Empleo de la química supramolecular para la captura y detección selectiva de contaminantes ambientales

Resumen

A lo largo de la presente tesis se realiza un amplio estudio computacional acerca de las interacciones intermoleculares que se dan en sistemas supramoleculares con el fin de realizar un diseño racional y eficaz de nuevos sistemas de captura y de detección para diferentes contaminantes. Para lograr este objetivo se comienza con la creación de una base de datos (AV-EC-294) que incluye más de 290 dímeros en la cual se testan los diferentes métodos computacionales que serán empleados a lo largo de la tesis. El estudio de la base de datos permite adquirir profundos conocimientos acerca de la naturaleza de los diversos tipos de interacciones. Con ese conocimiento adquirido se particularizan los estudios a la molécula de dióxido de carbono, una de las moléculas objetivo de este trabajo. El análisis de los potenciales de interacción intermoleculares y de los complejos formados entre este gas y diversos heterociclos de 5 y 6 miembros (que habitualmente son empleados como bloques de construcción en sistemas supramoleculares) permite escoger que combinaciones de elementos estructurales resultan más efectivos para complejar este gas. Con estos datos se realiza el diseño racional de nuevos cicloparafenilenos sustituidos para aumentar la selectividad. Un profundo análisis acerca de las interacciones establecidas entre la molécula invitada y el huésped ayuda a comprender el origen de las elevadas energías de interacción encontradas así como la proposición de otras moléculas contaminantes que también pueden ser capturadas en el interior de estos anillos. El análisis espectroscópico de los complejos formados determina que la espectroscopía vibracional es una herramienta crucial tanto para detectar la complejación como para monitorizar el proceso de captura. Estas estructuras macrocíclicas de tamaño fácilmente modulable poseen cavidades muy ricas en densidad electrónica, hecho que ocasiona que sean unos excelentes anfitriones para moléculas con poca densidad electrónica como los cationes. Es precisamente este hecho el que se emplea en la segunda parte de la tesis para diseñar sistemas de captura y detección efectivos para eliminación de pesticidas de la familia del amonio cuaternario. La gran toxicidad y elevada permanencia de algunos de estos herbicidas en el medio ambiente los convierte en una interesante diana hacia la cual dirigirse. Tras la selección del tamaño adecuado para la captura de dos pesticidas de la familia de los Quats modelo (Diquat y Ciperquat) se exploran diferentes modificaciones estructurales con el fin de incrementar la energía de interacción. Debido a las características estructurales de hospedador y huésped así como a la gran afinidad de estos pesticidas por diversos sistemas supramoleculares diseñados ex-profeso, se ha analizado las posibilidades de emplear estos anillos como sensores. El empleo de la espectroscopía de Resonancia Raman se postula como una excelente herramienta para la detección y diferenciación selectiva de estos pesticidas.