Procedimiento de tamponamiento de una composición química o biológica.

Un procedimiento de tamponamiento de una composición química o biológica,

que comprende la adición a la composición de una cantidad tampón efectiva de al menos un compuesto de amonio cuaternario-amina protonado o no protonado que tiene una fórmula general:**Fórmula**

en la que:

n tiene valores enteros en el intervalo de 0 - 4,

k es 0 para el compuesto no protonado y k es 1 para el compuesto protonado;

cada G1, G3 y G5 es un resto químico seleccionado independientemente de -H, -CH3, -C2H5, o es un componente de un resto químico cíclico,

cada G2 y G4 es un resto químico seleccionado independientemente de -H, -CH3, -CH2OH, -C2H5, -CO2H, -SO3H, - PO3H2, -CO2 -, -SO3

-, -PO3H-, y -PO3 2-, o es un componente del resto químico cíclico.

cada G6 es un resto químico seleccionado independientemente de -H, -CH3, -CH2OH, -C2H5, -OH, -OCH3, -CO2H, - SO3H, -PO3H2, -CO2 -, -SO3 -, -PO3H- y -PO3 2-, o es un componente del resto químico cíclico, y

cada R1, R2, R3, R4 y R5 es un resto químico seleccionado independientemente de -CH3, -C2H5, -CH(CH3)2, - ciclohexilo, -C2H4OH, -C2H4OCH3, -(CH2)2-3NHC(O)CH3, - (CH2)2-3N(CH3)C(O)CH3, -(CH2)1-3C(O)NH2, -(CH2)1- 3C(O)NHCH3, -(CH2)1-3C(O)N(CH3)2, -CH2(CG5G6)mSO3-, -CH2(CG5G6)mCO2

-, -CH2(CG5G6)mCO2H, - CH2(CG5G6)mPO3 2-, - CH2(CG5G6)mPO3H-, -CH2(CG5G6)mPO3H2 siendo m 0, 1, 2 o 3, o es un componente del resto químico cíclico, o R5 es un resto químico -[CG7G8-(CG7G9)r-CG7G8-HjNR6R7]j+, en el que cada G7 es un resto químico seleccionado independientemente de -H, -CH3, -C2H5, cada G8 es un resto químico seleccionado independientemente de -H, -CH3, -CH2OH, -C2H5, -CO2H, -SO3H, -PO3H2, -CO2 -, -SO3 -, -PO3H-, y -PO3 2-, G9 es un resto químico seleccionado independientemente de -H, -CH3, -CH, -OH, -C2H5, -OH, -OCH3, -CO2H, -SO3H, - PO3H2, -CO2 -, -SO3 -, -PO3H-, y -PO3 2-, r tiene valores enteros en el intervalo de 0 - 4, y j es 0 o 1, y cada R6 y R7 es un resto químico seleccionado independientemente de -CH3, -C2H5, -CH(CH3)2, -ciclohexilo, -C2H4OH, - C2H4OCH3, -(CH2)2-3NHC(O)CH3, -(CH2)2-3N(CH3)C(O)CH3, -(CH2)1-3C(O)NH2, -(CH2)1-3C(O)NHCH3, -(CH2)1- 3C(O)N(CH3)2, - CH2(CG5G6)mSO3 -, -CH2(CG5G6)mCO2 -, -CH2(CG5G6)mCO2H, -CH2(CG5G6)mPO3 2-, - CH2(CG5G6)mPO3H-, -CH2(CG5G6)mPO3H2 siendo m 0, 1, 2 o 3;

en el que cuando el compuesto comprende el resto químico cíclico, el resto químico cíclico es uno o más seleccionados de (a), (b), (c), (d), (e), (f) y (g):

(a) uno o más pares de R1 y R2, R3 y R4, R3 y R5, y/o R4 y R5, forma un solo resto químico de tal manera que el par es individual e independientemente -CH2CH2CH2CH2-, -CH2CH(OH)CH(OH)CH2-, -CH2CH2CH2CH2CH2-, - CH2CH2OCH2CH2-, -CH2CH2CH(OH)CH2CH2-, -CH2CH2N(C(O)G1)CH2CH2-, -CH2C(O)N(G1)CH2CH2-, - CH2CH(OH)CH(OH)CH2-, ≥ C(NG1 2)2,**Fórmula**



(b) uno o más pares de R1 y R3, R1 y R4, R1 y R5, R2 y R3, R2 y R4 y/o R2 y R5 forma un único resto químico de tal manera que el par es individual e independientemente -(CG1G2)g-, siendo n 0 o 1 y siendo g 2 o 3;

Procedimiento de tamponamiento de una composición química o biológica Campo técnico La presente invención se refiere a compuestos tampón, especialmente a compuestos tampón para su uso en sistemas biológicos en los que el compuesto tampón comprende compuestos de amonio cuaternario-amina. Más particularmente, la invención se refiere a compuestos tampón en los que la molécula tampón contiene tanto un átomo de nitrógeno de la amina como un átomo de nitrógeno de amonio cuaternario.

Antecedentes Los compuestos tampón clásicos son compuestos o agentes químicos que resisten o minimizan los cambios en las concentraciones de iones de hidrógeno cuando un sistema de interés se coloca en estrés químico o estrés físico. El estrés químico incluye la generación o el consumo de los iones de hidrógeno, cambio en la fuerza iónica y el cambio en las propiedades de disolvente. El estrés físico incluye cambios en la temperatura y / o la presión. En muchas circunstancias es útil o necesario mantener constante el pH o dentro de unos límites estrechos. Los compuestos tampón se utilizan a menudo en solución acuosa homogénea, pero también se pueden usar en mezclas sólidas o semisólidas, en disolventes polares no acuosos o en cremas, ungüentos o suspensiones. Los compuestos tampón naturales se utilizan en los sistemas biológicos o células vivas para mantener o modular las condiciones de pH adecuadas. Los compuestos tampón naturales y sintéticos se utilizan comercialmente en el tratamiento e higienización del agua, en agentes para el control de la corrosión, en mezclas de fertilizantes para la agricultura, en las formulaciones de medicamentos y productos de aseo personal, en alimentos y bebidas, en la fermentación y la elaboración de la cerveza, en pinturas y recubrimientos, en fármacos humanos o animales y en muchas otras aplicaciones.

El pH es una medida de la actividad solvatada de los iones de hidrógeno, que está directamente relacionada con la concentración de iones de hidrógeno: -log[H+]. La fuerza de un ácido monoprótico neutro (HA) o ácido conjugado monoprótico de una base neutra (HB +) se miden mediante el pKa los valores para las respectivas reacciones que se definen por:

HA + H2O ⇄OH3+ + A-HB+ + H2O ⇄OH3+ + B

pKa = -log Ka en la que Ka = [OH3+][A-] / [A] o Ka = [OH3+][B] / [HB+]

Reordenadas, estas ecuaciones dan:

pH = pKa + log ([A-] / [HA]) o pH = pKa + log ([B] / [HB+])

Cada elemento entre corchetes en las ecuaciones anteriores refleja la "actividad" de las respectivas especies neutras e iónicas en solución. La actividad es un término termodinámico definido y se relaciona con la concentración. A una concentración baja y una fuerza iónica baja, la actividad es aproximadamente igual a la concentración. En la presente memoria, los inventores usan una pKa basada en la concentración, valores medidos a 25 º C en una fuerza iónica (μ) de 0, 10, a menos que se especifique lo contrario. Dichos valores de pKa son más aplicables a las condiciones prácticas que los valores termodinámicos de pKa, en los que μ ~ 0

El intervalo del pH y la escala tiene especial significado únicamente en un disolvente específico de interés y se hace referencia a ciertas normas de pH definidas. Las propiedades de solvatación del disolvente hacia los ácidos y bases conjugados y dictan el grado de ionización y la fuerza de los ácidos y las bases. Adicionalmente, la mayoría de los disolventes polares tienen propiedades de autoionización que limitan la fuerza de los ácidos fuertes y las bases fuertes disueltos en ese disolvente. Este efecto, denominado el "efecto de nivelación", es fácilmente evidente en agua, en la que la constante de autoionización, pKw, es de aproximadamente 13, 8 (25 º C, μ = 0, 1) .) . En estas condiciones, la neutralidad, que es cuando [OH3+] = [OH-], se define por un pH = 0, 5 * pKw = 6, 9. Cuando el agua es el disolvente, la acidez (pKa) de los OH3+ solvatados es de aproximadamente -1, 7 mientras que la de OH2 solvatado es de aproximadamente 15, 5. Disueltas en agua, las bases más fuertes que el hidróxido simplemente reaccionan con el agua formando OH- (ion hidróxido) . Del mismo modo, los ácidos más fuertes que OH3+ reaccionan con agua formando OH3+. Por lo tanto, en condiciones reales, cuando la concentración de ácido / base es aproximadamente 0, 10 M y la concentración del disolvente (H2O) es de aproximadamente 55, 5 M, el efecto de nivelación del agua limita el intervalo de pH útil para el tamponar hasta aproximadamente 1, 0-12, 8. Por otra parte, otras limitaciones prácticas en el agua hacen que trabajar con tampones sea incómodo o difícil cuando se opera fuera del intervalo 2-12.

Una propiedad importante de un compuesto tampón es su capacidad de tamponamiento, es decir, la cuánto OH3+ u OH-se puede neutralizar mediante el tampón y reducir al mínimo el cambio de pH en la solución. Las ecuaciones

anteriores muestran que la capacidad tampón está directamente relacionada con (a) la concentración del tampón y (b) la diferencia (Δ) entre el pH operativo y el pKa del tampón. Más capacidad de tamponamiento se puede obtener por (a) el aumento de la concentración del compuesto tampón, (b) hallando un compuesto tampón adecuado para que Δ sea menor o (c) mediante el ajuste del pH operativo para que Δ sea menor. Un usuario de compuestos tampón debe estimar cuánto ácido o base puede generarse en el sistema en estudio y cuánta variación del pH se puede tolerar el fin de elegir tampones y concentraciones adecuados. Excepto cerca de los extremos de los intervalos útiles de pH (pH = 2 o 12) , la siguiente tabla permite estimar la capacidad tampón real (mM) como una fracción de la concentración del compuesto tampón total (CB, mM) a diferentes valores de Δ. Un intervalo de tamponamiento útil de un compuesto tampón es el intervalo de pH dentro del cual al menos el 50% de la capacidad tampón máxima se ha de mantener. Como verá más adelante, el intervalo de tamponamiento de un ácido monoprótico típico es de aproximadamente 0, 96 unidades de pH, es decir ± 0, 48 unidades de pH centradas en el valor de pKa.

Capacidad (mM) Δ (pH-pKa)

0, 500*CB 0, 00

0, 443*CB ± 0, 10

0, 400*CB ± 0, 18

0, 387*CB ± 0, 20

0, 333*CB ± 0, 30

0, 285*CB ± 0, 40

0, 250*CB ± 0, 48

0, 240*CB ± 0, 50

0, 201*CB ± 0, 60

0, 167*CB ± 0, 70

0, 137*CB ± 0, 80

0, 112*CB ± 0, 90

0, 091*CB ± 1, 00

Se han desarrollado muchos compuestos para una multitud de usos, incluyendo en los sistemas biológicos. Los tampones para su uso en sistemas biológicos se enfrentan a una serie de requisitos, incluyendo una baja toxicidad para los organismos biológicos vivos, propiedades de baja unión a metal, baja sensibilidad a los cambios de pH causados por cambios en la temperatura y cargas iónicas específicas. Muchos compuestos tampón anteriormente conocidos utilizados en los sistemas biológicos han sufrido una falta de una o más de estas características y, por lo tanto, desde hace tiempo existe una necesidad constante de compuestos tampón mejores con propiedades especiales, predeterminadas y controlables.

Adicionalmente, los compuestos tampón conocidos, particularmente aquellos para usar en sistemas biológicos, han sufrido una incapacidad para cubrir fácilmente toda la gama de pH. Determinadas porciones de la gama de pH, por ejemplo, el intervalo de pH 11 a pH 13, han estado notablemente desprovistos de tampones capaces de mantener el pH dentro de este intervalo.

Además, debido a que los compuestos tampón preparados para su uso en diversos intervalos de pH eran a menudo bastante diferentes químicamente ha habido problemas de compatibilidad que surgen de las diferencias químicas que eran inherentes a los diferentes compuestos tampón necesarios para obtener tamponamiento a diferentes intervalos de pH. Idealmente, un tampón debería controlar el pH únicamente e interaccionar mínimamente con las moléculas constituyentes en estudio o de interés en la solución. Una propiedad importante es su carga en general. Si se las sustancias químicas de interés se cargan, un compuesto de amortiguamiento de la misma carga se utiliza para minimizar la interacción en solución o mezcla. Estas diferencias químicas introducen otra variable que debe considerarse a la hora de seleccionar un compuesto tampón apropiado para una aplicación particular. Por estas razones adicionales, ha habido una necesidad constante y sentida desde hace tiempo de compuestos tampón mejoradas con propiedades especiales, predeterminadas y controlables.

El documento EP 0 494... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de tamponamiento de una composición química o biológica, que comprende la adición a la composición de una cantidad tampón efectiva de al menos un compuesto de amonio cuaternario-amina protonado o no protonado que tiene una fórmula general:

en la que:

n tiene valores enteros en el intervalo de 0 – 4,

k es 0 para el compuesto no protonado y k es 1 para el compuesto protonado;

cada G1, G3 y G5 es un resto químico seleccionado independientemente de -H, -CH3, -C2H5, o es un componente de un resto químico cíclico,

cada G2 y G4 es un resto químico seleccionado independientemente de -H, -CH3, -CH2OH, -C2H5, -CO2H, -SO3H, -PO3H2, -CO2-, -SO3-, -PO3H-, y -PO32-, o es un componente del resto químico cíclico.

cada G6 es un resto químico seleccionado independientemente de -H, -CH3, -CH2OH, -C2H5, -OH, -OCH3, -CO2H, -SO3H, -PO3H2, -CO2-, -SO3-, -PO3H-y -PO32-, o es un componente del resto químico cíclico, y

cada R1, R2, R3, R4 y R5 es un resto químico seleccionado independientemente de -CH3, -C2H5, -CH (CH3) 2, ciclohexilo, -C2H4OH, -C2H4OCH3, - (CH2) 2-3NHC (O) CH3, - (CH2) 2-3N (CH3) C (O) CH3, - (CH2) 1-3C (O) NH2, - (CH2) 1

-

3C (O) NHCH3, - (CH2) 1-3C (O) N (CH3) 2, -CH2 (CG5G6) mSO3-, -CH2 (CG5G6) mCO2 , -CH2 (CG5G6) mCO2H, -CH2 (CG5G6) mPO32-, -CH2 (CG5G6) mPO3H-, -CH2 (CG5G6) mPO3H2 siendo m 0, 1, 2 o 3, o es un componente del resto químico cíclico, o R5 es un resto químico -[CG7G8- (CG7G9) r-CG7G8-HjNR6R7]j+, en el que cada G7 es un resto químico seleccionado independientemente de -H, -CH3, -C2H5, cada G8 es un resto químico seleccionado independientemente de -H, -CH3, -CH2OH, -C2H5, -CO2H, -SO3H, -PO3H2, -CO2-, -SO3-, -PO3H-, y -PO32-, G9 es un resto químico seleccionado independientemente de -H, -CH3, -CH, -OH, -C2H5, -OH, -OCH3, -CO2H, -SO3H, -PO3H2, -CO2-, -SO3-, -PO3H-, y -PO32-, r tiene valores enteros en el intervalo de 0 -4, y j es 0 o 1, y cada R6 y R7 es un resto químico seleccionado independientemente de -CH3, -C2H5, -CH (CH3) 2, -ciclohexilo, -C2H4OH, -C2H4OCH3, - (CH2) 2-3NHC (O) CH3, - (CH2) 2-3N (CH3) C (O) CH3, - (CH2) 1-3C (O) NH2, - (CH2) 1-3C (O) NHCH3, - (CH2) 13C (O) N (CH3) 2, -CH2 (CG5G6) mSO3-, -CH2 (CG5G6) mCO2-, -CH2 (CG5G6) mCO2H, -CH2 (CG5G6) mPO32-, -CH2 (CG5G6) mPO3H-, -CH2 (CG5G6) mPO3H2 siendo m 0, 1, 2 o 3;

en el que cuando el compuesto comprende el resto químico cíclico, el resto químico cíclico es uno o más seleccionados de (a) , (b) , (c) , (d) , (e) , (f) y (g) :

(a) uno o más pares de R1 y R2, R3 y R4, R3 y R5, y/o R4 y R5, forma un solo resto químico de tal manera que el par es individual e independientemente -CH2CH2CH2CH2-, -CH2CH (OH) CH (OH) CH2-, -CH2CH2CH2CH2CH2-, -CH2CH2OCH2CH2-, -CH2CH2CH (OH) CH2CH2-, -CH2CH2N (C (O) G1) CH2CH2-, -CH2C (O) N (G1) CH2CH2-, -CH2CH (OH) CH (OH) CH2-, = C (NG12) 2,

(b) uno o más pares de R1 y R3, R1 y R4, R1 y R5, R2 y R3, R2 y R4 y/o R2 y R5 forma un único resto químico de tal manera que el par es individual e independientemente - (CG1G2) g-, siendo n 0 o 1 y siendo g 2 o 3;

(c) uno o más pares de G1 y G3, G2 y G4, G1 y G4 y/o G2 y G3 forma un resto químico único de tal manera que el par es individual e independientemente - (CG1G6) q-, teniendo q valores enteros de 0-4 y la suma de q y n tiene valores enteros de 3-4, y, cuando q = 0, - (CG1G6) 0-es un enlace sencillo carbono-carbono entre los átomos de carbono a los que el par está unido en la fórmula general;

(d) uno o más pares de G1 y G2, G3 y G4, y/o G5 y G6 forma un único resto químico de tal manera que el par es individual e independientemente - (CG1G6) w-, teniendo w valores enteros de 4-5.

(e) uno o más pares de R1 y G3, R1 y G4, R2 y G3, R2 y G4, R3 y G1, R3 y G2, R4 y G1, R4 y G2, R5 y G1, y/o R5 y G2 forma un resto químico único de tal manera que el par es individual e independientemente - (CG1G2) s-teniendo s valores enteros de 1 -3, teniendo n tiene valores enteros de 0-2 y la suma de s y n tiene valores enteros de 2-3;

(f) uno o más pares de R1 y G5, R1 y G6, R2 y G5, R2 y G6, R3 y G5, R3 y G6, R4 y G5, R4 y G6, R5 y G5, y/o R5 y G6 forma un resto químico único de tal manera que el par es individual e independientemente - (CG1G2) v-teniendo v valores enteros 0 -3, teniendo n tiene valores enteros 1-4 y la suma de v y n tiene valores enteros d.

3. 4 y cuando v = 0, - (CG1G2) 0-es un enlace sencillo carbono-carbono entre los átomos de carbono a los que está unido el par en la fórmula general; y

(g) uno o más pares de R1 y G1, R1 y G2, R2 y G1, R2 y G2, R3 y G3, R3 y G4, R4 y G3, R4 y G4, R5 y G3, y/o R5 y G4 forma un único resto químico de tal manera que el par es individual e independientemente - (CG1G2) u-, teniendo u valores enteros 3-4;

en el que CI es un contraión no interferente o mezcla de contraiones no interferentes , según sea necesario para mantener la electroneutralidad, con la carga en el compuesto de amonio cuaternario-amina que sea igual al valor de la cantidad (j + k-z + 1) en la que z es igual al valor absoluto de la suma numérica de todas las cargas negativas en cada resto de -CO2-, -SO3-, -PO3H-, and -PO32-contenido en el R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, G2, G4, G6 G8 y/o G9 presente y en la que d es igual a | j + k-z + 1 | para los contraiones monovalentes, | j + k-z + 1 | / 2 para los contraiones divalentes, | j

+ k-z + 1 | / 3 para los contraiones trivalentes | j + k-z + 1 | / 4 para los contraiones tetravalentes y el signo de (z-j-k+1) refleja la carga en el (los) contraión (es) , a excepción de que cuando (j + k-z 1) es cero, d sea cero y no esté presente un contraión independiente.

2. Un procedimiento como se define en la reivindicación 1, en el que CI es un anión no interferente o una mezcla de aniones no interferentes seleccionados de Cl-, Br-, I-, OH-, F-, OCH3-, HCO2-, CH3CO2-, CF3CO2-, NO3-, ClO4-, BF4-, PF6, HSO4-, HCO3-, H2PO4-, CH3OCO2-, CH3OSO3-, CH3SO3-, CF3SO3-, H2PO3-, CH3PO3H-, HPO32-, CH3PO32-, CO32-, SO42-, HPO42-y PO43-.

3. Un procedimiento como se define en la reivindicación 1, en el que CI es un catión no interferente o una mezcla de cationes no interferentes seleccionados de: Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+, NH4+, Ag+, TI+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+, VO2+, Mn2+, Fe2+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+ Cd2+, Hg2+, Eu2+, UO22+, Pb2+, Al3+, Ga3+, Y3+, BiO3+, La3+, Ce3+, Pr3+, Nd3+, Sm3+, Eu3+, Gd3+, Tb3+, Dy3+, Ho3+, Er3+, Tm3+, Yb3+, Lu3+ y Th4+.

4. Un procedimiento como se define en la reivindicación 1, en el que CI es un catión no interferente o una mezcla de cationes no interferentes seleccionados de: una alquil-o hidroxialquil-amina primaria protonada, una alquil-o hidroxialquil-amina secundaria protonada, una alquil-o hidroxialquil-amina terciaria protonada, una alquil-, alquilen-, hidroxialquil-o hidroxialquilen-diamina diprotonada, un compuesto de alquil-o hidroxialquil-amonio cuaternario, un compuesto de alquil-o hidroxialquil-sulfonio, un compuesto de alquil-o hidroxialquil-sulfoxonio, un compuesto de alquil-o hidroxialquil-fosfonio cuaternario y un compuesto alquil-, alquilen-, hidroxialquil-o hidroxialquilen-amonio dicuaternario, en el que el los grupos alquil-, alquilen-, hidroxialquil-e hidroxialquilen-anteriores contienen de uno a tres átomos de carbono, y en los que el catión o la mezcla de cationes no es un compuesto como se define en la reivindicación 1.

5. Un procedimiento como se define en la reivindicación 1, en el que el CI es un anión tampón no interferente, una mezcla de aniones tampón no interferentes, un catión tampón no interferente o una mezcla de cationes tampón no interferentes, con valores de pKa en el intervalo d.

2. 12, y en el que CI no es un compuesto de amonio cuaternarioamina como se define en la reivindicación 1.

6. Un procedimiento como se define en la reivindicación 1, en el que el CI es un anión tampón no interferente, una mezcla de aniones tampón no interferentes, un catión tampón no interferente o una mezcla de cationes tampón no interferentes, con valores de pKa en el intervalo de 1 -13, y en el que CI es un compuesto de amonio cuaternarioamina como se define en la reivindicación 1 y tiene una carga que confiere electroneutralidad al compuesto.

7. Un procedimiento como se define en la reivindicación 1, en el que el compuesto comprende el resto cíclico como se define en (a) , en el que el resto cíclico tiene una de las siguientes estructuras:

en las que G1 y otros componentes del compuesto son como se definen en la reivindicación 1.

8. Un procedimiento como se define en la reivindicación 1, en el que el compuesto comprende el resto cíclico como se define en (a) , en el que el resto cíclico tiene una de las siguientes estructuras:

en las que G1 y otros componentes del compuesto son como se definen en la reivindicación 1.

9. Un procedimiento como se define en la reivindicación 1, en el que el compuesto comprende el resto cíclico como se 10 define en (b) , en el que el compuesto tiene una de las siguientes estructuras:

en las que cada uno de G1, G1, G2, G3, G4, G5, R2, R4 y R5 se definen independientemente como en la reivindicación 1.

10. Un procedimiento como se define en la reivindicación 1, en el que el compuesto comprende el resto cíclico como se define en (c) , en el que el compuesto tiene una de las siguientes estructuras:

en las que cada uno de G1, G1, G2, G3, G4, G5; G6, R1, R2, R3, R4 y R5 se definen independientemente como en la reivindicación 1.

11. Un procedimiento como se define en la reivindicación 1, en el que el compuesto comprende el resto cíclico como se define en (e) , en el que el compuesto tiene una de las siguientes estructuras:

en las que cada uno de G1, G1, G2, G3, G4, G5; G6, R1, R2, R3, R4 y R5 se definen independientemente como en la reivindicación 1.