CAVITANDOS DE TETRAFOSFONATO COMO RECEPTORES MOLECULARES EN SENSORES DE GASES Y METODO PARA DETERMINAR FOSFINA USANDO SENSORES.

Compuestos de acuerdo con la siguiente fórmula (1) **(Ver fórmula)** en la que Y = O o S y R = alquilo C4-C18 lineal o ramificado

Cavitandos de tetrafosfonato como receptores moleculares en sensores de gases y método para determinar fosfina usando dichos sensores.

La presente invención se refiere al campo de procedimientos para analizar gases y fases aeriformes.

En particular, la invención se refiere a un procedimiento para determinar fosfina en gases o también en fases gaseosas que la contienen, después de su desadsorción de matrices sólidas.

En un aspecto particular de la misma, la invención se refiere a un procedimiento para determinar la fosfina contenida en cariopsis de cereales después de tratamiento de estos con fosfina gaseosa dentro de los silos.

Dicho procedimiento prevé el uso de sensores químicos, que consisten en la combinación de un elemento sensible, capaz de reconocer específicamente el analito de interés, y un elemento de transducción, que convierte la señal que deriva de la interacción química entre el elemento sensible y el analito en una señal eléctrica medible.

En el caso del presente procedimiento, el elemento de transducción es una microbalanza de cristal de cuarzo (QCM) y el elemento sensible es un compuesto orgánico conocido en general como cavitando de fosfonato, que forma una película de recubrimiento de los discos de cuarzo de la microbalanza.

En un aspecto adicional de la misma, la invención se refiere a nuevos compuestos, conocidos como cavitandos, que se pueden usar como elementos sensibles de sensores químicos para fosfina.

Técnica anterior

La fosfina es un gas tóxico incoloro que es extremadamente volátil y tiene un olor característico a pescado podrido, pero que se nota en concentraciones que ya se consideran dañinas.

Se descompone en el aire en aproximadamente 24 horas; en altas concentraciones arde espontáneamente liberando vapores tóxicos de P₂O₃ y P₂O₅. El valor límite umbral para un día de trabajo (el llamado Valor límite umbral - media ponderada en el tiempo, TLV-TWA) es igual a 0,3 ppm, (m/m); la dosis letal para 50% de la población determinada en experimentos en ratas (la llamada DL₅₀) es igual a 11 ppm; en general una concentración en el aire por enzima de 8 ppm normalmente produce vómitos y náuseas, mientras que cuando supera el umbral de 200 ppm se puede considerar letal (Inmediatamente peligroso para la vida y la salud, US EPA 1985).

Este gas se usa ampliamente como fumigante en silos de almacenamiento para alimentos, tales como cereales y tabaco, pero a menudo también está presente como impureza en gases de combustión, tal como por ejemplo el acetileno. En este último caso, es importante tener un procedimiento rápido y fiable para determinar la cantidad de impureza, ya que para determinados usos particulares, como por ejemplo en la producción de vidrio soplado, la presencia de fosfina en el acetileno por encima de un determinado umbral da como resultado el desarrollo de coloración indeseada en el vidrio.

En el campo de la represión de parásitos y mohos dentro de los silos de almacenamiento de grano, a menudo se usa la fosfina (PH₃) como un fumigante adecuado.

En general, la fumigación con PH₃ se lleva a cabo en los silos respetando las siguientes condiciones:

- la temperatura está entre 10 y 30ºC (los silos están a la misma temperatura que el exterior porque la temperatura no está regulada)

- la humedad del grano normalmente no supera 12% (realmente, este es el valor de humedad típico de las cariopsis maduras).

Los tratamientos con fosfina en fase gaseosa (sistema J) son siempre eficaces. Se pueden llevar a cabo en un depósito de desarrollo exterior separado o por simple circulación del gas liberado de comprimidos en la parte superior de los silos. Sin embargo, dichos tratamientos son complejos y requieren el uso de infraestructuras de seguridad caras.

Por esta razón, como alternativa, a menudo se usa un precursor químico, fosfuro de aluminio y/o magnesio (en forma de pelets), con los que la humedad ambiente determina la liberación gradual y progresiva de la fosfina con el tiempo. Puesto que la reacción no tiene 100% de rendimiento, queda un pequeño porcentaje de residuos de fosfuro no hidrolizado.

Por esta razón, los tratamientos con pelets de fosfina pueden generar valores que van más allá de los límites de la ley en algunos puntos de la línea de producción: si los silos se mantienen herméticamente cerrados, después de 28 días todavía se pueden encontrar trazas de PH₃ (< 1 ppm); y viceversa, si se airean y/o se mueven durante 48 horas, todos los residuos desaparecerán completamente (< 0,02 ppm). El tiempo de exposición antes de que los silos se puedan abrir del todo normalmente es igual a al menos 7 días.

El límite máximo de residuo del Codex Alimentarius (FAO/OMS, 1993, Vol. 2, Pesticide residues in food, 2ª ed. Joint Food & Agriculture Organization of the United Nations/World Health Organization Food Standards Programme, Roma) es 0,1 mg de fosfina por 1 kg de grano correspondiente a 0,1 ppm (m/m).

Para determinar la fosfina, por ejemplo en matrices de alimento tales como trigo, hay un procedimiento bien establecido y conocido que ahora aplican la mayoría de los laboratorios de análisis, es decir, el análisis por cromatografía de gases o cromatografía de líquidos-gases usando un detector de fósforo específico (T.W. Nowicki, J. Assoc. Anal. Chem., 1978, vol. 81, 4, 829-836, C.A. Brockwell, J. Agri. Food Chem., 1978, vol. 26, 4, 962-964). Dicho análisis implica un tratamiento de la matriz para desarrollar un espacio de cabeza adecuado para un análisis cuantitativo de todos los gases presentes en forma de gas libre encima de la muestra y el gas adsorbido en la cariopsis de trigo (B. Berck, J. Agr. Food Chem., 1968, vol. 16, 3, 419-425, S. Pratt, J.M. Desmarchelier, publicación presentada en Australian Postharvest Technical Conference, 1998, 110-115). El tratamiento más eficaz prevé las etapas de digerir la muestra con una disolución ácida y calentar a reflujo y en un sistema de vacío para conducir el gas desprendido a un segundo matraz del cual se toma después para el análisis cromatográfico. Se han llevado a cabo muchos otros estudios para modificar este tratamiento (S.E. Allen, Y.L. Ren, J.M. Desmarchelier, J. AOAC Intern., 1998, vol. 81, 3, 633-637).

También se han estudiado otros sistemas como los sensores electroquímicos en estado sólido y los detectores de fotoionización (G.L. Weller, S. Pratt, Proceedings of the Australian Postharvest Technical Conference, 2003, 183-187), pero demostraron no ser suficientemente sensibles y selectivos en relación con el analito o estar sujetos a interferencias de otras sustancias presentes en las muestras.

También se han llevado a cabo análisis con instrumentos más modernos como FT-IR, fluorescencia de rayos X y SEM, para determinar polímeros de hidruro de fósforo que son generados en condiciones críticas después de la fumigación de las hojas de tabaco (J.W. Flora, L.E. Byers, S.E. Plunkett, D.L. Faustini, J. Agri. Food Chem., 2006, 54, 107-111), pero dichos sistemas no se prestan a análisis cuantitativos.

Por otra parte, los sensores de masa están especialmente diseñados para reconocer moléculas por interacciones de analito-receptor de tipo enlace de hidrógeno o alquilo-cadena p. Dichos sensores se han obtenido usando cavitandos que tienen puentes fenilfosfonato en el borde superior (véase, R. Pinalli, M. Suman, E. Dalcanale, Eur. J. Org. Chem. 2004, 451-462). También se conocen cavitandos que tienen la fórmula general Tiiii[R, R₁, R₂] o Mx[R, R₁, R₂].

Estructura general de cavitandos de tetrafosfonato Tiiii [R, R₁, R₂].

Estructura general de cavitandos de monofosfonato Mx[R, R₁, R₂].

Los compuestos de fórmula general Tiiii[R, R₁, R₂] que tienen R₂ = fenilo, conocidos como cavitandos de fosfonato, se han descrito, por ejemplo, en las siguientes publicaciones: P. Delangle, J-P. Dutasta, Tetrahedron Lett. 1995, 36, 9325-9328; P. Jacopozzi, E. Dalcanale, S. Spera, L.A.J. Chrisstoffels, D.N. Reinhoudt, T. Lippmann,...

1. Compuestos de acuerdo con la siguiente fórmula (1)

en la que Y = O o S

y R = alquilo C₄-C₁₈ lineal o ramificado.

2. Compuestos de acuerdo con la reivindicación 1, en los que R = C₁₁H₂₃

3. Compuestos de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, en los que Y = O.

4. Sensor de masa que comprende un elemento transductor y un elemento sensible, caracterizado porque dicho elemento sensible comprende al menos un compuesto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones previas.

5. Uso de un compuesto de fórmula (II)

en la que Y = O o S; R = alquilo C₄-C₁₈ lineal o ramificado y R₁ = metilo o fenilo opcionalmente sustituido, como material sensible en sensores de masa selectivos para fosfina.

6. Uso de acuerdo con la reivindicación 5, en el que R = C₁₁H₂₃ y R₁ = metilo o fenilo.

7. Uso de acuerdo con la reivindicación 6, en el que Y = O.

8. Procedimiento para determinar fosfina posiblemente presente en cariopsis de cereales que comprende las etapas de:

a) añadir una disolución acuosa de H₂SO₄ con una concentración en v/v entre 5 y 20% a una muestra de dichas cariopsis de cereales contenida en un recipiente herméticamente cerrado, obteniendo así una dispersión acuosa,

b) someter dicha dispersión acuosa a la acción de microondas durante un tiempo no mayor de 3 minutos;

c) poner la fase gaseosa por encima de dicha dispersión acuosa en contacto con un transductor piezoeléctrico selectivo para fosfina, que consiste en una microbalanza de cristal de cuarzo, que tiene al menos un sensor de masa que comprende un disco de cuarzo recubierto con una capa de un compuesto como se define en una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, y

d) determinar la fosfina posiblemente presente basándose en una variación de frecuencia registrada por la microbalanza.

9. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, en el que dicha microbalanza de cristal de cuarzo comprende 2 sensores de masa, de los cuales uno tiene un compuesto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7 en el que Y = O, como material sensible, y el otro tiene un compuesto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5 y 6, en el que Y = S, como material sensible.

10. Procedimiento para determinar la fosfina posiblemente presente como una impureza en un gas o mezclas de gases, que comprende las etapas de:

a) poner dichos gases y mezclas de gases en contacto con un transductor piezoeléctrico selectivo para fosfina, que consiste en una microbalanza de cristal de cuarzo, que tiene al menos un sensor de masa que comprende un disco de cuarzo recubierto con una capa de un compuesto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, y

b) determinar la fosfina posiblemente presente basándose en una variación de frecuencia registrada por la microbalanza.

11. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, en el que dicho gas es acetileno.

12. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10 u 11, en el que dicha microbalanza de cristal de cuarzo comprende 2 sensores de masa, de los cuales uno tiene un compuesto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7 en el que Y = O, como material sensible, y el otro tiene un compuesto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5 y 6, en el que Y = 6, como material sensible.