Un procedimiento para preparar polímero molecularmente impresos para detectar un analito objetivo que comprende las etapas de:

(a) proporcionar un complejo que comprende un compuesto de fórmula general L3M en la que L es igual o diferente y es un ligando de ß-dicetona que contiene el mismo o diferentes restos de transferencia de cadena y M es un elemento lantánido;

(b) hacer reaccionar el complejo con un analito objetivo para proporcionar un aducto que contiene el analito objetivo;

(c) copolimerizar el aducto con un monómero para proporcionar un polímero; y

(d) retirar el analito objetivo del polímero para proporcionar el polímero molecularmente impresos, en el que la etapa (c) se lleva a cabo en un procedimiento de polimerización al que se hace referencia como transferencia de cadena por adición-fragmentación reversible (RAFT), que es una polimerización por radicales libres controlada y garantiza la formación de un polímero superior con una distribución de pesos moleculares estrecha y que implica el resto de transferencia de cadena del ligando de ß-dicetona y en el que en la etapa (d) se obtiene un polímero molecularmente impresos por RAFT y en el que el resto de transferencia de cadena se selecciona del grupo que consiste en éster ditiocarboxílico, tritiocarbonato y yoduro de bencilo.

Polímeros molecularmente impresos procesables Referencia a solicitudes de patente relacionadas La presente solicitud reivindica la prioridad de la solicitud provisional de EE. UU. con N.º de serie 60/560.668 presentada el 8 de abril de 2004.

Declaración de interés gubernamental La presente invención se realizó con ayudas gubernamentales de acuerdo con el contrato N.º F08650-03-C-D012 concedido por las fuerzas aéreas de EE. UU. El gobierno tiene determinados derechos en la invención.

Antecedentes de la invención

1. Campo de la invención La presente invención se refiere, en general, a polímeros molecularmente impresos que comprenden lantánidos quelados y a un procedimiento para prepararlos.

2. Antecedentes de la técnica

Numerosos compuestos de organofósforo se usan como pesticidas y agentes nerviosos. Por ejemplo, los pesticidas a base de organofósforo, incluyendo el paraoxón, el paratión y la diazinona se usan ampliamente en la industria agrícola y la contaminación ambiental resultante está bien documentada. Debido a su toxicidad y relativamente alta solubilidad en agua, los pesticidas a base de organofósforo suponen una clara amenaza para el agua potable y la vida acuática. Por lo tanto, es necesario monitorizar los niveles de estos materiales en aguas residuales industriales, aguas de escorrentía agrícolas y otros entornos para determinar el cumplimiento de las normativas estatales y federales y otras directrices de seguridad, así como la eficacia de los tratamientos de aguas residuales.

Además, los gases nerviosos a base de organofósforo, incluyendo el tabún y los compuestos de organofósforo sarín y somán, son especialmente preocupantes como armas químicas que pueden usarse en el campo de batalla o por terroristas en zonas pobladas por civiles. La preocupación acerca del uso de estos compuestos químicos, así como las fugas desde las existencias almacenadas envejecidas, requieren el desarrollo de dispositivos portátiles de uso sencillo que puedan proporcionar capacidades de monitorización en tiempo real para tales compuestos.

Los sensores químicos deben cumplir dos objetivos: (1) el desarrollo de un elemento de reconocimiento químico específico que permita identificar una molécula o clase de molécula y (2) un medio de transducción de señales en el que la presencia de la molécula provoque un cambio medible en una propiedad física del material. Aunque estos objetivos no siempre pueden separase, el diseño exitoso de sensores químicos requiere que se satisfagan ambos.

La mayoría de los enfoques de transducción se basan en mediciones ópticas, de resistencia, de onda acústica de superficie, o capacitivas. Estos procedimientos bien desarrollados dominan en gran medida debido a su facilidad de funcionamiento, sensibilidad y coste. Sin embargo, los elementos de reconocimiento químico de estos detectores están muy por detrás. De hecho, la mayoría de los informes sobre sensores químicos sugieren que podrían fabricarse muchos otros dispositivos si se si se dispusiera de unidades de reconocimiento químico adecuadas. El elemento que falta es un enfoque general para el reconocimiento químico que permita el diseño racional y el ensamblaje de materiales en una forma estable y reutilizable. La presente invención resuelve este problema basándose en la fabricación de polímeros molecularmente impresos (PIM) .

En general, un PIM se describe como un vaciado o molde de plástico de la molécula de interés, donde el reconocimiento se basa en la forma, como en una cerradura y una llave. Los PIM se preparan añadiendo la molécula de interés a una solución de moléculas de unión que pueden incorporarse químicamente en un polímero. Véase la FIG. 1. Estos aglutinantes suelen tener una afinidad por el objetivo y forman un complejo.

Las interacciones que mantienen estos complejos juntos incluyen interacciones n-n, enlaces de hidrógeno, enlaces metal-ligando e incluso la formación de enlaces covalentes, pero deben ser reversibles. El aglutinante debe tener también una funcionalidad química que le permita unirse de manera irreversible a los polímeros. Los grupos vinilo son un grupo funcional común usado para preparar muchos polímeros, p. ej., polietileno, poliestireno, polivinilalcohol y polivinilcloruro. El complejo objetivo-aglutinante se disuelve en un exceso de monómero de matriz (por ejemplo, estireno) y, posiblemente, otros aditivos tales como un reticulador y porógenos (disolventes) .

En la fabricación de un sensor típico, se obtiene una masa plástica sólida, constituida por la matriz y el aglutinante, que se une químicamente a la matriz de polímero/reticulador y a la molécula objetivo. Es posible retirar el objetivo, dado que está unido de forma reversible al aglutinante. La cavidad que deja tiene permanentemente la forma del objetivo.

Los sensores para compuestos de organofósforo pueden basarse en la luminiscencia de un ion de lantánido. Véase, por ejemplo, la patente de EE. UU. N.º 6.749.811 B2, que se incorpora en el presente documento por referencia. El procedimiento se potencia cuando el lantánido tiene ligandos de sensibilización. Si los ligandos pueden polimerizarse, puede fabricarse un sensor de PIM. Sin embargo, los mejores ligandos de sensibilización, tales como las º-dicetonas, pueden perder su capacidad para complejar un lantánido cuando se añade un sustituyente de vinilo. En consecuencia, lo que se necesita es algún otro medio de polimerización para fabricar PIM adecuados para sensores.

El documento WO/034043 describe un dispositivo sensor para detectar un analito que comprende un polímero molecularmente impresos que contiene un lantánido quelado, estando quelado el ion de lantánido con los derivados polimerizados de uno o más ligandos, seleccionados del grupo que consiste en ácido 4-vinilbenzoico, metil-3, 5divinilbezoato, oxima de 4-vinil-2-hidroxi-benzaldehído, 2-hidroxi-1, 2-di-4-vinilfeniletanona (derivado vinílico de oxima de benzoína) , vinildibenzoilmetano, divinildibenzoilmetano, 1, 10-fenentrolina vinil sustituida y mezclas de dos o más de ellos.

En John Hopkins APL Technical Digest, volumen 25, número 1 (2004) , páginas 44 a 49, se divulgan más polímeros molecularmente impresos que comprenden ligandos de vinil dibenzoíl metano.

Sumario de la invención

De acuerdo con una realización de la presente invención, se proporciona un procedimiento para preparar un polímero molecularmente impresos para detectar un analito objetivo. El procedimiento comprende las etapas de (a) proporcionar un complejo que comprende un compuesto de fórmula general L3M en la que L es igual o diferente y es un ligando de º-dicetona que contiene el mismo o distintos restos de transferencia de cadena y M es un elemento lantánido; (b) hacer reaccionar el complejo con un analito objetivo para proporcionar un aducto que contiene el analito objetivo; (c) copolimerizar el aducto con un monómero en condiciones eficaces de polimerización para proporcionar un polímero; y (d) retirar el analito objetivo del polímero para proporcionar el polímero molecularmente impresos, en el que en un procedimiento de polimerización al que se hace referencia como transferencia de cadena por adición-fragmentación reversible (RAFT) , que es una polimerización por radicales libres controlada y garantiza la formación de polímeros grandes con una distribución de pesos moleculares estrecha y que implica el resto de transferencia de cadena del ligando de ºdicetona y en el que en la etapa (d) se obtiene un polímero molecularmente impresos por RAFT y en el que el resto de transferencia de cadena se selecciona del grupo que consiste en éter ditiocarboxílico, tritiocarbonato y yoduro de bencilo.

De acuerdo con una segunda realización de la presente invención, se proporciona un polímero que comprende el producto de reacción de (a) un complejo que comprende un compuesto de fórmula general L3M en la que L es igual o diferente y es un ligando de º-dicetona que contiene el mismo o diferentes restos de transferencia de cadena y M es un elemento lantánido, siendo el complejo capaz de unir un analito que se quiere detectar; (b) un monómero; y (c) un agente de reticulación opcional, comprendiendo el polímero el producto de reacción de (a) un complejo que comprende un compuesto de fórmula general L3M en la que L es igual o diferente y es un ligando de º-dicetona que contiene el mismo o diferentes restos de transferencia de cadena y M es un elemento lantánido, siendo el complejo capaz de unir un analito que se quiere detectar; (b) un monómero;... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para preparar polímero molecularmente impresos para detectar un analito objetivo que comprende las etapas de:

(a) proporcionar un complejo que comprende un compuesto de fórmula general L3M en la que L es igual o diferente y es un ligando de -dicetona que contiene el mismo o diferentes restos de transferencia de cadena y M es un elemento lantánido;

(b) hacer reaccionar el complejo con un analito objetivo para proporcionar un aducto que contiene el analito objetivo;

(c) copolimerizar el aducto con un monómero para proporcionar un polímero; y

(d) retirar el analito objetivo del polímero para proporcionar el polímero molecularmente impresos, en el que la etapa

(c) se lleva a cabo en un procedimiento de polimerización al que se hace referencia como transferencia de cadena por adición-fragmentación reversible (RAFT) , que es una polimerización por radicales libres controlada y garantiza la formación de un polímero superior con una distribución de pesos moleculares estrecha y que implica el resto de transferencia de cadena del ligando de -dicetona y en el que en la etapa (d) se obtiene un polímero molecularmente impresos por RAFT y en el que el resto de transferencia de cadena se selecciona del grupo que consiste en éster ditiocarboxílico, tritiocarbonato y yoduro de bencilo.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el elemento lantánido M es europio.

3. El procedimiento de la reivindicación 1 o 2, en el que los ligandos L3 son cada uno el mismo ligando.

4. El procedimiento de la reivindicación 1 o 2, en el que dos ligandos de L3 son iguales y el tercer ligando es diferente.

5. El procedimiento de una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que los ligandos de º-dicetona tienen la estructura:

R1-C (O) -CR22-C (O) -R3

en la que R1 es un grupo hidrocarburo que tiene de 1 a aproximadamente 20 átomos de carbono, que contiene un resto de transferencia de cadena; R2 puede ser igual o diferente y es hidrógeno o un grupo hidrocarburo que tiene de 1 a aproximadamente 12 átomos de carbono y R3 es un grupo alquilo de cadena lineal o ramificada de 1 a aproximadamente 12 átomos de carbono que contiene opcionalmente uno o más átomos de halógeno.

6. El procedimiento de la reivindicación 5, en el que R3 es un haluro de alquilo.

7. El procedimiento de la reivindicación 6, en el que el haluro de alquilo es -CF3.

8. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el éster ditiocarboxílico es de la fórmula general -S-C (S) R en la que R es un grupo hidrocarburo que tiene de 1 a 20 carbonos.

9. El procedimiento de una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el analito objetivo es un compuesto de organofósforo.

10. El procedimiento de la reivindicación 9, en el que el compuesto de organofósforo tiene la fórmula (R5) (R6) (R7) P=O, en la que R5, R6 y R7 pueden ser iguales o diferentes y se seleccionan individualmente de entre grupos inorgánicos u orgánicos, a condición de que al menos un grupo sea orgánico.

11. El procedimiento de la reivindicación 10, en el que los grupos inorgánicos se selecciona del grupo que consiste en H, -OH, F, Cl, Br, I, CN y -NO2, y los grupos orgánicos son grupos alifáticos o aromáticos sustituidos o no sustituidos, con o sin heteroátomos.

12. El procedimiento de la reivindicación 11, en el que el compuesto de organofósforo se selecciona de un grupo que consiste en dimetil hidrógeno fosfato y pinacolil metil fosfonato.

13. El procedimiento de una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que cada ligando de º-dicetona L es una º-dicetona que tiene la estructura:

R1-C (O) -CH2-C (O) -CF3

en la que R1 es un grupo hidrocarburo que incluye como resto de transferencia de cadena un resto seleccionado del grupo que consiste en éster ditiocarboxílico, tritiocarbonato y yoduro de bencilo.

14. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que además se usa un agente de reticulación en la etapa (c) .

15. El procedimiento de una de las reivindicaciones 1 a 14, en el que la etapa de copolimerización (c) se realiza en

presencia de un iniciador.

16. El procedimiento de una de las reivindicaciones 1 a 15, en el que la etapa de retirar el analito objetivo comprende lavar el polímero con una solución que puede lixiviar el analito.

17. El procedimiento de la reivindicación 16, en el que la solución de lixiviación incluye un compuesto seleccionado del grupo que consiste en acetona, isopropanol, metanol, N, N-dimetilformamida, dimetilsulfóxido, Nmetilpirrolidinona y sus mezclas.

18. El procedimiento de una de las reivindicaciones 1 a 17, en el que la etapa de copolimerización (c) se realiza de manera ordenada.

19. El procedimiento de una de las reivindicaciones 1 a 18, en el que el polímero es un copolímero de bloque.

20. Un polímero que comprende el producto de reacción de (a) un complejo que comprende un compuesto de fórmula general L3M, en la que L es igual o diferente y es un ligando de º-dicetona que contiene el mismo o diferentes restos de transferencia de cadena y M es un elemento lantánido, siendo el complejo capaz de unir un analito que se quiere detectar; (b) un monómero; y (c) un agente de reticulación opcional obtenido en un procedimiento de polimerización al que se hace referencia como transferencia de cadena por adición-fragmentación reversible (RAFT) , que es una polimerización por radicales libres controlada y garantiza la formación de un polímero superior con una distribución de pesos moleculares estrecha y que implica el resto de transferencias de cadena del ligando de º-dicetona y en el que el resto de transferencia de cadena se selecciona del grupo que consiste en éster ditiocarboxílico, tritiocarbonato y yoduro de bencilo, en el que dicho polímero sufre un cambio de luminiscencia detectable tras la exposición al analito que se quiere detectar.

21. El polímero de la reivindicación 20, en el que los ligandos de º-dicetona tienen la estructura:

R1-C (O) -CR22-C (O) -R3

en la que R1es un grupo hidrocarburo que tiene de 1 a aproximadamente 20 átomos de carbono y que contiene un resto de transferencia de cadena; R2puede ser igual o diferente y es hidrógeno o un grupo hidrocarburo que tiene de 1 a aproximadamente 12 átomos de carbono y R3 es un grupo alquilo de cadena lineal o ramificada de 1 a aproximadamente 12 átomos de carbono que contiene opcionalmente uno o más átomos de halógeno.

22. El polímero de la reivindicación 21, en el que R3 es un haluro de alquilo.

23. El polímero de la reivindicación 22, en el que el haluro de alquilo es -CF3.

24. El polímero de la reivindicación 20, en el que el elemento lantánido M es europio y el resto de transferencia de cadena es un éster ditiocarboxílico de la fórmula general -S-C (S) R en la que R es un grupo hidrocarburo que tiene de 1 a 20 carbonos.

25. El polímero de la reivindicación 20, en el que el analito es un compuesto de organofósforo.

26. El polímero de la reivindicación 25, en el que el compuesto de organofósforo se selecciona de un grupo que consiste en dimetil hidrógeno fosfato y pinacolil metil fosfonato.

27. El polímero de la reivindicación 20, en el que cada ligando L es una º-dicetona fluorada que tiene la estructura:

R1-C (O) -CH2-C (O) -CF3

en la que R1 es un grupo hidrocarburo que incluye como resto de transferencia de cadena un éster ditiocarboxílico y el elemento lantánido M es europio.

28. El polímero de la reivindicación 20, en el que el polímero es un copolímero de bloque.

29. Un polímero molecularmente impresos obtenido mediante las etapas de

(a) proporcionar un producto de reacción de (i) un complejo que comprende un compuesto de fórmula general L3M en la que L es igual o diferente y es un ligando de º-dicetona que contiene el mismo o diferentes restos de transferencia de cadena y M es un elemento lantánido y (ii) un analito objetivo;

(b) copolimerizar el producto de reacción de la etapa (a) con monómero y un agente de reticulación opcional para formar un polímero en un procedimiento de polimerización al que se hace referencia como transferencia de cadena por adición-fragmentación reversible (RAFT) , que es una polimerización por radicales libres controlada y garantiza la formación de un polímero superior con una distribución de pesos moleculares estrecha y que implica el resto de transferencia de cadena del ligando de º-dicetona y en el que el resto de transferencia de cadena se selecciona del grupo que consiste en éster ditiocarboxílico, tritiocarbonato y yoduro de bencilo y

(c) retirar el analito objetivo del polímero para proporcionar un polímero molecularmente impresos que se une

selectivamente al analito objetivo y sufre un cambio de luminiscencia detectable cuando el analito objetivo se une a él.

30. El polímero molecularmente impresos de la reivindicación 29, en el que los ligandos L3 son cada uno el mismo ligando.

31. El polímero molecularmente impresos de la reivindicación 29, en el que los ligandos de º-dicetona tienen la estructura:

R1-C (O) -CR22-C (O) -R3

en la que R1 es un grupo hidrocarburo que tiene de 1 a aproximadamente 20 átomos de carbono, que contiene un resto de transferencia de cadena; R2 puede ser igual o diferente y es hidrógeno o un grupo hidrocarburo que tiene de 1 a aproximadamente 12 átomos de carbono y R3 es un grupo alquilo de cadena lineal o ramificada de 1 a aproximadamente 12 átomos de carbono que contiene opcionalmente uno o más átomos de halógeno.

32. El polímero molecularmente impresos de la reivindicación 31, en el que R3 es un haluro de alquilo.

33. El polímero molecularmente impresos de la reivindicación 32, en el que el haluro de alquilo es -CF3.

34. El polímero molecularmente impresos de la reivindicación 29, en el que el elemento lantánido M es europio y el resto de transferencia de cadena es un éster ditiocarboxílico de la fórmula general -S-C (S) R en la que R es un grupo hidrocarburo que tiene de 1 a 20 carbonos.

35. El polímero molecularmente impresos de la reivindicación 29, en el que el analito es un compuesto de organofósforo.

36. El polímero molecularmente impresos de la reivindicación 29, en el que el compuesto de organofósforo se selecciona de un grupo que consiste en dimetil hidrógeno fosfato y pinacolil metil fosfonato.

37. El polímero molecularmente impresos de la reivindicación 29, en el que cada ligando L es una º-dicetona fluorada que tiene la estructura:

R1-C (O) -CH2-C (O) -CF3

en la que R1 es un grupo hidrocarburo que incluye como resto de transferencia de cadena un resto seleccionado del grupo que consiste en éster ditiocarboxílico, tritiocarbonato y yoduro de bencilo y el elemento lantánido M es europio.

38. El polímero molecularmente impresos de la reivindicación 29, en el que el polímero es un copolímero de bloque.