Compuesto tripodal de base escuaramida, proceso de obtención, sistema quimiosensor que lo contiene y procedimiento para la detección de policarboxilatos.

La presente invención se refiere a un compuesto tripodal de base escuaramida junto con su proceso de obtención, al sistema quimiosensor que contiene a dicho compuesto como receptor, y a un procedimiento que utiliza dicho sistema quimiosensor para la detección cualitativa y/o cuantitativa de policarboxilatos, concretamente dicarboxilatos y tricarboxilatos, preferiblemente folato y análogos del mismo, de una manera rápida, simple, eficaz en muestras comerciales en agua

Compuesto tripodal de base escuaramida, proceso de obtención, sistema quimiosensor que lo contiene y procedimiento para la detección de policarboxilatos.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un compuesto tripodal de base escuaramida junto con su proceso de obtención, al sistema quimiosensor que contiene a dicho compuesto como receptor, y a un procedimiento que utiliza dicho sistema quimiosensor para la detección cualitativa y/o cuantitativa de policarboxilatos, concretamente dicarboxilatos y tricarboxilatos, preferiblemente folato y análogos del mismo.

Antecedentes de la invención

La coordinación selectiva de iones en un medio altamente competitivo, como el agua, ha cautivado al químico durante años. El reconocimiento molecular de aniones biológicamente activos, como fosfatos o carboxilatos, ha sido un foco de atención prioritario en la investigación con el ánimo de mimetizar las enzimas o las proteínas de transporte. Este tipo de investigaciones se dirigen hacia el establecimiento de una mayor coordinación y selectividad entre receptor y substrato. El primer aspecto viene controlado por el tipo de grupos funcionales y disolvente utilizados. Mientras que el segundo aspecto, viene sujeto por la introducción de elementos complementarios a la geometría y las características propias de coordinación del substrato.

A pesar del elevado grado de sofisticación alcanzado actualmente en este tipo de investigaciones, el desarrollo de nuevos receptores capaces de establecer una fuerte coordinación selectiva con aniones en un disolvente, de elevada constante dieléctrica, como el agua, sigue siendo una tarea harto difícil.

Es bien sabido en la técnica que las escuaramidas son consideradas vinilogas a las amidas y son una unidad estructural muy adecuada para el establecimiento de enlaces de hidrógeno intermoleculares. Este hecho se fundamenta en que una escuaramida disecundaria ofrece dos grupos NH aceptores de enlace de hidrógeno y dos átomos de oxígeno carbonílicos donadores de enlace de hidrógeno intermoleculares, dispuestos de forma que puedan actuar bien por separado, o en ciertos casos de forma sinérgica. A esto debemos añadir que cálculos teóricos avalan que el ciclo de escuaramida al formar enlaces de hidrógeno intermoleculares con aniones, o bien con cationes, provoca en el ciclo escuaramidico, y en consecuencia en toda la molécula, un incremento de estabilidad cercana a la aromaticidad. Todo ello reunido hace que la unidad de escuaramida disecundaria sea una prometedora unidad de enlace con restos carboxilatos. Está sólidamente fundamentado en la bibliografía, que el diseño de un receptor para aniones policarboxilatos en agua debe reunir una gran preorganización, capacidad de formación de enlaces de hidrógeno intermoleculares, establecimiento de fuerzas intermoleculares no covalentes diferentes y complementarias a las de enlace de hidrógeno, como electrostáticas, y ser perfectamente soluble en agua. Por otro lado, los grupo amonio han demostrado ser irás efectivos para la formación de pares iónicos que los grupo guanidinio debido a su elevada localización de la carga positiva, de esta forma, la naturaleza muestra preferencia por la arginina más que la lisina para enlazar con este tipo de aniones, posiblemente debido a una mayor acumulación de enlaces de hidrógeno.

No debemos olvidar que la naturaleza del disolvente juega un papel crítico en el control de la fuerza de coordinación y selectividad entre receptor-analito. Estas interacciones generalmente esta dominadas por las interacciones de tipo electrostático. Por lo general los aniones tienen una energía libre de solvatación mayor que los cationes y requieren interacciones más fuertes en agua para competir de manera eficiente con las moléculas de agua que se encuentran sólidamente vinculadas en la esfera de solvatación del anión. Ejemplos de receptores naturales para aniones en agua son la espermidina, la carboxipeptidasa A, y las proteínas que enlazan con fosfatos.

El documento de Frontera A. et al., "Rational design, synthesis, and application of a new receptor for the molecular recognition of tricarboxylate salts in aqueous media". The Journal of Organic Chemistry. Sep 2006. ISSN 0022-3263 (Print). Vol. 71. Nr. 19. Pág. 7185 - 7195 describe receptores tripodales destinados al reconocimiento de únicamente sales tricarboxilatos y en medios sólo parcialmente acuosos, en particular se menciona la utilización de un medio H₂O:EtOH 1:3.

El documento Prohens, R. et al. "Squaramido-based receptors: Molecular recognition of carboxylate anions in highly competitive media". Tetrahedron Letters. Feb. 1998. ISSN 0040-4039. Vol. 39. Nr. 9. Pág. 1063-1066 describe receptores ditópicos que muestran unos valores de asociación con dicarboxilatos en medio no acuoso aceptables, pero que a medida que se aumenta la cantidad de agua la constante de asociación disminuye drásticamente, es decir, los dicarboxilatos prefieren estar asociados con el agua (solvatados) en lugar de formar un complejo con el receptor.

Hasta la fecha no se ha descrito ningún compuesto tripodal de base escuaramida que sea capaz de interaccionar con tricarboxilatos y dicarboxilatos, especialmente en muestras con un medio totalmente acuoso.

Por otro lado, dentro del ámbito biológico los dicarboxilatos son especies importantes debido a que juegan diferentes roles en numerosos procesos metabólicos y en la biosíntesis de importantes intermedios, así como en la generación de enlaces energéticos con fosfatos, y son una pieza estructural clave en la composición de los aminoácidos y proteínas. De esta forma, el anión glutamato, un aminoácido con dos grupos carboxilatos, es el mayor estimulante del sistema nervioso central.

Otro dicarboxilato importante es el folato, que pertenece a la familia de las vitaminas B, con una limitada solubilidad en agua a pH neutro, solo es soluble en agua a pH muy ácido y en disoluciones alcalinas, mostrando una total insolubilidad en disolventes orgánicos. La mayor fuente de folato en la dieta humana procede de las verduras de hoja verde (espinacas, acelgas, etc), guisantes, legumbres, yema de huevo, germen de trigo y levaduras. El ácido fólico es comercialmente muy interesante debido a que una deficiencia en la dieta humana provoca la incorporación masiva de uracilo en el ADN humano (4 millones por célula) rompiendo el cromosoma. Esta ruptura cromosómica provoca un aumento del riesgo de cáncer y lleva agregado defectos cognoscitivos asociados a esta deficiencia de folato en la dieta.

Por este motivo, la falta de ácido fólico detectado en la dieta humana a nivel mundial ha llevado a diversos fabricantes, a incorporar ácido fólico a una gran variedad de alimentos y especialmente aquellos que van dirigidos a mujeres embarazadas, niños en edad de crecimiento, y como medida de prevención contra el cáncer a la población en general. Así se encuentran comercializados alimentos enriquecidos con ácido fólico, como cereales, galletas y derivados lácteos. En cosmética el ácido fólico se utiliza en cremas antienvejecimiento. Además, como medida preventiva contra la aparición de bebes con espina bífida es recomendable en estado de gestación por parte de la madre tomar preparados farmacológicos de ácido fólico.

Los análogos del folato también son compuestos interesantes, ya que, por ejemplo, el metotrexato es utilizado como antirreumático, en el tratamiento de enfermedades inflamatorias crónicas y formas poliartríticas de la artritis idiopática juvenil, así como en el tratamiento de la psoriasis, la artritis psoriásica y la poliartritis.

Por tanto, dada la importancia del folato y análogos del mismo es necesario disponer de métodos para su detección y cuantificación con el fin de controlar las cantidades dicho compuesto de una manera rápida y eficaz.

En la técnica se conocen métodos tradicionales que utilizan ensayos microbiológicos, o bien, técnicas cromatográficas como TLC o HPLC que requieren el uso de aparatos especializados.

Los ensayos microbiológicos requieren personal experto en el manejo de cultivos de microorganismos y un adecuado control y mantenimiento de estos microorganismos, pero su mayor inconveniente es que estas técnicas son tediosas y se tarda mucho tiempo en obtener una respuesta (24-48 h).

Otra alternativa utilizada en la determinación de ácido fólico son los inmunoensayos (test ELISA), que son rápidos (1-3 h) y que no requieren aparatos caros, ni tampoco se precisa de... [Seguir leyendo]

1. Compuesto tripodal de base escuaramida de fórmula general (I)

en la que:

R₁ es una sal de amonio alquil C₃-C₅-N(CH₃)₃; y

R₂ se selecciona, independientemente entre sí, de un anillo benceno no sustituido; un anillo benceno trisustituido con radicales, iguales o diferentes entre sí, seleccionados entre metilo o etilo; y una poliamina.

2. Compuesto tripodal de base escuaramida según la reivindicación 1, en el que R₁ es una sal de amonio propil-NR₃.

3. Procedimiento para la obtención del compuesto según la reivindicación 1 ó 2 que comprende las etapas de:

Etapa A

A1) reacción de escuarato de etilo con N,N-dimetil-alquilen-C₃-C₅ diamina para obtener un producto (a1) que es N,N-dimetil-N'-(2-etoxi-3,4-dioxo-1- ciclobutenil)-alquil C₃-C₅ amina;

A2) reacción de (a1) con yoduro de metilo para obtener el yoduro de N,N,N-trimetil-N'-(2-etoxi-3, 4-dioxo-1-ciclobutenil)-alquil C₃-C₅ amonio (a2).

Etapa B

B1) reacción de 1,3,5-tris(bromometil)-benceno, donde el benceno puede estar sustituido por radicales iguales o diferentes entre sí seleccionados entre metilo o etilo, con NaN₃ para obtener el correspondiente producto (b1) que es 1,3,5-tris(azidometil)-benceno (o el correspondiente benceno sustituido);

B2) hidrogenación catalítica de (b1) para obtener el correspondiente 1,3,5-tris(aminometil)-benceno (o el correspondiente benceno sustituido) (b2).

Etapa C

C) reacción del producto obtenido (a2) con el producto obtenido (b2) para producir el compuesto de fórmula general (I); o alternativamente, reacción del producto (b2) con (a1) y posterior reacción con CH₃I para producir el compuesto de fórmula general (I);

en el que si se desea obtener el compuesto de fórmula general (I) con R₂ = poliamina, el producto obtenido (a2) reacciona directamente con tris(2-aminoetil)amina sin pasar por las etapas B y C.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que alquilen C₃-C₅ y alquil C₃-C₅ corresponden a radicales propileno y propilo, respectivamente.

5. Sistema quimiosensor para la detección cualitativa y/o cuantitativa en muestras acuosas de policarboxilatos seleccionados del grupo que consiste en dicarboxilatos y tricarboxilatos, que comprende:

a) un compuesto receptor según la reivindicación 1 ó 2;

y

b) un indicador fluorescente.

6. Sistema quimiosensor según la reivindicación 5 en el que el indicador fluorescente se selecciona del grupo que consiste en fluoresceinas, Eritrosina, Eosina, Rosa de Bengala y Floxina.

7. Procedimiento para la detección de policarboxilatos seleccionados del grupo que consiste en dicarboxilatos y tricarboxilatos, que comprende las etapas de: