene un tiempo de vida media h a 20°C en presencia de cianuro.

Para disminuir los tiempos de detección del anión cianuro en disolución, se realizaron experimentos cinéticos a diferentes temperaturas (Figura 3). Siguiendo un procedimiento similar al seguido para el análisis del pH óptimo, pero en condiciones termostatizadas, se determinaron las constantes de velocidad a diferentes temperaturas. Además, las gráficas de Arrehnius (ln(/c _r ) vs T ¹ ) de estos datos nos permitieron obtener la energía de activación del proceso E _a = 23.029 kJmol ^" . De los resultados obtenidos y mostrados en la Figura 3 se pone de manifiesto que la temperatura óptima para la detección del cianuro es de 20°C.

Una vez obtenidas las condiciones de pH y temperatura óptimas para la detección del anión CN ^" en disolución, preferentemente en agua, se procedió a testar el sistema frente a potenciales aniones interferentes. Para ello, se añadieron 1000 equivalentes de los aniones F, Cl ^" , Br ^" , CN ^" , HS ^" , SCN ^" , AcO ^" y HP0 ₄ ^2" a alícuotas de 2 mi de una disolución 10 ^"5 M del compuesto 1 en agua:acetonitrilo (99:1) (pH 10.6 Borax/HCI), a una temperatura de 20°C. En cada muestra se midió la intensidad de la absorción a λ=563 nm. Mientras que el cianuro elimina el 97% del color, diversos aniones (F, Cl ^" , Br ^" , AcO ^" , HP0 ^2" ) mostraron una respuesta mínima (por debajo del 4%) y los aniones interferentes más comunes, que son el HS ^" y el SCN ^" , sólo disminuyeron el color en un 27% el anión HS ^" y en un 6% el anión SCN ^" , incluso tras 24 h de reacción (Figura 4). Para evitar la aparición de falsos positivos debidos al anión HS ^" , se procedió a realizar una comparación cinética entre dos muestras del compuesto 1 a las que se añadieron: a) 1000 equivalentes del anión CN ^" , y b) 1000 equivalentes del anión HS ^" . La constante de velocidad del compuesto 1 en presencia del anión HS ^" (k _{{ HS} ^~ = 5.67x10 ^"6 s ^" ) resultó lo suficientemente inferior a la constante de velocidad del compuesto 1 en presencia del anión CN ^" (k _{CN ^' lk _{HS ^' =17.9) como para discriminar interferencias debidas al HS ^" (Figura 5).

La presente invención, describe por tanto el primer quimiodosímetro de cianuro capaz de producir una señal selectiva, incluso en presencia de aniones sulfhidrilo. En paralelo a los experimentos mostrados con el compuesto 1 , se realizaron los mismos ensayos, pero utilizando los compuestos cromogénicos de fórmulas 2 y 3 en presencia de 1000 equivalentes de los aniones interferentes: F, Cl ^" , Br ^" , CN ^" , HS ^" , SCN ^" , AcO ^" y HP0 ^2" . Los resultados obtenidos ponen de manifiesto que la adición de aniones cianuro e hidrogenosulfuro eliminan el color de inmediato, mientras que en presencia del resto de aniones no se producen cambios de color. La espectrometría de baja resolución de las muestras confirmó que los aniones cianuro e hidrogenosulfuro se habían adicionado a los compuestos 2 y 3. La mayor velocidad en la detección de cianuro que mostraron estos compuestos cromogénicos 2 y 3 en comparación con el compuesto 1 , les confiere ventaja desde el punto de vista de la sensibilidad, pero los compuestos 2 y 3 son tan reactivos que el propio anión hidrogenosulfuro se convierte en un interferente potencial, restando especificidad al método de detección.

Ejemplo 3. Límites de detección (LOD) del anión CN ^" mediante el uso del compuesto 1.

Para averiguar los límites de detección del anión CN ^" en disolución, específicamente en disolución acuosa, mediante el compuesto cromogénico 1 descrito en la presente invención, se testó la capacidad de detección del mismo a una concentración de CN ^" muy baja, específicamente a un nivel de pocas partes por millón (ppm). Para ello, se añadieron diversas concentraciones de KCN a disoluciones 10 ^"5 M en agua:acetonitrilo 99:1 (pH 10.6 Borax/HCI) del compuesto 1 y se midió la extinción de la absorbancia a λ=563 nm. Los limites de detección se establecieron de acuerdo con la fórmula S > p _b | _ank - 3σ [Zhu M., et al., Org. Lett., 2008, 10, p. 1481]. Los resultados obtenidos ponen de manifiesto que el compuesto quimiosensor 1 dio lugar a una señal colorimétrica después de la adición de 0.65 ppm de KCN tras 10 min. Si dicha mezcla de reacción se mantiene durante 60 minutos, se pueden alcanzar un LOD de 165 partes por billón (ppb). Ambos valores de detección de CN ^" obtenidos mediante el uso del compuesto 1 , están por debajo de los indicados por la EPA (Environmental Protection Agency, en sus siglas en inglés) para el agua potable, que es de 0.8 ppm [EPA safe drinking agua http://agua.epa.gov/drink/contaminants].

Los límites de detección de CN ^" en disolución acuosa mediante el uso de los compuestos 2 y 3, siguiendo el mismo protocolo que para el compuesto 1 , resultaron ser de 300 y 400 ppb respectivamente, con una respuesta inmediata pero con unos límites de detección muy superiores a los límites de detección obtenidos mediante el uso compuesto 1.

Ejemplo 4. Regeneración del compuesto 1. Muestras del compuesto 1 fueron preparadas, tratadas con cianuro potásico y, tras la completa decoloración, se colocaron bajo la irradiación de una lámpara UV de 50 vatios a 254 nm. Bajo estas condiciones dichas muestras recuperan el color tras 2 minutos de irradiación. El espectro UV-vis de la muestra regenerada pone de manifiesto una recuperación completa de la intensidad de absorbancia, lo que confirma el éxito del proceso de regeneración. Como el cianuro permanece en la disolución, la reacción revierte a la especie leuco-cianuro y la muestra se decolora de nuevo lentamente. Para evitar este problema, el cianuro debe ser eliminado de la disolución por ejemplo pasando la disolución a través de una columna empaquetada con arena y hierro (Fe) [Ghosh R.S., et al., Agua Environ. Res. 1999, 71 , p. 1217].

Un comportamiento similar se observa cuando se utilizan los compuestos 2 y 3 para la detección del anión cianuro. Además, dicho método puede ser usado para discriminar entre la detección del anión cianuro y la detección del anión hidrogenosulfuro, ya que mientras que la decoloración en presencia de cianuro se hace reversible al irradiar con luz UV a 254 nm, el leuco-hidrogenosulfuro no recupera el color al irradiar con dicha luz UV [Tachikawa T., et al., J. Photopoly. Sci. Tec. 2003, 16, p. 187] (Figura 6).

En consecuencia, los compuestos cromogénicos 2 y 3 han demostrado ser adecuados para la detección rápida y selectiva de CN ^" o SH ^" en disolución, mientras que el compuesto 1 es capaz de detectar la presencia de aniones CN ^" en disolución de modo cuantitativo y más selectivo que los compuestos 2 y 3.

Ejemplo 5. Detección del anión cianuro (CN ) cianuro de hidrógeno procedente del HCN en estado gaseoso mediante el uso del compuesto 1.

Para estudiar la capacidad del compuesto 1 para reconocer el anión cianuro procedente del HCN en su estado gaseoso, se han desarrollado diversos sistemas de soporte. Entre los sistemas desarrollados, fueron los polímeros Hydromed/Cs ₂ C0 ₃ y óxido de polietileno/Cs ₂ C0 ₃ , Si0 ₂ tratada con K ₂ C0 ₃ y sílice aminada los que mostraron los mejores resultados para la detección de HCN en estado gaseoso. De todos ellos, la sílice aminada resultó el soporte más simple y barato al tiempo que mostraba una buena respuesta de forma rápida, selectiva y adecuada. Para demostrar la eficacia del compuesto 1 en la detección del anión cianuro gaseoso, formando parte del compuesto HCN, se tomaron 5 μΙ_ de disoluciones acuosas 10 ^'3 , 10 ^"4 , 10 ^{" 5} y 10 ^"6 M, del compuesto 1 y se depositaron sobre placas de sílica aminada en forma de un sistema de cuatro gotas con una separación de 1 cm entre cada una de las gotas (Figura 7). La cantidad de compuesto 1 en cada gota es de 5x10 ^'3 , 5x10 ^'4 , 5x10 ^"5 , 5x10 ^"6 nmol respectivamente. La superficie de la tira de sílice que no contenía las gotas del compuesto 1 fue enmascarada con una capa de film de polietileno para evitar la absorción del gas en áreas donde no se desea. Estas tiras de sílice se colgaron dentro de un matraz de 500 mi junto con un pequeño vial conteniendo diferentes cantidades de KCN. La tira se coloca preferentemente en la parte inferior del matraz ya que a la temperatura de trabajo (aproximadamente unos 20°C), el cianuro de hidrogeno es más denso que el aire. Se cierra el sistema con un septum y se añade ácido sulfúrico a la sal por medio de una jeringa con una larga aguja. Según se va formando el HCN, las manchas de colores sobre la placa de sílice comienzan a desaparecer. El número de manchas rojas que quedan depende de la cantidad de HCN generada y por lo tanto de la cantidad de anión CN ^" gaseoso detectado.

El compuesto 1 es también capaz de regenerarse, en presencia de luz UV, en este tipo de sistemas, de la misma manera que en el caso de la detección de CN ^' en disolución, con lo que la mancha coloreada de las tiras de sílice se regenera.

Como se ha comentado previamente, el anión cianuro gaseoso, formando parte del compuesto HCN en forma de gas, es muy peligroso para el ser humano. La población media puede tolerar una concentración de aproximadamente 50 ppm durante 20 min-1 hora sin efectos posteriores, mientras que una concentración de 546 ppm es fatal tras un periodo de 10 minutos [Ballantyne B. Clin Toxicol, 1988, 26, p. 325]. El uso del compuesto 1 sobre una base formada por compuestos de naturaleza básica, preferentemente, sobre una base de sílice aminada, para la detección del anión cianuro gaseoso, formando parte del compuesto HCN en forma de gas, es capaz de alcanzar un LOD de 2 ppm tras 3 minutos de exposición, lo que significa que puede detectar ácido cianhídrico antes de que resulte peligroso para el ser humano.

Ejemplo 6. Análisis comparativo de diferentes gases interferentes para la detección de HCN gaseoso mediante el compuesto 1.

Para demostrar la capacidad del compuesto 1 para la detección del anión CN ^" procedente del HCN gaseoso, específicamente a partir del compuesto HCN en forma de gas, se llevaron a cabo experimentos de detección de dicho anión en forma gaseosa en presencia de diferentes gases que podrían actuar como interferentes en dicha detección. En este sentido, las tiras de sílice aminada se pusieron en contacto con 60 ppm de cloruro de hidrógeno (HCI), amoniaco (NH ₃ ), monóxido de carbono (CO) y sulfuro de hidrógeno (H ₂ S) en un recipiente de 500 mi de volumen. El cloruro de hidrógeno y el amoniaco se inyectaron en el sistema como soluciones acuosas al 37% y 32% respectivamente y el monóxido de carbono fue obtenido comercialmente (Sigma-Aldrich). Por su parte, el sulfuro de hidrógeno se generó in situ por adición de ácido sulfúrico a hidrógeno sulfuro de sodio. Tras 30 minutos de exposición, las tiras reactivas de sílice aminada se extrajeron de la atmósfera contaminada, se escanearon en un escáner comercial (HP LaserJet M1005) y se compararon las diferencias de color (Figura 8).

Como puede observarse en la Figura 8, los gases interferentes HCI y NH ₃ no originan ningún cambio en el color del sensor, compuesto 1. Visualmente el color es el mismo que el del blanco, si bien, el amoniaco extiende parcialmente la mancha en el soporte silíceo. El CO y el H ₂ S sí modifican el color del sensor pero de una manera distinta a como lo hace el HCN. En el caso del monóxido de carbono, las coordenadas de color RGB fueron 179, 120, 126, lo que se traduce en un color marrón a los 30 minutos que evoluciona a verde al cabo de 24 horas. Por otra parte, el H ₂ S no puede ser considerado un interferente ya que el sensor adquiere un claro color azul (RGB 175, 170, 176).

Si se analiza exclusivamente la coordenada azul del color, se puede observar que se muestra una diferencia mayor, ya que sólo el HCN da lugar a un incremento de dicha coordenada como puede verse en la Figura 9.

Los compuestos cromogénicos 1 , 2 y 3, según se describen en la presente invención, pueden, por tanto, ser usados como sensores químicos para detectar cianuro en medio acuoso. El compuesto 1 muestra un comportamiento mucho más selectivo que los compuestos 2 y 3 en el reconocimiento de este anión, siendo capaz de discriminar fácilmente entre el anión cianuro y el sulfuro de hidrógeno. Es más, los compuestos cromogénicos 2 y 3 son más reactivos que el compuesto 1 y por esta razón son menos selectivos dando lugar a la misma reacción tanto en presencia de cianuro como en presencia de hidrógeno sulfuro si bien, el comportamiento fotoquímico de los productos de reacción obtenidos permite distinguir entre ambos. El pH y la temperatura óptimas para la detección del anión cianuro medíante el compuesto 1 descrito en la presente invención son un valor de pH = 10.6 y una temperatura de 20°C. El compuesto 1 puede además regenerarse tras el proceso de detección del anión cianuro en disolución, mediante irradiación con luz UV por lo que puede usarse en forma continua. Por otra parte, la presente invención pone de manifiesto que mediante el uso del compuesto 1 se puede detectar anión cianuro procedente del HCN en estado gaseoso, formando parte dicho anión del compuesto HCN gaseoso. De los soportes estudiados, la sílice aminada es el que ha dado lugar a mejores resultados cuando se emplea como soporte. Las tiras reactivas preparadas pueden ser regeneradas con lo que se pueden reutilizar de forma continua. Los límites de detección para el anión cianuro en estado gaseoso alcanzados con este sistema están por debajo de los valores que se consideran peligrosos para el ser humano.