Convocatoria PROMEP 2013

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2 P Universidad Veracruzana Facultad de Bioanálisis (Química Clínica) Convocatoria PROMEP 2013 SÍNTESIS Y ESTUDIOS DE RECONOCIMIENTO IÓNICO: RECEPTORES MOLECULARES MAGNÉTICOS FLUOROGÉNICOS Y CROMOGÉNICOS PARA EL RECONOCIMIENTO, LA DETECCIÓN Y LA SEPARACIÓN DE IONES Tipo de Investigación: Básica Área de Investigación. Química Líneas de generación y aplicación del conocimiento (LGAC): Química supramolecular: Reconocimiento molecular e ingeniería de cristales Modalidad: Nuevo PTC Responsable Técnico: Dra. Karina Mondragón Vásquez, PTC, Facultad Bioanálisis (Química Clínica)-UV Colaboran: Dr. Hugo Morales Rojas, PTC, CIQ-UAEM Dr. Jorge G. Domínguez Chávez, PTC, Fac. Bioanálisis-UV Dr. Oscar García Barradas PTC, SARA-UV Dr. Julián Hernández torres, PTC, Microna-UV Iturbide esquina Carmen Serdán s/n Col. Centro. Veracruz, Veracruz, México Teléfono/Fax:(229) , kmondragon@uv.mx

3 Identificación del Proyecto Título del proyecto Área en que debe ser evaluado Disciplina en que debe ser evaluado Resumen Problema o justificación SÍNTESIS Y ESTUDIO DE RECEPTORES MOLECULARES FLUOROGÉNICOS Y CROMOGÉNICOS MAGNÉTICOS PARA EL RECONOCIMIENTO, LA DETECCIÓN Y LA SEPARACIÓN DE IONES QUÍMICA QUÍMICA SUPRAMOLECULAR En el presente trabajo se plantea sintetizar, caracterizar y estudiar una serie de receptores moleculares enlazados a una unidad indicadora (sensores moleculares) y soportados sobre una nanopartícula magnética, para el reconocimiento, detección y separación de iones de interés químico, biológico y ambiental. Como unidad indicadora o generadora de señal se utilizará la 1,8-naftalimida que es un sistema conjugado con importantes propiedades fluorescentes y cromogénicas y como sitios de reconocimiento se utilizaran poliaminas y poliéteres. Las nanopartículas magnéticas estarán formadas de un núcleo de magnetita (Fe 3 O 4 ) y se estabilizaran con una cubierta de sílice (SiO 2 ). Estas NMPs presentarían las siguientes ventajas sobre las ya reportadas en la literatura: solubles en diferentes disolventes incluyendo medios acuosos, anfitriones preorganizados, fácil modificación del receptor lo que permite el diseño de sistemas ex profeso para obtener sistemas huésped-anfitrión estables y selectivos. El reconocimiento y la detección selectiva de iones orgánicos e inorgánicos son de gran importancia ya que los iones forman parte de numerosos procesos químicos, biológicos, industriales y tienen un impacto ambiental trascendental. A la fecha, se han desarrollado receptores que han sentado bases importantes para reconocimiento de iones, sin embargo, la mayoría de los receptores moleculares son poco solubles en medios acuosos, por lo que hoy en día el estado del arte se ubica en la búsqueda de sistemas capaces de llevar a cabo una detección selectiva en medios acuosos, que es el medio en que las moléculas biológicas ejercen sus funciones vitales y es el disolvente más utilizado. Al respecto, la incorporación de nanoparticulas magnéticas (NPMs) a los receptores moleculares fluorogénicos o cromogénicos no sólo es una estrategia interesante para aumentar su solubilidad en medios acuosos, además resultan atractivas para generar receptores capaces de remover magnéticamente contaminantes iónicos de muestras farmacéuticas, ambientales, químicas o biológicas utilizando un magneto convencional. Con base en lo anterior, la presente propuesta de investigación plantea el diseño, la

4 Hipótesis Objetivo General Objetivos específicos síntesis y el estudio de asociación de receptores moleculares cromogénicos y fluorogénicos incorporados a nanopartículas magnéticas para enlazar, detectar y separar selectivamente a iones de diversa naturaleza como por ejemplo iones inorgánicos de metales pesados como Pb 2+ y Hg 2+, iones de metales alcalinos como Li +, Na +, K + y alcalinotérreos como Mg 2+ y Ca 2+, iones halogenuro como F - Cl -, Br - y I - e iones orgánicos como el catión amonio o aniones fosfato y carboxilato. Las ventajas que presentarían estas NMPs sobre las ya reportadas en la literatura son: solubles en diferentes disolventes incluyendo medios acuosos, serían anfitriones preorganizados, la incorporación de la unidad de reconocimiento a la unidad indicadora es accesible lo que facilitaría la exploración sistemática de los estudios de asociación con anfitriones de diversa naturaleza y en su caso, al diseño de sistemas ex profeso para obtener sistemas huésped-anfitrión más estables y selectivos. Además, el estudio de las nanopartículas magnéticas funcionalizadas con sensores moleculares es muy interesante y puede conducir a hallazgos científicos y tecnológicos importantes, en donde la ventaja principal es que pueden ser la base para desarrollar componentes y/o dispositivos, utilizando síntesis química factible, para la detección, bioseparación y separación química de moléculas más complejas como AMP, ADP, ATP, péptidos, polipéptidos, nucleótidos, polinucleótidos y especies moleculares y macromoleculares que posean propiedades fisicoquímicas similares en donde las técnicas de separación son a menudo poco eficaces, poco específicas, complicadas e incluso pueden requerir de equipos sofisticados y costosos. La generación de receptores moleculares selectivos, que posean unidades indicadoras fluorogénicas y/o cromogénicas unidas a nanopartículas magnéticas para iones orgánicos e inorgánicos, permitirá explorar y determinar los aspectos básicos de la interacción selectiva y su potencial aplicación en métodos de detección y de separación en disolventes de diversa naturaleza incluyendo el agua. Sintetizar, caracterizar y estudiar una serie de receptores moleculares enlazados a una unidad indicadora (sensores moleculares) y soportados sobre una nanopartícula magnética, para el reconocimiento, detección y separación de iones de interés químico, biológico y ambiental. 1. Sintetizar una serie de sensores moleculares utilizando como unidad de reconocimiento a poliaminas y a poliéteres y utilizando la 1,8 naftalimida como unidad indicadora. 2. Realizar la caracterización completa de los sensores moleculares y sus intermediarios utilizando técnicas espectroscópicas y espectrométricas como resonancia magnética nuclear monodimensional y bidimensional de 1 H

5 Metas y 13 C, espectroscopia IR, espectroscopia de absorción Uv- Vis, espectroscopia de emisión de fluorescencia, espectrometría de masas, entre otros. 3. Evaluar en disolución la capacidad de reconocimiento y detección de los sensores moleculares preparados frente a los diversos huéspedes o sustratos iónicos utilizando principalmente espectroscopias de absorción UV-Vis, de emisión de fluorescencia y de 1 H RMN. 4. Llevar a cabo el análisis estructural a través de los sistemas sensor molecular-huésped más afines y selectivos en disolución ( 1 H RMN) y en caso de obtener cristales de los complejos se utilizará la difracción de rayos X de monocristal. 5. Obtener las nanoparticulas magnéticas e incorporarlas a los sensores moleculares. 6. Evaluar experimentalmente la capacidad de reconocimiento, detección y separación de las nanopartículas magnéticas funcionalizadas con los sensores moleculares, frente a los huéspedes más afines de acuerdo a los resultados obtenidos del objetivo tres. 7. A partir de los resultados obtenidos en los estudios de disolución de los sensores químicos propuestos, hacer un diseño de nuevos receptores moleculares que permitan el enlace selectivo de huéspedes iónicos y moleculares de estructura más compleja. Metas Científicas 1. obtener receptores moleculares para el reconocimiento y la detección de iones de interés químico, biológico y ambiental, utilizando como unidad de reconocimiento poliaminas y poliéteres y utilizando como unidad indicadora la 1,8 naftalimida. 2. Por medio de la evaluación de las constantes de asociación de los complejos receptor molecular-huésped y de sus parámetros termodinámicos, entender los factores estructurales y las diferentes interacciones no covalentes que son responsables del reconocimiento en estos sistemas y que contribuyen a la estabilidad del complejo supramolecular. 3. Obtener receptores moleculares cromogénicos y fluorogénicos unidos a nanopartículas magnéticas que permitan la detección y la separación selectiva de diversos huéspedes iónicos. 4. Determinar la capacidad de las nanopartículas magnéticas funcionalizadas para remover analitos iónicos, esto para obtener sistemas de reconocimiento, detección y separación con posible aplicación analítica y en la purificación de medios orgánicos e inorgánicos contaminados. 5. Contribuir al conocimiento científico al entender los factores

6 que inciden en el reconocimiento y en la detección de iones orgánicos e inorgánicos con el uso de receptores moleculares artificiales derivados de la 1,8-naftilamida unidos a nanopartículas. 6. Que el entendimiento de los factores que rigen la asociación en este tipo de sistemas permita el diseño de sistemas eficaces para la detección y separación de iones de estructura molecular más compleja como AMP, ADP, ATP, polinucleóticos y polipéptidos. Metas en la formación de recursos humanos 1. Formar a dos estudiantes de licenciatura. 2. Lograr una formación sólida e interdisciplinaria de los estudiantes a través de su vinculación con la investigación y la generación de conocimientos científicos. 3. Generar recursos humanos capaces de contribuir a la investigación básica, a la mejora de la enseñanza a nivel superior y a la solución de problemas en el sector productivo mexicano. 4. Desarrollar y consolidar una línea de generación y aplicación del conocimiento en la facultad de Bioanálisis (Química Clínica) en la Universidad Veracruzana con la colaboración interdisciplinaria de investigadores pertenecientes a la misma institución y con intereses afines. 5. Fortalecer la colaboración con investigadores consolidados de instituciones distintas a la Universidad Veracruzana.