paola andrea jara ulloa

115 Pages·2010·1.62 MB·English

UNIVERSIDAD DE CHILE
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS Y FARMACÉUTICAS
LABORATORIO DE BIOELECTROQUÍMICA

“SÍNTESIS Y CARACTERIZACIÓN ELECTROQUÍMICA
DE NUEVOS 4-NITROIMIDAZOLES SUSTITUIDOS”

Directores de tesis: Dr. J. Arturo Squella Serrano
Dr. Luis J. Núñez-Vergara

Tesis para optar al grado de Doctor en Química

PAOLA ANDREA JARA ULLOA

SANTIAGO-CHILE
2009
Esta tesis fue realizada con el apoyo de CONICYT a través de Beca de
postgrado N°21040213, Beca apoyo a realización de tesis doctoral
N°23070175 y Beca término de tesis doctoral N°23080034. Del mismo modo
se agradece el financiamiento de FONDECYT proyecto N°1050767 y a
MECESUP por beca de estadías cortas en el extranjero.
PUBLICACIONES ORIGINADAS A PARTIR DE LA REALIZACIÓN DE ESTA
TESIS
• Electrochemical Reduction of 2-Nitroimidazole in Aqueous Mixed Medium.
J.A.Squella, L. J. Núñez-Vergara, A. Campero, J. Maraver, P. Jara-Ulloa and J.
Carbajo, Journal of the Electrochemical Society, 154 (4) F77-F81 (2007)

• Micellar Effects on the Reduction of 4-Nitroimidazole Derivative: Detection and
Quantification of the Nitroradical Anion. P. Jara-Ulloa, L. J. Núñez-Vergara, J. A.
Squella, Electroanalysis, 19 (14), 1490-1495 (2007)

• Voltammetric Reduction of a 4-Nitroimidazole Derivative on a Multiwalled Carbon
Nanotubes Modified Glassy Carbon Electrode. P. Jara-Ulloa, S. Bollo, L. J.
Núñez-Vergara, J. A. Squella, Electroanalysis, 20 (13), 1470-1474 (2008)
ÍNDICE DE CONTENIDO

Índice de contenido i
Índice de figuras iii
Índice de tablas ix
Resumen x
Summary xi
1.- Introducción 1
2.- Hipótesis 7
3.- Objetivos 7
3,1.- Objetivos generales 7
3,2.- Objetivos específicos 7
4.- Materiales y Métodos 8
4,1.- Materiales 8
4,1,1.- Compuestos en estudio 8
4,1,2.- Reactivos y solventes 9
4,1,3.- Material de vidrio 11
4,1,4.- Electrodos 11
4,1,5.- Equipos 11
4,2.- Métodos 13
4,2,1.- Métodos de síntesis 13
4,2,1,1.- Síntesis de 1 metil- 2-Hidroximetil- 4-nitroimidazol 13
4,2,1,2.- Síntesis de 1 metil- 2-Bromometil- 4-nitroimidazol 14
4,2,1,3.- Síntesis de 2-Hidroximetil- 4-nitroimidazol 15
4,2,2.- Medios de trabajo para estudios electroquímicos 17
4,2,2,1.- Medio acuoso 17
4,2,2,2.- Medio acuoso micelar 17
4,2,2,3.- Medio no acuoso 18
4,3.- Técnicas utilizadas 19
4,3,1.- Polarografía de pulso diferencial y Polarografía tast 19
4,3,2.- Voltamperometría cíclica 20
4,3,2,1.- Determinación de la razón de corriente (i / i ) 21
p,a p,c
4,3,2,2.- Determinación del tipo de reacción electródica 23
4,3,4.- Curvas electrocapilares 26
4,3,5.- Voltamperometría adsortiva 26
4,3,6.- Modificación de GCE con NTC 27
4,3,7.- Voltamperometría de onda cuadrada (SWV) 29
i
5.- Resultados y Discusión 30
5,1.- Determinación de CMCs por técnicas electroquímicas 30
5,1,1.- Curvas electrocapilares 30
5,1,2.- Voltamperometría adsortiva 34
5,2.- Caracterización catódica 36
5,2,1.- Medio Acuoso 36
5,2,1,1. - Polarografía de pulso diferencial y Polarografía Tast 36
5,2,1,2.- Voltamperometría cíclica 40
5,2,2.- Medio Heterogéneo: Surfactantes 41
5,2,2,1.- Polarografía de pulso diferencial y Polarografía Tast 41
5,2,2,2.- Voltamperometría cíclica 47
5,2,3.- Medio no acuoso 56
5,2,3,1.- Polarografía de Pulso Diferencial y Polarografía Tast 56
5,2,3,2.- Voltamperometría Cíclica 58
5,3.- Estabilización de RNO • : ¿micela o monómero? 63
2
5,3,1.-Voltamperometría cíclica 63
5,3,2.- Dispersión de luz 72
5,3,3.- Espectrofotometría UV-Visible 73
5,4.- Interacción del RNO • con endobióticos y xenobióticos 76
2
5,5.- Reducción de derivados 4-nitroimidazolicos sobre GCE modificados con
NTCs 79
5,5,1. Voltamperometría cíclica 79
5,5,2. Voltamperometría de Onda Cuadrada 92
6.- Conclusiones 94
7.- Presentaciones a congresos 95
8.- Referencias 97

ii Paola Jara Ulloa
Índice de Figuras.
Figura 1. 1
Bioactivación reductiva de compuestos.

Figura 2. 4
Voltamperogramas cíclicos de barridos cortos a distintas velocidades de barrido de 4 NImOH,
en Medio 100 % DMF.

Figura 3. 13
Síntesis de 1 metil- 2-Hidroximetil- 4-nitroimidazol.

Figura 4. 14
Síntesis de 1 metil- 2-Bromometil- 4-nitroimidazol.

Figura 5. 15
Esquema general de la síntesis de 4NimOH.

Figura 6. 19
Polarograma de pulso diferencial (A) y polarograma Tast (B).

Figura 7. 22
Voltamperograma cíclico.

Figura 8. 25
Curvas teóricas para dismutación (A) y dimerización (B).

Figura 9. 30
Curvas electrocapilares a diferentes concentraciones de CTAB en solución de KNO 0.1M (A),
3
Tiempo de goteo vs logaritmo de la concentración de CTAB a diferentes potenciales aplicados (B).

Figura 10. 31
Curvas electrocapilares a diferentes concentraciones de Hyamina en solución de KNO 0.1M.
3

Figura 11. 32
Tiempo de goteo vs logaritmo de la concentración de Hyamina a diferentes potenciales aplicados.

Figura 12. 33
Curvas electrocapilares a diferentes concentraciones de SDS en solución de KNO 0.1M (A),
3
Tiempo de goteo vs logaritmo de la concentración de SDS a diferentes potenciales aplicados (B).

Figura 13. 34
Voltamperogramas lineales de Neutral Red 1μM sobre electrodo de Hg a diferentes tiempos de
acumulación (A). Dependencia de la corriente de pico con el tiempo de acumulación (B). Velocidad
de barrido: 345 mVs-1.

Figura 14. 35
Gráficos corriente versus concentración de CTAB en presencia de Neutral Red 1 μM.

Figura 15. 37
Polarogramas de pulso diferencial (A) y polarogramas TAST (B) para 0.1mM de 4-NimMeOH en
britton Robinson 0.1 M a distintos pHs.

Figura 16. 38
Dependencia del potencial de pico (A) y de la corriente de pico (B) con respecto al pH de una
iii Paola Jara Ulloa
solución 0.1mM de 4-NimMeOH en Britton Robinson 0.1 M.

Figura 17. 38
Dependencia del potencial de media onda (A) y de la corriente límite (B) con respecto al pH de una
solución 0.1mM de 4-NimMeOH en Britton Robinson 0.1 M.

Figura 18. 39
Polarogramas de pulso diferencial y dependencia del potencial de pico para 0.1mM de 4-NImMeBr
en Britton Robinson 0.1 M a distintos pHs.

Figura 19. 40
Voltamperogramas cíclicos de 4-NimMeOH 4.85x10-4M (A) y 4-NimMeBr 5.1x10-4M (B) a diferentes
pHs en tampón Britton Robinson 0.1M, velocidad de barrido: 100 mV/s.

Figura 20. 41
Polarogramas de pulso diferencial (A) y polarogramas TAST (B) para 0.1mM de 4-NimMeOH en
presencia de CTAB 15 mM en Britton Robinson 0.1 M a distintos pHs.

Figura 21. 42
Dependencia del Ep,c (A) y de la corriente de pico (B) con respecto al pH de una solución 0.1mM
de 4-NimMeOH en presencia de CTAB 15 mM en Britton Robinson 0.1M.

Figura 22. 42
Dependencia del E (A) y de la i (B) con respecto al pH de una solución 0.1mM de 4-NimMeOH
1/2 lim
en presencia de CTAB 15 mM en Britton Robinson 0.1 M.

Figura 23. 43
Polarogramas de pulso diferencial y Tast para 0.1mM de 4-NimMeBr en presencia de CTAB 15
mM en Britton Robinson 0.1 M a distintos pHs.

Figura 24. 44
Dependencia del Ep,c (A) y de la ip,c (B) con respecto al pH de una solución 0.1mM de 4-
NimMeBr, CTAB 15 mM en Britton Robinson 0.1 M.

Figura 25. 45
Polarogramas de pulso diferencial y Tast para 0.5 mM de 4-NimHOH en presencia de CTAB 15
mM en Britton Robinson 0.1 M a distintos pHs.

Figura 26. 48
Voltamperogramas cíclicos de 4-NimMeOH 1mM en tampón Britton Robinson 0.1M a pH 8.4 en
Presencia de 15 mM de diferentes surfactantes: A) CTAB, B) Triton-X, C) 100% BR (sin
surfactante), D) SDS y E) Hyamina. Velocidad de barrido = 1 V/s. Línea continua desde A) hasta E)
muestra el par redox RNO /RNO • aislada.
2 2

Figura 27. 49
Voltamperogramas cíclicos en aumento de la velocidad de barrido en presencia de surfactante
aniónico (A), no iónico (B) y catiónico (C) para 1mM de 4-NImHOH en Britton Robinson 0.1 M.

Figura 28. 50
Voltamperogramas cíclicos del par redox RNO / RNO • de 4-NimMeOH 1mM en tampón Britton
2 2
Robinson 0.1M a pH 8.4 en presencia de Hyamina 15 mM a diferentes velocidades de barrido.
Figura 29. 50
Razón de corrientes Ipa/Ipc con respecto a la velocidad de barrido para 4-NimMeOH 1 mM en
tampón Britton Robinson 0.1 M y Hyamina 15 mM a pH 7.4, 8.4 y 9.4.

iv Paola Jara Ulloa
Figura 30. 52
Voltamperogramas cíclicos en aumento de la velocidad de barrido en presencia de surfactante
catiónico para 1mM de 4-NimMeOH en Britton Robinson 0.1 M a pH 7.4 (A) y pH 8.4 (B).

Figura 31. 53
Voltamperogramas cíclicos de 4-Nitroimidazol 2mM en CTAB 15mM desde pH 2 hasta 8, tampón
Britton Robinson 0.1 M.

Figura 32. 53
Voltamperogramas cíclicos a pH 8 a distintas velocidades de barrido (A) y Dependencia de la razón
de corrientes ((ip,a/ip,c) ) con la velocidad de barrido(B) para 4-nitroimidazol 2mM en medio CTAB
15mM.

Figura 33. 54
Voltamperogramas cíclicos de 2-nitroimidazol 2mM a distintos a pHs en CTAB 15mM (A) y en
Hyamina 15 mM (B), tampón Britton Robinson 0.1M.

Figura 34. 56
Polarogramas de pulso diferencial para el compuesto 4NimMeBr en Medio 100 % DMF.

Figura 35. 57
Polarogramas Tast para el compuesto 4-NimMeBr en Medio 100 % DMF.

Figura 36. 58
Voltamperogramas cíclicos de 4-NimMeOH (A) y 4NimOH (B) en 100% DMF, 0.1M PTBA.

Figura 37. 58
Voltamperogramas cíclicos de 4-NimMeBr en 100% DMF, 0.1M PTBA.

Figura 38. 59
Voltamperogramas cíclicos para el compuesto 4-NimMeBr en Medio 100 % DMF.

Figura 39. 60
Voltamperogramas cíclicos a distintas velocidades de barrido de 4-NimMeBr (A), Razones de
corriente con respecto la velocidad de barrido (B) en medio 100 % DMF (PTBA).

Figura 40. 60
Curvas teóricas de dismutación y dimerización para un electrodo esférico (Hg). Resultados
obtenidos para 4NimMeBr en 100% DMF.

Figura 41. 61
Relación logarítmica entre i y la velocidad de barrido para 4-NimMeOH (A) y 4NImMeBr, en
p,c
Medio 100% DMF.

Figura 42. 62
Voltamperogramas cíclicos de 4NImMeBr en aumento de la velocidad de barrido en Medio 100 %
DMF.

Figura 43. 62
Relación logarítmica entre i I y i II y la velocidad de barrido para 4-NimMeBr (A) y razón de
p,c p,c
corrientes i II / i I para 4NImMeBr, en Medio 100 % DMF.
p,c p,c

Figura 44. 63
Voltamperogramas cíclicos de 4-NimMeOH en ausencia (A) y presencia de surfactante catiónico 15
mM (B), Britton Robinson 0.1 M, ph 8.4.
v Paola Jara Ulloa
Figura 45. 65
Voltamperogramas cíclicos sobre electrodo de Hg de 4-NimMeOH, en ausencia y aumento de la
concentración de CTAB, 100% Tampón Fosfato, pH 8.4.

Figura 46. 65
Dependencia de la intensidad de corriente (A) y el Ep,c (B) con la concentración de CTAB, 4
NimMeOH 5mM, en tampón fosfato pH 8.4.

Figura 47. 66
Voltamperogramas cíclicos sobre electrodo de Pt de 4-NimMeOH, en ausencia y aumento de la
concentración de CTAB (A). Dependencia de la intensidad de corriente (B) y Ep,c (C) con la
concentración de CTAB, 4-NimMeOH 5mM, en tampón fosfato pH 8.4.

Figura 48. 67
Voltamperogramas cíclicos sobre electrodo de Hg de 4-NimMeOH, en ausencia y aumento de la
concentración de Hyamina, Tampón Fosfato, pH 8.4.

Figura 49. 68
Dependencia de la intensidad de corriente y el Ep,c con la concentración de Hyamina, 4NimMeOH
5mM, en tampón fosfato pH 8.4.

Figura 50. 69
Voltamperogramas cíclicos sobre electrodo de Pt de 4-NimMeOH, en ausencia y aumento de la
concentración de Hyamina (A). Dependencia de la intensidad de corriente (B) y Ep,c (C) con la
concentración de CTAB, 4-NimMeOH 5mM, en tampón fosfato pH 8.4.

Figura 51. 70
Estructuras de los surfactantes catiónicos Bromuro de cetiltrimetilamonio, CTAB (A) y Hyamina (B),
utilizados para el estudio voltamperométrico de 4-NimMeOH.

Figura 52. 70
Voltamperogramas cíclicos sobre electrodo de Hg de 4-NimMeOH, en ausencia y aumento de la
concentración de BrETAB, 100% Tampón Fosfato, pH 8.4.

Figura 53. 71
Dependencia de la intensidad de corriente (A) y el Ep,c (B) con la concentración de BrETAB, 4
NimMeOH 5mM, en tampón fosfato pH 8.4.

Figura 54. 73
Distribución de tamaño obtenida por light scattering para CTAB.

Figura 55. 73
Espectros de absorbancia de 4-NimMeOH en aumento de la concentración de CTAB.

Figura 56. 74
Espectros de absorbancia de 4-NimMeOH en diferentes solventes.

Figura 57. 76
Compuestos utilizados para el estudio de interacción con RNO •.
2

Figura 58. 77
Voltamperogramas cíclicos de 1 mM de 4-NimMeOH en tampón Britton Robinson 0.1 M, 15 mM
de CTAB, pH 8.4 a diferentes velocidades de barrido (100 – 10000 mV)(A). Dependencia de la
razón de corrientes (ip,a/ip,c) con el logaritmo de la velocidad de barrido (B).

vi Paola Jara Ulloa
Figura 59. 77
Voltamperogramas cíclicos de 4-NimMeOH 1 mM en tampón Britton Robinson 0.1 M, 15 mM de
CTAB, pH 8.4 en presencia de diferentes concentraciones de endo/xenobióticos desde 0-6mM.

Figura 60. 78
Razón de corrientes ipa/ipc del par redox RNO /RNO • en presencia de diferentes concentraciones
2 2
de endo/xenobióticos. Concentración de 4-NimMeOH 1mM en tampón Britton Robinson 0.1 M, 15
mM CTAB, pH 8.4. Velocidad de barrido: 5000 mV s-1.

Figura 61. 79
Voltamperograma cíclico de 4-NimMeOH 1.18×10-4 M sobre GCE, tampón Britton Robinson 0.1 M,
pH 2 . Velocidad de barrido:100 mVs-1

Figura 62. 80
Voltamperogramas cíclicos de 4-NimMeOH sobre GCE, GCE/NTCs(H O) y GCE/NTCs(DMF).
2
Concentración de la dispersión de NTC: 1 mg/mL, tampón, Britton Robinson 0.1 M pH 2. Velocidad
de barrido:100 mV s-1, tpo. de acumulación: 120 s.

Figura 63. 82
Voltamperogramas cíclicos de 4-NimMeOH sobre GCE/NTCs(H O). Concentración de la dispersión
2
de NTC: 4 mg/mL, tampón Britton Robinson 0.1 M, pH 2 . Velocidad de barrido: 250 mVs-1.
Inserto: Dependencia de la corriente con la velocidad de barrido.

Figura 64. 83
Curvas de calibración obtenidas con electrodos modificados con NTCs en distintos agentes
dispersantes. [NTCs]:1 mg/mL, tampón Britton Robinson 0.1 M pH 2, tiempo de acumulación:120
s.

Figura 65. 84
Curvas de calibración obtenidas a diferentes pHs Tampón Britton Robinson 0.1M. Concentración
de la dispersión de NTCs: 1 mg/mL, tiempo de acumulación: 120 s.

Figura 66. 85
Voltamperogramas cíclicos de 4-NimMeOH sobre GCE y GCE/NTCS(H O). Concentración de la
2
dispersión de NTC: 0.2 y 4 mg/mL, tampón Britton Robinson 0.1 M, pH 2 . Velocidad de barrido:
100 mVs-1.

Figura 67. 86
Dependencia de la corriente de pico con la concentracion de NTC. [4-NimMeOH]: 3×10-6M, tampón
Britton Robinson 0.1 M, pH 2 . Velocidad de barrido: 100 mVs-1, tiempo de acumulación: 420 s.

Figura 68. 87
Voltamperogramas lineales de 4-NimMeOH sobre electrodo GCE/NTC(H O) a diferentes tiempos
2
de acumulación. Inserto: dependencia de la corriente de pico con el tiempo de acumulación.
[4NimMeOH]: 5×10-4 M, NTCs(H O) : 4 mg/mL, tampón Britton Robinson 0.1 M, pH 2 . Velocidad de
2
barrido: 100 mVs-1

Figura 69. 88
Dependencia del potencial de pico con respecto al pH. [4-NimMeOH] : 3×10-6 M, NTCs(H O): 4
2
mg/mL, tampón Britton Robinson 0.1 M, pH 2. Velocidad de barrido: 100 mV s-1.

Figura 70. 89
Curvas de calibración de 4-NimMeOH obtenidas sobre GCE/NTCs(H O) a dos tiempos de
2
vii Paola Jara Ulloa