TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE SAN FELIPE DEL ...
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TECNOLOacuteGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE SAN FELIPE DEL PROGRESO Organismo Puacuteblico Descentralizado del Gobierno del Estado de Meacutexico
ldquoDETERMINACIOacuteN DE LA HIDROacuteLISIS DEL COMPLEJO DE INCLUSIOacuteN
PRASEODIMIO-2-HIDROXIPROPIL-ΒETA-CICLODEXTRINA POR
ESPECTROFOTOMETRIacuteA Y POTENCIOMETRIacuteA
T E S I S P R O F E S I O N A L
PARA OBTENER EL TIacuteTULO DE
INGENIERO QUIacuteMICO
PRESENTA
ERIK MORENO CRUZ
ASESOR EXTERNO
DR HILARIO DOLORES LOacutePEZ GONZAacuteLEZ (ININ)
ASESOR INTERNO
DRA EDELMIRA FERNAacuteNDEZ RAMIacuteREZ (TESSFP)
SAN FELIPE DEL PROGRESO ESTADO DE MEacuteXICO AGOSTO DE 2017
II
El hombre en la arena
o es criacutetico el quien cuenta ni el que sentildeala con el dedo al hombre fuerte
cuando tropieza o el que indica en que cuestiones quien hace las cosas podriacutea
haberlas hecho mejor El meacuterito recae exclusivamente en el hombre que se
halla en la arena aquel cuyo rostro estaacute manchado de polvo sudor y sangre el que lucha
con valentiacutea el que se equivoca y falla el golpe una y otra vez porque no hay esfuerzo sin
error y sin limitaciones
---Theodore Roosevelt (1910)
N
III
Agradezco al Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares (ININ) al Dr
Hilario Dolores Loacutepez Gonzaacutelez al Departamento de Quiacutemica al proyecto CB-605
ldquoInvestigacioacuten sobre el efecto de la descomposicioacuten y naturaleza estructural de
materiales en las propiedades fisicoquiacutemicas de lantaacutenidos y actiacutenidos en estado
soacutelido y en solucioacuten (Etapa I y II)rdquo por el apoyo brindado para la realizacioacuten de este
trabajo
IV
V
VI
DEDICATORIA
VII
Dedicatoria
A Dios
Por todos los logros metas y proyectos sin importar lo obstaacuteculos grandes o pequentildeos que
has puesto a lo largo de mi camino en mi formacioacuten profesional y personal por todas la
bendiciones de las cuales has llenado mi vida Te doy las gracias por estar siempre
presente y darme las fuerzas en momentos difiacuteciles para seguir adelantehellip
A mis padres
Ma Veroacutenica Cruz Tapia y J Guadalupe Moreno Segundo con mucho amor por todo su
esfuerzo y apoyo que me han brindado incondicionalmente en todas mis victorias y
fracasos tristezas y alegriacuteas gracias por su lucha incansable diacutea con diacutea sin marcha
atraacutes Han sido mi ejemplo a seguir y por haber hecho de miacute lo mejor de una persona
gracias a su educacioacuten que han inculcado en miacute Por ser mi guiacutea y compantildeiacutea a lo largo de
mi camino ensentildeaacutendome a querer ser mejor y a superarme en mi vida profesional Es la
herencia maacutes importante y valiosa que me han dado por todo eso y mucho maacutes Los amohellip
A mis hermanos
Edwin Joseacute Manuel y Daniela por todos los momentos compartidos a su lado por todas
las risas que provocan grandes sentimientos y cada uno de sus consejos Por estar siempre
presentes en cada momento de mi vida brindaacutendome su apoyo carintildeo y amor de hermanos
Son una gran bendicioacuten en mi vidahellip
A ti Aidee
Por ser una persona tan importante en mi vida y brindarme todo tu amor por ensentildearme
tanto ayudaacutendome a crecer personal emocional y profesionalmente por todos tus alientos
y apoyo que me has brindado en momentos difiacuteciles y asiacute como todas las sonrisas y
laacutegrimas compartidas por tu presencia en mis logros obtenidos por todas y cada una de
las grandes maravillas que me has dado sin importar lo pequentildeas que sean y todo aquello
que significa mucho para miacute y que no se puede describir en palabras Muchas gracias por
todohellip
AGRADECIMIENTOS
VIII
Agradecimientos
Al Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares por la beca otorgada y el apoyo
recibido para la realizacioacuten de este proyecto durante mi estancia
Al Dr Hilario Dolores Loacutepez Gonzaacutelez del ININ y a la Dra Edelmira Fernaacutendez
Ramiacuterez del TESSFP por la asesoriacutea paciencia compresioacuten y apoyo para la realizacioacuten
de este trabajo Sinceramente les agradezco de todo corazoacuten fue un placer trabajar con
ustedes muchas gracias
A los miembros del comiteacute revisor IQ Moiseacutes Crescencio Gonzaacutelez y IQ Luciacutea Garciacutea
Guzmaacuten por las observaciones y aportes de gran importancia los cuales elevaron la
calidad del trabajo
Al Dr Jaime Jimeacutenez Becerril por el apoyo recibido para la irradiacioacuten de las muestras
de este trabajo y por el apoyo teacutecnico recibido
A los teacutecnicos Jorge Peacuterez del Prado y Carlos Salinas Molina de Microscopiacutea Electroacutenica
de Barrido del Departamento de Materiales y al servicio de Espectroscopia Raman del
Departamento de Fiacutesica por el apoyo teacutecnico recibido
A mis amigos Carmen (Cars) Hilda (Hildita) Rosa Isabel (Chabe) Daniel (Carrillo)
Eduardo (Lalo) y Miguel (Migue) por todo el apoyo que me han brindado asiacute como su
valiosa amistad durante todo este tiempo y los maravillosos momentos que juntos hemos
compartido
A mis amigos del ININ Dayra Evelin Joselyn Lupita Jessy Janette Gisela Sonia y
Cesar por su gran amistad durante este tiempo compartido y darme la dicha de haberlos
conocido asiacute como el apoyo teacutecnico que cada uno de ustedes me brindo y por todos sus
consejos gracias a todos
A todas las personas que han formado parte de mi vida personal y profesional y que no he
mencionado
GRACIAS A TODOShellip
RESUMEN
IX
RESUMEN
En la fisioacuten nuclear para la produccioacuten de electricidad se producen ciertos
productos de fisioacuten considerados desechos radiactivos entre los cuales se
encuentran los lantaacutenidos El confinamiento de estos desechos radiactivos en
medios como las minas de sal suelen presentarse globos de salmuera por
consecuencia producir corrosioacuten en los contenedores pudiendo entrar en contacto
con los desechos razoacuten por la cual es importante conocer las reacciones de
hidroacutelisis que pudieran formarse en presencia de alguacuten medio acuoso Ante este
panorama se llevoacute a cabo la inclusioacuten del praseodimio en la 2-hidroxipropyl-beta-
ciclodextrina (2HPβCD) con la finalidad de observar aumento de solubilidad y
estabilidad del praseodimio
La formacioacuten del complejo de inclusioacuten praseodimio en presencia de la 2-
hidroxipropyl-beta-ciclodextrina (Pr-2HPβCD) se efectuoacute en relacioacuten molar 11 a
0005 M Se observoacute el efecto de la radiacioacuten gamma del Co60 en el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD y de sus precursores PrCl3XH2O y 2HPβCD Se emplearon
varias fracciones de la muestra del complejo de inclusioacuten y de las muestras
irradiadas del Pr-2HPβCD PrCl3XH2O y 2HPβCD para su caracterizacioacuten
mediante diferentes teacutecnicas (UV-Vis Microscopia Electroacutenica de Barrido
Difraccioacuten de Rayos X Espectroscopia de Infrarrojo Espectroscopia Raman) Las
muestras no irradiadas presentaron la interaccioacuten del praseodimio y de la 2HPβCD
confirmando la formacioacuten del complejo de inclusioacuten mientras que las muestras
irradiadas presentaron ligeros cambios a dosis de 10000 Gy atribuidos a la
descomposicioacuten de las muestras por efecto de la radiacioacuten gamma
Ademaacutes se realizoacute el estudio del efecto de la concentracioacuten de la 2HPβCD en
presencia del praseodimio por UV-Vis donde se observoacute el aumento de la
solubilidad del praseodimio El estudio realizado del efecto de temperatura del
complejo Pr-2HPβCD permitioacute observar el aumento de solubilidad del complejo en
funcioacuten de la temperatura asiacute mismo para el efecto de tiempo Finalmente se
estudioacute el comportamiento quiacutemico del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en
soluciones acuosas en medio de 2 M de NaClO4 a 30 degC en atmosfera inerte
RESUMEN
X
mediante valoraciones espectrofotomeacutetricas y titulaciones potenciomeacutetricas
directas se obtuvo la zona no saturada que contempla las especies solubles
Mediante refinamiento computacional con el programa de coacutemputo SUPERQUAD
se trataron los datos de la zona no saturada
Los valores de las constantes de hidroacutelisis de las especies quiacutemicas del
praseodimio fueron-logβ1OH=-862plusmn0007-logβ22OH=-1710plusmn003-logβ33OH=-
2586plusmn001 y del complejo de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-509plusmn007 obtenidos por
partes mediante el programa de coacutemputo SUPERQUAD
ABSTRACT
XI
ABSTRACT
The nuclear fission for the production of electricity produces certain fission
products considered as radioactive waste among which are lanthanides The
confinement of these radioactive wastes in media such as salt mines usually
present brine balloons consequently produce corrosion in the containers and can
come into contact with the waste which is why it is important to know the
hydrolysis reactions that could be formed in the presence of some aqueous
medium In view of this scenario the inclusion of praseodymium in 2-
hydroxypropyl-beta-cyclodextrin (2HPβCD) was carried out in order to observe
increased solubility and stability of praseodymium
The formation of the praseodymium inclusion complex in the presence of 2-
hydroxypropyl-beta-cyclodextrin (Pr-2HPβCD) was performed in a 1 1 molar ratio
at 0005 M The effect of Co60 gamma radiation on the inclusion complex Pr-
2HPβCD and its precursors PrCl3 middot XH2O and 2HPβCD Several fractions of the
inclusion complex sample and irradiated samples of Pr-2HPβCD PrCl3 middot XH2O
and 2HPβCD were used for their characterization by different techniques (UV-Vis
Scanning Electron Microscopy X-ray Diffraction Infrared Spectroscopy Raman
Spectroscopy) The non-irradiated samples showed the interaction of
praseodymium and 2HPβCD confirming the formation of the inclusion complex
while the irradiated samples presented slight changes at doses of 5000 Gy and
10000 Gy attributed to the decomposition of the samples by the effect of gamma
radiation
In addition the effect of the concentration of 2HPβCD in the presence of
praseodymium by UV-Vis was studied where increased solubility of praseodymium
was observed The study of the effect of temperature of the complex Pr-2HPβCD
allowed to observe the increase of solubility of the complex as a function of the
temperature also for the effect of time Finally the chemical behavior of the
inclusion complex Pr-2HPβCD in aqueous solutions in 2 M medium of NaClO4 at
30 deg C under inert atmosphere was evaluated by means of spectrophotometric and
direct potentiometric titrations the non-saturated zone was obtained that
ABSTRACT
XII
contemplates the soluble species The data of the unsaturated zone were
processed by computational refinement with the SUPERQUAD computer program
The values of the hydrolysis constants of the praseodymium species were -logβ1OH
= -862 plusmn 0007 -logβ2 2OH = -1710 plusmn 003 -logβ3 3OH = -2586 plusmn 001 and the
inclusion complex was -logβPr2HPBCD = -509 plusmn 007 obtained by parts using the
computer program SUPERQUAD
IacuteNDICE
XIII
IacuteNDICE
DEDICATORIA VII
AGRADECIMIENTOS VIII
RESUMEN IX
ABSTRACT XI
IacuteNDICE XIII
IacuteNDICE DE FIGURAS XVII
IacuteNDICE DE TABLAS XIX
ABREVIATURAS XX
CAPIacuteTULO I INTRODUCCIOacuteN 21
1 Introduccioacuten 22
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO 23
2 Fundamento 24
21 Los lantanidos 24
22 Praseodimio 25
23 Ciclodextrinas (CDs) 25
24 β-ciclodextrina 27
25 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina 28
26 Hidroacutelisis 29
27 Fuerza ioacutenica 30
28 Teacutecnicas de caracterizacioacuten 32
281 Microscopiacutea electroacutenica de barrido (MEB) 32
282 Espectroscopia de absorcion ultravioleta-visible (UV-VIS) 33
283 Difraccioacuten de rayos X (DRX) 34
284 Espectroscopia de infrarrojo (IR) 34
IacuteNDICE
XIV
285 Espectroscopia Raman 35
29 Titulacioacuten espectrofotomeacutetrica 35
210 Meacutetodo potenciomeacutetrico 36
211 programa de coacutemputo SUPERQUAD 37
CAPIacuteTULO III HIPOacuteTESIS 39
3 Hipoacutetesis 40
CAPIacuteTULO IV OBJETIVOS 41
4 Objetivos 42
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA 43
5 Metodologiacutea 44
51 Preparacioacuten de la solucioacuten de la 2-hidroxipropyl- βeta-ciclodextrina 45
52 Preparacioacuten de solucioacuten de praseodimio 45
53 Preparacioacuten del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina 45
54 Determinacioacuten de las curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por UV-Vis 46
55 Estudio de la influencia de las relaciones molares de las soluciones del
complejo de inclusioacuten 47
56 Efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 47
57 Caracterizacioacuten del compuesto de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-βeta-
ciclodextrina 49
571 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB) 49
572 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX) 49
573 Anaacutelisis por espectroscopia de infrarrojo (IR) 49
574 Anaacutelisis por espectroscopia Raman 50
IacuteNDICE
XV
58 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina 50
581 Efecto de temperatura 50
582 Efecto del tiempo 51
59 Determinacioacuten de la curva de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4 52
510 Valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina 52
511 Valoraciones potenciomeacutetricas directas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina 53
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS 54
6 Resultados 55
61 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea ultravioleta-visible (UV-Vis) 55
62 Efecto de la concentracioacuten de la 2HPβCD en el praseodimio por
espectrofotometriacutea ultravioleta-visible (UV-Vis) 57
63 Efecto de la radiacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD por
espectrofotometriacutea ultravioleta-visible (UV-Vis) 58
62 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB) 59
63 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX) 60
64 Espectroscopia de infrarrojo (IR) 61
65 Espectroscopia Raman 63
66 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina 64
661 Efecto de temperatura 64
662 Efecto de tiempo 65
67 Recta de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4 66
68 Valoraciones espectrofotomeacutetricas 67
IacuteNDICE
XVI
69 Titulaciones potenciomeacutetricas 68
610 Refinamientos 69
CONCLUSIONES 71
RECOMENDACIONES 73
GLOSARIO 75
REFERENCIAS CITADAS 80
IacuteNDICE
XVII
IacuteNDICE DE FIGURAS
Figura 1 Estructura de α β y γ ciclodextrinas 25
Figura 2 2HPβCD 28
Figura 3 Ilustracioacuten de un diagrama general de pLn(c)-pCH 36
Figura 4 Ilustracioacuten de una valoracioacuten potenciomeacutetricas directa con su primera
derivada (∆pCH∆V) 37
Figura 5 Diagrama de flujo 44
Figura 6 Espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes concentraciones en
presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina 55
Figura 7 Rectas de calibracioacuten de las bandas de absorcioacuten del praseodimio en
presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina 56
Figura 8 Espectro de absorcioacuten UV-Vis del praseodimio a concentracioacuten
constante en presencia de la 2HPβCD a diferentes concentraciones 57
Figura 9 Espectro UV-Vis de las muestras irradiadas en solucioacuten del complejo Pr-
2HPβCD PrCl3 y 2HPβCD 58
Figura 10 Imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las muestras a)
2HPβCD b) 2HPβCD irradiada c) PrCl3XH2O d) PrCl3XH2O irradiada e) Pr-
2HPβCD y f) Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy 59
Figura 11 Difraccioacuten de rayos X de PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD 61
Figura 12 Espectros de infrarrojo de las muestra 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD 62
Figura 13 Espectros Raman de la muestra PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD 63
Figura 14 Efecto de temperatura en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD 64
Figura 15 Efecto de tiempo en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD 65
Figura 16 Recta de calibracioacuten del pCH como una funcioacuten del pH en el medio 2 M
de NaClO4 66
Figura 17 Espectros de absorcioacuten UV-Vis de la valoracioacuten espectrofotomeacutetrica del
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con NaOH 00025 M en el medio 2M de
NaClO4 67
IacuteNDICE
XVIII
Figura 18 Curva de valoracioacuten espectrofotomeacutetrica (absorbancia en funcioacuten del
pCH) y la primera derivada del praseodimio en presencia de la 2HPβCD a longitud
de onda de 210 nm 68
Figura 19 Curva de valoracioacuten potenciomeacutetrica directa de 25x10-4 M del
praseodimio en presencia de la 2HPβCD con 25x10-3 de NaOH en 2 M de NaClO4
a 30 degC en atmosfera libre de CO2 y primera derivada de la curva 69
IacuteNDICE
XIX
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Propiedades fisicoquiacutemicas de los diferentes tipos de ciclodextrinas
naturales 26
Tabla 2 Reacciones de hidroacutelisis del praseodimio y constantes de equilibrio 29
Tabla 3 Datos de la literatura sobre la primera constante de hidroacutelisis (log β1) del
praseodimio 31
Tabla 4 Diferentes concentraciones de praseodimio con 2HPβCD constante para
determinar las curvas de calibracioacuten 46
Tabla 5 Relaciones molares 2HPβCD Pr 47
Tabla 6 Dosis de irradiacioacuten de Co60 aplicadas a las muestras en solucioacuten y
soacutelidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 2HPβCD y PrCl3 XH2O en la
instalacioacuten VICKRAD y GAMMACELL del irradiador LGI-01 TRANSELEKTRO del
ININ 48
Tabla 7 Cantidad de complejo solubilizado a diferentes temperaturas en 2 ml de
agua destilada 51
Tabla 8 Cantidades de complejo Pr-2HPβCD y agua destilada en cada tubo de
ensaye 51
Tabla 9 Ecuaciones de calibracioacuten del praseodimio en presencia de la 2-
hidroxipropil-β-ciclodextrina obtenidos por UV-Vis 56
Tabla 10 Anaacutelisis EDS de las muestras de PrCl3 2-HPβCD y Pr-2HPβCD 60
Tabla 11 Grupos funcionales del PrCl3XH2O 2HPβCD y del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD 62
Tabla 12 Mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de 2 M de
NaClO4 66
Tabla 13 Constantes de hidroacutelisis del Pr y el pCH de precipitacioacuten en el complejo
de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 M de NaClO4 obtenidos mediante meacutetodo
potenciomeacutetrico y el programa SUPERQUAD a 30 degC 70
ABREVIATURAS
XX
ABREVIATURAS
Pr praseodimio
2HPβCD 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
CDs Ciclodextrinas
CD Ciclodextrina
Ln Lantaacutenidos
Pr-2HPβCD praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Pr-2βCD praseodimio-2-βeta-ciclodextrina
CGT ciclomaltodextrin-glucano-transferasa
TP Titulacioacuten potenciomeacutetrica
ES Titulacioacuten espectrofotomeacutetrica
RE Relacioacuten empiacuterica
ED Extraccioacuten con disolvente
MEB Microscopiacutea electroacutenica de barrido
EDS Espectroacutemetro de dispersioacuten de energiacutea de rayos X
UV-VIS Ultravioleta-Visible
DRX Difraccioacuten de rayos X
IR Infrarrojo
EDTA Acido tetracetico etilen diamina
Co60 Cobalto-60
JCPDS Joint Committee On Powder Diffraction Standards
M Molaridad
21
______________________________
CAPIacuteTULO I
INTRODUCCIOacuteN
______________________________
CAPIacuteTULO I INTRODUCCIOacuteN
22
1 INTRODUCCIOacuteN
El praseodimio pertenece al grupo de los lantaacutenidos que muestran propiedades
quiacutemicas muy similares entre ellos derivadas de su configuracioacuten electroacutenica
caracterizados por la presencia de orbitales 4f parcialmente llenos Incluso se
consideran parecidos al grupo de los elementos actiacutenidos El praseodimio es un
elemento metaacutelico con siacutembolo Pr nuacutemero atoacutemico 59 y peso atoacutemico 140907
gmol El isoacutetopo estable 141Pr constituye el 100 del elemento en la naturaleza
Este lemento puede ser encontrado en ceramicos para dar el color amarillo En
mezcla con otros lantanidos se usan como proyectores de luz Su uso sigue
aumentando debido al hecho de que es uacutetil para producir magnetos de alto poder
entre otros Sobre todo se esta empleando en la mitigacioacuten de cancer Es
peligroso en el ambiente cuando se tiran estos dispositivos despues de cumplir su
funcioacuten por lo que se acumularaacute gradualmente en los suelos y en el agua De ahiacute
la importancia de estudiar las reacciones de hidrolisis
La utilizacioacuten de la 2 hidroxipropil-β-ciclodextrina (2HPβCD) en este trabajo de
investigacioacuten es fundamental debido a que es un agente de formacioacuten de
complejos de inclusioacuten para aumentar la solubilidad acuosa debido a que las
ciclodextrinas (CDs) se comportan como nano contenedores capaces de
encapsular moleacuteculas hidroacutefobas de tamantildeo apropiado y solubilizarlas en agua
propiedad que se aprovecha para determinar las constantes de hidroacutelisis del
praseodimio
Por lo cual el objetivo principal de este trabajo de investigacioacuten y en ausencia de
datos fundamentales de la interaccioacuten Ln3+-CDs sustituidas fue preparar el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Ademaacutes determinar el pCH de precipitacioacuten la
zona no saturada y saturada del Pr-2HPβCD que permiten determinar la constante
de hidroacutelisis del complejo de inclusioacuten praseodimio-2hidroxipropil-β-ciclodextrina
(Pr-2HPβCD) en medio 2 M de NaClO4 a 303 K por titulacioacuten espectrofotomeacutetrica
y potenciomeacutetrica
23
______________________________
CAPIacuteTULO II
FUNDAMENTO
______________________________
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
24
2 FUNDAMENTO
21 LOS LANTANIDOS
Los lantaacutenidos (tierras raras) forman un grupo de 17 elementos quiacutemicos que
muestran propiedades singulares derivadas de su configuracioacuten electroacutenica Estaacuten
caracterizados por la presencia de orbitales 4f parcialmente llenos [1] Los
nuacutemeros atoacutemicos de estos elementos van de 41 hasta 71 (Ce-Lu)
La configuracioacuten electroacutenica de los iones Ln3+ es 4fn5s25p6 (n= 0-14) Los orbitales
4f son orbitales internos con respecto a los 5s y 5p por lo cual estaacuten maacutes
cercanos al nuacutecleo Los orbitales 5s y 5p protegen a los electrones 4f de
interacciones externas determinando las propiedades de los iones Ln3+ [1] o
conducta quiacutemica debido a la pequentildea diferencia de energiacutea que distingue a los
electrones 4f de los electrones 5d [23]
Las tierras raras como grupo constituyen el 0008 en peso de la corteza
terrestre Los minerales que contienen lantaacutenidos son la monacita la bastnasita
la xenotima la gadolinita la alanita y la euxenita los cuales ocurren en las
regiones de rocas iacutegneas [4]
Los elementos de las tierras raras en soluciones acuosas son acuocationes que
tienen asociado un cierto nuacutemero de moleacuteculas de agua en la esfera de
coordinacioacuten primaria [1] Las aplicaciones de los lantaacutenidos se iniciaron
praacutecticamente a mediados del siglo XIX por ejemplo en los encendedores
despueacutes empezaron a utilizarse en los vidrios oacutepticos como reactivos de
desplazamiento en resonancia magneacutetica nuclear en quiacutemica orgaacutenica en
bioquiacutemica en cataacutelisis en componentes oacutepticos y electroacutenicos en los
superconductores de alta temperatura y en medicina como materiales
intensificadores de rayos X como agentes de relajamiento para teacutecnicas de
imagen en resonancia magneacutetica nuclear y desde luego como radioisoacutetopos para
aplicaciones farmaceacuteuticas Su utilidad en medicina y en la industria aumentoacute al
aplicarse las propiedades luminiscentes de sus complejos en el
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
25
fluoroinmunoensayo la fluorescencia retardada los electrodos sensoriales
luminiscentes etc [5]
22 PRASEODIMIO
El praseodimio metaacutelico (siacutembolo Pr No Atoacutemico 59) es amarillento y forma una
capa de oacutexido cuando se expone al aire huacutemedo Es un isotopo estable con masa
de 140907 y abunda en la naturaleza en un 100 [6] fue descubierto por el
austriaco Auer Von Welsbach en 1885 [7] Este elemento tiene dos estados de
oxidacioacuten +3 y +4 El Pr3+ con configuracioacuten electroacutenica [54Xe]4f2 Presenta
propiedades fisicoquiacutemicas que pueden magnificarse al formar complejos con
ligantes orgaacutenicos El ion metaacutelico luminece en el visible y en el infrarrojo cercano
[68 y 9]
23 CICLODEXTRINAS (CDs)
La celulosa y el almidoacuten son dos poliacutemeros de glucosa principales que se
producen a partir de la fotosiacutentesis considerados como importantes fuentes de
energiacutea renovables de la tierra al hidrolizarse el almidoacuten por efecto de la enzima
ciclomaltodextrin-glucano-transferasa (CGT) da origen a las dextrinas ciacuteclicas Por
lo tanto las ciclodextrinas son oligoacutemeros ciacuteclicos [1011] se obtienen durante la
degradacioacuten enzimaacutetica del almidoacuten y consisten en una serie de oligosacaacuteridos
ciacuteclicos formados por 6 (α) 7 (β) y 8 (γ) unidades de α-D-glucosa (Figura 1)
[1213] poseen estructura semejante entre ellas pero sus propiedades son
diferentes (Tabla 1)
Figura 1 Estructura de α β y γ ciclodextrinas
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
26
Tabla 1 Propiedades fisicoquiacutemicas de los diferentes tipos de ciclodextrinas naturales [11]
α-CD β-CD γ-CD
Uniones de glucosa 6 7 8 Diaacutemetro interno (nm) 047-053 060-065 075-083 Profundidad de la cavidad (nm)
079 079 079
pK valor 123 122 121 Solubilidad en agua 125 185 232 PM (DA) 972 1135 1297 Volumen de cavidad (aprox)
174 262 427
Agua cristalina ( ww) 102 133-45 813-177 Interaccioacuten hidrofoacutebica CD-cavidad CD-cavidad CD-cavidad Puente de hidrogeno Glucosa-OH Glucosa-OH Glucosa-OH ∆Hdeg (solucioacuten) kcalmol 767 831 773 ∆Sdeg (solucioacuten) cal(mol K) 138 117 147
(mg mml-1 25deg C) (106 pm3)
Las ciclodextrinas como materiales polihidroxilados han sido objeto de una amplia
variedad de reacciones La reaccioacuten maacutes estudiada es el ataque electrofiacutelico al
grupo OH de su estructura [14] La cavidad interior de las ciclodextrinas es
hidrofobica por lo que estos compuestos son capaces de albergar moleacuteculas
hidroacutefobas maacutes pequentildeas para formar complejos ldquoanfitrioacuten-hueacutespedldquo en los que la
moleacutecula hueacutesped queda encapsulada por la ciclodextrina [1315] De acuerdo a
estas caracteriacutesticas son capaces de formar complejos de inclusioacuten por medio de
enlaces no covalentes los cuales estabilizan a una gran variedad de moleacuteculas
[16] Las ciclodextrinas pueden formar compuestos cristalinos a partir de
moleacuteculas orgaacutenicas hueacutesped en estado soacutelido liacutequido e incluso gaseoso En
consecuencia las moleacuteculas insolubles en agua pueden llegar a ser
completamente solubles mediante un tratamiento con disoluciones acuosas de
ciclodextrina sin que se produzca modificacioacuten quiacutemica alguna en la moleacutecula
hueacutesped ya que no se origina ninguacuten enlace covalente durante la interaccioacuten
entre la ciclodextrina y la moleacutecula insoluble en agua [1315]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
27
La importancia que las ciclodextrinas estaacuten cobrando en la actualidad se observa
en el raacutepido desarrollo de su mercado sobre todo en el constante nuacutemero de
trabajos de investigacioacuten patentes y conferencias que estaacuten teniendo lugar en
estos uacuteltimos antildeos [17] el mayor porcentaje de ciclodextrinas usadas
comercialmente corresponde a la alimentacioacuten [18] y a la cosmeacutetica y aseo
personal [19] Las ciclodextrinas se utilizan para enmascarar olores y sabores
desagradables disminuyen la incompatibilidad faacutermaco-excipiente mejoran la
estabilidad fiacutesica y quiacutemica de compuestos volaacutetiles y de principios activos que
sean hidrolizables oxidables o fotosensibles para convertir faacutermacos liacutequidos en
soacutelidos para su formulacioacuten en tabletas y una muy importante para incrementar la
solubilidad en agua y la velocidad de disolucioacuten de faacutermacos poco solubles
Factores que aumentaraacuten la biodisponibilidad existiendo la posibilidad de reducir
la dosis asiacute como mejorar la absorcioacuten percutaacutenea y rectal al reducirse el caraacutecter
hidrofoacutebico del faacutermaco [20]
Se puede mejorar la solubilidad de determinados compuestos como el retinol
empleado en formulaciones anti-envejecimiento al tiempo que los complejos con
ciclodextrina son maacutes estables a la reaccioacuten de oxidacioacuten y a la accioacuten de la
radiacioacuten ultravioleta Sin embargo es indudable que el mayor esfuerzo en
investigacioacuten estaacute relacionado con su potencial aplicacioacuten farmaceacuteutica [2122]
24 β-CICLODEXTRINA
La beta ciclodextrina es la maacutes empleada por sus caracteriacutesticas y propiedades de
estructura que presenta Las ciclodextrinas se forman mediante unidades de
glucopiranosa las cuales contienen 3 grupos de hidroxilos libres cada una la β-
ciclodextrina (Figura 1) posee 21 hidroxilos los cuales pueden ser modificados por
sustitucioacuten de los aacutetomos H u OH por diferentes grupos tales como hidroxialkil
amino alquil etc A partir de las CDs naturales se han sintetizado otros tipos de
CDs llamadas derivadas o modificadas El objetivo de obtener los derivados de las
CDs puede ser el aumento de solubilidad y estabilidad en el agua o mejorar la
encapsulacioacuten de la moleacutecula hueacutesped en su cavidad hidrofobica de la CD
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
28
25 2-HIDROXIPROPIL-β-CICLODEXTRINA
Entre los derivados de la β-ciclodextrina se encuentran las heterogeacuteneas amorfas
y altamente solubles como son la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Figura 2) y la
metil- β-ciclodextrina
La hidroxilpropil beta ciclodextrina (2HPβCD) que es una ciclodextrina sustituida
se obtiene de una solucioacuten base de la beta ciclo dextrina solubilizada con oacutexido de
propileno resultando un sistema isomerico cuya sustitucioacuten puede darse en las
posiciones 1 2 o 3 con solubilidad mayor a 500 mgmL en agua y a temperatura
ambiente La alquilacioacuten o hidroxialquilacioacuten de las ciclodextrinas afectan las
propiedades fisicoquiacutemicas de los derivados incluyendo la habilidad para formar
complejos farmaceacuteuticos y no es toacutexica despueacutes de una administracioacuten oral en
dosis menores a 500 mgkg por viacutea intravenosa [24 25]
Figura 2 2HPβCD
La complejacioacuten del praseodimio con la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina se obtiene el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con el fin de observar la influencia de la
solubilidad y estabilidad del praseodimio
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
29
26 HIDROacuteLISIS
La hidroacutelisis es decir la reaccioacuten de una especie tal como un ion metaacutelico con
los iones del agua asiacute como las reacciones redox y la formacioacuten de complejos con
los iones carbonato son algunas de las reacciones criacuteticas que controlan el
comportamiento de los lantaacutenidos en soluciones acuosas [12] en donde las
moleacuteculas de la sustancia son divididas en el agua
Las reacciones de hidroacutelisis dependen fuertemente del medio en que se efectuacutean
como son la fuerza ioacutenica el pH del medio la concentracioacuten del elemento y la
temperatura son paraacutemetros que rigen esas reacciones
Las reacciones de hidroacutelisis del praseodimio se muestran a continuacioacuten asiacute como
su constante de equilibrio de acuerdo a la ley de accioacuten de masas (Tabla 2)
Tabla 2 Reacciones de hidroacutelisis del praseodimio y constantes de equilibrio
Equilibrio Quiacutemico Constante de equilibrio
1 1198751199033+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)2+ + 119867+ 1198701119867 =
[119875119903(119874119867)2+][119867+]
[1198751199033+]
2 119875119903 (119874119867)2+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)2+ + 119867+
11987012119867 =[119875119903(119874119867)2
+][119867+]
[119875119903 (119874119867)2+]
3 119875119903 (119874119867)2+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)3
0 + 119867+ 11987013119867 =
[119875119903(119874119867)3+][119867+]
[119875119903(119874119867)2+]
4 119875119903 (119874119867)119899minus1+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)119899
0 + 119867+ 1198701119899119867 =
[119875119903(119874119867)119899+][119867+]
[119875119903(119874119867)119899minus1+ ]
5 1198751199033+ + 2119867119875120573119862119863 + 1198672119874 1198751199032119867119875120573119862119863(119874119867)2+ + 119867+ 11987011199011199032119867119875119861119862119863 =[119875119903 minus 2119867119875120573119862119863]
[1198751199033+]
De acuerdo con la ley de accioacuten de masas se pueden definir las constantes de
equilibrio (K) como K1H K12H K13H K1nH y K1Pr2HBCD Y con base en ellas se
pueden definir las constantes globales o acumulativas de hidroacutelisis
β1OH = K1H β12OH = [K1H][K12H] β13OH = [K1H][K12H][K13H]helliphelliphellip
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
30
Se entiende como constantes de Broumlnsted a las ecuaciones de la ley de accioacuten de
masas en las cuales el teacutermino de H+ aparece como actividad y las demaacutes especies
aparecen en teacuterminos de concentracioacuten
Las reacciones de hidroacutelisis se afectan cuando cambian las condiciones en las que
se llevan a cabo Una de esas condiciones a la que se le ha puesto atencioacuten
aunque hasta ahora no la suficiente es la fuerza ioacutenica Por lo general los trabajos
dedicados a la determinacioacuten de las constantes de hidroacutelisis se han efectuado en
medios de fuerza ioacutenica baja consideradas como soluciones ideales
Sin embargo para los medios tales como el agua de mar y otros de fuerza ioacutenica
maacutes elevada por ejemplo las minas de sal para almacenamiento de desechos
radiactivos se encuentran pocos datos en la literatura [25]
27 FUERZA IOacuteNICA
El comportamiento de los iones en una disolucioacuten depende de la composicioacuten
ioacutenica total de la misma la cual se expresa por su fuerza ioacutenica [26]
119868 =1
2sum 119862119894119885119894
2 Ec 1)
Donde
I = fuerza ioacutenica Ci = concentracioacuten molar de los iones existentes y Z
i = carga
ioacutenica de los iones existentes
La caracteriacutestica fundamental de las sales que se adicionan a un medio para
imponer la fuerza ioacutenica es que sean inertes pues no deben tomar parte en el
equilibrio quiacutemico [27] El aacutecido percloacuterico es el aacutecido maacutes fuerte en solucioacuten
acuosa por lo tanto el ion perclorato es una base deacutebil maacutes que los iones cloruro
y muestra muy poca tendencia a unirse a iones hidroacutegeno Lo mismo puede
decirse acerca de su tendencia a reaccionar con iones metaacutelicos que pueden
considerarse como aacutecidos de Lewis En la mayoriacutea de los percloratos metaacutelicos en
solucioacuten el ion metaacutelico se encuentra en forma hidratada siempre y cuando la
solucioacuten sea suficientemente aacutecida para que no se produzca la formacioacuten de
hidroxo complejos [28]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
31
La fuerza ioacutenica juega un papel de gran importancia en el pH Feldman en 1956
observoacute que el pH de una solucioacuten buffer 005 M de ftalato aacutecido de potasio
cambioacute desde 400 en fuerza ioacutenica cero hasta 357 en fuerza ioacutenica 2 M de KCl
Feldman explicoacute que el pH disminuye debido a que el coeficiente de actividad
cambia y por lo tanto hay mayor disociacioacuten de ftalato aacutecido de potasio [29] En la
literatura se han reportado diversos estudios de las constantes de estabilidad del
praseodimio en fuerza ioacutenica 2M (Tabla 3) donde se han empleado diferentes
condiciones de temperatura fuerza ioacutenica y diferentes meacutetodos donde se han
obtenido valores diferentes de la constante de estabilidad del praseodimio
Tabla 3 Datos de la literatura sobre la primera constante de hidroacutelisis (log β1) del praseodimio
Medio Meacutetodo Molaridad Log +β1 T K Referencia
NaCl ESTP 2 -874plusmn006 303 De la Cruz et al 2013
NaCl ES 2 -894plusmn002 303 Loacutepez et al 2010 NaCl SQUAD 2 -894plusmn003 303 Gonzales et al
2009 NaCl SQUAD 2 -891plusmn019 303 Gonzales et al
2009 NaCl ES 2 -877plusmn003 303 Gonzales et al
2009 NaClO4 TP 2 -838plusmn002 303 Loacutepez et al2005
NaCl TP 2 -876plusmn002 303 Loacutepez et al2005 NaCl TP 1 -858plusmn002 303 Ramirez et al
2004 NaClO4HClO4 ESTP 07 -862plusmn006 298 Klungness y
byrne2002 LiClO4 TP 3 -874plusmn003 303 Ciavata et al
1989 NaClO4 TP 3 -956plusmn003 298 Burkov et al
1982 NR RE 0 -81 298 Baes y Mesmer
1976 LiClO4 ED 02 -71plusmn007 298 Guillaumont et
al 1971 NaClO4 Ba(OH)2
TP 03002 -945 298 Frlova et al 1966
NaClO4 LiClO4
TP 3 -85 298 Tobias y Garrett1956
TP Titulacioacuten potenciomeacutetrica ES Espectrofotomeacutetrica RE Relacioacuten empiacuterica ED Extraccioacuten con
disolvente T K Temperatura
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
32
Sin embargo solo se ha podido determinar el valor de la primera constante de
estabilidad en este estudio se pretende conocer el valor de varias especies
aprovechando el aumento de solubilidad que ofrecen las ciclodextrinas
28 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACIOacuteN
281 MICROSCOPIacuteA ELECTROacuteNICA DE BARRIDO (MEB)
La superficie de un soacutelido puesto en contacto con un liacutequido o con un gas difiere
sustancialmente en su interior tanto en su composicioacuten quiacutemica como en sus
propiedades fiacutesicas a la de la inicial La caracterizacioacuten de estas propiedades de
superficie es de vital importancia en numerosos campos que incluyen la cataacutelisis
heterogeacutenea la tecnologiacutea de partiacuteculas delgadas semiconductoras los
mecanismos de corrosioacuten y adhesioacuten la actividad de las superficies metaacutelicas las
caracteriacutesticas de la dureza y los estudios sobre el comportamiento y las funciones
de las membranas bioloacutegicas [30]
En muchos campos de la quiacutemica de las ciencias de los materiales de la geologiacutea
y de la biologiacutea es cada vez de maacutes importancia el conocimiento detallado de la
naturaleza fiacutesica de las superficies de los soacutelidos Normalmente la informacioacuten se
obtiene sobre las superficies con una resolucioacuten considerablemente elevada
mediante tres teacutecnicas la microscopia electroacutenica de barrido (MEB) microscopia
de barrido de efecto tuacutenel y microscopia de fuerzas atoacutemicas [31] El microscopio
electroacutenico de barrido (MEB) es un instrumento para obtener fotografiacuteas
tridimensionales debido a que tiene una alta resolucioacuten y una gran profundidad de
campo En las fotografiacuteas se puede apreciar la estructura de muestras
microscoacutepicas detallando de manera extraordinaria sus caracteriacutesticas
morfoloacutegicas y topograacuteficas [32] de distintos materiales
Un instrumento que se ha desarrollado para el anaacutelisis de muestras a traveacutes del
microscopio electroacutenico de barrido es el analizador EDS (espectroacutemetro de
dispersioacuten de energiacutea) de rayos X el cual identifica la distribucioacuten cuantitativa y
cualitativa de elementos quiacutemicos que se encuentran presentes en la muestra
mostrando graacuteficas e imaacutegenes relacionadas con esa distribucioacuten Es pertinente
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
33
sentildealar que el analizador EDS de rayos X identifica y evaluacutea el contenido de
elementos quiacutemicos desde el carbono al uranio en superficies planas o secciones
finas de las muestras en todo tipo de material (bioloacutegico e inerte) [33]
282 ESPECTROSCOPIA DE ABSORCION ULTRAVIOLETA-VISIBLE (UV-
VIS)
Una de las teacutecnicas instrumentales maacutes utilizadas en la deteccioacuten de complejos de
inclusioacuten con CDs es la espectroscopia de absorcioacuten UV-VIS Es una teacutecnica
versaacutetil de amplia aplicacioacuten de manejo sencillo y preciso Debido a que la
mayoriacutea de las moleacuteculas orgaacutenicas absorben en la regioacuten UV o visible del
espectro donde experimentan variaciones en las posiciones de los maacuteximos de
absorcioacuten (cualitativas) o en el valor del coeficiente de absorcioacuten molar
(cuantitativas) tras la formacioacuten del complejo con CDs Como existen numerosas
moleacuteculas orgaacutenicas deacutebilmente solubles en agua son difiacuteciles de analizar por
esta teacutecnica espectrofotomeacutetrica Sin embargo la inclusioacuten conlleva a la
solubilizacioacuten permitiendo obtener el espectro de absorcioacuten en solucioacuten acuosa
que podriacutea producir variaciones en su espectro en solventes de baja polaridad
comparables con respecto a otros solventes maacutes polares [34]
La espectroscopia UV-Vis (en el rango de longitudes de onda del ultravioleta y
visible) se basa en el anaacutelisis de la cantidad de radiacioacuten electromagneacutetica que
puede absorber o transmitir una muestra [35] Cuando la radiacioacuten
electromagneacutetica interacciona con la materia se produce absorcioacuten de radiacioacuten
Si la frecuencia de esta radiacioacuten corresponde a la energiacutea necesaria para elevar
el sistema a un nivel de energiacutea superior se produce el estado excitado [36] De
acuerdo con este fenoacutemeno cada sustancia poseeraacute una longitud de onda de
maacutexima absorcioacuten que la caracteriza cualitativamente [35] Esta
espectrofotometriacutea utiliza radiaciones del campo UV de 80 a 400 nm
principalmente de 200 a 400 nm (UV cercano) y de luz visible de 400 a 800 nm
por lo que es de gran utilidad para caracterizar las soluciones en la regioacuten
ultravioleta-visible del espectro [37]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
34
283 DIFRACCIOacuteN DE RAYOS X (DRX)
Es una de las teacutecnicas de caracterizacioacuten maacutes potentes y maacutes comuacutenmente
utilizadas para el anaacutelisis estructural de cristales Sus caracteriacutesticas principales
son consecuencia de ser una ldquosondardquo electromagneacutetica de la materia con una
longitud de onda de magnitud muy parecida al espaciado interplanar de los soacutelidos
[38] Constituye la metodologiacutea maacutes apropiada para realizar el anaacutelisis de la
estructura cristalina del complejo [39] No obstante los diagramas de difraccioacuten
son una prueba concluyente para demostrar la inclusioacuten ya que el difractograma
del complejo es diferente al que se obtiene tras superponer los difractogramas de
la moleacutecula encapsulada y el de las CDs aisladas [40]
La interaccioacuten entre el vector eleacutectrico de la radiacioacuten X y los electrones de la
materia que atraviesa da lugar a una dispersioacuten Cuando los rayos X son
dispersados por el entorno ordenado de un cristal tienen lugar interferencias
(constructivas y destructivas) entre los rayos dispersados ya que las distancias
entre los centros de dispersioacuten son del mismo orden de magnitud que la longitud
de onda de la radiacioacuten El resultado es la difraccioacuten [41] Cuando las CDs
naturales o el hueacutesped cristalino son sometidas a la difractometriacutea de rayos X
eacutestos presentan un patroacuten de difraccioacuten de alta intensidad debido a su
cristalinidad Por el contrario si el complejo de inclusioacuten se forma va a mostrar un
patroacuten de tipo halo [42] con picos difusos y anchos caracteriacutesticos de un
compuesto amorfo Esta teacutecnica es sumamente uacutetil para verificar la formacioacuten de
complejos de inclusioacuten en el caso de hueacutespedes liacutequidos En efecto ya que estos
no presentan ninguacuten patroacuten de difraccioacuten si son incluidos se va a obtener un
difractograma con un patroacuten bien definido [43]
284 ESPECTROSCOPIA DE INFRARROJO (IR)
La aplicacioacuten del meacutetodo de infrarrojo se limita a aquellos hueacutespedes que tienen
ciertas bandas de absorcioacuten caracteriacutesticas como los grupos carbonilo hidroxilo o
C-H u otros que permitan evaluar si existen diferencias entre los espectros del
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
35
hueacutesped libre y encapsulado [42] Cuando se produce la encapsulacioacuten del
compuesto hueacutesped se produce un corrimiento o disminucioacuten de la intensidad de
ciertas bandas caracteriacutesticas del espectro correspondiente al hueacutesped Sin
embargo dichos cambios son muy sutiles debido a que el hueacutesped representa un
5-10 del peso total del complejo por lo cual requiere una interpretacioacuten
cuidadosa del espectro [44]
285 ESPECTROSCOPIA RAMAN
La espectroscopia Raman mide la intensidad de la radiacioacuten como una funcioacuten de
la frecuencia (o del nuacutemero de onda) [45] Esta teacutecnica es complementaria del IR y
la informacioacuten que aporta es semejante Las bandas se desplazan y se modifican
como consecuencia del proceso de inclusioacuten [46] Los espectros Raman se
obtienen al irradiar una muestra con una potente fuente laser de radiacioacuten
monocromaacutetica visible o infrarroja Durante la radiacioacuten se registra el espectro de
la radiacioacuten dispersada en un cierto aacutengulo (por lo general 90 deg) con un
espectroacutemetro adecuado [47] Las bandas se desplazan y se modifican como
consecuencia del proceso de inclusioacuten Probablemente la espectroscopia Raman
resulta de mayor utilidad en el caso de complejos en medios liacutequidos donde la
presencia de soluciones acuosas no supone un obstaacuteculo como ocurre en el caso
de la espectroscopia IR [48]
29 TITULACIOacuteN ESPECTROFOTOMEacuteTRICA
El meacutetodo espectrofotomeacutetrico es un meacutetodo analiacutetico el cual por medio de un
espectrofotoacutemetro permite comparar la radiacioacuten electromagneacutetica de una
sustancia en funcioacuten de su concentracioacuten desconocida y una concentracioacuten
conocida de la misma sustancia y evaluar el momento de reaccioacuten de un aacutecido y
una base mediante la absorcioacuten de radiacioacuten electromagneacutetica de la sustancia a
cierta longitud de onda fija permite determinar el punto final de la titulacioacuten La
medicioacuten de absorbancia se realiza en cada adicioacuten del titulante asiacute se
construyen graficas de absorbancia en funcioacuten del pCH de cada aliacutecuota de adicioacuten
del titulante (Figura 3) donde se observara la zona saturada y no saturada Estas
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
36
dos zonas nos permitiraacuten determinar el punto de inicio de precipitacioacuten del
lantaacutenido
Figura 3 Ilustracioacuten de un diagrama general de pLn(c)-pCH
El punto de precipitacioacuten (pCH) se utiliza para delimitar el intervalo de la zona no
saturada Este intervalo se utiliza en un programa de coacutemputo como
SUPERQUAD que se emplea para determinar constantes de equilibrio
210 MEacuteTODO POTENCIOMEacuteTRICO
Es el meacutetodo maacutes estudiado para determinar constantes de hidroacutelisis por su
sencillez y exactitud el meacutetodo se basa en la titulacioacuten de una solucioacuten de
concentracioacuten conocida de base (o aacutecido) con un aacutecido fuerte (o base fuerte) la
reaccioacuten se puede seguir por ejemplo con electrodos de vidrio y calomel
conectados a un potencioacutemetro [49] de los datos obtenidos de la titulacioacuten se
construye una graacutefica de titulacioacuten de pH en funcioacuten del volumen adicionado del
titulante (Figura 4)
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
37
Figura 4 Ilustracioacuten de una valoracioacuten potenciomeacutetricas directa con su primera derivada (∆pCH∆V)
El teacutermino pH se aplica habitualmente al logaritmo inverso de la concentracioacuten del
ion hidronio sin embargo cuando la fuerza ioacutenica es alta y el electrodo del
indicador es sensible al pH es importante diferenciar entre el logaritmo inverso de
la concentracioacuten de los iones hidronio (pCH) y el valor del pH experimental La
concentracioacuten de los iones hidronio (o de OH-) en el equilibrio y la composicioacuten de
una solucioacuten dada permiten calcular la razoacuten molar de los iones OH- unidos al ion
metaacutelico en solucioacuten un grupo de valores de [H+] y la concentracioacuten inicial del
metal son los datos necesarios para determinar las constantes de hidroacutelisis [49]
Se alimentan los datos de la zona no saturada y volumen del titulante adicionado a
la valoracioacuten potenciomeacutetrica al programa de coacutemputo SUPERQUAD y asiacute poder
determinar las constantes de hidroacutelisis del Pr
211 PROGRAMA DE COacuteMPUTO SUPERQUAD
El programa de coacutemputo SUPERQUAD fue creado por Gans Sabatini y Vacca
escrito en lenguaje fortran calcula las constantes de equilibrio en sistemas
multicomponentes y multireaccionantes Esas constantes se calculan con la base
de un modelo quiacutemico el cual debe incluir la estequiometria y los valores
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
38
estimados de las constantes globales de formacioacuten de cada una de las especies
presentes durante la valoracioacuten Se aplica reiteradamente el meacutetodo de miacutenimos
cuadrados a las diferencias que se generan en los potenciales experimentales de
las celdas menos los calculados por el propio programa Para alcanzar el miacutenimo
de estas diferencias se aplica el algoritmo de Marquadt Por uacuteltimo en el archivo
de salida del programa SUPERQUAD se obtienen los valores calculados y un
anaacutelisis estadiacutestico de los datos [25]
39
______________________________
CAPIacuteTULO III
HIPOacuteTESIS
______________________________
CAPIacuteTULO III HIPOacuteTESIS
40
3 HIPOacuteTESIS
La 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina aumentaraacute la solubilidad del praseodimio de
esta manera permitiraacute determinar varias especies quiacutemicas de hidroacutelisis de este
elemento en medio 2 M de NaClO4 a 30 degC
41
______________________________
CAPIacuteTULO IV
OBJETIVOS
______________________________
CAPIacuteTULO IV OBJETIVOS
42
4 OBJETIVOS
Objetivo general
Estudiar el comportamiento quiacutemico en solucioacuten acuosa del compuesto de
inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por medio de la
determinacioacuten de las constantes de hidroacutelisis en 2 M de NaClO4 a 30 degC
Objetivos especiacuteficos
Obtener el compuesto de inclusioacuten del praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina
Determinar las constantes de la hidroacutelisis de las especies quiacutemicas de
praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en 2 M de
NaClO4 y a 30 degC por el meacutetodo espectrofotomeacutetrico y el meacutetodo
potenciomeacutetrico
Determinar la constante de hidroacutelisis del compuesto de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en 2 M de NaClO4 y a 30 degC
por el meacutetodo espectrofotomeacutetrico y el meacutetodo potenciomeacutetrico
43
______________________________
CAPIacuteTULO V
METODOLOGIacuteA
______________________________
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
44
5 METODOLOGIacuteA
El diagrama de flujo (Figura 5) muestra el resumen de las actividades del
desarrollo experimental que se siguioacute en el estudio del praseodimio en presencia
de la 2HPβCD
Figura 5 Diagrama de flujo
INICIO
Preparacioacuten de las soluciones de 2M de NaClO4 PrCl3xH2O 2HPβCD y
Pr-2HPβCD
Preparacioacuten de precipitados PrCl3H2O 2HPβCD y Pr-
2HPβCD
Irradiacioacuten Gamma
Caracterizacioacuten de reactivos y el complejo de
inclusioacuten
UV-Vis
MEB y EDS
DRX
EspectroscopiaIR
Espectroscopia Raman
Efecto de concentracioacuten
Solubilidad
Efecto de temperatura
Efecto de tiempo
Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Meacutetodo grafico
Valoraciones potenciomeacutetricas
Determinacioacuten de constantes
de hidroacutelisis con el programa de
coacutemputo SUPERQUAD
Anaacutelisis de
resultados
FIN
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
45
La descripcioacuten de cada una de las etapas de este diagrama se muestra
enseguida
Los reactivos empleados en este trabajo fueron de grado analiacutetico Para la
preparacioacuten de las soluciones y lavado del material del laboratorio se usoacute agua
destilada
51 Preparacioacuten de la solucioacuten de la 2-hidroxipropyl- βeta-ciclodextrina
La solucioacuten del derivado de la beta ciclodextrina se preparoacute a partir de la 2-
hydroxipropyl-βeta-ciclodextrina [(C6H9O5)7-(C3H7O)45] de peso molecular 1396
gmol (anhidro) de Sigma-Aldrich Chem Company Inc el cual se disolvioacute con
agua destilada y agitacioacuten constante La concentracioacuten fue de 02389 M
52 Preparacioacuten de solucioacuten de praseodimio
La solucioacuten de praseodimio se preparoacute a partir del oacutexido de praseodimio (Pr6O11)
de Sigma-Aldrich Chem Company Inc El oacutexido se tratoacute con HCl concentrado el
precipitado resultante se diluyoacute en agua destilada y se evaporoacute hasta sequedad
este proceso se hizo tres veces Finalmente se diluyoacute con una solucioacuten de HCl de
pH 3 Esta solucioacuten se valoroacute con EDTA naranja de xilenol y piridina para
determinar la concentracioacuten la cual fue de 048 M
53 Preparacioacuten del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina
El complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina (Pr-
2HPβCD) se preparoacute a partir de las soluciones de la 2-hydroxipropyl-βeta-
ciclodextrina 02389 M y de la solucioacuten de praseodimio 048 M en la relacioacuten molar
11 La concentracioacuten del complejo de inclusioacuten fue de 0005 M Esta solucioacuten se
evaporoacute lentamente a sequedad en una parrilla de calentamiento Corning PC-351
Hot Plate-Stirrer durante 45 minutos El precipitado resultante se secoacute en una
estufa Lab Line Instruments Inc (Melrose Park Illinois) a 45-50degC durante 2
horas Varias fracciones de este precipitado se emplearon para determinar la
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
46
morfologiacutea la espectroscopia de infrarrojos difraccioacuten de rayos X y Raman
Tambieacuten se caracterizaron las muestras de PrCl3 XH2O y 2HPβCD
54 Determinacioacuten de las curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por UV-Vis
Para cuantificar praseodimio por espectrofotometriacutea UV-Vis se determinaron las
curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD para ello se
realizaron diluciones a diferentes concentraciones de PrCl3 XH2O manteniendo
constante la concentracioacuten de la 2HPβCD Los datos se muestran en la Tabla 4
Tabla 4 Diferentes concentraciones de praseodimio con 2HPβCD constante para determinar las curvas de calibracioacuten
Pr (ml) H2O
(ml)
2HPβCD
(ml)
Concentraciones
Pr2HPβCD [M]
00004 1999 2 00001 00025
00010 1998 2 000025 00025
00041 1995 2 0001 00025
00104 1989 2 00025 00025
00208 1979 2 0005 00025
00416 1958 2 001 00025
0104 1895 2 0025 00025
0260 1739 2 00625 00025
0520 1479 2 0125 00025
1041 0958 2 025 00025
125 075 2 03 00025
Las disoluciones se midieron en el espectroacutemetro UV-Vis marca Perkin Elmer
Lambda 10 en un intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
47
55 Estudio de la influencia de las relaciones molares de las soluciones del
complejo de inclusioacuten
Para determinar la influencia de la 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se prepararon las relaciones molares de PrCl3
XH2O y de 2HPβCD Los datos se muestran en la Tabla 5
Tabla 5 Relaciones molares 2HPβCD Pr
Relacioacuten 2HPβCDPr
2HPβCD (ml)
H2O (ml)
Pr (ml)
Concentraciones 2HPβCDPr [M]
051 0010 199 2 000125 00025
11 0020 1979 2 000250 00025
21 0041 1958 2 000500 00025
31 0062 1937 2 000750 00025
41 0083 1916 2 001000 00025
51 0104 1895 2 001250 00025
81 0167 1832 2 002000 00025
101 0209 1790 2 002500 00025
151 0313 1686 2 003750 00025
181 0376 1623 2 004500 00025
241 0502 1497 2 006000 00025
Las relaciones molares se prepararon a partir de las soluciones de PrCl3 XH2O
048 M y de la 2HPβCD 02389 M
Las disoluciones se midieron en el espectroacutemetro UV-Vis marca Perkin Elmer
Lambda 10 en un intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
56 Efecto de la Radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Para observar el efecto de la radiacioacuten gamma del Cobalto-60 (Co60) en el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se prepararon 6 soluciones de 10 ml del
complejo de inclusioacuten en relacioacuten molar 11 de concentracioacuten 0005 M de cada una
de ellas y soluciones de los reactivos PrCl3 XH2O y 2HPβCD en las mismas
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
48
condiciones Tambieacuten se prepararon 6 muestras soacutelidas de Pr-2HPβCD
(precipitado) PrCl3 XH2O y 2HPβCD de 02 g cada una
Cada una de estas muestras fue colocada en un vial de 20 ml luego se selloacute con
bolsa de plaacutestico y se irradiaron a diferentes dosis en el irradiador LGI-01
TRANSELEKTRO del ININ con una razoacuten de dosis de 103716 Gyh En la
posicioacuten de irradiacioacuten VICKRAD se colocaron tres muestras liacutequidas y tres
soacutelidas de la misma manera en la posicioacuten de irradiacioacuten GAMMACELL tres
muestras liacutequidas y tres soacutelidas En ambos casos cuando se alcanza la dosis
requerida (por ejemplo 1 Gy) una muestra se retira o se saca de la posicioacuten de
irradiacioacuten y asiacute sucesivamente se continuacutea hasta alcanzar la dosis maacutexima de
irradiacioacuten requerida Los datos se muestran en la Tabla 6
Tabla 6 Dosis de irradiacioacuten de Co60 aplicadas a las muestras en solucioacuten y soacutelidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 2HPβCD y PrCl3 XH2O en la instalacioacuten VICKRAD y GAMMACELL del irradiador
LGI-01 TRANSELEKTRO del ININ
1ra Serie Instalacioacuten VICKRAD
No Muestras soacutelidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
No Muestras liacutequidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
1 (a) 1 Gy 4 (1i) 1 Gy 2 (b) 10 Gy 5 (2i) 10 Gy
3 (c) 100 Gy 6 (3i) 100 Gy
2da Serie Instalacioacuten GAMMACELL
No Muestras soacutelidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
No Muestras liacutequidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
1 (d) 05 KGy 4 (4i) 05 KGy
2 (e) 5 KGy 5 (5i) 5 KGy
3 (f) 10 KGy 6 (6i) 10 KGy
Las muestras liacutequidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD PrCl3-XH2O y
2HPβCD irradiadas se evaporaron a sequedad para realizar el anaacutelisis de
caracterizacioacuten
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
49
57 Caracterizacioacuten del compuesto de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina
571 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB)
Para realizar este anaacutelisis se emplearon fracciones de cada uno de los reactivos
PrCl3 XH2O 2HPβCD el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD irradiado Cada una de las fracciones se colocaron en un
porta muestras de aluminio Se recubrieron con una capa de oro para que las
muestras fueran conductoras El anaacutelisis morfoloacutegico se realizoacute en un microscopio
JSM-1600 y JSM-6610LV acoplados a una sonda de espectroscopia de difraccioacuten
de rayos X con el software de los equipos se obtuvo el anaacutelisis elemental
realizado por EDS (Energy Dispersion of X ray Espectrosocopy) que proporcionoacute
informacioacuten cualitativa y cuantitativa de las muestras analizadas
572 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX)
Este anaacutelisis se realizoacute con el difractoacutemetro de polvos SIEMENS D-5000 con
aacutenodo de cobre λ = 15406 Ǻ y un barrido de 25-80 en 2ɵ Para ello se colocaron
en un porta muestras fracciones de cada una de las muestras PrCl3 XH2O
2HPβCD Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado En cada una de estas muestras se
hizo incidir un haz de rayos X De esta manera se obtuvieron graacuteficas de
intensidad en funcioacuten del aacutengulo de difraccioacuten Los resultados se compararon con
las tarjetas de los patrones reportados por el Joint Committee on Powder
Diffraction Standards (JCPDS)
573 Anaacutelisis por espectroscopia de infrarrojo (IR)
Se realizoacute la espectroscopia de infrarrojo de las muestras de PrCl3 XH2O
2HPβCD Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado con el espectroacutemetro Nicolet
Magna-IRTM spectrometer 550 FTIR en un intervalo de 450-4000 cm-1 Las
muestras se prepararon con un estaacutendar de KBr mediante el meacutetodo de
dispersioacuten de pastilla para su anaacutelisis
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
50
574 Anaacutelisis por espectroscopia Raman
Se realizoacute la espectroscopia Raman de las muestras de PrCl3 XH2O 2HPβCD
Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado con el equipo Raman LabRamHR JovynIvon-
Horiba Una fraccioacuten de cada una de las muestras se colocaron en un porta
muestras conectado a un microscopio y se hizo incidir un rayo laacuteser de un
microacutemetro de diaacutemetro Como resultado se obtuvo una graacutefica de intensidad
Raman contra el desplazamiento Raman Los espectros Raman de las muestras
fueron obtenidos en un intervalo de 0 a 1700 cm-1
58 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-βeta-ciclodextrina
581 Efecto de temperatura
En un tubo de ensaye se le adicionoacute 2 ml de agua destilada a 20 0C En un bantildeo
mariacutea a la temperatura de 20 0C se colocoacute el tubo de ensaye con 2 ml de agua
destilada y se le adicionoacute poco a poco la muestra del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD (05 g previamente pesada) Se agitoacute manualmente de manera
constante hasta observar la formacioacuten de precipitado (Pr-2HPβCD) en el fondo
del tubo de ensaye
Este proceso tambieacuten se realizoacute a las temperaturas de 35 42 50 y 60degC El
residuo del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD que ya no se adicionoacute en el tubo de
ensaye se pesoacute y por diferencia con el peso inicial (05 g) se determinoacute los
gramos solubilizados del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Los datos se
muestran en la Tabla 7
Con los resultados obtenidos se graficoacute la temperatura en funcioacuten de la cantidad
de complejo de inclusioacuten solubilizado
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
51
Tabla 7 Cantidad de complejo solubilizado a diferentes temperaturas en 2 ml de agua destilada
Pr-2HPβCD (g)
H2O
(ml)
Temp (degC) del H2O
Pr-2HPβCD solubilizados (g)
1 05 2 20 01866 2 05 2 35 02472 3 05 2 42 03014 4 05 2 50 03461 5 05 2 60 03628
582 Efecto del tiempo
En un tubo de ensaye se le adicionoacute 2 ml de agua destilada a temperatura
ambiente Se le adicionoacute la muestra del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD (01001
g previamente pesada) se registroacute el tiempo (inicial) y se agitoacute manualmente de
manera constante hasta observar la formacioacuten de precipitado (Pr-2HPβCD) en el
fondo del tubo de ensaye Se registroacute el tiempo (final) cuando el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD se solubilizoacute completamente Este proceso se realizoacute 5
veces La determinacioacuten del tiempo de solubilizacioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD es la diferencia entre el tiempo inicial y final Los datos se muestran en la
Tabla 8 Con los resultados obtenidos se graficoacute los gramos solubilizados del
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en funcioacuten del tiempo
Tabla 8 Cantidades de complejo Pr-2HPβCD y agua destilada en cada tubo de ensaye
Pr-2HPβCD
(g)
H2O
(ml) Tiempo (seg)
1 01001 2 161
2 01005 2 163
3 01011 2 167
4 01018 2 169
5 01026 2 170
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
52
59 Determinacioacuten de la curva de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4
Para corregir el pH experimental en el medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 se
preparoacute una solucioacuten de NaOH al 50 pesovolumen A partir de esta solucioacuten se
preparoacute una solucioacuten de hidroacutexido de sodio a una concentracioacuten de 1 N en una
caja de guantes con atmosfera de nitroacutegeno Esta solucioacuten se valoroacute con ftalato
aacutecido de potasio y fenolftaleiacutena para determinar su concentracioacuten Con esta
solucioacuten de NaOH 1 N se prepararon soluciones de 01 001 y 0001 M y a estas
mismas concentraciones con HCl 1N titrisol ambas en medio de fuerza ioacutenica 2 M
de NaClO4 La medicioacuten de pH de estas soluciones (pH experimental) se
realizaron con un electrodo de vidrio AgClAg Radiometer XG200 con agitacioacuten
constante a temperatura de 30 degC controlada por un bantildeo de agua circulante
ldquoPolyscience Circulatiorrdquo modelo 12101-10 Se mantuvo una atmosfera de
nitroacutegeno en la celda potenciomeacutetrica de doble pared Se midioacute el pH 3 veces de
cada solucioacuten el mismo diacutea y durante tres diacuteas consecutivos Se promediaron los
datos obtenidos y se trazoacute una graacutefica que permitioacute realizar la relacioacuten entre el
logaritmo inverso de la concentracioacuten de los iones hidrogeno (pCH) y el pH
experimental
510 Valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Se realizaron valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD con hidroacutexido de sodio en fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 para ello se
colocoacute en una celda de reaccioacuten 10 ml de 2 M de NaClO4 de pH 3 21 microL de la
solucioacuten de 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina de concentracioacuten 02389 M y 105
microL de la solucioacuten de PrCl3 XH2O de concentracioacuten 048 M para tener una
concentracioacuten inicial de 000025 M del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Se
midioacute el pH se tomoacute una aliacutecuota de 3 ml y se midioacute su absorbancia con el
espectrofotoacutemetro UV-Vis Perkin Elmer Lambda 10 en un intervalo de longitud de
onda de 200 a 700 nm Como blanco se empleoacute agua destilada Los 3 ml de
solucioacuten medida por UV-Vis se regresaron a la celda de reaccioacuten Posteriormente
se adicionaron aliacutecuotas de una solucioacuten de 00025 M de NaOH en 2 M de
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
53
NaClO4 Se repitioacute varias veces el proceso de tomar una aliacutecuota en la celda de
reaccioacuten a la celda de cuarzo y medir la absorbancia del complejo de inclusioacuten de
tal manera que el pH incrementara de 02 en 02 hasta alcanzar un pH de 9 o 10
aproximadamente En todo el proceso se mantuvo una temperatura de 30 degC y
una atmoacutesfera de nitroacutegeno constante en la celda
Con los datos de pH y absorbancia a una longitud de onda de 210 nm obtenidos
se graficaron los valores de la absorbancia en funcioacuten del pCH para determinar el
pCH de precipitacioacuten la zona no saturada y la zona saturada
511 Valoraciones potenciomeacutetricas directas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Con el sistema de titulacioacuten automaacutetica que consiste de un potencioacutemetro
Radiometer TIM900 Titrilab de un electrodo combinado de vidriondashAgClAg y una
bureta automaacutetica de 20 ml se realizaron valoraciones potenciomeacutetricas directas
Para lo cual se colocoacute en la celda de reaccioacuten 10 ml de 2 M de NaClO4 de pH 3
21 microL de la solucioacuten de 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina de concentracioacuten 02389
M y 105 microL de la solucioacuten de PrCl3 XH2O de concentracioacuten 048 M para tener
una concentracioacuten inicial de 000025 M del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Esta solucioacuten se valoroacute con NaOH 00025 M en 2 M de NaClO4 a una temperatura
de 30 degC flujo de nitroacutegeno y agitacioacuten constante Con los datos de pH y volumen
de NaOH se graficaron los valores de pCH en funcioacuten del volumen de NaOH El
intervalo de pCH de la zona no saturada se determinoacute despueacutes de que el aacutecido fue
neutralizado y el pCH final se determinoacute con el pCH de precipitacioacuten obtenido en la
titulacioacuten espectrofotomeacutetrica Este intervalo de pCH de la zona no saturada se
emplearon en el programa de computo SUPERQUAD para determinar los valores
de las constantes de hidroacutelisis del praseodimio y del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
54
______________________________
CAPIacuteTULO VI
RESULTADOS
______________________________
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
55
6 RESULTADOS
61 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 6 muestra los espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes
concentraciones en presencia de 2HPβCD 00025 M determinados en el intervalo
de longitud de onda de 200 a 700 nm En ellos se observa que cuando aumenta
la concentracioacuten del praseodimio en presencia de 2HPβCD aumenta el tamantildeo de
las bandas La 2HPβCD no presenta bandas de absorcioacuten en toda la regioacuten de
200-700 nm
Figura 6 Espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes concentraciones en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
A partir de la Figura 6 y de acuerdo al tamantildeo de las bandas de absorcioacuten de los
espectros UV-Vis en funcioacuten de la concentracioacuten del praseodimio se establecen
tres regiones de intereacutes En la regioacuten de longitud de onda de 200-225 nm la banda
de absorcioacuten maacutexima del praseodimio se encuentra en 215 nm para
concentraciones bajas en la regioacuten de 440-490 nm se encuentran las bandas de
absorcioacuten de 444 469 nm y 482 nm para concentraciones intermedias y
finalmente en la regioacuten de 558-600 nm se encuentran las bandas de absorcioacuten de
200 300 400 500 600 700
00
05
10
15
20
25
30
Ab
so
rban
cia
Longitu de onda (cm-1)
000011MPr
0000251MPr
00011MPr
000251MPr
00051MPr
001MPr
0025MPr
006251MPr
01251MPr
0251MPr
031MPr
00025M2HPBCD
00025MPr
1
2
3
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
56
5885 nm para cuantificar concentraciones altas de praseodimio en presencia de la
2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Figura 7 y Tabla 9) En la Figura 7 se muestran las
rectas de calibracioacuten para cuantificar praseodimio Estas rectas de calibracioacuten fueron
determinadas con los datos de los valores de absorbancia de cada banda de
absorcioacuten de la Figura 6 en funcioacuten de la concentracioacuten del praseodimio
Figura 7 Rectas de calibracioacuten de las bandas de absorcioacuten del praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
Tabla 9 Ecuaciones de calibracioacuten del praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
obtenidos por UV-Vis
Intervalo de longitud de onda de UV-Vis
200-250 nm 400-500 nm 560-620 nm
Bandas de 215 nm 444 nm 469 nm 482 nm 5885 nm
absorcioacuten
Ecuaciones de
calibracioacuten
A= 26554[Pr] + 00527
A = 513[Pr] + 00127
A = 21698[Pr] + 00123
A = 15912[Pr] + 00128
A = 00783[Pr] + 00103
Rsup2 = 09949 Rsup2 = 09992 Rsup2 = 09958 Rsup2 = 09917 Rsup2 = 09769
Doacutende nm= nanoacutemetros A= Absorbancia [Pr (III)]= Concentracioacuten del Praseodimio R = Coeficiente de
correlacioacuten
000 005 010 015 020 025 030
00
02
04
06
08
10
12
14
16
y=15912 x +00128
R2=09917
y=00783 x +00103
R2=09769
y=21698 x +00123
R2=09958
y=513 x +00127
R2=09992
215 nm
444 nm
469 nm
482 nm
5885 nm
Abso
rbancia
[Pr] M
y=26554 x +00527
R2=09949
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
57
En la Tabla 9 se muestran los datos de las ecuaciones de calibracion para
determinar praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina por
espectroscopiacutea UV-Vis
Estas consideraciones tienen una limitacioacuten ya que se debe tomar en cuenta que
el intervalo oacuteptimo para medir la absorbancia con fines de anaacutelisis cuantitativo
estaacute entre 002ndash15
62 Efecto de la concentracioacuten de la 2HPβCD en el praseodimio por
espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 8 muestra los espectros de absorcioacuten del praseodimio a concentracioacuten
constante (00025 M) en presencia de 2HPβCD a diferentes concentraciones
determinados en el intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
Figura 8 Espectro de absorcioacuten UV-Vis del praseodimio a concentracioacuten constante en presencia de la 2HPβCD a diferentes concentraciones En el detalle central se muestra la ampliacioacuten de la banda de
absorcioacuten 215 nm
En los espectros de absorcioacuten del praseodimio de la Figura 8 se observa que
cuando aumenta la concentracioacuten de 2HPβCD aumenta ligeramente el tamantildeo de
200 300 400 500 600 700
00
02
04
Ab
so
rbancia
Longitud de onda (cm-1)
00025MPr
00025M2HPBCD
051M
11M
21M
31M
41M
51M
81M
101M
151M
181M
241M1
2 3
200 205 210 215 220 225 230
00
01
02
03
04
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
1
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
58
las bandas de absorcioacuten del praseodimio En el detalle central de la Figura 8 se
aprecia maacutes adecuadamente este efecto
Con estas observaciones se muestra que la 2HPβCD aumenta la solubilidad del
praseodimio debido a este aumento ligero en el tamantildeo de las bandas de
absorcioacuten del praseodimio de la Figura 8
63 Efecto de la radiacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD por
espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 9 muestra los espectros de absorcioacuten determinados en el intervalo de
longitud de onda de 200 a 700 nm del 2HPβCD 2HPβCD irradiado PrCl3XH2O
PrCl3XH2O irradiado el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y el complejo de
inclusioacuten Pr-2-HP-β-CD irradiado Las irradiaciones se realizaron a 10000 Gy
Figura 9 Espectro UV-Vis de las muestras irradiadas en solucioacuten del complejo Pr-2HPβCD PrCl3 y 2HPβCD
Como se observa en la Figura 9 el efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de
inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Pr-2HPβCD) mostraron que
cuando el complejo de inclusioacuten es irradiado a 10 000 Gy se observaron ligeros
200 300 400 500 600 700
00
02
04
06
08
10
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
00025 M 2HPBCD
Pr 00025 M
Pr-2HPBCD
2HPBCD 10 KGY
PrCl3-XH2O 10 KGy
Pr-2HPBCD 10 KGy
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
59
cambios comparado con el complejo de inclusioacuten no irradiado Esto se puede
deber a que probablemente el complejo empieza a descomponerse
62 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB)
La Figura 10 muestra las imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las
muestras 2HPβCD 2HPβCD irradiada PrCl3XH2O PrCl3XH2O irradiada Pr-
2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy
a) c) e)c
b) d) f)
Figura 10 Imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las muestras a) 2HPβCD b) 2HPβCD irradiada c) PrCl3XH2O d) PrCl3XH2O irradiada e) Pr-2HPβCD y f) Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy
La 2HPβCD mostroacute partiacuteculas esfeacutericas de diversos tamantildeos con una superficie
lisa en su interior se observan cavidades dentro de las partiacuteculas pareciera que
se desprenden esferas maacutes pequentildeas El PrCl3XH2O mostroacute una superficie
rugosa las partiacuteculas se ven fundidas debido probablemente a que el material es
higroscoacutepico y tiende a hidratarse faacutecilmente El complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
muestra una morfologiacutea diferente a los reactivos precursores ya que se presentan
partiacuteculas en forma de rocas de diferentes dimensiones ademaacutes se observan
aglomeraciones de partiacuteculas Las imaacutegenes de las muestras irradiadas a una
dosis de 10 KGy conservan su morfologiacutea a excepcioacuten de PrCl3XH2O irradiada y
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
60
Pr-2HPβCD irradiada muestran pequentildeos cambios Sus partiacuteculas se ven un poco
maacutes fundidas probablemente se deba al efecto de la radiacioacuten
La composicioacuten quiacutemica elemental de las muestras 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD se muestran en la Tabla 10 determinado por el anaacutelisis elemental (EDS)
Tabla 10 Anaacutelisis EDS de las muestras de PrCl3 2-HPβCD y Pr-2HPβCD
Elemento Atoacutemico
Pr Cl O C
PrCl3 1233 plusmn 207 3595 plusmn 666 5171 plusmn 871 -----
2HPβCD ----- ----- 4159 plusmn 22 584 plusmn 22
Pr-2HPβCD 097 plusmn061 248 plusmn 143 3619plusmn 422 6034 plusmn 478
Todas las muestras presentan los elementos de su composicioacuten quiacutemica La
presencia de Pr Cl C y O en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD confirman la
interaccioacuten de 2HPβCD PrCl3XH2O para la formacioacuten del complejo de inclusioacuten
como se muestras en la Tabla 10
63 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX)
En la Figura 11 se muestran los difractogramas de 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD determinado por Difraccioacuten de Rayos X Los difractogramas de rayos X
de la Figura 11 muestran diferencias entre ellas El difractograma del PrCl3XH2O
presenta reflexiones de alta intensidad comparado con las otras muestras debido
a su naturaleza cristalina del praseodimio El difractograma de la 2HPβCD es de
estructura amorfa caracteriacutestica de los compuestos de carbono
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
61
Figura 11 Difraccioacuten de rayos X de PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD
El difractograma del compuesto de inclusioacuten Pr-2HPβCD muestra una
combinacioacuten de reflexiones de las muestras de PrCl3XH2O y 2HPβCD debido a la
formacioacuten de eacuteste complejo de inclusioacuten aunque predomina el de la 2HPβCD
Se comparoacute el difractograma de la muestra de PrCl3XH2O con la tarjeta del patroacuten
reportado por el Joint Committee on Powder Diffraction Standards (JCPDS) PDF
84-2188 Aqua Praseodymium Chloride Ambos difractogramas coinciden
adecuadamente
Los difractogramas de las muestras irradiadas a diferentes dosis mostraron que en
el intervalo de dosis de 1-500 Gy las muestras no sufren cambios Sin embargo
cuando el complejo de inclusioacuten es irradiado a 5000 y 10 000 Gy se observaron
ligeros cambios en sus inflexiones comparados con las muestras no irradiadas
Probablemente las muestras empiezan a descomponerse
64 Espectroscopia de infrarrojo (IR)
En la Figura 12 se muestra los espectros de infrarrojo de la 2HPβCD PrCl3XH2O
y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
62
Figura 12 Espectros de infrarrojo de las muestra 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-2HPβCD
El espectro infrarrojo de la muestra de PrCl3XH2O presenta la banda de absorcioacuten
a 341434 cm-1 correspondiente a moleacuteculas de agua de hidratacioacuten y la banda de
absorcioacuten a 67003 cm-1 debido a las uniones praseodimio con cloruros El
espectro infrarrojo de la muestra de la 2HPβCD presenta bandas de absorcioacuten a
331508 cm-1 [OH] 292046 cm-1 [CH2] 115183 cm-1 [C-C] 108000 cm-1 [C-O] y
102306 cm-1 [O-H]
Tabla 11 Grupos funcionales del PrCl3XH2O 2HPβCD y del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Compuesto [OH] [CH2] [C-C] [C-O] [O-H] [Cl3]
PrCl3XH2O 341434 67003
2HPβCD 331508 292046 115183 108000 102306
Pr-2HPβCD 329688 292645 115247 108028 102514
120723[PrCl3XH2O-Pr-2HPβCD] -11746
120723[2HPβCD-Pr-2HPβCD] -182 599 064 028 208
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
63
En la Tabla 11 se muestran los datos de las bandas de absorcioacuten de las muestras
de 2HPβCD PrCl3XH2O y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y los valores
de los desplazamientos observados Los valores de desplazamiento indican la
formacioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Las bandas de absorcioacuten de las
muestras irradiadas a diferentes dosis mostraron que en el intervalo de dosis de 1-
500 Gy las muestras no sufren cambios Cuando las muestras son irradiados a
5000 y 10 000 Gy se observaron ligeros cambios en la intensidad de la bandas de
absorcioacuten
65 Espectroscopia Raman
Figura 13 Espectros Raman de la muestra PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD
La Figura 13 muestra los espectros Raman de las muestras 2HPβCD PrCl3XH2O
y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Se realizaron 100 adquisiciones de
cada uno de las muestras Los resultados son el promedio de estas Los espectros
Raman de la Figura 13 muestran diferencias entre ellas
El espectro Raman del PrCl3XH2O muestra un pico intenso a 19278 cm-1 Este
pico se observa en el espectro Raman del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD a
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
64
23814 cm-1 y es de intensidad menor Las bandas de la 2HPβCD (44336 47805
84780 94691 126575 133270 145854 cm-1) algunas desaparecen y otras se
desplazan en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Esto indica la formacioacuten del
complejo de inclusioacuten
Al comparar los espectros Raman de las muestras irradiadas a diferentes dosis
mostraron que en el intervalo de dosis de 1-500 Gy no sufren cambios Sin
embargo en el intervalo de 5000 a 10000 Gys se observa la presencia de una
banda que no se encuentra en las muestras no irradiadas Probablemente las
muestras empiezan a descomponerse
66 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-βeta-ciclodextrina
661 Efecto de temperatura
La Figura 14 muestra el efecto de temperatura sobre la solubilidad del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD
Figura 14 Efecto de temperatura en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
20 30 40 50 60
018
020
022
024
026
028
030
032
034
036
038
g P
r-2H
PB
CD
Temperatura degC
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
65
La Figura muestra que conforme la temperatura va aumentando la solubilidad de
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta Es decir a la temperatura 20 degC se
solubilizan 01866 g del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD mientras que a 60 degC
se solubilizan 03628 g
662 Efecto de tiempo
La Figura 15 muestra el efecto del tiempo sobre la solubilidad del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD
Se observoacute que conforme el tiempo va aumentando la solubilidad de complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta Con esto se determinoacute que la dilucioacuten de 01 gr de
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 ml de agua destilada se lleva a cabo en
un tiempo 170 segundos
Figura 15 Efecto de tiempo en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
01000 01005 01010 01015 01020 01025 01030
160
162
164
166
168
170
Tie
mpo (
segundos)
g Pr-2HPBCD
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
66
67 Recta de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4
Se realizaron las mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de
2 M de NaClO4 Los datos se muestran en la Tabla 12
Tabla 12 Mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de 2 M de NaClO4
Concentracioacuten (M)
pCH pH
exp 1 pH
exp 2 pH
exp 3 pH
exp 4 pH
exp 5 pH exp prom
HCl 0001 3 2359 2205 2333 2402 2329 23256
001 2 1173 1172 1207 1228 1268 12096
01 1 0508 0248 0253 0352 0361 03444
NaOH 0001 11 9987 9994 9926 10009 9994 9982
001 12 10947 10876 10959 10876 10849 109014
01 13 11612 1156 11604 11552 11516 115688
Se graficaron los datos de pH (experimental) promedio en funcioacuten del pCH (teoacuterico)
se tiene la Figura 16
Figura 16 Recta de calibracioacuten del pCH como una funcioacuten del pH en el medio 2 M de NaClO4
0 2 4 6 8 10 12 14
0
2
4
6
8
10
12
pC
H
pH
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
67
La ecuacioacuten de la recta de calibracioacuten es
pCH= 105108 (plusmn00063) pH + 06352 (plusmn00669) R2= 09995
Esta ecuacioacuten permitioacute corregir todos los datos de pH experimental de este
trabajo
68 Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Se realizaron valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD en medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 a 30 deg C en atmoacutesfera inerte
Se obtuvieron espectros de absorcioacuten UV-Vis en el intervalo de longitud de onda
de 200 a 700 nm En la Figura 17 se muestra los espectros de absorcioacuten de cada
una de las aliacutecuotas del praseodimio en presencia de la 2HPβCD en el intervalo de
longitud de onda de 200 a 230 nm
Figura 17 Espectros de absorcioacuten UV-Vis de la valoracioacuten espectrofotomeacutetrica del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con NaOH 00025 M en el medio 2M de NaClO4
200 210 220 230
00
01
02
03
04
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
68
Se graficaron los datos de absorbancia a la longitud de onda de 215 nm de la Figura
17 y los valores de pCH correspondientes se obtuvo la Figura 18
Figura 18 Curva de valoracioacuten espectrofotomeacutetrica (absorbancia en funcioacuten del pCH) y la primera derivada del praseodimio en presencia de la 2HPβCD a longitud de onda de 215 nm
La derivada de la curva de la Figura 18 permitioacute determinar el pCH de precipitacioacuten
(maacutexima inflexioacuten) el cual fue de 812 A partir de este pCH se determinoacute la zona
no saturada (lado izquierdo de la curva) y saturada (lado derecho de la curva)
69 Titulaciones potenciomeacutetricas
Se realizaron valoraciones potenciomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
con NaOH en medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 a 30 degC en atmosfera inerte
Se obtuvo la Figura 19 La valoracioacuten potenciomeacutetrica del Pr-2HPβCD inicio en
medio acido por medio de la primera derivada y su inflexioacuten de la curva se
determinoacute el pCH inicial (pCH= 656) el valor de pCH final se determinoacute con el valor
de la primera derivada (pCHpp= 812) de la Figura 18 (punto de inicio de
precipitacioacuten del PrCl3XH2O)
4 5 6 7 8 9 10
025
030
035
040
045
050
055
060
pCH
Ab
so
rban
cia
-01
00
01
02
03
04
05
06
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
69
Figura 19 Curva de valoracioacuten potenciomeacutetrica directa de 25x10-4 M del praseodimio en presencia de la 2HPβCD con 25x10-3 de NaOH en 2 M de NaClO4 a 30 degC en atmosfera libre de CO2 y primera
derivada de la curva Detalle central (zona no saturada)
Con estos dos valores se determinoacute el intervalo de la zona no saturada que se
muestra en el detalle central de la Figura 19 empleado para el caacutelculo de la
primera constante de hidrolisis del praseodimio y del complejo del praseodimio en
presencia de la 2HPβCD
610 Refinamientos
A partir del detalle central de la Figura 19 (zona no saturada) los datos de
volumen pCH concentracioacuten del titulado y titulante y un modelo quiacutemico propuesto
con la estequiometria se alimentaron al programa de computo SUPERQUAD y
mediante refinamiento computacional se determinaron los valores de la constante
de hidrolisis de las especies quiacutemicas del praseodimio y del complejo de inclusioacuten
Pr-2HPβCD que se muestran en la Tabla 13
0 5 10 15 20
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
ml adicionados de NaOH
pC
H
0
2
4
6
8
10
00 01 02 03 04 05 06 07
64
66
68
70
72
74
76
78
80
82
pC
H
ml adicionados de NaOH
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
70
Tabla 13 Constantes de hidroacutelisis del Pr y el pCH de precipitacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 M de NaClO4 obtenidos mediante meacutetodo potenciomeacutetrico y el programa SUPERQUAD a
30 degC
Equilibrio Quiacutemico
logβ1
POTENCIOMETRICO
(SUPERQUAD)
Intervalo
(pCH)
No
puntos
ESPECTROFOTOMETRICO
pCH de pp
Meacutetodo GRAFICO
Pr3++ H2O Pr(OH)2++ H+ -862plusmn0007 656-812 33 812
Pr(OH)2++H2O Pr(OH)2++H+ -1710plusmn003
Pr(OH)2++H2O Pr(OH)3+H+ -2586plusmn001
Pr3++2HPβCD+H2O Pr-
2HPβCD-(OH)2++H+
-509plusmn007
En la Tabla 13 anterior se muestra el valor de pCH de precipitacioacuten obtenido por el
meacutetodo espectrofotomeacutetrico (meacutetodo graacutefico) que fue de 812 Los valores de las
constantes de hidrolisis de las especies quiacutemicas del praseodimio fueron-
logβ1OH=-862plusmn0007-logβ22OH=-1710plusmn003-logβ33OH=-2586plusmn001 y del complejo
de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-509plusmn007 obtenidos por el meacutetodo
potenciomeacutetrico empleando el programa de computo SUPERQUAD
71
______________________________
CONCLUSIONES
______________________________
CONCLUSIONES
72
CONCLUSIONES
bull Se observaron 3 zonas de absorcioacuten caracteriacutesticas del praseodimio
situadas a una longitud de onda de 215 nm 3 bandas de absorcioacuten en 444
nm 469 nm y 482 nm y en 5885 nm se determinaron para cada banda las
rectas de calibracioacuten
bull Se demostroacute la inclusioacuten del praseodimio en la 2HPβCD y el efecto de la
radiacioacuten gamma en los reactivos (PrCl3XH2O 2HPβCD) y el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD satisfactoriamente mediante las diferentes teacutecnicas de
caracterizacioacuten y anaacutelisis empleadas (MEB UV-Vis DRX Espectroscopia
Infrarrojo y Espectroscopia Raman)
bull El efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-β-ciclodextrina (Pr-2HP-β-CD) mostroacute que en el intervalo de
dosis de 1-500 Gy no sufren cambios Sin embargo cuando es irradiado a
5000 y 10 000 Gy se observaron ligeros cambios Esto se puede deber a
que probablemente el complejo empieza a descomponerse
bull La solubilidad de complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta en funcioacuten del
aumento de la temperatura
bull Conforme el tiempo va aumentando la solubilidad de complejo de inclusioacuten
Pr-2HPβCD aumenta
bull El valor de la primera constante de hidrolisis del praseodimio obtenido fue-
logβ1OH=-862plusmn0007 y del complejo de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-
509plusmn007
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RECOMENDACIONES
______________________________
RECOMENDACIONES
74
bull El complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se debe preparar con diferentes
meacutetodos para elegir el maacutes adecuado de acuerdo a su rendimiento
quiacutemico y asegurar su formacioacuten
bull Comparar la zona no saturada de complejo de Inclusioacuten del Pr-2HPβCD
Pr-2βCD y la del praseodimio sin complejo para observar el efecto de la
solubilidad y estabilidad
bull Determinar las constantes de hidrolisis del praseodimio y del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD irradiado con radiacioacuten gamma de Co60 y comparar
con la de complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD no irradiado
75
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GLOSARIO
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GLOSARIO
76
GLOSARIO
1 Absorbancia
Se define como la relacioacuten (logariacutetmica) entre la intensidad de la luz que incide
sobre una muestra y la intensidad de esa misma luz que es transmitida a traveacutes de
esa muestra Cuando una luz de una longitud de onda determinada seleccionada
por un filtro incide sobre una muestra parte de esa luz es absorbida La luz no
absorbida pasa a traveacutes de la muestra y es recogida por un detector colocado en
el otro lado del pocillo de la micro placa frente a la fuente de luz
2 Algoritmo de Marquadt
Es un proceso iterativo de convergencia que a traveacutes de la teacutecnica de los miacutenimos
cuadrados ponderados permite encontrar los paraacutemetros de las ecuaciones de
funciones no lineales
3 Complejo de inclusioacuten
Mezcla cristalina en la que las moleacuteculas de un componente estaacuten contenidas
dentro de la red cristalina del otro
4 Confinamiento de residuos
Lugar totalmente seguro controlado y construido con el propoacutesito de disponer
residuos peligrosos instalados en un lugar retirado de la poblacioacuten con el objetivo
de disminuir riesgos de caraacutecter natural y humano
5 Curva de calibracioacuten
Representacioacuten graacutefica de una sentildeal que se mide en funcioacuten de la concentracioacuten
de un analito La calibracioacuten incluye la seleccioacuten de un modelo para estimar los
paraacutemetros que permitan determinar la linealidad de esa curva Y en
consecuencia la capacidad de un meacutetodo analiacutetico para obtener resultados que
sean directamente proporcionales a la concentracioacuten de un compuesto en una
muestra dentro de un determinado intervalo de trabajo
GLOSARIO
77
6 Desechos radiactivos
Residuo o subproductos que contiene varios elementos quiacutemicos radiactivos que
no tiene un fin praacutectico
7 Especies quiacutemicas
En quiacutemica el teacutermino especie quiacutemica se usa comuacutenmente para referirse de
forma geneacuterica a aacutetomos moleacuteculas iones radicales etc que sean el objeto de
consideracioacuten o estudio
8 Estabilidad
Una sustancia es estable si no es particularmente reactivo en el ambiente o
durante uso normal y mantiene sus propiedades uacutetiles en la escala de tiempo de
su durabilidad esperada y por lo que se dice que el material es inestable si se
corroe descompone polimeriza quema o explota bajo las condiciones anticipadas
de uso o condiciones ambientales normales
9 Fisioacuten nuclear
Reaccioacuten en la cual un nuacutecleo se bombardea con neutrones se convierte en
inestable y se descompone en dos nuacutecleos y tamantildeos son del mismo orden de
magnitud con gran desprendimiento de energiacutea y la emisioacuten de dos o tres
neutrones los cuales a su vez ocasionar maacutes fisiones al interaccionar con nuevos
nuacutecleos fisionables que emitiraacuten nuevos neutrones y asiacute sucesivamente
10 Fuerza ioacutenica
Propiedad de una solucioacuten que depende de la concentracioacuten total de iones en la
solucioacuten asiacute como de la carga de dichos iones
11 Isoacutetopo
Nucleiacutedos pertenecientes a un mismo elemento quiacutemico pero que se diferencian
entre el nuacutemero de neutrones de cada uno
GLOSARIO
78
12 Lenguaje fortran
Es un lenguaje de programacioacuten de alto nivel de propoacutesito general procedimental
e imperativo que estaacute especialmente adaptado al caacutelculo numeacuterico y a la
computacioacuten cientiacutefica
13 Lgi-01 TRANSELEKTRO (LGI-01)
Equipo de irradiacioacuten integrado por un cuerpo ciliacutendrico de plomo que sirve de
blindaje una jaula ciliacutendrica que contiene los laacutepices de Co60 un eacutembolo moacutevil con
una cavidad (caacutemara de exposicioacuten) una consola de mando y un cronoacutemetro para
establecer el tiempo de irradiacioacuten La caacutemara de exposicioacuten alberga a las
muestras para la irradiacioacuten un sistema electromecaacutenico baja el depoacutesito de las
muestras hasta la fuente de radiacioacuten que consta de 48 laacutepices de los cuales 12
contiene Co60 y el resto estaacuten vaciacuteos
14 Longitud de onda
Es la distancia real que recorre una perturbacioacuten (onda) en un determinado
intervalo de tiempo Ese intervalo de tiempo es el transcurrido entre dos maacuteximos
consecutivos de alguna propiedad fiacutesica de la onda
15 Medio acuoso
Medio o disolucioacuten acuosa se refiere a que una mezcla de disolventes el
disolvente mayoritario es agua Las disoluciones acuosas tienen una gran
importancia en la biologiacutea desde los laboratorios de ciencia baacutesica hasta la
quiacutemica de la vida pasando por la quiacutemica industrial Por la vasta cantidad y
variedad de sustancias que son solubles en agua esta se denomina a veces
disolvente universal
16 pCH
Es el logaritmo inverso de la concentracioacuten de los iones hidroacutegeno
17 pH
Es una medida del pH experimental de este trabajo
GLOSARIO
79
18 Precursores
Sustancia indispensable o necesaria para producir otra mediante los compuestos
quiacutemicos que constituyen una primera etapa en un proceso quiacutemico y actuacutean
como sustrato en las etapas posteriores
19 Radiacioacuten gamma
Es un tipo de radiacioacuten electromagneacutetica constituida por fotones se produce por
elementos radiactivos o procesos subatoacutemicos como la aniquilacioacuten de un par
positroacuten-electroacuten Los rayos gamma constituyen un tipo de radiacioacuten ionizante
capaz de penetrar en la materia maacutes profundamente que la radiacioacuten α y la β
pueden causar graves dantildeos a las ceacutelulas se usan para esterilizar equipos
meacutedicos y alimentos
20 Reacciones de hidroacutelisis
Reacciones quiacutemicas entre una moleacutecula de agua y cualquier otra especie
quiacutemica en la cual la moleacutecula de agua se divide y sus aacutetomos forman parte de
otra especie quiacutemica
21 Relacioacuten molar
Factor de conversioacuten cuyo fin es convertir en una reaccioacuten quiacutemica la cantidad de
moles de una sustancia a la cantidad correspondiente de moles de otra sustancia
La sustancia de partida se expresa en gramos y la sustancia deseada en moles
22 Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Se denomina valoracioacuten espectrofotomeacutetrica al procedimiento por el cual se
determina el punto final de una titulacioacuten utilizando las medidas de absorbancia a
una longitud de onda fija Para simplificar la teacutecnica se selecciona una longitud de
onda donde solamente uno de los componentes de la muestra absorba
80
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REFERENCIAS CITADAS
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REFERENCIAS CITADAS
81
REFERENCIAS CITADAS
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producto de solubilidad de ln (OH)3 y el efecto de los iones cloruro sobre la
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ioacutenica 2 molar pp 21
II
El hombre en la arena
o es criacutetico el quien cuenta ni el que sentildeala con el dedo al hombre fuerte
cuando tropieza o el que indica en que cuestiones quien hace las cosas podriacutea
haberlas hecho mejor El meacuterito recae exclusivamente en el hombre que se
halla en la arena aquel cuyo rostro estaacute manchado de polvo sudor y sangre el que lucha
con valentiacutea el que se equivoca y falla el golpe una y otra vez porque no hay esfuerzo sin
error y sin limitaciones
---Theodore Roosevelt (1910)
N
III
Agradezco al Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares (ININ) al Dr
Hilario Dolores Loacutepez Gonzaacutelez al Departamento de Quiacutemica al proyecto CB-605
ldquoInvestigacioacuten sobre el efecto de la descomposicioacuten y naturaleza estructural de
materiales en las propiedades fisicoquiacutemicas de lantaacutenidos y actiacutenidos en estado
soacutelido y en solucioacuten (Etapa I y II)rdquo por el apoyo brindado para la realizacioacuten de este
trabajo
IV
V
VI
DEDICATORIA
VII
Dedicatoria
A Dios
Por todos los logros metas y proyectos sin importar lo obstaacuteculos grandes o pequentildeos que
has puesto a lo largo de mi camino en mi formacioacuten profesional y personal por todas la
bendiciones de las cuales has llenado mi vida Te doy las gracias por estar siempre
presente y darme las fuerzas en momentos difiacuteciles para seguir adelantehellip
A mis padres
Ma Veroacutenica Cruz Tapia y J Guadalupe Moreno Segundo con mucho amor por todo su
esfuerzo y apoyo que me han brindado incondicionalmente en todas mis victorias y
fracasos tristezas y alegriacuteas gracias por su lucha incansable diacutea con diacutea sin marcha
atraacutes Han sido mi ejemplo a seguir y por haber hecho de miacute lo mejor de una persona
gracias a su educacioacuten que han inculcado en miacute Por ser mi guiacutea y compantildeiacutea a lo largo de
mi camino ensentildeaacutendome a querer ser mejor y a superarme en mi vida profesional Es la
herencia maacutes importante y valiosa que me han dado por todo eso y mucho maacutes Los amohellip
A mis hermanos
Edwin Joseacute Manuel y Daniela por todos los momentos compartidos a su lado por todas
las risas que provocan grandes sentimientos y cada uno de sus consejos Por estar siempre
presentes en cada momento de mi vida brindaacutendome su apoyo carintildeo y amor de hermanos
Son una gran bendicioacuten en mi vidahellip
A ti Aidee
Por ser una persona tan importante en mi vida y brindarme todo tu amor por ensentildearme
tanto ayudaacutendome a crecer personal emocional y profesionalmente por todos tus alientos
y apoyo que me has brindado en momentos difiacuteciles y asiacute como todas las sonrisas y
laacutegrimas compartidas por tu presencia en mis logros obtenidos por todas y cada una de
las grandes maravillas que me has dado sin importar lo pequentildeas que sean y todo aquello
que significa mucho para miacute y que no se puede describir en palabras Muchas gracias por
todohellip
AGRADECIMIENTOS
VIII
Agradecimientos
Al Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares por la beca otorgada y el apoyo
recibido para la realizacioacuten de este proyecto durante mi estancia
Al Dr Hilario Dolores Loacutepez Gonzaacutelez del ININ y a la Dra Edelmira Fernaacutendez
Ramiacuterez del TESSFP por la asesoriacutea paciencia compresioacuten y apoyo para la realizacioacuten
de este trabajo Sinceramente les agradezco de todo corazoacuten fue un placer trabajar con
ustedes muchas gracias
A los miembros del comiteacute revisor IQ Moiseacutes Crescencio Gonzaacutelez y IQ Luciacutea Garciacutea
Guzmaacuten por las observaciones y aportes de gran importancia los cuales elevaron la
calidad del trabajo
Al Dr Jaime Jimeacutenez Becerril por el apoyo recibido para la irradiacioacuten de las muestras
de este trabajo y por el apoyo teacutecnico recibido
A los teacutecnicos Jorge Peacuterez del Prado y Carlos Salinas Molina de Microscopiacutea Electroacutenica
de Barrido del Departamento de Materiales y al servicio de Espectroscopia Raman del
Departamento de Fiacutesica por el apoyo teacutecnico recibido
A mis amigos Carmen (Cars) Hilda (Hildita) Rosa Isabel (Chabe) Daniel (Carrillo)
Eduardo (Lalo) y Miguel (Migue) por todo el apoyo que me han brindado asiacute como su
valiosa amistad durante todo este tiempo y los maravillosos momentos que juntos hemos
compartido
A mis amigos del ININ Dayra Evelin Joselyn Lupita Jessy Janette Gisela Sonia y
Cesar por su gran amistad durante este tiempo compartido y darme la dicha de haberlos
conocido asiacute como el apoyo teacutecnico que cada uno de ustedes me brindo y por todos sus
consejos gracias a todos
A todas las personas que han formado parte de mi vida personal y profesional y que no he
mencionado
GRACIAS A TODOShellip
RESUMEN
IX
RESUMEN
En la fisioacuten nuclear para la produccioacuten de electricidad se producen ciertos
productos de fisioacuten considerados desechos radiactivos entre los cuales se
encuentran los lantaacutenidos El confinamiento de estos desechos radiactivos en
medios como las minas de sal suelen presentarse globos de salmuera por
consecuencia producir corrosioacuten en los contenedores pudiendo entrar en contacto
con los desechos razoacuten por la cual es importante conocer las reacciones de
hidroacutelisis que pudieran formarse en presencia de alguacuten medio acuoso Ante este
panorama se llevoacute a cabo la inclusioacuten del praseodimio en la 2-hidroxipropyl-beta-
ciclodextrina (2HPβCD) con la finalidad de observar aumento de solubilidad y
estabilidad del praseodimio
La formacioacuten del complejo de inclusioacuten praseodimio en presencia de la 2-
hidroxipropyl-beta-ciclodextrina (Pr-2HPβCD) se efectuoacute en relacioacuten molar 11 a
0005 M Se observoacute el efecto de la radiacioacuten gamma del Co60 en el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD y de sus precursores PrCl3XH2O y 2HPβCD Se emplearon
varias fracciones de la muestra del complejo de inclusioacuten y de las muestras
irradiadas del Pr-2HPβCD PrCl3XH2O y 2HPβCD para su caracterizacioacuten
mediante diferentes teacutecnicas (UV-Vis Microscopia Electroacutenica de Barrido
Difraccioacuten de Rayos X Espectroscopia de Infrarrojo Espectroscopia Raman) Las
muestras no irradiadas presentaron la interaccioacuten del praseodimio y de la 2HPβCD
confirmando la formacioacuten del complejo de inclusioacuten mientras que las muestras
irradiadas presentaron ligeros cambios a dosis de 10000 Gy atribuidos a la
descomposicioacuten de las muestras por efecto de la radiacioacuten gamma
Ademaacutes se realizoacute el estudio del efecto de la concentracioacuten de la 2HPβCD en
presencia del praseodimio por UV-Vis donde se observoacute el aumento de la
solubilidad del praseodimio El estudio realizado del efecto de temperatura del
complejo Pr-2HPβCD permitioacute observar el aumento de solubilidad del complejo en
funcioacuten de la temperatura asiacute mismo para el efecto de tiempo Finalmente se
estudioacute el comportamiento quiacutemico del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en
soluciones acuosas en medio de 2 M de NaClO4 a 30 degC en atmosfera inerte
RESUMEN
X
mediante valoraciones espectrofotomeacutetricas y titulaciones potenciomeacutetricas
directas se obtuvo la zona no saturada que contempla las especies solubles
Mediante refinamiento computacional con el programa de coacutemputo SUPERQUAD
se trataron los datos de la zona no saturada
Los valores de las constantes de hidroacutelisis de las especies quiacutemicas del
praseodimio fueron-logβ1OH=-862plusmn0007-logβ22OH=-1710plusmn003-logβ33OH=-
2586plusmn001 y del complejo de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-509plusmn007 obtenidos por
partes mediante el programa de coacutemputo SUPERQUAD
ABSTRACT
XI
ABSTRACT
The nuclear fission for the production of electricity produces certain fission
products considered as radioactive waste among which are lanthanides The
confinement of these radioactive wastes in media such as salt mines usually
present brine balloons consequently produce corrosion in the containers and can
come into contact with the waste which is why it is important to know the
hydrolysis reactions that could be formed in the presence of some aqueous
medium In view of this scenario the inclusion of praseodymium in 2-
hydroxypropyl-beta-cyclodextrin (2HPβCD) was carried out in order to observe
increased solubility and stability of praseodymium
The formation of the praseodymium inclusion complex in the presence of 2-
hydroxypropyl-beta-cyclodextrin (Pr-2HPβCD) was performed in a 1 1 molar ratio
at 0005 M The effect of Co60 gamma radiation on the inclusion complex Pr-
2HPβCD and its precursors PrCl3 middot XH2O and 2HPβCD Several fractions of the
inclusion complex sample and irradiated samples of Pr-2HPβCD PrCl3 middot XH2O
and 2HPβCD were used for their characterization by different techniques (UV-Vis
Scanning Electron Microscopy X-ray Diffraction Infrared Spectroscopy Raman
Spectroscopy) The non-irradiated samples showed the interaction of
praseodymium and 2HPβCD confirming the formation of the inclusion complex
while the irradiated samples presented slight changes at doses of 5000 Gy and
10000 Gy attributed to the decomposition of the samples by the effect of gamma
radiation
In addition the effect of the concentration of 2HPβCD in the presence of
praseodymium by UV-Vis was studied where increased solubility of praseodymium
was observed The study of the effect of temperature of the complex Pr-2HPβCD
allowed to observe the increase of solubility of the complex as a function of the
temperature also for the effect of time Finally the chemical behavior of the
inclusion complex Pr-2HPβCD in aqueous solutions in 2 M medium of NaClO4 at
30 deg C under inert atmosphere was evaluated by means of spectrophotometric and
direct potentiometric titrations the non-saturated zone was obtained that
ABSTRACT
XII
contemplates the soluble species The data of the unsaturated zone were
processed by computational refinement with the SUPERQUAD computer program
The values of the hydrolysis constants of the praseodymium species were -logβ1OH
= -862 plusmn 0007 -logβ2 2OH = -1710 plusmn 003 -logβ3 3OH = -2586 plusmn 001 and the
inclusion complex was -logβPr2HPBCD = -509 plusmn 007 obtained by parts using the
computer program SUPERQUAD
IacuteNDICE
XIII
IacuteNDICE
DEDICATORIA VII
AGRADECIMIENTOS VIII
RESUMEN IX
ABSTRACT XI
IacuteNDICE XIII
IacuteNDICE DE FIGURAS XVII
IacuteNDICE DE TABLAS XIX
ABREVIATURAS XX
CAPIacuteTULO I INTRODUCCIOacuteN 21
1 Introduccioacuten 22
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO 23
2 Fundamento 24
21 Los lantanidos 24
22 Praseodimio 25
23 Ciclodextrinas (CDs) 25
24 β-ciclodextrina 27
25 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina 28
26 Hidroacutelisis 29
27 Fuerza ioacutenica 30
28 Teacutecnicas de caracterizacioacuten 32
281 Microscopiacutea electroacutenica de barrido (MEB) 32
282 Espectroscopia de absorcion ultravioleta-visible (UV-VIS) 33
283 Difraccioacuten de rayos X (DRX) 34
284 Espectroscopia de infrarrojo (IR) 34
IacuteNDICE
XIV
285 Espectroscopia Raman 35
29 Titulacioacuten espectrofotomeacutetrica 35
210 Meacutetodo potenciomeacutetrico 36
211 programa de coacutemputo SUPERQUAD 37
CAPIacuteTULO III HIPOacuteTESIS 39
3 Hipoacutetesis 40
CAPIacuteTULO IV OBJETIVOS 41
4 Objetivos 42
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA 43
5 Metodologiacutea 44
51 Preparacioacuten de la solucioacuten de la 2-hidroxipropyl- βeta-ciclodextrina 45
52 Preparacioacuten de solucioacuten de praseodimio 45
53 Preparacioacuten del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina 45
54 Determinacioacuten de las curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por UV-Vis 46
55 Estudio de la influencia de las relaciones molares de las soluciones del
complejo de inclusioacuten 47
56 Efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 47
57 Caracterizacioacuten del compuesto de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-βeta-
ciclodextrina 49
571 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB) 49
572 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX) 49
573 Anaacutelisis por espectroscopia de infrarrojo (IR) 49
574 Anaacutelisis por espectroscopia Raman 50
IacuteNDICE
XV
58 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina 50
581 Efecto de temperatura 50
582 Efecto del tiempo 51
59 Determinacioacuten de la curva de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4 52
510 Valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina 52
511 Valoraciones potenciomeacutetricas directas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina 53
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS 54
6 Resultados 55
61 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea ultravioleta-visible (UV-Vis) 55
62 Efecto de la concentracioacuten de la 2HPβCD en el praseodimio por
espectrofotometriacutea ultravioleta-visible (UV-Vis) 57
63 Efecto de la radiacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD por
espectrofotometriacutea ultravioleta-visible (UV-Vis) 58
62 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB) 59
63 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX) 60
64 Espectroscopia de infrarrojo (IR) 61
65 Espectroscopia Raman 63
66 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina 64
661 Efecto de temperatura 64
662 Efecto de tiempo 65
67 Recta de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4 66
68 Valoraciones espectrofotomeacutetricas 67
IacuteNDICE
XVI
69 Titulaciones potenciomeacutetricas 68
610 Refinamientos 69
CONCLUSIONES 71
RECOMENDACIONES 73
GLOSARIO 75
REFERENCIAS CITADAS 80
IacuteNDICE
XVII
IacuteNDICE DE FIGURAS
Figura 1 Estructura de α β y γ ciclodextrinas 25
Figura 2 2HPβCD 28
Figura 3 Ilustracioacuten de un diagrama general de pLn(c)-pCH 36
Figura 4 Ilustracioacuten de una valoracioacuten potenciomeacutetricas directa con su primera
derivada (∆pCH∆V) 37
Figura 5 Diagrama de flujo 44
Figura 6 Espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes concentraciones en
presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina 55
Figura 7 Rectas de calibracioacuten de las bandas de absorcioacuten del praseodimio en
presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina 56
Figura 8 Espectro de absorcioacuten UV-Vis del praseodimio a concentracioacuten
constante en presencia de la 2HPβCD a diferentes concentraciones 57
Figura 9 Espectro UV-Vis de las muestras irradiadas en solucioacuten del complejo Pr-
2HPβCD PrCl3 y 2HPβCD 58
Figura 10 Imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las muestras a)
2HPβCD b) 2HPβCD irradiada c) PrCl3XH2O d) PrCl3XH2O irradiada e) Pr-
2HPβCD y f) Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy 59
Figura 11 Difraccioacuten de rayos X de PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD 61
Figura 12 Espectros de infrarrojo de las muestra 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD 62
Figura 13 Espectros Raman de la muestra PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD 63
Figura 14 Efecto de temperatura en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD 64
Figura 15 Efecto de tiempo en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD 65
Figura 16 Recta de calibracioacuten del pCH como una funcioacuten del pH en el medio 2 M
de NaClO4 66
Figura 17 Espectros de absorcioacuten UV-Vis de la valoracioacuten espectrofotomeacutetrica del
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con NaOH 00025 M en el medio 2M de
NaClO4 67
IacuteNDICE
XVIII
Figura 18 Curva de valoracioacuten espectrofotomeacutetrica (absorbancia en funcioacuten del
pCH) y la primera derivada del praseodimio en presencia de la 2HPβCD a longitud
de onda de 210 nm 68
Figura 19 Curva de valoracioacuten potenciomeacutetrica directa de 25x10-4 M del
praseodimio en presencia de la 2HPβCD con 25x10-3 de NaOH en 2 M de NaClO4
a 30 degC en atmosfera libre de CO2 y primera derivada de la curva 69
IacuteNDICE
XIX
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Propiedades fisicoquiacutemicas de los diferentes tipos de ciclodextrinas
naturales 26
Tabla 2 Reacciones de hidroacutelisis del praseodimio y constantes de equilibrio 29
Tabla 3 Datos de la literatura sobre la primera constante de hidroacutelisis (log β1) del
praseodimio 31
Tabla 4 Diferentes concentraciones de praseodimio con 2HPβCD constante para
determinar las curvas de calibracioacuten 46
Tabla 5 Relaciones molares 2HPβCD Pr 47
Tabla 6 Dosis de irradiacioacuten de Co60 aplicadas a las muestras en solucioacuten y
soacutelidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 2HPβCD y PrCl3 XH2O en la
instalacioacuten VICKRAD y GAMMACELL del irradiador LGI-01 TRANSELEKTRO del
ININ 48
Tabla 7 Cantidad de complejo solubilizado a diferentes temperaturas en 2 ml de
agua destilada 51
Tabla 8 Cantidades de complejo Pr-2HPβCD y agua destilada en cada tubo de
ensaye 51
Tabla 9 Ecuaciones de calibracioacuten del praseodimio en presencia de la 2-
hidroxipropil-β-ciclodextrina obtenidos por UV-Vis 56
Tabla 10 Anaacutelisis EDS de las muestras de PrCl3 2-HPβCD y Pr-2HPβCD 60
Tabla 11 Grupos funcionales del PrCl3XH2O 2HPβCD y del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD 62
Tabla 12 Mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de 2 M de
NaClO4 66
Tabla 13 Constantes de hidroacutelisis del Pr y el pCH de precipitacioacuten en el complejo
de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 M de NaClO4 obtenidos mediante meacutetodo
potenciomeacutetrico y el programa SUPERQUAD a 30 degC 70
ABREVIATURAS
XX
ABREVIATURAS
Pr praseodimio
2HPβCD 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
CDs Ciclodextrinas
CD Ciclodextrina
Ln Lantaacutenidos
Pr-2HPβCD praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Pr-2βCD praseodimio-2-βeta-ciclodextrina
CGT ciclomaltodextrin-glucano-transferasa
TP Titulacioacuten potenciomeacutetrica
ES Titulacioacuten espectrofotomeacutetrica
RE Relacioacuten empiacuterica
ED Extraccioacuten con disolvente
MEB Microscopiacutea electroacutenica de barrido
EDS Espectroacutemetro de dispersioacuten de energiacutea de rayos X
UV-VIS Ultravioleta-Visible
DRX Difraccioacuten de rayos X
IR Infrarrojo
EDTA Acido tetracetico etilen diamina
Co60 Cobalto-60
JCPDS Joint Committee On Powder Diffraction Standards
M Molaridad
21
______________________________
CAPIacuteTULO I
INTRODUCCIOacuteN
______________________________
CAPIacuteTULO I INTRODUCCIOacuteN
22
1 INTRODUCCIOacuteN
El praseodimio pertenece al grupo de los lantaacutenidos que muestran propiedades
quiacutemicas muy similares entre ellos derivadas de su configuracioacuten electroacutenica
caracterizados por la presencia de orbitales 4f parcialmente llenos Incluso se
consideran parecidos al grupo de los elementos actiacutenidos El praseodimio es un
elemento metaacutelico con siacutembolo Pr nuacutemero atoacutemico 59 y peso atoacutemico 140907
gmol El isoacutetopo estable 141Pr constituye el 100 del elemento en la naturaleza
Este lemento puede ser encontrado en ceramicos para dar el color amarillo En
mezcla con otros lantanidos se usan como proyectores de luz Su uso sigue
aumentando debido al hecho de que es uacutetil para producir magnetos de alto poder
entre otros Sobre todo se esta empleando en la mitigacioacuten de cancer Es
peligroso en el ambiente cuando se tiran estos dispositivos despues de cumplir su
funcioacuten por lo que se acumularaacute gradualmente en los suelos y en el agua De ahiacute
la importancia de estudiar las reacciones de hidrolisis
La utilizacioacuten de la 2 hidroxipropil-β-ciclodextrina (2HPβCD) en este trabajo de
investigacioacuten es fundamental debido a que es un agente de formacioacuten de
complejos de inclusioacuten para aumentar la solubilidad acuosa debido a que las
ciclodextrinas (CDs) se comportan como nano contenedores capaces de
encapsular moleacuteculas hidroacutefobas de tamantildeo apropiado y solubilizarlas en agua
propiedad que se aprovecha para determinar las constantes de hidroacutelisis del
praseodimio
Por lo cual el objetivo principal de este trabajo de investigacioacuten y en ausencia de
datos fundamentales de la interaccioacuten Ln3+-CDs sustituidas fue preparar el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Ademaacutes determinar el pCH de precipitacioacuten la
zona no saturada y saturada del Pr-2HPβCD que permiten determinar la constante
de hidroacutelisis del complejo de inclusioacuten praseodimio-2hidroxipropil-β-ciclodextrina
(Pr-2HPβCD) en medio 2 M de NaClO4 a 303 K por titulacioacuten espectrofotomeacutetrica
y potenciomeacutetrica
23
______________________________
CAPIacuteTULO II
FUNDAMENTO
______________________________
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
24
2 FUNDAMENTO
21 LOS LANTANIDOS
Los lantaacutenidos (tierras raras) forman un grupo de 17 elementos quiacutemicos que
muestran propiedades singulares derivadas de su configuracioacuten electroacutenica Estaacuten
caracterizados por la presencia de orbitales 4f parcialmente llenos [1] Los
nuacutemeros atoacutemicos de estos elementos van de 41 hasta 71 (Ce-Lu)
La configuracioacuten electroacutenica de los iones Ln3+ es 4fn5s25p6 (n= 0-14) Los orbitales
4f son orbitales internos con respecto a los 5s y 5p por lo cual estaacuten maacutes
cercanos al nuacutecleo Los orbitales 5s y 5p protegen a los electrones 4f de
interacciones externas determinando las propiedades de los iones Ln3+ [1] o
conducta quiacutemica debido a la pequentildea diferencia de energiacutea que distingue a los
electrones 4f de los electrones 5d [23]
Las tierras raras como grupo constituyen el 0008 en peso de la corteza
terrestre Los minerales que contienen lantaacutenidos son la monacita la bastnasita
la xenotima la gadolinita la alanita y la euxenita los cuales ocurren en las
regiones de rocas iacutegneas [4]
Los elementos de las tierras raras en soluciones acuosas son acuocationes que
tienen asociado un cierto nuacutemero de moleacuteculas de agua en la esfera de
coordinacioacuten primaria [1] Las aplicaciones de los lantaacutenidos se iniciaron
praacutecticamente a mediados del siglo XIX por ejemplo en los encendedores
despueacutes empezaron a utilizarse en los vidrios oacutepticos como reactivos de
desplazamiento en resonancia magneacutetica nuclear en quiacutemica orgaacutenica en
bioquiacutemica en cataacutelisis en componentes oacutepticos y electroacutenicos en los
superconductores de alta temperatura y en medicina como materiales
intensificadores de rayos X como agentes de relajamiento para teacutecnicas de
imagen en resonancia magneacutetica nuclear y desde luego como radioisoacutetopos para
aplicaciones farmaceacuteuticas Su utilidad en medicina y en la industria aumentoacute al
aplicarse las propiedades luminiscentes de sus complejos en el
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
25
fluoroinmunoensayo la fluorescencia retardada los electrodos sensoriales
luminiscentes etc [5]
22 PRASEODIMIO
El praseodimio metaacutelico (siacutembolo Pr No Atoacutemico 59) es amarillento y forma una
capa de oacutexido cuando se expone al aire huacutemedo Es un isotopo estable con masa
de 140907 y abunda en la naturaleza en un 100 [6] fue descubierto por el
austriaco Auer Von Welsbach en 1885 [7] Este elemento tiene dos estados de
oxidacioacuten +3 y +4 El Pr3+ con configuracioacuten electroacutenica [54Xe]4f2 Presenta
propiedades fisicoquiacutemicas que pueden magnificarse al formar complejos con
ligantes orgaacutenicos El ion metaacutelico luminece en el visible y en el infrarrojo cercano
[68 y 9]
23 CICLODEXTRINAS (CDs)
La celulosa y el almidoacuten son dos poliacutemeros de glucosa principales que se
producen a partir de la fotosiacutentesis considerados como importantes fuentes de
energiacutea renovables de la tierra al hidrolizarse el almidoacuten por efecto de la enzima
ciclomaltodextrin-glucano-transferasa (CGT) da origen a las dextrinas ciacuteclicas Por
lo tanto las ciclodextrinas son oligoacutemeros ciacuteclicos [1011] se obtienen durante la
degradacioacuten enzimaacutetica del almidoacuten y consisten en una serie de oligosacaacuteridos
ciacuteclicos formados por 6 (α) 7 (β) y 8 (γ) unidades de α-D-glucosa (Figura 1)
[1213] poseen estructura semejante entre ellas pero sus propiedades son
diferentes (Tabla 1)
Figura 1 Estructura de α β y γ ciclodextrinas
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
26
Tabla 1 Propiedades fisicoquiacutemicas de los diferentes tipos de ciclodextrinas naturales [11]
α-CD β-CD γ-CD
Uniones de glucosa 6 7 8 Diaacutemetro interno (nm) 047-053 060-065 075-083 Profundidad de la cavidad (nm)
079 079 079
pK valor 123 122 121 Solubilidad en agua 125 185 232 PM (DA) 972 1135 1297 Volumen de cavidad (aprox)
174 262 427
Agua cristalina ( ww) 102 133-45 813-177 Interaccioacuten hidrofoacutebica CD-cavidad CD-cavidad CD-cavidad Puente de hidrogeno Glucosa-OH Glucosa-OH Glucosa-OH ∆Hdeg (solucioacuten) kcalmol 767 831 773 ∆Sdeg (solucioacuten) cal(mol K) 138 117 147
(mg mml-1 25deg C) (106 pm3)
Las ciclodextrinas como materiales polihidroxilados han sido objeto de una amplia
variedad de reacciones La reaccioacuten maacutes estudiada es el ataque electrofiacutelico al
grupo OH de su estructura [14] La cavidad interior de las ciclodextrinas es
hidrofobica por lo que estos compuestos son capaces de albergar moleacuteculas
hidroacutefobas maacutes pequentildeas para formar complejos ldquoanfitrioacuten-hueacutespedldquo en los que la
moleacutecula hueacutesped queda encapsulada por la ciclodextrina [1315] De acuerdo a
estas caracteriacutesticas son capaces de formar complejos de inclusioacuten por medio de
enlaces no covalentes los cuales estabilizan a una gran variedad de moleacuteculas
[16] Las ciclodextrinas pueden formar compuestos cristalinos a partir de
moleacuteculas orgaacutenicas hueacutesped en estado soacutelido liacutequido e incluso gaseoso En
consecuencia las moleacuteculas insolubles en agua pueden llegar a ser
completamente solubles mediante un tratamiento con disoluciones acuosas de
ciclodextrina sin que se produzca modificacioacuten quiacutemica alguna en la moleacutecula
hueacutesped ya que no se origina ninguacuten enlace covalente durante la interaccioacuten
entre la ciclodextrina y la moleacutecula insoluble en agua [1315]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
27
La importancia que las ciclodextrinas estaacuten cobrando en la actualidad se observa
en el raacutepido desarrollo de su mercado sobre todo en el constante nuacutemero de
trabajos de investigacioacuten patentes y conferencias que estaacuten teniendo lugar en
estos uacuteltimos antildeos [17] el mayor porcentaje de ciclodextrinas usadas
comercialmente corresponde a la alimentacioacuten [18] y a la cosmeacutetica y aseo
personal [19] Las ciclodextrinas se utilizan para enmascarar olores y sabores
desagradables disminuyen la incompatibilidad faacutermaco-excipiente mejoran la
estabilidad fiacutesica y quiacutemica de compuestos volaacutetiles y de principios activos que
sean hidrolizables oxidables o fotosensibles para convertir faacutermacos liacutequidos en
soacutelidos para su formulacioacuten en tabletas y una muy importante para incrementar la
solubilidad en agua y la velocidad de disolucioacuten de faacutermacos poco solubles
Factores que aumentaraacuten la biodisponibilidad existiendo la posibilidad de reducir
la dosis asiacute como mejorar la absorcioacuten percutaacutenea y rectal al reducirse el caraacutecter
hidrofoacutebico del faacutermaco [20]
Se puede mejorar la solubilidad de determinados compuestos como el retinol
empleado en formulaciones anti-envejecimiento al tiempo que los complejos con
ciclodextrina son maacutes estables a la reaccioacuten de oxidacioacuten y a la accioacuten de la
radiacioacuten ultravioleta Sin embargo es indudable que el mayor esfuerzo en
investigacioacuten estaacute relacionado con su potencial aplicacioacuten farmaceacuteutica [2122]
24 β-CICLODEXTRINA
La beta ciclodextrina es la maacutes empleada por sus caracteriacutesticas y propiedades de
estructura que presenta Las ciclodextrinas se forman mediante unidades de
glucopiranosa las cuales contienen 3 grupos de hidroxilos libres cada una la β-
ciclodextrina (Figura 1) posee 21 hidroxilos los cuales pueden ser modificados por
sustitucioacuten de los aacutetomos H u OH por diferentes grupos tales como hidroxialkil
amino alquil etc A partir de las CDs naturales se han sintetizado otros tipos de
CDs llamadas derivadas o modificadas El objetivo de obtener los derivados de las
CDs puede ser el aumento de solubilidad y estabilidad en el agua o mejorar la
encapsulacioacuten de la moleacutecula hueacutesped en su cavidad hidrofobica de la CD
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
28
25 2-HIDROXIPROPIL-β-CICLODEXTRINA
Entre los derivados de la β-ciclodextrina se encuentran las heterogeacuteneas amorfas
y altamente solubles como son la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Figura 2) y la
metil- β-ciclodextrina
La hidroxilpropil beta ciclodextrina (2HPβCD) que es una ciclodextrina sustituida
se obtiene de una solucioacuten base de la beta ciclo dextrina solubilizada con oacutexido de
propileno resultando un sistema isomerico cuya sustitucioacuten puede darse en las
posiciones 1 2 o 3 con solubilidad mayor a 500 mgmL en agua y a temperatura
ambiente La alquilacioacuten o hidroxialquilacioacuten de las ciclodextrinas afectan las
propiedades fisicoquiacutemicas de los derivados incluyendo la habilidad para formar
complejos farmaceacuteuticos y no es toacutexica despueacutes de una administracioacuten oral en
dosis menores a 500 mgkg por viacutea intravenosa [24 25]
Figura 2 2HPβCD
La complejacioacuten del praseodimio con la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina se obtiene el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con el fin de observar la influencia de la
solubilidad y estabilidad del praseodimio
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
29
26 HIDROacuteLISIS
La hidroacutelisis es decir la reaccioacuten de una especie tal como un ion metaacutelico con
los iones del agua asiacute como las reacciones redox y la formacioacuten de complejos con
los iones carbonato son algunas de las reacciones criacuteticas que controlan el
comportamiento de los lantaacutenidos en soluciones acuosas [12] en donde las
moleacuteculas de la sustancia son divididas en el agua
Las reacciones de hidroacutelisis dependen fuertemente del medio en que se efectuacutean
como son la fuerza ioacutenica el pH del medio la concentracioacuten del elemento y la
temperatura son paraacutemetros que rigen esas reacciones
Las reacciones de hidroacutelisis del praseodimio se muestran a continuacioacuten asiacute como
su constante de equilibrio de acuerdo a la ley de accioacuten de masas (Tabla 2)
Tabla 2 Reacciones de hidroacutelisis del praseodimio y constantes de equilibrio
Equilibrio Quiacutemico Constante de equilibrio
1 1198751199033+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)2+ + 119867+ 1198701119867 =
[119875119903(119874119867)2+][119867+]
[1198751199033+]
2 119875119903 (119874119867)2+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)2+ + 119867+
11987012119867 =[119875119903(119874119867)2
+][119867+]
[119875119903 (119874119867)2+]
3 119875119903 (119874119867)2+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)3
0 + 119867+ 11987013119867 =
[119875119903(119874119867)3+][119867+]
[119875119903(119874119867)2+]
4 119875119903 (119874119867)119899minus1+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)119899
0 + 119867+ 1198701119899119867 =
[119875119903(119874119867)119899+][119867+]
[119875119903(119874119867)119899minus1+ ]
5 1198751199033+ + 2119867119875120573119862119863 + 1198672119874 1198751199032119867119875120573119862119863(119874119867)2+ + 119867+ 11987011199011199032119867119875119861119862119863 =[119875119903 minus 2119867119875120573119862119863]
[1198751199033+]
De acuerdo con la ley de accioacuten de masas se pueden definir las constantes de
equilibrio (K) como K1H K12H K13H K1nH y K1Pr2HBCD Y con base en ellas se
pueden definir las constantes globales o acumulativas de hidroacutelisis
β1OH = K1H β12OH = [K1H][K12H] β13OH = [K1H][K12H][K13H]helliphelliphellip
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
30
Se entiende como constantes de Broumlnsted a las ecuaciones de la ley de accioacuten de
masas en las cuales el teacutermino de H+ aparece como actividad y las demaacutes especies
aparecen en teacuterminos de concentracioacuten
Las reacciones de hidroacutelisis se afectan cuando cambian las condiciones en las que
se llevan a cabo Una de esas condiciones a la que se le ha puesto atencioacuten
aunque hasta ahora no la suficiente es la fuerza ioacutenica Por lo general los trabajos
dedicados a la determinacioacuten de las constantes de hidroacutelisis se han efectuado en
medios de fuerza ioacutenica baja consideradas como soluciones ideales
Sin embargo para los medios tales como el agua de mar y otros de fuerza ioacutenica
maacutes elevada por ejemplo las minas de sal para almacenamiento de desechos
radiactivos se encuentran pocos datos en la literatura [25]
27 FUERZA IOacuteNICA
El comportamiento de los iones en una disolucioacuten depende de la composicioacuten
ioacutenica total de la misma la cual se expresa por su fuerza ioacutenica [26]
119868 =1
2sum 119862119894119885119894
2 Ec 1)
Donde
I = fuerza ioacutenica Ci = concentracioacuten molar de los iones existentes y Z
i = carga
ioacutenica de los iones existentes
La caracteriacutestica fundamental de las sales que se adicionan a un medio para
imponer la fuerza ioacutenica es que sean inertes pues no deben tomar parte en el
equilibrio quiacutemico [27] El aacutecido percloacuterico es el aacutecido maacutes fuerte en solucioacuten
acuosa por lo tanto el ion perclorato es una base deacutebil maacutes que los iones cloruro
y muestra muy poca tendencia a unirse a iones hidroacutegeno Lo mismo puede
decirse acerca de su tendencia a reaccionar con iones metaacutelicos que pueden
considerarse como aacutecidos de Lewis En la mayoriacutea de los percloratos metaacutelicos en
solucioacuten el ion metaacutelico se encuentra en forma hidratada siempre y cuando la
solucioacuten sea suficientemente aacutecida para que no se produzca la formacioacuten de
hidroxo complejos [28]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
31
La fuerza ioacutenica juega un papel de gran importancia en el pH Feldman en 1956
observoacute que el pH de una solucioacuten buffer 005 M de ftalato aacutecido de potasio
cambioacute desde 400 en fuerza ioacutenica cero hasta 357 en fuerza ioacutenica 2 M de KCl
Feldman explicoacute que el pH disminuye debido a que el coeficiente de actividad
cambia y por lo tanto hay mayor disociacioacuten de ftalato aacutecido de potasio [29] En la
literatura se han reportado diversos estudios de las constantes de estabilidad del
praseodimio en fuerza ioacutenica 2M (Tabla 3) donde se han empleado diferentes
condiciones de temperatura fuerza ioacutenica y diferentes meacutetodos donde se han
obtenido valores diferentes de la constante de estabilidad del praseodimio
Tabla 3 Datos de la literatura sobre la primera constante de hidroacutelisis (log β1) del praseodimio
Medio Meacutetodo Molaridad Log +β1 T K Referencia
NaCl ESTP 2 -874plusmn006 303 De la Cruz et al 2013
NaCl ES 2 -894plusmn002 303 Loacutepez et al 2010 NaCl SQUAD 2 -894plusmn003 303 Gonzales et al
2009 NaCl SQUAD 2 -891plusmn019 303 Gonzales et al
2009 NaCl ES 2 -877plusmn003 303 Gonzales et al
2009 NaClO4 TP 2 -838plusmn002 303 Loacutepez et al2005
NaCl TP 2 -876plusmn002 303 Loacutepez et al2005 NaCl TP 1 -858plusmn002 303 Ramirez et al
2004 NaClO4HClO4 ESTP 07 -862plusmn006 298 Klungness y
byrne2002 LiClO4 TP 3 -874plusmn003 303 Ciavata et al
1989 NaClO4 TP 3 -956plusmn003 298 Burkov et al
1982 NR RE 0 -81 298 Baes y Mesmer
1976 LiClO4 ED 02 -71plusmn007 298 Guillaumont et
al 1971 NaClO4 Ba(OH)2
TP 03002 -945 298 Frlova et al 1966
NaClO4 LiClO4
TP 3 -85 298 Tobias y Garrett1956
TP Titulacioacuten potenciomeacutetrica ES Espectrofotomeacutetrica RE Relacioacuten empiacuterica ED Extraccioacuten con
disolvente T K Temperatura
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
32
Sin embargo solo se ha podido determinar el valor de la primera constante de
estabilidad en este estudio se pretende conocer el valor de varias especies
aprovechando el aumento de solubilidad que ofrecen las ciclodextrinas
28 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACIOacuteN
281 MICROSCOPIacuteA ELECTROacuteNICA DE BARRIDO (MEB)
La superficie de un soacutelido puesto en contacto con un liacutequido o con un gas difiere
sustancialmente en su interior tanto en su composicioacuten quiacutemica como en sus
propiedades fiacutesicas a la de la inicial La caracterizacioacuten de estas propiedades de
superficie es de vital importancia en numerosos campos que incluyen la cataacutelisis
heterogeacutenea la tecnologiacutea de partiacuteculas delgadas semiconductoras los
mecanismos de corrosioacuten y adhesioacuten la actividad de las superficies metaacutelicas las
caracteriacutesticas de la dureza y los estudios sobre el comportamiento y las funciones
de las membranas bioloacutegicas [30]
En muchos campos de la quiacutemica de las ciencias de los materiales de la geologiacutea
y de la biologiacutea es cada vez de maacutes importancia el conocimiento detallado de la
naturaleza fiacutesica de las superficies de los soacutelidos Normalmente la informacioacuten se
obtiene sobre las superficies con una resolucioacuten considerablemente elevada
mediante tres teacutecnicas la microscopia electroacutenica de barrido (MEB) microscopia
de barrido de efecto tuacutenel y microscopia de fuerzas atoacutemicas [31] El microscopio
electroacutenico de barrido (MEB) es un instrumento para obtener fotografiacuteas
tridimensionales debido a que tiene una alta resolucioacuten y una gran profundidad de
campo En las fotografiacuteas se puede apreciar la estructura de muestras
microscoacutepicas detallando de manera extraordinaria sus caracteriacutesticas
morfoloacutegicas y topograacuteficas [32] de distintos materiales
Un instrumento que se ha desarrollado para el anaacutelisis de muestras a traveacutes del
microscopio electroacutenico de barrido es el analizador EDS (espectroacutemetro de
dispersioacuten de energiacutea) de rayos X el cual identifica la distribucioacuten cuantitativa y
cualitativa de elementos quiacutemicos que se encuentran presentes en la muestra
mostrando graacuteficas e imaacutegenes relacionadas con esa distribucioacuten Es pertinente
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
33
sentildealar que el analizador EDS de rayos X identifica y evaluacutea el contenido de
elementos quiacutemicos desde el carbono al uranio en superficies planas o secciones
finas de las muestras en todo tipo de material (bioloacutegico e inerte) [33]
282 ESPECTROSCOPIA DE ABSORCION ULTRAVIOLETA-VISIBLE (UV-
VIS)
Una de las teacutecnicas instrumentales maacutes utilizadas en la deteccioacuten de complejos de
inclusioacuten con CDs es la espectroscopia de absorcioacuten UV-VIS Es una teacutecnica
versaacutetil de amplia aplicacioacuten de manejo sencillo y preciso Debido a que la
mayoriacutea de las moleacuteculas orgaacutenicas absorben en la regioacuten UV o visible del
espectro donde experimentan variaciones en las posiciones de los maacuteximos de
absorcioacuten (cualitativas) o en el valor del coeficiente de absorcioacuten molar
(cuantitativas) tras la formacioacuten del complejo con CDs Como existen numerosas
moleacuteculas orgaacutenicas deacutebilmente solubles en agua son difiacuteciles de analizar por
esta teacutecnica espectrofotomeacutetrica Sin embargo la inclusioacuten conlleva a la
solubilizacioacuten permitiendo obtener el espectro de absorcioacuten en solucioacuten acuosa
que podriacutea producir variaciones en su espectro en solventes de baja polaridad
comparables con respecto a otros solventes maacutes polares [34]
La espectroscopia UV-Vis (en el rango de longitudes de onda del ultravioleta y
visible) se basa en el anaacutelisis de la cantidad de radiacioacuten electromagneacutetica que
puede absorber o transmitir una muestra [35] Cuando la radiacioacuten
electromagneacutetica interacciona con la materia se produce absorcioacuten de radiacioacuten
Si la frecuencia de esta radiacioacuten corresponde a la energiacutea necesaria para elevar
el sistema a un nivel de energiacutea superior se produce el estado excitado [36] De
acuerdo con este fenoacutemeno cada sustancia poseeraacute una longitud de onda de
maacutexima absorcioacuten que la caracteriza cualitativamente [35] Esta
espectrofotometriacutea utiliza radiaciones del campo UV de 80 a 400 nm
principalmente de 200 a 400 nm (UV cercano) y de luz visible de 400 a 800 nm
por lo que es de gran utilidad para caracterizar las soluciones en la regioacuten
ultravioleta-visible del espectro [37]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
34
283 DIFRACCIOacuteN DE RAYOS X (DRX)
Es una de las teacutecnicas de caracterizacioacuten maacutes potentes y maacutes comuacutenmente
utilizadas para el anaacutelisis estructural de cristales Sus caracteriacutesticas principales
son consecuencia de ser una ldquosondardquo electromagneacutetica de la materia con una
longitud de onda de magnitud muy parecida al espaciado interplanar de los soacutelidos
[38] Constituye la metodologiacutea maacutes apropiada para realizar el anaacutelisis de la
estructura cristalina del complejo [39] No obstante los diagramas de difraccioacuten
son una prueba concluyente para demostrar la inclusioacuten ya que el difractograma
del complejo es diferente al que se obtiene tras superponer los difractogramas de
la moleacutecula encapsulada y el de las CDs aisladas [40]
La interaccioacuten entre el vector eleacutectrico de la radiacioacuten X y los electrones de la
materia que atraviesa da lugar a una dispersioacuten Cuando los rayos X son
dispersados por el entorno ordenado de un cristal tienen lugar interferencias
(constructivas y destructivas) entre los rayos dispersados ya que las distancias
entre los centros de dispersioacuten son del mismo orden de magnitud que la longitud
de onda de la radiacioacuten El resultado es la difraccioacuten [41] Cuando las CDs
naturales o el hueacutesped cristalino son sometidas a la difractometriacutea de rayos X
eacutestos presentan un patroacuten de difraccioacuten de alta intensidad debido a su
cristalinidad Por el contrario si el complejo de inclusioacuten se forma va a mostrar un
patroacuten de tipo halo [42] con picos difusos y anchos caracteriacutesticos de un
compuesto amorfo Esta teacutecnica es sumamente uacutetil para verificar la formacioacuten de
complejos de inclusioacuten en el caso de hueacutespedes liacutequidos En efecto ya que estos
no presentan ninguacuten patroacuten de difraccioacuten si son incluidos se va a obtener un
difractograma con un patroacuten bien definido [43]
284 ESPECTROSCOPIA DE INFRARROJO (IR)
La aplicacioacuten del meacutetodo de infrarrojo se limita a aquellos hueacutespedes que tienen
ciertas bandas de absorcioacuten caracteriacutesticas como los grupos carbonilo hidroxilo o
C-H u otros que permitan evaluar si existen diferencias entre los espectros del
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
35
hueacutesped libre y encapsulado [42] Cuando se produce la encapsulacioacuten del
compuesto hueacutesped se produce un corrimiento o disminucioacuten de la intensidad de
ciertas bandas caracteriacutesticas del espectro correspondiente al hueacutesped Sin
embargo dichos cambios son muy sutiles debido a que el hueacutesped representa un
5-10 del peso total del complejo por lo cual requiere una interpretacioacuten
cuidadosa del espectro [44]
285 ESPECTROSCOPIA RAMAN
La espectroscopia Raman mide la intensidad de la radiacioacuten como una funcioacuten de
la frecuencia (o del nuacutemero de onda) [45] Esta teacutecnica es complementaria del IR y
la informacioacuten que aporta es semejante Las bandas se desplazan y se modifican
como consecuencia del proceso de inclusioacuten [46] Los espectros Raman se
obtienen al irradiar una muestra con una potente fuente laser de radiacioacuten
monocromaacutetica visible o infrarroja Durante la radiacioacuten se registra el espectro de
la radiacioacuten dispersada en un cierto aacutengulo (por lo general 90 deg) con un
espectroacutemetro adecuado [47] Las bandas se desplazan y se modifican como
consecuencia del proceso de inclusioacuten Probablemente la espectroscopia Raman
resulta de mayor utilidad en el caso de complejos en medios liacutequidos donde la
presencia de soluciones acuosas no supone un obstaacuteculo como ocurre en el caso
de la espectroscopia IR [48]
29 TITULACIOacuteN ESPECTROFOTOMEacuteTRICA
El meacutetodo espectrofotomeacutetrico es un meacutetodo analiacutetico el cual por medio de un
espectrofotoacutemetro permite comparar la radiacioacuten electromagneacutetica de una
sustancia en funcioacuten de su concentracioacuten desconocida y una concentracioacuten
conocida de la misma sustancia y evaluar el momento de reaccioacuten de un aacutecido y
una base mediante la absorcioacuten de radiacioacuten electromagneacutetica de la sustancia a
cierta longitud de onda fija permite determinar el punto final de la titulacioacuten La
medicioacuten de absorbancia se realiza en cada adicioacuten del titulante asiacute se
construyen graficas de absorbancia en funcioacuten del pCH de cada aliacutecuota de adicioacuten
del titulante (Figura 3) donde se observara la zona saturada y no saturada Estas
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
36
dos zonas nos permitiraacuten determinar el punto de inicio de precipitacioacuten del
lantaacutenido
Figura 3 Ilustracioacuten de un diagrama general de pLn(c)-pCH
El punto de precipitacioacuten (pCH) se utiliza para delimitar el intervalo de la zona no
saturada Este intervalo se utiliza en un programa de coacutemputo como
SUPERQUAD que se emplea para determinar constantes de equilibrio
210 MEacuteTODO POTENCIOMEacuteTRICO
Es el meacutetodo maacutes estudiado para determinar constantes de hidroacutelisis por su
sencillez y exactitud el meacutetodo se basa en la titulacioacuten de una solucioacuten de
concentracioacuten conocida de base (o aacutecido) con un aacutecido fuerte (o base fuerte) la
reaccioacuten se puede seguir por ejemplo con electrodos de vidrio y calomel
conectados a un potencioacutemetro [49] de los datos obtenidos de la titulacioacuten se
construye una graacutefica de titulacioacuten de pH en funcioacuten del volumen adicionado del
titulante (Figura 4)
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
37
Figura 4 Ilustracioacuten de una valoracioacuten potenciomeacutetricas directa con su primera derivada (∆pCH∆V)
El teacutermino pH se aplica habitualmente al logaritmo inverso de la concentracioacuten del
ion hidronio sin embargo cuando la fuerza ioacutenica es alta y el electrodo del
indicador es sensible al pH es importante diferenciar entre el logaritmo inverso de
la concentracioacuten de los iones hidronio (pCH) y el valor del pH experimental La
concentracioacuten de los iones hidronio (o de OH-) en el equilibrio y la composicioacuten de
una solucioacuten dada permiten calcular la razoacuten molar de los iones OH- unidos al ion
metaacutelico en solucioacuten un grupo de valores de [H+] y la concentracioacuten inicial del
metal son los datos necesarios para determinar las constantes de hidroacutelisis [49]
Se alimentan los datos de la zona no saturada y volumen del titulante adicionado a
la valoracioacuten potenciomeacutetrica al programa de coacutemputo SUPERQUAD y asiacute poder
determinar las constantes de hidroacutelisis del Pr
211 PROGRAMA DE COacuteMPUTO SUPERQUAD
El programa de coacutemputo SUPERQUAD fue creado por Gans Sabatini y Vacca
escrito en lenguaje fortran calcula las constantes de equilibrio en sistemas
multicomponentes y multireaccionantes Esas constantes se calculan con la base
de un modelo quiacutemico el cual debe incluir la estequiometria y los valores
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
38
estimados de las constantes globales de formacioacuten de cada una de las especies
presentes durante la valoracioacuten Se aplica reiteradamente el meacutetodo de miacutenimos
cuadrados a las diferencias que se generan en los potenciales experimentales de
las celdas menos los calculados por el propio programa Para alcanzar el miacutenimo
de estas diferencias se aplica el algoritmo de Marquadt Por uacuteltimo en el archivo
de salida del programa SUPERQUAD se obtienen los valores calculados y un
anaacutelisis estadiacutestico de los datos [25]
39
______________________________
CAPIacuteTULO III
HIPOacuteTESIS
______________________________
CAPIacuteTULO III HIPOacuteTESIS
40
3 HIPOacuteTESIS
La 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina aumentaraacute la solubilidad del praseodimio de
esta manera permitiraacute determinar varias especies quiacutemicas de hidroacutelisis de este
elemento en medio 2 M de NaClO4 a 30 degC
41
______________________________
CAPIacuteTULO IV
OBJETIVOS
______________________________
CAPIacuteTULO IV OBJETIVOS
42
4 OBJETIVOS
Objetivo general
Estudiar el comportamiento quiacutemico en solucioacuten acuosa del compuesto de
inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por medio de la
determinacioacuten de las constantes de hidroacutelisis en 2 M de NaClO4 a 30 degC
Objetivos especiacuteficos
Obtener el compuesto de inclusioacuten del praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina
Determinar las constantes de la hidroacutelisis de las especies quiacutemicas de
praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en 2 M de
NaClO4 y a 30 degC por el meacutetodo espectrofotomeacutetrico y el meacutetodo
potenciomeacutetrico
Determinar la constante de hidroacutelisis del compuesto de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en 2 M de NaClO4 y a 30 degC
por el meacutetodo espectrofotomeacutetrico y el meacutetodo potenciomeacutetrico
43
______________________________
CAPIacuteTULO V
METODOLOGIacuteA
______________________________
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
44
5 METODOLOGIacuteA
El diagrama de flujo (Figura 5) muestra el resumen de las actividades del
desarrollo experimental que se siguioacute en el estudio del praseodimio en presencia
de la 2HPβCD
Figura 5 Diagrama de flujo
INICIO
Preparacioacuten de las soluciones de 2M de NaClO4 PrCl3xH2O 2HPβCD y
Pr-2HPβCD
Preparacioacuten de precipitados PrCl3H2O 2HPβCD y Pr-
2HPβCD
Irradiacioacuten Gamma
Caracterizacioacuten de reactivos y el complejo de
inclusioacuten
UV-Vis
MEB y EDS
DRX
EspectroscopiaIR
Espectroscopia Raman
Efecto de concentracioacuten
Solubilidad
Efecto de temperatura
Efecto de tiempo
Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Meacutetodo grafico
Valoraciones potenciomeacutetricas
Determinacioacuten de constantes
de hidroacutelisis con el programa de
coacutemputo SUPERQUAD
Anaacutelisis de
resultados
FIN
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
45
La descripcioacuten de cada una de las etapas de este diagrama se muestra
enseguida
Los reactivos empleados en este trabajo fueron de grado analiacutetico Para la
preparacioacuten de las soluciones y lavado del material del laboratorio se usoacute agua
destilada
51 Preparacioacuten de la solucioacuten de la 2-hidroxipropyl- βeta-ciclodextrina
La solucioacuten del derivado de la beta ciclodextrina se preparoacute a partir de la 2-
hydroxipropyl-βeta-ciclodextrina [(C6H9O5)7-(C3H7O)45] de peso molecular 1396
gmol (anhidro) de Sigma-Aldrich Chem Company Inc el cual se disolvioacute con
agua destilada y agitacioacuten constante La concentracioacuten fue de 02389 M
52 Preparacioacuten de solucioacuten de praseodimio
La solucioacuten de praseodimio se preparoacute a partir del oacutexido de praseodimio (Pr6O11)
de Sigma-Aldrich Chem Company Inc El oacutexido se tratoacute con HCl concentrado el
precipitado resultante se diluyoacute en agua destilada y se evaporoacute hasta sequedad
este proceso se hizo tres veces Finalmente se diluyoacute con una solucioacuten de HCl de
pH 3 Esta solucioacuten se valoroacute con EDTA naranja de xilenol y piridina para
determinar la concentracioacuten la cual fue de 048 M
53 Preparacioacuten del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina
El complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina (Pr-
2HPβCD) se preparoacute a partir de las soluciones de la 2-hydroxipropyl-βeta-
ciclodextrina 02389 M y de la solucioacuten de praseodimio 048 M en la relacioacuten molar
11 La concentracioacuten del complejo de inclusioacuten fue de 0005 M Esta solucioacuten se
evaporoacute lentamente a sequedad en una parrilla de calentamiento Corning PC-351
Hot Plate-Stirrer durante 45 minutos El precipitado resultante se secoacute en una
estufa Lab Line Instruments Inc (Melrose Park Illinois) a 45-50degC durante 2
horas Varias fracciones de este precipitado se emplearon para determinar la
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
46
morfologiacutea la espectroscopia de infrarrojos difraccioacuten de rayos X y Raman
Tambieacuten se caracterizaron las muestras de PrCl3 XH2O y 2HPβCD
54 Determinacioacuten de las curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por UV-Vis
Para cuantificar praseodimio por espectrofotometriacutea UV-Vis se determinaron las
curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD para ello se
realizaron diluciones a diferentes concentraciones de PrCl3 XH2O manteniendo
constante la concentracioacuten de la 2HPβCD Los datos se muestran en la Tabla 4
Tabla 4 Diferentes concentraciones de praseodimio con 2HPβCD constante para determinar las curvas de calibracioacuten
Pr (ml) H2O
(ml)
2HPβCD
(ml)
Concentraciones
Pr2HPβCD [M]
00004 1999 2 00001 00025
00010 1998 2 000025 00025
00041 1995 2 0001 00025
00104 1989 2 00025 00025
00208 1979 2 0005 00025
00416 1958 2 001 00025
0104 1895 2 0025 00025
0260 1739 2 00625 00025
0520 1479 2 0125 00025
1041 0958 2 025 00025
125 075 2 03 00025
Las disoluciones se midieron en el espectroacutemetro UV-Vis marca Perkin Elmer
Lambda 10 en un intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
47
55 Estudio de la influencia de las relaciones molares de las soluciones del
complejo de inclusioacuten
Para determinar la influencia de la 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se prepararon las relaciones molares de PrCl3
XH2O y de 2HPβCD Los datos se muestran en la Tabla 5
Tabla 5 Relaciones molares 2HPβCD Pr
Relacioacuten 2HPβCDPr
2HPβCD (ml)
H2O (ml)
Pr (ml)
Concentraciones 2HPβCDPr [M]
051 0010 199 2 000125 00025
11 0020 1979 2 000250 00025
21 0041 1958 2 000500 00025
31 0062 1937 2 000750 00025
41 0083 1916 2 001000 00025
51 0104 1895 2 001250 00025
81 0167 1832 2 002000 00025
101 0209 1790 2 002500 00025
151 0313 1686 2 003750 00025
181 0376 1623 2 004500 00025
241 0502 1497 2 006000 00025
Las relaciones molares se prepararon a partir de las soluciones de PrCl3 XH2O
048 M y de la 2HPβCD 02389 M
Las disoluciones se midieron en el espectroacutemetro UV-Vis marca Perkin Elmer
Lambda 10 en un intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
56 Efecto de la Radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Para observar el efecto de la radiacioacuten gamma del Cobalto-60 (Co60) en el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se prepararon 6 soluciones de 10 ml del
complejo de inclusioacuten en relacioacuten molar 11 de concentracioacuten 0005 M de cada una
de ellas y soluciones de los reactivos PrCl3 XH2O y 2HPβCD en las mismas
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
48
condiciones Tambieacuten se prepararon 6 muestras soacutelidas de Pr-2HPβCD
(precipitado) PrCl3 XH2O y 2HPβCD de 02 g cada una
Cada una de estas muestras fue colocada en un vial de 20 ml luego se selloacute con
bolsa de plaacutestico y se irradiaron a diferentes dosis en el irradiador LGI-01
TRANSELEKTRO del ININ con una razoacuten de dosis de 103716 Gyh En la
posicioacuten de irradiacioacuten VICKRAD se colocaron tres muestras liacutequidas y tres
soacutelidas de la misma manera en la posicioacuten de irradiacioacuten GAMMACELL tres
muestras liacutequidas y tres soacutelidas En ambos casos cuando se alcanza la dosis
requerida (por ejemplo 1 Gy) una muestra se retira o se saca de la posicioacuten de
irradiacioacuten y asiacute sucesivamente se continuacutea hasta alcanzar la dosis maacutexima de
irradiacioacuten requerida Los datos se muestran en la Tabla 6
Tabla 6 Dosis de irradiacioacuten de Co60 aplicadas a las muestras en solucioacuten y soacutelidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 2HPβCD y PrCl3 XH2O en la instalacioacuten VICKRAD y GAMMACELL del irradiador
LGI-01 TRANSELEKTRO del ININ
1ra Serie Instalacioacuten VICKRAD
No Muestras soacutelidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
No Muestras liacutequidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
1 (a) 1 Gy 4 (1i) 1 Gy 2 (b) 10 Gy 5 (2i) 10 Gy
3 (c) 100 Gy 6 (3i) 100 Gy
2da Serie Instalacioacuten GAMMACELL
No Muestras soacutelidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
No Muestras liacutequidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
1 (d) 05 KGy 4 (4i) 05 KGy
2 (e) 5 KGy 5 (5i) 5 KGy
3 (f) 10 KGy 6 (6i) 10 KGy
Las muestras liacutequidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD PrCl3-XH2O y
2HPβCD irradiadas se evaporaron a sequedad para realizar el anaacutelisis de
caracterizacioacuten
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
49
57 Caracterizacioacuten del compuesto de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina
571 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB)
Para realizar este anaacutelisis se emplearon fracciones de cada uno de los reactivos
PrCl3 XH2O 2HPβCD el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD irradiado Cada una de las fracciones se colocaron en un
porta muestras de aluminio Se recubrieron con una capa de oro para que las
muestras fueran conductoras El anaacutelisis morfoloacutegico se realizoacute en un microscopio
JSM-1600 y JSM-6610LV acoplados a una sonda de espectroscopia de difraccioacuten
de rayos X con el software de los equipos se obtuvo el anaacutelisis elemental
realizado por EDS (Energy Dispersion of X ray Espectrosocopy) que proporcionoacute
informacioacuten cualitativa y cuantitativa de las muestras analizadas
572 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX)
Este anaacutelisis se realizoacute con el difractoacutemetro de polvos SIEMENS D-5000 con
aacutenodo de cobre λ = 15406 Ǻ y un barrido de 25-80 en 2ɵ Para ello se colocaron
en un porta muestras fracciones de cada una de las muestras PrCl3 XH2O
2HPβCD Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado En cada una de estas muestras se
hizo incidir un haz de rayos X De esta manera se obtuvieron graacuteficas de
intensidad en funcioacuten del aacutengulo de difraccioacuten Los resultados se compararon con
las tarjetas de los patrones reportados por el Joint Committee on Powder
Diffraction Standards (JCPDS)
573 Anaacutelisis por espectroscopia de infrarrojo (IR)
Se realizoacute la espectroscopia de infrarrojo de las muestras de PrCl3 XH2O
2HPβCD Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado con el espectroacutemetro Nicolet
Magna-IRTM spectrometer 550 FTIR en un intervalo de 450-4000 cm-1 Las
muestras se prepararon con un estaacutendar de KBr mediante el meacutetodo de
dispersioacuten de pastilla para su anaacutelisis
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
50
574 Anaacutelisis por espectroscopia Raman
Se realizoacute la espectroscopia Raman de las muestras de PrCl3 XH2O 2HPβCD
Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado con el equipo Raman LabRamHR JovynIvon-
Horiba Una fraccioacuten de cada una de las muestras se colocaron en un porta
muestras conectado a un microscopio y se hizo incidir un rayo laacuteser de un
microacutemetro de diaacutemetro Como resultado se obtuvo una graacutefica de intensidad
Raman contra el desplazamiento Raman Los espectros Raman de las muestras
fueron obtenidos en un intervalo de 0 a 1700 cm-1
58 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-βeta-ciclodextrina
581 Efecto de temperatura
En un tubo de ensaye se le adicionoacute 2 ml de agua destilada a 20 0C En un bantildeo
mariacutea a la temperatura de 20 0C se colocoacute el tubo de ensaye con 2 ml de agua
destilada y se le adicionoacute poco a poco la muestra del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD (05 g previamente pesada) Se agitoacute manualmente de manera
constante hasta observar la formacioacuten de precipitado (Pr-2HPβCD) en el fondo
del tubo de ensaye
Este proceso tambieacuten se realizoacute a las temperaturas de 35 42 50 y 60degC El
residuo del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD que ya no se adicionoacute en el tubo de
ensaye se pesoacute y por diferencia con el peso inicial (05 g) se determinoacute los
gramos solubilizados del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Los datos se
muestran en la Tabla 7
Con los resultados obtenidos se graficoacute la temperatura en funcioacuten de la cantidad
de complejo de inclusioacuten solubilizado
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
51
Tabla 7 Cantidad de complejo solubilizado a diferentes temperaturas en 2 ml de agua destilada
Pr-2HPβCD (g)
H2O
(ml)
Temp (degC) del H2O
Pr-2HPβCD solubilizados (g)
1 05 2 20 01866 2 05 2 35 02472 3 05 2 42 03014 4 05 2 50 03461 5 05 2 60 03628
582 Efecto del tiempo
En un tubo de ensaye se le adicionoacute 2 ml de agua destilada a temperatura
ambiente Se le adicionoacute la muestra del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD (01001
g previamente pesada) se registroacute el tiempo (inicial) y se agitoacute manualmente de
manera constante hasta observar la formacioacuten de precipitado (Pr-2HPβCD) en el
fondo del tubo de ensaye Se registroacute el tiempo (final) cuando el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD se solubilizoacute completamente Este proceso se realizoacute 5
veces La determinacioacuten del tiempo de solubilizacioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD es la diferencia entre el tiempo inicial y final Los datos se muestran en la
Tabla 8 Con los resultados obtenidos se graficoacute los gramos solubilizados del
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en funcioacuten del tiempo
Tabla 8 Cantidades de complejo Pr-2HPβCD y agua destilada en cada tubo de ensaye
Pr-2HPβCD
(g)
H2O
(ml) Tiempo (seg)
1 01001 2 161
2 01005 2 163
3 01011 2 167
4 01018 2 169
5 01026 2 170
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
52
59 Determinacioacuten de la curva de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4
Para corregir el pH experimental en el medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 se
preparoacute una solucioacuten de NaOH al 50 pesovolumen A partir de esta solucioacuten se
preparoacute una solucioacuten de hidroacutexido de sodio a una concentracioacuten de 1 N en una
caja de guantes con atmosfera de nitroacutegeno Esta solucioacuten se valoroacute con ftalato
aacutecido de potasio y fenolftaleiacutena para determinar su concentracioacuten Con esta
solucioacuten de NaOH 1 N se prepararon soluciones de 01 001 y 0001 M y a estas
mismas concentraciones con HCl 1N titrisol ambas en medio de fuerza ioacutenica 2 M
de NaClO4 La medicioacuten de pH de estas soluciones (pH experimental) se
realizaron con un electrodo de vidrio AgClAg Radiometer XG200 con agitacioacuten
constante a temperatura de 30 degC controlada por un bantildeo de agua circulante
ldquoPolyscience Circulatiorrdquo modelo 12101-10 Se mantuvo una atmosfera de
nitroacutegeno en la celda potenciomeacutetrica de doble pared Se midioacute el pH 3 veces de
cada solucioacuten el mismo diacutea y durante tres diacuteas consecutivos Se promediaron los
datos obtenidos y se trazoacute una graacutefica que permitioacute realizar la relacioacuten entre el
logaritmo inverso de la concentracioacuten de los iones hidrogeno (pCH) y el pH
experimental
510 Valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Se realizaron valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD con hidroacutexido de sodio en fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 para ello se
colocoacute en una celda de reaccioacuten 10 ml de 2 M de NaClO4 de pH 3 21 microL de la
solucioacuten de 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina de concentracioacuten 02389 M y 105
microL de la solucioacuten de PrCl3 XH2O de concentracioacuten 048 M para tener una
concentracioacuten inicial de 000025 M del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Se
midioacute el pH se tomoacute una aliacutecuota de 3 ml y se midioacute su absorbancia con el
espectrofotoacutemetro UV-Vis Perkin Elmer Lambda 10 en un intervalo de longitud de
onda de 200 a 700 nm Como blanco se empleoacute agua destilada Los 3 ml de
solucioacuten medida por UV-Vis se regresaron a la celda de reaccioacuten Posteriormente
se adicionaron aliacutecuotas de una solucioacuten de 00025 M de NaOH en 2 M de
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
53
NaClO4 Se repitioacute varias veces el proceso de tomar una aliacutecuota en la celda de
reaccioacuten a la celda de cuarzo y medir la absorbancia del complejo de inclusioacuten de
tal manera que el pH incrementara de 02 en 02 hasta alcanzar un pH de 9 o 10
aproximadamente En todo el proceso se mantuvo una temperatura de 30 degC y
una atmoacutesfera de nitroacutegeno constante en la celda
Con los datos de pH y absorbancia a una longitud de onda de 210 nm obtenidos
se graficaron los valores de la absorbancia en funcioacuten del pCH para determinar el
pCH de precipitacioacuten la zona no saturada y la zona saturada
511 Valoraciones potenciomeacutetricas directas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Con el sistema de titulacioacuten automaacutetica que consiste de un potencioacutemetro
Radiometer TIM900 Titrilab de un electrodo combinado de vidriondashAgClAg y una
bureta automaacutetica de 20 ml se realizaron valoraciones potenciomeacutetricas directas
Para lo cual se colocoacute en la celda de reaccioacuten 10 ml de 2 M de NaClO4 de pH 3
21 microL de la solucioacuten de 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina de concentracioacuten 02389
M y 105 microL de la solucioacuten de PrCl3 XH2O de concentracioacuten 048 M para tener
una concentracioacuten inicial de 000025 M del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Esta solucioacuten se valoroacute con NaOH 00025 M en 2 M de NaClO4 a una temperatura
de 30 degC flujo de nitroacutegeno y agitacioacuten constante Con los datos de pH y volumen
de NaOH se graficaron los valores de pCH en funcioacuten del volumen de NaOH El
intervalo de pCH de la zona no saturada se determinoacute despueacutes de que el aacutecido fue
neutralizado y el pCH final se determinoacute con el pCH de precipitacioacuten obtenido en la
titulacioacuten espectrofotomeacutetrica Este intervalo de pCH de la zona no saturada se
emplearon en el programa de computo SUPERQUAD para determinar los valores
de las constantes de hidroacutelisis del praseodimio y del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
54
______________________________
CAPIacuteTULO VI
RESULTADOS
______________________________
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
55
6 RESULTADOS
61 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 6 muestra los espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes
concentraciones en presencia de 2HPβCD 00025 M determinados en el intervalo
de longitud de onda de 200 a 700 nm En ellos se observa que cuando aumenta
la concentracioacuten del praseodimio en presencia de 2HPβCD aumenta el tamantildeo de
las bandas La 2HPβCD no presenta bandas de absorcioacuten en toda la regioacuten de
200-700 nm
Figura 6 Espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes concentraciones en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
A partir de la Figura 6 y de acuerdo al tamantildeo de las bandas de absorcioacuten de los
espectros UV-Vis en funcioacuten de la concentracioacuten del praseodimio se establecen
tres regiones de intereacutes En la regioacuten de longitud de onda de 200-225 nm la banda
de absorcioacuten maacutexima del praseodimio se encuentra en 215 nm para
concentraciones bajas en la regioacuten de 440-490 nm se encuentran las bandas de
absorcioacuten de 444 469 nm y 482 nm para concentraciones intermedias y
finalmente en la regioacuten de 558-600 nm se encuentran las bandas de absorcioacuten de
200 300 400 500 600 700
00
05
10
15
20
25
30
Ab
so
rban
cia
Longitu de onda (cm-1)
000011MPr
0000251MPr
00011MPr
000251MPr
00051MPr
001MPr
0025MPr
006251MPr
01251MPr
0251MPr
031MPr
00025M2HPBCD
00025MPr
1
2
3
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
56
5885 nm para cuantificar concentraciones altas de praseodimio en presencia de la
2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Figura 7 y Tabla 9) En la Figura 7 se muestran las
rectas de calibracioacuten para cuantificar praseodimio Estas rectas de calibracioacuten fueron
determinadas con los datos de los valores de absorbancia de cada banda de
absorcioacuten de la Figura 6 en funcioacuten de la concentracioacuten del praseodimio
Figura 7 Rectas de calibracioacuten de las bandas de absorcioacuten del praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
Tabla 9 Ecuaciones de calibracioacuten del praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
obtenidos por UV-Vis
Intervalo de longitud de onda de UV-Vis
200-250 nm 400-500 nm 560-620 nm
Bandas de 215 nm 444 nm 469 nm 482 nm 5885 nm
absorcioacuten
Ecuaciones de
calibracioacuten
A= 26554[Pr] + 00527
A = 513[Pr] + 00127
A = 21698[Pr] + 00123
A = 15912[Pr] + 00128
A = 00783[Pr] + 00103
Rsup2 = 09949 Rsup2 = 09992 Rsup2 = 09958 Rsup2 = 09917 Rsup2 = 09769
Doacutende nm= nanoacutemetros A= Absorbancia [Pr (III)]= Concentracioacuten del Praseodimio R = Coeficiente de
correlacioacuten
000 005 010 015 020 025 030
00
02
04
06
08
10
12
14
16
y=15912 x +00128
R2=09917
y=00783 x +00103
R2=09769
y=21698 x +00123
R2=09958
y=513 x +00127
R2=09992
215 nm
444 nm
469 nm
482 nm
5885 nm
Abso
rbancia
[Pr] M
y=26554 x +00527
R2=09949
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
57
En la Tabla 9 se muestran los datos de las ecuaciones de calibracion para
determinar praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina por
espectroscopiacutea UV-Vis
Estas consideraciones tienen una limitacioacuten ya que se debe tomar en cuenta que
el intervalo oacuteptimo para medir la absorbancia con fines de anaacutelisis cuantitativo
estaacute entre 002ndash15
62 Efecto de la concentracioacuten de la 2HPβCD en el praseodimio por
espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 8 muestra los espectros de absorcioacuten del praseodimio a concentracioacuten
constante (00025 M) en presencia de 2HPβCD a diferentes concentraciones
determinados en el intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
Figura 8 Espectro de absorcioacuten UV-Vis del praseodimio a concentracioacuten constante en presencia de la 2HPβCD a diferentes concentraciones En el detalle central se muestra la ampliacioacuten de la banda de
absorcioacuten 215 nm
En los espectros de absorcioacuten del praseodimio de la Figura 8 se observa que
cuando aumenta la concentracioacuten de 2HPβCD aumenta ligeramente el tamantildeo de
200 300 400 500 600 700
00
02
04
Ab
so
rbancia
Longitud de onda (cm-1)
00025MPr
00025M2HPBCD
051M
11M
21M
31M
41M
51M
81M
101M
151M
181M
241M1
2 3
200 205 210 215 220 225 230
00
01
02
03
04
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
1
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
58
las bandas de absorcioacuten del praseodimio En el detalle central de la Figura 8 se
aprecia maacutes adecuadamente este efecto
Con estas observaciones se muestra que la 2HPβCD aumenta la solubilidad del
praseodimio debido a este aumento ligero en el tamantildeo de las bandas de
absorcioacuten del praseodimio de la Figura 8
63 Efecto de la radiacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD por
espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 9 muestra los espectros de absorcioacuten determinados en el intervalo de
longitud de onda de 200 a 700 nm del 2HPβCD 2HPβCD irradiado PrCl3XH2O
PrCl3XH2O irradiado el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y el complejo de
inclusioacuten Pr-2-HP-β-CD irradiado Las irradiaciones se realizaron a 10000 Gy
Figura 9 Espectro UV-Vis de las muestras irradiadas en solucioacuten del complejo Pr-2HPβCD PrCl3 y 2HPβCD
Como se observa en la Figura 9 el efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de
inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Pr-2HPβCD) mostraron que
cuando el complejo de inclusioacuten es irradiado a 10 000 Gy se observaron ligeros
200 300 400 500 600 700
00
02
04
06
08
10
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
00025 M 2HPBCD
Pr 00025 M
Pr-2HPBCD
2HPBCD 10 KGY
PrCl3-XH2O 10 KGy
Pr-2HPBCD 10 KGy
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
59
cambios comparado con el complejo de inclusioacuten no irradiado Esto se puede
deber a que probablemente el complejo empieza a descomponerse
62 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB)
La Figura 10 muestra las imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las
muestras 2HPβCD 2HPβCD irradiada PrCl3XH2O PrCl3XH2O irradiada Pr-
2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy
a) c) e)c
b) d) f)
Figura 10 Imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las muestras a) 2HPβCD b) 2HPβCD irradiada c) PrCl3XH2O d) PrCl3XH2O irradiada e) Pr-2HPβCD y f) Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy
La 2HPβCD mostroacute partiacuteculas esfeacutericas de diversos tamantildeos con una superficie
lisa en su interior se observan cavidades dentro de las partiacuteculas pareciera que
se desprenden esferas maacutes pequentildeas El PrCl3XH2O mostroacute una superficie
rugosa las partiacuteculas se ven fundidas debido probablemente a que el material es
higroscoacutepico y tiende a hidratarse faacutecilmente El complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
muestra una morfologiacutea diferente a los reactivos precursores ya que se presentan
partiacuteculas en forma de rocas de diferentes dimensiones ademaacutes se observan
aglomeraciones de partiacuteculas Las imaacutegenes de las muestras irradiadas a una
dosis de 10 KGy conservan su morfologiacutea a excepcioacuten de PrCl3XH2O irradiada y
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
60
Pr-2HPβCD irradiada muestran pequentildeos cambios Sus partiacuteculas se ven un poco
maacutes fundidas probablemente se deba al efecto de la radiacioacuten
La composicioacuten quiacutemica elemental de las muestras 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD se muestran en la Tabla 10 determinado por el anaacutelisis elemental (EDS)
Tabla 10 Anaacutelisis EDS de las muestras de PrCl3 2-HPβCD y Pr-2HPβCD
Elemento Atoacutemico
Pr Cl O C
PrCl3 1233 plusmn 207 3595 plusmn 666 5171 plusmn 871 -----
2HPβCD ----- ----- 4159 plusmn 22 584 plusmn 22
Pr-2HPβCD 097 plusmn061 248 plusmn 143 3619plusmn 422 6034 plusmn 478
Todas las muestras presentan los elementos de su composicioacuten quiacutemica La
presencia de Pr Cl C y O en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD confirman la
interaccioacuten de 2HPβCD PrCl3XH2O para la formacioacuten del complejo de inclusioacuten
como se muestras en la Tabla 10
63 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX)
En la Figura 11 se muestran los difractogramas de 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD determinado por Difraccioacuten de Rayos X Los difractogramas de rayos X
de la Figura 11 muestran diferencias entre ellas El difractograma del PrCl3XH2O
presenta reflexiones de alta intensidad comparado con las otras muestras debido
a su naturaleza cristalina del praseodimio El difractograma de la 2HPβCD es de
estructura amorfa caracteriacutestica de los compuestos de carbono
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
61
Figura 11 Difraccioacuten de rayos X de PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD
El difractograma del compuesto de inclusioacuten Pr-2HPβCD muestra una
combinacioacuten de reflexiones de las muestras de PrCl3XH2O y 2HPβCD debido a la
formacioacuten de eacuteste complejo de inclusioacuten aunque predomina el de la 2HPβCD
Se comparoacute el difractograma de la muestra de PrCl3XH2O con la tarjeta del patroacuten
reportado por el Joint Committee on Powder Diffraction Standards (JCPDS) PDF
84-2188 Aqua Praseodymium Chloride Ambos difractogramas coinciden
adecuadamente
Los difractogramas de las muestras irradiadas a diferentes dosis mostraron que en
el intervalo de dosis de 1-500 Gy las muestras no sufren cambios Sin embargo
cuando el complejo de inclusioacuten es irradiado a 5000 y 10 000 Gy se observaron
ligeros cambios en sus inflexiones comparados con las muestras no irradiadas
Probablemente las muestras empiezan a descomponerse
64 Espectroscopia de infrarrojo (IR)
En la Figura 12 se muestra los espectros de infrarrojo de la 2HPβCD PrCl3XH2O
y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
62
Figura 12 Espectros de infrarrojo de las muestra 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-2HPβCD
El espectro infrarrojo de la muestra de PrCl3XH2O presenta la banda de absorcioacuten
a 341434 cm-1 correspondiente a moleacuteculas de agua de hidratacioacuten y la banda de
absorcioacuten a 67003 cm-1 debido a las uniones praseodimio con cloruros El
espectro infrarrojo de la muestra de la 2HPβCD presenta bandas de absorcioacuten a
331508 cm-1 [OH] 292046 cm-1 [CH2] 115183 cm-1 [C-C] 108000 cm-1 [C-O] y
102306 cm-1 [O-H]
Tabla 11 Grupos funcionales del PrCl3XH2O 2HPβCD y del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Compuesto [OH] [CH2] [C-C] [C-O] [O-H] [Cl3]
PrCl3XH2O 341434 67003
2HPβCD 331508 292046 115183 108000 102306
Pr-2HPβCD 329688 292645 115247 108028 102514
120723[PrCl3XH2O-Pr-2HPβCD] -11746
120723[2HPβCD-Pr-2HPβCD] -182 599 064 028 208
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
63
En la Tabla 11 se muestran los datos de las bandas de absorcioacuten de las muestras
de 2HPβCD PrCl3XH2O y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y los valores
de los desplazamientos observados Los valores de desplazamiento indican la
formacioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Las bandas de absorcioacuten de las
muestras irradiadas a diferentes dosis mostraron que en el intervalo de dosis de 1-
500 Gy las muestras no sufren cambios Cuando las muestras son irradiados a
5000 y 10 000 Gy se observaron ligeros cambios en la intensidad de la bandas de
absorcioacuten
65 Espectroscopia Raman
Figura 13 Espectros Raman de la muestra PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD
La Figura 13 muestra los espectros Raman de las muestras 2HPβCD PrCl3XH2O
y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Se realizaron 100 adquisiciones de
cada uno de las muestras Los resultados son el promedio de estas Los espectros
Raman de la Figura 13 muestran diferencias entre ellas
El espectro Raman del PrCl3XH2O muestra un pico intenso a 19278 cm-1 Este
pico se observa en el espectro Raman del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD a
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
64
23814 cm-1 y es de intensidad menor Las bandas de la 2HPβCD (44336 47805
84780 94691 126575 133270 145854 cm-1) algunas desaparecen y otras se
desplazan en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Esto indica la formacioacuten del
complejo de inclusioacuten
Al comparar los espectros Raman de las muestras irradiadas a diferentes dosis
mostraron que en el intervalo de dosis de 1-500 Gy no sufren cambios Sin
embargo en el intervalo de 5000 a 10000 Gys se observa la presencia de una
banda que no se encuentra en las muestras no irradiadas Probablemente las
muestras empiezan a descomponerse
66 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-βeta-ciclodextrina
661 Efecto de temperatura
La Figura 14 muestra el efecto de temperatura sobre la solubilidad del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD
Figura 14 Efecto de temperatura en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
20 30 40 50 60
018
020
022
024
026
028
030
032
034
036
038
g P
r-2H
PB
CD
Temperatura degC
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
65
La Figura muestra que conforme la temperatura va aumentando la solubilidad de
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta Es decir a la temperatura 20 degC se
solubilizan 01866 g del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD mientras que a 60 degC
se solubilizan 03628 g
662 Efecto de tiempo
La Figura 15 muestra el efecto del tiempo sobre la solubilidad del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD
Se observoacute que conforme el tiempo va aumentando la solubilidad de complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta Con esto se determinoacute que la dilucioacuten de 01 gr de
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 ml de agua destilada se lleva a cabo en
un tiempo 170 segundos
Figura 15 Efecto de tiempo en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
01000 01005 01010 01015 01020 01025 01030
160
162
164
166
168
170
Tie
mpo (
segundos)
g Pr-2HPBCD
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
66
67 Recta de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4
Se realizaron las mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de
2 M de NaClO4 Los datos se muestran en la Tabla 12
Tabla 12 Mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de 2 M de NaClO4
Concentracioacuten (M)
pCH pH
exp 1 pH
exp 2 pH
exp 3 pH
exp 4 pH
exp 5 pH exp prom
HCl 0001 3 2359 2205 2333 2402 2329 23256
001 2 1173 1172 1207 1228 1268 12096
01 1 0508 0248 0253 0352 0361 03444
NaOH 0001 11 9987 9994 9926 10009 9994 9982
001 12 10947 10876 10959 10876 10849 109014
01 13 11612 1156 11604 11552 11516 115688
Se graficaron los datos de pH (experimental) promedio en funcioacuten del pCH (teoacuterico)
se tiene la Figura 16
Figura 16 Recta de calibracioacuten del pCH como una funcioacuten del pH en el medio 2 M de NaClO4
0 2 4 6 8 10 12 14
0
2
4
6
8
10
12
pC
H
pH
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
67
La ecuacioacuten de la recta de calibracioacuten es
pCH= 105108 (plusmn00063) pH + 06352 (plusmn00669) R2= 09995
Esta ecuacioacuten permitioacute corregir todos los datos de pH experimental de este
trabajo
68 Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Se realizaron valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD en medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 a 30 deg C en atmoacutesfera inerte
Se obtuvieron espectros de absorcioacuten UV-Vis en el intervalo de longitud de onda
de 200 a 700 nm En la Figura 17 se muestra los espectros de absorcioacuten de cada
una de las aliacutecuotas del praseodimio en presencia de la 2HPβCD en el intervalo de
longitud de onda de 200 a 230 nm
Figura 17 Espectros de absorcioacuten UV-Vis de la valoracioacuten espectrofotomeacutetrica del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con NaOH 00025 M en el medio 2M de NaClO4
200 210 220 230
00
01
02
03
04
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
68
Se graficaron los datos de absorbancia a la longitud de onda de 215 nm de la Figura
17 y los valores de pCH correspondientes se obtuvo la Figura 18
Figura 18 Curva de valoracioacuten espectrofotomeacutetrica (absorbancia en funcioacuten del pCH) y la primera derivada del praseodimio en presencia de la 2HPβCD a longitud de onda de 215 nm
La derivada de la curva de la Figura 18 permitioacute determinar el pCH de precipitacioacuten
(maacutexima inflexioacuten) el cual fue de 812 A partir de este pCH se determinoacute la zona
no saturada (lado izquierdo de la curva) y saturada (lado derecho de la curva)
69 Titulaciones potenciomeacutetricas
Se realizaron valoraciones potenciomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
con NaOH en medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 a 30 degC en atmosfera inerte
Se obtuvo la Figura 19 La valoracioacuten potenciomeacutetrica del Pr-2HPβCD inicio en
medio acido por medio de la primera derivada y su inflexioacuten de la curva se
determinoacute el pCH inicial (pCH= 656) el valor de pCH final se determinoacute con el valor
de la primera derivada (pCHpp= 812) de la Figura 18 (punto de inicio de
precipitacioacuten del PrCl3XH2O)
4 5 6 7 8 9 10
025
030
035
040
045
050
055
060
pCH
Ab
so
rban
cia
-01
00
01
02
03
04
05
06
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
69
Figura 19 Curva de valoracioacuten potenciomeacutetrica directa de 25x10-4 M del praseodimio en presencia de la 2HPβCD con 25x10-3 de NaOH en 2 M de NaClO4 a 30 degC en atmosfera libre de CO2 y primera
derivada de la curva Detalle central (zona no saturada)
Con estos dos valores se determinoacute el intervalo de la zona no saturada que se
muestra en el detalle central de la Figura 19 empleado para el caacutelculo de la
primera constante de hidrolisis del praseodimio y del complejo del praseodimio en
presencia de la 2HPβCD
610 Refinamientos
A partir del detalle central de la Figura 19 (zona no saturada) los datos de
volumen pCH concentracioacuten del titulado y titulante y un modelo quiacutemico propuesto
con la estequiometria se alimentaron al programa de computo SUPERQUAD y
mediante refinamiento computacional se determinaron los valores de la constante
de hidrolisis de las especies quiacutemicas del praseodimio y del complejo de inclusioacuten
Pr-2HPβCD que se muestran en la Tabla 13
0 5 10 15 20
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
ml adicionados de NaOH
pC
H
0
2
4
6
8
10
00 01 02 03 04 05 06 07
64
66
68
70
72
74
76
78
80
82
pC
H
ml adicionados de NaOH
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
70
Tabla 13 Constantes de hidroacutelisis del Pr y el pCH de precipitacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 M de NaClO4 obtenidos mediante meacutetodo potenciomeacutetrico y el programa SUPERQUAD a
30 degC
Equilibrio Quiacutemico
logβ1
POTENCIOMETRICO
(SUPERQUAD)
Intervalo
(pCH)
No
puntos
ESPECTROFOTOMETRICO
pCH de pp
Meacutetodo GRAFICO
Pr3++ H2O Pr(OH)2++ H+ -862plusmn0007 656-812 33 812
Pr(OH)2++H2O Pr(OH)2++H+ -1710plusmn003
Pr(OH)2++H2O Pr(OH)3+H+ -2586plusmn001
Pr3++2HPβCD+H2O Pr-
2HPβCD-(OH)2++H+
-509plusmn007
En la Tabla 13 anterior se muestra el valor de pCH de precipitacioacuten obtenido por el
meacutetodo espectrofotomeacutetrico (meacutetodo graacutefico) que fue de 812 Los valores de las
constantes de hidrolisis de las especies quiacutemicas del praseodimio fueron-
logβ1OH=-862plusmn0007-logβ22OH=-1710plusmn003-logβ33OH=-2586plusmn001 y del complejo
de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-509plusmn007 obtenidos por el meacutetodo
potenciomeacutetrico empleando el programa de computo SUPERQUAD
71
______________________________
CONCLUSIONES
______________________________
CONCLUSIONES
72
CONCLUSIONES
bull Se observaron 3 zonas de absorcioacuten caracteriacutesticas del praseodimio
situadas a una longitud de onda de 215 nm 3 bandas de absorcioacuten en 444
nm 469 nm y 482 nm y en 5885 nm se determinaron para cada banda las
rectas de calibracioacuten
bull Se demostroacute la inclusioacuten del praseodimio en la 2HPβCD y el efecto de la
radiacioacuten gamma en los reactivos (PrCl3XH2O 2HPβCD) y el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD satisfactoriamente mediante las diferentes teacutecnicas de
caracterizacioacuten y anaacutelisis empleadas (MEB UV-Vis DRX Espectroscopia
Infrarrojo y Espectroscopia Raman)
bull El efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-β-ciclodextrina (Pr-2HP-β-CD) mostroacute que en el intervalo de
dosis de 1-500 Gy no sufren cambios Sin embargo cuando es irradiado a
5000 y 10 000 Gy se observaron ligeros cambios Esto se puede deber a
que probablemente el complejo empieza a descomponerse
bull La solubilidad de complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta en funcioacuten del
aumento de la temperatura
bull Conforme el tiempo va aumentando la solubilidad de complejo de inclusioacuten
Pr-2HPβCD aumenta
bull El valor de la primera constante de hidrolisis del praseodimio obtenido fue-
logβ1OH=-862plusmn0007 y del complejo de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-
509plusmn007
73
______________________________
RECOMENDACIONES
______________________________
RECOMENDACIONES
74
bull El complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se debe preparar con diferentes
meacutetodos para elegir el maacutes adecuado de acuerdo a su rendimiento
quiacutemico y asegurar su formacioacuten
bull Comparar la zona no saturada de complejo de Inclusioacuten del Pr-2HPβCD
Pr-2βCD y la del praseodimio sin complejo para observar el efecto de la
solubilidad y estabilidad
bull Determinar las constantes de hidrolisis del praseodimio y del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD irradiado con radiacioacuten gamma de Co60 y comparar
con la de complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD no irradiado
75
______________________________
GLOSARIO
______________________________
GLOSARIO
76
GLOSARIO
1 Absorbancia
Se define como la relacioacuten (logariacutetmica) entre la intensidad de la luz que incide
sobre una muestra y la intensidad de esa misma luz que es transmitida a traveacutes de
esa muestra Cuando una luz de una longitud de onda determinada seleccionada
por un filtro incide sobre una muestra parte de esa luz es absorbida La luz no
absorbida pasa a traveacutes de la muestra y es recogida por un detector colocado en
el otro lado del pocillo de la micro placa frente a la fuente de luz
2 Algoritmo de Marquadt
Es un proceso iterativo de convergencia que a traveacutes de la teacutecnica de los miacutenimos
cuadrados ponderados permite encontrar los paraacutemetros de las ecuaciones de
funciones no lineales
3 Complejo de inclusioacuten
Mezcla cristalina en la que las moleacuteculas de un componente estaacuten contenidas
dentro de la red cristalina del otro
4 Confinamiento de residuos
Lugar totalmente seguro controlado y construido con el propoacutesito de disponer
residuos peligrosos instalados en un lugar retirado de la poblacioacuten con el objetivo
de disminuir riesgos de caraacutecter natural y humano
5 Curva de calibracioacuten
Representacioacuten graacutefica de una sentildeal que se mide en funcioacuten de la concentracioacuten
de un analito La calibracioacuten incluye la seleccioacuten de un modelo para estimar los
paraacutemetros que permitan determinar la linealidad de esa curva Y en
consecuencia la capacidad de un meacutetodo analiacutetico para obtener resultados que
sean directamente proporcionales a la concentracioacuten de un compuesto en una
muestra dentro de un determinado intervalo de trabajo
GLOSARIO
77
6 Desechos radiactivos
Residuo o subproductos que contiene varios elementos quiacutemicos radiactivos que
no tiene un fin praacutectico
7 Especies quiacutemicas
En quiacutemica el teacutermino especie quiacutemica se usa comuacutenmente para referirse de
forma geneacuterica a aacutetomos moleacuteculas iones radicales etc que sean el objeto de
consideracioacuten o estudio
8 Estabilidad
Una sustancia es estable si no es particularmente reactivo en el ambiente o
durante uso normal y mantiene sus propiedades uacutetiles en la escala de tiempo de
su durabilidad esperada y por lo que se dice que el material es inestable si se
corroe descompone polimeriza quema o explota bajo las condiciones anticipadas
de uso o condiciones ambientales normales
9 Fisioacuten nuclear
Reaccioacuten en la cual un nuacutecleo se bombardea con neutrones se convierte en
inestable y se descompone en dos nuacutecleos y tamantildeos son del mismo orden de
magnitud con gran desprendimiento de energiacutea y la emisioacuten de dos o tres
neutrones los cuales a su vez ocasionar maacutes fisiones al interaccionar con nuevos
nuacutecleos fisionables que emitiraacuten nuevos neutrones y asiacute sucesivamente
10 Fuerza ioacutenica
Propiedad de una solucioacuten que depende de la concentracioacuten total de iones en la
solucioacuten asiacute como de la carga de dichos iones
11 Isoacutetopo
Nucleiacutedos pertenecientes a un mismo elemento quiacutemico pero que se diferencian
entre el nuacutemero de neutrones de cada uno
GLOSARIO
78
12 Lenguaje fortran
Es un lenguaje de programacioacuten de alto nivel de propoacutesito general procedimental
e imperativo que estaacute especialmente adaptado al caacutelculo numeacuterico y a la
computacioacuten cientiacutefica
13 Lgi-01 TRANSELEKTRO (LGI-01)
Equipo de irradiacioacuten integrado por un cuerpo ciliacutendrico de plomo que sirve de
blindaje una jaula ciliacutendrica que contiene los laacutepices de Co60 un eacutembolo moacutevil con
una cavidad (caacutemara de exposicioacuten) una consola de mando y un cronoacutemetro para
establecer el tiempo de irradiacioacuten La caacutemara de exposicioacuten alberga a las
muestras para la irradiacioacuten un sistema electromecaacutenico baja el depoacutesito de las
muestras hasta la fuente de radiacioacuten que consta de 48 laacutepices de los cuales 12
contiene Co60 y el resto estaacuten vaciacuteos
14 Longitud de onda
Es la distancia real que recorre una perturbacioacuten (onda) en un determinado
intervalo de tiempo Ese intervalo de tiempo es el transcurrido entre dos maacuteximos
consecutivos de alguna propiedad fiacutesica de la onda
15 Medio acuoso
Medio o disolucioacuten acuosa se refiere a que una mezcla de disolventes el
disolvente mayoritario es agua Las disoluciones acuosas tienen una gran
importancia en la biologiacutea desde los laboratorios de ciencia baacutesica hasta la
quiacutemica de la vida pasando por la quiacutemica industrial Por la vasta cantidad y
variedad de sustancias que son solubles en agua esta se denomina a veces
disolvente universal
16 pCH
Es el logaritmo inverso de la concentracioacuten de los iones hidroacutegeno
17 pH
Es una medida del pH experimental de este trabajo
GLOSARIO
79
18 Precursores
Sustancia indispensable o necesaria para producir otra mediante los compuestos
quiacutemicos que constituyen una primera etapa en un proceso quiacutemico y actuacutean
como sustrato en las etapas posteriores
19 Radiacioacuten gamma
Es un tipo de radiacioacuten electromagneacutetica constituida por fotones se produce por
elementos radiactivos o procesos subatoacutemicos como la aniquilacioacuten de un par
positroacuten-electroacuten Los rayos gamma constituyen un tipo de radiacioacuten ionizante
capaz de penetrar en la materia maacutes profundamente que la radiacioacuten α y la β
pueden causar graves dantildeos a las ceacutelulas se usan para esterilizar equipos
meacutedicos y alimentos
20 Reacciones de hidroacutelisis
Reacciones quiacutemicas entre una moleacutecula de agua y cualquier otra especie
quiacutemica en la cual la moleacutecula de agua se divide y sus aacutetomos forman parte de
otra especie quiacutemica
21 Relacioacuten molar
Factor de conversioacuten cuyo fin es convertir en una reaccioacuten quiacutemica la cantidad de
moles de una sustancia a la cantidad correspondiente de moles de otra sustancia
La sustancia de partida se expresa en gramos y la sustancia deseada en moles
22 Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Se denomina valoracioacuten espectrofotomeacutetrica al procedimiento por el cual se
determina el punto final de una titulacioacuten utilizando las medidas de absorbancia a
una longitud de onda fija Para simplificar la teacutecnica se selecciona una longitud de
onda donde solamente uno de los componentes de la muestra absorba
80
______________________________
REFERENCIAS CITADAS
______________________________
REFERENCIAS CITADAS
81
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producto de solubilidad de ln (OH)3 y el efecto de los iones cloruro sobre la
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ioacutenica 2 molar pp 21
III
Agradezco al Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares (ININ) al Dr
Hilario Dolores Loacutepez Gonzaacutelez al Departamento de Quiacutemica al proyecto CB-605
ldquoInvestigacioacuten sobre el efecto de la descomposicioacuten y naturaleza estructural de
materiales en las propiedades fisicoquiacutemicas de lantaacutenidos y actiacutenidos en estado
soacutelido y en solucioacuten (Etapa I y II)rdquo por el apoyo brindado para la realizacioacuten de este
trabajo
IV
V
VI
DEDICATORIA
VII
Dedicatoria
A Dios
Por todos los logros metas y proyectos sin importar lo obstaacuteculos grandes o pequentildeos que
has puesto a lo largo de mi camino en mi formacioacuten profesional y personal por todas la
bendiciones de las cuales has llenado mi vida Te doy las gracias por estar siempre
presente y darme las fuerzas en momentos difiacuteciles para seguir adelantehellip
A mis padres
Ma Veroacutenica Cruz Tapia y J Guadalupe Moreno Segundo con mucho amor por todo su
esfuerzo y apoyo que me han brindado incondicionalmente en todas mis victorias y
fracasos tristezas y alegriacuteas gracias por su lucha incansable diacutea con diacutea sin marcha
atraacutes Han sido mi ejemplo a seguir y por haber hecho de miacute lo mejor de una persona
gracias a su educacioacuten que han inculcado en miacute Por ser mi guiacutea y compantildeiacutea a lo largo de
mi camino ensentildeaacutendome a querer ser mejor y a superarme en mi vida profesional Es la
herencia maacutes importante y valiosa que me han dado por todo eso y mucho maacutes Los amohellip
A mis hermanos
Edwin Joseacute Manuel y Daniela por todos los momentos compartidos a su lado por todas
las risas que provocan grandes sentimientos y cada uno de sus consejos Por estar siempre
presentes en cada momento de mi vida brindaacutendome su apoyo carintildeo y amor de hermanos
Son una gran bendicioacuten en mi vidahellip
A ti Aidee
Por ser una persona tan importante en mi vida y brindarme todo tu amor por ensentildearme
tanto ayudaacutendome a crecer personal emocional y profesionalmente por todos tus alientos
y apoyo que me has brindado en momentos difiacuteciles y asiacute como todas las sonrisas y
laacutegrimas compartidas por tu presencia en mis logros obtenidos por todas y cada una de
las grandes maravillas que me has dado sin importar lo pequentildeas que sean y todo aquello
que significa mucho para miacute y que no se puede describir en palabras Muchas gracias por
todohellip
AGRADECIMIENTOS
VIII
Agradecimientos
Al Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares por la beca otorgada y el apoyo
recibido para la realizacioacuten de este proyecto durante mi estancia
Al Dr Hilario Dolores Loacutepez Gonzaacutelez del ININ y a la Dra Edelmira Fernaacutendez
Ramiacuterez del TESSFP por la asesoriacutea paciencia compresioacuten y apoyo para la realizacioacuten
de este trabajo Sinceramente les agradezco de todo corazoacuten fue un placer trabajar con
ustedes muchas gracias
A los miembros del comiteacute revisor IQ Moiseacutes Crescencio Gonzaacutelez y IQ Luciacutea Garciacutea
Guzmaacuten por las observaciones y aportes de gran importancia los cuales elevaron la
calidad del trabajo
Al Dr Jaime Jimeacutenez Becerril por el apoyo recibido para la irradiacioacuten de las muestras
de este trabajo y por el apoyo teacutecnico recibido
A los teacutecnicos Jorge Peacuterez del Prado y Carlos Salinas Molina de Microscopiacutea Electroacutenica
de Barrido del Departamento de Materiales y al servicio de Espectroscopia Raman del
Departamento de Fiacutesica por el apoyo teacutecnico recibido
A mis amigos Carmen (Cars) Hilda (Hildita) Rosa Isabel (Chabe) Daniel (Carrillo)
Eduardo (Lalo) y Miguel (Migue) por todo el apoyo que me han brindado asiacute como su
valiosa amistad durante todo este tiempo y los maravillosos momentos que juntos hemos
compartido
A mis amigos del ININ Dayra Evelin Joselyn Lupita Jessy Janette Gisela Sonia y
Cesar por su gran amistad durante este tiempo compartido y darme la dicha de haberlos
conocido asiacute como el apoyo teacutecnico que cada uno de ustedes me brindo y por todos sus
consejos gracias a todos
A todas las personas que han formado parte de mi vida personal y profesional y que no he
mencionado
GRACIAS A TODOShellip
RESUMEN
IX
RESUMEN
En la fisioacuten nuclear para la produccioacuten de electricidad se producen ciertos
productos de fisioacuten considerados desechos radiactivos entre los cuales se
encuentran los lantaacutenidos El confinamiento de estos desechos radiactivos en
medios como las minas de sal suelen presentarse globos de salmuera por
consecuencia producir corrosioacuten en los contenedores pudiendo entrar en contacto
con los desechos razoacuten por la cual es importante conocer las reacciones de
hidroacutelisis que pudieran formarse en presencia de alguacuten medio acuoso Ante este
panorama se llevoacute a cabo la inclusioacuten del praseodimio en la 2-hidroxipropyl-beta-
ciclodextrina (2HPβCD) con la finalidad de observar aumento de solubilidad y
estabilidad del praseodimio
La formacioacuten del complejo de inclusioacuten praseodimio en presencia de la 2-
hidroxipropyl-beta-ciclodextrina (Pr-2HPβCD) se efectuoacute en relacioacuten molar 11 a
0005 M Se observoacute el efecto de la radiacioacuten gamma del Co60 en el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD y de sus precursores PrCl3XH2O y 2HPβCD Se emplearon
varias fracciones de la muestra del complejo de inclusioacuten y de las muestras
irradiadas del Pr-2HPβCD PrCl3XH2O y 2HPβCD para su caracterizacioacuten
mediante diferentes teacutecnicas (UV-Vis Microscopia Electroacutenica de Barrido
Difraccioacuten de Rayos X Espectroscopia de Infrarrojo Espectroscopia Raman) Las
muestras no irradiadas presentaron la interaccioacuten del praseodimio y de la 2HPβCD
confirmando la formacioacuten del complejo de inclusioacuten mientras que las muestras
irradiadas presentaron ligeros cambios a dosis de 10000 Gy atribuidos a la
descomposicioacuten de las muestras por efecto de la radiacioacuten gamma
Ademaacutes se realizoacute el estudio del efecto de la concentracioacuten de la 2HPβCD en
presencia del praseodimio por UV-Vis donde se observoacute el aumento de la
solubilidad del praseodimio El estudio realizado del efecto de temperatura del
complejo Pr-2HPβCD permitioacute observar el aumento de solubilidad del complejo en
funcioacuten de la temperatura asiacute mismo para el efecto de tiempo Finalmente se
estudioacute el comportamiento quiacutemico del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en
soluciones acuosas en medio de 2 M de NaClO4 a 30 degC en atmosfera inerte
RESUMEN
X
mediante valoraciones espectrofotomeacutetricas y titulaciones potenciomeacutetricas
directas se obtuvo la zona no saturada que contempla las especies solubles
Mediante refinamiento computacional con el programa de coacutemputo SUPERQUAD
se trataron los datos de la zona no saturada
Los valores de las constantes de hidroacutelisis de las especies quiacutemicas del
praseodimio fueron-logβ1OH=-862plusmn0007-logβ22OH=-1710plusmn003-logβ33OH=-
2586plusmn001 y del complejo de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-509plusmn007 obtenidos por
partes mediante el programa de coacutemputo SUPERQUAD
ABSTRACT
XI
ABSTRACT
The nuclear fission for the production of electricity produces certain fission
products considered as radioactive waste among which are lanthanides The
confinement of these radioactive wastes in media such as salt mines usually
present brine balloons consequently produce corrosion in the containers and can
come into contact with the waste which is why it is important to know the
hydrolysis reactions that could be formed in the presence of some aqueous
medium In view of this scenario the inclusion of praseodymium in 2-
hydroxypropyl-beta-cyclodextrin (2HPβCD) was carried out in order to observe
increased solubility and stability of praseodymium
The formation of the praseodymium inclusion complex in the presence of 2-
hydroxypropyl-beta-cyclodextrin (Pr-2HPβCD) was performed in a 1 1 molar ratio
at 0005 M The effect of Co60 gamma radiation on the inclusion complex Pr-
2HPβCD and its precursors PrCl3 middot XH2O and 2HPβCD Several fractions of the
inclusion complex sample and irradiated samples of Pr-2HPβCD PrCl3 middot XH2O
and 2HPβCD were used for their characterization by different techniques (UV-Vis
Scanning Electron Microscopy X-ray Diffraction Infrared Spectroscopy Raman
Spectroscopy) The non-irradiated samples showed the interaction of
praseodymium and 2HPβCD confirming the formation of the inclusion complex
while the irradiated samples presented slight changes at doses of 5000 Gy and
10000 Gy attributed to the decomposition of the samples by the effect of gamma
radiation
In addition the effect of the concentration of 2HPβCD in the presence of
praseodymium by UV-Vis was studied where increased solubility of praseodymium
was observed The study of the effect of temperature of the complex Pr-2HPβCD
allowed to observe the increase of solubility of the complex as a function of the
temperature also for the effect of time Finally the chemical behavior of the
inclusion complex Pr-2HPβCD in aqueous solutions in 2 M medium of NaClO4 at
30 deg C under inert atmosphere was evaluated by means of spectrophotometric and
direct potentiometric titrations the non-saturated zone was obtained that
ABSTRACT
XII
contemplates the soluble species The data of the unsaturated zone were
processed by computational refinement with the SUPERQUAD computer program
The values of the hydrolysis constants of the praseodymium species were -logβ1OH
= -862 plusmn 0007 -logβ2 2OH = -1710 plusmn 003 -logβ3 3OH = -2586 plusmn 001 and the
inclusion complex was -logβPr2HPBCD = -509 plusmn 007 obtained by parts using the
computer program SUPERQUAD
IacuteNDICE
XIII
IacuteNDICE
DEDICATORIA VII
AGRADECIMIENTOS VIII
RESUMEN IX
ABSTRACT XI
IacuteNDICE XIII
IacuteNDICE DE FIGURAS XVII
IacuteNDICE DE TABLAS XIX
ABREVIATURAS XX
CAPIacuteTULO I INTRODUCCIOacuteN 21
1 Introduccioacuten 22
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO 23
2 Fundamento 24
21 Los lantanidos 24
22 Praseodimio 25
23 Ciclodextrinas (CDs) 25
24 β-ciclodextrina 27
25 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina 28
26 Hidroacutelisis 29
27 Fuerza ioacutenica 30
28 Teacutecnicas de caracterizacioacuten 32
281 Microscopiacutea electroacutenica de barrido (MEB) 32
282 Espectroscopia de absorcion ultravioleta-visible (UV-VIS) 33
283 Difraccioacuten de rayos X (DRX) 34
284 Espectroscopia de infrarrojo (IR) 34
IacuteNDICE
XIV
285 Espectroscopia Raman 35
29 Titulacioacuten espectrofotomeacutetrica 35
210 Meacutetodo potenciomeacutetrico 36
211 programa de coacutemputo SUPERQUAD 37
CAPIacuteTULO III HIPOacuteTESIS 39
3 Hipoacutetesis 40
CAPIacuteTULO IV OBJETIVOS 41
4 Objetivos 42
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA 43
5 Metodologiacutea 44
51 Preparacioacuten de la solucioacuten de la 2-hidroxipropyl- βeta-ciclodextrina 45
52 Preparacioacuten de solucioacuten de praseodimio 45
53 Preparacioacuten del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina 45
54 Determinacioacuten de las curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por UV-Vis 46
55 Estudio de la influencia de las relaciones molares de las soluciones del
complejo de inclusioacuten 47
56 Efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 47
57 Caracterizacioacuten del compuesto de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-βeta-
ciclodextrina 49
571 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB) 49
572 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX) 49
573 Anaacutelisis por espectroscopia de infrarrojo (IR) 49
574 Anaacutelisis por espectroscopia Raman 50
IacuteNDICE
XV
58 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina 50
581 Efecto de temperatura 50
582 Efecto del tiempo 51
59 Determinacioacuten de la curva de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4 52
510 Valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina 52
511 Valoraciones potenciomeacutetricas directas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina 53
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS 54
6 Resultados 55
61 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea ultravioleta-visible (UV-Vis) 55
62 Efecto de la concentracioacuten de la 2HPβCD en el praseodimio por
espectrofotometriacutea ultravioleta-visible (UV-Vis) 57
63 Efecto de la radiacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD por
espectrofotometriacutea ultravioleta-visible (UV-Vis) 58
62 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB) 59
63 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX) 60
64 Espectroscopia de infrarrojo (IR) 61
65 Espectroscopia Raman 63
66 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina 64
661 Efecto de temperatura 64
662 Efecto de tiempo 65
67 Recta de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4 66
68 Valoraciones espectrofotomeacutetricas 67
IacuteNDICE
XVI
69 Titulaciones potenciomeacutetricas 68
610 Refinamientos 69
CONCLUSIONES 71
RECOMENDACIONES 73
GLOSARIO 75
REFERENCIAS CITADAS 80
IacuteNDICE
XVII
IacuteNDICE DE FIGURAS
Figura 1 Estructura de α β y γ ciclodextrinas 25
Figura 2 2HPβCD 28
Figura 3 Ilustracioacuten de un diagrama general de pLn(c)-pCH 36
Figura 4 Ilustracioacuten de una valoracioacuten potenciomeacutetricas directa con su primera
derivada (∆pCH∆V) 37
Figura 5 Diagrama de flujo 44
Figura 6 Espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes concentraciones en
presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina 55
Figura 7 Rectas de calibracioacuten de las bandas de absorcioacuten del praseodimio en
presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina 56
Figura 8 Espectro de absorcioacuten UV-Vis del praseodimio a concentracioacuten
constante en presencia de la 2HPβCD a diferentes concentraciones 57
Figura 9 Espectro UV-Vis de las muestras irradiadas en solucioacuten del complejo Pr-
2HPβCD PrCl3 y 2HPβCD 58
Figura 10 Imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las muestras a)
2HPβCD b) 2HPβCD irradiada c) PrCl3XH2O d) PrCl3XH2O irradiada e) Pr-
2HPβCD y f) Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy 59
Figura 11 Difraccioacuten de rayos X de PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD 61
Figura 12 Espectros de infrarrojo de las muestra 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD 62
Figura 13 Espectros Raman de la muestra PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD 63
Figura 14 Efecto de temperatura en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD 64
Figura 15 Efecto de tiempo en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD 65
Figura 16 Recta de calibracioacuten del pCH como una funcioacuten del pH en el medio 2 M
de NaClO4 66
Figura 17 Espectros de absorcioacuten UV-Vis de la valoracioacuten espectrofotomeacutetrica del
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con NaOH 00025 M en el medio 2M de
NaClO4 67
IacuteNDICE
XVIII
Figura 18 Curva de valoracioacuten espectrofotomeacutetrica (absorbancia en funcioacuten del
pCH) y la primera derivada del praseodimio en presencia de la 2HPβCD a longitud
de onda de 210 nm 68
Figura 19 Curva de valoracioacuten potenciomeacutetrica directa de 25x10-4 M del
praseodimio en presencia de la 2HPβCD con 25x10-3 de NaOH en 2 M de NaClO4
a 30 degC en atmosfera libre de CO2 y primera derivada de la curva 69
IacuteNDICE
XIX
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Propiedades fisicoquiacutemicas de los diferentes tipos de ciclodextrinas
naturales 26
Tabla 2 Reacciones de hidroacutelisis del praseodimio y constantes de equilibrio 29
Tabla 3 Datos de la literatura sobre la primera constante de hidroacutelisis (log β1) del
praseodimio 31
Tabla 4 Diferentes concentraciones de praseodimio con 2HPβCD constante para
determinar las curvas de calibracioacuten 46
Tabla 5 Relaciones molares 2HPβCD Pr 47
Tabla 6 Dosis de irradiacioacuten de Co60 aplicadas a las muestras en solucioacuten y
soacutelidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 2HPβCD y PrCl3 XH2O en la
instalacioacuten VICKRAD y GAMMACELL del irradiador LGI-01 TRANSELEKTRO del
ININ 48
Tabla 7 Cantidad de complejo solubilizado a diferentes temperaturas en 2 ml de
agua destilada 51
Tabla 8 Cantidades de complejo Pr-2HPβCD y agua destilada en cada tubo de
ensaye 51
Tabla 9 Ecuaciones de calibracioacuten del praseodimio en presencia de la 2-
hidroxipropil-β-ciclodextrina obtenidos por UV-Vis 56
Tabla 10 Anaacutelisis EDS de las muestras de PrCl3 2-HPβCD y Pr-2HPβCD 60
Tabla 11 Grupos funcionales del PrCl3XH2O 2HPβCD y del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD 62
Tabla 12 Mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de 2 M de
NaClO4 66
Tabla 13 Constantes de hidroacutelisis del Pr y el pCH de precipitacioacuten en el complejo
de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 M de NaClO4 obtenidos mediante meacutetodo
potenciomeacutetrico y el programa SUPERQUAD a 30 degC 70
ABREVIATURAS
XX
ABREVIATURAS
Pr praseodimio
2HPβCD 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
CDs Ciclodextrinas
CD Ciclodextrina
Ln Lantaacutenidos
Pr-2HPβCD praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Pr-2βCD praseodimio-2-βeta-ciclodextrina
CGT ciclomaltodextrin-glucano-transferasa
TP Titulacioacuten potenciomeacutetrica
ES Titulacioacuten espectrofotomeacutetrica
RE Relacioacuten empiacuterica
ED Extraccioacuten con disolvente
MEB Microscopiacutea electroacutenica de barrido
EDS Espectroacutemetro de dispersioacuten de energiacutea de rayos X
UV-VIS Ultravioleta-Visible
DRX Difraccioacuten de rayos X
IR Infrarrojo
EDTA Acido tetracetico etilen diamina
Co60 Cobalto-60
JCPDS Joint Committee On Powder Diffraction Standards
M Molaridad
21
______________________________
CAPIacuteTULO I
INTRODUCCIOacuteN
______________________________
CAPIacuteTULO I INTRODUCCIOacuteN
22
1 INTRODUCCIOacuteN
El praseodimio pertenece al grupo de los lantaacutenidos que muestran propiedades
quiacutemicas muy similares entre ellos derivadas de su configuracioacuten electroacutenica
caracterizados por la presencia de orbitales 4f parcialmente llenos Incluso se
consideran parecidos al grupo de los elementos actiacutenidos El praseodimio es un
elemento metaacutelico con siacutembolo Pr nuacutemero atoacutemico 59 y peso atoacutemico 140907
gmol El isoacutetopo estable 141Pr constituye el 100 del elemento en la naturaleza
Este lemento puede ser encontrado en ceramicos para dar el color amarillo En
mezcla con otros lantanidos se usan como proyectores de luz Su uso sigue
aumentando debido al hecho de que es uacutetil para producir magnetos de alto poder
entre otros Sobre todo se esta empleando en la mitigacioacuten de cancer Es
peligroso en el ambiente cuando se tiran estos dispositivos despues de cumplir su
funcioacuten por lo que se acumularaacute gradualmente en los suelos y en el agua De ahiacute
la importancia de estudiar las reacciones de hidrolisis
La utilizacioacuten de la 2 hidroxipropil-β-ciclodextrina (2HPβCD) en este trabajo de
investigacioacuten es fundamental debido a que es un agente de formacioacuten de
complejos de inclusioacuten para aumentar la solubilidad acuosa debido a que las
ciclodextrinas (CDs) se comportan como nano contenedores capaces de
encapsular moleacuteculas hidroacutefobas de tamantildeo apropiado y solubilizarlas en agua
propiedad que se aprovecha para determinar las constantes de hidroacutelisis del
praseodimio
Por lo cual el objetivo principal de este trabajo de investigacioacuten y en ausencia de
datos fundamentales de la interaccioacuten Ln3+-CDs sustituidas fue preparar el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Ademaacutes determinar el pCH de precipitacioacuten la
zona no saturada y saturada del Pr-2HPβCD que permiten determinar la constante
de hidroacutelisis del complejo de inclusioacuten praseodimio-2hidroxipropil-β-ciclodextrina
(Pr-2HPβCD) en medio 2 M de NaClO4 a 303 K por titulacioacuten espectrofotomeacutetrica
y potenciomeacutetrica
23
______________________________
CAPIacuteTULO II
FUNDAMENTO
______________________________
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
24
2 FUNDAMENTO
21 LOS LANTANIDOS
Los lantaacutenidos (tierras raras) forman un grupo de 17 elementos quiacutemicos que
muestran propiedades singulares derivadas de su configuracioacuten electroacutenica Estaacuten
caracterizados por la presencia de orbitales 4f parcialmente llenos [1] Los
nuacutemeros atoacutemicos de estos elementos van de 41 hasta 71 (Ce-Lu)
La configuracioacuten electroacutenica de los iones Ln3+ es 4fn5s25p6 (n= 0-14) Los orbitales
4f son orbitales internos con respecto a los 5s y 5p por lo cual estaacuten maacutes
cercanos al nuacutecleo Los orbitales 5s y 5p protegen a los electrones 4f de
interacciones externas determinando las propiedades de los iones Ln3+ [1] o
conducta quiacutemica debido a la pequentildea diferencia de energiacutea que distingue a los
electrones 4f de los electrones 5d [23]
Las tierras raras como grupo constituyen el 0008 en peso de la corteza
terrestre Los minerales que contienen lantaacutenidos son la monacita la bastnasita
la xenotima la gadolinita la alanita y la euxenita los cuales ocurren en las
regiones de rocas iacutegneas [4]
Los elementos de las tierras raras en soluciones acuosas son acuocationes que
tienen asociado un cierto nuacutemero de moleacuteculas de agua en la esfera de
coordinacioacuten primaria [1] Las aplicaciones de los lantaacutenidos se iniciaron
praacutecticamente a mediados del siglo XIX por ejemplo en los encendedores
despueacutes empezaron a utilizarse en los vidrios oacutepticos como reactivos de
desplazamiento en resonancia magneacutetica nuclear en quiacutemica orgaacutenica en
bioquiacutemica en cataacutelisis en componentes oacutepticos y electroacutenicos en los
superconductores de alta temperatura y en medicina como materiales
intensificadores de rayos X como agentes de relajamiento para teacutecnicas de
imagen en resonancia magneacutetica nuclear y desde luego como radioisoacutetopos para
aplicaciones farmaceacuteuticas Su utilidad en medicina y en la industria aumentoacute al
aplicarse las propiedades luminiscentes de sus complejos en el
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
25
fluoroinmunoensayo la fluorescencia retardada los electrodos sensoriales
luminiscentes etc [5]
22 PRASEODIMIO
El praseodimio metaacutelico (siacutembolo Pr No Atoacutemico 59) es amarillento y forma una
capa de oacutexido cuando se expone al aire huacutemedo Es un isotopo estable con masa
de 140907 y abunda en la naturaleza en un 100 [6] fue descubierto por el
austriaco Auer Von Welsbach en 1885 [7] Este elemento tiene dos estados de
oxidacioacuten +3 y +4 El Pr3+ con configuracioacuten electroacutenica [54Xe]4f2 Presenta
propiedades fisicoquiacutemicas que pueden magnificarse al formar complejos con
ligantes orgaacutenicos El ion metaacutelico luminece en el visible y en el infrarrojo cercano
[68 y 9]
23 CICLODEXTRINAS (CDs)
La celulosa y el almidoacuten son dos poliacutemeros de glucosa principales que se
producen a partir de la fotosiacutentesis considerados como importantes fuentes de
energiacutea renovables de la tierra al hidrolizarse el almidoacuten por efecto de la enzima
ciclomaltodextrin-glucano-transferasa (CGT) da origen a las dextrinas ciacuteclicas Por
lo tanto las ciclodextrinas son oligoacutemeros ciacuteclicos [1011] se obtienen durante la
degradacioacuten enzimaacutetica del almidoacuten y consisten en una serie de oligosacaacuteridos
ciacuteclicos formados por 6 (α) 7 (β) y 8 (γ) unidades de α-D-glucosa (Figura 1)
[1213] poseen estructura semejante entre ellas pero sus propiedades son
diferentes (Tabla 1)
Figura 1 Estructura de α β y γ ciclodextrinas
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
26
Tabla 1 Propiedades fisicoquiacutemicas de los diferentes tipos de ciclodextrinas naturales [11]
α-CD β-CD γ-CD
Uniones de glucosa 6 7 8 Diaacutemetro interno (nm) 047-053 060-065 075-083 Profundidad de la cavidad (nm)
079 079 079
pK valor 123 122 121 Solubilidad en agua 125 185 232 PM (DA) 972 1135 1297 Volumen de cavidad (aprox)
174 262 427
Agua cristalina ( ww) 102 133-45 813-177 Interaccioacuten hidrofoacutebica CD-cavidad CD-cavidad CD-cavidad Puente de hidrogeno Glucosa-OH Glucosa-OH Glucosa-OH ∆Hdeg (solucioacuten) kcalmol 767 831 773 ∆Sdeg (solucioacuten) cal(mol K) 138 117 147
(mg mml-1 25deg C) (106 pm3)
Las ciclodextrinas como materiales polihidroxilados han sido objeto de una amplia
variedad de reacciones La reaccioacuten maacutes estudiada es el ataque electrofiacutelico al
grupo OH de su estructura [14] La cavidad interior de las ciclodextrinas es
hidrofobica por lo que estos compuestos son capaces de albergar moleacuteculas
hidroacutefobas maacutes pequentildeas para formar complejos ldquoanfitrioacuten-hueacutespedldquo en los que la
moleacutecula hueacutesped queda encapsulada por la ciclodextrina [1315] De acuerdo a
estas caracteriacutesticas son capaces de formar complejos de inclusioacuten por medio de
enlaces no covalentes los cuales estabilizan a una gran variedad de moleacuteculas
[16] Las ciclodextrinas pueden formar compuestos cristalinos a partir de
moleacuteculas orgaacutenicas hueacutesped en estado soacutelido liacutequido e incluso gaseoso En
consecuencia las moleacuteculas insolubles en agua pueden llegar a ser
completamente solubles mediante un tratamiento con disoluciones acuosas de
ciclodextrina sin que se produzca modificacioacuten quiacutemica alguna en la moleacutecula
hueacutesped ya que no se origina ninguacuten enlace covalente durante la interaccioacuten
entre la ciclodextrina y la moleacutecula insoluble en agua [1315]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
27
La importancia que las ciclodextrinas estaacuten cobrando en la actualidad se observa
en el raacutepido desarrollo de su mercado sobre todo en el constante nuacutemero de
trabajos de investigacioacuten patentes y conferencias que estaacuten teniendo lugar en
estos uacuteltimos antildeos [17] el mayor porcentaje de ciclodextrinas usadas
comercialmente corresponde a la alimentacioacuten [18] y a la cosmeacutetica y aseo
personal [19] Las ciclodextrinas se utilizan para enmascarar olores y sabores
desagradables disminuyen la incompatibilidad faacutermaco-excipiente mejoran la
estabilidad fiacutesica y quiacutemica de compuestos volaacutetiles y de principios activos que
sean hidrolizables oxidables o fotosensibles para convertir faacutermacos liacutequidos en
soacutelidos para su formulacioacuten en tabletas y una muy importante para incrementar la
solubilidad en agua y la velocidad de disolucioacuten de faacutermacos poco solubles
Factores que aumentaraacuten la biodisponibilidad existiendo la posibilidad de reducir
la dosis asiacute como mejorar la absorcioacuten percutaacutenea y rectal al reducirse el caraacutecter
hidrofoacutebico del faacutermaco [20]
Se puede mejorar la solubilidad de determinados compuestos como el retinol
empleado en formulaciones anti-envejecimiento al tiempo que los complejos con
ciclodextrina son maacutes estables a la reaccioacuten de oxidacioacuten y a la accioacuten de la
radiacioacuten ultravioleta Sin embargo es indudable que el mayor esfuerzo en
investigacioacuten estaacute relacionado con su potencial aplicacioacuten farmaceacuteutica [2122]
24 β-CICLODEXTRINA
La beta ciclodextrina es la maacutes empleada por sus caracteriacutesticas y propiedades de
estructura que presenta Las ciclodextrinas se forman mediante unidades de
glucopiranosa las cuales contienen 3 grupos de hidroxilos libres cada una la β-
ciclodextrina (Figura 1) posee 21 hidroxilos los cuales pueden ser modificados por
sustitucioacuten de los aacutetomos H u OH por diferentes grupos tales como hidroxialkil
amino alquil etc A partir de las CDs naturales se han sintetizado otros tipos de
CDs llamadas derivadas o modificadas El objetivo de obtener los derivados de las
CDs puede ser el aumento de solubilidad y estabilidad en el agua o mejorar la
encapsulacioacuten de la moleacutecula hueacutesped en su cavidad hidrofobica de la CD
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
28
25 2-HIDROXIPROPIL-β-CICLODEXTRINA
Entre los derivados de la β-ciclodextrina se encuentran las heterogeacuteneas amorfas
y altamente solubles como son la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Figura 2) y la
metil- β-ciclodextrina
La hidroxilpropil beta ciclodextrina (2HPβCD) que es una ciclodextrina sustituida
se obtiene de una solucioacuten base de la beta ciclo dextrina solubilizada con oacutexido de
propileno resultando un sistema isomerico cuya sustitucioacuten puede darse en las
posiciones 1 2 o 3 con solubilidad mayor a 500 mgmL en agua y a temperatura
ambiente La alquilacioacuten o hidroxialquilacioacuten de las ciclodextrinas afectan las
propiedades fisicoquiacutemicas de los derivados incluyendo la habilidad para formar
complejos farmaceacuteuticos y no es toacutexica despueacutes de una administracioacuten oral en
dosis menores a 500 mgkg por viacutea intravenosa [24 25]
Figura 2 2HPβCD
La complejacioacuten del praseodimio con la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina se obtiene el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con el fin de observar la influencia de la
solubilidad y estabilidad del praseodimio
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
29
26 HIDROacuteLISIS
La hidroacutelisis es decir la reaccioacuten de una especie tal como un ion metaacutelico con
los iones del agua asiacute como las reacciones redox y la formacioacuten de complejos con
los iones carbonato son algunas de las reacciones criacuteticas que controlan el
comportamiento de los lantaacutenidos en soluciones acuosas [12] en donde las
moleacuteculas de la sustancia son divididas en el agua
Las reacciones de hidroacutelisis dependen fuertemente del medio en que se efectuacutean
como son la fuerza ioacutenica el pH del medio la concentracioacuten del elemento y la
temperatura son paraacutemetros que rigen esas reacciones
Las reacciones de hidroacutelisis del praseodimio se muestran a continuacioacuten asiacute como
su constante de equilibrio de acuerdo a la ley de accioacuten de masas (Tabla 2)
Tabla 2 Reacciones de hidroacutelisis del praseodimio y constantes de equilibrio
Equilibrio Quiacutemico Constante de equilibrio
1 1198751199033+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)2+ + 119867+ 1198701119867 =
[119875119903(119874119867)2+][119867+]
[1198751199033+]
2 119875119903 (119874119867)2+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)2+ + 119867+
11987012119867 =[119875119903(119874119867)2
+][119867+]
[119875119903 (119874119867)2+]
3 119875119903 (119874119867)2+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)3
0 + 119867+ 11987013119867 =
[119875119903(119874119867)3+][119867+]
[119875119903(119874119867)2+]
4 119875119903 (119874119867)119899minus1+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)119899
0 + 119867+ 1198701119899119867 =
[119875119903(119874119867)119899+][119867+]
[119875119903(119874119867)119899minus1+ ]
5 1198751199033+ + 2119867119875120573119862119863 + 1198672119874 1198751199032119867119875120573119862119863(119874119867)2+ + 119867+ 11987011199011199032119867119875119861119862119863 =[119875119903 minus 2119867119875120573119862119863]
[1198751199033+]
De acuerdo con la ley de accioacuten de masas se pueden definir las constantes de
equilibrio (K) como K1H K12H K13H K1nH y K1Pr2HBCD Y con base en ellas se
pueden definir las constantes globales o acumulativas de hidroacutelisis
β1OH = K1H β12OH = [K1H][K12H] β13OH = [K1H][K12H][K13H]helliphelliphellip
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
30
Se entiende como constantes de Broumlnsted a las ecuaciones de la ley de accioacuten de
masas en las cuales el teacutermino de H+ aparece como actividad y las demaacutes especies
aparecen en teacuterminos de concentracioacuten
Las reacciones de hidroacutelisis se afectan cuando cambian las condiciones en las que
se llevan a cabo Una de esas condiciones a la que se le ha puesto atencioacuten
aunque hasta ahora no la suficiente es la fuerza ioacutenica Por lo general los trabajos
dedicados a la determinacioacuten de las constantes de hidroacutelisis se han efectuado en
medios de fuerza ioacutenica baja consideradas como soluciones ideales
Sin embargo para los medios tales como el agua de mar y otros de fuerza ioacutenica
maacutes elevada por ejemplo las minas de sal para almacenamiento de desechos
radiactivos se encuentran pocos datos en la literatura [25]
27 FUERZA IOacuteNICA
El comportamiento de los iones en una disolucioacuten depende de la composicioacuten
ioacutenica total de la misma la cual se expresa por su fuerza ioacutenica [26]
119868 =1
2sum 119862119894119885119894
2 Ec 1)
Donde
I = fuerza ioacutenica Ci = concentracioacuten molar de los iones existentes y Z
i = carga
ioacutenica de los iones existentes
La caracteriacutestica fundamental de las sales que se adicionan a un medio para
imponer la fuerza ioacutenica es que sean inertes pues no deben tomar parte en el
equilibrio quiacutemico [27] El aacutecido percloacuterico es el aacutecido maacutes fuerte en solucioacuten
acuosa por lo tanto el ion perclorato es una base deacutebil maacutes que los iones cloruro
y muestra muy poca tendencia a unirse a iones hidroacutegeno Lo mismo puede
decirse acerca de su tendencia a reaccionar con iones metaacutelicos que pueden
considerarse como aacutecidos de Lewis En la mayoriacutea de los percloratos metaacutelicos en
solucioacuten el ion metaacutelico se encuentra en forma hidratada siempre y cuando la
solucioacuten sea suficientemente aacutecida para que no se produzca la formacioacuten de
hidroxo complejos [28]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
31
La fuerza ioacutenica juega un papel de gran importancia en el pH Feldman en 1956
observoacute que el pH de una solucioacuten buffer 005 M de ftalato aacutecido de potasio
cambioacute desde 400 en fuerza ioacutenica cero hasta 357 en fuerza ioacutenica 2 M de KCl
Feldman explicoacute que el pH disminuye debido a que el coeficiente de actividad
cambia y por lo tanto hay mayor disociacioacuten de ftalato aacutecido de potasio [29] En la
literatura se han reportado diversos estudios de las constantes de estabilidad del
praseodimio en fuerza ioacutenica 2M (Tabla 3) donde se han empleado diferentes
condiciones de temperatura fuerza ioacutenica y diferentes meacutetodos donde se han
obtenido valores diferentes de la constante de estabilidad del praseodimio
Tabla 3 Datos de la literatura sobre la primera constante de hidroacutelisis (log β1) del praseodimio
Medio Meacutetodo Molaridad Log +β1 T K Referencia
NaCl ESTP 2 -874plusmn006 303 De la Cruz et al 2013
NaCl ES 2 -894plusmn002 303 Loacutepez et al 2010 NaCl SQUAD 2 -894plusmn003 303 Gonzales et al
2009 NaCl SQUAD 2 -891plusmn019 303 Gonzales et al
2009 NaCl ES 2 -877plusmn003 303 Gonzales et al
2009 NaClO4 TP 2 -838plusmn002 303 Loacutepez et al2005
NaCl TP 2 -876plusmn002 303 Loacutepez et al2005 NaCl TP 1 -858plusmn002 303 Ramirez et al
2004 NaClO4HClO4 ESTP 07 -862plusmn006 298 Klungness y
byrne2002 LiClO4 TP 3 -874plusmn003 303 Ciavata et al
1989 NaClO4 TP 3 -956plusmn003 298 Burkov et al
1982 NR RE 0 -81 298 Baes y Mesmer
1976 LiClO4 ED 02 -71plusmn007 298 Guillaumont et
al 1971 NaClO4 Ba(OH)2
TP 03002 -945 298 Frlova et al 1966
NaClO4 LiClO4
TP 3 -85 298 Tobias y Garrett1956
TP Titulacioacuten potenciomeacutetrica ES Espectrofotomeacutetrica RE Relacioacuten empiacuterica ED Extraccioacuten con
disolvente T K Temperatura
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
32
Sin embargo solo se ha podido determinar el valor de la primera constante de
estabilidad en este estudio se pretende conocer el valor de varias especies
aprovechando el aumento de solubilidad que ofrecen las ciclodextrinas
28 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACIOacuteN
281 MICROSCOPIacuteA ELECTROacuteNICA DE BARRIDO (MEB)
La superficie de un soacutelido puesto en contacto con un liacutequido o con un gas difiere
sustancialmente en su interior tanto en su composicioacuten quiacutemica como en sus
propiedades fiacutesicas a la de la inicial La caracterizacioacuten de estas propiedades de
superficie es de vital importancia en numerosos campos que incluyen la cataacutelisis
heterogeacutenea la tecnologiacutea de partiacuteculas delgadas semiconductoras los
mecanismos de corrosioacuten y adhesioacuten la actividad de las superficies metaacutelicas las
caracteriacutesticas de la dureza y los estudios sobre el comportamiento y las funciones
de las membranas bioloacutegicas [30]
En muchos campos de la quiacutemica de las ciencias de los materiales de la geologiacutea
y de la biologiacutea es cada vez de maacutes importancia el conocimiento detallado de la
naturaleza fiacutesica de las superficies de los soacutelidos Normalmente la informacioacuten se
obtiene sobre las superficies con una resolucioacuten considerablemente elevada
mediante tres teacutecnicas la microscopia electroacutenica de barrido (MEB) microscopia
de barrido de efecto tuacutenel y microscopia de fuerzas atoacutemicas [31] El microscopio
electroacutenico de barrido (MEB) es un instrumento para obtener fotografiacuteas
tridimensionales debido a que tiene una alta resolucioacuten y una gran profundidad de
campo En las fotografiacuteas se puede apreciar la estructura de muestras
microscoacutepicas detallando de manera extraordinaria sus caracteriacutesticas
morfoloacutegicas y topograacuteficas [32] de distintos materiales
Un instrumento que se ha desarrollado para el anaacutelisis de muestras a traveacutes del
microscopio electroacutenico de barrido es el analizador EDS (espectroacutemetro de
dispersioacuten de energiacutea) de rayos X el cual identifica la distribucioacuten cuantitativa y
cualitativa de elementos quiacutemicos que se encuentran presentes en la muestra
mostrando graacuteficas e imaacutegenes relacionadas con esa distribucioacuten Es pertinente
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
33
sentildealar que el analizador EDS de rayos X identifica y evaluacutea el contenido de
elementos quiacutemicos desde el carbono al uranio en superficies planas o secciones
finas de las muestras en todo tipo de material (bioloacutegico e inerte) [33]
282 ESPECTROSCOPIA DE ABSORCION ULTRAVIOLETA-VISIBLE (UV-
VIS)
Una de las teacutecnicas instrumentales maacutes utilizadas en la deteccioacuten de complejos de
inclusioacuten con CDs es la espectroscopia de absorcioacuten UV-VIS Es una teacutecnica
versaacutetil de amplia aplicacioacuten de manejo sencillo y preciso Debido a que la
mayoriacutea de las moleacuteculas orgaacutenicas absorben en la regioacuten UV o visible del
espectro donde experimentan variaciones en las posiciones de los maacuteximos de
absorcioacuten (cualitativas) o en el valor del coeficiente de absorcioacuten molar
(cuantitativas) tras la formacioacuten del complejo con CDs Como existen numerosas
moleacuteculas orgaacutenicas deacutebilmente solubles en agua son difiacuteciles de analizar por
esta teacutecnica espectrofotomeacutetrica Sin embargo la inclusioacuten conlleva a la
solubilizacioacuten permitiendo obtener el espectro de absorcioacuten en solucioacuten acuosa
que podriacutea producir variaciones en su espectro en solventes de baja polaridad
comparables con respecto a otros solventes maacutes polares [34]
La espectroscopia UV-Vis (en el rango de longitudes de onda del ultravioleta y
visible) se basa en el anaacutelisis de la cantidad de radiacioacuten electromagneacutetica que
puede absorber o transmitir una muestra [35] Cuando la radiacioacuten
electromagneacutetica interacciona con la materia se produce absorcioacuten de radiacioacuten
Si la frecuencia de esta radiacioacuten corresponde a la energiacutea necesaria para elevar
el sistema a un nivel de energiacutea superior se produce el estado excitado [36] De
acuerdo con este fenoacutemeno cada sustancia poseeraacute una longitud de onda de
maacutexima absorcioacuten que la caracteriza cualitativamente [35] Esta
espectrofotometriacutea utiliza radiaciones del campo UV de 80 a 400 nm
principalmente de 200 a 400 nm (UV cercano) y de luz visible de 400 a 800 nm
por lo que es de gran utilidad para caracterizar las soluciones en la regioacuten
ultravioleta-visible del espectro [37]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
34
283 DIFRACCIOacuteN DE RAYOS X (DRX)
Es una de las teacutecnicas de caracterizacioacuten maacutes potentes y maacutes comuacutenmente
utilizadas para el anaacutelisis estructural de cristales Sus caracteriacutesticas principales
son consecuencia de ser una ldquosondardquo electromagneacutetica de la materia con una
longitud de onda de magnitud muy parecida al espaciado interplanar de los soacutelidos
[38] Constituye la metodologiacutea maacutes apropiada para realizar el anaacutelisis de la
estructura cristalina del complejo [39] No obstante los diagramas de difraccioacuten
son una prueba concluyente para demostrar la inclusioacuten ya que el difractograma
del complejo es diferente al que se obtiene tras superponer los difractogramas de
la moleacutecula encapsulada y el de las CDs aisladas [40]
La interaccioacuten entre el vector eleacutectrico de la radiacioacuten X y los electrones de la
materia que atraviesa da lugar a una dispersioacuten Cuando los rayos X son
dispersados por el entorno ordenado de un cristal tienen lugar interferencias
(constructivas y destructivas) entre los rayos dispersados ya que las distancias
entre los centros de dispersioacuten son del mismo orden de magnitud que la longitud
de onda de la radiacioacuten El resultado es la difraccioacuten [41] Cuando las CDs
naturales o el hueacutesped cristalino son sometidas a la difractometriacutea de rayos X
eacutestos presentan un patroacuten de difraccioacuten de alta intensidad debido a su
cristalinidad Por el contrario si el complejo de inclusioacuten se forma va a mostrar un
patroacuten de tipo halo [42] con picos difusos y anchos caracteriacutesticos de un
compuesto amorfo Esta teacutecnica es sumamente uacutetil para verificar la formacioacuten de
complejos de inclusioacuten en el caso de hueacutespedes liacutequidos En efecto ya que estos
no presentan ninguacuten patroacuten de difraccioacuten si son incluidos se va a obtener un
difractograma con un patroacuten bien definido [43]
284 ESPECTROSCOPIA DE INFRARROJO (IR)
La aplicacioacuten del meacutetodo de infrarrojo se limita a aquellos hueacutespedes que tienen
ciertas bandas de absorcioacuten caracteriacutesticas como los grupos carbonilo hidroxilo o
C-H u otros que permitan evaluar si existen diferencias entre los espectros del
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
35
hueacutesped libre y encapsulado [42] Cuando se produce la encapsulacioacuten del
compuesto hueacutesped se produce un corrimiento o disminucioacuten de la intensidad de
ciertas bandas caracteriacutesticas del espectro correspondiente al hueacutesped Sin
embargo dichos cambios son muy sutiles debido a que el hueacutesped representa un
5-10 del peso total del complejo por lo cual requiere una interpretacioacuten
cuidadosa del espectro [44]
285 ESPECTROSCOPIA RAMAN
La espectroscopia Raman mide la intensidad de la radiacioacuten como una funcioacuten de
la frecuencia (o del nuacutemero de onda) [45] Esta teacutecnica es complementaria del IR y
la informacioacuten que aporta es semejante Las bandas se desplazan y se modifican
como consecuencia del proceso de inclusioacuten [46] Los espectros Raman se
obtienen al irradiar una muestra con una potente fuente laser de radiacioacuten
monocromaacutetica visible o infrarroja Durante la radiacioacuten se registra el espectro de
la radiacioacuten dispersada en un cierto aacutengulo (por lo general 90 deg) con un
espectroacutemetro adecuado [47] Las bandas se desplazan y se modifican como
consecuencia del proceso de inclusioacuten Probablemente la espectroscopia Raman
resulta de mayor utilidad en el caso de complejos en medios liacutequidos donde la
presencia de soluciones acuosas no supone un obstaacuteculo como ocurre en el caso
de la espectroscopia IR [48]
29 TITULACIOacuteN ESPECTROFOTOMEacuteTRICA
El meacutetodo espectrofotomeacutetrico es un meacutetodo analiacutetico el cual por medio de un
espectrofotoacutemetro permite comparar la radiacioacuten electromagneacutetica de una
sustancia en funcioacuten de su concentracioacuten desconocida y una concentracioacuten
conocida de la misma sustancia y evaluar el momento de reaccioacuten de un aacutecido y
una base mediante la absorcioacuten de radiacioacuten electromagneacutetica de la sustancia a
cierta longitud de onda fija permite determinar el punto final de la titulacioacuten La
medicioacuten de absorbancia se realiza en cada adicioacuten del titulante asiacute se
construyen graficas de absorbancia en funcioacuten del pCH de cada aliacutecuota de adicioacuten
del titulante (Figura 3) donde se observara la zona saturada y no saturada Estas
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
36
dos zonas nos permitiraacuten determinar el punto de inicio de precipitacioacuten del
lantaacutenido
Figura 3 Ilustracioacuten de un diagrama general de pLn(c)-pCH
El punto de precipitacioacuten (pCH) se utiliza para delimitar el intervalo de la zona no
saturada Este intervalo se utiliza en un programa de coacutemputo como
SUPERQUAD que se emplea para determinar constantes de equilibrio
210 MEacuteTODO POTENCIOMEacuteTRICO
Es el meacutetodo maacutes estudiado para determinar constantes de hidroacutelisis por su
sencillez y exactitud el meacutetodo se basa en la titulacioacuten de una solucioacuten de
concentracioacuten conocida de base (o aacutecido) con un aacutecido fuerte (o base fuerte) la
reaccioacuten se puede seguir por ejemplo con electrodos de vidrio y calomel
conectados a un potencioacutemetro [49] de los datos obtenidos de la titulacioacuten se
construye una graacutefica de titulacioacuten de pH en funcioacuten del volumen adicionado del
titulante (Figura 4)
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
37
Figura 4 Ilustracioacuten de una valoracioacuten potenciomeacutetricas directa con su primera derivada (∆pCH∆V)
El teacutermino pH se aplica habitualmente al logaritmo inverso de la concentracioacuten del
ion hidronio sin embargo cuando la fuerza ioacutenica es alta y el electrodo del
indicador es sensible al pH es importante diferenciar entre el logaritmo inverso de
la concentracioacuten de los iones hidronio (pCH) y el valor del pH experimental La
concentracioacuten de los iones hidronio (o de OH-) en el equilibrio y la composicioacuten de
una solucioacuten dada permiten calcular la razoacuten molar de los iones OH- unidos al ion
metaacutelico en solucioacuten un grupo de valores de [H+] y la concentracioacuten inicial del
metal son los datos necesarios para determinar las constantes de hidroacutelisis [49]
Se alimentan los datos de la zona no saturada y volumen del titulante adicionado a
la valoracioacuten potenciomeacutetrica al programa de coacutemputo SUPERQUAD y asiacute poder
determinar las constantes de hidroacutelisis del Pr
211 PROGRAMA DE COacuteMPUTO SUPERQUAD
El programa de coacutemputo SUPERQUAD fue creado por Gans Sabatini y Vacca
escrito en lenguaje fortran calcula las constantes de equilibrio en sistemas
multicomponentes y multireaccionantes Esas constantes se calculan con la base
de un modelo quiacutemico el cual debe incluir la estequiometria y los valores
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
38
estimados de las constantes globales de formacioacuten de cada una de las especies
presentes durante la valoracioacuten Se aplica reiteradamente el meacutetodo de miacutenimos
cuadrados a las diferencias que se generan en los potenciales experimentales de
las celdas menos los calculados por el propio programa Para alcanzar el miacutenimo
de estas diferencias se aplica el algoritmo de Marquadt Por uacuteltimo en el archivo
de salida del programa SUPERQUAD se obtienen los valores calculados y un
anaacutelisis estadiacutestico de los datos [25]
39
______________________________
CAPIacuteTULO III
HIPOacuteTESIS
______________________________
CAPIacuteTULO III HIPOacuteTESIS
40
3 HIPOacuteTESIS
La 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina aumentaraacute la solubilidad del praseodimio de
esta manera permitiraacute determinar varias especies quiacutemicas de hidroacutelisis de este
elemento en medio 2 M de NaClO4 a 30 degC
41
______________________________
CAPIacuteTULO IV
OBJETIVOS
______________________________
CAPIacuteTULO IV OBJETIVOS
42
4 OBJETIVOS
Objetivo general
Estudiar el comportamiento quiacutemico en solucioacuten acuosa del compuesto de
inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por medio de la
determinacioacuten de las constantes de hidroacutelisis en 2 M de NaClO4 a 30 degC
Objetivos especiacuteficos
Obtener el compuesto de inclusioacuten del praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina
Determinar las constantes de la hidroacutelisis de las especies quiacutemicas de
praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en 2 M de
NaClO4 y a 30 degC por el meacutetodo espectrofotomeacutetrico y el meacutetodo
potenciomeacutetrico
Determinar la constante de hidroacutelisis del compuesto de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en 2 M de NaClO4 y a 30 degC
por el meacutetodo espectrofotomeacutetrico y el meacutetodo potenciomeacutetrico
43
______________________________
CAPIacuteTULO V
METODOLOGIacuteA
______________________________
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
44
5 METODOLOGIacuteA
El diagrama de flujo (Figura 5) muestra el resumen de las actividades del
desarrollo experimental que se siguioacute en el estudio del praseodimio en presencia
de la 2HPβCD
Figura 5 Diagrama de flujo
INICIO
Preparacioacuten de las soluciones de 2M de NaClO4 PrCl3xH2O 2HPβCD y
Pr-2HPβCD
Preparacioacuten de precipitados PrCl3H2O 2HPβCD y Pr-
2HPβCD
Irradiacioacuten Gamma
Caracterizacioacuten de reactivos y el complejo de
inclusioacuten
UV-Vis
MEB y EDS
DRX
EspectroscopiaIR
Espectroscopia Raman
Efecto de concentracioacuten
Solubilidad
Efecto de temperatura
Efecto de tiempo
Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Meacutetodo grafico
Valoraciones potenciomeacutetricas
Determinacioacuten de constantes
de hidroacutelisis con el programa de
coacutemputo SUPERQUAD
Anaacutelisis de
resultados
FIN
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
45
La descripcioacuten de cada una de las etapas de este diagrama se muestra
enseguida
Los reactivos empleados en este trabajo fueron de grado analiacutetico Para la
preparacioacuten de las soluciones y lavado del material del laboratorio se usoacute agua
destilada
51 Preparacioacuten de la solucioacuten de la 2-hidroxipropyl- βeta-ciclodextrina
La solucioacuten del derivado de la beta ciclodextrina se preparoacute a partir de la 2-
hydroxipropyl-βeta-ciclodextrina [(C6H9O5)7-(C3H7O)45] de peso molecular 1396
gmol (anhidro) de Sigma-Aldrich Chem Company Inc el cual se disolvioacute con
agua destilada y agitacioacuten constante La concentracioacuten fue de 02389 M
52 Preparacioacuten de solucioacuten de praseodimio
La solucioacuten de praseodimio se preparoacute a partir del oacutexido de praseodimio (Pr6O11)
de Sigma-Aldrich Chem Company Inc El oacutexido se tratoacute con HCl concentrado el
precipitado resultante se diluyoacute en agua destilada y se evaporoacute hasta sequedad
este proceso se hizo tres veces Finalmente se diluyoacute con una solucioacuten de HCl de
pH 3 Esta solucioacuten se valoroacute con EDTA naranja de xilenol y piridina para
determinar la concentracioacuten la cual fue de 048 M
53 Preparacioacuten del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina
El complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina (Pr-
2HPβCD) se preparoacute a partir de las soluciones de la 2-hydroxipropyl-βeta-
ciclodextrina 02389 M y de la solucioacuten de praseodimio 048 M en la relacioacuten molar
11 La concentracioacuten del complejo de inclusioacuten fue de 0005 M Esta solucioacuten se
evaporoacute lentamente a sequedad en una parrilla de calentamiento Corning PC-351
Hot Plate-Stirrer durante 45 minutos El precipitado resultante se secoacute en una
estufa Lab Line Instruments Inc (Melrose Park Illinois) a 45-50degC durante 2
horas Varias fracciones de este precipitado se emplearon para determinar la
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
46
morfologiacutea la espectroscopia de infrarrojos difraccioacuten de rayos X y Raman
Tambieacuten se caracterizaron las muestras de PrCl3 XH2O y 2HPβCD
54 Determinacioacuten de las curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por UV-Vis
Para cuantificar praseodimio por espectrofotometriacutea UV-Vis se determinaron las
curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD para ello se
realizaron diluciones a diferentes concentraciones de PrCl3 XH2O manteniendo
constante la concentracioacuten de la 2HPβCD Los datos se muestran en la Tabla 4
Tabla 4 Diferentes concentraciones de praseodimio con 2HPβCD constante para determinar las curvas de calibracioacuten
Pr (ml) H2O
(ml)
2HPβCD
(ml)
Concentraciones
Pr2HPβCD [M]
00004 1999 2 00001 00025
00010 1998 2 000025 00025
00041 1995 2 0001 00025
00104 1989 2 00025 00025
00208 1979 2 0005 00025
00416 1958 2 001 00025
0104 1895 2 0025 00025
0260 1739 2 00625 00025
0520 1479 2 0125 00025
1041 0958 2 025 00025
125 075 2 03 00025
Las disoluciones se midieron en el espectroacutemetro UV-Vis marca Perkin Elmer
Lambda 10 en un intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
47
55 Estudio de la influencia de las relaciones molares de las soluciones del
complejo de inclusioacuten
Para determinar la influencia de la 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se prepararon las relaciones molares de PrCl3
XH2O y de 2HPβCD Los datos se muestran en la Tabla 5
Tabla 5 Relaciones molares 2HPβCD Pr
Relacioacuten 2HPβCDPr
2HPβCD (ml)
H2O (ml)
Pr (ml)
Concentraciones 2HPβCDPr [M]
051 0010 199 2 000125 00025
11 0020 1979 2 000250 00025
21 0041 1958 2 000500 00025
31 0062 1937 2 000750 00025
41 0083 1916 2 001000 00025
51 0104 1895 2 001250 00025
81 0167 1832 2 002000 00025
101 0209 1790 2 002500 00025
151 0313 1686 2 003750 00025
181 0376 1623 2 004500 00025
241 0502 1497 2 006000 00025
Las relaciones molares se prepararon a partir de las soluciones de PrCl3 XH2O
048 M y de la 2HPβCD 02389 M
Las disoluciones se midieron en el espectroacutemetro UV-Vis marca Perkin Elmer
Lambda 10 en un intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
56 Efecto de la Radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Para observar el efecto de la radiacioacuten gamma del Cobalto-60 (Co60) en el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se prepararon 6 soluciones de 10 ml del
complejo de inclusioacuten en relacioacuten molar 11 de concentracioacuten 0005 M de cada una
de ellas y soluciones de los reactivos PrCl3 XH2O y 2HPβCD en las mismas
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
48
condiciones Tambieacuten se prepararon 6 muestras soacutelidas de Pr-2HPβCD
(precipitado) PrCl3 XH2O y 2HPβCD de 02 g cada una
Cada una de estas muestras fue colocada en un vial de 20 ml luego se selloacute con
bolsa de plaacutestico y se irradiaron a diferentes dosis en el irradiador LGI-01
TRANSELEKTRO del ININ con una razoacuten de dosis de 103716 Gyh En la
posicioacuten de irradiacioacuten VICKRAD se colocaron tres muestras liacutequidas y tres
soacutelidas de la misma manera en la posicioacuten de irradiacioacuten GAMMACELL tres
muestras liacutequidas y tres soacutelidas En ambos casos cuando se alcanza la dosis
requerida (por ejemplo 1 Gy) una muestra se retira o se saca de la posicioacuten de
irradiacioacuten y asiacute sucesivamente se continuacutea hasta alcanzar la dosis maacutexima de
irradiacioacuten requerida Los datos se muestran en la Tabla 6
Tabla 6 Dosis de irradiacioacuten de Co60 aplicadas a las muestras en solucioacuten y soacutelidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 2HPβCD y PrCl3 XH2O en la instalacioacuten VICKRAD y GAMMACELL del irradiador
LGI-01 TRANSELEKTRO del ININ
1ra Serie Instalacioacuten VICKRAD
No Muestras soacutelidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
No Muestras liacutequidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
1 (a) 1 Gy 4 (1i) 1 Gy 2 (b) 10 Gy 5 (2i) 10 Gy
3 (c) 100 Gy 6 (3i) 100 Gy
2da Serie Instalacioacuten GAMMACELL
No Muestras soacutelidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
No Muestras liacutequidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
1 (d) 05 KGy 4 (4i) 05 KGy
2 (e) 5 KGy 5 (5i) 5 KGy
3 (f) 10 KGy 6 (6i) 10 KGy
Las muestras liacutequidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD PrCl3-XH2O y
2HPβCD irradiadas se evaporaron a sequedad para realizar el anaacutelisis de
caracterizacioacuten
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
49
57 Caracterizacioacuten del compuesto de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina
571 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB)
Para realizar este anaacutelisis se emplearon fracciones de cada uno de los reactivos
PrCl3 XH2O 2HPβCD el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD irradiado Cada una de las fracciones se colocaron en un
porta muestras de aluminio Se recubrieron con una capa de oro para que las
muestras fueran conductoras El anaacutelisis morfoloacutegico se realizoacute en un microscopio
JSM-1600 y JSM-6610LV acoplados a una sonda de espectroscopia de difraccioacuten
de rayos X con el software de los equipos se obtuvo el anaacutelisis elemental
realizado por EDS (Energy Dispersion of X ray Espectrosocopy) que proporcionoacute
informacioacuten cualitativa y cuantitativa de las muestras analizadas
572 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX)
Este anaacutelisis se realizoacute con el difractoacutemetro de polvos SIEMENS D-5000 con
aacutenodo de cobre λ = 15406 Ǻ y un barrido de 25-80 en 2ɵ Para ello se colocaron
en un porta muestras fracciones de cada una de las muestras PrCl3 XH2O
2HPβCD Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado En cada una de estas muestras se
hizo incidir un haz de rayos X De esta manera se obtuvieron graacuteficas de
intensidad en funcioacuten del aacutengulo de difraccioacuten Los resultados se compararon con
las tarjetas de los patrones reportados por el Joint Committee on Powder
Diffraction Standards (JCPDS)
573 Anaacutelisis por espectroscopia de infrarrojo (IR)
Se realizoacute la espectroscopia de infrarrojo de las muestras de PrCl3 XH2O
2HPβCD Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado con el espectroacutemetro Nicolet
Magna-IRTM spectrometer 550 FTIR en un intervalo de 450-4000 cm-1 Las
muestras se prepararon con un estaacutendar de KBr mediante el meacutetodo de
dispersioacuten de pastilla para su anaacutelisis
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
50
574 Anaacutelisis por espectroscopia Raman
Se realizoacute la espectroscopia Raman de las muestras de PrCl3 XH2O 2HPβCD
Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado con el equipo Raman LabRamHR JovynIvon-
Horiba Una fraccioacuten de cada una de las muestras se colocaron en un porta
muestras conectado a un microscopio y se hizo incidir un rayo laacuteser de un
microacutemetro de diaacutemetro Como resultado se obtuvo una graacutefica de intensidad
Raman contra el desplazamiento Raman Los espectros Raman de las muestras
fueron obtenidos en un intervalo de 0 a 1700 cm-1
58 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-βeta-ciclodextrina
581 Efecto de temperatura
En un tubo de ensaye se le adicionoacute 2 ml de agua destilada a 20 0C En un bantildeo
mariacutea a la temperatura de 20 0C se colocoacute el tubo de ensaye con 2 ml de agua
destilada y se le adicionoacute poco a poco la muestra del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD (05 g previamente pesada) Se agitoacute manualmente de manera
constante hasta observar la formacioacuten de precipitado (Pr-2HPβCD) en el fondo
del tubo de ensaye
Este proceso tambieacuten se realizoacute a las temperaturas de 35 42 50 y 60degC El
residuo del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD que ya no se adicionoacute en el tubo de
ensaye se pesoacute y por diferencia con el peso inicial (05 g) se determinoacute los
gramos solubilizados del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Los datos se
muestran en la Tabla 7
Con los resultados obtenidos se graficoacute la temperatura en funcioacuten de la cantidad
de complejo de inclusioacuten solubilizado
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
51
Tabla 7 Cantidad de complejo solubilizado a diferentes temperaturas en 2 ml de agua destilada
Pr-2HPβCD (g)
H2O
(ml)
Temp (degC) del H2O
Pr-2HPβCD solubilizados (g)
1 05 2 20 01866 2 05 2 35 02472 3 05 2 42 03014 4 05 2 50 03461 5 05 2 60 03628
582 Efecto del tiempo
En un tubo de ensaye se le adicionoacute 2 ml de agua destilada a temperatura
ambiente Se le adicionoacute la muestra del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD (01001
g previamente pesada) se registroacute el tiempo (inicial) y se agitoacute manualmente de
manera constante hasta observar la formacioacuten de precipitado (Pr-2HPβCD) en el
fondo del tubo de ensaye Se registroacute el tiempo (final) cuando el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD se solubilizoacute completamente Este proceso se realizoacute 5
veces La determinacioacuten del tiempo de solubilizacioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD es la diferencia entre el tiempo inicial y final Los datos se muestran en la
Tabla 8 Con los resultados obtenidos se graficoacute los gramos solubilizados del
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en funcioacuten del tiempo
Tabla 8 Cantidades de complejo Pr-2HPβCD y agua destilada en cada tubo de ensaye
Pr-2HPβCD
(g)
H2O
(ml) Tiempo (seg)
1 01001 2 161
2 01005 2 163
3 01011 2 167
4 01018 2 169
5 01026 2 170
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
52
59 Determinacioacuten de la curva de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4
Para corregir el pH experimental en el medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 se
preparoacute una solucioacuten de NaOH al 50 pesovolumen A partir de esta solucioacuten se
preparoacute una solucioacuten de hidroacutexido de sodio a una concentracioacuten de 1 N en una
caja de guantes con atmosfera de nitroacutegeno Esta solucioacuten se valoroacute con ftalato
aacutecido de potasio y fenolftaleiacutena para determinar su concentracioacuten Con esta
solucioacuten de NaOH 1 N se prepararon soluciones de 01 001 y 0001 M y a estas
mismas concentraciones con HCl 1N titrisol ambas en medio de fuerza ioacutenica 2 M
de NaClO4 La medicioacuten de pH de estas soluciones (pH experimental) se
realizaron con un electrodo de vidrio AgClAg Radiometer XG200 con agitacioacuten
constante a temperatura de 30 degC controlada por un bantildeo de agua circulante
ldquoPolyscience Circulatiorrdquo modelo 12101-10 Se mantuvo una atmosfera de
nitroacutegeno en la celda potenciomeacutetrica de doble pared Se midioacute el pH 3 veces de
cada solucioacuten el mismo diacutea y durante tres diacuteas consecutivos Se promediaron los
datos obtenidos y se trazoacute una graacutefica que permitioacute realizar la relacioacuten entre el
logaritmo inverso de la concentracioacuten de los iones hidrogeno (pCH) y el pH
experimental
510 Valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Se realizaron valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD con hidroacutexido de sodio en fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 para ello se
colocoacute en una celda de reaccioacuten 10 ml de 2 M de NaClO4 de pH 3 21 microL de la
solucioacuten de 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina de concentracioacuten 02389 M y 105
microL de la solucioacuten de PrCl3 XH2O de concentracioacuten 048 M para tener una
concentracioacuten inicial de 000025 M del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Se
midioacute el pH se tomoacute una aliacutecuota de 3 ml y se midioacute su absorbancia con el
espectrofotoacutemetro UV-Vis Perkin Elmer Lambda 10 en un intervalo de longitud de
onda de 200 a 700 nm Como blanco se empleoacute agua destilada Los 3 ml de
solucioacuten medida por UV-Vis se regresaron a la celda de reaccioacuten Posteriormente
se adicionaron aliacutecuotas de una solucioacuten de 00025 M de NaOH en 2 M de
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
53
NaClO4 Se repitioacute varias veces el proceso de tomar una aliacutecuota en la celda de
reaccioacuten a la celda de cuarzo y medir la absorbancia del complejo de inclusioacuten de
tal manera que el pH incrementara de 02 en 02 hasta alcanzar un pH de 9 o 10
aproximadamente En todo el proceso se mantuvo una temperatura de 30 degC y
una atmoacutesfera de nitroacutegeno constante en la celda
Con los datos de pH y absorbancia a una longitud de onda de 210 nm obtenidos
se graficaron los valores de la absorbancia en funcioacuten del pCH para determinar el
pCH de precipitacioacuten la zona no saturada y la zona saturada
511 Valoraciones potenciomeacutetricas directas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Con el sistema de titulacioacuten automaacutetica que consiste de un potencioacutemetro
Radiometer TIM900 Titrilab de un electrodo combinado de vidriondashAgClAg y una
bureta automaacutetica de 20 ml se realizaron valoraciones potenciomeacutetricas directas
Para lo cual se colocoacute en la celda de reaccioacuten 10 ml de 2 M de NaClO4 de pH 3
21 microL de la solucioacuten de 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina de concentracioacuten 02389
M y 105 microL de la solucioacuten de PrCl3 XH2O de concentracioacuten 048 M para tener
una concentracioacuten inicial de 000025 M del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Esta solucioacuten se valoroacute con NaOH 00025 M en 2 M de NaClO4 a una temperatura
de 30 degC flujo de nitroacutegeno y agitacioacuten constante Con los datos de pH y volumen
de NaOH se graficaron los valores de pCH en funcioacuten del volumen de NaOH El
intervalo de pCH de la zona no saturada se determinoacute despueacutes de que el aacutecido fue
neutralizado y el pCH final se determinoacute con el pCH de precipitacioacuten obtenido en la
titulacioacuten espectrofotomeacutetrica Este intervalo de pCH de la zona no saturada se
emplearon en el programa de computo SUPERQUAD para determinar los valores
de las constantes de hidroacutelisis del praseodimio y del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
54
______________________________
CAPIacuteTULO VI
RESULTADOS
______________________________
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
55
6 RESULTADOS
61 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 6 muestra los espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes
concentraciones en presencia de 2HPβCD 00025 M determinados en el intervalo
de longitud de onda de 200 a 700 nm En ellos se observa que cuando aumenta
la concentracioacuten del praseodimio en presencia de 2HPβCD aumenta el tamantildeo de
las bandas La 2HPβCD no presenta bandas de absorcioacuten en toda la regioacuten de
200-700 nm
Figura 6 Espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes concentraciones en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
A partir de la Figura 6 y de acuerdo al tamantildeo de las bandas de absorcioacuten de los
espectros UV-Vis en funcioacuten de la concentracioacuten del praseodimio se establecen
tres regiones de intereacutes En la regioacuten de longitud de onda de 200-225 nm la banda
de absorcioacuten maacutexima del praseodimio se encuentra en 215 nm para
concentraciones bajas en la regioacuten de 440-490 nm se encuentran las bandas de
absorcioacuten de 444 469 nm y 482 nm para concentraciones intermedias y
finalmente en la regioacuten de 558-600 nm se encuentran las bandas de absorcioacuten de
200 300 400 500 600 700
00
05
10
15
20
25
30
Ab
so
rban
cia
Longitu de onda (cm-1)
000011MPr
0000251MPr
00011MPr
000251MPr
00051MPr
001MPr
0025MPr
006251MPr
01251MPr
0251MPr
031MPr
00025M2HPBCD
00025MPr
1
2
3
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
56
5885 nm para cuantificar concentraciones altas de praseodimio en presencia de la
2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Figura 7 y Tabla 9) En la Figura 7 se muestran las
rectas de calibracioacuten para cuantificar praseodimio Estas rectas de calibracioacuten fueron
determinadas con los datos de los valores de absorbancia de cada banda de
absorcioacuten de la Figura 6 en funcioacuten de la concentracioacuten del praseodimio
Figura 7 Rectas de calibracioacuten de las bandas de absorcioacuten del praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
Tabla 9 Ecuaciones de calibracioacuten del praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
obtenidos por UV-Vis
Intervalo de longitud de onda de UV-Vis
200-250 nm 400-500 nm 560-620 nm
Bandas de 215 nm 444 nm 469 nm 482 nm 5885 nm
absorcioacuten
Ecuaciones de
calibracioacuten
A= 26554[Pr] + 00527
A = 513[Pr] + 00127
A = 21698[Pr] + 00123
A = 15912[Pr] + 00128
A = 00783[Pr] + 00103
Rsup2 = 09949 Rsup2 = 09992 Rsup2 = 09958 Rsup2 = 09917 Rsup2 = 09769
Doacutende nm= nanoacutemetros A= Absorbancia [Pr (III)]= Concentracioacuten del Praseodimio R = Coeficiente de
correlacioacuten
000 005 010 015 020 025 030
00
02
04
06
08
10
12
14
16
y=15912 x +00128
R2=09917
y=00783 x +00103
R2=09769
y=21698 x +00123
R2=09958
y=513 x +00127
R2=09992
215 nm
444 nm
469 nm
482 nm
5885 nm
Abso
rbancia
[Pr] M
y=26554 x +00527
R2=09949
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
57
En la Tabla 9 se muestran los datos de las ecuaciones de calibracion para
determinar praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina por
espectroscopiacutea UV-Vis
Estas consideraciones tienen una limitacioacuten ya que se debe tomar en cuenta que
el intervalo oacuteptimo para medir la absorbancia con fines de anaacutelisis cuantitativo
estaacute entre 002ndash15
62 Efecto de la concentracioacuten de la 2HPβCD en el praseodimio por
espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 8 muestra los espectros de absorcioacuten del praseodimio a concentracioacuten
constante (00025 M) en presencia de 2HPβCD a diferentes concentraciones
determinados en el intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
Figura 8 Espectro de absorcioacuten UV-Vis del praseodimio a concentracioacuten constante en presencia de la 2HPβCD a diferentes concentraciones En el detalle central se muestra la ampliacioacuten de la banda de
absorcioacuten 215 nm
En los espectros de absorcioacuten del praseodimio de la Figura 8 se observa que
cuando aumenta la concentracioacuten de 2HPβCD aumenta ligeramente el tamantildeo de
200 300 400 500 600 700
00
02
04
Ab
so
rbancia
Longitud de onda (cm-1)
00025MPr
00025M2HPBCD
051M
11M
21M
31M
41M
51M
81M
101M
151M
181M
241M1
2 3
200 205 210 215 220 225 230
00
01
02
03
04
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
1
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
58
las bandas de absorcioacuten del praseodimio En el detalle central de la Figura 8 se
aprecia maacutes adecuadamente este efecto
Con estas observaciones se muestra que la 2HPβCD aumenta la solubilidad del
praseodimio debido a este aumento ligero en el tamantildeo de las bandas de
absorcioacuten del praseodimio de la Figura 8
63 Efecto de la radiacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD por
espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 9 muestra los espectros de absorcioacuten determinados en el intervalo de
longitud de onda de 200 a 700 nm del 2HPβCD 2HPβCD irradiado PrCl3XH2O
PrCl3XH2O irradiado el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y el complejo de
inclusioacuten Pr-2-HP-β-CD irradiado Las irradiaciones se realizaron a 10000 Gy
Figura 9 Espectro UV-Vis de las muestras irradiadas en solucioacuten del complejo Pr-2HPβCD PrCl3 y 2HPβCD
Como se observa en la Figura 9 el efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de
inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Pr-2HPβCD) mostraron que
cuando el complejo de inclusioacuten es irradiado a 10 000 Gy se observaron ligeros
200 300 400 500 600 700
00
02
04
06
08
10
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
00025 M 2HPBCD
Pr 00025 M
Pr-2HPBCD
2HPBCD 10 KGY
PrCl3-XH2O 10 KGy
Pr-2HPBCD 10 KGy
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
59
cambios comparado con el complejo de inclusioacuten no irradiado Esto se puede
deber a que probablemente el complejo empieza a descomponerse
62 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB)
La Figura 10 muestra las imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las
muestras 2HPβCD 2HPβCD irradiada PrCl3XH2O PrCl3XH2O irradiada Pr-
2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy
a) c) e)c
b) d) f)
Figura 10 Imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las muestras a) 2HPβCD b) 2HPβCD irradiada c) PrCl3XH2O d) PrCl3XH2O irradiada e) Pr-2HPβCD y f) Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy
La 2HPβCD mostroacute partiacuteculas esfeacutericas de diversos tamantildeos con una superficie
lisa en su interior se observan cavidades dentro de las partiacuteculas pareciera que
se desprenden esferas maacutes pequentildeas El PrCl3XH2O mostroacute una superficie
rugosa las partiacuteculas se ven fundidas debido probablemente a que el material es
higroscoacutepico y tiende a hidratarse faacutecilmente El complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
muestra una morfologiacutea diferente a los reactivos precursores ya que se presentan
partiacuteculas en forma de rocas de diferentes dimensiones ademaacutes se observan
aglomeraciones de partiacuteculas Las imaacutegenes de las muestras irradiadas a una
dosis de 10 KGy conservan su morfologiacutea a excepcioacuten de PrCl3XH2O irradiada y
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
60
Pr-2HPβCD irradiada muestran pequentildeos cambios Sus partiacuteculas se ven un poco
maacutes fundidas probablemente se deba al efecto de la radiacioacuten
La composicioacuten quiacutemica elemental de las muestras 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD se muestran en la Tabla 10 determinado por el anaacutelisis elemental (EDS)
Tabla 10 Anaacutelisis EDS de las muestras de PrCl3 2-HPβCD y Pr-2HPβCD
Elemento Atoacutemico
Pr Cl O C
PrCl3 1233 plusmn 207 3595 plusmn 666 5171 plusmn 871 -----
2HPβCD ----- ----- 4159 plusmn 22 584 plusmn 22
Pr-2HPβCD 097 plusmn061 248 plusmn 143 3619plusmn 422 6034 plusmn 478
Todas las muestras presentan los elementos de su composicioacuten quiacutemica La
presencia de Pr Cl C y O en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD confirman la
interaccioacuten de 2HPβCD PrCl3XH2O para la formacioacuten del complejo de inclusioacuten
como se muestras en la Tabla 10
63 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX)
En la Figura 11 se muestran los difractogramas de 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD determinado por Difraccioacuten de Rayos X Los difractogramas de rayos X
de la Figura 11 muestran diferencias entre ellas El difractograma del PrCl3XH2O
presenta reflexiones de alta intensidad comparado con las otras muestras debido
a su naturaleza cristalina del praseodimio El difractograma de la 2HPβCD es de
estructura amorfa caracteriacutestica de los compuestos de carbono
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
61
Figura 11 Difraccioacuten de rayos X de PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD
El difractograma del compuesto de inclusioacuten Pr-2HPβCD muestra una
combinacioacuten de reflexiones de las muestras de PrCl3XH2O y 2HPβCD debido a la
formacioacuten de eacuteste complejo de inclusioacuten aunque predomina el de la 2HPβCD
Se comparoacute el difractograma de la muestra de PrCl3XH2O con la tarjeta del patroacuten
reportado por el Joint Committee on Powder Diffraction Standards (JCPDS) PDF
84-2188 Aqua Praseodymium Chloride Ambos difractogramas coinciden
adecuadamente
Los difractogramas de las muestras irradiadas a diferentes dosis mostraron que en
el intervalo de dosis de 1-500 Gy las muestras no sufren cambios Sin embargo
cuando el complejo de inclusioacuten es irradiado a 5000 y 10 000 Gy se observaron
ligeros cambios en sus inflexiones comparados con las muestras no irradiadas
Probablemente las muestras empiezan a descomponerse
64 Espectroscopia de infrarrojo (IR)
En la Figura 12 se muestra los espectros de infrarrojo de la 2HPβCD PrCl3XH2O
y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
62
Figura 12 Espectros de infrarrojo de las muestra 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-2HPβCD
El espectro infrarrojo de la muestra de PrCl3XH2O presenta la banda de absorcioacuten
a 341434 cm-1 correspondiente a moleacuteculas de agua de hidratacioacuten y la banda de
absorcioacuten a 67003 cm-1 debido a las uniones praseodimio con cloruros El
espectro infrarrojo de la muestra de la 2HPβCD presenta bandas de absorcioacuten a
331508 cm-1 [OH] 292046 cm-1 [CH2] 115183 cm-1 [C-C] 108000 cm-1 [C-O] y
102306 cm-1 [O-H]
Tabla 11 Grupos funcionales del PrCl3XH2O 2HPβCD y del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Compuesto [OH] [CH2] [C-C] [C-O] [O-H] [Cl3]
PrCl3XH2O 341434 67003
2HPβCD 331508 292046 115183 108000 102306
Pr-2HPβCD 329688 292645 115247 108028 102514
120723[PrCl3XH2O-Pr-2HPβCD] -11746
120723[2HPβCD-Pr-2HPβCD] -182 599 064 028 208
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
63
En la Tabla 11 se muestran los datos de las bandas de absorcioacuten de las muestras
de 2HPβCD PrCl3XH2O y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y los valores
de los desplazamientos observados Los valores de desplazamiento indican la
formacioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Las bandas de absorcioacuten de las
muestras irradiadas a diferentes dosis mostraron que en el intervalo de dosis de 1-
500 Gy las muestras no sufren cambios Cuando las muestras son irradiados a
5000 y 10 000 Gy se observaron ligeros cambios en la intensidad de la bandas de
absorcioacuten
65 Espectroscopia Raman
Figura 13 Espectros Raman de la muestra PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD
La Figura 13 muestra los espectros Raman de las muestras 2HPβCD PrCl3XH2O
y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Se realizaron 100 adquisiciones de
cada uno de las muestras Los resultados son el promedio de estas Los espectros
Raman de la Figura 13 muestran diferencias entre ellas
El espectro Raman del PrCl3XH2O muestra un pico intenso a 19278 cm-1 Este
pico se observa en el espectro Raman del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD a
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
64
23814 cm-1 y es de intensidad menor Las bandas de la 2HPβCD (44336 47805
84780 94691 126575 133270 145854 cm-1) algunas desaparecen y otras se
desplazan en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Esto indica la formacioacuten del
complejo de inclusioacuten
Al comparar los espectros Raman de las muestras irradiadas a diferentes dosis
mostraron que en el intervalo de dosis de 1-500 Gy no sufren cambios Sin
embargo en el intervalo de 5000 a 10000 Gys se observa la presencia de una
banda que no se encuentra en las muestras no irradiadas Probablemente las
muestras empiezan a descomponerse
66 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-βeta-ciclodextrina
661 Efecto de temperatura
La Figura 14 muestra el efecto de temperatura sobre la solubilidad del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD
Figura 14 Efecto de temperatura en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
20 30 40 50 60
018
020
022
024
026
028
030
032
034
036
038
g P
r-2H
PB
CD
Temperatura degC
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
65
La Figura muestra que conforme la temperatura va aumentando la solubilidad de
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta Es decir a la temperatura 20 degC se
solubilizan 01866 g del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD mientras que a 60 degC
se solubilizan 03628 g
662 Efecto de tiempo
La Figura 15 muestra el efecto del tiempo sobre la solubilidad del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD
Se observoacute que conforme el tiempo va aumentando la solubilidad de complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta Con esto se determinoacute que la dilucioacuten de 01 gr de
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 ml de agua destilada se lleva a cabo en
un tiempo 170 segundos
Figura 15 Efecto de tiempo en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
01000 01005 01010 01015 01020 01025 01030
160
162
164
166
168
170
Tie
mpo (
segundos)
g Pr-2HPBCD
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
66
67 Recta de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4
Se realizaron las mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de
2 M de NaClO4 Los datos se muestran en la Tabla 12
Tabla 12 Mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de 2 M de NaClO4
Concentracioacuten (M)
pCH pH
exp 1 pH
exp 2 pH
exp 3 pH
exp 4 pH
exp 5 pH exp prom
HCl 0001 3 2359 2205 2333 2402 2329 23256
001 2 1173 1172 1207 1228 1268 12096
01 1 0508 0248 0253 0352 0361 03444
NaOH 0001 11 9987 9994 9926 10009 9994 9982
001 12 10947 10876 10959 10876 10849 109014
01 13 11612 1156 11604 11552 11516 115688
Se graficaron los datos de pH (experimental) promedio en funcioacuten del pCH (teoacuterico)
se tiene la Figura 16
Figura 16 Recta de calibracioacuten del pCH como una funcioacuten del pH en el medio 2 M de NaClO4
0 2 4 6 8 10 12 14
0
2
4
6
8
10
12
pC
H
pH
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
67
La ecuacioacuten de la recta de calibracioacuten es
pCH= 105108 (plusmn00063) pH + 06352 (plusmn00669) R2= 09995
Esta ecuacioacuten permitioacute corregir todos los datos de pH experimental de este
trabajo
68 Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Se realizaron valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD en medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 a 30 deg C en atmoacutesfera inerte
Se obtuvieron espectros de absorcioacuten UV-Vis en el intervalo de longitud de onda
de 200 a 700 nm En la Figura 17 se muestra los espectros de absorcioacuten de cada
una de las aliacutecuotas del praseodimio en presencia de la 2HPβCD en el intervalo de
longitud de onda de 200 a 230 nm
Figura 17 Espectros de absorcioacuten UV-Vis de la valoracioacuten espectrofotomeacutetrica del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con NaOH 00025 M en el medio 2M de NaClO4
200 210 220 230
00
01
02
03
04
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
68
Se graficaron los datos de absorbancia a la longitud de onda de 215 nm de la Figura
17 y los valores de pCH correspondientes se obtuvo la Figura 18
Figura 18 Curva de valoracioacuten espectrofotomeacutetrica (absorbancia en funcioacuten del pCH) y la primera derivada del praseodimio en presencia de la 2HPβCD a longitud de onda de 215 nm
La derivada de la curva de la Figura 18 permitioacute determinar el pCH de precipitacioacuten
(maacutexima inflexioacuten) el cual fue de 812 A partir de este pCH se determinoacute la zona
no saturada (lado izquierdo de la curva) y saturada (lado derecho de la curva)
69 Titulaciones potenciomeacutetricas
Se realizaron valoraciones potenciomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
con NaOH en medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 a 30 degC en atmosfera inerte
Se obtuvo la Figura 19 La valoracioacuten potenciomeacutetrica del Pr-2HPβCD inicio en
medio acido por medio de la primera derivada y su inflexioacuten de la curva se
determinoacute el pCH inicial (pCH= 656) el valor de pCH final se determinoacute con el valor
de la primera derivada (pCHpp= 812) de la Figura 18 (punto de inicio de
precipitacioacuten del PrCl3XH2O)
4 5 6 7 8 9 10
025
030
035
040
045
050
055
060
pCH
Ab
so
rban
cia
-01
00
01
02
03
04
05
06
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
69
Figura 19 Curva de valoracioacuten potenciomeacutetrica directa de 25x10-4 M del praseodimio en presencia de la 2HPβCD con 25x10-3 de NaOH en 2 M de NaClO4 a 30 degC en atmosfera libre de CO2 y primera
derivada de la curva Detalle central (zona no saturada)
Con estos dos valores se determinoacute el intervalo de la zona no saturada que se
muestra en el detalle central de la Figura 19 empleado para el caacutelculo de la
primera constante de hidrolisis del praseodimio y del complejo del praseodimio en
presencia de la 2HPβCD
610 Refinamientos
A partir del detalle central de la Figura 19 (zona no saturada) los datos de
volumen pCH concentracioacuten del titulado y titulante y un modelo quiacutemico propuesto
con la estequiometria se alimentaron al programa de computo SUPERQUAD y
mediante refinamiento computacional se determinaron los valores de la constante
de hidrolisis de las especies quiacutemicas del praseodimio y del complejo de inclusioacuten
Pr-2HPβCD que se muestran en la Tabla 13
0 5 10 15 20
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
ml adicionados de NaOH
pC
H
0
2
4
6
8
10
00 01 02 03 04 05 06 07
64
66
68
70
72
74
76
78
80
82
pC
H
ml adicionados de NaOH
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
70
Tabla 13 Constantes de hidroacutelisis del Pr y el pCH de precipitacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 M de NaClO4 obtenidos mediante meacutetodo potenciomeacutetrico y el programa SUPERQUAD a
30 degC
Equilibrio Quiacutemico
logβ1
POTENCIOMETRICO
(SUPERQUAD)
Intervalo
(pCH)
No
puntos
ESPECTROFOTOMETRICO
pCH de pp
Meacutetodo GRAFICO
Pr3++ H2O Pr(OH)2++ H+ -862plusmn0007 656-812 33 812
Pr(OH)2++H2O Pr(OH)2++H+ -1710plusmn003
Pr(OH)2++H2O Pr(OH)3+H+ -2586plusmn001
Pr3++2HPβCD+H2O Pr-
2HPβCD-(OH)2++H+
-509plusmn007
En la Tabla 13 anterior se muestra el valor de pCH de precipitacioacuten obtenido por el
meacutetodo espectrofotomeacutetrico (meacutetodo graacutefico) que fue de 812 Los valores de las
constantes de hidrolisis de las especies quiacutemicas del praseodimio fueron-
logβ1OH=-862plusmn0007-logβ22OH=-1710plusmn003-logβ33OH=-2586plusmn001 y del complejo
de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-509plusmn007 obtenidos por el meacutetodo
potenciomeacutetrico empleando el programa de computo SUPERQUAD
71
______________________________
CONCLUSIONES
______________________________
CONCLUSIONES
72
CONCLUSIONES
bull Se observaron 3 zonas de absorcioacuten caracteriacutesticas del praseodimio
situadas a una longitud de onda de 215 nm 3 bandas de absorcioacuten en 444
nm 469 nm y 482 nm y en 5885 nm se determinaron para cada banda las
rectas de calibracioacuten
bull Se demostroacute la inclusioacuten del praseodimio en la 2HPβCD y el efecto de la
radiacioacuten gamma en los reactivos (PrCl3XH2O 2HPβCD) y el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD satisfactoriamente mediante las diferentes teacutecnicas de
caracterizacioacuten y anaacutelisis empleadas (MEB UV-Vis DRX Espectroscopia
Infrarrojo y Espectroscopia Raman)
bull El efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-β-ciclodextrina (Pr-2HP-β-CD) mostroacute que en el intervalo de
dosis de 1-500 Gy no sufren cambios Sin embargo cuando es irradiado a
5000 y 10 000 Gy se observaron ligeros cambios Esto se puede deber a
que probablemente el complejo empieza a descomponerse
bull La solubilidad de complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta en funcioacuten del
aumento de la temperatura
bull Conforme el tiempo va aumentando la solubilidad de complejo de inclusioacuten
Pr-2HPβCD aumenta
bull El valor de la primera constante de hidrolisis del praseodimio obtenido fue-
logβ1OH=-862plusmn0007 y del complejo de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-
509plusmn007
73
______________________________
RECOMENDACIONES
______________________________
RECOMENDACIONES
74
bull El complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se debe preparar con diferentes
meacutetodos para elegir el maacutes adecuado de acuerdo a su rendimiento
quiacutemico y asegurar su formacioacuten
bull Comparar la zona no saturada de complejo de Inclusioacuten del Pr-2HPβCD
Pr-2βCD y la del praseodimio sin complejo para observar el efecto de la
solubilidad y estabilidad
bull Determinar las constantes de hidrolisis del praseodimio y del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD irradiado con radiacioacuten gamma de Co60 y comparar
con la de complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD no irradiado
75
______________________________
GLOSARIO
______________________________
GLOSARIO
76
GLOSARIO
1 Absorbancia
Se define como la relacioacuten (logariacutetmica) entre la intensidad de la luz que incide
sobre una muestra y la intensidad de esa misma luz que es transmitida a traveacutes de
esa muestra Cuando una luz de una longitud de onda determinada seleccionada
por un filtro incide sobre una muestra parte de esa luz es absorbida La luz no
absorbida pasa a traveacutes de la muestra y es recogida por un detector colocado en
el otro lado del pocillo de la micro placa frente a la fuente de luz
2 Algoritmo de Marquadt
Es un proceso iterativo de convergencia que a traveacutes de la teacutecnica de los miacutenimos
cuadrados ponderados permite encontrar los paraacutemetros de las ecuaciones de
funciones no lineales
3 Complejo de inclusioacuten
Mezcla cristalina en la que las moleacuteculas de un componente estaacuten contenidas
dentro de la red cristalina del otro
4 Confinamiento de residuos
Lugar totalmente seguro controlado y construido con el propoacutesito de disponer
residuos peligrosos instalados en un lugar retirado de la poblacioacuten con el objetivo
de disminuir riesgos de caraacutecter natural y humano
5 Curva de calibracioacuten
Representacioacuten graacutefica de una sentildeal que se mide en funcioacuten de la concentracioacuten
de un analito La calibracioacuten incluye la seleccioacuten de un modelo para estimar los
paraacutemetros que permitan determinar la linealidad de esa curva Y en
consecuencia la capacidad de un meacutetodo analiacutetico para obtener resultados que
sean directamente proporcionales a la concentracioacuten de un compuesto en una
muestra dentro de un determinado intervalo de trabajo
GLOSARIO
77
6 Desechos radiactivos
Residuo o subproductos que contiene varios elementos quiacutemicos radiactivos que
no tiene un fin praacutectico
7 Especies quiacutemicas
En quiacutemica el teacutermino especie quiacutemica se usa comuacutenmente para referirse de
forma geneacuterica a aacutetomos moleacuteculas iones radicales etc que sean el objeto de
consideracioacuten o estudio
8 Estabilidad
Una sustancia es estable si no es particularmente reactivo en el ambiente o
durante uso normal y mantiene sus propiedades uacutetiles en la escala de tiempo de
su durabilidad esperada y por lo que se dice que el material es inestable si se
corroe descompone polimeriza quema o explota bajo las condiciones anticipadas
de uso o condiciones ambientales normales
9 Fisioacuten nuclear
Reaccioacuten en la cual un nuacutecleo se bombardea con neutrones se convierte en
inestable y se descompone en dos nuacutecleos y tamantildeos son del mismo orden de
magnitud con gran desprendimiento de energiacutea y la emisioacuten de dos o tres
neutrones los cuales a su vez ocasionar maacutes fisiones al interaccionar con nuevos
nuacutecleos fisionables que emitiraacuten nuevos neutrones y asiacute sucesivamente
10 Fuerza ioacutenica
Propiedad de una solucioacuten que depende de la concentracioacuten total de iones en la
solucioacuten asiacute como de la carga de dichos iones
11 Isoacutetopo
Nucleiacutedos pertenecientes a un mismo elemento quiacutemico pero que se diferencian
entre el nuacutemero de neutrones de cada uno
GLOSARIO
78
12 Lenguaje fortran
Es un lenguaje de programacioacuten de alto nivel de propoacutesito general procedimental
e imperativo que estaacute especialmente adaptado al caacutelculo numeacuterico y a la
computacioacuten cientiacutefica
13 Lgi-01 TRANSELEKTRO (LGI-01)
Equipo de irradiacioacuten integrado por un cuerpo ciliacutendrico de plomo que sirve de
blindaje una jaula ciliacutendrica que contiene los laacutepices de Co60 un eacutembolo moacutevil con
una cavidad (caacutemara de exposicioacuten) una consola de mando y un cronoacutemetro para
establecer el tiempo de irradiacioacuten La caacutemara de exposicioacuten alberga a las
muestras para la irradiacioacuten un sistema electromecaacutenico baja el depoacutesito de las
muestras hasta la fuente de radiacioacuten que consta de 48 laacutepices de los cuales 12
contiene Co60 y el resto estaacuten vaciacuteos
14 Longitud de onda
Es la distancia real que recorre una perturbacioacuten (onda) en un determinado
intervalo de tiempo Ese intervalo de tiempo es el transcurrido entre dos maacuteximos
consecutivos de alguna propiedad fiacutesica de la onda
15 Medio acuoso
Medio o disolucioacuten acuosa se refiere a que una mezcla de disolventes el
disolvente mayoritario es agua Las disoluciones acuosas tienen una gran
importancia en la biologiacutea desde los laboratorios de ciencia baacutesica hasta la
quiacutemica de la vida pasando por la quiacutemica industrial Por la vasta cantidad y
variedad de sustancias que son solubles en agua esta se denomina a veces
disolvente universal
16 pCH
Es el logaritmo inverso de la concentracioacuten de los iones hidroacutegeno
17 pH
Es una medida del pH experimental de este trabajo
GLOSARIO
79
18 Precursores
Sustancia indispensable o necesaria para producir otra mediante los compuestos
quiacutemicos que constituyen una primera etapa en un proceso quiacutemico y actuacutean
como sustrato en las etapas posteriores
19 Radiacioacuten gamma
Es un tipo de radiacioacuten electromagneacutetica constituida por fotones se produce por
elementos radiactivos o procesos subatoacutemicos como la aniquilacioacuten de un par
positroacuten-electroacuten Los rayos gamma constituyen un tipo de radiacioacuten ionizante
capaz de penetrar en la materia maacutes profundamente que la radiacioacuten α y la β
pueden causar graves dantildeos a las ceacutelulas se usan para esterilizar equipos
meacutedicos y alimentos
20 Reacciones de hidroacutelisis
Reacciones quiacutemicas entre una moleacutecula de agua y cualquier otra especie
quiacutemica en la cual la moleacutecula de agua se divide y sus aacutetomos forman parte de
otra especie quiacutemica
21 Relacioacuten molar
Factor de conversioacuten cuyo fin es convertir en una reaccioacuten quiacutemica la cantidad de
moles de una sustancia a la cantidad correspondiente de moles de otra sustancia
La sustancia de partida se expresa en gramos y la sustancia deseada en moles
22 Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Se denomina valoracioacuten espectrofotomeacutetrica al procedimiento por el cual se
determina el punto final de una titulacioacuten utilizando las medidas de absorbancia a
una longitud de onda fija Para simplificar la teacutecnica se selecciona una longitud de
onda donde solamente uno de los componentes de la muestra absorba
80
______________________________
REFERENCIAS CITADAS
______________________________
REFERENCIAS CITADAS
81
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IV
V
VI
DEDICATORIA
VII
Dedicatoria
A Dios
Por todos los logros metas y proyectos sin importar lo obstaacuteculos grandes o pequentildeos que
has puesto a lo largo de mi camino en mi formacioacuten profesional y personal por todas la
bendiciones de las cuales has llenado mi vida Te doy las gracias por estar siempre
presente y darme las fuerzas en momentos difiacuteciles para seguir adelantehellip
A mis padres
Ma Veroacutenica Cruz Tapia y J Guadalupe Moreno Segundo con mucho amor por todo su
esfuerzo y apoyo que me han brindado incondicionalmente en todas mis victorias y
fracasos tristezas y alegriacuteas gracias por su lucha incansable diacutea con diacutea sin marcha
atraacutes Han sido mi ejemplo a seguir y por haber hecho de miacute lo mejor de una persona
gracias a su educacioacuten que han inculcado en miacute Por ser mi guiacutea y compantildeiacutea a lo largo de
mi camino ensentildeaacutendome a querer ser mejor y a superarme en mi vida profesional Es la
herencia maacutes importante y valiosa que me han dado por todo eso y mucho maacutes Los amohellip
A mis hermanos
Edwin Joseacute Manuel y Daniela por todos los momentos compartidos a su lado por todas
las risas que provocan grandes sentimientos y cada uno de sus consejos Por estar siempre
presentes en cada momento de mi vida brindaacutendome su apoyo carintildeo y amor de hermanos
Son una gran bendicioacuten en mi vidahellip
A ti Aidee
Por ser una persona tan importante en mi vida y brindarme todo tu amor por ensentildearme
tanto ayudaacutendome a crecer personal emocional y profesionalmente por todos tus alientos
y apoyo que me has brindado en momentos difiacuteciles y asiacute como todas las sonrisas y
laacutegrimas compartidas por tu presencia en mis logros obtenidos por todas y cada una de
las grandes maravillas que me has dado sin importar lo pequentildeas que sean y todo aquello
que significa mucho para miacute y que no se puede describir en palabras Muchas gracias por
todohellip
AGRADECIMIENTOS
VIII
Agradecimientos
Al Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares por la beca otorgada y el apoyo
recibido para la realizacioacuten de este proyecto durante mi estancia
Al Dr Hilario Dolores Loacutepez Gonzaacutelez del ININ y a la Dra Edelmira Fernaacutendez
Ramiacuterez del TESSFP por la asesoriacutea paciencia compresioacuten y apoyo para la realizacioacuten
de este trabajo Sinceramente les agradezco de todo corazoacuten fue un placer trabajar con
ustedes muchas gracias
A los miembros del comiteacute revisor IQ Moiseacutes Crescencio Gonzaacutelez y IQ Luciacutea Garciacutea
Guzmaacuten por las observaciones y aportes de gran importancia los cuales elevaron la
calidad del trabajo
Al Dr Jaime Jimeacutenez Becerril por el apoyo recibido para la irradiacioacuten de las muestras
de este trabajo y por el apoyo teacutecnico recibido
A los teacutecnicos Jorge Peacuterez del Prado y Carlos Salinas Molina de Microscopiacutea Electroacutenica
de Barrido del Departamento de Materiales y al servicio de Espectroscopia Raman del
Departamento de Fiacutesica por el apoyo teacutecnico recibido
A mis amigos Carmen (Cars) Hilda (Hildita) Rosa Isabel (Chabe) Daniel (Carrillo)
Eduardo (Lalo) y Miguel (Migue) por todo el apoyo que me han brindado asiacute como su
valiosa amistad durante todo este tiempo y los maravillosos momentos que juntos hemos
compartido
A mis amigos del ININ Dayra Evelin Joselyn Lupita Jessy Janette Gisela Sonia y
Cesar por su gran amistad durante este tiempo compartido y darme la dicha de haberlos
conocido asiacute como el apoyo teacutecnico que cada uno de ustedes me brindo y por todos sus
consejos gracias a todos
A todas las personas que han formado parte de mi vida personal y profesional y que no he
mencionado
GRACIAS A TODOShellip
RESUMEN
IX
RESUMEN
En la fisioacuten nuclear para la produccioacuten de electricidad se producen ciertos
productos de fisioacuten considerados desechos radiactivos entre los cuales se
encuentran los lantaacutenidos El confinamiento de estos desechos radiactivos en
medios como las minas de sal suelen presentarse globos de salmuera por
consecuencia producir corrosioacuten en los contenedores pudiendo entrar en contacto
con los desechos razoacuten por la cual es importante conocer las reacciones de
hidroacutelisis que pudieran formarse en presencia de alguacuten medio acuoso Ante este
panorama se llevoacute a cabo la inclusioacuten del praseodimio en la 2-hidroxipropyl-beta-
ciclodextrina (2HPβCD) con la finalidad de observar aumento de solubilidad y
estabilidad del praseodimio
La formacioacuten del complejo de inclusioacuten praseodimio en presencia de la 2-
hidroxipropyl-beta-ciclodextrina (Pr-2HPβCD) se efectuoacute en relacioacuten molar 11 a
0005 M Se observoacute el efecto de la radiacioacuten gamma del Co60 en el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD y de sus precursores PrCl3XH2O y 2HPβCD Se emplearon
varias fracciones de la muestra del complejo de inclusioacuten y de las muestras
irradiadas del Pr-2HPβCD PrCl3XH2O y 2HPβCD para su caracterizacioacuten
mediante diferentes teacutecnicas (UV-Vis Microscopia Electroacutenica de Barrido
Difraccioacuten de Rayos X Espectroscopia de Infrarrojo Espectroscopia Raman) Las
muestras no irradiadas presentaron la interaccioacuten del praseodimio y de la 2HPβCD
confirmando la formacioacuten del complejo de inclusioacuten mientras que las muestras
irradiadas presentaron ligeros cambios a dosis de 10000 Gy atribuidos a la
descomposicioacuten de las muestras por efecto de la radiacioacuten gamma
Ademaacutes se realizoacute el estudio del efecto de la concentracioacuten de la 2HPβCD en
presencia del praseodimio por UV-Vis donde se observoacute el aumento de la
solubilidad del praseodimio El estudio realizado del efecto de temperatura del
complejo Pr-2HPβCD permitioacute observar el aumento de solubilidad del complejo en
funcioacuten de la temperatura asiacute mismo para el efecto de tiempo Finalmente se
estudioacute el comportamiento quiacutemico del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en
soluciones acuosas en medio de 2 M de NaClO4 a 30 degC en atmosfera inerte
RESUMEN
X
mediante valoraciones espectrofotomeacutetricas y titulaciones potenciomeacutetricas
directas se obtuvo la zona no saturada que contempla las especies solubles
Mediante refinamiento computacional con el programa de coacutemputo SUPERQUAD
se trataron los datos de la zona no saturada
Los valores de las constantes de hidroacutelisis de las especies quiacutemicas del
praseodimio fueron-logβ1OH=-862plusmn0007-logβ22OH=-1710plusmn003-logβ33OH=-
2586plusmn001 y del complejo de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-509plusmn007 obtenidos por
partes mediante el programa de coacutemputo SUPERQUAD
ABSTRACT
XI
ABSTRACT
The nuclear fission for the production of electricity produces certain fission
products considered as radioactive waste among which are lanthanides The
confinement of these radioactive wastes in media such as salt mines usually
present brine balloons consequently produce corrosion in the containers and can
come into contact with the waste which is why it is important to know the
hydrolysis reactions that could be formed in the presence of some aqueous
medium In view of this scenario the inclusion of praseodymium in 2-
hydroxypropyl-beta-cyclodextrin (2HPβCD) was carried out in order to observe
increased solubility and stability of praseodymium
The formation of the praseodymium inclusion complex in the presence of 2-
hydroxypropyl-beta-cyclodextrin (Pr-2HPβCD) was performed in a 1 1 molar ratio
at 0005 M The effect of Co60 gamma radiation on the inclusion complex Pr-
2HPβCD and its precursors PrCl3 middot XH2O and 2HPβCD Several fractions of the
inclusion complex sample and irradiated samples of Pr-2HPβCD PrCl3 middot XH2O
and 2HPβCD were used for their characterization by different techniques (UV-Vis
Scanning Electron Microscopy X-ray Diffraction Infrared Spectroscopy Raman
Spectroscopy) The non-irradiated samples showed the interaction of
praseodymium and 2HPβCD confirming the formation of the inclusion complex
while the irradiated samples presented slight changes at doses of 5000 Gy and
10000 Gy attributed to the decomposition of the samples by the effect of gamma
radiation
In addition the effect of the concentration of 2HPβCD in the presence of
praseodymium by UV-Vis was studied where increased solubility of praseodymium
was observed The study of the effect of temperature of the complex Pr-2HPβCD
allowed to observe the increase of solubility of the complex as a function of the
temperature also for the effect of time Finally the chemical behavior of the
inclusion complex Pr-2HPβCD in aqueous solutions in 2 M medium of NaClO4 at
30 deg C under inert atmosphere was evaluated by means of spectrophotometric and
direct potentiometric titrations the non-saturated zone was obtained that
ABSTRACT
XII
contemplates the soluble species The data of the unsaturated zone were
processed by computational refinement with the SUPERQUAD computer program
The values of the hydrolysis constants of the praseodymium species were -logβ1OH
= -862 plusmn 0007 -logβ2 2OH = -1710 plusmn 003 -logβ3 3OH = -2586 plusmn 001 and the
inclusion complex was -logβPr2HPBCD = -509 plusmn 007 obtained by parts using the
computer program SUPERQUAD
IacuteNDICE
XIII
IacuteNDICE
DEDICATORIA VII
AGRADECIMIENTOS VIII
RESUMEN IX
ABSTRACT XI
IacuteNDICE XIII
IacuteNDICE DE FIGURAS XVII
IacuteNDICE DE TABLAS XIX
ABREVIATURAS XX
CAPIacuteTULO I INTRODUCCIOacuteN 21
1 Introduccioacuten 22
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO 23
2 Fundamento 24
21 Los lantanidos 24
22 Praseodimio 25
23 Ciclodextrinas (CDs) 25
24 β-ciclodextrina 27
25 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina 28
26 Hidroacutelisis 29
27 Fuerza ioacutenica 30
28 Teacutecnicas de caracterizacioacuten 32
281 Microscopiacutea electroacutenica de barrido (MEB) 32
282 Espectroscopia de absorcion ultravioleta-visible (UV-VIS) 33
283 Difraccioacuten de rayos X (DRX) 34
284 Espectroscopia de infrarrojo (IR) 34
IacuteNDICE
XIV
285 Espectroscopia Raman 35
29 Titulacioacuten espectrofotomeacutetrica 35
210 Meacutetodo potenciomeacutetrico 36
211 programa de coacutemputo SUPERQUAD 37
CAPIacuteTULO III HIPOacuteTESIS 39
3 Hipoacutetesis 40
CAPIacuteTULO IV OBJETIVOS 41
4 Objetivos 42
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA 43
5 Metodologiacutea 44
51 Preparacioacuten de la solucioacuten de la 2-hidroxipropyl- βeta-ciclodextrina 45
52 Preparacioacuten de solucioacuten de praseodimio 45
53 Preparacioacuten del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina 45
54 Determinacioacuten de las curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por UV-Vis 46
55 Estudio de la influencia de las relaciones molares de las soluciones del
complejo de inclusioacuten 47
56 Efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 47
57 Caracterizacioacuten del compuesto de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-βeta-
ciclodextrina 49
571 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB) 49
572 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX) 49
573 Anaacutelisis por espectroscopia de infrarrojo (IR) 49
574 Anaacutelisis por espectroscopia Raman 50
IacuteNDICE
XV
58 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina 50
581 Efecto de temperatura 50
582 Efecto del tiempo 51
59 Determinacioacuten de la curva de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4 52
510 Valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina 52
511 Valoraciones potenciomeacutetricas directas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina 53
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS 54
6 Resultados 55
61 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea ultravioleta-visible (UV-Vis) 55
62 Efecto de la concentracioacuten de la 2HPβCD en el praseodimio por
espectrofotometriacutea ultravioleta-visible (UV-Vis) 57
63 Efecto de la radiacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD por
espectrofotometriacutea ultravioleta-visible (UV-Vis) 58
62 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB) 59
63 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX) 60
64 Espectroscopia de infrarrojo (IR) 61
65 Espectroscopia Raman 63
66 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina 64
661 Efecto de temperatura 64
662 Efecto de tiempo 65
67 Recta de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4 66
68 Valoraciones espectrofotomeacutetricas 67
IacuteNDICE
XVI
69 Titulaciones potenciomeacutetricas 68
610 Refinamientos 69
CONCLUSIONES 71
RECOMENDACIONES 73
GLOSARIO 75
REFERENCIAS CITADAS 80
IacuteNDICE
XVII
IacuteNDICE DE FIGURAS
Figura 1 Estructura de α β y γ ciclodextrinas 25
Figura 2 2HPβCD 28
Figura 3 Ilustracioacuten de un diagrama general de pLn(c)-pCH 36
Figura 4 Ilustracioacuten de una valoracioacuten potenciomeacutetricas directa con su primera
derivada (∆pCH∆V) 37
Figura 5 Diagrama de flujo 44
Figura 6 Espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes concentraciones en
presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina 55
Figura 7 Rectas de calibracioacuten de las bandas de absorcioacuten del praseodimio en
presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina 56
Figura 8 Espectro de absorcioacuten UV-Vis del praseodimio a concentracioacuten
constante en presencia de la 2HPβCD a diferentes concentraciones 57
Figura 9 Espectro UV-Vis de las muestras irradiadas en solucioacuten del complejo Pr-
2HPβCD PrCl3 y 2HPβCD 58
Figura 10 Imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las muestras a)
2HPβCD b) 2HPβCD irradiada c) PrCl3XH2O d) PrCl3XH2O irradiada e) Pr-
2HPβCD y f) Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy 59
Figura 11 Difraccioacuten de rayos X de PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD 61
Figura 12 Espectros de infrarrojo de las muestra 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD 62
Figura 13 Espectros Raman de la muestra PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD 63
Figura 14 Efecto de temperatura en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD 64
Figura 15 Efecto de tiempo en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD 65
Figura 16 Recta de calibracioacuten del pCH como una funcioacuten del pH en el medio 2 M
de NaClO4 66
Figura 17 Espectros de absorcioacuten UV-Vis de la valoracioacuten espectrofotomeacutetrica del
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con NaOH 00025 M en el medio 2M de
NaClO4 67
IacuteNDICE
XVIII
Figura 18 Curva de valoracioacuten espectrofotomeacutetrica (absorbancia en funcioacuten del
pCH) y la primera derivada del praseodimio en presencia de la 2HPβCD a longitud
de onda de 210 nm 68
Figura 19 Curva de valoracioacuten potenciomeacutetrica directa de 25x10-4 M del
praseodimio en presencia de la 2HPβCD con 25x10-3 de NaOH en 2 M de NaClO4
a 30 degC en atmosfera libre de CO2 y primera derivada de la curva 69
IacuteNDICE
XIX
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Propiedades fisicoquiacutemicas de los diferentes tipos de ciclodextrinas
naturales 26
Tabla 2 Reacciones de hidroacutelisis del praseodimio y constantes de equilibrio 29
Tabla 3 Datos de la literatura sobre la primera constante de hidroacutelisis (log β1) del
praseodimio 31
Tabla 4 Diferentes concentraciones de praseodimio con 2HPβCD constante para
determinar las curvas de calibracioacuten 46
Tabla 5 Relaciones molares 2HPβCD Pr 47
Tabla 6 Dosis de irradiacioacuten de Co60 aplicadas a las muestras en solucioacuten y
soacutelidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 2HPβCD y PrCl3 XH2O en la
instalacioacuten VICKRAD y GAMMACELL del irradiador LGI-01 TRANSELEKTRO del
ININ 48
Tabla 7 Cantidad de complejo solubilizado a diferentes temperaturas en 2 ml de
agua destilada 51
Tabla 8 Cantidades de complejo Pr-2HPβCD y agua destilada en cada tubo de
ensaye 51
Tabla 9 Ecuaciones de calibracioacuten del praseodimio en presencia de la 2-
hidroxipropil-β-ciclodextrina obtenidos por UV-Vis 56
Tabla 10 Anaacutelisis EDS de las muestras de PrCl3 2-HPβCD y Pr-2HPβCD 60
Tabla 11 Grupos funcionales del PrCl3XH2O 2HPβCD y del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD 62
Tabla 12 Mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de 2 M de
NaClO4 66
Tabla 13 Constantes de hidroacutelisis del Pr y el pCH de precipitacioacuten en el complejo
de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 M de NaClO4 obtenidos mediante meacutetodo
potenciomeacutetrico y el programa SUPERQUAD a 30 degC 70
ABREVIATURAS
XX
ABREVIATURAS
Pr praseodimio
2HPβCD 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
CDs Ciclodextrinas
CD Ciclodextrina
Ln Lantaacutenidos
Pr-2HPβCD praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Pr-2βCD praseodimio-2-βeta-ciclodextrina
CGT ciclomaltodextrin-glucano-transferasa
TP Titulacioacuten potenciomeacutetrica
ES Titulacioacuten espectrofotomeacutetrica
RE Relacioacuten empiacuterica
ED Extraccioacuten con disolvente
MEB Microscopiacutea electroacutenica de barrido
EDS Espectroacutemetro de dispersioacuten de energiacutea de rayos X
UV-VIS Ultravioleta-Visible
DRX Difraccioacuten de rayos X
IR Infrarrojo
EDTA Acido tetracetico etilen diamina
Co60 Cobalto-60
JCPDS Joint Committee On Powder Diffraction Standards
M Molaridad
21
______________________________
CAPIacuteTULO I
INTRODUCCIOacuteN
______________________________
CAPIacuteTULO I INTRODUCCIOacuteN
22
1 INTRODUCCIOacuteN
El praseodimio pertenece al grupo de los lantaacutenidos que muestran propiedades
quiacutemicas muy similares entre ellos derivadas de su configuracioacuten electroacutenica
caracterizados por la presencia de orbitales 4f parcialmente llenos Incluso se
consideran parecidos al grupo de los elementos actiacutenidos El praseodimio es un
elemento metaacutelico con siacutembolo Pr nuacutemero atoacutemico 59 y peso atoacutemico 140907
gmol El isoacutetopo estable 141Pr constituye el 100 del elemento en la naturaleza
Este lemento puede ser encontrado en ceramicos para dar el color amarillo En
mezcla con otros lantanidos se usan como proyectores de luz Su uso sigue
aumentando debido al hecho de que es uacutetil para producir magnetos de alto poder
entre otros Sobre todo se esta empleando en la mitigacioacuten de cancer Es
peligroso en el ambiente cuando se tiran estos dispositivos despues de cumplir su
funcioacuten por lo que se acumularaacute gradualmente en los suelos y en el agua De ahiacute
la importancia de estudiar las reacciones de hidrolisis
La utilizacioacuten de la 2 hidroxipropil-β-ciclodextrina (2HPβCD) en este trabajo de
investigacioacuten es fundamental debido a que es un agente de formacioacuten de
complejos de inclusioacuten para aumentar la solubilidad acuosa debido a que las
ciclodextrinas (CDs) se comportan como nano contenedores capaces de
encapsular moleacuteculas hidroacutefobas de tamantildeo apropiado y solubilizarlas en agua
propiedad que se aprovecha para determinar las constantes de hidroacutelisis del
praseodimio
Por lo cual el objetivo principal de este trabajo de investigacioacuten y en ausencia de
datos fundamentales de la interaccioacuten Ln3+-CDs sustituidas fue preparar el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Ademaacutes determinar el pCH de precipitacioacuten la
zona no saturada y saturada del Pr-2HPβCD que permiten determinar la constante
de hidroacutelisis del complejo de inclusioacuten praseodimio-2hidroxipropil-β-ciclodextrina
(Pr-2HPβCD) en medio 2 M de NaClO4 a 303 K por titulacioacuten espectrofotomeacutetrica
y potenciomeacutetrica
23
______________________________
CAPIacuteTULO II
FUNDAMENTO
______________________________
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
24
2 FUNDAMENTO
21 LOS LANTANIDOS
Los lantaacutenidos (tierras raras) forman un grupo de 17 elementos quiacutemicos que
muestran propiedades singulares derivadas de su configuracioacuten electroacutenica Estaacuten
caracterizados por la presencia de orbitales 4f parcialmente llenos [1] Los
nuacutemeros atoacutemicos de estos elementos van de 41 hasta 71 (Ce-Lu)
La configuracioacuten electroacutenica de los iones Ln3+ es 4fn5s25p6 (n= 0-14) Los orbitales
4f son orbitales internos con respecto a los 5s y 5p por lo cual estaacuten maacutes
cercanos al nuacutecleo Los orbitales 5s y 5p protegen a los electrones 4f de
interacciones externas determinando las propiedades de los iones Ln3+ [1] o
conducta quiacutemica debido a la pequentildea diferencia de energiacutea que distingue a los
electrones 4f de los electrones 5d [23]
Las tierras raras como grupo constituyen el 0008 en peso de la corteza
terrestre Los minerales que contienen lantaacutenidos son la monacita la bastnasita
la xenotima la gadolinita la alanita y la euxenita los cuales ocurren en las
regiones de rocas iacutegneas [4]
Los elementos de las tierras raras en soluciones acuosas son acuocationes que
tienen asociado un cierto nuacutemero de moleacuteculas de agua en la esfera de
coordinacioacuten primaria [1] Las aplicaciones de los lantaacutenidos se iniciaron
praacutecticamente a mediados del siglo XIX por ejemplo en los encendedores
despueacutes empezaron a utilizarse en los vidrios oacutepticos como reactivos de
desplazamiento en resonancia magneacutetica nuclear en quiacutemica orgaacutenica en
bioquiacutemica en cataacutelisis en componentes oacutepticos y electroacutenicos en los
superconductores de alta temperatura y en medicina como materiales
intensificadores de rayos X como agentes de relajamiento para teacutecnicas de
imagen en resonancia magneacutetica nuclear y desde luego como radioisoacutetopos para
aplicaciones farmaceacuteuticas Su utilidad en medicina y en la industria aumentoacute al
aplicarse las propiedades luminiscentes de sus complejos en el
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
25
fluoroinmunoensayo la fluorescencia retardada los electrodos sensoriales
luminiscentes etc [5]
22 PRASEODIMIO
El praseodimio metaacutelico (siacutembolo Pr No Atoacutemico 59) es amarillento y forma una
capa de oacutexido cuando se expone al aire huacutemedo Es un isotopo estable con masa
de 140907 y abunda en la naturaleza en un 100 [6] fue descubierto por el
austriaco Auer Von Welsbach en 1885 [7] Este elemento tiene dos estados de
oxidacioacuten +3 y +4 El Pr3+ con configuracioacuten electroacutenica [54Xe]4f2 Presenta
propiedades fisicoquiacutemicas que pueden magnificarse al formar complejos con
ligantes orgaacutenicos El ion metaacutelico luminece en el visible y en el infrarrojo cercano
[68 y 9]
23 CICLODEXTRINAS (CDs)
La celulosa y el almidoacuten son dos poliacutemeros de glucosa principales que se
producen a partir de la fotosiacutentesis considerados como importantes fuentes de
energiacutea renovables de la tierra al hidrolizarse el almidoacuten por efecto de la enzima
ciclomaltodextrin-glucano-transferasa (CGT) da origen a las dextrinas ciacuteclicas Por
lo tanto las ciclodextrinas son oligoacutemeros ciacuteclicos [1011] se obtienen durante la
degradacioacuten enzimaacutetica del almidoacuten y consisten en una serie de oligosacaacuteridos
ciacuteclicos formados por 6 (α) 7 (β) y 8 (γ) unidades de α-D-glucosa (Figura 1)
[1213] poseen estructura semejante entre ellas pero sus propiedades son
diferentes (Tabla 1)
Figura 1 Estructura de α β y γ ciclodextrinas
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
26
Tabla 1 Propiedades fisicoquiacutemicas de los diferentes tipos de ciclodextrinas naturales [11]
α-CD β-CD γ-CD
Uniones de glucosa 6 7 8 Diaacutemetro interno (nm) 047-053 060-065 075-083 Profundidad de la cavidad (nm)
079 079 079
pK valor 123 122 121 Solubilidad en agua 125 185 232 PM (DA) 972 1135 1297 Volumen de cavidad (aprox)
174 262 427
Agua cristalina ( ww) 102 133-45 813-177 Interaccioacuten hidrofoacutebica CD-cavidad CD-cavidad CD-cavidad Puente de hidrogeno Glucosa-OH Glucosa-OH Glucosa-OH ∆Hdeg (solucioacuten) kcalmol 767 831 773 ∆Sdeg (solucioacuten) cal(mol K) 138 117 147
(mg mml-1 25deg C) (106 pm3)
Las ciclodextrinas como materiales polihidroxilados han sido objeto de una amplia
variedad de reacciones La reaccioacuten maacutes estudiada es el ataque electrofiacutelico al
grupo OH de su estructura [14] La cavidad interior de las ciclodextrinas es
hidrofobica por lo que estos compuestos son capaces de albergar moleacuteculas
hidroacutefobas maacutes pequentildeas para formar complejos ldquoanfitrioacuten-hueacutespedldquo en los que la
moleacutecula hueacutesped queda encapsulada por la ciclodextrina [1315] De acuerdo a
estas caracteriacutesticas son capaces de formar complejos de inclusioacuten por medio de
enlaces no covalentes los cuales estabilizan a una gran variedad de moleacuteculas
[16] Las ciclodextrinas pueden formar compuestos cristalinos a partir de
moleacuteculas orgaacutenicas hueacutesped en estado soacutelido liacutequido e incluso gaseoso En
consecuencia las moleacuteculas insolubles en agua pueden llegar a ser
completamente solubles mediante un tratamiento con disoluciones acuosas de
ciclodextrina sin que se produzca modificacioacuten quiacutemica alguna en la moleacutecula
hueacutesped ya que no se origina ninguacuten enlace covalente durante la interaccioacuten
entre la ciclodextrina y la moleacutecula insoluble en agua [1315]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
27
La importancia que las ciclodextrinas estaacuten cobrando en la actualidad se observa
en el raacutepido desarrollo de su mercado sobre todo en el constante nuacutemero de
trabajos de investigacioacuten patentes y conferencias que estaacuten teniendo lugar en
estos uacuteltimos antildeos [17] el mayor porcentaje de ciclodextrinas usadas
comercialmente corresponde a la alimentacioacuten [18] y a la cosmeacutetica y aseo
personal [19] Las ciclodextrinas se utilizan para enmascarar olores y sabores
desagradables disminuyen la incompatibilidad faacutermaco-excipiente mejoran la
estabilidad fiacutesica y quiacutemica de compuestos volaacutetiles y de principios activos que
sean hidrolizables oxidables o fotosensibles para convertir faacutermacos liacutequidos en
soacutelidos para su formulacioacuten en tabletas y una muy importante para incrementar la
solubilidad en agua y la velocidad de disolucioacuten de faacutermacos poco solubles
Factores que aumentaraacuten la biodisponibilidad existiendo la posibilidad de reducir
la dosis asiacute como mejorar la absorcioacuten percutaacutenea y rectal al reducirse el caraacutecter
hidrofoacutebico del faacutermaco [20]
Se puede mejorar la solubilidad de determinados compuestos como el retinol
empleado en formulaciones anti-envejecimiento al tiempo que los complejos con
ciclodextrina son maacutes estables a la reaccioacuten de oxidacioacuten y a la accioacuten de la
radiacioacuten ultravioleta Sin embargo es indudable que el mayor esfuerzo en
investigacioacuten estaacute relacionado con su potencial aplicacioacuten farmaceacuteutica [2122]
24 β-CICLODEXTRINA
La beta ciclodextrina es la maacutes empleada por sus caracteriacutesticas y propiedades de
estructura que presenta Las ciclodextrinas se forman mediante unidades de
glucopiranosa las cuales contienen 3 grupos de hidroxilos libres cada una la β-
ciclodextrina (Figura 1) posee 21 hidroxilos los cuales pueden ser modificados por
sustitucioacuten de los aacutetomos H u OH por diferentes grupos tales como hidroxialkil
amino alquil etc A partir de las CDs naturales se han sintetizado otros tipos de
CDs llamadas derivadas o modificadas El objetivo de obtener los derivados de las
CDs puede ser el aumento de solubilidad y estabilidad en el agua o mejorar la
encapsulacioacuten de la moleacutecula hueacutesped en su cavidad hidrofobica de la CD
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
28
25 2-HIDROXIPROPIL-β-CICLODEXTRINA
Entre los derivados de la β-ciclodextrina se encuentran las heterogeacuteneas amorfas
y altamente solubles como son la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Figura 2) y la
metil- β-ciclodextrina
La hidroxilpropil beta ciclodextrina (2HPβCD) que es una ciclodextrina sustituida
se obtiene de una solucioacuten base de la beta ciclo dextrina solubilizada con oacutexido de
propileno resultando un sistema isomerico cuya sustitucioacuten puede darse en las
posiciones 1 2 o 3 con solubilidad mayor a 500 mgmL en agua y a temperatura
ambiente La alquilacioacuten o hidroxialquilacioacuten de las ciclodextrinas afectan las
propiedades fisicoquiacutemicas de los derivados incluyendo la habilidad para formar
complejos farmaceacuteuticos y no es toacutexica despueacutes de una administracioacuten oral en
dosis menores a 500 mgkg por viacutea intravenosa [24 25]
Figura 2 2HPβCD
La complejacioacuten del praseodimio con la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina se obtiene el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con el fin de observar la influencia de la
solubilidad y estabilidad del praseodimio
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
29
26 HIDROacuteLISIS
La hidroacutelisis es decir la reaccioacuten de una especie tal como un ion metaacutelico con
los iones del agua asiacute como las reacciones redox y la formacioacuten de complejos con
los iones carbonato son algunas de las reacciones criacuteticas que controlan el
comportamiento de los lantaacutenidos en soluciones acuosas [12] en donde las
moleacuteculas de la sustancia son divididas en el agua
Las reacciones de hidroacutelisis dependen fuertemente del medio en que se efectuacutean
como son la fuerza ioacutenica el pH del medio la concentracioacuten del elemento y la
temperatura son paraacutemetros que rigen esas reacciones
Las reacciones de hidroacutelisis del praseodimio se muestran a continuacioacuten asiacute como
su constante de equilibrio de acuerdo a la ley de accioacuten de masas (Tabla 2)
Tabla 2 Reacciones de hidroacutelisis del praseodimio y constantes de equilibrio
Equilibrio Quiacutemico Constante de equilibrio
1 1198751199033+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)2+ + 119867+ 1198701119867 =
[119875119903(119874119867)2+][119867+]
[1198751199033+]
2 119875119903 (119874119867)2+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)2+ + 119867+
11987012119867 =[119875119903(119874119867)2
+][119867+]
[119875119903 (119874119867)2+]
3 119875119903 (119874119867)2+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)3
0 + 119867+ 11987013119867 =
[119875119903(119874119867)3+][119867+]
[119875119903(119874119867)2+]
4 119875119903 (119874119867)119899minus1+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)119899
0 + 119867+ 1198701119899119867 =
[119875119903(119874119867)119899+][119867+]
[119875119903(119874119867)119899minus1+ ]
5 1198751199033+ + 2119867119875120573119862119863 + 1198672119874 1198751199032119867119875120573119862119863(119874119867)2+ + 119867+ 11987011199011199032119867119875119861119862119863 =[119875119903 minus 2119867119875120573119862119863]
[1198751199033+]
De acuerdo con la ley de accioacuten de masas se pueden definir las constantes de
equilibrio (K) como K1H K12H K13H K1nH y K1Pr2HBCD Y con base en ellas se
pueden definir las constantes globales o acumulativas de hidroacutelisis
β1OH = K1H β12OH = [K1H][K12H] β13OH = [K1H][K12H][K13H]helliphelliphellip
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
30
Se entiende como constantes de Broumlnsted a las ecuaciones de la ley de accioacuten de
masas en las cuales el teacutermino de H+ aparece como actividad y las demaacutes especies
aparecen en teacuterminos de concentracioacuten
Las reacciones de hidroacutelisis se afectan cuando cambian las condiciones en las que
se llevan a cabo Una de esas condiciones a la que se le ha puesto atencioacuten
aunque hasta ahora no la suficiente es la fuerza ioacutenica Por lo general los trabajos
dedicados a la determinacioacuten de las constantes de hidroacutelisis se han efectuado en
medios de fuerza ioacutenica baja consideradas como soluciones ideales
Sin embargo para los medios tales como el agua de mar y otros de fuerza ioacutenica
maacutes elevada por ejemplo las minas de sal para almacenamiento de desechos
radiactivos se encuentran pocos datos en la literatura [25]
27 FUERZA IOacuteNICA
El comportamiento de los iones en una disolucioacuten depende de la composicioacuten
ioacutenica total de la misma la cual se expresa por su fuerza ioacutenica [26]
119868 =1
2sum 119862119894119885119894
2 Ec 1)
Donde
I = fuerza ioacutenica Ci = concentracioacuten molar de los iones existentes y Z
i = carga
ioacutenica de los iones existentes
La caracteriacutestica fundamental de las sales que se adicionan a un medio para
imponer la fuerza ioacutenica es que sean inertes pues no deben tomar parte en el
equilibrio quiacutemico [27] El aacutecido percloacuterico es el aacutecido maacutes fuerte en solucioacuten
acuosa por lo tanto el ion perclorato es una base deacutebil maacutes que los iones cloruro
y muestra muy poca tendencia a unirse a iones hidroacutegeno Lo mismo puede
decirse acerca de su tendencia a reaccionar con iones metaacutelicos que pueden
considerarse como aacutecidos de Lewis En la mayoriacutea de los percloratos metaacutelicos en
solucioacuten el ion metaacutelico se encuentra en forma hidratada siempre y cuando la
solucioacuten sea suficientemente aacutecida para que no se produzca la formacioacuten de
hidroxo complejos [28]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
31
La fuerza ioacutenica juega un papel de gran importancia en el pH Feldman en 1956
observoacute que el pH de una solucioacuten buffer 005 M de ftalato aacutecido de potasio
cambioacute desde 400 en fuerza ioacutenica cero hasta 357 en fuerza ioacutenica 2 M de KCl
Feldman explicoacute que el pH disminuye debido a que el coeficiente de actividad
cambia y por lo tanto hay mayor disociacioacuten de ftalato aacutecido de potasio [29] En la
literatura se han reportado diversos estudios de las constantes de estabilidad del
praseodimio en fuerza ioacutenica 2M (Tabla 3) donde se han empleado diferentes
condiciones de temperatura fuerza ioacutenica y diferentes meacutetodos donde se han
obtenido valores diferentes de la constante de estabilidad del praseodimio
Tabla 3 Datos de la literatura sobre la primera constante de hidroacutelisis (log β1) del praseodimio
Medio Meacutetodo Molaridad Log +β1 T K Referencia
NaCl ESTP 2 -874plusmn006 303 De la Cruz et al 2013
NaCl ES 2 -894plusmn002 303 Loacutepez et al 2010 NaCl SQUAD 2 -894plusmn003 303 Gonzales et al
2009 NaCl SQUAD 2 -891plusmn019 303 Gonzales et al
2009 NaCl ES 2 -877plusmn003 303 Gonzales et al
2009 NaClO4 TP 2 -838plusmn002 303 Loacutepez et al2005
NaCl TP 2 -876plusmn002 303 Loacutepez et al2005 NaCl TP 1 -858plusmn002 303 Ramirez et al
2004 NaClO4HClO4 ESTP 07 -862plusmn006 298 Klungness y
byrne2002 LiClO4 TP 3 -874plusmn003 303 Ciavata et al
1989 NaClO4 TP 3 -956plusmn003 298 Burkov et al
1982 NR RE 0 -81 298 Baes y Mesmer
1976 LiClO4 ED 02 -71plusmn007 298 Guillaumont et
al 1971 NaClO4 Ba(OH)2
TP 03002 -945 298 Frlova et al 1966
NaClO4 LiClO4
TP 3 -85 298 Tobias y Garrett1956
TP Titulacioacuten potenciomeacutetrica ES Espectrofotomeacutetrica RE Relacioacuten empiacuterica ED Extraccioacuten con
disolvente T K Temperatura
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
32
Sin embargo solo se ha podido determinar el valor de la primera constante de
estabilidad en este estudio se pretende conocer el valor de varias especies
aprovechando el aumento de solubilidad que ofrecen las ciclodextrinas
28 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACIOacuteN
281 MICROSCOPIacuteA ELECTROacuteNICA DE BARRIDO (MEB)
La superficie de un soacutelido puesto en contacto con un liacutequido o con un gas difiere
sustancialmente en su interior tanto en su composicioacuten quiacutemica como en sus
propiedades fiacutesicas a la de la inicial La caracterizacioacuten de estas propiedades de
superficie es de vital importancia en numerosos campos que incluyen la cataacutelisis
heterogeacutenea la tecnologiacutea de partiacuteculas delgadas semiconductoras los
mecanismos de corrosioacuten y adhesioacuten la actividad de las superficies metaacutelicas las
caracteriacutesticas de la dureza y los estudios sobre el comportamiento y las funciones
de las membranas bioloacutegicas [30]
En muchos campos de la quiacutemica de las ciencias de los materiales de la geologiacutea
y de la biologiacutea es cada vez de maacutes importancia el conocimiento detallado de la
naturaleza fiacutesica de las superficies de los soacutelidos Normalmente la informacioacuten se
obtiene sobre las superficies con una resolucioacuten considerablemente elevada
mediante tres teacutecnicas la microscopia electroacutenica de barrido (MEB) microscopia
de barrido de efecto tuacutenel y microscopia de fuerzas atoacutemicas [31] El microscopio
electroacutenico de barrido (MEB) es un instrumento para obtener fotografiacuteas
tridimensionales debido a que tiene una alta resolucioacuten y una gran profundidad de
campo En las fotografiacuteas se puede apreciar la estructura de muestras
microscoacutepicas detallando de manera extraordinaria sus caracteriacutesticas
morfoloacutegicas y topograacuteficas [32] de distintos materiales
Un instrumento que se ha desarrollado para el anaacutelisis de muestras a traveacutes del
microscopio electroacutenico de barrido es el analizador EDS (espectroacutemetro de
dispersioacuten de energiacutea) de rayos X el cual identifica la distribucioacuten cuantitativa y
cualitativa de elementos quiacutemicos que se encuentran presentes en la muestra
mostrando graacuteficas e imaacutegenes relacionadas con esa distribucioacuten Es pertinente
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
33
sentildealar que el analizador EDS de rayos X identifica y evaluacutea el contenido de
elementos quiacutemicos desde el carbono al uranio en superficies planas o secciones
finas de las muestras en todo tipo de material (bioloacutegico e inerte) [33]
282 ESPECTROSCOPIA DE ABSORCION ULTRAVIOLETA-VISIBLE (UV-
VIS)
Una de las teacutecnicas instrumentales maacutes utilizadas en la deteccioacuten de complejos de
inclusioacuten con CDs es la espectroscopia de absorcioacuten UV-VIS Es una teacutecnica
versaacutetil de amplia aplicacioacuten de manejo sencillo y preciso Debido a que la
mayoriacutea de las moleacuteculas orgaacutenicas absorben en la regioacuten UV o visible del
espectro donde experimentan variaciones en las posiciones de los maacuteximos de
absorcioacuten (cualitativas) o en el valor del coeficiente de absorcioacuten molar
(cuantitativas) tras la formacioacuten del complejo con CDs Como existen numerosas
moleacuteculas orgaacutenicas deacutebilmente solubles en agua son difiacuteciles de analizar por
esta teacutecnica espectrofotomeacutetrica Sin embargo la inclusioacuten conlleva a la
solubilizacioacuten permitiendo obtener el espectro de absorcioacuten en solucioacuten acuosa
que podriacutea producir variaciones en su espectro en solventes de baja polaridad
comparables con respecto a otros solventes maacutes polares [34]
La espectroscopia UV-Vis (en el rango de longitudes de onda del ultravioleta y
visible) se basa en el anaacutelisis de la cantidad de radiacioacuten electromagneacutetica que
puede absorber o transmitir una muestra [35] Cuando la radiacioacuten
electromagneacutetica interacciona con la materia se produce absorcioacuten de radiacioacuten
Si la frecuencia de esta radiacioacuten corresponde a la energiacutea necesaria para elevar
el sistema a un nivel de energiacutea superior se produce el estado excitado [36] De
acuerdo con este fenoacutemeno cada sustancia poseeraacute una longitud de onda de
maacutexima absorcioacuten que la caracteriza cualitativamente [35] Esta
espectrofotometriacutea utiliza radiaciones del campo UV de 80 a 400 nm
principalmente de 200 a 400 nm (UV cercano) y de luz visible de 400 a 800 nm
por lo que es de gran utilidad para caracterizar las soluciones en la regioacuten
ultravioleta-visible del espectro [37]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
34
283 DIFRACCIOacuteN DE RAYOS X (DRX)
Es una de las teacutecnicas de caracterizacioacuten maacutes potentes y maacutes comuacutenmente
utilizadas para el anaacutelisis estructural de cristales Sus caracteriacutesticas principales
son consecuencia de ser una ldquosondardquo electromagneacutetica de la materia con una
longitud de onda de magnitud muy parecida al espaciado interplanar de los soacutelidos
[38] Constituye la metodologiacutea maacutes apropiada para realizar el anaacutelisis de la
estructura cristalina del complejo [39] No obstante los diagramas de difraccioacuten
son una prueba concluyente para demostrar la inclusioacuten ya que el difractograma
del complejo es diferente al que se obtiene tras superponer los difractogramas de
la moleacutecula encapsulada y el de las CDs aisladas [40]
La interaccioacuten entre el vector eleacutectrico de la radiacioacuten X y los electrones de la
materia que atraviesa da lugar a una dispersioacuten Cuando los rayos X son
dispersados por el entorno ordenado de un cristal tienen lugar interferencias
(constructivas y destructivas) entre los rayos dispersados ya que las distancias
entre los centros de dispersioacuten son del mismo orden de magnitud que la longitud
de onda de la radiacioacuten El resultado es la difraccioacuten [41] Cuando las CDs
naturales o el hueacutesped cristalino son sometidas a la difractometriacutea de rayos X
eacutestos presentan un patroacuten de difraccioacuten de alta intensidad debido a su
cristalinidad Por el contrario si el complejo de inclusioacuten se forma va a mostrar un
patroacuten de tipo halo [42] con picos difusos y anchos caracteriacutesticos de un
compuesto amorfo Esta teacutecnica es sumamente uacutetil para verificar la formacioacuten de
complejos de inclusioacuten en el caso de hueacutespedes liacutequidos En efecto ya que estos
no presentan ninguacuten patroacuten de difraccioacuten si son incluidos se va a obtener un
difractograma con un patroacuten bien definido [43]
284 ESPECTROSCOPIA DE INFRARROJO (IR)
La aplicacioacuten del meacutetodo de infrarrojo se limita a aquellos hueacutespedes que tienen
ciertas bandas de absorcioacuten caracteriacutesticas como los grupos carbonilo hidroxilo o
C-H u otros que permitan evaluar si existen diferencias entre los espectros del
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
35
hueacutesped libre y encapsulado [42] Cuando se produce la encapsulacioacuten del
compuesto hueacutesped se produce un corrimiento o disminucioacuten de la intensidad de
ciertas bandas caracteriacutesticas del espectro correspondiente al hueacutesped Sin
embargo dichos cambios son muy sutiles debido a que el hueacutesped representa un
5-10 del peso total del complejo por lo cual requiere una interpretacioacuten
cuidadosa del espectro [44]
285 ESPECTROSCOPIA RAMAN
La espectroscopia Raman mide la intensidad de la radiacioacuten como una funcioacuten de
la frecuencia (o del nuacutemero de onda) [45] Esta teacutecnica es complementaria del IR y
la informacioacuten que aporta es semejante Las bandas se desplazan y se modifican
como consecuencia del proceso de inclusioacuten [46] Los espectros Raman se
obtienen al irradiar una muestra con una potente fuente laser de radiacioacuten
monocromaacutetica visible o infrarroja Durante la radiacioacuten se registra el espectro de
la radiacioacuten dispersada en un cierto aacutengulo (por lo general 90 deg) con un
espectroacutemetro adecuado [47] Las bandas se desplazan y se modifican como
consecuencia del proceso de inclusioacuten Probablemente la espectroscopia Raman
resulta de mayor utilidad en el caso de complejos en medios liacutequidos donde la
presencia de soluciones acuosas no supone un obstaacuteculo como ocurre en el caso
de la espectroscopia IR [48]
29 TITULACIOacuteN ESPECTROFOTOMEacuteTRICA
El meacutetodo espectrofotomeacutetrico es un meacutetodo analiacutetico el cual por medio de un
espectrofotoacutemetro permite comparar la radiacioacuten electromagneacutetica de una
sustancia en funcioacuten de su concentracioacuten desconocida y una concentracioacuten
conocida de la misma sustancia y evaluar el momento de reaccioacuten de un aacutecido y
una base mediante la absorcioacuten de radiacioacuten electromagneacutetica de la sustancia a
cierta longitud de onda fija permite determinar el punto final de la titulacioacuten La
medicioacuten de absorbancia se realiza en cada adicioacuten del titulante asiacute se
construyen graficas de absorbancia en funcioacuten del pCH de cada aliacutecuota de adicioacuten
del titulante (Figura 3) donde se observara la zona saturada y no saturada Estas
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
36
dos zonas nos permitiraacuten determinar el punto de inicio de precipitacioacuten del
lantaacutenido
Figura 3 Ilustracioacuten de un diagrama general de pLn(c)-pCH
El punto de precipitacioacuten (pCH) se utiliza para delimitar el intervalo de la zona no
saturada Este intervalo se utiliza en un programa de coacutemputo como
SUPERQUAD que se emplea para determinar constantes de equilibrio
210 MEacuteTODO POTENCIOMEacuteTRICO
Es el meacutetodo maacutes estudiado para determinar constantes de hidroacutelisis por su
sencillez y exactitud el meacutetodo se basa en la titulacioacuten de una solucioacuten de
concentracioacuten conocida de base (o aacutecido) con un aacutecido fuerte (o base fuerte) la
reaccioacuten se puede seguir por ejemplo con electrodos de vidrio y calomel
conectados a un potencioacutemetro [49] de los datos obtenidos de la titulacioacuten se
construye una graacutefica de titulacioacuten de pH en funcioacuten del volumen adicionado del
titulante (Figura 4)
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
37
Figura 4 Ilustracioacuten de una valoracioacuten potenciomeacutetricas directa con su primera derivada (∆pCH∆V)
El teacutermino pH se aplica habitualmente al logaritmo inverso de la concentracioacuten del
ion hidronio sin embargo cuando la fuerza ioacutenica es alta y el electrodo del
indicador es sensible al pH es importante diferenciar entre el logaritmo inverso de
la concentracioacuten de los iones hidronio (pCH) y el valor del pH experimental La
concentracioacuten de los iones hidronio (o de OH-) en el equilibrio y la composicioacuten de
una solucioacuten dada permiten calcular la razoacuten molar de los iones OH- unidos al ion
metaacutelico en solucioacuten un grupo de valores de [H+] y la concentracioacuten inicial del
metal son los datos necesarios para determinar las constantes de hidroacutelisis [49]
Se alimentan los datos de la zona no saturada y volumen del titulante adicionado a
la valoracioacuten potenciomeacutetrica al programa de coacutemputo SUPERQUAD y asiacute poder
determinar las constantes de hidroacutelisis del Pr
211 PROGRAMA DE COacuteMPUTO SUPERQUAD
El programa de coacutemputo SUPERQUAD fue creado por Gans Sabatini y Vacca
escrito en lenguaje fortran calcula las constantes de equilibrio en sistemas
multicomponentes y multireaccionantes Esas constantes se calculan con la base
de un modelo quiacutemico el cual debe incluir la estequiometria y los valores
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
38
estimados de las constantes globales de formacioacuten de cada una de las especies
presentes durante la valoracioacuten Se aplica reiteradamente el meacutetodo de miacutenimos
cuadrados a las diferencias que se generan en los potenciales experimentales de
las celdas menos los calculados por el propio programa Para alcanzar el miacutenimo
de estas diferencias se aplica el algoritmo de Marquadt Por uacuteltimo en el archivo
de salida del programa SUPERQUAD se obtienen los valores calculados y un
anaacutelisis estadiacutestico de los datos [25]
39
______________________________
CAPIacuteTULO III
HIPOacuteTESIS
______________________________
CAPIacuteTULO III HIPOacuteTESIS
40
3 HIPOacuteTESIS
La 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina aumentaraacute la solubilidad del praseodimio de
esta manera permitiraacute determinar varias especies quiacutemicas de hidroacutelisis de este
elemento en medio 2 M de NaClO4 a 30 degC
41
______________________________
CAPIacuteTULO IV
OBJETIVOS
______________________________
CAPIacuteTULO IV OBJETIVOS
42
4 OBJETIVOS
Objetivo general
Estudiar el comportamiento quiacutemico en solucioacuten acuosa del compuesto de
inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por medio de la
determinacioacuten de las constantes de hidroacutelisis en 2 M de NaClO4 a 30 degC
Objetivos especiacuteficos
Obtener el compuesto de inclusioacuten del praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina
Determinar las constantes de la hidroacutelisis de las especies quiacutemicas de
praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en 2 M de
NaClO4 y a 30 degC por el meacutetodo espectrofotomeacutetrico y el meacutetodo
potenciomeacutetrico
Determinar la constante de hidroacutelisis del compuesto de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en 2 M de NaClO4 y a 30 degC
por el meacutetodo espectrofotomeacutetrico y el meacutetodo potenciomeacutetrico
43
______________________________
CAPIacuteTULO V
METODOLOGIacuteA
______________________________
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
44
5 METODOLOGIacuteA
El diagrama de flujo (Figura 5) muestra el resumen de las actividades del
desarrollo experimental que se siguioacute en el estudio del praseodimio en presencia
de la 2HPβCD
Figura 5 Diagrama de flujo
INICIO
Preparacioacuten de las soluciones de 2M de NaClO4 PrCl3xH2O 2HPβCD y
Pr-2HPβCD
Preparacioacuten de precipitados PrCl3H2O 2HPβCD y Pr-
2HPβCD
Irradiacioacuten Gamma
Caracterizacioacuten de reactivos y el complejo de
inclusioacuten
UV-Vis
MEB y EDS
DRX
EspectroscopiaIR
Espectroscopia Raman
Efecto de concentracioacuten
Solubilidad
Efecto de temperatura
Efecto de tiempo
Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Meacutetodo grafico
Valoraciones potenciomeacutetricas
Determinacioacuten de constantes
de hidroacutelisis con el programa de
coacutemputo SUPERQUAD
Anaacutelisis de
resultados
FIN
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
45
La descripcioacuten de cada una de las etapas de este diagrama se muestra
enseguida
Los reactivos empleados en este trabajo fueron de grado analiacutetico Para la
preparacioacuten de las soluciones y lavado del material del laboratorio se usoacute agua
destilada
51 Preparacioacuten de la solucioacuten de la 2-hidroxipropyl- βeta-ciclodextrina
La solucioacuten del derivado de la beta ciclodextrina se preparoacute a partir de la 2-
hydroxipropyl-βeta-ciclodextrina [(C6H9O5)7-(C3H7O)45] de peso molecular 1396
gmol (anhidro) de Sigma-Aldrich Chem Company Inc el cual se disolvioacute con
agua destilada y agitacioacuten constante La concentracioacuten fue de 02389 M
52 Preparacioacuten de solucioacuten de praseodimio
La solucioacuten de praseodimio se preparoacute a partir del oacutexido de praseodimio (Pr6O11)
de Sigma-Aldrich Chem Company Inc El oacutexido se tratoacute con HCl concentrado el
precipitado resultante se diluyoacute en agua destilada y se evaporoacute hasta sequedad
este proceso se hizo tres veces Finalmente se diluyoacute con una solucioacuten de HCl de
pH 3 Esta solucioacuten se valoroacute con EDTA naranja de xilenol y piridina para
determinar la concentracioacuten la cual fue de 048 M
53 Preparacioacuten del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina
El complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina (Pr-
2HPβCD) se preparoacute a partir de las soluciones de la 2-hydroxipropyl-βeta-
ciclodextrina 02389 M y de la solucioacuten de praseodimio 048 M en la relacioacuten molar
11 La concentracioacuten del complejo de inclusioacuten fue de 0005 M Esta solucioacuten se
evaporoacute lentamente a sequedad en una parrilla de calentamiento Corning PC-351
Hot Plate-Stirrer durante 45 minutos El precipitado resultante se secoacute en una
estufa Lab Line Instruments Inc (Melrose Park Illinois) a 45-50degC durante 2
horas Varias fracciones de este precipitado se emplearon para determinar la
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
46
morfologiacutea la espectroscopia de infrarrojos difraccioacuten de rayos X y Raman
Tambieacuten se caracterizaron las muestras de PrCl3 XH2O y 2HPβCD
54 Determinacioacuten de las curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por UV-Vis
Para cuantificar praseodimio por espectrofotometriacutea UV-Vis se determinaron las
curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD para ello se
realizaron diluciones a diferentes concentraciones de PrCl3 XH2O manteniendo
constante la concentracioacuten de la 2HPβCD Los datos se muestran en la Tabla 4
Tabla 4 Diferentes concentraciones de praseodimio con 2HPβCD constante para determinar las curvas de calibracioacuten
Pr (ml) H2O
(ml)
2HPβCD
(ml)
Concentraciones
Pr2HPβCD [M]
00004 1999 2 00001 00025
00010 1998 2 000025 00025
00041 1995 2 0001 00025
00104 1989 2 00025 00025
00208 1979 2 0005 00025
00416 1958 2 001 00025
0104 1895 2 0025 00025
0260 1739 2 00625 00025
0520 1479 2 0125 00025
1041 0958 2 025 00025
125 075 2 03 00025
Las disoluciones se midieron en el espectroacutemetro UV-Vis marca Perkin Elmer
Lambda 10 en un intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
47
55 Estudio de la influencia de las relaciones molares de las soluciones del
complejo de inclusioacuten
Para determinar la influencia de la 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se prepararon las relaciones molares de PrCl3
XH2O y de 2HPβCD Los datos se muestran en la Tabla 5
Tabla 5 Relaciones molares 2HPβCD Pr
Relacioacuten 2HPβCDPr
2HPβCD (ml)
H2O (ml)
Pr (ml)
Concentraciones 2HPβCDPr [M]
051 0010 199 2 000125 00025
11 0020 1979 2 000250 00025
21 0041 1958 2 000500 00025
31 0062 1937 2 000750 00025
41 0083 1916 2 001000 00025
51 0104 1895 2 001250 00025
81 0167 1832 2 002000 00025
101 0209 1790 2 002500 00025
151 0313 1686 2 003750 00025
181 0376 1623 2 004500 00025
241 0502 1497 2 006000 00025
Las relaciones molares se prepararon a partir de las soluciones de PrCl3 XH2O
048 M y de la 2HPβCD 02389 M
Las disoluciones se midieron en el espectroacutemetro UV-Vis marca Perkin Elmer
Lambda 10 en un intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
56 Efecto de la Radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Para observar el efecto de la radiacioacuten gamma del Cobalto-60 (Co60) en el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se prepararon 6 soluciones de 10 ml del
complejo de inclusioacuten en relacioacuten molar 11 de concentracioacuten 0005 M de cada una
de ellas y soluciones de los reactivos PrCl3 XH2O y 2HPβCD en las mismas
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
48
condiciones Tambieacuten se prepararon 6 muestras soacutelidas de Pr-2HPβCD
(precipitado) PrCl3 XH2O y 2HPβCD de 02 g cada una
Cada una de estas muestras fue colocada en un vial de 20 ml luego se selloacute con
bolsa de plaacutestico y se irradiaron a diferentes dosis en el irradiador LGI-01
TRANSELEKTRO del ININ con una razoacuten de dosis de 103716 Gyh En la
posicioacuten de irradiacioacuten VICKRAD se colocaron tres muestras liacutequidas y tres
soacutelidas de la misma manera en la posicioacuten de irradiacioacuten GAMMACELL tres
muestras liacutequidas y tres soacutelidas En ambos casos cuando se alcanza la dosis
requerida (por ejemplo 1 Gy) una muestra se retira o se saca de la posicioacuten de
irradiacioacuten y asiacute sucesivamente se continuacutea hasta alcanzar la dosis maacutexima de
irradiacioacuten requerida Los datos se muestran en la Tabla 6
Tabla 6 Dosis de irradiacioacuten de Co60 aplicadas a las muestras en solucioacuten y soacutelidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 2HPβCD y PrCl3 XH2O en la instalacioacuten VICKRAD y GAMMACELL del irradiador
LGI-01 TRANSELEKTRO del ININ
1ra Serie Instalacioacuten VICKRAD
No Muestras soacutelidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
No Muestras liacutequidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
1 (a) 1 Gy 4 (1i) 1 Gy 2 (b) 10 Gy 5 (2i) 10 Gy
3 (c) 100 Gy 6 (3i) 100 Gy
2da Serie Instalacioacuten GAMMACELL
No Muestras soacutelidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
No Muestras liacutequidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
1 (d) 05 KGy 4 (4i) 05 KGy
2 (e) 5 KGy 5 (5i) 5 KGy
3 (f) 10 KGy 6 (6i) 10 KGy
Las muestras liacutequidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD PrCl3-XH2O y
2HPβCD irradiadas se evaporaron a sequedad para realizar el anaacutelisis de
caracterizacioacuten
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
49
57 Caracterizacioacuten del compuesto de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina
571 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB)
Para realizar este anaacutelisis se emplearon fracciones de cada uno de los reactivos
PrCl3 XH2O 2HPβCD el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD irradiado Cada una de las fracciones se colocaron en un
porta muestras de aluminio Se recubrieron con una capa de oro para que las
muestras fueran conductoras El anaacutelisis morfoloacutegico se realizoacute en un microscopio
JSM-1600 y JSM-6610LV acoplados a una sonda de espectroscopia de difraccioacuten
de rayos X con el software de los equipos se obtuvo el anaacutelisis elemental
realizado por EDS (Energy Dispersion of X ray Espectrosocopy) que proporcionoacute
informacioacuten cualitativa y cuantitativa de las muestras analizadas
572 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX)
Este anaacutelisis se realizoacute con el difractoacutemetro de polvos SIEMENS D-5000 con
aacutenodo de cobre λ = 15406 Ǻ y un barrido de 25-80 en 2ɵ Para ello se colocaron
en un porta muestras fracciones de cada una de las muestras PrCl3 XH2O
2HPβCD Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado En cada una de estas muestras se
hizo incidir un haz de rayos X De esta manera se obtuvieron graacuteficas de
intensidad en funcioacuten del aacutengulo de difraccioacuten Los resultados se compararon con
las tarjetas de los patrones reportados por el Joint Committee on Powder
Diffraction Standards (JCPDS)
573 Anaacutelisis por espectroscopia de infrarrojo (IR)
Se realizoacute la espectroscopia de infrarrojo de las muestras de PrCl3 XH2O
2HPβCD Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado con el espectroacutemetro Nicolet
Magna-IRTM spectrometer 550 FTIR en un intervalo de 450-4000 cm-1 Las
muestras se prepararon con un estaacutendar de KBr mediante el meacutetodo de
dispersioacuten de pastilla para su anaacutelisis
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
50
574 Anaacutelisis por espectroscopia Raman
Se realizoacute la espectroscopia Raman de las muestras de PrCl3 XH2O 2HPβCD
Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado con el equipo Raman LabRamHR JovynIvon-
Horiba Una fraccioacuten de cada una de las muestras se colocaron en un porta
muestras conectado a un microscopio y se hizo incidir un rayo laacuteser de un
microacutemetro de diaacutemetro Como resultado se obtuvo una graacutefica de intensidad
Raman contra el desplazamiento Raman Los espectros Raman de las muestras
fueron obtenidos en un intervalo de 0 a 1700 cm-1
58 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-βeta-ciclodextrina
581 Efecto de temperatura
En un tubo de ensaye se le adicionoacute 2 ml de agua destilada a 20 0C En un bantildeo
mariacutea a la temperatura de 20 0C se colocoacute el tubo de ensaye con 2 ml de agua
destilada y se le adicionoacute poco a poco la muestra del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD (05 g previamente pesada) Se agitoacute manualmente de manera
constante hasta observar la formacioacuten de precipitado (Pr-2HPβCD) en el fondo
del tubo de ensaye
Este proceso tambieacuten se realizoacute a las temperaturas de 35 42 50 y 60degC El
residuo del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD que ya no se adicionoacute en el tubo de
ensaye se pesoacute y por diferencia con el peso inicial (05 g) se determinoacute los
gramos solubilizados del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Los datos se
muestran en la Tabla 7
Con los resultados obtenidos se graficoacute la temperatura en funcioacuten de la cantidad
de complejo de inclusioacuten solubilizado
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
51
Tabla 7 Cantidad de complejo solubilizado a diferentes temperaturas en 2 ml de agua destilada
Pr-2HPβCD (g)
H2O
(ml)
Temp (degC) del H2O
Pr-2HPβCD solubilizados (g)
1 05 2 20 01866 2 05 2 35 02472 3 05 2 42 03014 4 05 2 50 03461 5 05 2 60 03628
582 Efecto del tiempo
En un tubo de ensaye se le adicionoacute 2 ml de agua destilada a temperatura
ambiente Se le adicionoacute la muestra del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD (01001
g previamente pesada) se registroacute el tiempo (inicial) y se agitoacute manualmente de
manera constante hasta observar la formacioacuten de precipitado (Pr-2HPβCD) en el
fondo del tubo de ensaye Se registroacute el tiempo (final) cuando el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD se solubilizoacute completamente Este proceso se realizoacute 5
veces La determinacioacuten del tiempo de solubilizacioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD es la diferencia entre el tiempo inicial y final Los datos se muestran en la
Tabla 8 Con los resultados obtenidos se graficoacute los gramos solubilizados del
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en funcioacuten del tiempo
Tabla 8 Cantidades de complejo Pr-2HPβCD y agua destilada en cada tubo de ensaye
Pr-2HPβCD
(g)
H2O
(ml) Tiempo (seg)
1 01001 2 161
2 01005 2 163
3 01011 2 167
4 01018 2 169
5 01026 2 170
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
52
59 Determinacioacuten de la curva de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4
Para corregir el pH experimental en el medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 se
preparoacute una solucioacuten de NaOH al 50 pesovolumen A partir de esta solucioacuten se
preparoacute una solucioacuten de hidroacutexido de sodio a una concentracioacuten de 1 N en una
caja de guantes con atmosfera de nitroacutegeno Esta solucioacuten se valoroacute con ftalato
aacutecido de potasio y fenolftaleiacutena para determinar su concentracioacuten Con esta
solucioacuten de NaOH 1 N se prepararon soluciones de 01 001 y 0001 M y a estas
mismas concentraciones con HCl 1N titrisol ambas en medio de fuerza ioacutenica 2 M
de NaClO4 La medicioacuten de pH de estas soluciones (pH experimental) se
realizaron con un electrodo de vidrio AgClAg Radiometer XG200 con agitacioacuten
constante a temperatura de 30 degC controlada por un bantildeo de agua circulante
ldquoPolyscience Circulatiorrdquo modelo 12101-10 Se mantuvo una atmosfera de
nitroacutegeno en la celda potenciomeacutetrica de doble pared Se midioacute el pH 3 veces de
cada solucioacuten el mismo diacutea y durante tres diacuteas consecutivos Se promediaron los
datos obtenidos y se trazoacute una graacutefica que permitioacute realizar la relacioacuten entre el
logaritmo inverso de la concentracioacuten de los iones hidrogeno (pCH) y el pH
experimental
510 Valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Se realizaron valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD con hidroacutexido de sodio en fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 para ello se
colocoacute en una celda de reaccioacuten 10 ml de 2 M de NaClO4 de pH 3 21 microL de la
solucioacuten de 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina de concentracioacuten 02389 M y 105
microL de la solucioacuten de PrCl3 XH2O de concentracioacuten 048 M para tener una
concentracioacuten inicial de 000025 M del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Se
midioacute el pH se tomoacute una aliacutecuota de 3 ml y se midioacute su absorbancia con el
espectrofotoacutemetro UV-Vis Perkin Elmer Lambda 10 en un intervalo de longitud de
onda de 200 a 700 nm Como blanco se empleoacute agua destilada Los 3 ml de
solucioacuten medida por UV-Vis se regresaron a la celda de reaccioacuten Posteriormente
se adicionaron aliacutecuotas de una solucioacuten de 00025 M de NaOH en 2 M de
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
53
NaClO4 Se repitioacute varias veces el proceso de tomar una aliacutecuota en la celda de
reaccioacuten a la celda de cuarzo y medir la absorbancia del complejo de inclusioacuten de
tal manera que el pH incrementara de 02 en 02 hasta alcanzar un pH de 9 o 10
aproximadamente En todo el proceso se mantuvo una temperatura de 30 degC y
una atmoacutesfera de nitroacutegeno constante en la celda
Con los datos de pH y absorbancia a una longitud de onda de 210 nm obtenidos
se graficaron los valores de la absorbancia en funcioacuten del pCH para determinar el
pCH de precipitacioacuten la zona no saturada y la zona saturada
511 Valoraciones potenciomeacutetricas directas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Con el sistema de titulacioacuten automaacutetica que consiste de un potencioacutemetro
Radiometer TIM900 Titrilab de un electrodo combinado de vidriondashAgClAg y una
bureta automaacutetica de 20 ml se realizaron valoraciones potenciomeacutetricas directas
Para lo cual se colocoacute en la celda de reaccioacuten 10 ml de 2 M de NaClO4 de pH 3
21 microL de la solucioacuten de 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina de concentracioacuten 02389
M y 105 microL de la solucioacuten de PrCl3 XH2O de concentracioacuten 048 M para tener
una concentracioacuten inicial de 000025 M del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Esta solucioacuten se valoroacute con NaOH 00025 M en 2 M de NaClO4 a una temperatura
de 30 degC flujo de nitroacutegeno y agitacioacuten constante Con los datos de pH y volumen
de NaOH se graficaron los valores de pCH en funcioacuten del volumen de NaOH El
intervalo de pCH de la zona no saturada se determinoacute despueacutes de que el aacutecido fue
neutralizado y el pCH final se determinoacute con el pCH de precipitacioacuten obtenido en la
titulacioacuten espectrofotomeacutetrica Este intervalo de pCH de la zona no saturada se
emplearon en el programa de computo SUPERQUAD para determinar los valores
de las constantes de hidroacutelisis del praseodimio y del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
54
______________________________
CAPIacuteTULO VI
RESULTADOS
______________________________
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
55
6 RESULTADOS
61 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 6 muestra los espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes
concentraciones en presencia de 2HPβCD 00025 M determinados en el intervalo
de longitud de onda de 200 a 700 nm En ellos se observa que cuando aumenta
la concentracioacuten del praseodimio en presencia de 2HPβCD aumenta el tamantildeo de
las bandas La 2HPβCD no presenta bandas de absorcioacuten en toda la regioacuten de
200-700 nm
Figura 6 Espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes concentraciones en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
A partir de la Figura 6 y de acuerdo al tamantildeo de las bandas de absorcioacuten de los
espectros UV-Vis en funcioacuten de la concentracioacuten del praseodimio se establecen
tres regiones de intereacutes En la regioacuten de longitud de onda de 200-225 nm la banda
de absorcioacuten maacutexima del praseodimio se encuentra en 215 nm para
concentraciones bajas en la regioacuten de 440-490 nm se encuentran las bandas de
absorcioacuten de 444 469 nm y 482 nm para concentraciones intermedias y
finalmente en la regioacuten de 558-600 nm se encuentran las bandas de absorcioacuten de
200 300 400 500 600 700
00
05
10
15
20
25
30
Ab
so
rban
cia
Longitu de onda (cm-1)
000011MPr
0000251MPr
00011MPr
000251MPr
00051MPr
001MPr
0025MPr
006251MPr
01251MPr
0251MPr
031MPr
00025M2HPBCD
00025MPr
1
2
3
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
56
5885 nm para cuantificar concentraciones altas de praseodimio en presencia de la
2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Figura 7 y Tabla 9) En la Figura 7 se muestran las
rectas de calibracioacuten para cuantificar praseodimio Estas rectas de calibracioacuten fueron
determinadas con los datos de los valores de absorbancia de cada banda de
absorcioacuten de la Figura 6 en funcioacuten de la concentracioacuten del praseodimio
Figura 7 Rectas de calibracioacuten de las bandas de absorcioacuten del praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
Tabla 9 Ecuaciones de calibracioacuten del praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
obtenidos por UV-Vis
Intervalo de longitud de onda de UV-Vis
200-250 nm 400-500 nm 560-620 nm
Bandas de 215 nm 444 nm 469 nm 482 nm 5885 nm
absorcioacuten
Ecuaciones de
calibracioacuten
A= 26554[Pr] + 00527
A = 513[Pr] + 00127
A = 21698[Pr] + 00123
A = 15912[Pr] + 00128
A = 00783[Pr] + 00103
Rsup2 = 09949 Rsup2 = 09992 Rsup2 = 09958 Rsup2 = 09917 Rsup2 = 09769
Doacutende nm= nanoacutemetros A= Absorbancia [Pr (III)]= Concentracioacuten del Praseodimio R = Coeficiente de
correlacioacuten
000 005 010 015 020 025 030
00
02
04
06
08
10
12
14
16
y=15912 x +00128
R2=09917
y=00783 x +00103
R2=09769
y=21698 x +00123
R2=09958
y=513 x +00127
R2=09992
215 nm
444 nm
469 nm
482 nm
5885 nm
Abso
rbancia
[Pr] M
y=26554 x +00527
R2=09949
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
57
En la Tabla 9 se muestran los datos de las ecuaciones de calibracion para
determinar praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina por
espectroscopiacutea UV-Vis
Estas consideraciones tienen una limitacioacuten ya que se debe tomar en cuenta que
el intervalo oacuteptimo para medir la absorbancia con fines de anaacutelisis cuantitativo
estaacute entre 002ndash15
62 Efecto de la concentracioacuten de la 2HPβCD en el praseodimio por
espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 8 muestra los espectros de absorcioacuten del praseodimio a concentracioacuten
constante (00025 M) en presencia de 2HPβCD a diferentes concentraciones
determinados en el intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
Figura 8 Espectro de absorcioacuten UV-Vis del praseodimio a concentracioacuten constante en presencia de la 2HPβCD a diferentes concentraciones En el detalle central se muestra la ampliacioacuten de la banda de
absorcioacuten 215 nm
En los espectros de absorcioacuten del praseodimio de la Figura 8 se observa que
cuando aumenta la concentracioacuten de 2HPβCD aumenta ligeramente el tamantildeo de
200 300 400 500 600 700
00
02
04
Ab
so
rbancia
Longitud de onda (cm-1)
00025MPr
00025M2HPBCD
051M
11M
21M
31M
41M
51M
81M
101M
151M
181M
241M1
2 3
200 205 210 215 220 225 230
00
01
02
03
04
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
1
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
58
las bandas de absorcioacuten del praseodimio En el detalle central de la Figura 8 se
aprecia maacutes adecuadamente este efecto
Con estas observaciones se muestra que la 2HPβCD aumenta la solubilidad del
praseodimio debido a este aumento ligero en el tamantildeo de las bandas de
absorcioacuten del praseodimio de la Figura 8
63 Efecto de la radiacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD por
espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 9 muestra los espectros de absorcioacuten determinados en el intervalo de
longitud de onda de 200 a 700 nm del 2HPβCD 2HPβCD irradiado PrCl3XH2O
PrCl3XH2O irradiado el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y el complejo de
inclusioacuten Pr-2-HP-β-CD irradiado Las irradiaciones se realizaron a 10000 Gy
Figura 9 Espectro UV-Vis de las muestras irradiadas en solucioacuten del complejo Pr-2HPβCD PrCl3 y 2HPβCD
Como se observa en la Figura 9 el efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de
inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Pr-2HPβCD) mostraron que
cuando el complejo de inclusioacuten es irradiado a 10 000 Gy se observaron ligeros
200 300 400 500 600 700
00
02
04
06
08
10
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
00025 M 2HPBCD
Pr 00025 M
Pr-2HPBCD
2HPBCD 10 KGY
PrCl3-XH2O 10 KGy
Pr-2HPBCD 10 KGy
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
59
cambios comparado con el complejo de inclusioacuten no irradiado Esto se puede
deber a que probablemente el complejo empieza a descomponerse
62 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB)
La Figura 10 muestra las imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las
muestras 2HPβCD 2HPβCD irradiada PrCl3XH2O PrCl3XH2O irradiada Pr-
2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy
a) c) e)c
b) d) f)
Figura 10 Imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las muestras a) 2HPβCD b) 2HPβCD irradiada c) PrCl3XH2O d) PrCl3XH2O irradiada e) Pr-2HPβCD y f) Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy
La 2HPβCD mostroacute partiacuteculas esfeacutericas de diversos tamantildeos con una superficie
lisa en su interior se observan cavidades dentro de las partiacuteculas pareciera que
se desprenden esferas maacutes pequentildeas El PrCl3XH2O mostroacute una superficie
rugosa las partiacuteculas se ven fundidas debido probablemente a que el material es
higroscoacutepico y tiende a hidratarse faacutecilmente El complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
muestra una morfologiacutea diferente a los reactivos precursores ya que se presentan
partiacuteculas en forma de rocas de diferentes dimensiones ademaacutes se observan
aglomeraciones de partiacuteculas Las imaacutegenes de las muestras irradiadas a una
dosis de 10 KGy conservan su morfologiacutea a excepcioacuten de PrCl3XH2O irradiada y
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
60
Pr-2HPβCD irradiada muestran pequentildeos cambios Sus partiacuteculas se ven un poco
maacutes fundidas probablemente se deba al efecto de la radiacioacuten
La composicioacuten quiacutemica elemental de las muestras 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD se muestran en la Tabla 10 determinado por el anaacutelisis elemental (EDS)
Tabla 10 Anaacutelisis EDS de las muestras de PrCl3 2-HPβCD y Pr-2HPβCD
Elemento Atoacutemico
Pr Cl O C
PrCl3 1233 plusmn 207 3595 plusmn 666 5171 plusmn 871 -----
2HPβCD ----- ----- 4159 plusmn 22 584 plusmn 22
Pr-2HPβCD 097 plusmn061 248 plusmn 143 3619plusmn 422 6034 plusmn 478
Todas las muestras presentan los elementos de su composicioacuten quiacutemica La
presencia de Pr Cl C y O en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD confirman la
interaccioacuten de 2HPβCD PrCl3XH2O para la formacioacuten del complejo de inclusioacuten
como se muestras en la Tabla 10
63 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX)
En la Figura 11 se muestran los difractogramas de 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD determinado por Difraccioacuten de Rayos X Los difractogramas de rayos X
de la Figura 11 muestran diferencias entre ellas El difractograma del PrCl3XH2O
presenta reflexiones de alta intensidad comparado con las otras muestras debido
a su naturaleza cristalina del praseodimio El difractograma de la 2HPβCD es de
estructura amorfa caracteriacutestica de los compuestos de carbono
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
61
Figura 11 Difraccioacuten de rayos X de PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD
El difractograma del compuesto de inclusioacuten Pr-2HPβCD muestra una
combinacioacuten de reflexiones de las muestras de PrCl3XH2O y 2HPβCD debido a la
formacioacuten de eacuteste complejo de inclusioacuten aunque predomina el de la 2HPβCD
Se comparoacute el difractograma de la muestra de PrCl3XH2O con la tarjeta del patroacuten
reportado por el Joint Committee on Powder Diffraction Standards (JCPDS) PDF
84-2188 Aqua Praseodymium Chloride Ambos difractogramas coinciden
adecuadamente
Los difractogramas de las muestras irradiadas a diferentes dosis mostraron que en
el intervalo de dosis de 1-500 Gy las muestras no sufren cambios Sin embargo
cuando el complejo de inclusioacuten es irradiado a 5000 y 10 000 Gy se observaron
ligeros cambios en sus inflexiones comparados con las muestras no irradiadas
Probablemente las muestras empiezan a descomponerse
64 Espectroscopia de infrarrojo (IR)
En la Figura 12 se muestra los espectros de infrarrojo de la 2HPβCD PrCl3XH2O
y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
62
Figura 12 Espectros de infrarrojo de las muestra 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-2HPβCD
El espectro infrarrojo de la muestra de PrCl3XH2O presenta la banda de absorcioacuten
a 341434 cm-1 correspondiente a moleacuteculas de agua de hidratacioacuten y la banda de
absorcioacuten a 67003 cm-1 debido a las uniones praseodimio con cloruros El
espectro infrarrojo de la muestra de la 2HPβCD presenta bandas de absorcioacuten a
331508 cm-1 [OH] 292046 cm-1 [CH2] 115183 cm-1 [C-C] 108000 cm-1 [C-O] y
102306 cm-1 [O-H]
Tabla 11 Grupos funcionales del PrCl3XH2O 2HPβCD y del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Compuesto [OH] [CH2] [C-C] [C-O] [O-H] [Cl3]
PrCl3XH2O 341434 67003
2HPβCD 331508 292046 115183 108000 102306
Pr-2HPβCD 329688 292645 115247 108028 102514
120723[PrCl3XH2O-Pr-2HPβCD] -11746
120723[2HPβCD-Pr-2HPβCD] -182 599 064 028 208
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
63
En la Tabla 11 se muestran los datos de las bandas de absorcioacuten de las muestras
de 2HPβCD PrCl3XH2O y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y los valores
de los desplazamientos observados Los valores de desplazamiento indican la
formacioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Las bandas de absorcioacuten de las
muestras irradiadas a diferentes dosis mostraron que en el intervalo de dosis de 1-
500 Gy las muestras no sufren cambios Cuando las muestras son irradiados a
5000 y 10 000 Gy se observaron ligeros cambios en la intensidad de la bandas de
absorcioacuten
65 Espectroscopia Raman
Figura 13 Espectros Raman de la muestra PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD
La Figura 13 muestra los espectros Raman de las muestras 2HPβCD PrCl3XH2O
y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Se realizaron 100 adquisiciones de
cada uno de las muestras Los resultados son el promedio de estas Los espectros
Raman de la Figura 13 muestran diferencias entre ellas
El espectro Raman del PrCl3XH2O muestra un pico intenso a 19278 cm-1 Este
pico se observa en el espectro Raman del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD a
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
64
23814 cm-1 y es de intensidad menor Las bandas de la 2HPβCD (44336 47805
84780 94691 126575 133270 145854 cm-1) algunas desaparecen y otras se
desplazan en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Esto indica la formacioacuten del
complejo de inclusioacuten
Al comparar los espectros Raman de las muestras irradiadas a diferentes dosis
mostraron que en el intervalo de dosis de 1-500 Gy no sufren cambios Sin
embargo en el intervalo de 5000 a 10000 Gys se observa la presencia de una
banda que no se encuentra en las muestras no irradiadas Probablemente las
muestras empiezan a descomponerse
66 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-βeta-ciclodextrina
661 Efecto de temperatura
La Figura 14 muestra el efecto de temperatura sobre la solubilidad del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD
Figura 14 Efecto de temperatura en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
20 30 40 50 60
018
020
022
024
026
028
030
032
034
036
038
g P
r-2H
PB
CD
Temperatura degC
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
65
La Figura muestra que conforme la temperatura va aumentando la solubilidad de
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta Es decir a la temperatura 20 degC se
solubilizan 01866 g del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD mientras que a 60 degC
se solubilizan 03628 g
662 Efecto de tiempo
La Figura 15 muestra el efecto del tiempo sobre la solubilidad del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD
Se observoacute que conforme el tiempo va aumentando la solubilidad de complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta Con esto se determinoacute que la dilucioacuten de 01 gr de
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 ml de agua destilada se lleva a cabo en
un tiempo 170 segundos
Figura 15 Efecto de tiempo en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
01000 01005 01010 01015 01020 01025 01030
160
162
164
166
168
170
Tie
mpo (
segundos)
g Pr-2HPBCD
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
66
67 Recta de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4
Se realizaron las mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de
2 M de NaClO4 Los datos se muestran en la Tabla 12
Tabla 12 Mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de 2 M de NaClO4
Concentracioacuten (M)
pCH pH
exp 1 pH
exp 2 pH
exp 3 pH
exp 4 pH
exp 5 pH exp prom
HCl 0001 3 2359 2205 2333 2402 2329 23256
001 2 1173 1172 1207 1228 1268 12096
01 1 0508 0248 0253 0352 0361 03444
NaOH 0001 11 9987 9994 9926 10009 9994 9982
001 12 10947 10876 10959 10876 10849 109014
01 13 11612 1156 11604 11552 11516 115688
Se graficaron los datos de pH (experimental) promedio en funcioacuten del pCH (teoacuterico)
se tiene la Figura 16
Figura 16 Recta de calibracioacuten del pCH como una funcioacuten del pH en el medio 2 M de NaClO4
0 2 4 6 8 10 12 14
0
2
4
6
8
10
12
pC
H
pH
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
67
La ecuacioacuten de la recta de calibracioacuten es
pCH= 105108 (plusmn00063) pH + 06352 (plusmn00669) R2= 09995
Esta ecuacioacuten permitioacute corregir todos los datos de pH experimental de este
trabajo
68 Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Se realizaron valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD en medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 a 30 deg C en atmoacutesfera inerte
Se obtuvieron espectros de absorcioacuten UV-Vis en el intervalo de longitud de onda
de 200 a 700 nm En la Figura 17 se muestra los espectros de absorcioacuten de cada
una de las aliacutecuotas del praseodimio en presencia de la 2HPβCD en el intervalo de
longitud de onda de 200 a 230 nm
Figura 17 Espectros de absorcioacuten UV-Vis de la valoracioacuten espectrofotomeacutetrica del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con NaOH 00025 M en el medio 2M de NaClO4
200 210 220 230
00
01
02
03
04
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
68
Se graficaron los datos de absorbancia a la longitud de onda de 215 nm de la Figura
17 y los valores de pCH correspondientes se obtuvo la Figura 18
Figura 18 Curva de valoracioacuten espectrofotomeacutetrica (absorbancia en funcioacuten del pCH) y la primera derivada del praseodimio en presencia de la 2HPβCD a longitud de onda de 215 nm
La derivada de la curva de la Figura 18 permitioacute determinar el pCH de precipitacioacuten
(maacutexima inflexioacuten) el cual fue de 812 A partir de este pCH se determinoacute la zona
no saturada (lado izquierdo de la curva) y saturada (lado derecho de la curva)
69 Titulaciones potenciomeacutetricas
Se realizaron valoraciones potenciomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
con NaOH en medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 a 30 degC en atmosfera inerte
Se obtuvo la Figura 19 La valoracioacuten potenciomeacutetrica del Pr-2HPβCD inicio en
medio acido por medio de la primera derivada y su inflexioacuten de la curva se
determinoacute el pCH inicial (pCH= 656) el valor de pCH final se determinoacute con el valor
de la primera derivada (pCHpp= 812) de la Figura 18 (punto de inicio de
precipitacioacuten del PrCl3XH2O)
4 5 6 7 8 9 10
025
030
035
040
045
050
055
060
pCH
Ab
so
rban
cia
-01
00
01
02
03
04
05
06
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
69
Figura 19 Curva de valoracioacuten potenciomeacutetrica directa de 25x10-4 M del praseodimio en presencia de la 2HPβCD con 25x10-3 de NaOH en 2 M de NaClO4 a 30 degC en atmosfera libre de CO2 y primera
derivada de la curva Detalle central (zona no saturada)
Con estos dos valores se determinoacute el intervalo de la zona no saturada que se
muestra en el detalle central de la Figura 19 empleado para el caacutelculo de la
primera constante de hidrolisis del praseodimio y del complejo del praseodimio en
presencia de la 2HPβCD
610 Refinamientos
A partir del detalle central de la Figura 19 (zona no saturada) los datos de
volumen pCH concentracioacuten del titulado y titulante y un modelo quiacutemico propuesto
con la estequiometria se alimentaron al programa de computo SUPERQUAD y
mediante refinamiento computacional se determinaron los valores de la constante
de hidrolisis de las especies quiacutemicas del praseodimio y del complejo de inclusioacuten
Pr-2HPβCD que se muestran en la Tabla 13
0 5 10 15 20
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
ml adicionados de NaOH
pC
H
0
2
4
6
8
10
00 01 02 03 04 05 06 07
64
66
68
70
72
74
76
78
80
82
pC
H
ml adicionados de NaOH
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
70
Tabla 13 Constantes de hidroacutelisis del Pr y el pCH de precipitacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 M de NaClO4 obtenidos mediante meacutetodo potenciomeacutetrico y el programa SUPERQUAD a
30 degC
Equilibrio Quiacutemico
logβ1
POTENCIOMETRICO
(SUPERQUAD)
Intervalo
(pCH)
No
puntos
ESPECTROFOTOMETRICO
pCH de pp
Meacutetodo GRAFICO
Pr3++ H2O Pr(OH)2++ H+ -862plusmn0007 656-812 33 812
Pr(OH)2++H2O Pr(OH)2++H+ -1710plusmn003
Pr(OH)2++H2O Pr(OH)3+H+ -2586plusmn001
Pr3++2HPβCD+H2O Pr-
2HPβCD-(OH)2++H+
-509plusmn007
En la Tabla 13 anterior se muestra el valor de pCH de precipitacioacuten obtenido por el
meacutetodo espectrofotomeacutetrico (meacutetodo graacutefico) que fue de 812 Los valores de las
constantes de hidrolisis de las especies quiacutemicas del praseodimio fueron-
logβ1OH=-862plusmn0007-logβ22OH=-1710plusmn003-logβ33OH=-2586plusmn001 y del complejo
de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-509plusmn007 obtenidos por el meacutetodo
potenciomeacutetrico empleando el programa de computo SUPERQUAD
71
______________________________
CONCLUSIONES
______________________________
CONCLUSIONES
72
CONCLUSIONES
bull Se observaron 3 zonas de absorcioacuten caracteriacutesticas del praseodimio
situadas a una longitud de onda de 215 nm 3 bandas de absorcioacuten en 444
nm 469 nm y 482 nm y en 5885 nm se determinaron para cada banda las
rectas de calibracioacuten
bull Se demostroacute la inclusioacuten del praseodimio en la 2HPβCD y el efecto de la
radiacioacuten gamma en los reactivos (PrCl3XH2O 2HPβCD) y el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD satisfactoriamente mediante las diferentes teacutecnicas de
caracterizacioacuten y anaacutelisis empleadas (MEB UV-Vis DRX Espectroscopia
Infrarrojo y Espectroscopia Raman)
bull El efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-β-ciclodextrina (Pr-2HP-β-CD) mostroacute que en el intervalo de
dosis de 1-500 Gy no sufren cambios Sin embargo cuando es irradiado a
5000 y 10 000 Gy se observaron ligeros cambios Esto se puede deber a
que probablemente el complejo empieza a descomponerse
bull La solubilidad de complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta en funcioacuten del
aumento de la temperatura
bull Conforme el tiempo va aumentando la solubilidad de complejo de inclusioacuten
Pr-2HPβCD aumenta
bull El valor de la primera constante de hidrolisis del praseodimio obtenido fue-
logβ1OH=-862plusmn0007 y del complejo de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-
509plusmn007
73
______________________________
RECOMENDACIONES
______________________________
RECOMENDACIONES
74
bull El complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se debe preparar con diferentes
meacutetodos para elegir el maacutes adecuado de acuerdo a su rendimiento
quiacutemico y asegurar su formacioacuten
bull Comparar la zona no saturada de complejo de Inclusioacuten del Pr-2HPβCD
Pr-2βCD y la del praseodimio sin complejo para observar el efecto de la
solubilidad y estabilidad
bull Determinar las constantes de hidrolisis del praseodimio y del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD irradiado con radiacioacuten gamma de Co60 y comparar
con la de complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD no irradiado
75
______________________________
GLOSARIO
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GLOSARIO
76
GLOSARIO
1 Absorbancia
Se define como la relacioacuten (logariacutetmica) entre la intensidad de la luz que incide
sobre una muestra y la intensidad de esa misma luz que es transmitida a traveacutes de
esa muestra Cuando una luz de una longitud de onda determinada seleccionada
por un filtro incide sobre una muestra parte de esa luz es absorbida La luz no
absorbida pasa a traveacutes de la muestra y es recogida por un detector colocado en
el otro lado del pocillo de la micro placa frente a la fuente de luz
2 Algoritmo de Marquadt
Es un proceso iterativo de convergencia que a traveacutes de la teacutecnica de los miacutenimos
cuadrados ponderados permite encontrar los paraacutemetros de las ecuaciones de
funciones no lineales
3 Complejo de inclusioacuten
Mezcla cristalina en la que las moleacuteculas de un componente estaacuten contenidas
dentro de la red cristalina del otro
4 Confinamiento de residuos
Lugar totalmente seguro controlado y construido con el propoacutesito de disponer
residuos peligrosos instalados en un lugar retirado de la poblacioacuten con el objetivo
de disminuir riesgos de caraacutecter natural y humano
5 Curva de calibracioacuten
Representacioacuten graacutefica de una sentildeal que se mide en funcioacuten de la concentracioacuten
de un analito La calibracioacuten incluye la seleccioacuten de un modelo para estimar los
paraacutemetros que permitan determinar la linealidad de esa curva Y en
consecuencia la capacidad de un meacutetodo analiacutetico para obtener resultados que
sean directamente proporcionales a la concentracioacuten de un compuesto en una
muestra dentro de un determinado intervalo de trabajo
GLOSARIO
77
6 Desechos radiactivos
Residuo o subproductos que contiene varios elementos quiacutemicos radiactivos que
no tiene un fin praacutectico
7 Especies quiacutemicas
En quiacutemica el teacutermino especie quiacutemica se usa comuacutenmente para referirse de
forma geneacuterica a aacutetomos moleacuteculas iones radicales etc que sean el objeto de
consideracioacuten o estudio
8 Estabilidad
Una sustancia es estable si no es particularmente reactivo en el ambiente o
durante uso normal y mantiene sus propiedades uacutetiles en la escala de tiempo de
su durabilidad esperada y por lo que se dice que el material es inestable si se
corroe descompone polimeriza quema o explota bajo las condiciones anticipadas
de uso o condiciones ambientales normales
9 Fisioacuten nuclear
Reaccioacuten en la cual un nuacutecleo se bombardea con neutrones se convierte en
inestable y se descompone en dos nuacutecleos y tamantildeos son del mismo orden de
magnitud con gran desprendimiento de energiacutea y la emisioacuten de dos o tres
neutrones los cuales a su vez ocasionar maacutes fisiones al interaccionar con nuevos
nuacutecleos fisionables que emitiraacuten nuevos neutrones y asiacute sucesivamente
10 Fuerza ioacutenica
Propiedad de una solucioacuten que depende de la concentracioacuten total de iones en la
solucioacuten asiacute como de la carga de dichos iones
11 Isoacutetopo
Nucleiacutedos pertenecientes a un mismo elemento quiacutemico pero que se diferencian
entre el nuacutemero de neutrones de cada uno
GLOSARIO
78
12 Lenguaje fortran
Es un lenguaje de programacioacuten de alto nivel de propoacutesito general procedimental
e imperativo que estaacute especialmente adaptado al caacutelculo numeacuterico y a la
computacioacuten cientiacutefica
13 Lgi-01 TRANSELEKTRO (LGI-01)
Equipo de irradiacioacuten integrado por un cuerpo ciliacutendrico de plomo que sirve de
blindaje una jaula ciliacutendrica que contiene los laacutepices de Co60 un eacutembolo moacutevil con
una cavidad (caacutemara de exposicioacuten) una consola de mando y un cronoacutemetro para
establecer el tiempo de irradiacioacuten La caacutemara de exposicioacuten alberga a las
muestras para la irradiacioacuten un sistema electromecaacutenico baja el depoacutesito de las
muestras hasta la fuente de radiacioacuten que consta de 48 laacutepices de los cuales 12
contiene Co60 y el resto estaacuten vaciacuteos
14 Longitud de onda
Es la distancia real que recorre una perturbacioacuten (onda) en un determinado
intervalo de tiempo Ese intervalo de tiempo es el transcurrido entre dos maacuteximos
consecutivos de alguna propiedad fiacutesica de la onda
15 Medio acuoso
Medio o disolucioacuten acuosa se refiere a que una mezcla de disolventes el
disolvente mayoritario es agua Las disoluciones acuosas tienen una gran
importancia en la biologiacutea desde los laboratorios de ciencia baacutesica hasta la
quiacutemica de la vida pasando por la quiacutemica industrial Por la vasta cantidad y
variedad de sustancias que son solubles en agua esta se denomina a veces
disolvente universal
16 pCH
Es el logaritmo inverso de la concentracioacuten de los iones hidroacutegeno
17 pH
Es una medida del pH experimental de este trabajo
GLOSARIO
79
18 Precursores
Sustancia indispensable o necesaria para producir otra mediante los compuestos
quiacutemicos que constituyen una primera etapa en un proceso quiacutemico y actuacutean
como sustrato en las etapas posteriores
19 Radiacioacuten gamma
Es un tipo de radiacioacuten electromagneacutetica constituida por fotones se produce por
elementos radiactivos o procesos subatoacutemicos como la aniquilacioacuten de un par
positroacuten-electroacuten Los rayos gamma constituyen un tipo de radiacioacuten ionizante
capaz de penetrar en la materia maacutes profundamente que la radiacioacuten α y la β
pueden causar graves dantildeos a las ceacutelulas se usan para esterilizar equipos
meacutedicos y alimentos
20 Reacciones de hidroacutelisis
Reacciones quiacutemicas entre una moleacutecula de agua y cualquier otra especie
quiacutemica en la cual la moleacutecula de agua se divide y sus aacutetomos forman parte de
otra especie quiacutemica
21 Relacioacuten molar
Factor de conversioacuten cuyo fin es convertir en una reaccioacuten quiacutemica la cantidad de
moles de una sustancia a la cantidad correspondiente de moles de otra sustancia
La sustancia de partida se expresa en gramos y la sustancia deseada en moles
22 Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Se denomina valoracioacuten espectrofotomeacutetrica al procedimiento por el cual se
determina el punto final de una titulacioacuten utilizando las medidas de absorbancia a
una longitud de onda fija Para simplificar la teacutecnica se selecciona una longitud de
onda donde solamente uno de los componentes de la muestra absorba
80
______________________________
REFERENCIAS CITADAS
______________________________
REFERENCIAS CITADAS
81
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V
VI
DEDICATORIA
VII
Dedicatoria
A Dios
Por todos los logros metas y proyectos sin importar lo obstaacuteculos grandes o pequentildeos que
has puesto a lo largo de mi camino en mi formacioacuten profesional y personal por todas la
bendiciones de las cuales has llenado mi vida Te doy las gracias por estar siempre
presente y darme las fuerzas en momentos difiacuteciles para seguir adelantehellip
A mis padres
Ma Veroacutenica Cruz Tapia y J Guadalupe Moreno Segundo con mucho amor por todo su
esfuerzo y apoyo que me han brindado incondicionalmente en todas mis victorias y
fracasos tristezas y alegriacuteas gracias por su lucha incansable diacutea con diacutea sin marcha
atraacutes Han sido mi ejemplo a seguir y por haber hecho de miacute lo mejor de una persona
gracias a su educacioacuten que han inculcado en miacute Por ser mi guiacutea y compantildeiacutea a lo largo de
mi camino ensentildeaacutendome a querer ser mejor y a superarme en mi vida profesional Es la
herencia maacutes importante y valiosa que me han dado por todo eso y mucho maacutes Los amohellip
A mis hermanos
Edwin Joseacute Manuel y Daniela por todos los momentos compartidos a su lado por todas
las risas que provocan grandes sentimientos y cada uno de sus consejos Por estar siempre
presentes en cada momento de mi vida brindaacutendome su apoyo carintildeo y amor de hermanos
Son una gran bendicioacuten en mi vidahellip
A ti Aidee
Por ser una persona tan importante en mi vida y brindarme todo tu amor por ensentildearme
tanto ayudaacutendome a crecer personal emocional y profesionalmente por todos tus alientos
y apoyo que me has brindado en momentos difiacuteciles y asiacute como todas las sonrisas y
laacutegrimas compartidas por tu presencia en mis logros obtenidos por todas y cada una de
las grandes maravillas que me has dado sin importar lo pequentildeas que sean y todo aquello
que significa mucho para miacute y que no se puede describir en palabras Muchas gracias por
todohellip
AGRADECIMIENTOS
VIII
Agradecimientos
Al Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares por la beca otorgada y el apoyo
recibido para la realizacioacuten de este proyecto durante mi estancia
Al Dr Hilario Dolores Loacutepez Gonzaacutelez del ININ y a la Dra Edelmira Fernaacutendez
Ramiacuterez del TESSFP por la asesoriacutea paciencia compresioacuten y apoyo para la realizacioacuten
de este trabajo Sinceramente les agradezco de todo corazoacuten fue un placer trabajar con
ustedes muchas gracias
A los miembros del comiteacute revisor IQ Moiseacutes Crescencio Gonzaacutelez y IQ Luciacutea Garciacutea
Guzmaacuten por las observaciones y aportes de gran importancia los cuales elevaron la
calidad del trabajo
Al Dr Jaime Jimeacutenez Becerril por el apoyo recibido para la irradiacioacuten de las muestras
de este trabajo y por el apoyo teacutecnico recibido
A los teacutecnicos Jorge Peacuterez del Prado y Carlos Salinas Molina de Microscopiacutea Electroacutenica
de Barrido del Departamento de Materiales y al servicio de Espectroscopia Raman del
Departamento de Fiacutesica por el apoyo teacutecnico recibido
A mis amigos Carmen (Cars) Hilda (Hildita) Rosa Isabel (Chabe) Daniel (Carrillo)
Eduardo (Lalo) y Miguel (Migue) por todo el apoyo que me han brindado asiacute como su
valiosa amistad durante todo este tiempo y los maravillosos momentos que juntos hemos
compartido
A mis amigos del ININ Dayra Evelin Joselyn Lupita Jessy Janette Gisela Sonia y
Cesar por su gran amistad durante este tiempo compartido y darme la dicha de haberlos
conocido asiacute como el apoyo teacutecnico que cada uno de ustedes me brindo y por todos sus
consejos gracias a todos
A todas las personas que han formado parte de mi vida personal y profesional y que no he
mencionado
GRACIAS A TODOShellip
RESUMEN
IX
RESUMEN
En la fisioacuten nuclear para la produccioacuten de electricidad se producen ciertos
productos de fisioacuten considerados desechos radiactivos entre los cuales se
encuentran los lantaacutenidos El confinamiento de estos desechos radiactivos en
medios como las minas de sal suelen presentarse globos de salmuera por
consecuencia producir corrosioacuten en los contenedores pudiendo entrar en contacto
con los desechos razoacuten por la cual es importante conocer las reacciones de
hidroacutelisis que pudieran formarse en presencia de alguacuten medio acuoso Ante este
panorama se llevoacute a cabo la inclusioacuten del praseodimio en la 2-hidroxipropyl-beta-
ciclodextrina (2HPβCD) con la finalidad de observar aumento de solubilidad y
estabilidad del praseodimio
La formacioacuten del complejo de inclusioacuten praseodimio en presencia de la 2-
hidroxipropyl-beta-ciclodextrina (Pr-2HPβCD) se efectuoacute en relacioacuten molar 11 a
0005 M Se observoacute el efecto de la radiacioacuten gamma del Co60 en el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD y de sus precursores PrCl3XH2O y 2HPβCD Se emplearon
varias fracciones de la muestra del complejo de inclusioacuten y de las muestras
irradiadas del Pr-2HPβCD PrCl3XH2O y 2HPβCD para su caracterizacioacuten
mediante diferentes teacutecnicas (UV-Vis Microscopia Electroacutenica de Barrido
Difraccioacuten de Rayos X Espectroscopia de Infrarrojo Espectroscopia Raman) Las
muestras no irradiadas presentaron la interaccioacuten del praseodimio y de la 2HPβCD
confirmando la formacioacuten del complejo de inclusioacuten mientras que las muestras
irradiadas presentaron ligeros cambios a dosis de 10000 Gy atribuidos a la
descomposicioacuten de las muestras por efecto de la radiacioacuten gamma
Ademaacutes se realizoacute el estudio del efecto de la concentracioacuten de la 2HPβCD en
presencia del praseodimio por UV-Vis donde se observoacute el aumento de la
solubilidad del praseodimio El estudio realizado del efecto de temperatura del
complejo Pr-2HPβCD permitioacute observar el aumento de solubilidad del complejo en
funcioacuten de la temperatura asiacute mismo para el efecto de tiempo Finalmente se
estudioacute el comportamiento quiacutemico del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en
soluciones acuosas en medio de 2 M de NaClO4 a 30 degC en atmosfera inerte
RESUMEN
X
mediante valoraciones espectrofotomeacutetricas y titulaciones potenciomeacutetricas
directas se obtuvo la zona no saturada que contempla las especies solubles
Mediante refinamiento computacional con el programa de coacutemputo SUPERQUAD
se trataron los datos de la zona no saturada
Los valores de las constantes de hidroacutelisis de las especies quiacutemicas del
praseodimio fueron-logβ1OH=-862plusmn0007-logβ22OH=-1710plusmn003-logβ33OH=-
2586plusmn001 y del complejo de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-509plusmn007 obtenidos por
partes mediante el programa de coacutemputo SUPERQUAD
ABSTRACT
XI
ABSTRACT
The nuclear fission for the production of electricity produces certain fission
products considered as radioactive waste among which are lanthanides The
confinement of these radioactive wastes in media such as salt mines usually
present brine balloons consequently produce corrosion in the containers and can
come into contact with the waste which is why it is important to know the
hydrolysis reactions that could be formed in the presence of some aqueous
medium In view of this scenario the inclusion of praseodymium in 2-
hydroxypropyl-beta-cyclodextrin (2HPβCD) was carried out in order to observe
increased solubility and stability of praseodymium
The formation of the praseodymium inclusion complex in the presence of 2-
hydroxypropyl-beta-cyclodextrin (Pr-2HPβCD) was performed in a 1 1 molar ratio
at 0005 M The effect of Co60 gamma radiation on the inclusion complex Pr-
2HPβCD and its precursors PrCl3 middot XH2O and 2HPβCD Several fractions of the
inclusion complex sample and irradiated samples of Pr-2HPβCD PrCl3 middot XH2O
and 2HPβCD were used for their characterization by different techniques (UV-Vis
Scanning Electron Microscopy X-ray Diffraction Infrared Spectroscopy Raman
Spectroscopy) The non-irradiated samples showed the interaction of
praseodymium and 2HPβCD confirming the formation of the inclusion complex
while the irradiated samples presented slight changes at doses of 5000 Gy and
10000 Gy attributed to the decomposition of the samples by the effect of gamma
radiation
In addition the effect of the concentration of 2HPβCD in the presence of
praseodymium by UV-Vis was studied where increased solubility of praseodymium
was observed The study of the effect of temperature of the complex Pr-2HPβCD
allowed to observe the increase of solubility of the complex as a function of the
temperature also for the effect of time Finally the chemical behavior of the
inclusion complex Pr-2HPβCD in aqueous solutions in 2 M medium of NaClO4 at
30 deg C under inert atmosphere was evaluated by means of spectrophotometric and
direct potentiometric titrations the non-saturated zone was obtained that
ABSTRACT
XII
contemplates the soluble species The data of the unsaturated zone were
processed by computational refinement with the SUPERQUAD computer program
The values of the hydrolysis constants of the praseodymium species were -logβ1OH
= -862 plusmn 0007 -logβ2 2OH = -1710 plusmn 003 -logβ3 3OH = -2586 plusmn 001 and the
inclusion complex was -logβPr2HPBCD = -509 plusmn 007 obtained by parts using the
computer program SUPERQUAD
IacuteNDICE
XIII
IacuteNDICE
DEDICATORIA VII
AGRADECIMIENTOS VIII
RESUMEN IX
ABSTRACT XI
IacuteNDICE XIII
IacuteNDICE DE FIGURAS XVII
IacuteNDICE DE TABLAS XIX
ABREVIATURAS XX
CAPIacuteTULO I INTRODUCCIOacuteN 21
1 Introduccioacuten 22
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO 23
2 Fundamento 24
21 Los lantanidos 24
22 Praseodimio 25
23 Ciclodextrinas (CDs) 25
24 β-ciclodextrina 27
25 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina 28
26 Hidroacutelisis 29
27 Fuerza ioacutenica 30
28 Teacutecnicas de caracterizacioacuten 32
281 Microscopiacutea electroacutenica de barrido (MEB) 32
282 Espectroscopia de absorcion ultravioleta-visible (UV-VIS) 33
283 Difraccioacuten de rayos X (DRX) 34
284 Espectroscopia de infrarrojo (IR) 34
IacuteNDICE
XIV
285 Espectroscopia Raman 35
29 Titulacioacuten espectrofotomeacutetrica 35
210 Meacutetodo potenciomeacutetrico 36
211 programa de coacutemputo SUPERQUAD 37
CAPIacuteTULO III HIPOacuteTESIS 39
3 Hipoacutetesis 40
CAPIacuteTULO IV OBJETIVOS 41
4 Objetivos 42
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA 43
5 Metodologiacutea 44
51 Preparacioacuten de la solucioacuten de la 2-hidroxipropyl- βeta-ciclodextrina 45
52 Preparacioacuten de solucioacuten de praseodimio 45
53 Preparacioacuten del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina 45
54 Determinacioacuten de las curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por UV-Vis 46
55 Estudio de la influencia de las relaciones molares de las soluciones del
complejo de inclusioacuten 47
56 Efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 47
57 Caracterizacioacuten del compuesto de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-βeta-
ciclodextrina 49
571 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB) 49
572 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX) 49
573 Anaacutelisis por espectroscopia de infrarrojo (IR) 49
574 Anaacutelisis por espectroscopia Raman 50
IacuteNDICE
XV
58 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina 50
581 Efecto de temperatura 50
582 Efecto del tiempo 51
59 Determinacioacuten de la curva de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4 52
510 Valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina 52
511 Valoraciones potenciomeacutetricas directas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina 53
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS 54
6 Resultados 55
61 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea ultravioleta-visible (UV-Vis) 55
62 Efecto de la concentracioacuten de la 2HPβCD en el praseodimio por
espectrofotometriacutea ultravioleta-visible (UV-Vis) 57
63 Efecto de la radiacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD por
espectrofotometriacutea ultravioleta-visible (UV-Vis) 58
62 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB) 59
63 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX) 60
64 Espectroscopia de infrarrojo (IR) 61
65 Espectroscopia Raman 63
66 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina 64
661 Efecto de temperatura 64
662 Efecto de tiempo 65
67 Recta de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4 66
68 Valoraciones espectrofotomeacutetricas 67
IacuteNDICE
XVI
69 Titulaciones potenciomeacutetricas 68
610 Refinamientos 69
CONCLUSIONES 71
RECOMENDACIONES 73
GLOSARIO 75
REFERENCIAS CITADAS 80
IacuteNDICE
XVII
IacuteNDICE DE FIGURAS
Figura 1 Estructura de α β y γ ciclodextrinas 25
Figura 2 2HPβCD 28
Figura 3 Ilustracioacuten de un diagrama general de pLn(c)-pCH 36
Figura 4 Ilustracioacuten de una valoracioacuten potenciomeacutetricas directa con su primera
derivada (∆pCH∆V) 37
Figura 5 Diagrama de flujo 44
Figura 6 Espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes concentraciones en
presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina 55
Figura 7 Rectas de calibracioacuten de las bandas de absorcioacuten del praseodimio en
presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina 56
Figura 8 Espectro de absorcioacuten UV-Vis del praseodimio a concentracioacuten
constante en presencia de la 2HPβCD a diferentes concentraciones 57
Figura 9 Espectro UV-Vis de las muestras irradiadas en solucioacuten del complejo Pr-
2HPβCD PrCl3 y 2HPβCD 58
Figura 10 Imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las muestras a)
2HPβCD b) 2HPβCD irradiada c) PrCl3XH2O d) PrCl3XH2O irradiada e) Pr-
2HPβCD y f) Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy 59
Figura 11 Difraccioacuten de rayos X de PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD 61
Figura 12 Espectros de infrarrojo de las muestra 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD 62
Figura 13 Espectros Raman de la muestra PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD 63
Figura 14 Efecto de temperatura en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD 64
Figura 15 Efecto de tiempo en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD 65
Figura 16 Recta de calibracioacuten del pCH como una funcioacuten del pH en el medio 2 M
de NaClO4 66
Figura 17 Espectros de absorcioacuten UV-Vis de la valoracioacuten espectrofotomeacutetrica del
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con NaOH 00025 M en el medio 2M de
NaClO4 67
IacuteNDICE
XVIII
Figura 18 Curva de valoracioacuten espectrofotomeacutetrica (absorbancia en funcioacuten del
pCH) y la primera derivada del praseodimio en presencia de la 2HPβCD a longitud
de onda de 210 nm 68
Figura 19 Curva de valoracioacuten potenciomeacutetrica directa de 25x10-4 M del
praseodimio en presencia de la 2HPβCD con 25x10-3 de NaOH en 2 M de NaClO4
a 30 degC en atmosfera libre de CO2 y primera derivada de la curva 69
IacuteNDICE
XIX
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Propiedades fisicoquiacutemicas de los diferentes tipos de ciclodextrinas
naturales 26
Tabla 2 Reacciones de hidroacutelisis del praseodimio y constantes de equilibrio 29
Tabla 3 Datos de la literatura sobre la primera constante de hidroacutelisis (log β1) del
praseodimio 31
Tabla 4 Diferentes concentraciones de praseodimio con 2HPβCD constante para
determinar las curvas de calibracioacuten 46
Tabla 5 Relaciones molares 2HPβCD Pr 47
Tabla 6 Dosis de irradiacioacuten de Co60 aplicadas a las muestras en solucioacuten y
soacutelidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 2HPβCD y PrCl3 XH2O en la
instalacioacuten VICKRAD y GAMMACELL del irradiador LGI-01 TRANSELEKTRO del
ININ 48
Tabla 7 Cantidad de complejo solubilizado a diferentes temperaturas en 2 ml de
agua destilada 51
Tabla 8 Cantidades de complejo Pr-2HPβCD y agua destilada en cada tubo de
ensaye 51
Tabla 9 Ecuaciones de calibracioacuten del praseodimio en presencia de la 2-
hidroxipropil-β-ciclodextrina obtenidos por UV-Vis 56
Tabla 10 Anaacutelisis EDS de las muestras de PrCl3 2-HPβCD y Pr-2HPβCD 60
Tabla 11 Grupos funcionales del PrCl3XH2O 2HPβCD y del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD 62
Tabla 12 Mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de 2 M de
NaClO4 66
Tabla 13 Constantes de hidroacutelisis del Pr y el pCH de precipitacioacuten en el complejo
de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 M de NaClO4 obtenidos mediante meacutetodo
potenciomeacutetrico y el programa SUPERQUAD a 30 degC 70
ABREVIATURAS
XX
ABREVIATURAS
Pr praseodimio
2HPβCD 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
CDs Ciclodextrinas
CD Ciclodextrina
Ln Lantaacutenidos
Pr-2HPβCD praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Pr-2βCD praseodimio-2-βeta-ciclodextrina
CGT ciclomaltodextrin-glucano-transferasa
TP Titulacioacuten potenciomeacutetrica
ES Titulacioacuten espectrofotomeacutetrica
RE Relacioacuten empiacuterica
ED Extraccioacuten con disolvente
MEB Microscopiacutea electroacutenica de barrido
EDS Espectroacutemetro de dispersioacuten de energiacutea de rayos X
UV-VIS Ultravioleta-Visible
DRX Difraccioacuten de rayos X
IR Infrarrojo
EDTA Acido tetracetico etilen diamina
Co60 Cobalto-60
JCPDS Joint Committee On Powder Diffraction Standards
M Molaridad
21
______________________________
CAPIacuteTULO I
INTRODUCCIOacuteN
______________________________
CAPIacuteTULO I INTRODUCCIOacuteN
22
1 INTRODUCCIOacuteN
El praseodimio pertenece al grupo de los lantaacutenidos que muestran propiedades
quiacutemicas muy similares entre ellos derivadas de su configuracioacuten electroacutenica
caracterizados por la presencia de orbitales 4f parcialmente llenos Incluso se
consideran parecidos al grupo de los elementos actiacutenidos El praseodimio es un
elemento metaacutelico con siacutembolo Pr nuacutemero atoacutemico 59 y peso atoacutemico 140907
gmol El isoacutetopo estable 141Pr constituye el 100 del elemento en la naturaleza
Este lemento puede ser encontrado en ceramicos para dar el color amarillo En
mezcla con otros lantanidos se usan como proyectores de luz Su uso sigue
aumentando debido al hecho de que es uacutetil para producir magnetos de alto poder
entre otros Sobre todo se esta empleando en la mitigacioacuten de cancer Es
peligroso en el ambiente cuando se tiran estos dispositivos despues de cumplir su
funcioacuten por lo que se acumularaacute gradualmente en los suelos y en el agua De ahiacute
la importancia de estudiar las reacciones de hidrolisis
La utilizacioacuten de la 2 hidroxipropil-β-ciclodextrina (2HPβCD) en este trabajo de
investigacioacuten es fundamental debido a que es un agente de formacioacuten de
complejos de inclusioacuten para aumentar la solubilidad acuosa debido a que las
ciclodextrinas (CDs) se comportan como nano contenedores capaces de
encapsular moleacuteculas hidroacutefobas de tamantildeo apropiado y solubilizarlas en agua
propiedad que se aprovecha para determinar las constantes de hidroacutelisis del
praseodimio
Por lo cual el objetivo principal de este trabajo de investigacioacuten y en ausencia de
datos fundamentales de la interaccioacuten Ln3+-CDs sustituidas fue preparar el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Ademaacutes determinar el pCH de precipitacioacuten la
zona no saturada y saturada del Pr-2HPβCD que permiten determinar la constante
de hidroacutelisis del complejo de inclusioacuten praseodimio-2hidroxipropil-β-ciclodextrina
(Pr-2HPβCD) en medio 2 M de NaClO4 a 303 K por titulacioacuten espectrofotomeacutetrica
y potenciomeacutetrica
23
______________________________
CAPIacuteTULO II
FUNDAMENTO
______________________________
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
24
2 FUNDAMENTO
21 LOS LANTANIDOS
Los lantaacutenidos (tierras raras) forman un grupo de 17 elementos quiacutemicos que
muestran propiedades singulares derivadas de su configuracioacuten electroacutenica Estaacuten
caracterizados por la presencia de orbitales 4f parcialmente llenos [1] Los
nuacutemeros atoacutemicos de estos elementos van de 41 hasta 71 (Ce-Lu)
La configuracioacuten electroacutenica de los iones Ln3+ es 4fn5s25p6 (n= 0-14) Los orbitales
4f son orbitales internos con respecto a los 5s y 5p por lo cual estaacuten maacutes
cercanos al nuacutecleo Los orbitales 5s y 5p protegen a los electrones 4f de
interacciones externas determinando las propiedades de los iones Ln3+ [1] o
conducta quiacutemica debido a la pequentildea diferencia de energiacutea que distingue a los
electrones 4f de los electrones 5d [23]
Las tierras raras como grupo constituyen el 0008 en peso de la corteza
terrestre Los minerales que contienen lantaacutenidos son la monacita la bastnasita
la xenotima la gadolinita la alanita y la euxenita los cuales ocurren en las
regiones de rocas iacutegneas [4]
Los elementos de las tierras raras en soluciones acuosas son acuocationes que
tienen asociado un cierto nuacutemero de moleacuteculas de agua en la esfera de
coordinacioacuten primaria [1] Las aplicaciones de los lantaacutenidos se iniciaron
praacutecticamente a mediados del siglo XIX por ejemplo en los encendedores
despueacutes empezaron a utilizarse en los vidrios oacutepticos como reactivos de
desplazamiento en resonancia magneacutetica nuclear en quiacutemica orgaacutenica en
bioquiacutemica en cataacutelisis en componentes oacutepticos y electroacutenicos en los
superconductores de alta temperatura y en medicina como materiales
intensificadores de rayos X como agentes de relajamiento para teacutecnicas de
imagen en resonancia magneacutetica nuclear y desde luego como radioisoacutetopos para
aplicaciones farmaceacuteuticas Su utilidad en medicina y en la industria aumentoacute al
aplicarse las propiedades luminiscentes de sus complejos en el
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
25
fluoroinmunoensayo la fluorescencia retardada los electrodos sensoriales
luminiscentes etc [5]
22 PRASEODIMIO
El praseodimio metaacutelico (siacutembolo Pr No Atoacutemico 59) es amarillento y forma una
capa de oacutexido cuando se expone al aire huacutemedo Es un isotopo estable con masa
de 140907 y abunda en la naturaleza en un 100 [6] fue descubierto por el
austriaco Auer Von Welsbach en 1885 [7] Este elemento tiene dos estados de
oxidacioacuten +3 y +4 El Pr3+ con configuracioacuten electroacutenica [54Xe]4f2 Presenta
propiedades fisicoquiacutemicas que pueden magnificarse al formar complejos con
ligantes orgaacutenicos El ion metaacutelico luminece en el visible y en el infrarrojo cercano
[68 y 9]
23 CICLODEXTRINAS (CDs)
La celulosa y el almidoacuten son dos poliacutemeros de glucosa principales que se
producen a partir de la fotosiacutentesis considerados como importantes fuentes de
energiacutea renovables de la tierra al hidrolizarse el almidoacuten por efecto de la enzima
ciclomaltodextrin-glucano-transferasa (CGT) da origen a las dextrinas ciacuteclicas Por
lo tanto las ciclodextrinas son oligoacutemeros ciacuteclicos [1011] se obtienen durante la
degradacioacuten enzimaacutetica del almidoacuten y consisten en una serie de oligosacaacuteridos
ciacuteclicos formados por 6 (α) 7 (β) y 8 (γ) unidades de α-D-glucosa (Figura 1)
[1213] poseen estructura semejante entre ellas pero sus propiedades son
diferentes (Tabla 1)
Figura 1 Estructura de α β y γ ciclodextrinas
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
26
Tabla 1 Propiedades fisicoquiacutemicas de los diferentes tipos de ciclodextrinas naturales [11]
α-CD β-CD γ-CD
Uniones de glucosa 6 7 8 Diaacutemetro interno (nm) 047-053 060-065 075-083 Profundidad de la cavidad (nm)
079 079 079
pK valor 123 122 121 Solubilidad en agua 125 185 232 PM (DA) 972 1135 1297 Volumen de cavidad (aprox)
174 262 427
Agua cristalina ( ww) 102 133-45 813-177 Interaccioacuten hidrofoacutebica CD-cavidad CD-cavidad CD-cavidad Puente de hidrogeno Glucosa-OH Glucosa-OH Glucosa-OH ∆Hdeg (solucioacuten) kcalmol 767 831 773 ∆Sdeg (solucioacuten) cal(mol K) 138 117 147
(mg mml-1 25deg C) (106 pm3)
Las ciclodextrinas como materiales polihidroxilados han sido objeto de una amplia
variedad de reacciones La reaccioacuten maacutes estudiada es el ataque electrofiacutelico al
grupo OH de su estructura [14] La cavidad interior de las ciclodextrinas es
hidrofobica por lo que estos compuestos son capaces de albergar moleacuteculas
hidroacutefobas maacutes pequentildeas para formar complejos ldquoanfitrioacuten-hueacutespedldquo en los que la
moleacutecula hueacutesped queda encapsulada por la ciclodextrina [1315] De acuerdo a
estas caracteriacutesticas son capaces de formar complejos de inclusioacuten por medio de
enlaces no covalentes los cuales estabilizan a una gran variedad de moleacuteculas
[16] Las ciclodextrinas pueden formar compuestos cristalinos a partir de
moleacuteculas orgaacutenicas hueacutesped en estado soacutelido liacutequido e incluso gaseoso En
consecuencia las moleacuteculas insolubles en agua pueden llegar a ser
completamente solubles mediante un tratamiento con disoluciones acuosas de
ciclodextrina sin que se produzca modificacioacuten quiacutemica alguna en la moleacutecula
hueacutesped ya que no se origina ninguacuten enlace covalente durante la interaccioacuten
entre la ciclodextrina y la moleacutecula insoluble en agua [1315]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
27
La importancia que las ciclodextrinas estaacuten cobrando en la actualidad se observa
en el raacutepido desarrollo de su mercado sobre todo en el constante nuacutemero de
trabajos de investigacioacuten patentes y conferencias que estaacuten teniendo lugar en
estos uacuteltimos antildeos [17] el mayor porcentaje de ciclodextrinas usadas
comercialmente corresponde a la alimentacioacuten [18] y a la cosmeacutetica y aseo
personal [19] Las ciclodextrinas se utilizan para enmascarar olores y sabores
desagradables disminuyen la incompatibilidad faacutermaco-excipiente mejoran la
estabilidad fiacutesica y quiacutemica de compuestos volaacutetiles y de principios activos que
sean hidrolizables oxidables o fotosensibles para convertir faacutermacos liacutequidos en
soacutelidos para su formulacioacuten en tabletas y una muy importante para incrementar la
solubilidad en agua y la velocidad de disolucioacuten de faacutermacos poco solubles
Factores que aumentaraacuten la biodisponibilidad existiendo la posibilidad de reducir
la dosis asiacute como mejorar la absorcioacuten percutaacutenea y rectal al reducirse el caraacutecter
hidrofoacutebico del faacutermaco [20]
Se puede mejorar la solubilidad de determinados compuestos como el retinol
empleado en formulaciones anti-envejecimiento al tiempo que los complejos con
ciclodextrina son maacutes estables a la reaccioacuten de oxidacioacuten y a la accioacuten de la
radiacioacuten ultravioleta Sin embargo es indudable que el mayor esfuerzo en
investigacioacuten estaacute relacionado con su potencial aplicacioacuten farmaceacuteutica [2122]
24 β-CICLODEXTRINA
La beta ciclodextrina es la maacutes empleada por sus caracteriacutesticas y propiedades de
estructura que presenta Las ciclodextrinas se forman mediante unidades de
glucopiranosa las cuales contienen 3 grupos de hidroxilos libres cada una la β-
ciclodextrina (Figura 1) posee 21 hidroxilos los cuales pueden ser modificados por
sustitucioacuten de los aacutetomos H u OH por diferentes grupos tales como hidroxialkil
amino alquil etc A partir de las CDs naturales se han sintetizado otros tipos de
CDs llamadas derivadas o modificadas El objetivo de obtener los derivados de las
CDs puede ser el aumento de solubilidad y estabilidad en el agua o mejorar la
encapsulacioacuten de la moleacutecula hueacutesped en su cavidad hidrofobica de la CD
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
28
25 2-HIDROXIPROPIL-β-CICLODEXTRINA
Entre los derivados de la β-ciclodextrina se encuentran las heterogeacuteneas amorfas
y altamente solubles como son la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Figura 2) y la
metil- β-ciclodextrina
La hidroxilpropil beta ciclodextrina (2HPβCD) que es una ciclodextrina sustituida
se obtiene de una solucioacuten base de la beta ciclo dextrina solubilizada con oacutexido de
propileno resultando un sistema isomerico cuya sustitucioacuten puede darse en las
posiciones 1 2 o 3 con solubilidad mayor a 500 mgmL en agua y a temperatura
ambiente La alquilacioacuten o hidroxialquilacioacuten de las ciclodextrinas afectan las
propiedades fisicoquiacutemicas de los derivados incluyendo la habilidad para formar
complejos farmaceacuteuticos y no es toacutexica despueacutes de una administracioacuten oral en
dosis menores a 500 mgkg por viacutea intravenosa [24 25]
Figura 2 2HPβCD
La complejacioacuten del praseodimio con la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina se obtiene el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con el fin de observar la influencia de la
solubilidad y estabilidad del praseodimio
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
29
26 HIDROacuteLISIS
La hidroacutelisis es decir la reaccioacuten de una especie tal como un ion metaacutelico con
los iones del agua asiacute como las reacciones redox y la formacioacuten de complejos con
los iones carbonato son algunas de las reacciones criacuteticas que controlan el
comportamiento de los lantaacutenidos en soluciones acuosas [12] en donde las
moleacuteculas de la sustancia son divididas en el agua
Las reacciones de hidroacutelisis dependen fuertemente del medio en que se efectuacutean
como son la fuerza ioacutenica el pH del medio la concentracioacuten del elemento y la
temperatura son paraacutemetros que rigen esas reacciones
Las reacciones de hidroacutelisis del praseodimio se muestran a continuacioacuten asiacute como
su constante de equilibrio de acuerdo a la ley de accioacuten de masas (Tabla 2)
Tabla 2 Reacciones de hidroacutelisis del praseodimio y constantes de equilibrio
Equilibrio Quiacutemico Constante de equilibrio
1 1198751199033+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)2+ + 119867+ 1198701119867 =
[119875119903(119874119867)2+][119867+]
[1198751199033+]
2 119875119903 (119874119867)2+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)2+ + 119867+
11987012119867 =[119875119903(119874119867)2
+][119867+]
[119875119903 (119874119867)2+]
3 119875119903 (119874119867)2+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)3
0 + 119867+ 11987013119867 =
[119875119903(119874119867)3+][119867+]
[119875119903(119874119867)2+]
4 119875119903 (119874119867)119899minus1+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)119899
0 + 119867+ 1198701119899119867 =
[119875119903(119874119867)119899+][119867+]
[119875119903(119874119867)119899minus1+ ]
5 1198751199033+ + 2119867119875120573119862119863 + 1198672119874 1198751199032119867119875120573119862119863(119874119867)2+ + 119867+ 11987011199011199032119867119875119861119862119863 =[119875119903 minus 2119867119875120573119862119863]
[1198751199033+]
De acuerdo con la ley de accioacuten de masas se pueden definir las constantes de
equilibrio (K) como K1H K12H K13H K1nH y K1Pr2HBCD Y con base en ellas se
pueden definir las constantes globales o acumulativas de hidroacutelisis
β1OH = K1H β12OH = [K1H][K12H] β13OH = [K1H][K12H][K13H]helliphelliphellip
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
30
Se entiende como constantes de Broumlnsted a las ecuaciones de la ley de accioacuten de
masas en las cuales el teacutermino de H+ aparece como actividad y las demaacutes especies
aparecen en teacuterminos de concentracioacuten
Las reacciones de hidroacutelisis se afectan cuando cambian las condiciones en las que
se llevan a cabo Una de esas condiciones a la que se le ha puesto atencioacuten
aunque hasta ahora no la suficiente es la fuerza ioacutenica Por lo general los trabajos
dedicados a la determinacioacuten de las constantes de hidroacutelisis se han efectuado en
medios de fuerza ioacutenica baja consideradas como soluciones ideales
Sin embargo para los medios tales como el agua de mar y otros de fuerza ioacutenica
maacutes elevada por ejemplo las minas de sal para almacenamiento de desechos
radiactivos se encuentran pocos datos en la literatura [25]
27 FUERZA IOacuteNICA
El comportamiento de los iones en una disolucioacuten depende de la composicioacuten
ioacutenica total de la misma la cual se expresa por su fuerza ioacutenica [26]
119868 =1
2sum 119862119894119885119894
2 Ec 1)
Donde
I = fuerza ioacutenica Ci = concentracioacuten molar de los iones existentes y Z
i = carga
ioacutenica de los iones existentes
La caracteriacutestica fundamental de las sales que se adicionan a un medio para
imponer la fuerza ioacutenica es que sean inertes pues no deben tomar parte en el
equilibrio quiacutemico [27] El aacutecido percloacuterico es el aacutecido maacutes fuerte en solucioacuten
acuosa por lo tanto el ion perclorato es una base deacutebil maacutes que los iones cloruro
y muestra muy poca tendencia a unirse a iones hidroacutegeno Lo mismo puede
decirse acerca de su tendencia a reaccionar con iones metaacutelicos que pueden
considerarse como aacutecidos de Lewis En la mayoriacutea de los percloratos metaacutelicos en
solucioacuten el ion metaacutelico se encuentra en forma hidratada siempre y cuando la
solucioacuten sea suficientemente aacutecida para que no se produzca la formacioacuten de
hidroxo complejos [28]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
31
La fuerza ioacutenica juega un papel de gran importancia en el pH Feldman en 1956
observoacute que el pH de una solucioacuten buffer 005 M de ftalato aacutecido de potasio
cambioacute desde 400 en fuerza ioacutenica cero hasta 357 en fuerza ioacutenica 2 M de KCl
Feldman explicoacute que el pH disminuye debido a que el coeficiente de actividad
cambia y por lo tanto hay mayor disociacioacuten de ftalato aacutecido de potasio [29] En la
literatura se han reportado diversos estudios de las constantes de estabilidad del
praseodimio en fuerza ioacutenica 2M (Tabla 3) donde se han empleado diferentes
condiciones de temperatura fuerza ioacutenica y diferentes meacutetodos donde se han
obtenido valores diferentes de la constante de estabilidad del praseodimio
Tabla 3 Datos de la literatura sobre la primera constante de hidroacutelisis (log β1) del praseodimio
Medio Meacutetodo Molaridad Log +β1 T K Referencia
NaCl ESTP 2 -874plusmn006 303 De la Cruz et al 2013
NaCl ES 2 -894plusmn002 303 Loacutepez et al 2010 NaCl SQUAD 2 -894plusmn003 303 Gonzales et al
2009 NaCl SQUAD 2 -891plusmn019 303 Gonzales et al
2009 NaCl ES 2 -877plusmn003 303 Gonzales et al
2009 NaClO4 TP 2 -838plusmn002 303 Loacutepez et al2005
NaCl TP 2 -876plusmn002 303 Loacutepez et al2005 NaCl TP 1 -858plusmn002 303 Ramirez et al
2004 NaClO4HClO4 ESTP 07 -862plusmn006 298 Klungness y
byrne2002 LiClO4 TP 3 -874plusmn003 303 Ciavata et al
1989 NaClO4 TP 3 -956plusmn003 298 Burkov et al
1982 NR RE 0 -81 298 Baes y Mesmer
1976 LiClO4 ED 02 -71plusmn007 298 Guillaumont et
al 1971 NaClO4 Ba(OH)2
TP 03002 -945 298 Frlova et al 1966
NaClO4 LiClO4
TP 3 -85 298 Tobias y Garrett1956
TP Titulacioacuten potenciomeacutetrica ES Espectrofotomeacutetrica RE Relacioacuten empiacuterica ED Extraccioacuten con
disolvente T K Temperatura
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
32
Sin embargo solo se ha podido determinar el valor de la primera constante de
estabilidad en este estudio se pretende conocer el valor de varias especies
aprovechando el aumento de solubilidad que ofrecen las ciclodextrinas
28 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACIOacuteN
281 MICROSCOPIacuteA ELECTROacuteNICA DE BARRIDO (MEB)
La superficie de un soacutelido puesto en contacto con un liacutequido o con un gas difiere
sustancialmente en su interior tanto en su composicioacuten quiacutemica como en sus
propiedades fiacutesicas a la de la inicial La caracterizacioacuten de estas propiedades de
superficie es de vital importancia en numerosos campos que incluyen la cataacutelisis
heterogeacutenea la tecnologiacutea de partiacuteculas delgadas semiconductoras los
mecanismos de corrosioacuten y adhesioacuten la actividad de las superficies metaacutelicas las
caracteriacutesticas de la dureza y los estudios sobre el comportamiento y las funciones
de las membranas bioloacutegicas [30]
En muchos campos de la quiacutemica de las ciencias de los materiales de la geologiacutea
y de la biologiacutea es cada vez de maacutes importancia el conocimiento detallado de la
naturaleza fiacutesica de las superficies de los soacutelidos Normalmente la informacioacuten se
obtiene sobre las superficies con una resolucioacuten considerablemente elevada
mediante tres teacutecnicas la microscopia electroacutenica de barrido (MEB) microscopia
de barrido de efecto tuacutenel y microscopia de fuerzas atoacutemicas [31] El microscopio
electroacutenico de barrido (MEB) es un instrumento para obtener fotografiacuteas
tridimensionales debido a que tiene una alta resolucioacuten y una gran profundidad de
campo En las fotografiacuteas se puede apreciar la estructura de muestras
microscoacutepicas detallando de manera extraordinaria sus caracteriacutesticas
morfoloacutegicas y topograacuteficas [32] de distintos materiales
Un instrumento que se ha desarrollado para el anaacutelisis de muestras a traveacutes del
microscopio electroacutenico de barrido es el analizador EDS (espectroacutemetro de
dispersioacuten de energiacutea) de rayos X el cual identifica la distribucioacuten cuantitativa y
cualitativa de elementos quiacutemicos que se encuentran presentes en la muestra
mostrando graacuteficas e imaacutegenes relacionadas con esa distribucioacuten Es pertinente
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
33
sentildealar que el analizador EDS de rayos X identifica y evaluacutea el contenido de
elementos quiacutemicos desde el carbono al uranio en superficies planas o secciones
finas de las muestras en todo tipo de material (bioloacutegico e inerte) [33]
282 ESPECTROSCOPIA DE ABSORCION ULTRAVIOLETA-VISIBLE (UV-
VIS)
Una de las teacutecnicas instrumentales maacutes utilizadas en la deteccioacuten de complejos de
inclusioacuten con CDs es la espectroscopia de absorcioacuten UV-VIS Es una teacutecnica
versaacutetil de amplia aplicacioacuten de manejo sencillo y preciso Debido a que la
mayoriacutea de las moleacuteculas orgaacutenicas absorben en la regioacuten UV o visible del
espectro donde experimentan variaciones en las posiciones de los maacuteximos de
absorcioacuten (cualitativas) o en el valor del coeficiente de absorcioacuten molar
(cuantitativas) tras la formacioacuten del complejo con CDs Como existen numerosas
moleacuteculas orgaacutenicas deacutebilmente solubles en agua son difiacuteciles de analizar por
esta teacutecnica espectrofotomeacutetrica Sin embargo la inclusioacuten conlleva a la
solubilizacioacuten permitiendo obtener el espectro de absorcioacuten en solucioacuten acuosa
que podriacutea producir variaciones en su espectro en solventes de baja polaridad
comparables con respecto a otros solventes maacutes polares [34]
La espectroscopia UV-Vis (en el rango de longitudes de onda del ultravioleta y
visible) se basa en el anaacutelisis de la cantidad de radiacioacuten electromagneacutetica que
puede absorber o transmitir una muestra [35] Cuando la radiacioacuten
electromagneacutetica interacciona con la materia se produce absorcioacuten de radiacioacuten
Si la frecuencia de esta radiacioacuten corresponde a la energiacutea necesaria para elevar
el sistema a un nivel de energiacutea superior se produce el estado excitado [36] De
acuerdo con este fenoacutemeno cada sustancia poseeraacute una longitud de onda de
maacutexima absorcioacuten que la caracteriza cualitativamente [35] Esta
espectrofotometriacutea utiliza radiaciones del campo UV de 80 a 400 nm
principalmente de 200 a 400 nm (UV cercano) y de luz visible de 400 a 800 nm
por lo que es de gran utilidad para caracterizar las soluciones en la regioacuten
ultravioleta-visible del espectro [37]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
34
283 DIFRACCIOacuteN DE RAYOS X (DRX)
Es una de las teacutecnicas de caracterizacioacuten maacutes potentes y maacutes comuacutenmente
utilizadas para el anaacutelisis estructural de cristales Sus caracteriacutesticas principales
son consecuencia de ser una ldquosondardquo electromagneacutetica de la materia con una
longitud de onda de magnitud muy parecida al espaciado interplanar de los soacutelidos
[38] Constituye la metodologiacutea maacutes apropiada para realizar el anaacutelisis de la
estructura cristalina del complejo [39] No obstante los diagramas de difraccioacuten
son una prueba concluyente para demostrar la inclusioacuten ya que el difractograma
del complejo es diferente al que se obtiene tras superponer los difractogramas de
la moleacutecula encapsulada y el de las CDs aisladas [40]
La interaccioacuten entre el vector eleacutectrico de la radiacioacuten X y los electrones de la
materia que atraviesa da lugar a una dispersioacuten Cuando los rayos X son
dispersados por el entorno ordenado de un cristal tienen lugar interferencias
(constructivas y destructivas) entre los rayos dispersados ya que las distancias
entre los centros de dispersioacuten son del mismo orden de magnitud que la longitud
de onda de la radiacioacuten El resultado es la difraccioacuten [41] Cuando las CDs
naturales o el hueacutesped cristalino son sometidas a la difractometriacutea de rayos X
eacutestos presentan un patroacuten de difraccioacuten de alta intensidad debido a su
cristalinidad Por el contrario si el complejo de inclusioacuten se forma va a mostrar un
patroacuten de tipo halo [42] con picos difusos y anchos caracteriacutesticos de un
compuesto amorfo Esta teacutecnica es sumamente uacutetil para verificar la formacioacuten de
complejos de inclusioacuten en el caso de hueacutespedes liacutequidos En efecto ya que estos
no presentan ninguacuten patroacuten de difraccioacuten si son incluidos se va a obtener un
difractograma con un patroacuten bien definido [43]
284 ESPECTROSCOPIA DE INFRARROJO (IR)
La aplicacioacuten del meacutetodo de infrarrojo se limita a aquellos hueacutespedes que tienen
ciertas bandas de absorcioacuten caracteriacutesticas como los grupos carbonilo hidroxilo o
C-H u otros que permitan evaluar si existen diferencias entre los espectros del
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
35
hueacutesped libre y encapsulado [42] Cuando se produce la encapsulacioacuten del
compuesto hueacutesped se produce un corrimiento o disminucioacuten de la intensidad de
ciertas bandas caracteriacutesticas del espectro correspondiente al hueacutesped Sin
embargo dichos cambios son muy sutiles debido a que el hueacutesped representa un
5-10 del peso total del complejo por lo cual requiere una interpretacioacuten
cuidadosa del espectro [44]
285 ESPECTROSCOPIA RAMAN
La espectroscopia Raman mide la intensidad de la radiacioacuten como una funcioacuten de
la frecuencia (o del nuacutemero de onda) [45] Esta teacutecnica es complementaria del IR y
la informacioacuten que aporta es semejante Las bandas se desplazan y se modifican
como consecuencia del proceso de inclusioacuten [46] Los espectros Raman se
obtienen al irradiar una muestra con una potente fuente laser de radiacioacuten
monocromaacutetica visible o infrarroja Durante la radiacioacuten se registra el espectro de
la radiacioacuten dispersada en un cierto aacutengulo (por lo general 90 deg) con un
espectroacutemetro adecuado [47] Las bandas se desplazan y se modifican como
consecuencia del proceso de inclusioacuten Probablemente la espectroscopia Raman
resulta de mayor utilidad en el caso de complejos en medios liacutequidos donde la
presencia de soluciones acuosas no supone un obstaacuteculo como ocurre en el caso
de la espectroscopia IR [48]
29 TITULACIOacuteN ESPECTROFOTOMEacuteTRICA
El meacutetodo espectrofotomeacutetrico es un meacutetodo analiacutetico el cual por medio de un
espectrofotoacutemetro permite comparar la radiacioacuten electromagneacutetica de una
sustancia en funcioacuten de su concentracioacuten desconocida y una concentracioacuten
conocida de la misma sustancia y evaluar el momento de reaccioacuten de un aacutecido y
una base mediante la absorcioacuten de radiacioacuten electromagneacutetica de la sustancia a
cierta longitud de onda fija permite determinar el punto final de la titulacioacuten La
medicioacuten de absorbancia se realiza en cada adicioacuten del titulante asiacute se
construyen graficas de absorbancia en funcioacuten del pCH de cada aliacutecuota de adicioacuten
del titulante (Figura 3) donde se observara la zona saturada y no saturada Estas
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
36
dos zonas nos permitiraacuten determinar el punto de inicio de precipitacioacuten del
lantaacutenido
Figura 3 Ilustracioacuten de un diagrama general de pLn(c)-pCH
El punto de precipitacioacuten (pCH) se utiliza para delimitar el intervalo de la zona no
saturada Este intervalo se utiliza en un programa de coacutemputo como
SUPERQUAD que se emplea para determinar constantes de equilibrio
210 MEacuteTODO POTENCIOMEacuteTRICO
Es el meacutetodo maacutes estudiado para determinar constantes de hidroacutelisis por su
sencillez y exactitud el meacutetodo se basa en la titulacioacuten de una solucioacuten de
concentracioacuten conocida de base (o aacutecido) con un aacutecido fuerte (o base fuerte) la
reaccioacuten se puede seguir por ejemplo con electrodos de vidrio y calomel
conectados a un potencioacutemetro [49] de los datos obtenidos de la titulacioacuten se
construye una graacutefica de titulacioacuten de pH en funcioacuten del volumen adicionado del
titulante (Figura 4)
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
37
Figura 4 Ilustracioacuten de una valoracioacuten potenciomeacutetricas directa con su primera derivada (∆pCH∆V)
El teacutermino pH se aplica habitualmente al logaritmo inverso de la concentracioacuten del
ion hidronio sin embargo cuando la fuerza ioacutenica es alta y el electrodo del
indicador es sensible al pH es importante diferenciar entre el logaritmo inverso de
la concentracioacuten de los iones hidronio (pCH) y el valor del pH experimental La
concentracioacuten de los iones hidronio (o de OH-) en el equilibrio y la composicioacuten de
una solucioacuten dada permiten calcular la razoacuten molar de los iones OH- unidos al ion
metaacutelico en solucioacuten un grupo de valores de [H+] y la concentracioacuten inicial del
metal son los datos necesarios para determinar las constantes de hidroacutelisis [49]
Se alimentan los datos de la zona no saturada y volumen del titulante adicionado a
la valoracioacuten potenciomeacutetrica al programa de coacutemputo SUPERQUAD y asiacute poder
determinar las constantes de hidroacutelisis del Pr
211 PROGRAMA DE COacuteMPUTO SUPERQUAD
El programa de coacutemputo SUPERQUAD fue creado por Gans Sabatini y Vacca
escrito en lenguaje fortran calcula las constantes de equilibrio en sistemas
multicomponentes y multireaccionantes Esas constantes se calculan con la base
de un modelo quiacutemico el cual debe incluir la estequiometria y los valores
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
38
estimados de las constantes globales de formacioacuten de cada una de las especies
presentes durante la valoracioacuten Se aplica reiteradamente el meacutetodo de miacutenimos
cuadrados a las diferencias que se generan en los potenciales experimentales de
las celdas menos los calculados por el propio programa Para alcanzar el miacutenimo
de estas diferencias se aplica el algoritmo de Marquadt Por uacuteltimo en el archivo
de salida del programa SUPERQUAD se obtienen los valores calculados y un
anaacutelisis estadiacutestico de los datos [25]
39
______________________________
CAPIacuteTULO III
HIPOacuteTESIS
______________________________
CAPIacuteTULO III HIPOacuteTESIS
40
3 HIPOacuteTESIS
La 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina aumentaraacute la solubilidad del praseodimio de
esta manera permitiraacute determinar varias especies quiacutemicas de hidroacutelisis de este
elemento en medio 2 M de NaClO4 a 30 degC
41
______________________________
CAPIacuteTULO IV
OBJETIVOS
______________________________
CAPIacuteTULO IV OBJETIVOS
42
4 OBJETIVOS
Objetivo general
Estudiar el comportamiento quiacutemico en solucioacuten acuosa del compuesto de
inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por medio de la
determinacioacuten de las constantes de hidroacutelisis en 2 M de NaClO4 a 30 degC
Objetivos especiacuteficos
Obtener el compuesto de inclusioacuten del praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina
Determinar las constantes de la hidroacutelisis de las especies quiacutemicas de
praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en 2 M de
NaClO4 y a 30 degC por el meacutetodo espectrofotomeacutetrico y el meacutetodo
potenciomeacutetrico
Determinar la constante de hidroacutelisis del compuesto de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en 2 M de NaClO4 y a 30 degC
por el meacutetodo espectrofotomeacutetrico y el meacutetodo potenciomeacutetrico
43
______________________________
CAPIacuteTULO V
METODOLOGIacuteA
______________________________
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
44
5 METODOLOGIacuteA
El diagrama de flujo (Figura 5) muestra el resumen de las actividades del
desarrollo experimental que se siguioacute en el estudio del praseodimio en presencia
de la 2HPβCD
Figura 5 Diagrama de flujo
INICIO
Preparacioacuten de las soluciones de 2M de NaClO4 PrCl3xH2O 2HPβCD y
Pr-2HPβCD
Preparacioacuten de precipitados PrCl3H2O 2HPβCD y Pr-
2HPβCD
Irradiacioacuten Gamma
Caracterizacioacuten de reactivos y el complejo de
inclusioacuten
UV-Vis
MEB y EDS
DRX
EspectroscopiaIR
Espectroscopia Raman
Efecto de concentracioacuten
Solubilidad
Efecto de temperatura
Efecto de tiempo
Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Meacutetodo grafico
Valoraciones potenciomeacutetricas
Determinacioacuten de constantes
de hidroacutelisis con el programa de
coacutemputo SUPERQUAD
Anaacutelisis de
resultados
FIN
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
45
La descripcioacuten de cada una de las etapas de este diagrama se muestra
enseguida
Los reactivos empleados en este trabajo fueron de grado analiacutetico Para la
preparacioacuten de las soluciones y lavado del material del laboratorio se usoacute agua
destilada
51 Preparacioacuten de la solucioacuten de la 2-hidroxipropyl- βeta-ciclodextrina
La solucioacuten del derivado de la beta ciclodextrina se preparoacute a partir de la 2-
hydroxipropyl-βeta-ciclodextrina [(C6H9O5)7-(C3H7O)45] de peso molecular 1396
gmol (anhidro) de Sigma-Aldrich Chem Company Inc el cual se disolvioacute con
agua destilada y agitacioacuten constante La concentracioacuten fue de 02389 M
52 Preparacioacuten de solucioacuten de praseodimio
La solucioacuten de praseodimio se preparoacute a partir del oacutexido de praseodimio (Pr6O11)
de Sigma-Aldrich Chem Company Inc El oacutexido se tratoacute con HCl concentrado el
precipitado resultante se diluyoacute en agua destilada y se evaporoacute hasta sequedad
este proceso se hizo tres veces Finalmente se diluyoacute con una solucioacuten de HCl de
pH 3 Esta solucioacuten se valoroacute con EDTA naranja de xilenol y piridina para
determinar la concentracioacuten la cual fue de 048 M
53 Preparacioacuten del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina
El complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina (Pr-
2HPβCD) se preparoacute a partir de las soluciones de la 2-hydroxipropyl-βeta-
ciclodextrina 02389 M y de la solucioacuten de praseodimio 048 M en la relacioacuten molar
11 La concentracioacuten del complejo de inclusioacuten fue de 0005 M Esta solucioacuten se
evaporoacute lentamente a sequedad en una parrilla de calentamiento Corning PC-351
Hot Plate-Stirrer durante 45 minutos El precipitado resultante se secoacute en una
estufa Lab Line Instruments Inc (Melrose Park Illinois) a 45-50degC durante 2
horas Varias fracciones de este precipitado se emplearon para determinar la
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
46
morfologiacutea la espectroscopia de infrarrojos difraccioacuten de rayos X y Raman
Tambieacuten se caracterizaron las muestras de PrCl3 XH2O y 2HPβCD
54 Determinacioacuten de las curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por UV-Vis
Para cuantificar praseodimio por espectrofotometriacutea UV-Vis se determinaron las
curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD para ello se
realizaron diluciones a diferentes concentraciones de PrCl3 XH2O manteniendo
constante la concentracioacuten de la 2HPβCD Los datos se muestran en la Tabla 4
Tabla 4 Diferentes concentraciones de praseodimio con 2HPβCD constante para determinar las curvas de calibracioacuten
Pr (ml) H2O
(ml)
2HPβCD
(ml)
Concentraciones
Pr2HPβCD [M]
00004 1999 2 00001 00025
00010 1998 2 000025 00025
00041 1995 2 0001 00025
00104 1989 2 00025 00025
00208 1979 2 0005 00025
00416 1958 2 001 00025
0104 1895 2 0025 00025
0260 1739 2 00625 00025
0520 1479 2 0125 00025
1041 0958 2 025 00025
125 075 2 03 00025
Las disoluciones se midieron en el espectroacutemetro UV-Vis marca Perkin Elmer
Lambda 10 en un intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
47
55 Estudio de la influencia de las relaciones molares de las soluciones del
complejo de inclusioacuten
Para determinar la influencia de la 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se prepararon las relaciones molares de PrCl3
XH2O y de 2HPβCD Los datos se muestran en la Tabla 5
Tabla 5 Relaciones molares 2HPβCD Pr
Relacioacuten 2HPβCDPr
2HPβCD (ml)
H2O (ml)
Pr (ml)
Concentraciones 2HPβCDPr [M]
051 0010 199 2 000125 00025
11 0020 1979 2 000250 00025
21 0041 1958 2 000500 00025
31 0062 1937 2 000750 00025
41 0083 1916 2 001000 00025
51 0104 1895 2 001250 00025
81 0167 1832 2 002000 00025
101 0209 1790 2 002500 00025
151 0313 1686 2 003750 00025
181 0376 1623 2 004500 00025
241 0502 1497 2 006000 00025
Las relaciones molares se prepararon a partir de las soluciones de PrCl3 XH2O
048 M y de la 2HPβCD 02389 M
Las disoluciones se midieron en el espectroacutemetro UV-Vis marca Perkin Elmer
Lambda 10 en un intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
56 Efecto de la Radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Para observar el efecto de la radiacioacuten gamma del Cobalto-60 (Co60) en el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se prepararon 6 soluciones de 10 ml del
complejo de inclusioacuten en relacioacuten molar 11 de concentracioacuten 0005 M de cada una
de ellas y soluciones de los reactivos PrCl3 XH2O y 2HPβCD en las mismas
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
48
condiciones Tambieacuten se prepararon 6 muestras soacutelidas de Pr-2HPβCD
(precipitado) PrCl3 XH2O y 2HPβCD de 02 g cada una
Cada una de estas muestras fue colocada en un vial de 20 ml luego se selloacute con
bolsa de plaacutestico y se irradiaron a diferentes dosis en el irradiador LGI-01
TRANSELEKTRO del ININ con una razoacuten de dosis de 103716 Gyh En la
posicioacuten de irradiacioacuten VICKRAD se colocaron tres muestras liacutequidas y tres
soacutelidas de la misma manera en la posicioacuten de irradiacioacuten GAMMACELL tres
muestras liacutequidas y tres soacutelidas En ambos casos cuando se alcanza la dosis
requerida (por ejemplo 1 Gy) una muestra se retira o se saca de la posicioacuten de
irradiacioacuten y asiacute sucesivamente se continuacutea hasta alcanzar la dosis maacutexima de
irradiacioacuten requerida Los datos se muestran en la Tabla 6
Tabla 6 Dosis de irradiacioacuten de Co60 aplicadas a las muestras en solucioacuten y soacutelidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 2HPβCD y PrCl3 XH2O en la instalacioacuten VICKRAD y GAMMACELL del irradiador
LGI-01 TRANSELEKTRO del ININ
1ra Serie Instalacioacuten VICKRAD
No Muestras soacutelidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
No Muestras liacutequidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
1 (a) 1 Gy 4 (1i) 1 Gy 2 (b) 10 Gy 5 (2i) 10 Gy
3 (c) 100 Gy 6 (3i) 100 Gy
2da Serie Instalacioacuten GAMMACELL
No Muestras soacutelidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
No Muestras liacutequidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
1 (d) 05 KGy 4 (4i) 05 KGy
2 (e) 5 KGy 5 (5i) 5 KGy
3 (f) 10 KGy 6 (6i) 10 KGy
Las muestras liacutequidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD PrCl3-XH2O y
2HPβCD irradiadas se evaporaron a sequedad para realizar el anaacutelisis de
caracterizacioacuten
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
49
57 Caracterizacioacuten del compuesto de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina
571 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB)
Para realizar este anaacutelisis se emplearon fracciones de cada uno de los reactivos
PrCl3 XH2O 2HPβCD el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD irradiado Cada una de las fracciones se colocaron en un
porta muestras de aluminio Se recubrieron con una capa de oro para que las
muestras fueran conductoras El anaacutelisis morfoloacutegico se realizoacute en un microscopio
JSM-1600 y JSM-6610LV acoplados a una sonda de espectroscopia de difraccioacuten
de rayos X con el software de los equipos se obtuvo el anaacutelisis elemental
realizado por EDS (Energy Dispersion of X ray Espectrosocopy) que proporcionoacute
informacioacuten cualitativa y cuantitativa de las muestras analizadas
572 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX)
Este anaacutelisis se realizoacute con el difractoacutemetro de polvos SIEMENS D-5000 con
aacutenodo de cobre λ = 15406 Ǻ y un barrido de 25-80 en 2ɵ Para ello se colocaron
en un porta muestras fracciones de cada una de las muestras PrCl3 XH2O
2HPβCD Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado En cada una de estas muestras se
hizo incidir un haz de rayos X De esta manera se obtuvieron graacuteficas de
intensidad en funcioacuten del aacutengulo de difraccioacuten Los resultados se compararon con
las tarjetas de los patrones reportados por el Joint Committee on Powder
Diffraction Standards (JCPDS)
573 Anaacutelisis por espectroscopia de infrarrojo (IR)
Se realizoacute la espectroscopia de infrarrojo de las muestras de PrCl3 XH2O
2HPβCD Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado con el espectroacutemetro Nicolet
Magna-IRTM spectrometer 550 FTIR en un intervalo de 450-4000 cm-1 Las
muestras se prepararon con un estaacutendar de KBr mediante el meacutetodo de
dispersioacuten de pastilla para su anaacutelisis
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
50
574 Anaacutelisis por espectroscopia Raman
Se realizoacute la espectroscopia Raman de las muestras de PrCl3 XH2O 2HPβCD
Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado con el equipo Raman LabRamHR JovynIvon-
Horiba Una fraccioacuten de cada una de las muestras se colocaron en un porta
muestras conectado a un microscopio y se hizo incidir un rayo laacuteser de un
microacutemetro de diaacutemetro Como resultado se obtuvo una graacutefica de intensidad
Raman contra el desplazamiento Raman Los espectros Raman de las muestras
fueron obtenidos en un intervalo de 0 a 1700 cm-1
58 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-βeta-ciclodextrina
581 Efecto de temperatura
En un tubo de ensaye se le adicionoacute 2 ml de agua destilada a 20 0C En un bantildeo
mariacutea a la temperatura de 20 0C se colocoacute el tubo de ensaye con 2 ml de agua
destilada y se le adicionoacute poco a poco la muestra del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD (05 g previamente pesada) Se agitoacute manualmente de manera
constante hasta observar la formacioacuten de precipitado (Pr-2HPβCD) en el fondo
del tubo de ensaye
Este proceso tambieacuten se realizoacute a las temperaturas de 35 42 50 y 60degC El
residuo del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD que ya no se adicionoacute en el tubo de
ensaye se pesoacute y por diferencia con el peso inicial (05 g) se determinoacute los
gramos solubilizados del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Los datos se
muestran en la Tabla 7
Con los resultados obtenidos se graficoacute la temperatura en funcioacuten de la cantidad
de complejo de inclusioacuten solubilizado
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
51
Tabla 7 Cantidad de complejo solubilizado a diferentes temperaturas en 2 ml de agua destilada
Pr-2HPβCD (g)
H2O
(ml)
Temp (degC) del H2O
Pr-2HPβCD solubilizados (g)
1 05 2 20 01866 2 05 2 35 02472 3 05 2 42 03014 4 05 2 50 03461 5 05 2 60 03628
582 Efecto del tiempo
En un tubo de ensaye se le adicionoacute 2 ml de agua destilada a temperatura
ambiente Se le adicionoacute la muestra del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD (01001
g previamente pesada) se registroacute el tiempo (inicial) y se agitoacute manualmente de
manera constante hasta observar la formacioacuten de precipitado (Pr-2HPβCD) en el
fondo del tubo de ensaye Se registroacute el tiempo (final) cuando el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD se solubilizoacute completamente Este proceso se realizoacute 5
veces La determinacioacuten del tiempo de solubilizacioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD es la diferencia entre el tiempo inicial y final Los datos se muestran en la
Tabla 8 Con los resultados obtenidos se graficoacute los gramos solubilizados del
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en funcioacuten del tiempo
Tabla 8 Cantidades de complejo Pr-2HPβCD y agua destilada en cada tubo de ensaye
Pr-2HPβCD
(g)
H2O
(ml) Tiempo (seg)
1 01001 2 161
2 01005 2 163
3 01011 2 167
4 01018 2 169
5 01026 2 170
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
52
59 Determinacioacuten de la curva de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4
Para corregir el pH experimental en el medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 se
preparoacute una solucioacuten de NaOH al 50 pesovolumen A partir de esta solucioacuten se
preparoacute una solucioacuten de hidroacutexido de sodio a una concentracioacuten de 1 N en una
caja de guantes con atmosfera de nitroacutegeno Esta solucioacuten se valoroacute con ftalato
aacutecido de potasio y fenolftaleiacutena para determinar su concentracioacuten Con esta
solucioacuten de NaOH 1 N se prepararon soluciones de 01 001 y 0001 M y a estas
mismas concentraciones con HCl 1N titrisol ambas en medio de fuerza ioacutenica 2 M
de NaClO4 La medicioacuten de pH de estas soluciones (pH experimental) se
realizaron con un electrodo de vidrio AgClAg Radiometer XG200 con agitacioacuten
constante a temperatura de 30 degC controlada por un bantildeo de agua circulante
ldquoPolyscience Circulatiorrdquo modelo 12101-10 Se mantuvo una atmosfera de
nitroacutegeno en la celda potenciomeacutetrica de doble pared Se midioacute el pH 3 veces de
cada solucioacuten el mismo diacutea y durante tres diacuteas consecutivos Se promediaron los
datos obtenidos y se trazoacute una graacutefica que permitioacute realizar la relacioacuten entre el
logaritmo inverso de la concentracioacuten de los iones hidrogeno (pCH) y el pH
experimental
510 Valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Se realizaron valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD con hidroacutexido de sodio en fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 para ello se
colocoacute en una celda de reaccioacuten 10 ml de 2 M de NaClO4 de pH 3 21 microL de la
solucioacuten de 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina de concentracioacuten 02389 M y 105
microL de la solucioacuten de PrCl3 XH2O de concentracioacuten 048 M para tener una
concentracioacuten inicial de 000025 M del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Se
midioacute el pH se tomoacute una aliacutecuota de 3 ml y se midioacute su absorbancia con el
espectrofotoacutemetro UV-Vis Perkin Elmer Lambda 10 en un intervalo de longitud de
onda de 200 a 700 nm Como blanco se empleoacute agua destilada Los 3 ml de
solucioacuten medida por UV-Vis se regresaron a la celda de reaccioacuten Posteriormente
se adicionaron aliacutecuotas de una solucioacuten de 00025 M de NaOH en 2 M de
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
53
NaClO4 Se repitioacute varias veces el proceso de tomar una aliacutecuota en la celda de
reaccioacuten a la celda de cuarzo y medir la absorbancia del complejo de inclusioacuten de
tal manera que el pH incrementara de 02 en 02 hasta alcanzar un pH de 9 o 10
aproximadamente En todo el proceso se mantuvo una temperatura de 30 degC y
una atmoacutesfera de nitroacutegeno constante en la celda
Con los datos de pH y absorbancia a una longitud de onda de 210 nm obtenidos
se graficaron los valores de la absorbancia en funcioacuten del pCH para determinar el
pCH de precipitacioacuten la zona no saturada y la zona saturada
511 Valoraciones potenciomeacutetricas directas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Con el sistema de titulacioacuten automaacutetica que consiste de un potencioacutemetro
Radiometer TIM900 Titrilab de un electrodo combinado de vidriondashAgClAg y una
bureta automaacutetica de 20 ml se realizaron valoraciones potenciomeacutetricas directas
Para lo cual se colocoacute en la celda de reaccioacuten 10 ml de 2 M de NaClO4 de pH 3
21 microL de la solucioacuten de 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina de concentracioacuten 02389
M y 105 microL de la solucioacuten de PrCl3 XH2O de concentracioacuten 048 M para tener
una concentracioacuten inicial de 000025 M del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Esta solucioacuten se valoroacute con NaOH 00025 M en 2 M de NaClO4 a una temperatura
de 30 degC flujo de nitroacutegeno y agitacioacuten constante Con los datos de pH y volumen
de NaOH se graficaron los valores de pCH en funcioacuten del volumen de NaOH El
intervalo de pCH de la zona no saturada se determinoacute despueacutes de que el aacutecido fue
neutralizado y el pCH final se determinoacute con el pCH de precipitacioacuten obtenido en la
titulacioacuten espectrofotomeacutetrica Este intervalo de pCH de la zona no saturada se
emplearon en el programa de computo SUPERQUAD para determinar los valores
de las constantes de hidroacutelisis del praseodimio y del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
54
______________________________
CAPIacuteTULO VI
RESULTADOS
______________________________
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
55
6 RESULTADOS
61 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 6 muestra los espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes
concentraciones en presencia de 2HPβCD 00025 M determinados en el intervalo
de longitud de onda de 200 a 700 nm En ellos se observa que cuando aumenta
la concentracioacuten del praseodimio en presencia de 2HPβCD aumenta el tamantildeo de
las bandas La 2HPβCD no presenta bandas de absorcioacuten en toda la regioacuten de
200-700 nm
Figura 6 Espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes concentraciones en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
A partir de la Figura 6 y de acuerdo al tamantildeo de las bandas de absorcioacuten de los
espectros UV-Vis en funcioacuten de la concentracioacuten del praseodimio se establecen
tres regiones de intereacutes En la regioacuten de longitud de onda de 200-225 nm la banda
de absorcioacuten maacutexima del praseodimio se encuentra en 215 nm para
concentraciones bajas en la regioacuten de 440-490 nm se encuentran las bandas de
absorcioacuten de 444 469 nm y 482 nm para concentraciones intermedias y
finalmente en la regioacuten de 558-600 nm se encuentran las bandas de absorcioacuten de
200 300 400 500 600 700
00
05
10
15
20
25
30
Ab
so
rban
cia
Longitu de onda (cm-1)
000011MPr
0000251MPr
00011MPr
000251MPr
00051MPr
001MPr
0025MPr
006251MPr
01251MPr
0251MPr
031MPr
00025M2HPBCD
00025MPr
1
2
3
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
56
5885 nm para cuantificar concentraciones altas de praseodimio en presencia de la
2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Figura 7 y Tabla 9) En la Figura 7 se muestran las
rectas de calibracioacuten para cuantificar praseodimio Estas rectas de calibracioacuten fueron
determinadas con los datos de los valores de absorbancia de cada banda de
absorcioacuten de la Figura 6 en funcioacuten de la concentracioacuten del praseodimio
Figura 7 Rectas de calibracioacuten de las bandas de absorcioacuten del praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
Tabla 9 Ecuaciones de calibracioacuten del praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
obtenidos por UV-Vis
Intervalo de longitud de onda de UV-Vis
200-250 nm 400-500 nm 560-620 nm
Bandas de 215 nm 444 nm 469 nm 482 nm 5885 nm
absorcioacuten
Ecuaciones de
calibracioacuten
A= 26554[Pr] + 00527
A = 513[Pr] + 00127
A = 21698[Pr] + 00123
A = 15912[Pr] + 00128
A = 00783[Pr] + 00103
Rsup2 = 09949 Rsup2 = 09992 Rsup2 = 09958 Rsup2 = 09917 Rsup2 = 09769
Doacutende nm= nanoacutemetros A= Absorbancia [Pr (III)]= Concentracioacuten del Praseodimio R = Coeficiente de
correlacioacuten
000 005 010 015 020 025 030
00
02
04
06
08
10
12
14
16
y=15912 x +00128
R2=09917
y=00783 x +00103
R2=09769
y=21698 x +00123
R2=09958
y=513 x +00127
R2=09992
215 nm
444 nm
469 nm
482 nm
5885 nm
Abso
rbancia
[Pr] M
y=26554 x +00527
R2=09949
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
57
En la Tabla 9 se muestran los datos de las ecuaciones de calibracion para
determinar praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina por
espectroscopiacutea UV-Vis
Estas consideraciones tienen una limitacioacuten ya que se debe tomar en cuenta que
el intervalo oacuteptimo para medir la absorbancia con fines de anaacutelisis cuantitativo
estaacute entre 002ndash15
62 Efecto de la concentracioacuten de la 2HPβCD en el praseodimio por
espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 8 muestra los espectros de absorcioacuten del praseodimio a concentracioacuten
constante (00025 M) en presencia de 2HPβCD a diferentes concentraciones
determinados en el intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
Figura 8 Espectro de absorcioacuten UV-Vis del praseodimio a concentracioacuten constante en presencia de la 2HPβCD a diferentes concentraciones En el detalle central se muestra la ampliacioacuten de la banda de
absorcioacuten 215 nm
En los espectros de absorcioacuten del praseodimio de la Figura 8 se observa que
cuando aumenta la concentracioacuten de 2HPβCD aumenta ligeramente el tamantildeo de
200 300 400 500 600 700
00
02
04
Ab
so
rbancia
Longitud de onda (cm-1)
00025MPr
00025M2HPBCD
051M
11M
21M
31M
41M
51M
81M
101M
151M
181M
241M1
2 3
200 205 210 215 220 225 230
00
01
02
03
04
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
1
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
58
las bandas de absorcioacuten del praseodimio En el detalle central de la Figura 8 se
aprecia maacutes adecuadamente este efecto
Con estas observaciones se muestra que la 2HPβCD aumenta la solubilidad del
praseodimio debido a este aumento ligero en el tamantildeo de las bandas de
absorcioacuten del praseodimio de la Figura 8
63 Efecto de la radiacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD por
espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 9 muestra los espectros de absorcioacuten determinados en el intervalo de
longitud de onda de 200 a 700 nm del 2HPβCD 2HPβCD irradiado PrCl3XH2O
PrCl3XH2O irradiado el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y el complejo de
inclusioacuten Pr-2-HP-β-CD irradiado Las irradiaciones se realizaron a 10000 Gy
Figura 9 Espectro UV-Vis de las muestras irradiadas en solucioacuten del complejo Pr-2HPβCD PrCl3 y 2HPβCD
Como se observa en la Figura 9 el efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de
inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Pr-2HPβCD) mostraron que
cuando el complejo de inclusioacuten es irradiado a 10 000 Gy se observaron ligeros
200 300 400 500 600 700
00
02
04
06
08
10
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
00025 M 2HPBCD
Pr 00025 M
Pr-2HPBCD
2HPBCD 10 KGY
PrCl3-XH2O 10 KGy
Pr-2HPBCD 10 KGy
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
59
cambios comparado con el complejo de inclusioacuten no irradiado Esto se puede
deber a que probablemente el complejo empieza a descomponerse
62 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB)
La Figura 10 muestra las imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las
muestras 2HPβCD 2HPβCD irradiada PrCl3XH2O PrCl3XH2O irradiada Pr-
2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy
a) c) e)c
b) d) f)
Figura 10 Imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las muestras a) 2HPβCD b) 2HPβCD irradiada c) PrCl3XH2O d) PrCl3XH2O irradiada e) Pr-2HPβCD y f) Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy
La 2HPβCD mostroacute partiacuteculas esfeacutericas de diversos tamantildeos con una superficie
lisa en su interior se observan cavidades dentro de las partiacuteculas pareciera que
se desprenden esferas maacutes pequentildeas El PrCl3XH2O mostroacute una superficie
rugosa las partiacuteculas se ven fundidas debido probablemente a que el material es
higroscoacutepico y tiende a hidratarse faacutecilmente El complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
muestra una morfologiacutea diferente a los reactivos precursores ya que se presentan
partiacuteculas en forma de rocas de diferentes dimensiones ademaacutes se observan
aglomeraciones de partiacuteculas Las imaacutegenes de las muestras irradiadas a una
dosis de 10 KGy conservan su morfologiacutea a excepcioacuten de PrCl3XH2O irradiada y
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
60
Pr-2HPβCD irradiada muestran pequentildeos cambios Sus partiacuteculas se ven un poco
maacutes fundidas probablemente se deba al efecto de la radiacioacuten
La composicioacuten quiacutemica elemental de las muestras 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD se muestran en la Tabla 10 determinado por el anaacutelisis elemental (EDS)
Tabla 10 Anaacutelisis EDS de las muestras de PrCl3 2-HPβCD y Pr-2HPβCD
Elemento Atoacutemico
Pr Cl O C
PrCl3 1233 plusmn 207 3595 plusmn 666 5171 plusmn 871 -----
2HPβCD ----- ----- 4159 plusmn 22 584 plusmn 22
Pr-2HPβCD 097 plusmn061 248 plusmn 143 3619plusmn 422 6034 plusmn 478
Todas las muestras presentan los elementos de su composicioacuten quiacutemica La
presencia de Pr Cl C y O en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD confirman la
interaccioacuten de 2HPβCD PrCl3XH2O para la formacioacuten del complejo de inclusioacuten
como se muestras en la Tabla 10
63 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX)
En la Figura 11 se muestran los difractogramas de 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD determinado por Difraccioacuten de Rayos X Los difractogramas de rayos X
de la Figura 11 muestran diferencias entre ellas El difractograma del PrCl3XH2O
presenta reflexiones de alta intensidad comparado con las otras muestras debido
a su naturaleza cristalina del praseodimio El difractograma de la 2HPβCD es de
estructura amorfa caracteriacutestica de los compuestos de carbono
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
61
Figura 11 Difraccioacuten de rayos X de PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD
El difractograma del compuesto de inclusioacuten Pr-2HPβCD muestra una
combinacioacuten de reflexiones de las muestras de PrCl3XH2O y 2HPβCD debido a la
formacioacuten de eacuteste complejo de inclusioacuten aunque predomina el de la 2HPβCD
Se comparoacute el difractograma de la muestra de PrCl3XH2O con la tarjeta del patroacuten
reportado por el Joint Committee on Powder Diffraction Standards (JCPDS) PDF
84-2188 Aqua Praseodymium Chloride Ambos difractogramas coinciden
adecuadamente
Los difractogramas de las muestras irradiadas a diferentes dosis mostraron que en
el intervalo de dosis de 1-500 Gy las muestras no sufren cambios Sin embargo
cuando el complejo de inclusioacuten es irradiado a 5000 y 10 000 Gy se observaron
ligeros cambios en sus inflexiones comparados con las muestras no irradiadas
Probablemente las muestras empiezan a descomponerse
64 Espectroscopia de infrarrojo (IR)
En la Figura 12 se muestra los espectros de infrarrojo de la 2HPβCD PrCl3XH2O
y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
62
Figura 12 Espectros de infrarrojo de las muestra 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-2HPβCD
El espectro infrarrojo de la muestra de PrCl3XH2O presenta la banda de absorcioacuten
a 341434 cm-1 correspondiente a moleacuteculas de agua de hidratacioacuten y la banda de
absorcioacuten a 67003 cm-1 debido a las uniones praseodimio con cloruros El
espectro infrarrojo de la muestra de la 2HPβCD presenta bandas de absorcioacuten a
331508 cm-1 [OH] 292046 cm-1 [CH2] 115183 cm-1 [C-C] 108000 cm-1 [C-O] y
102306 cm-1 [O-H]
Tabla 11 Grupos funcionales del PrCl3XH2O 2HPβCD y del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Compuesto [OH] [CH2] [C-C] [C-O] [O-H] [Cl3]
PrCl3XH2O 341434 67003
2HPβCD 331508 292046 115183 108000 102306
Pr-2HPβCD 329688 292645 115247 108028 102514
120723[PrCl3XH2O-Pr-2HPβCD] -11746
120723[2HPβCD-Pr-2HPβCD] -182 599 064 028 208
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
63
En la Tabla 11 se muestran los datos de las bandas de absorcioacuten de las muestras
de 2HPβCD PrCl3XH2O y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y los valores
de los desplazamientos observados Los valores de desplazamiento indican la
formacioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Las bandas de absorcioacuten de las
muestras irradiadas a diferentes dosis mostraron que en el intervalo de dosis de 1-
500 Gy las muestras no sufren cambios Cuando las muestras son irradiados a
5000 y 10 000 Gy se observaron ligeros cambios en la intensidad de la bandas de
absorcioacuten
65 Espectroscopia Raman
Figura 13 Espectros Raman de la muestra PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD
La Figura 13 muestra los espectros Raman de las muestras 2HPβCD PrCl3XH2O
y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Se realizaron 100 adquisiciones de
cada uno de las muestras Los resultados son el promedio de estas Los espectros
Raman de la Figura 13 muestran diferencias entre ellas
El espectro Raman del PrCl3XH2O muestra un pico intenso a 19278 cm-1 Este
pico se observa en el espectro Raman del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD a
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
64
23814 cm-1 y es de intensidad menor Las bandas de la 2HPβCD (44336 47805
84780 94691 126575 133270 145854 cm-1) algunas desaparecen y otras se
desplazan en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Esto indica la formacioacuten del
complejo de inclusioacuten
Al comparar los espectros Raman de las muestras irradiadas a diferentes dosis
mostraron que en el intervalo de dosis de 1-500 Gy no sufren cambios Sin
embargo en el intervalo de 5000 a 10000 Gys se observa la presencia de una
banda que no se encuentra en las muestras no irradiadas Probablemente las
muestras empiezan a descomponerse
66 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-βeta-ciclodextrina
661 Efecto de temperatura
La Figura 14 muestra el efecto de temperatura sobre la solubilidad del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD
Figura 14 Efecto de temperatura en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
20 30 40 50 60
018
020
022
024
026
028
030
032
034
036
038
g P
r-2H
PB
CD
Temperatura degC
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
65
La Figura muestra que conforme la temperatura va aumentando la solubilidad de
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta Es decir a la temperatura 20 degC se
solubilizan 01866 g del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD mientras que a 60 degC
se solubilizan 03628 g
662 Efecto de tiempo
La Figura 15 muestra el efecto del tiempo sobre la solubilidad del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD
Se observoacute que conforme el tiempo va aumentando la solubilidad de complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta Con esto se determinoacute que la dilucioacuten de 01 gr de
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 ml de agua destilada se lleva a cabo en
un tiempo 170 segundos
Figura 15 Efecto de tiempo en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
01000 01005 01010 01015 01020 01025 01030
160
162
164
166
168
170
Tie
mpo (
segundos)
g Pr-2HPBCD
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
66
67 Recta de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4
Se realizaron las mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de
2 M de NaClO4 Los datos se muestran en la Tabla 12
Tabla 12 Mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de 2 M de NaClO4
Concentracioacuten (M)
pCH pH
exp 1 pH
exp 2 pH
exp 3 pH
exp 4 pH
exp 5 pH exp prom
HCl 0001 3 2359 2205 2333 2402 2329 23256
001 2 1173 1172 1207 1228 1268 12096
01 1 0508 0248 0253 0352 0361 03444
NaOH 0001 11 9987 9994 9926 10009 9994 9982
001 12 10947 10876 10959 10876 10849 109014
01 13 11612 1156 11604 11552 11516 115688
Se graficaron los datos de pH (experimental) promedio en funcioacuten del pCH (teoacuterico)
se tiene la Figura 16
Figura 16 Recta de calibracioacuten del pCH como una funcioacuten del pH en el medio 2 M de NaClO4
0 2 4 6 8 10 12 14
0
2
4
6
8
10
12
pC
H
pH
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
67
La ecuacioacuten de la recta de calibracioacuten es
pCH= 105108 (plusmn00063) pH + 06352 (plusmn00669) R2= 09995
Esta ecuacioacuten permitioacute corregir todos los datos de pH experimental de este
trabajo
68 Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Se realizaron valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD en medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 a 30 deg C en atmoacutesfera inerte
Se obtuvieron espectros de absorcioacuten UV-Vis en el intervalo de longitud de onda
de 200 a 700 nm En la Figura 17 se muestra los espectros de absorcioacuten de cada
una de las aliacutecuotas del praseodimio en presencia de la 2HPβCD en el intervalo de
longitud de onda de 200 a 230 nm
Figura 17 Espectros de absorcioacuten UV-Vis de la valoracioacuten espectrofotomeacutetrica del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con NaOH 00025 M en el medio 2M de NaClO4
200 210 220 230
00
01
02
03
04
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
68
Se graficaron los datos de absorbancia a la longitud de onda de 215 nm de la Figura
17 y los valores de pCH correspondientes se obtuvo la Figura 18
Figura 18 Curva de valoracioacuten espectrofotomeacutetrica (absorbancia en funcioacuten del pCH) y la primera derivada del praseodimio en presencia de la 2HPβCD a longitud de onda de 215 nm
La derivada de la curva de la Figura 18 permitioacute determinar el pCH de precipitacioacuten
(maacutexima inflexioacuten) el cual fue de 812 A partir de este pCH se determinoacute la zona
no saturada (lado izquierdo de la curva) y saturada (lado derecho de la curva)
69 Titulaciones potenciomeacutetricas
Se realizaron valoraciones potenciomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
con NaOH en medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 a 30 degC en atmosfera inerte
Se obtuvo la Figura 19 La valoracioacuten potenciomeacutetrica del Pr-2HPβCD inicio en
medio acido por medio de la primera derivada y su inflexioacuten de la curva se
determinoacute el pCH inicial (pCH= 656) el valor de pCH final se determinoacute con el valor
de la primera derivada (pCHpp= 812) de la Figura 18 (punto de inicio de
precipitacioacuten del PrCl3XH2O)
4 5 6 7 8 9 10
025
030
035
040
045
050
055
060
pCH
Ab
so
rban
cia
-01
00
01
02
03
04
05
06
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
69
Figura 19 Curva de valoracioacuten potenciomeacutetrica directa de 25x10-4 M del praseodimio en presencia de la 2HPβCD con 25x10-3 de NaOH en 2 M de NaClO4 a 30 degC en atmosfera libre de CO2 y primera
derivada de la curva Detalle central (zona no saturada)
Con estos dos valores se determinoacute el intervalo de la zona no saturada que se
muestra en el detalle central de la Figura 19 empleado para el caacutelculo de la
primera constante de hidrolisis del praseodimio y del complejo del praseodimio en
presencia de la 2HPβCD
610 Refinamientos
A partir del detalle central de la Figura 19 (zona no saturada) los datos de
volumen pCH concentracioacuten del titulado y titulante y un modelo quiacutemico propuesto
con la estequiometria se alimentaron al programa de computo SUPERQUAD y
mediante refinamiento computacional se determinaron los valores de la constante
de hidrolisis de las especies quiacutemicas del praseodimio y del complejo de inclusioacuten
Pr-2HPβCD que se muestran en la Tabla 13
0 5 10 15 20
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
ml adicionados de NaOH
pC
H
0
2
4
6
8
10
00 01 02 03 04 05 06 07
64
66
68
70
72
74
76
78
80
82
pC
H
ml adicionados de NaOH
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
70
Tabla 13 Constantes de hidroacutelisis del Pr y el pCH de precipitacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 M de NaClO4 obtenidos mediante meacutetodo potenciomeacutetrico y el programa SUPERQUAD a
30 degC
Equilibrio Quiacutemico
logβ1
POTENCIOMETRICO
(SUPERQUAD)
Intervalo
(pCH)
No
puntos
ESPECTROFOTOMETRICO
pCH de pp
Meacutetodo GRAFICO
Pr3++ H2O Pr(OH)2++ H+ -862plusmn0007 656-812 33 812
Pr(OH)2++H2O Pr(OH)2++H+ -1710plusmn003
Pr(OH)2++H2O Pr(OH)3+H+ -2586plusmn001
Pr3++2HPβCD+H2O Pr-
2HPβCD-(OH)2++H+
-509plusmn007
En la Tabla 13 anterior se muestra el valor de pCH de precipitacioacuten obtenido por el
meacutetodo espectrofotomeacutetrico (meacutetodo graacutefico) que fue de 812 Los valores de las
constantes de hidrolisis de las especies quiacutemicas del praseodimio fueron-
logβ1OH=-862plusmn0007-logβ22OH=-1710plusmn003-logβ33OH=-2586plusmn001 y del complejo
de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-509plusmn007 obtenidos por el meacutetodo
potenciomeacutetrico empleando el programa de computo SUPERQUAD
71
______________________________
CONCLUSIONES
______________________________
CONCLUSIONES
72
CONCLUSIONES
bull Se observaron 3 zonas de absorcioacuten caracteriacutesticas del praseodimio
situadas a una longitud de onda de 215 nm 3 bandas de absorcioacuten en 444
nm 469 nm y 482 nm y en 5885 nm se determinaron para cada banda las
rectas de calibracioacuten
bull Se demostroacute la inclusioacuten del praseodimio en la 2HPβCD y el efecto de la
radiacioacuten gamma en los reactivos (PrCl3XH2O 2HPβCD) y el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD satisfactoriamente mediante las diferentes teacutecnicas de
caracterizacioacuten y anaacutelisis empleadas (MEB UV-Vis DRX Espectroscopia
Infrarrojo y Espectroscopia Raman)
bull El efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-β-ciclodextrina (Pr-2HP-β-CD) mostroacute que en el intervalo de
dosis de 1-500 Gy no sufren cambios Sin embargo cuando es irradiado a
5000 y 10 000 Gy se observaron ligeros cambios Esto se puede deber a
que probablemente el complejo empieza a descomponerse
bull La solubilidad de complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta en funcioacuten del
aumento de la temperatura
bull Conforme el tiempo va aumentando la solubilidad de complejo de inclusioacuten
Pr-2HPβCD aumenta
bull El valor de la primera constante de hidrolisis del praseodimio obtenido fue-
logβ1OH=-862plusmn0007 y del complejo de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-
509plusmn007
73
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RECOMENDACIONES
______________________________
RECOMENDACIONES
74
bull El complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se debe preparar con diferentes
meacutetodos para elegir el maacutes adecuado de acuerdo a su rendimiento
quiacutemico y asegurar su formacioacuten
bull Comparar la zona no saturada de complejo de Inclusioacuten del Pr-2HPβCD
Pr-2βCD y la del praseodimio sin complejo para observar el efecto de la
solubilidad y estabilidad
bull Determinar las constantes de hidrolisis del praseodimio y del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD irradiado con radiacioacuten gamma de Co60 y comparar
con la de complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD no irradiado
75
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GLOSARIO
______________________________
GLOSARIO
76
GLOSARIO
1 Absorbancia
Se define como la relacioacuten (logariacutetmica) entre la intensidad de la luz que incide
sobre una muestra y la intensidad de esa misma luz que es transmitida a traveacutes de
esa muestra Cuando una luz de una longitud de onda determinada seleccionada
por un filtro incide sobre una muestra parte de esa luz es absorbida La luz no
absorbida pasa a traveacutes de la muestra y es recogida por un detector colocado en
el otro lado del pocillo de la micro placa frente a la fuente de luz
2 Algoritmo de Marquadt
Es un proceso iterativo de convergencia que a traveacutes de la teacutecnica de los miacutenimos
cuadrados ponderados permite encontrar los paraacutemetros de las ecuaciones de
funciones no lineales
3 Complejo de inclusioacuten
Mezcla cristalina en la que las moleacuteculas de un componente estaacuten contenidas
dentro de la red cristalina del otro
4 Confinamiento de residuos
Lugar totalmente seguro controlado y construido con el propoacutesito de disponer
residuos peligrosos instalados en un lugar retirado de la poblacioacuten con el objetivo
de disminuir riesgos de caraacutecter natural y humano
5 Curva de calibracioacuten
Representacioacuten graacutefica de una sentildeal que se mide en funcioacuten de la concentracioacuten
de un analito La calibracioacuten incluye la seleccioacuten de un modelo para estimar los
paraacutemetros que permitan determinar la linealidad de esa curva Y en
consecuencia la capacidad de un meacutetodo analiacutetico para obtener resultados que
sean directamente proporcionales a la concentracioacuten de un compuesto en una
muestra dentro de un determinado intervalo de trabajo
GLOSARIO
77
6 Desechos radiactivos
Residuo o subproductos que contiene varios elementos quiacutemicos radiactivos que
no tiene un fin praacutectico
7 Especies quiacutemicas
En quiacutemica el teacutermino especie quiacutemica se usa comuacutenmente para referirse de
forma geneacuterica a aacutetomos moleacuteculas iones radicales etc que sean el objeto de
consideracioacuten o estudio
8 Estabilidad
Una sustancia es estable si no es particularmente reactivo en el ambiente o
durante uso normal y mantiene sus propiedades uacutetiles en la escala de tiempo de
su durabilidad esperada y por lo que se dice que el material es inestable si se
corroe descompone polimeriza quema o explota bajo las condiciones anticipadas
de uso o condiciones ambientales normales
9 Fisioacuten nuclear
Reaccioacuten en la cual un nuacutecleo se bombardea con neutrones se convierte en
inestable y se descompone en dos nuacutecleos y tamantildeos son del mismo orden de
magnitud con gran desprendimiento de energiacutea y la emisioacuten de dos o tres
neutrones los cuales a su vez ocasionar maacutes fisiones al interaccionar con nuevos
nuacutecleos fisionables que emitiraacuten nuevos neutrones y asiacute sucesivamente
10 Fuerza ioacutenica
Propiedad de una solucioacuten que depende de la concentracioacuten total de iones en la
solucioacuten asiacute como de la carga de dichos iones
11 Isoacutetopo
Nucleiacutedos pertenecientes a un mismo elemento quiacutemico pero que se diferencian
entre el nuacutemero de neutrones de cada uno
GLOSARIO
78
12 Lenguaje fortran
Es un lenguaje de programacioacuten de alto nivel de propoacutesito general procedimental
e imperativo que estaacute especialmente adaptado al caacutelculo numeacuterico y a la
computacioacuten cientiacutefica
13 Lgi-01 TRANSELEKTRO (LGI-01)
Equipo de irradiacioacuten integrado por un cuerpo ciliacutendrico de plomo que sirve de
blindaje una jaula ciliacutendrica que contiene los laacutepices de Co60 un eacutembolo moacutevil con
una cavidad (caacutemara de exposicioacuten) una consola de mando y un cronoacutemetro para
establecer el tiempo de irradiacioacuten La caacutemara de exposicioacuten alberga a las
muestras para la irradiacioacuten un sistema electromecaacutenico baja el depoacutesito de las
muestras hasta la fuente de radiacioacuten que consta de 48 laacutepices de los cuales 12
contiene Co60 y el resto estaacuten vaciacuteos
14 Longitud de onda
Es la distancia real que recorre una perturbacioacuten (onda) en un determinado
intervalo de tiempo Ese intervalo de tiempo es el transcurrido entre dos maacuteximos
consecutivos de alguna propiedad fiacutesica de la onda
15 Medio acuoso
Medio o disolucioacuten acuosa se refiere a que una mezcla de disolventes el
disolvente mayoritario es agua Las disoluciones acuosas tienen una gran
importancia en la biologiacutea desde los laboratorios de ciencia baacutesica hasta la
quiacutemica de la vida pasando por la quiacutemica industrial Por la vasta cantidad y
variedad de sustancias que son solubles en agua esta se denomina a veces
disolvente universal
16 pCH
Es el logaritmo inverso de la concentracioacuten de los iones hidroacutegeno
17 pH
Es una medida del pH experimental de este trabajo
GLOSARIO
79
18 Precursores
Sustancia indispensable o necesaria para producir otra mediante los compuestos
quiacutemicos que constituyen una primera etapa en un proceso quiacutemico y actuacutean
como sustrato en las etapas posteriores
19 Radiacioacuten gamma
Es un tipo de radiacioacuten electromagneacutetica constituida por fotones se produce por
elementos radiactivos o procesos subatoacutemicos como la aniquilacioacuten de un par
positroacuten-electroacuten Los rayos gamma constituyen un tipo de radiacioacuten ionizante
capaz de penetrar en la materia maacutes profundamente que la radiacioacuten α y la β
pueden causar graves dantildeos a las ceacutelulas se usan para esterilizar equipos
meacutedicos y alimentos
20 Reacciones de hidroacutelisis
Reacciones quiacutemicas entre una moleacutecula de agua y cualquier otra especie
quiacutemica en la cual la moleacutecula de agua se divide y sus aacutetomos forman parte de
otra especie quiacutemica
21 Relacioacuten molar
Factor de conversioacuten cuyo fin es convertir en una reaccioacuten quiacutemica la cantidad de
moles de una sustancia a la cantidad correspondiente de moles de otra sustancia
La sustancia de partida se expresa en gramos y la sustancia deseada en moles
22 Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Se denomina valoracioacuten espectrofotomeacutetrica al procedimiento por el cual se
determina el punto final de una titulacioacuten utilizando las medidas de absorbancia a
una longitud de onda fija Para simplificar la teacutecnica se selecciona una longitud de
onda donde solamente uno de los componentes de la muestra absorba
80
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REFERENCIAS CITADAS
______________________________
REFERENCIAS CITADAS
81
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VI
DEDICATORIA
VII
Dedicatoria
A Dios
Por todos los logros metas y proyectos sin importar lo obstaacuteculos grandes o pequentildeos que
has puesto a lo largo de mi camino en mi formacioacuten profesional y personal por todas la
bendiciones de las cuales has llenado mi vida Te doy las gracias por estar siempre
presente y darme las fuerzas en momentos difiacuteciles para seguir adelantehellip
A mis padres
Ma Veroacutenica Cruz Tapia y J Guadalupe Moreno Segundo con mucho amor por todo su
esfuerzo y apoyo que me han brindado incondicionalmente en todas mis victorias y
fracasos tristezas y alegriacuteas gracias por su lucha incansable diacutea con diacutea sin marcha
atraacutes Han sido mi ejemplo a seguir y por haber hecho de miacute lo mejor de una persona
gracias a su educacioacuten que han inculcado en miacute Por ser mi guiacutea y compantildeiacutea a lo largo de
mi camino ensentildeaacutendome a querer ser mejor y a superarme en mi vida profesional Es la
herencia maacutes importante y valiosa que me han dado por todo eso y mucho maacutes Los amohellip
A mis hermanos
Edwin Joseacute Manuel y Daniela por todos los momentos compartidos a su lado por todas
las risas que provocan grandes sentimientos y cada uno de sus consejos Por estar siempre
presentes en cada momento de mi vida brindaacutendome su apoyo carintildeo y amor de hermanos
Son una gran bendicioacuten en mi vidahellip
A ti Aidee
Por ser una persona tan importante en mi vida y brindarme todo tu amor por ensentildearme
tanto ayudaacutendome a crecer personal emocional y profesionalmente por todos tus alientos
y apoyo que me has brindado en momentos difiacuteciles y asiacute como todas las sonrisas y
laacutegrimas compartidas por tu presencia en mis logros obtenidos por todas y cada una de
las grandes maravillas que me has dado sin importar lo pequentildeas que sean y todo aquello
que significa mucho para miacute y que no se puede describir en palabras Muchas gracias por
todohellip
AGRADECIMIENTOS
VIII
Agradecimientos
Al Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares por la beca otorgada y el apoyo
recibido para la realizacioacuten de este proyecto durante mi estancia
Al Dr Hilario Dolores Loacutepez Gonzaacutelez del ININ y a la Dra Edelmira Fernaacutendez
Ramiacuterez del TESSFP por la asesoriacutea paciencia compresioacuten y apoyo para la realizacioacuten
de este trabajo Sinceramente les agradezco de todo corazoacuten fue un placer trabajar con
ustedes muchas gracias
A los miembros del comiteacute revisor IQ Moiseacutes Crescencio Gonzaacutelez y IQ Luciacutea Garciacutea
Guzmaacuten por las observaciones y aportes de gran importancia los cuales elevaron la
calidad del trabajo
Al Dr Jaime Jimeacutenez Becerril por el apoyo recibido para la irradiacioacuten de las muestras
de este trabajo y por el apoyo teacutecnico recibido
A los teacutecnicos Jorge Peacuterez del Prado y Carlos Salinas Molina de Microscopiacutea Electroacutenica
de Barrido del Departamento de Materiales y al servicio de Espectroscopia Raman del
Departamento de Fiacutesica por el apoyo teacutecnico recibido
A mis amigos Carmen (Cars) Hilda (Hildita) Rosa Isabel (Chabe) Daniel (Carrillo)
Eduardo (Lalo) y Miguel (Migue) por todo el apoyo que me han brindado asiacute como su
valiosa amistad durante todo este tiempo y los maravillosos momentos que juntos hemos
compartido
A mis amigos del ININ Dayra Evelin Joselyn Lupita Jessy Janette Gisela Sonia y
Cesar por su gran amistad durante este tiempo compartido y darme la dicha de haberlos
conocido asiacute como el apoyo teacutecnico que cada uno de ustedes me brindo y por todos sus
consejos gracias a todos
A todas las personas que han formado parte de mi vida personal y profesional y que no he
mencionado
GRACIAS A TODOShellip
RESUMEN
IX
RESUMEN
En la fisioacuten nuclear para la produccioacuten de electricidad se producen ciertos
productos de fisioacuten considerados desechos radiactivos entre los cuales se
encuentran los lantaacutenidos El confinamiento de estos desechos radiactivos en
medios como las minas de sal suelen presentarse globos de salmuera por
consecuencia producir corrosioacuten en los contenedores pudiendo entrar en contacto
con los desechos razoacuten por la cual es importante conocer las reacciones de
hidroacutelisis que pudieran formarse en presencia de alguacuten medio acuoso Ante este
panorama se llevoacute a cabo la inclusioacuten del praseodimio en la 2-hidroxipropyl-beta-
ciclodextrina (2HPβCD) con la finalidad de observar aumento de solubilidad y
estabilidad del praseodimio
La formacioacuten del complejo de inclusioacuten praseodimio en presencia de la 2-
hidroxipropyl-beta-ciclodextrina (Pr-2HPβCD) se efectuoacute en relacioacuten molar 11 a
0005 M Se observoacute el efecto de la radiacioacuten gamma del Co60 en el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD y de sus precursores PrCl3XH2O y 2HPβCD Se emplearon
varias fracciones de la muestra del complejo de inclusioacuten y de las muestras
irradiadas del Pr-2HPβCD PrCl3XH2O y 2HPβCD para su caracterizacioacuten
mediante diferentes teacutecnicas (UV-Vis Microscopia Electroacutenica de Barrido
Difraccioacuten de Rayos X Espectroscopia de Infrarrojo Espectroscopia Raman) Las
muestras no irradiadas presentaron la interaccioacuten del praseodimio y de la 2HPβCD
confirmando la formacioacuten del complejo de inclusioacuten mientras que las muestras
irradiadas presentaron ligeros cambios a dosis de 10000 Gy atribuidos a la
descomposicioacuten de las muestras por efecto de la radiacioacuten gamma
Ademaacutes se realizoacute el estudio del efecto de la concentracioacuten de la 2HPβCD en
presencia del praseodimio por UV-Vis donde se observoacute el aumento de la
solubilidad del praseodimio El estudio realizado del efecto de temperatura del
complejo Pr-2HPβCD permitioacute observar el aumento de solubilidad del complejo en
funcioacuten de la temperatura asiacute mismo para el efecto de tiempo Finalmente se
estudioacute el comportamiento quiacutemico del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en
soluciones acuosas en medio de 2 M de NaClO4 a 30 degC en atmosfera inerte
RESUMEN
X
mediante valoraciones espectrofotomeacutetricas y titulaciones potenciomeacutetricas
directas se obtuvo la zona no saturada que contempla las especies solubles
Mediante refinamiento computacional con el programa de coacutemputo SUPERQUAD
se trataron los datos de la zona no saturada
Los valores de las constantes de hidroacutelisis de las especies quiacutemicas del
praseodimio fueron-logβ1OH=-862plusmn0007-logβ22OH=-1710plusmn003-logβ33OH=-
2586plusmn001 y del complejo de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-509plusmn007 obtenidos por
partes mediante el programa de coacutemputo SUPERQUAD
ABSTRACT
XI
ABSTRACT
The nuclear fission for the production of electricity produces certain fission
products considered as radioactive waste among which are lanthanides The
confinement of these radioactive wastes in media such as salt mines usually
present brine balloons consequently produce corrosion in the containers and can
come into contact with the waste which is why it is important to know the
hydrolysis reactions that could be formed in the presence of some aqueous
medium In view of this scenario the inclusion of praseodymium in 2-
hydroxypropyl-beta-cyclodextrin (2HPβCD) was carried out in order to observe
increased solubility and stability of praseodymium
The formation of the praseodymium inclusion complex in the presence of 2-
hydroxypropyl-beta-cyclodextrin (Pr-2HPβCD) was performed in a 1 1 molar ratio
at 0005 M The effect of Co60 gamma radiation on the inclusion complex Pr-
2HPβCD and its precursors PrCl3 middot XH2O and 2HPβCD Several fractions of the
inclusion complex sample and irradiated samples of Pr-2HPβCD PrCl3 middot XH2O
and 2HPβCD were used for their characterization by different techniques (UV-Vis
Scanning Electron Microscopy X-ray Diffraction Infrared Spectroscopy Raman
Spectroscopy) The non-irradiated samples showed the interaction of
praseodymium and 2HPβCD confirming the formation of the inclusion complex
while the irradiated samples presented slight changes at doses of 5000 Gy and
10000 Gy attributed to the decomposition of the samples by the effect of gamma
radiation
In addition the effect of the concentration of 2HPβCD in the presence of
praseodymium by UV-Vis was studied where increased solubility of praseodymium
was observed The study of the effect of temperature of the complex Pr-2HPβCD
allowed to observe the increase of solubility of the complex as a function of the
temperature also for the effect of time Finally the chemical behavior of the
inclusion complex Pr-2HPβCD in aqueous solutions in 2 M medium of NaClO4 at
30 deg C under inert atmosphere was evaluated by means of spectrophotometric and
direct potentiometric titrations the non-saturated zone was obtained that
ABSTRACT
XII
contemplates the soluble species The data of the unsaturated zone were
processed by computational refinement with the SUPERQUAD computer program
The values of the hydrolysis constants of the praseodymium species were -logβ1OH
= -862 plusmn 0007 -logβ2 2OH = -1710 plusmn 003 -logβ3 3OH = -2586 plusmn 001 and the
inclusion complex was -logβPr2HPBCD = -509 plusmn 007 obtained by parts using the
computer program SUPERQUAD
IacuteNDICE
XIII
IacuteNDICE
DEDICATORIA VII
AGRADECIMIENTOS VIII
RESUMEN IX
ABSTRACT XI
IacuteNDICE XIII
IacuteNDICE DE FIGURAS XVII
IacuteNDICE DE TABLAS XIX
ABREVIATURAS XX
CAPIacuteTULO I INTRODUCCIOacuteN 21
1 Introduccioacuten 22
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO 23
2 Fundamento 24
21 Los lantanidos 24
22 Praseodimio 25
23 Ciclodextrinas (CDs) 25
24 β-ciclodextrina 27
25 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina 28
26 Hidroacutelisis 29
27 Fuerza ioacutenica 30
28 Teacutecnicas de caracterizacioacuten 32
281 Microscopiacutea electroacutenica de barrido (MEB) 32
282 Espectroscopia de absorcion ultravioleta-visible (UV-VIS) 33
283 Difraccioacuten de rayos X (DRX) 34
284 Espectroscopia de infrarrojo (IR) 34
IacuteNDICE
XIV
285 Espectroscopia Raman 35
29 Titulacioacuten espectrofotomeacutetrica 35
210 Meacutetodo potenciomeacutetrico 36
211 programa de coacutemputo SUPERQUAD 37
CAPIacuteTULO III HIPOacuteTESIS 39
3 Hipoacutetesis 40
CAPIacuteTULO IV OBJETIVOS 41
4 Objetivos 42
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA 43
5 Metodologiacutea 44
51 Preparacioacuten de la solucioacuten de la 2-hidroxipropyl- βeta-ciclodextrina 45
52 Preparacioacuten de solucioacuten de praseodimio 45
53 Preparacioacuten del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina 45
54 Determinacioacuten de las curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por UV-Vis 46
55 Estudio de la influencia de las relaciones molares de las soluciones del
complejo de inclusioacuten 47
56 Efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 47
57 Caracterizacioacuten del compuesto de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-βeta-
ciclodextrina 49
571 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB) 49
572 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX) 49
573 Anaacutelisis por espectroscopia de infrarrojo (IR) 49
574 Anaacutelisis por espectroscopia Raman 50
IacuteNDICE
XV
58 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina 50
581 Efecto de temperatura 50
582 Efecto del tiempo 51
59 Determinacioacuten de la curva de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4 52
510 Valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina 52
511 Valoraciones potenciomeacutetricas directas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina 53
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS 54
6 Resultados 55
61 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea ultravioleta-visible (UV-Vis) 55
62 Efecto de la concentracioacuten de la 2HPβCD en el praseodimio por
espectrofotometriacutea ultravioleta-visible (UV-Vis) 57
63 Efecto de la radiacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD por
espectrofotometriacutea ultravioleta-visible (UV-Vis) 58
62 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB) 59
63 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX) 60
64 Espectroscopia de infrarrojo (IR) 61
65 Espectroscopia Raman 63
66 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina 64
661 Efecto de temperatura 64
662 Efecto de tiempo 65
67 Recta de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4 66
68 Valoraciones espectrofotomeacutetricas 67
IacuteNDICE
XVI
69 Titulaciones potenciomeacutetricas 68
610 Refinamientos 69
CONCLUSIONES 71
RECOMENDACIONES 73
GLOSARIO 75
REFERENCIAS CITADAS 80
IacuteNDICE
XVII
IacuteNDICE DE FIGURAS
Figura 1 Estructura de α β y γ ciclodextrinas 25
Figura 2 2HPβCD 28
Figura 3 Ilustracioacuten de un diagrama general de pLn(c)-pCH 36
Figura 4 Ilustracioacuten de una valoracioacuten potenciomeacutetricas directa con su primera
derivada (∆pCH∆V) 37
Figura 5 Diagrama de flujo 44
Figura 6 Espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes concentraciones en
presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina 55
Figura 7 Rectas de calibracioacuten de las bandas de absorcioacuten del praseodimio en
presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina 56
Figura 8 Espectro de absorcioacuten UV-Vis del praseodimio a concentracioacuten
constante en presencia de la 2HPβCD a diferentes concentraciones 57
Figura 9 Espectro UV-Vis de las muestras irradiadas en solucioacuten del complejo Pr-
2HPβCD PrCl3 y 2HPβCD 58
Figura 10 Imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las muestras a)
2HPβCD b) 2HPβCD irradiada c) PrCl3XH2O d) PrCl3XH2O irradiada e) Pr-
2HPβCD y f) Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy 59
Figura 11 Difraccioacuten de rayos X de PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD 61
Figura 12 Espectros de infrarrojo de las muestra 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD 62
Figura 13 Espectros Raman de la muestra PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD 63
Figura 14 Efecto de temperatura en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD 64
Figura 15 Efecto de tiempo en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD 65
Figura 16 Recta de calibracioacuten del pCH como una funcioacuten del pH en el medio 2 M
de NaClO4 66
Figura 17 Espectros de absorcioacuten UV-Vis de la valoracioacuten espectrofotomeacutetrica del
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con NaOH 00025 M en el medio 2M de
NaClO4 67
IacuteNDICE
XVIII
Figura 18 Curva de valoracioacuten espectrofotomeacutetrica (absorbancia en funcioacuten del
pCH) y la primera derivada del praseodimio en presencia de la 2HPβCD a longitud
de onda de 210 nm 68
Figura 19 Curva de valoracioacuten potenciomeacutetrica directa de 25x10-4 M del
praseodimio en presencia de la 2HPβCD con 25x10-3 de NaOH en 2 M de NaClO4
a 30 degC en atmosfera libre de CO2 y primera derivada de la curva 69
IacuteNDICE
XIX
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Propiedades fisicoquiacutemicas de los diferentes tipos de ciclodextrinas
naturales 26
Tabla 2 Reacciones de hidroacutelisis del praseodimio y constantes de equilibrio 29
Tabla 3 Datos de la literatura sobre la primera constante de hidroacutelisis (log β1) del
praseodimio 31
Tabla 4 Diferentes concentraciones de praseodimio con 2HPβCD constante para
determinar las curvas de calibracioacuten 46
Tabla 5 Relaciones molares 2HPβCD Pr 47
Tabla 6 Dosis de irradiacioacuten de Co60 aplicadas a las muestras en solucioacuten y
soacutelidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 2HPβCD y PrCl3 XH2O en la
instalacioacuten VICKRAD y GAMMACELL del irradiador LGI-01 TRANSELEKTRO del
ININ 48
Tabla 7 Cantidad de complejo solubilizado a diferentes temperaturas en 2 ml de
agua destilada 51
Tabla 8 Cantidades de complejo Pr-2HPβCD y agua destilada en cada tubo de
ensaye 51
Tabla 9 Ecuaciones de calibracioacuten del praseodimio en presencia de la 2-
hidroxipropil-β-ciclodextrina obtenidos por UV-Vis 56
Tabla 10 Anaacutelisis EDS de las muestras de PrCl3 2-HPβCD y Pr-2HPβCD 60
Tabla 11 Grupos funcionales del PrCl3XH2O 2HPβCD y del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD 62
Tabla 12 Mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de 2 M de
NaClO4 66
Tabla 13 Constantes de hidroacutelisis del Pr y el pCH de precipitacioacuten en el complejo
de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 M de NaClO4 obtenidos mediante meacutetodo
potenciomeacutetrico y el programa SUPERQUAD a 30 degC 70
ABREVIATURAS
XX
ABREVIATURAS
Pr praseodimio
2HPβCD 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
CDs Ciclodextrinas
CD Ciclodextrina
Ln Lantaacutenidos
Pr-2HPβCD praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Pr-2βCD praseodimio-2-βeta-ciclodextrina
CGT ciclomaltodextrin-glucano-transferasa
TP Titulacioacuten potenciomeacutetrica
ES Titulacioacuten espectrofotomeacutetrica
RE Relacioacuten empiacuterica
ED Extraccioacuten con disolvente
MEB Microscopiacutea electroacutenica de barrido
EDS Espectroacutemetro de dispersioacuten de energiacutea de rayos X
UV-VIS Ultravioleta-Visible
DRX Difraccioacuten de rayos X
IR Infrarrojo
EDTA Acido tetracetico etilen diamina
Co60 Cobalto-60
JCPDS Joint Committee On Powder Diffraction Standards
M Molaridad
21
______________________________
CAPIacuteTULO I
INTRODUCCIOacuteN
______________________________
CAPIacuteTULO I INTRODUCCIOacuteN
22
1 INTRODUCCIOacuteN
El praseodimio pertenece al grupo de los lantaacutenidos que muestran propiedades
quiacutemicas muy similares entre ellos derivadas de su configuracioacuten electroacutenica
caracterizados por la presencia de orbitales 4f parcialmente llenos Incluso se
consideran parecidos al grupo de los elementos actiacutenidos El praseodimio es un
elemento metaacutelico con siacutembolo Pr nuacutemero atoacutemico 59 y peso atoacutemico 140907
gmol El isoacutetopo estable 141Pr constituye el 100 del elemento en la naturaleza
Este lemento puede ser encontrado en ceramicos para dar el color amarillo En
mezcla con otros lantanidos se usan como proyectores de luz Su uso sigue
aumentando debido al hecho de que es uacutetil para producir magnetos de alto poder
entre otros Sobre todo se esta empleando en la mitigacioacuten de cancer Es
peligroso en el ambiente cuando se tiran estos dispositivos despues de cumplir su
funcioacuten por lo que se acumularaacute gradualmente en los suelos y en el agua De ahiacute
la importancia de estudiar las reacciones de hidrolisis
La utilizacioacuten de la 2 hidroxipropil-β-ciclodextrina (2HPβCD) en este trabajo de
investigacioacuten es fundamental debido a que es un agente de formacioacuten de
complejos de inclusioacuten para aumentar la solubilidad acuosa debido a que las
ciclodextrinas (CDs) se comportan como nano contenedores capaces de
encapsular moleacuteculas hidroacutefobas de tamantildeo apropiado y solubilizarlas en agua
propiedad que se aprovecha para determinar las constantes de hidroacutelisis del
praseodimio
Por lo cual el objetivo principal de este trabajo de investigacioacuten y en ausencia de
datos fundamentales de la interaccioacuten Ln3+-CDs sustituidas fue preparar el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Ademaacutes determinar el pCH de precipitacioacuten la
zona no saturada y saturada del Pr-2HPβCD que permiten determinar la constante
de hidroacutelisis del complejo de inclusioacuten praseodimio-2hidroxipropil-β-ciclodextrina
(Pr-2HPβCD) en medio 2 M de NaClO4 a 303 K por titulacioacuten espectrofotomeacutetrica
y potenciomeacutetrica
23
______________________________
CAPIacuteTULO II
FUNDAMENTO
______________________________
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
24
2 FUNDAMENTO
21 LOS LANTANIDOS
Los lantaacutenidos (tierras raras) forman un grupo de 17 elementos quiacutemicos que
muestran propiedades singulares derivadas de su configuracioacuten electroacutenica Estaacuten
caracterizados por la presencia de orbitales 4f parcialmente llenos [1] Los
nuacutemeros atoacutemicos de estos elementos van de 41 hasta 71 (Ce-Lu)
La configuracioacuten electroacutenica de los iones Ln3+ es 4fn5s25p6 (n= 0-14) Los orbitales
4f son orbitales internos con respecto a los 5s y 5p por lo cual estaacuten maacutes
cercanos al nuacutecleo Los orbitales 5s y 5p protegen a los electrones 4f de
interacciones externas determinando las propiedades de los iones Ln3+ [1] o
conducta quiacutemica debido a la pequentildea diferencia de energiacutea que distingue a los
electrones 4f de los electrones 5d [23]
Las tierras raras como grupo constituyen el 0008 en peso de la corteza
terrestre Los minerales que contienen lantaacutenidos son la monacita la bastnasita
la xenotima la gadolinita la alanita y la euxenita los cuales ocurren en las
regiones de rocas iacutegneas [4]
Los elementos de las tierras raras en soluciones acuosas son acuocationes que
tienen asociado un cierto nuacutemero de moleacuteculas de agua en la esfera de
coordinacioacuten primaria [1] Las aplicaciones de los lantaacutenidos se iniciaron
praacutecticamente a mediados del siglo XIX por ejemplo en los encendedores
despueacutes empezaron a utilizarse en los vidrios oacutepticos como reactivos de
desplazamiento en resonancia magneacutetica nuclear en quiacutemica orgaacutenica en
bioquiacutemica en cataacutelisis en componentes oacutepticos y electroacutenicos en los
superconductores de alta temperatura y en medicina como materiales
intensificadores de rayos X como agentes de relajamiento para teacutecnicas de
imagen en resonancia magneacutetica nuclear y desde luego como radioisoacutetopos para
aplicaciones farmaceacuteuticas Su utilidad en medicina y en la industria aumentoacute al
aplicarse las propiedades luminiscentes de sus complejos en el
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
25
fluoroinmunoensayo la fluorescencia retardada los electrodos sensoriales
luminiscentes etc [5]
22 PRASEODIMIO
El praseodimio metaacutelico (siacutembolo Pr No Atoacutemico 59) es amarillento y forma una
capa de oacutexido cuando se expone al aire huacutemedo Es un isotopo estable con masa
de 140907 y abunda en la naturaleza en un 100 [6] fue descubierto por el
austriaco Auer Von Welsbach en 1885 [7] Este elemento tiene dos estados de
oxidacioacuten +3 y +4 El Pr3+ con configuracioacuten electroacutenica [54Xe]4f2 Presenta
propiedades fisicoquiacutemicas que pueden magnificarse al formar complejos con
ligantes orgaacutenicos El ion metaacutelico luminece en el visible y en el infrarrojo cercano
[68 y 9]
23 CICLODEXTRINAS (CDs)
La celulosa y el almidoacuten son dos poliacutemeros de glucosa principales que se
producen a partir de la fotosiacutentesis considerados como importantes fuentes de
energiacutea renovables de la tierra al hidrolizarse el almidoacuten por efecto de la enzima
ciclomaltodextrin-glucano-transferasa (CGT) da origen a las dextrinas ciacuteclicas Por
lo tanto las ciclodextrinas son oligoacutemeros ciacuteclicos [1011] se obtienen durante la
degradacioacuten enzimaacutetica del almidoacuten y consisten en una serie de oligosacaacuteridos
ciacuteclicos formados por 6 (α) 7 (β) y 8 (γ) unidades de α-D-glucosa (Figura 1)
[1213] poseen estructura semejante entre ellas pero sus propiedades son
diferentes (Tabla 1)
Figura 1 Estructura de α β y γ ciclodextrinas
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
26
Tabla 1 Propiedades fisicoquiacutemicas de los diferentes tipos de ciclodextrinas naturales [11]
α-CD β-CD γ-CD
Uniones de glucosa 6 7 8 Diaacutemetro interno (nm) 047-053 060-065 075-083 Profundidad de la cavidad (nm)
079 079 079
pK valor 123 122 121 Solubilidad en agua 125 185 232 PM (DA) 972 1135 1297 Volumen de cavidad (aprox)
174 262 427
Agua cristalina ( ww) 102 133-45 813-177 Interaccioacuten hidrofoacutebica CD-cavidad CD-cavidad CD-cavidad Puente de hidrogeno Glucosa-OH Glucosa-OH Glucosa-OH ∆Hdeg (solucioacuten) kcalmol 767 831 773 ∆Sdeg (solucioacuten) cal(mol K) 138 117 147
(mg mml-1 25deg C) (106 pm3)
Las ciclodextrinas como materiales polihidroxilados han sido objeto de una amplia
variedad de reacciones La reaccioacuten maacutes estudiada es el ataque electrofiacutelico al
grupo OH de su estructura [14] La cavidad interior de las ciclodextrinas es
hidrofobica por lo que estos compuestos son capaces de albergar moleacuteculas
hidroacutefobas maacutes pequentildeas para formar complejos ldquoanfitrioacuten-hueacutespedldquo en los que la
moleacutecula hueacutesped queda encapsulada por la ciclodextrina [1315] De acuerdo a
estas caracteriacutesticas son capaces de formar complejos de inclusioacuten por medio de
enlaces no covalentes los cuales estabilizan a una gran variedad de moleacuteculas
[16] Las ciclodextrinas pueden formar compuestos cristalinos a partir de
moleacuteculas orgaacutenicas hueacutesped en estado soacutelido liacutequido e incluso gaseoso En
consecuencia las moleacuteculas insolubles en agua pueden llegar a ser
completamente solubles mediante un tratamiento con disoluciones acuosas de
ciclodextrina sin que se produzca modificacioacuten quiacutemica alguna en la moleacutecula
hueacutesped ya que no se origina ninguacuten enlace covalente durante la interaccioacuten
entre la ciclodextrina y la moleacutecula insoluble en agua [1315]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
27
La importancia que las ciclodextrinas estaacuten cobrando en la actualidad se observa
en el raacutepido desarrollo de su mercado sobre todo en el constante nuacutemero de
trabajos de investigacioacuten patentes y conferencias que estaacuten teniendo lugar en
estos uacuteltimos antildeos [17] el mayor porcentaje de ciclodextrinas usadas
comercialmente corresponde a la alimentacioacuten [18] y a la cosmeacutetica y aseo
personal [19] Las ciclodextrinas se utilizan para enmascarar olores y sabores
desagradables disminuyen la incompatibilidad faacutermaco-excipiente mejoran la
estabilidad fiacutesica y quiacutemica de compuestos volaacutetiles y de principios activos que
sean hidrolizables oxidables o fotosensibles para convertir faacutermacos liacutequidos en
soacutelidos para su formulacioacuten en tabletas y una muy importante para incrementar la
solubilidad en agua y la velocidad de disolucioacuten de faacutermacos poco solubles
Factores que aumentaraacuten la biodisponibilidad existiendo la posibilidad de reducir
la dosis asiacute como mejorar la absorcioacuten percutaacutenea y rectal al reducirse el caraacutecter
hidrofoacutebico del faacutermaco [20]
Se puede mejorar la solubilidad de determinados compuestos como el retinol
empleado en formulaciones anti-envejecimiento al tiempo que los complejos con
ciclodextrina son maacutes estables a la reaccioacuten de oxidacioacuten y a la accioacuten de la
radiacioacuten ultravioleta Sin embargo es indudable que el mayor esfuerzo en
investigacioacuten estaacute relacionado con su potencial aplicacioacuten farmaceacuteutica [2122]
24 β-CICLODEXTRINA
La beta ciclodextrina es la maacutes empleada por sus caracteriacutesticas y propiedades de
estructura que presenta Las ciclodextrinas se forman mediante unidades de
glucopiranosa las cuales contienen 3 grupos de hidroxilos libres cada una la β-
ciclodextrina (Figura 1) posee 21 hidroxilos los cuales pueden ser modificados por
sustitucioacuten de los aacutetomos H u OH por diferentes grupos tales como hidroxialkil
amino alquil etc A partir de las CDs naturales se han sintetizado otros tipos de
CDs llamadas derivadas o modificadas El objetivo de obtener los derivados de las
CDs puede ser el aumento de solubilidad y estabilidad en el agua o mejorar la
encapsulacioacuten de la moleacutecula hueacutesped en su cavidad hidrofobica de la CD
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
28
25 2-HIDROXIPROPIL-β-CICLODEXTRINA
Entre los derivados de la β-ciclodextrina se encuentran las heterogeacuteneas amorfas
y altamente solubles como son la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Figura 2) y la
metil- β-ciclodextrina
La hidroxilpropil beta ciclodextrina (2HPβCD) que es una ciclodextrina sustituida
se obtiene de una solucioacuten base de la beta ciclo dextrina solubilizada con oacutexido de
propileno resultando un sistema isomerico cuya sustitucioacuten puede darse en las
posiciones 1 2 o 3 con solubilidad mayor a 500 mgmL en agua y a temperatura
ambiente La alquilacioacuten o hidroxialquilacioacuten de las ciclodextrinas afectan las
propiedades fisicoquiacutemicas de los derivados incluyendo la habilidad para formar
complejos farmaceacuteuticos y no es toacutexica despueacutes de una administracioacuten oral en
dosis menores a 500 mgkg por viacutea intravenosa [24 25]
Figura 2 2HPβCD
La complejacioacuten del praseodimio con la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina se obtiene el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con el fin de observar la influencia de la
solubilidad y estabilidad del praseodimio
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
29
26 HIDROacuteLISIS
La hidroacutelisis es decir la reaccioacuten de una especie tal como un ion metaacutelico con
los iones del agua asiacute como las reacciones redox y la formacioacuten de complejos con
los iones carbonato son algunas de las reacciones criacuteticas que controlan el
comportamiento de los lantaacutenidos en soluciones acuosas [12] en donde las
moleacuteculas de la sustancia son divididas en el agua
Las reacciones de hidroacutelisis dependen fuertemente del medio en que se efectuacutean
como son la fuerza ioacutenica el pH del medio la concentracioacuten del elemento y la
temperatura son paraacutemetros que rigen esas reacciones
Las reacciones de hidroacutelisis del praseodimio se muestran a continuacioacuten asiacute como
su constante de equilibrio de acuerdo a la ley de accioacuten de masas (Tabla 2)
Tabla 2 Reacciones de hidroacutelisis del praseodimio y constantes de equilibrio
Equilibrio Quiacutemico Constante de equilibrio
1 1198751199033+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)2+ + 119867+ 1198701119867 =
[119875119903(119874119867)2+][119867+]
[1198751199033+]
2 119875119903 (119874119867)2+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)2+ + 119867+
11987012119867 =[119875119903(119874119867)2
+][119867+]
[119875119903 (119874119867)2+]
3 119875119903 (119874119867)2+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)3
0 + 119867+ 11987013119867 =
[119875119903(119874119867)3+][119867+]
[119875119903(119874119867)2+]
4 119875119903 (119874119867)119899minus1+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)119899
0 + 119867+ 1198701119899119867 =
[119875119903(119874119867)119899+][119867+]
[119875119903(119874119867)119899minus1+ ]
5 1198751199033+ + 2119867119875120573119862119863 + 1198672119874 1198751199032119867119875120573119862119863(119874119867)2+ + 119867+ 11987011199011199032119867119875119861119862119863 =[119875119903 minus 2119867119875120573119862119863]
[1198751199033+]
De acuerdo con la ley de accioacuten de masas se pueden definir las constantes de
equilibrio (K) como K1H K12H K13H K1nH y K1Pr2HBCD Y con base en ellas se
pueden definir las constantes globales o acumulativas de hidroacutelisis
β1OH = K1H β12OH = [K1H][K12H] β13OH = [K1H][K12H][K13H]helliphelliphellip
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
30
Se entiende como constantes de Broumlnsted a las ecuaciones de la ley de accioacuten de
masas en las cuales el teacutermino de H+ aparece como actividad y las demaacutes especies
aparecen en teacuterminos de concentracioacuten
Las reacciones de hidroacutelisis se afectan cuando cambian las condiciones en las que
se llevan a cabo Una de esas condiciones a la que se le ha puesto atencioacuten
aunque hasta ahora no la suficiente es la fuerza ioacutenica Por lo general los trabajos
dedicados a la determinacioacuten de las constantes de hidroacutelisis se han efectuado en
medios de fuerza ioacutenica baja consideradas como soluciones ideales
Sin embargo para los medios tales como el agua de mar y otros de fuerza ioacutenica
maacutes elevada por ejemplo las minas de sal para almacenamiento de desechos
radiactivos se encuentran pocos datos en la literatura [25]
27 FUERZA IOacuteNICA
El comportamiento de los iones en una disolucioacuten depende de la composicioacuten
ioacutenica total de la misma la cual se expresa por su fuerza ioacutenica [26]
119868 =1
2sum 119862119894119885119894
2 Ec 1)
Donde
I = fuerza ioacutenica Ci = concentracioacuten molar de los iones existentes y Z
i = carga
ioacutenica de los iones existentes
La caracteriacutestica fundamental de las sales que se adicionan a un medio para
imponer la fuerza ioacutenica es que sean inertes pues no deben tomar parte en el
equilibrio quiacutemico [27] El aacutecido percloacuterico es el aacutecido maacutes fuerte en solucioacuten
acuosa por lo tanto el ion perclorato es una base deacutebil maacutes que los iones cloruro
y muestra muy poca tendencia a unirse a iones hidroacutegeno Lo mismo puede
decirse acerca de su tendencia a reaccionar con iones metaacutelicos que pueden
considerarse como aacutecidos de Lewis En la mayoriacutea de los percloratos metaacutelicos en
solucioacuten el ion metaacutelico se encuentra en forma hidratada siempre y cuando la
solucioacuten sea suficientemente aacutecida para que no se produzca la formacioacuten de
hidroxo complejos [28]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
31
La fuerza ioacutenica juega un papel de gran importancia en el pH Feldman en 1956
observoacute que el pH de una solucioacuten buffer 005 M de ftalato aacutecido de potasio
cambioacute desde 400 en fuerza ioacutenica cero hasta 357 en fuerza ioacutenica 2 M de KCl
Feldman explicoacute que el pH disminuye debido a que el coeficiente de actividad
cambia y por lo tanto hay mayor disociacioacuten de ftalato aacutecido de potasio [29] En la
literatura se han reportado diversos estudios de las constantes de estabilidad del
praseodimio en fuerza ioacutenica 2M (Tabla 3) donde se han empleado diferentes
condiciones de temperatura fuerza ioacutenica y diferentes meacutetodos donde se han
obtenido valores diferentes de la constante de estabilidad del praseodimio
Tabla 3 Datos de la literatura sobre la primera constante de hidroacutelisis (log β1) del praseodimio
Medio Meacutetodo Molaridad Log +β1 T K Referencia
NaCl ESTP 2 -874plusmn006 303 De la Cruz et al 2013
NaCl ES 2 -894plusmn002 303 Loacutepez et al 2010 NaCl SQUAD 2 -894plusmn003 303 Gonzales et al
2009 NaCl SQUAD 2 -891plusmn019 303 Gonzales et al
2009 NaCl ES 2 -877plusmn003 303 Gonzales et al
2009 NaClO4 TP 2 -838plusmn002 303 Loacutepez et al2005
NaCl TP 2 -876plusmn002 303 Loacutepez et al2005 NaCl TP 1 -858plusmn002 303 Ramirez et al
2004 NaClO4HClO4 ESTP 07 -862plusmn006 298 Klungness y
byrne2002 LiClO4 TP 3 -874plusmn003 303 Ciavata et al
1989 NaClO4 TP 3 -956plusmn003 298 Burkov et al
1982 NR RE 0 -81 298 Baes y Mesmer
1976 LiClO4 ED 02 -71plusmn007 298 Guillaumont et
al 1971 NaClO4 Ba(OH)2
TP 03002 -945 298 Frlova et al 1966
NaClO4 LiClO4
TP 3 -85 298 Tobias y Garrett1956
TP Titulacioacuten potenciomeacutetrica ES Espectrofotomeacutetrica RE Relacioacuten empiacuterica ED Extraccioacuten con
disolvente T K Temperatura
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
32
Sin embargo solo se ha podido determinar el valor de la primera constante de
estabilidad en este estudio se pretende conocer el valor de varias especies
aprovechando el aumento de solubilidad que ofrecen las ciclodextrinas
28 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACIOacuteN
281 MICROSCOPIacuteA ELECTROacuteNICA DE BARRIDO (MEB)
La superficie de un soacutelido puesto en contacto con un liacutequido o con un gas difiere
sustancialmente en su interior tanto en su composicioacuten quiacutemica como en sus
propiedades fiacutesicas a la de la inicial La caracterizacioacuten de estas propiedades de
superficie es de vital importancia en numerosos campos que incluyen la cataacutelisis
heterogeacutenea la tecnologiacutea de partiacuteculas delgadas semiconductoras los
mecanismos de corrosioacuten y adhesioacuten la actividad de las superficies metaacutelicas las
caracteriacutesticas de la dureza y los estudios sobre el comportamiento y las funciones
de las membranas bioloacutegicas [30]
En muchos campos de la quiacutemica de las ciencias de los materiales de la geologiacutea
y de la biologiacutea es cada vez de maacutes importancia el conocimiento detallado de la
naturaleza fiacutesica de las superficies de los soacutelidos Normalmente la informacioacuten se
obtiene sobre las superficies con una resolucioacuten considerablemente elevada
mediante tres teacutecnicas la microscopia electroacutenica de barrido (MEB) microscopia
de barrido de efecto tuacutenel y microscopia de fuerzas atoacutemicas [31] El microscopio
electroacutenico de barrido (MEB) es un instrumento para obtener fotografiacuteas
tridimensionales debido a que tiene una alta resolucioacuten y una gran profundidad de
campo En las fotografiacuteas se puede apreciar la estructura de muestras
microscoacutepicas detallando de manera extraordinaria sus caracteriacutesticas
morfoloacutegicas y topograacuteficas [32] de distintos materiales
Un instrumento que se ha desarrollado para el anaacutelisis de muestras a traveacutes del
microscopio electroacutenico de barrido es el analizador EDS (espectroacutemetro de
dispersioacuten de energiacutea) de rayos X el cual identifica la distribucioacuten cuantitativa y
cualitativa de elementos quiacutemicos que se encuentran presentes en la muestra
mostrando graacuteficas e imaacutegenes relacionadas con esa distribucioacuten Es pertinente
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
33
sentildealar que el analizador EDS de rayos X identifica y evaluacutea el contenido de
elementos quiacutemicos desde el carbono al uranio en superficies planas o secciones
finas de las muestras en todo tipo de material (bioloacutegico e inerte) [33]
282 ESPECTROSCOPIA DE ABSORCION ULTRAVIOLETA-VISIBLE (UV-
VIS)
Una de las teacutecnicas instrumentales maacutes utilizadas en la deteccioacuten de complejos de
inclusioacuten con CDs es la espectroscopia de absorcioacuten UV-VIS Es una teacutecnica
versaacutetil de amplia aplicacioacuten de manejo sencillo y preciso Debido a que la
mayoriacutea de las moleacuteculas orgaacutenicas absorben en la regioacuten UV o visible del
espectro donde experimentan variaciones en las posiciones de los maacuteximos de
absorcioacuten (cualitativas) o en el valor del coeficiente de absorcioacuten molar
(cuantitativas) tras la formacioacuten del complejo con CDs Como existen numerosas
moleacuteculas orgaacutenicas deacutebilmente solubles en agua son difiacuteciles de analizar por
esta teacutecnica espectrofotomeacutetrica Sin embargo la inclusioacuten conlleva a la
solubilizacioacuten permitiendo obtener el espectro de absorcioacuten en solucioacuten acuosa
que podriacutea producir variaciones en su espectro en solventes de baja polaridad
comparables con respecto a otros solventes maacutes polares [34]
La espectroscopia UV-Vis (en el rango de longitudes de onda del ultravioleta y
visible) se basa en el anaacutelisis de la cantidad de radiacioacuten electromagneacutetica que
puede absorber o transmitir una muestra [35] Cuando la radiacioacuten
electromagneacutetica interacciona con la materia se produce absorcioacuten de radiacioacuten
Si la frecuencia de esta radiacioacuten corresponde a la energiacutea necesaria para elevar
el sistema a un nivel de energiacutea superior se produce el estado excitado [36] De
acuerdo con este fenoacutemeno cada sustancia poseeraacute una longitud de onda de
maacutexima absorcioacuten que la caracteriza cualitativamente [35] Esta
espectrofotometriacutea utiliza radiaciones del campo UV de 80 a 400 nm
principalmente de 200 a 400 nm (UV cercano) y de luz visible de 400 a 800 nm
por lo que es de gran utilidad para caracterizar las soluciones en la regioacuten
ultravioleta-visible del espectro [37]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
34
283 DIFRACCIOacuteN DE RAYOS X (DRX)
Es una de las teacutecnicas de caracterizacioacuten maacutes potentes y maacutes comuacutenmente
utilizadas para el anaacutelisis estructural de cristales Sus caracteriacutesticas principales
son consecuencia de ser una ldquosondardquo electromagneacutetica de la materia con una
longitud de onda de magnitud muy parecida al espaciado interplanar de los soacutelidos
[38] Constituye la metodologiacutea maacutes apropiada para realizar el anaacutelisis de la
estructura cristalina del complejo [39] No obstante los diagramas de difraccioacuten
son una prueba concluyente para demostrar la inclusioacuten ya que el difractograma
del complejo es diferente al que se obtiene tras superponer los difractogramas de
la moleacutecula encapsulada y el de las CDs aisladas [40]
La interaccioacuten entre el vector eleacutectrico de la radiacioacuten X y los electrones de la
materia que atraviesa da lugar a una dispersioacuten Cuando los rayos X son
dispersados por el entorno ordenado de un cristal tienen lugar interferencias
(constructivas y destructivas) entre los rayos dispersados ya que las distancias
entre los centros de dispersioacuten son del mismo orden de magnitud que la longitud
de onda de la radiacioacuten El resultado es la difraccioacuten [41] Cuando las CDs
naturales o el hueacutesped cristalino son sometidas a la difractometriacutea de rayos X
eacutestos presentan un patroacuten de difraccioacuten de alta intensidad debido a su
cristalinidad Por el contrario si el complejo de inclusioacuten se forma va a mostrar un
patroacuten de tipo halo [42] con picos difusos y anchos caracteriacutesticos de un
compuesto amorfo Esta teacutecnica es sumamente uacutetil para verificar la formacioacuten de
complejos de inclusioacuten en el caso de hueacutespedes liacutequidos En efecto ya que estos
no presentan ninguacuten patroacuten de difraccioacuten si son incluidos se va a obtener un
difractograma con un patroacuten bien definido [43]
284 ESPECTROSCOPIA DE INFRARROJO (IR)
La aplicacioacuten del meacutetodo de infrarrojo se limita a aquellos hueacutespedes que tienen
ciertas bandas de absorcioacuten caracteriacutesticas como los grupos carbonilo hidroxilo o
C-H u otros que permitan evaluar si existen diferencias entre los espectros del
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
35
hueacutesped libre y encapsulado [42] Cuando se produce la encapsulacioacuten del
compuesto hueacutesped se produce un corrimiento o disminucioacuten de la intensidad de
ciertas bandas caracteriacutesticas del espectro correspondiente al hueacutesped Sin
embargo dichos cambios son muy sutiles debido a que el hueacutesped representa un
5-10 del peso total del complejo por lo cual requiere una interpretacioacuten
cuidadosa del espectro [44]
285 ESPECTROSCOPIA RAMAN
La espectroscopia Raman mide la intensidad de la radiacioacuten como una funcioacuten de
la frecuencia (o del nuacutemero de onda) [45] Esta teacutecnica es complementaria del IR y
la informacioacuten que aporta es semejante Las bandas se desplazan y se modifican
como consecuencia del proceso de inclusioacuten [46] Los espectros Raman se
obtienen al irradiar una muestra con una potente fuente laser de radiacioacuten
monocromaacutetica visible o infrarroja Durante la radiacioacuten se registra el espectro de
la radiacioacuten dispersada en un cierto aacutengulo (por lo general 90 deg) con un
espectroacutemetro adecuado [47] Las bandas se desplazan y se modifican como
consecuencia del proceso de inclusioacuten Probablemente la espectroscopia Raman
resulta de mayor utilidad en el caso de complejos en medios liacutequidos donde la
presencia de soluciones acuosas no supone un obstaacuteculo como ocurre en el caso
de la espectroscopia IR [48]
29 TITULACIOacuteN ESPECTROFOTOMEacuteTRICA
El meacutetodo espectrofotomeacutetrico es un meacutetodo analiacutetico el cual por medio de un
espectrofotoacutemetro permite comparar la radiacioacuten electromagneacutetica de una
sustancia en funcioacuten de su concentracioacuten desconocida y una concentracioacuten
conocida de la misma sustancia y evaluar el momento de reaccioacuten de un aacutecido y
una base mediante la absorcioacuten de radiacioacuten electromagneacutetica de la sustancia a
cierta longitud de onda fija permite determinar el punto final de la titulacioacuten La
medicioacuten de absorbancia se realiza en cada adicioacuten del titulante asiacute se
construyen graficas de absorbancia en funcioacuten del pCH de cada aliacutecuota de adicioacuten
del titulante (Figura 3) donde se observara la zona saturada y no saturada Estas
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
36
dos zonas nos permitiraacuten determinar el punto de inicio de precipitacioacuten del
lantaacutenido
Figura 3 Ilustracioacuten de un diagrama general de pLn(c)-pCH
El punto de precipitacioacuten (pCH) se utiliza para delimitar el intervalo de la zona no
saturada Este intervalo se utiliza en un programa de coacutemputo como
SUPERQUAD que se emplea para determinar constantes de equilibrio
210 MEacuteTODO POTENCIOMEacuteTRICO
Es el meacutetodo maacutes estudiado para determinar constantes de hidroacutelisis por su
sencillez y exactitud el meacutetodo se basa en la titulacioacuten de una solucioacuten de
concentracioacuten conocida de base (o aacutecido) con un aacutecido fuerte (o base fuerte) la
reaccioacuten se puede seguir por ejemplo con electrodos de vidrio y calomel
conectados a un potencioacutemetro [49] de los datos obtenidos de la titulacioacuten se
construye una graacutefica de titulacioacuten de pH en funcioacuten del volumen adicionado del
titulante (Figura 4)
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
37
Figura 4 Ilustracioacuten de una valoracioacuten potenciomeacutetricas directa con su primera derivada (∆pCH∆V)
El teacutermino pH se aplica habitualmente al logaritmo inverso de la concentracioacuten del
ion hidronio sin embargo cuando la fuerza ioacutenica es alta y el electrodo del
indicador es sensible al pH es importante diferenciar entre el logaritmo inverso de
la concentracioacuten de los iones hidronio (pCH) y el valor del pH experimental La
concentracioacuten de los iones hidronio (o de OH-) en el equilibrio y la composicioacuten de
una solucioacuten dada permiten calcular la razoacuten molar de los iones OH- unidos al ion
metaacutelico en solucioacuten un grupo de valores de [H+] y la concentracioacuten inicial del
metal son los datos necesarios para determinar las constantes de hidroacutelisis [49]
Se alimentan los datos de la zona no saturada y volumen del titulante adicionado a
la valoracioacuten potenciomeacutetrica al programa de coacutemputo SUPERQUAD y asiacute poder
determinar las constantes de hidroacutelisis del Pr
211 PROGRAMA DE COacuteMPUTO SUPERQUAD
El programa de coacutemputo SUPERQUAD fue creado por Gans Sabatini y Vacca
escrito en lenguaje fortran calcula las constantes de equilibrio en sistemas
multicomponentes y multireaccionantes Esas constantes se calculan con la base
de un modelo quiacutemico el cual debe incluir la estequiometria y los valores
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
38
estimados de las constantes globales de formacioacuten de cada una de las especies
presentes durante la valoracioacuten Se aplica reiteradamente el meacutetodo de miacutenimos
cuadrados a las diferencias que se generan en los potenciales experimentales de
las celdas menos los calculados por el propio programa Para alcanzar el miacutenimo
de estas diferencias se aplica el algoritmo de Marquadt Por uacuteltimo en el archivo
de salida del programa SUPERQUAD se obtienen los valores calculados y un
anaacutelisis estadiacutestico de los datos [25]
39
______________________________
CAPIacuteTULO III
HIPOacuteTESIS
______________________________
CAPIacuteTULO III HIPOacuteTESIS
40
3 HIPOacuteTESIS
La 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina aumentaraacute la solubilidad del praseodimio de
esta manera permitiraacute determinar varias especies quiacutemicas de hidroacutelisis de este
elemento en medio 2 M de NaClO4 a 30 degC
41
______________________________
CAPIacuteTULO IV
OBJETIVOS
______________________________
CAPIacuteTULO IV OBJETIVOS
42
4 OBJETIVOS
Objetivo general
Estudiar el comportamiento quiacutemico en solucioacuten acuosa del compuesto de
inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por medio de la
determinacioacuten de las constantes de hidroacutelisis en 2 M de NaClO4 a 30 degC
Objetivos especiacuteficos
Obtener el compuesto de inclusioacuten del praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina
Determinar las constantes de la hidroacutelisis de las especies quiacutemicas de
praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en 2 M de
NaClO4 y a 30 degC por el meacutetodo espectrofotomeacutetrico y el meacutetodo
potenciomeacutetrico
Determinar la constante de hidroacutelisis del compuesto de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en 2 M de NaClO4 y a 30 degC
por el meacutetodo espectrofotomeacutetrico y el meacutetodo potenciomeacutetrico
43
______________________________
CAPIacuteTULO V
METODOLOGIacuteA
______________________________
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
44
5 METODOLOGIacuteA
El diagrama de flujo (Figura 5) muestra el resumen de las actividades del
desarrollo experimental que se siguioacute en el estudio del praseodimio en presencia
de la 2HPβCD
Figura 5 Diagrama de flujo
INICIO
Preparacioacuten de las soluciones de 2M de NaClO4 PrCl3xH2O 2HPβCD y
Pr-2HPβCD
Preparacioacuten de precipitados PrCl3H2O 2HPβCD y Pr-
2HPβCD
Irradiacioacuten Gamma
Caracterizacioacuten de reactivos y el complejo de
inclusioacuten
UV-Vis
MEB y EDS
DRX
EspectroscopiaIR
Espectroscopia Raman
Efecto de concentracioacuten
Solubilidad
Efecto de temperatura
Efecto de tiempo
Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Meacutetodo grafico
Valoraciones potenciomeacutetricas
Determinacioacuten de constantes
de hidroacutelisis con el programa de
coacutemputo SUPERQUAD
Anaacutelisis de
resultados
FIN
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
45
La descripcioacuten de cada una de las etapas de este diagrama se muestra
enseguida
Los reactivos empleados en este trabajo fueron de grado analiacutetico Para la
preparacioacuten de las soluciones y lavado del material del laboratorio se usoacute agua
destilada
51 Preparacioacuten de la solucioacuten de la 2-hidroxipropyl- βeta-ciclodextrina
La solucioacuten del derivado de la beta ciclodextrina se preparoacute a partir de la 2-
hydroxipropyl-βeta-ciclodextrina [(C6H9O5)7-(C3H7O)45] de peso molecular 1396
gmol (anhidro) de Sigma-Aldrich Chem Company Inc el cual se disolvioacute con
agua destilada y agitacioacuten constante La concentracioacuten fue de 02389 M
52 Preparacioacuten de solucioacuten de praseodimio
La solucioacuten de praseodimio se preparoacute a partir del oacutexido de praseodimio (Pr6O11)
de Sigma-Aldrich Chem Company Inc El oacutexido se tratoacute con HCl concentrado el
precipitado resultante se diluyoacute en agua destilada y se evaporoacute hasta sequedad
este proceso se hizo tres veces Finalmente se diluyoacute con una solucioacuten de HCl de
pH 3 Esta solucioacuten se valoroacute con EDTA naranja de xilenol y piridina para
determinar la concentracioacuten la cual fue de 048 M
53 Preparacioacuten del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina
El complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina (Pr-
2HPβCD) se preparoacute a partir de las soluciones de la 2-hydroxipropyl-βeta-
ciclodextrina 02389 M y de la solucioacuten de praseodimio 048 M en la relacioacuten molar
11 La concentracioacuten del complejo de inclusioacuten fue de 0005 M Esta solucioacuten se
evaporoacute lentamente a sequedad en una parrilla de calentamiento Corning PC-351
Hot Plate-Stirrer durante 45 minutos El precipitado resultante se secoacute en una
estufa Lab Line Instruments Inc (Melrose Park Illinois) a 45-50degC durante 2
horas Varias fracciones de este precipitado se emplearon para determinar la
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
46
morfologiacutea la espectroscopia de infrarrojos difraccioacuten de rayos X y Raman
Tambieacuten se caracterizaron las muestras de PrCl3 XH2O y 2HPβCD
54 Determinacioacuten de las curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por UV-Vis
Para cuantificar praseodimio por espectrofotometriacutea UV-Vis se determinaron las
curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD para ello se
realizaron diluciones a diferentes concentraciones de PrCl3 XH2O manteniendo
constante la concentracioacuten de la 2HPβCD Los datos se muestran en la Tabla 4
Tabla 4 Diferentes concentraciones de praseodimio con 2HPβCD constante para determinar las curvas de calibracioacuten
Pr (ml) H2O
(ml)
2HPβCD
(ml)
Concentraciones
Pr2HPβCD [M]
00004 1999 2 00001 00025
00010 1998 2 000025 00025
00041 1995 2 0001 00025
00104 1989 2 00025 00025
00208 1979 2 0005 00025
00416 1958 2 001 00025
0104 1895 2 0025 00025
0260 1739 2 00625 00025
0520 1479 2 0125 00025
1041 0958 2 025 00025
125 075 2 03 00025
Las disoluciones se midieron en el espectroacutemetro UV-Vis marca Perkin Elmer
Lambda 10 en un intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
47
55 Estudio de la influencia de las relaciones molares de las soluciones del
complejo de inclusioacuten
Para determinar la influencia de la 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se prepararon las relaciones molares de PrCl3
XH2O y de 2HPβCD Los datos se muestran en la Tabla 5
Tabla 5 Relaciones molares 2HPβCD Pr
Relacioacuten 2HPβCDPr
2HPβCD (ml)
H2O (ml)
Pr (ml)
Concentraciones 2HPβCDPr [M]
051 0010 199 2 000125 00025
11 0020 1979 2 000250 00025
21 0041 1958 2 000500 00025
31 0062 1937 2 000750 00025
41 0083 1916 2 001000 00025
51 0104 1895 2 001250 00025
81 0167 1832 2 002000 00025
101 0209 1790 2 002500 00025
151 0313 1686 2 003750 00025
181 0376 1623 2 004500 00025
241 0502 1497 2 006000 00025
Las relaciones molares se prepararon a partir de las soluciones de PrCl3 XH2O
048 M y de la 2HPβCD 02389 M
Las disoluciones se midieron en el espectroacutemetro UV-Vis marca Perkin Elmer
Lambda 10 en un intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
56 Efecto de la Radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Para observar el efecto de la radiacioacuten gamma del Cobalto-60 (Co60) en el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se prepararon 6 soluciones de 10 ml del
complejo de inclusioacuten en relacioacuten molar 11 de concentracioacuten 0005 M de cada una
de ellas y soluciones de los reactivos PrCl3 XH2O y 2HPβCD en las mismas
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
48
condiciones Tambieacuten se prepararon 6 muestras soacutelidas de Pr-2HPβCD
(precipitado) PrCl3 XH2O y 2HPβCD de 02 g cada una
Cada una de estas muestras fue colocada en un vial de 20 ml luego se selloacute con
bolsa de plaacutestico y se irradiaron a diferentes dosis en el irradiador LGI-01
TRANSELEKTRO del ININ con una razoacuten de dosis de 103716 Gyh En la
posicioacuten de irradiacioacuten VICKRAD se colocaron tres muestras liacutequidas y tres
soacutelidas de la misma manera en la posicioacuten de irradiacioacuten GAMMACELL tres
muestras liacutequidas y tres soacutelidas En ambos casos cuando se alcanza la dosis
requerida (por ejemplo 1 Gy) una muestra se retira o se saca de la posicioacuten de
irradiacioacuten y asiacute sucesivamente se continuacutea hasta alcanzar la dosis maacutexima de
irradiacioacuten requerida Los datos se muestran en la Tabla 6
Tabla 6 Dosis de irradiacioacuten de Co60 aplicadas a las muestras en solucioacuten y soacutelidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 2HPβCD y PrCl3 XH2O en la instalacioacuten VICKRAD y GAMMACELL del irradiador
LGI-01 TRANSELEKTRO del ININ
1ra Serie Instalacioacuten VICKRAD
No Muestras soacutelidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
No Muestras liacutequidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
1 (a) 1 Gy 4 (1i) 1 Gy 2 (b) 10 Gy 5 (2i) 10 Gy
3 (c) 100 Gy 6 (3i) 100 Gy
2da Serie Instalacioacuten GAMMACELL
No Muestras soacutelidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
No Muestras liacutequidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
1 (d) 05 KGy 4 (4i) 05 KGy
2 (e) 5 KGy 5 (5i) 5 KGy
3 (f) 10 KGy 6 (6i) 10 KGy
Las muestras liacutequidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD PrCl3-XH2O y
2HPβCD irradiadas se evaporaron a sequedad para realizar el anaacutelisis de
caracterizacioacuten
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
49
57 Caracterizacioacuten del compuesto de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina
571 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB)
Para realizar este anaacutelisis se emplearon fracciones de cada uno de los reactivos
PrCl3 XH2O 2HPβCD el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD irradiado Cada una de las fracciones se colocaron en un
porta muestras de aluminio Se recubrieron con una capa de oro para que las
muestras fueran conductoras El anaacutelisis morfoloacutegico se realizoacute en un microscopio
JSM-1600 y JSM-6610LV acoplados a una sonda de espectroscopia de difraccioacuten
de rayos X con el software de los equipos se obtuvo el anaacutelisis elemental
realizado por EDS (Energy Dispersion of X ray Espectrosocopy) que proporcionoacute
informacioacuten cualitativa y cuantitativa de las muestras analizadas
572 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX)
Este anaacutelisis se realizoacute con el difractoacutemetro de polvos SIEMENS D-5000 con
aacutenodo de cobre λ = 15406 Ǻ y un barrido de 25-80 en 2ɵ Para ello se colocaron
en un porta muestras fracciones de cada una de las muestras PrCl3 XH2O
2HPβCD Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado En cada una de estas muestras se
hizo incidir un haz de rayos X De esta manera se obtuvieron graacuteficas de
intensidad en funcioacuten del aacutengulo de difraccioacuten Los resultados se compararon con
las tarjetas de los patrones reportados por el Joint Committee on Powder
Diffraction Standards (JCPDS)
573 Anaacutelisis por espectroscopia de infrarrojo (IR)
Se realizoacute la espectroscopia de infrarrojo de las muestras de PrCl3 XH2O
2HPβCD Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado con el espectroacutemetro Nicolet
Magna-IRTM spectrometer 550 FTIR en un intervalo de 450-4000 cm-1 Las
muestras se prepararon con un estaacutendar de KBr mediante el meacutetodo de
dispersioacuten de pastilla para su anaacutelisis
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
50
574 Anaacutelisis por espectroscopia Raman
Se realizoacute la espectroscopia Raman de las muestras de PrCl3 XH2O 2HPβCD
Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado con el equipo Raman LabRamHR JovynIvon-
Horiba Una fraccioacuten de cada una de las muestras se colocaron en un porta
muestras conectado a un microscopio y se hizo incidir un rayo laacuteser de un
microacutemetro de diaacutemetro Como resultado se obtuvo una graacutefica de intensidad
Raman contra el desplazamiento Raman Los espectros Raman de las muestras
fueron obtenidos en un intervalo de 0 a 1700 cm-1
58 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-βeta-ciclodextrina
581 Efecto de temperatura
En un tubo de ensaye se le adicionoacute 2 ml de agua destilada a 20 0C En un bantildeo
mariacutea a la temperatura de 20 0C se colocoacute el tubo de ensaye con 2 ml de agua
destilada y se le adicionoacute poco a poco la muestra del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD (05 g previamente pesada) Se agitoacute manualmente de manera
constante hasta observar la formacioacuten de precipitado (Pr-2HPβCD) en el fondo
del tubo de ensaye
Este proceso tambieacuten se realizoacute a las temperaturas de 35 42 50 y 60degC El
residuo del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD que ya no se adicionoacute en el tubo de
ensaye se pesoacute y por diferencia con el peso inicial (05 g) se determinoacute los
gramos solubilizados del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Los datos se
muestran en la Tabla 7
Con los resultados obtenidos se graficoacute la temperatura en funcioacuten de la cantidad
de complejo de inclusioacuten solubilizado
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
51
Tabla 7 Cantidad de complejo solubilizado a diferentes temperaturas en 2 ml de agua destilada
Pr-2HPβCD (g)
H2O
(ml)
Temp (degC) del H2O
Pr-2HPβCD solubilizados (g)
1 05 2 20 01866 2 05 2 35 02472 3 05 2 42 03014 4 05 2 50 03461 5 05 2 60 03628
582 Efecto del tiempo
En un tubo de ensaye se le adicionoacute 2 ml de agua destilada a temperatura
ambiente Se le adicionoacute la muestra del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD (01001
g previamente pesada) se registroacute el tiempo (inicial) y se agitoacute manualmente de
manera constante hasta observar la formacioacuten de precipitado (Pr-2HPβCD) en el
fondo del tubo de ensaye Se registroacute el tiempo (final) cuando el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD se solubilizoacute completamente Este proceso se realizoacute 5
veces La determinacioacuten del tiempo de solubilizacioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD es la diferencia entre el tiempo inicial y final Los datos se muestran en la
Tabla 8 Con los resultados obtenidos se graficoacute los gramos solubilizados del
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en funcioacuten del tiempo
Tabla 8 Cantidades de complejo Pr-2HPβCD y agua destilada en cada tubo de ensaye
Pr-2HPβCD
(g)
H2O
(ml) Tiempo (seg)
1 01001 2 161
2 01005 2 163
3 01011 2 167
4 01018 2 169
5 01026 2 170
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
52
59 Determinacioacuten de la curva de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4
Para corregir el pH experimental en el medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 se
preparoacute una solucioacuten de NaOH al 50 pesovolumen A partir de esta solucioacuten se
preparoacute una solucioacuten de hidroacutexido de sodio a una concentracioacuten de 1 N en una
caja de guantes con atmosfera de nitroacutegeno Esta solucioacuten se valoroacute con ftalato
aacutecido de potasio y fenolftaleiacutena para determinar su concentracioacuten Con esta
solucioacuten de NaOH 1 N se prepararon soluciones de 01 001 y 0001 M y a estas
mismas concentraciones con HCl 1N titrisol ambas en medio de fuerza ioacutenica 2 M
de NaClO4 La medicioacuten de pH de estas soluciones (pH experimental) se
realizaron con un electrodo de vidrio AgClAg Radiometer XG200 con agitacioacuten
constante a temperatura de 30 degC controlada por un bantildeo de agua circulante
ldquoPolyscience Circulatiorrdquo modelo 12101-10 Se mantuvo una atmosfera de
nitroacutegeno en la celda potenciomeacutetrica de doble pared Se midioacute el pH 3 veces de
cada solucioacuten el mismo diacutea y durante tres diacuteas consecutivos Se promediaron los
datos obtenidos y se trazoacute una graacutefica que permitioacute realizar la relacioacuten entre el
logaritmo inverso de la concentracioacuten de los iones hidrogeno (pCH) y el pH
experimental
510 Valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Se realizaron valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD con hidroacutexido de sodio en fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 para ello se
colocoacute en una celda de reaccioacuten 10 ml de 2 M de NaClO4 de pH 3 21 microL de la
solucioacuten de 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina de concentracioacuten 02389 M y 105
microL de la solucioacuten de PrCl3 XH2O de concentracioacuten 048 M para tener una
concentracioacuten inicial de 000025 M del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Se
midioacute el pH se tomoacute una aliacutecuota de 3 ml y se midioacute su absorbancia con el
espectrofotoacutemetro UV-Vis Perkin Elmer Lambda 10 en un intervalo de longitud de
onda de 200 a 700 nm Como blanco se empleoacute agua destilada Los 3 ml de
solucioacuten medida por UV-Vis se regresaron a la celda de reaccioacuten Posteriormente
se adicionaron aliacutecuotas de una solucioacuten de 00025 M de NaOH en 2 M de
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
53
NaClO4 Se repitioacute varias veces el proceso de tomar una aliacutecuota en la celda de
reaccioacuten a la celda de cuarzo y medir la absorbancia del complejo de inclusioacuten de
tal manera que el pH incrementara de 02 en 02 hasta alcanzar un pH de 9 o 10
aproximadamente En todo el proceso se mantuvo una temperatura de 30 degC y
una atmoacutesfera de nitroacutegeno constante en la celda
Con los datos de pH y absorbancia a una longitud de onda de 210 nm obtenidos
se graficaron los valores de la absorbancia en funcioacuten del pCH para determinar el
pCH de precipitacioacuten la zona no saturada y la zona saturada
511 Valoraciones potenciomeacutetricas directas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Con el sistema de titulacioacuten automaacutetica que consiste de un potencioacutemetro
Radiometer TIM900 Titrilab de un electrodo combinado de vidriondashAgClAg y una
bureta automaacutetica de 20 ml se realizaron valoraciones potenciomeacutetricas directas
Para lo cual se colocoacute en la celda de reaccioacuten 10 ml de 2 M de NaClO4 de pH 3
21 microL de la solucioacuten de 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina de concentracioacuten 02389
M y 105 microL de la solucioacuten de PrCl3 XH2O de concentracioacuten 048 M para tener
una concentracioacuten inicial de 000025 M del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Esta solucioacuten se valoroacute con NaOH 00025 M en 2 M de NaClO4 a una temperatura
de 30 degC flujo de nitroacutegeno y agitacioacuten constante Con los datos de pH y volumen
de NaOH se graficaron los valores de pCH en funcioacuten del volumen de NaOH El
intervalo de pCH de la zona no saturada se determinoacute despueacutes de que el aacutecido fue
neutralizado y el pCH final se determinoacute con el pCH de precipitacioacuten obtenido en la
titulacioacuten espectrofotomeacutetrica Este intervalo de pCH de la zona no saturada se
emplearon en el programa de computo SUPERQUAD para determinar los valores
de las constantes de hidroacutelisis del praseodimio y del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
54
______________________________
CAPIacuteTULO VI
RESULTADOS
______________________________
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
55
6 RESULTADOS
61 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 6 muestra los espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes
concentraciones en presencia de 2HPβCD 00025 M determinados en el intervalo
de longitud de onda de 200 a 700 nm En ellos se observa que cuando aumenta
la concentracioacuten del praseodimio en presencia de 2HPβCD aumenta el tamantildeo de
las bandas La 2HPβCD no presenta bandas de absorcioacuten en toda la regioacuten de
200-700 nm
Figura 6 Espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes concentraciones en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
A partir de la Figura 6 y de acuerdo al tamantildeo de las bandas de absorcioacuten de los
espectros UV-Vis en funcioacuten de la concentracioacuten del praseodimio se establecen
tres regiones de intereacutes En la regioacuten de longitud de onda de 200-225 nm la banda
de absorcioacuten maacutexima del praseodimio se encuentra en 215 nm para
concentraciones bajas en la regioacuten de 440-490 nm se encuentran las bandas de
absorcioacuten de 444 469 nm y 482 nm para concentraciones intermedias y
finalmente en la regioacuten de 558-600 nm se encuentran las bandas de absorcioacuten de
200 300 400 500 600 700
00
05
10
15
20
25
30
Ab
so
rban
cia
Longitu de onda (cm-1)
000011MPr
0000251MPr
00011MPr
000251MPr
00051MPr
001MPr
0025MPr
006251MPr
01251MPr
0251MPr
031MPr
00025M2HPBCD
00025MPr
1
2
3
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
56
5885 nm para cuantificar concentraciones altas de praseodimio en presencia de la
2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Figura 7 y Tabla 9) En la Figura 7 se muestran las
rectas de calibracioacuten para cuantificar praseodimio Estas rectas de calibracioacuten fueron
determinadas con los datos de los valores de absorbancia de cada banda de
absorcioacuten de la Figura 6 en funcioacuten de la concentracioacuten del praseodimio
Figura 7 Rectas de calibracioacuten de las bandas de absorcioacuten del praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
Tabla 9 Ecuaciones de calibracioacuten del praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
obtenidos por UV-Vis
Intervalo de longitud de onda de UV-Vis
200-250 nm 400-500 nm 560-620 nm
Bandas de 215 nm 444 nm 469 nm 482 nm 5885 nm
absorcioacuten
Ecuaciones de
calibracioacuten
A= 26554[Pr] + 00527
A = 513[Pr] + 00127
A = 21698[Pr] + 00123
A = 15912[Pr] + 00128
A = 00783[Pr] + 00103
Rsup2 = 09949 Rsup2 = 09992 Rsup2 = 09958 Rsup2 = 09917 Rsup2 = 09769
Doacutende nm= nanoacutemetros A= Absorbancia [Pr (III)]= Concentracioacuten del Praseodimio R = Coeficiente de
correlacioacuten
000 005 010 015 020 025 030
00
02
04
06
08
10
12
14
16
y=15912 x +00128
R2=09917
y=00783 x +00103
R2=09769
y=21698 x +00123
R2=09958
y=513 x +00127
R2=09992
215 nm
444 nm
469 nm
482 nm
5885 nm
Abso
rbancia
[Pr] M
y=26554 x +00527
R2=09949
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
57
En la Tabla 9 se muestran los datos de las ecuaciones de calibracion para
determinar praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina por
espectroscopiacutea UV-Vis
Estas consideraciones tienen una limitacioacuten ya que se debe tomar en cuenta que
el intervalo oacuteptimo para medir la absorbancia con fines de anaacutelisis cuantitativo
estaacute entre 002ndash15
62 Efecto de la concentracioacuten de la 2HPβCD en el praseodimio por
espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 8 muestra los espectros de absorcioacuten del praseodimio a concentracioacuten
constante (00025 M) en presencia de 2HPβCD a diferentes concentraciones
determinados en el intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
Figura 8 Espectro de absorcioacuten UV-Vis del praseodimio a concentracioacuten constante en presencia de la 2HPβCD a diferentes concentraciones En el detalle central se muestra la ampliacioacuten de la banda de
absorcioacuten 215 nm
En los espectros de absorcioacuten del praseodimio de la Figura 8 se observa que
cuando aumenta la concentracioacuten de 2HPβCD aumenta ligeramente el tamantildeo de
200 300 400 500 600 700
00
02
04
Ab
so
rbancia
Longitud de onda (cm-1)
00025MPr
00025M2HPBCD
051M
11M
21M
31M
41M
51M
81M
101M
151M
181M
241M1
2 3
200 205 210 215 220 225 230
00
01
02
03
04
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
1
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
58
las bandas de absorcioacuten del praseodimio En el detalle central de la Figura 8 se
aprecia maacutes adecuadamente este efecto
Con estas observaciones se muestra que la 2HPβCD aumenta la solubilidad del
praseodimio debido a este aumento ligero en el tamantildeo de las bandas de
absorcioacuten del praseodimio de la Figura 8
63 Efecto de la radiacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD por
espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 9 muestra los espectros de absorcioacuten determinados en el intervalo de
longitud de onda de 200 a 700 nm del 2HPβCD 2HPβCD irradiado PrCl3XH2O
PrCl3XH2O irradiado el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y el complejo de
inclusioacuten Pr-2-HP-β-CD irradiado Las irradiaciones se realizaron a 10000 Gy
Figura 9 Espectro UV-Vis de las muestras irradiadas en solucioacuten del complejo Pr-2HPβCD PrCl3 y 2HPβCD
Como se observa en la Figura 9 el efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de
inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Pr-2HPβCD) mostraron que
cuando el complejo de inclusioacuten es irradiado a 10 000 Gy se observaron ligeros
200 300 400 500 600 700
00
02
04
06
08
10
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
00025 M 2HPBCD
Pr 00025 M
Pr-2HPBCD
2HPBCD 10 KGY
PrCl3-XH2O 10 KGy
Pr-2HPBCD 10 KGy
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
59
cambios comparado con el complejo de inclusioacuten no irradiado Esto se puede
deber a que probablemente el complejo empieza a descomponerse
62 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB)
La Figura 10 muestra las imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las
muestras 2HPβCD 2HPβCD irradiada PrCl3XH2O PrCl3XH2O irradiada Pr-
2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy
a) c) e)c
b) d) f)
Figura 10 Imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las muestras a) 2HPβCD b) 2HPβCD irradiada c) PrCl3XH2O d) PrCl3XH2O irradiada e) Pr-2HPβCD y f) Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy
La 2HPβCD mostroacute partiacuteculas esfeacutericas de diversos tamantildeos con una superficie
lisa en su interior se observan cavidades dentro de las partiacuteculas pareciera que
se desprenden esferas maacutes pequentildeas El PrCl3XH2O mostroacute una superficie
rugosa las partiacuteculas se ven fundidas debido probablemente a que el material es
higroscoacutepico y tiende a hidratarse faacutecilmente El complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
muestra una morfologiacutea diferente a los reactivos precursores ya que se presentan
partiacuteculas en forma de rocas de diferentes dimensiones ademaacutes se observan
aglomeraciones de partiacuteculas Las imaacutegenes de las muestras irradiadas a una
dosis de 10 KGy conservan su morfologiacutea a excepcioacuten de PrCl3XH2O irradiada y
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
60
Pr-2HPβCD irradiada muestran pequentildeos cambios Sus partiacuteculas se ven un poco
maacutes fundidas probablemente se deba al efecto de la radiacioacuten
La composicioacuten quiacutemica elemental de las muestras 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD se muestran en la Tabla 10 determinado por el anaacutelisis elemental (EDS)
Tabla 10 Anaacutelisis EDS de las muestras de PrCl3 2-HPβCD y Pr-2HPβCD
Elemento Atoacutemico
Pr Cl O C
PrCl3 1233 plusmn 207 3595 plusmn 666 5171 plusmn 871 -----
2HPβCD ----- ----- 4159 plusmn 22 584 plusmn 22
Pr-2HPβCD 097 plusmn061 248 plusmn 143 3619plusmn 422 6034 plusmn 478
Todas las muestras presentan los elementos de su composicioacuten quiacutemica La
presencia de Pr Cl C y O en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD confirman la
interaccioacuten de 2HPβCD PrCl3XH2O para la formacioacuten del complejo de inclusioacuten
como se muestras en la Tabla 10
63 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX)
En la Figura 11 se muestran los difractogramas de 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD determinado por Difraccioacuten de Rayos X Los difractogramas de rayos X
de la Figura 11 muestran diferencias entre ellas El difractograma del PrCl3XH2O
presenta reflexiones de alta intensidad comparado con las otras muestras debido
a su naturaleza cristalina del praseodimio El difractograma de la 2HPβCD es de
estructura amorfa caracteriacutestica de los compuestos de carbono
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
61
Figura 11 Difraccioacuten de rayos X de PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD
El difractograma del compuesto de inclusioacuten Pr-2HPβCD muestra una
combinacioacuten de reflexiones de las muestras de PrCl3XH2O y 2HPβCD debido a la
formacioacuten de eacuteste complejo de inclusioacuten aunque predomina el de la 2HPβCD
Se comparoacute el difractograma de la muestra de PrCl3XH2O con la tarjeta del patroacuten
reportado por el Joint Committee on Powder Diffraction Standards (JCPDS) PDF
84-2188 Aqua Praseodymium Chloride Ambos difractogramas coinciden
adecuadamente
Los difractogramas de las muestras irradiadas a diferentes dosis mostraron que en
el intervalo de dosis de 1-500 Gy las muestras no sufren cambios Sin embargo
cuando el complejo de inclusioacuten es irradiado a 5000 y 10 000 Gy se observaron
ligeros cambios en sus inflexiones comparados con las muestras no irradiadas
Probablemente las muestras empiezan a descomponerse
64 Espectroscopia de infrarrojo (IR)
En la Figura 12 se muestra los espectros de infrarrojo de la 2HPβCD PrCl3XH2O
y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
62
Figura 12 Espectros de infrarrojo de las muestra 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-2HPβCD
El espectro infrarrojo de la muestra de PrCl3XH2O presenta la banda de absorcioacuten
a 341434 cm-1 correspondiente a moleacuteculas de agua de hidratacioacuten y la banda de
absorcioacuten a 67003 cm-1 debido a las uniones praseodimio con cloruros El
espectro infrarrojo de la muestra de la 2HPβCD presenta bandas de absorcioacuten a
331508 cm-1 [OH] 292046 cm-1 [CH2] 115183 cm-1 [C-C] 108000 cm-1 [C-O] y
102306 cm-1 [O-H]
Tabla 11 Grupos funcionales del PrCl3XH2O 2HPβCD y del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Compuesto [OH] [CH2] [C-C] [C-O] [O-H] [Cl3]
PrCl3XH2O 341434 67003
2HPβCD 331508 292046 115183 108000 102306
Pr-2HPβCD 329688 292645 115247 108028 102514
120723[PrCl3XH2O-Pr-2HPβCD] -11746
120723[2HPβCD-Pr-2HPβCD] -182 599 064 028 208
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
63
En la Tabla 11 se muestran los datos de las bandas de absorcioacuten de las muestras
de 2HPβCD PrCl3XH2O y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y los valores
de los desplazamientos observados Los valores de desplazamiento indican la
formacioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Las bandas de absorcioacuten de las
muestras irradiadas a diferentes dosis mostraron que en el intervalo de dosis de 1-
500 Gy las muestras no sufren cambios Cuando las muestras son irradiados a
5000 y 10 000 Gy se observaron ligeros cambios en la intensidad de la bandas de
absorcioacuten
65 Espectroscopia Raman
Figura 13 Espectros Raman de la muestra PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD
La Figura 13 muestra los espectros Raman de las muestras 2HPβCD PrCl3XH2O
y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Se realizaron 100 adquisiciones de
cada uno de las muestras Los resultados son el promedio de estas Los espectros
Raman de la Figura 13 muestran diferencias entre ellas
El espectro Raman del PrCl3XH2O muestra un pico intenso a 19278 cm-1 Este
pico se observa en el espectro Raman del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD a
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
64
23814 cm-1 y es de intensidad menor Las bandas de la 2HPβCD (44336 47805
84780 94691 126575 133270 145854 cm-1) algunas desaparecen y otras se
desplazan en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Esto indica la formacioacuten del
complejo de inclusioacuten
Al comparar los espectros Raman de las muestras irradiadas a diferentes dosis
mostraron que en el intervalo de dosis de 1-500 Gy no sufren cambios Sin
embargo en el intervalo de 5000 a 10000 Gys se observa la presencia de una
banda que no se encuentra en las muestras no irradiadas Probablemente las
muestras empiezan a descomponerse
66 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-βeta-ciclodextrina
661 Efecto de temperatura
La Figura 14 muestra el efecto de temperatura sobre la solubilidad del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD
Figura 14 Efecto de temperatura en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
20 30 40 50 60
018
020
022
024
026
028
030
032
034
036
038
g P
r-2H
PB
CD
Temperatura degC
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
65
La Figura muestra que conforme la temperatura va aumentando la solubilidad de
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta Es decir a la temperatura 20 degC se
solubilizan 01866 g del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD mientras que a 60 degC
se solubilizan 03628 g
662 Efecto de tiempo
La Figura 15 muestra el efecto del tiempo sobre la solubilidad del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD
Se observoacute que conforme el tiempo va aumentando la solubilidad de complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta Con esto se determinoacute que la dilucioacuten de 01 gr de
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 ml de agua destilada se lleva a cabo en
un tiempo 170 segundos
Figura 15 Efecto de tiempo en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
01000 01005 01010 01015 01020 01025 01030
160
162
164
166
168
170
Tie
mpo (
segundos)
g Pr-2HPBCD
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
66
67 Recta de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4
Se realizaron las mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de
2 M de NaClO4 Los datos se muestran en la Tabla 12
Tabla 12 Mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de 2 M de NaClO4
Concentracioacuten (M)
pCH pH
exp 1 pH
exp 2 pH
exp 3 pH
exp 4 pH
exp 5 pH exp prom
HCl 0001 3 2359 2205 2333 2402 2329 23256
001 2 1173 1172 1207 1228 1268 12096
01 1 0508 0248 0253 0352 0361 03444
NaOH 0001 11 9987 9994 9926 10009 9994 9982
001 12 10947 10876 10959 10876 10849 109014
01 13 11612 1156 11604 11552 11516 115688
Se graficaron los datos de pH (experimental) promedio en funcioacuten del pCH (teoacuterico)
se tiene la Figura 16
Figura 16 Recta de calibracioacuten del pCH como una funcioacuten del pH en el medio 2 M de NaClO4
0 2 4 6 8 10 12 14
0
2
4
6
8
10
12
pC
H
pH
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
67
La ecuacioacuten de la recta de calibracioacuten es
pCH= 105108 (plusmn00063) pH + 06352 (plusmn00669) R2= 09995
Esta ecuacioacuten permitioacute corregir todos los datos de pH experimental de este
trabajo
68 Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Se realizaron valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD en medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 a 30 deg C en atmoacutesfera inerte
Se obtuvieron espectros de absorcioacuten UV-Vis en el intervalo de longitud de onda
de 200 a 700 nm En la Figura 17 se muestra los espectros de absorcioacuten de cada
una de las aliacutecuotas del praseodimio en presencia de la 2HPβCD en el intervalo de
longitud de onda de 200 a 230 nm
Figura 17 Espectros de absorcioacuten UV-Vis de la valoracioacuten espectrofotomeacutetrica del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con NaOH 00025 M en el medio 2M de NaClO4
200 210 220 230
00
01
02
03
04
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
68
Se graficaron los datos de absorbancia a la longitud de onda de 215 nm de la Figura
17 y los valores de pCH correspondientes se obtuvo la Figura 18
Figura 18 Curva de valoracioacuten espectrofotomeacutetrica (absorbancia en funcioacuten del pCH) y la primera derivada del praseodimio en presencia de la 2HPβCD a longitud de onda de 215 nm
La derivada de la curva de la Figura 18 permitioacute determinar el pCH de precipitacioacuten
(maacutexima inflexioacuten) el cual fue de 812 A partir de este pCH se determinoacute la zona
no saturada (lado izquierdo de la curva) y saturada (lado derecho de la curva)
69 Titulaciones potenciomeacutetricas
Se realizaron valoraciones potenciomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
con NaOH en medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 a 30 degC en atmosfera inerte
Se obtuvo la Figura 19 La valoracioacuten potenciomeacutetrica del Pr-2HPβCD inicio en
medio acido por medio de la primera derivada y su inflexioacuten de la curva se
determinoacute el pCH inicial (pCH= 656) el valor de pCH final se determinoacute con el valor
de la primera derivada (pCHpp= 812) de la Figura 18 (punto de inicio de
precipitacioacuten del PrCl3XH2O)
4 5 6 7 8 9 10
025
030
035
040
045
050
055
060
pCH
Ab
so
rban
cia
-01
00
01
02
03
04
05
06
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
69
Figura 19 Curva de valoracioacuten potenciomeacutetrica directa de 25x10-4 M del praseodimio en presencia de la 2HPβCD con 25x10-3 de NaOH en 2 M de NaClO4 a 30 degC en atmosfera libre de CO2 y primera
derivada de la curva Detalle central (zona no saturada)
Con estos dos valores se determinoacute el intervalo de la zona no saturada que se
muestra en el detalle central de la Figura 19 empleado para el caacutelculo de la
primera constante de hidrolisis del praseodimio y del complejo del praseodimio en
presencia de la 2HPβCD
610 Refinamientos
A partir del detalle central de la Figura 19 (zona no saturada) los datos de
volumen pCH concentracioacuten del titulado y titulante y un modelo quiacutemico propuesto
con la estequiometria se alimentaron al programa de computo SUPERQUAD y
mediante refinamiento computacional se determinaron los valores de la constante
de hidrolisis de las especies quiacutemicas del praseodimio y del complejo de inclusioacuten
Pr-2HPβCD que se muestran en la Tabla 13
0 5 10 15 20
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
ml adicionados de NaOH
pC
H
0
2
4
6
8
10
00 01 02 03 04 05 06 07
64
66
68
70
72
74
76
78
80
82
pC
H
ml adicionados de NaOH
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
70
Tabla 13 Constantes de hidroacutelisis del Pr y el pCH de precipitacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 M de NaClO4 obtenidos mediante meacutetodo potenciomeacutetrico y el programa SUPERQUAD a
30 degC
Equilibrio Quiacutemico
logβ1
POTENCIOMETRICO
(SUPERQUAD)
Intervalo
(pCH)
No
puntos
ESPECTROFOTOMETRICO
pCH de pp
Meacutetodo GRAFICO
Pr3++ H2O Pr(OH)2++ H+ -862plusmn0007 656-812 33 812
Pr(OH)2++H2O Pr(OH)2++H+ -1710plusmn003
Pr(OH)2++H2O Pr(OH)3+H+ -2586plusmn001
Pr3++2HPβCD+H2O Pr-
2HPβCD-(OH)2++H+
-509plusmn007
En la Tabla 13 anterior se muestra el valor de pCH de precipitacioacuten obtenido por el
meacutetodo espectrofotomeacutetrico (meacutetodo graacutefico) que fue de 812 Los valores de las
constantes de hidrolisis de las especies quiacutemicas del praseodimio fueron-
logβ1OH=-862plusmn0007-logβ22OH=-1710plusmn003-logβ33OH=-2586plusmn001 y del complejo
de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-509plusmn007 obtenidos por el meacutetodo
potenciomeacutetrico empleando el programa de computo SUPERQUAD
71
______________________________
CONCLUSIONES
______________________________
CONCLUSIONES
72
CONCLUSIONES
bull Se observaron 3 zonas de absorcioacuten caracteriacutesticas del praseodimio
situadas a una longitud de onda de 215 nm 3 bandas de absorcioacuten en 444
nm 469 nm y 482 nm y en 5885 nm se determinaron para cada banda las
rectas de calibracioacuten
bull Se demostroacute la inclusioacuten del praseodimio en la 2HPβCD y el efecto de la
radiacioacuten gamma en los reactivos (PrCl3XH2O 2HPβCD) y el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD satisfactoriamente mediante las diferentes teacutecnicas de
caracterizacioacuten y anaacutelisis empleadas (MEB UV-Vis DRX Espectroscopia
Infrarrojo y Espectroscopia Raman)
bull El efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-β-ciclodextrina (Pr-2HP-β-CD) mostroacute que en el intervalo de
dosis de 1-500 Gy no sufren cambios Sin embargo cuando es irradiado a
5000 y 10 000 Gy se observaron ligeros cambios Esto se puede deber a
que probablemente el complejo empieza a descomponerse
bull La solubilidad de complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta en funcioacuten del
aumento de la temperatura
bull Conforme el tiempo va aumentando la solubilidad de complejo de inclusioacuten
Pr-2HPβCD aumenta
bull El valor de la primera constante de hidrolisis del praseodimio obtenido fue-
logβ1OH=-862plusmn0007 y del complejo de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-
509plusmn007
73
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RECOMENDACIONES
______________________________
RECOMENDACIONES
74
bull El complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se debe preparar con diferentes
meacutetodos para elegir el maacutes adecuado de acuerdo a su rendimiento
quiacutemico y asegurar su formacioacuten
bull Comparar la zona no saturada de complejo de Inclusioacuten del Pr-2HPβCD
Pr-2βCD y la del praseodimio sin complejo para observar el efecto de la
solubilidad y estabilidad
bull Determinar las constantes de hidrolisis del praseodimio y del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD irradiado con radiacioacuten gamma de Co60 y comparar
con la de complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD no irradiado
75
______________________________
GLOSARIO
______________________________
GLOSARIO
76
GLOSARIO
1 Absorbancia
Se define como la relacioacuten (logariacutetmica) entre la intensidad de la luz que incide
sobre una muestra y la intensidad de esa misma luz que es transmitida a traveacutes de
esa muestra Cuando una luz de una longitud de onda determinada seleccionada
por un filtro incide sobre una muestra parte de esa luz es absorbida La luz no
absorbida pasa a traveacutes de la muestra y es recogida por un detector colocado en
el otro lado del pocillo de la micro placa frente a la fuente de luz
2 Algoritmo de Marquadt
Es un proceso iterativo de convergencia que a traveacutes de la teacutecnica de los miacutenimos
cuadrados ponderados permite encontrar los paraacutemetros de las ecuaciones de
funciones no lineales
3 Complejo de inclusioacuten
Mezcla cristalina en la que las moleacuteculas de un componente estaacuten contenidas
dentro de la red cristalina del otro
4 Confinamiento de residuos
Lugar totalmente seguro controlado y construido con el propoacutesito de disponer
residuos peligrosos instalados en un lugar retirado de la poblacioacuten con el objetivo
de disminuir riesgos de caraacutecter natural y humano
5 Curva de calibracioacuten
Representacioacuten graacutefica de una sentildeal que se mide en funcioacuten de la concentracioacuten
de un analito La calibracioacuten incluye la seleccioacuten de un modelo para estimar los
paraacutemetros que permitan determinar la linealidad de esa curva Y en
consecuencia la capacidad de un meacutetodo analiacutetico para obtener resultados que
sean directamente proporcionales a la concentracioacuten de un compuesto en una
muestra dentro de un determinado intervalo de trabajo
GLOSARIO
77
6 Desechos radiactivos
Residuo o subproductos que contiene varios elementos quiacutemicos radiactivos que
no tiene un fin praacutectico
7 Especies quiacutemicas
En quiacutemica el teacutermino especie quiacutemica se usa comuacutenmente para referirse de
forma geneacuterica a aacutetomos moleacuteculas iones radicales etc que sean el objeto de
consideracioacuten o estudio
8 Estabilidad
Una sustancia es estable si no es particularmente reactivo en el ambiente o
durante uso normal y mantiene sus propiedades uacutetiles en la escala de tiempo de
su durabilidad esperada y por lo que se dice que el material es inestable si se
corroe descompone polimeriza quema o explota bajo las condiciones anticipadas
de uso o condiciones ambientales normales
9 Fisioacuten nuclear
Reaccioacuten en la cual un nuacutecleo se bombardea con neutrones se convierte en
inestable y se descompone en dos nuacutecleos y tamantildeos son del mismo orden de
magnitud con gran desprendimiento de energiacutea y la emisioacuten de dos o tres
neutrones los cuales a su vez ocasionar maacutes fisiones al interaccionar con nuevos
nuacutecleos fisionables que emitiraacuten nuevos neutrones y asiacute sucesivamente
10 Fuerza ioacutenica
Propiedad de una solucioacuten que depende de la concentracioacuten total de iones en la
solucioacuten asiacute como de la carga de dichos iones
11 Isoacutetopo
Nucleiacutedos pertenecientes a un mismo elemento quiacutemico pero que se diferencian
entre el nuacutemero de neutrones de cada uno
GLOSARIO
78
12 Lenguaje fortran
Es un lenguaje de programacioacuten de alto nivel de propoacutesito general procedimental
e imperativo que estaacute especialmente adaptado al caacutelculo numeacuterico y a la
computacioacuten cientiacutefica
13 Lgi-01 TRANSELEKTRO (LGI-01)
Equipo de irradiacioacuten integrado por un cuerpo ciliacutendrico de plomo que sirve de
blindaje una jaula ciliacutendrica que contiene los laacutepices de Co60 un eacutembolo moacutevil con
una cavidad (caacutemara de exposicioacuten) una consola de mando y un cronoacutemetro para
establecer el tiempo de irradiacioacuten La caacutemara de exposicioacuten alberga a las
muestras para la irradiacioacuten un sistema electromecaacutenico baja el depoacutesito de las
muestras hasta la fuente de radiacioacuten que consta de 48 laacutepices de los cuales 12
contiene Co60 y el resto estaacuten vaciacuteos
14 Longitud de onda
Es la distancia real que recorre una perturbacioacuten (onda) en un determinado
intervalo de tiempo Ese intervalo de tiempo es el transcurrido entre dos maacuteximos
consecutivos de alguna propiedad fiacutesica de la onda
15 Medio acuoso
Medio o disolucioacuten acuosa se refiere a que una mezcla de disolventes el
disolvente mayoritario es agua Las disoluciones acuosas tienen una gran
importancia en la biologiacutea desde los laboratorios de ciencia baacutesica hasta la
quiacutemica de la vida pasando por la quiacutemica industrial Por la vasta cantidad y
variedad de sustancias que son solubles en agua esta se denomina a veces
disolvente universal
16 pCH
Es el logaritmo inverso de la concentracioacuten de los iones hidroacutegeno
17 pH
Es una medida del pH experimental de este trabajo
GLOSARIO
79
18 Precursores
Sustancia indispensable o necesaria para producir otra mediante los compuestos
quiacutemicos que constituyen una primera etapa en un proceso quiacutemico y actuacutean
como sustrato en las etapas posteriores
19 Radiacioacuten gamma
Es un tipo de radiacioacuten electromagneacutetica constituida por fotones se produce por
elementos radiactivos o procesos subatoacutemicos como la aniquilacioacuten de un par
positroacuten-electroacuten Los rayos gamma constituyen un tipo de radiacioacuten ionizante
capaz de penetrar en la materia maacutes profundamente que la radiacioacuten α y la β
pueden causar graves dantildeos a las ceacutelulas se usan para esterilizar equipos
meacutedicos y alimentos
20 Reacciones de hidroacutelisis
Reacciones quiacutemicas entre una moleacutecula de agua y cualquier otra especie
quiacutemica en la cual la moleacutecula de agua se divide y sus aacutetomos forman parte de
otra especie quiacutemica
21 Relacioacuten molar
Factor de conversioacuten cuyo fin es convertir en una reaccioacuten quiacutemica la cantidad de
moles de una sustancia a la cantidad correspondiente de moles de otra sustancia
La sustancia de partida se expresa en gramos y la sustancia deseada en moles
22 Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Se denomina valoracioacuten espectrofotomeacutetrica al procedimiento por el cual se
determina el punto final de una titulacioacuten utilizando las medidas de absorbancia a
una longitud de onda fija Para simplificar la teacutecnica se selecciona una longitud de
onda donde solamente uno de los componentes de la muestra absorba
80
______________________________
REFERENCIAS CITADAS
______________________________
REFERENCIAS CITADAS
81
REFERENCIAS CITADAS
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31 Douglas A S Huller F J Nieman TA (1992) Principios de anaacutelisis
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46 Rao B P Zurreacuteis S y Balasangameshwer C N (2006) Caracterizacioacuten
fisicoquiacutemica de los complejos de hidroxietil-β-ciclodextrina y β-ciclodextrina
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instrumental McGraw-Hill Interamericana de Espantildea S A V Quinta
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48 Rao B P Zurreacuteis S y Balasangameshwer C N (2006) Caracterizacioacuten
fisicoquiacutemica de los complejos de hidroxietil-β-ciclodextrina y β-ciclodextrina
de rifampicina Ars Pharm Vol 47 pp 37-59
49 Loacutepez-Gonzaacutelez H D (2005) Determinacioacuten de las constantes del
producto de solubilidad de ln (OH)3 y el efecto de los iones cloruro sobre la
hidroacutelisis de lantano praseodimio y lutecio en soluciones acuosas de fuerza
ioacutenica 2 molar pp 21
DEDICATORIA
VII
Dedicatoria
A Dios
Por todos los logros metas y proyectos sin importar lo obstaacuteculos grandes o pequentildeos que
has puesto a lo largo de mi camino en mi formacioacuten profesional y personal por todas la
bendiciones de las cuales has llenado mi vida Te doy las gracias por estar siempre
presente y darme las fuerzas en momentos difiacuteciles para seguir adelantehellip
A mis padres
Ma Veroacutenica Cruz Tapia y J Guadalupe Moreno Segundo con mucho amor por todo su
esfuerzo y apoyo que me han brindado incondicionalmente en todas mis victorias y
fracasos tristezas y alegriacuteas gracias por su lucha incansable diacutea con diacutea sin marcha
atraacutes Han sido mi ejemplo a seguir y por haber hecho de miacute lo mejor de una persona
gracias a su educacioacuten que han inculcado en miacute Por ser mi guiacutea y compantildeiacutea a lo largo de
mi camino ensentildeaacutendome a querer ser mejor y a superarme en mi vida profesional Es la
herencia maacutes importante y valiosa que me han dado por todo eso y mucho maacutes Los amohellip
A mis hermanos
Edwin Joseacute Manuel y Daniela por todos los momentos compartidos a su lado por todas
las risas que provocan grandes sentimientos y cada uno de sus consejos Por estar siempre
presentes en cada momento de mi vida brindaacutendome su apoyo carintildeo y amor de hermanos
Son una gran bendicioacuten en mi vidahellip
A ti Aidee
Por ser una persona tan importante en mi vida y brindarme todo tu amor por ensentildearme
tanto ayudaacutendome a crecer personal emocional y profesionalmente por todos tus alientos
y apoyo que me has brindado en momentos difiacuteciles y asiacute como todas las sonrisas y
laacutegrimas compartidas por tu presencia en mis logros obtenidos por todas y cada una de
las grandes maravillas que me has dado sin importar lo pequentildeas que sean y todo aquello
que significa mucho para miacute y que no se puede describir en palabras Muchas gracias por
todohellip
AGRADECIMIENTOS
VIII
Agradecimientos
Al Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares por la beca otorgada y el apoyo
recibido para la realizacioacuten de este proyecto durante mi estancia
Al Dr Hilario Dolores Loacutepez Gonzaacutelez del ININ y a la Dra Edelmira Fernaacutendez
Ramiacuterez del TESSFP por la asesoriacutea paciencia compresioacuten y apoyo para la realizacioacuten
de este trabajo Sinceramente les agradezco de todo corazoacuten fue un placer trabajar con
ustedes muchas gracias
A los miembros del comiteacute revisor IQ Moiseacutes Crescencio Gonzaacutelez y IQ Luciacutea Garciacutea
Guzmaacuten por las observaciones y aportes de gran importancia los cuales elevaron la
calidad del trabajo
Al Dr Jaime Jimeacutenez Becerril por el apoyo recibido para la irradiacioacuten de las muestras
de este trabajo y por el apoyo teacutecnico recibido
A los teacutecnicos Jorge Peacuterez del Prado y Carlos Salinas Molina de Microscopiacutea Electroacutenica
de Barrido del Departamento de Materiales y al servicio de Espectroscopia Raman del
Departamento de Fiacutesica por el apoyo teacutecnico recibido
A mis amigos Carmen (Cars) Hilda (Hildita) Rosa Isabel (Chabe) Daniel (Carrillo)
Eduardo (Lalo) y Miguel (Migue) por todo el apoyo que me han brindado asiacute como su
valiosa amistad durante todo este tiempo y los maravillosos momentos que juntos hemos
compartido
A mis amigos del ININ Dayra Evelin Joselyn Lupita Jessy Janette Gisela Sonia y
Cesar por su gran amistad durante este tiempo compartido y darme la dicha de haberlos
conocido asiacute como el apoyo teacutecnico que cada uno de ustedes me brindo y por todos sus
consejos gracias a todos
A todas las personas que han formado parte de mi vida personal y profesional y que no he
mencionado
GRACIAS A TODOShellip
RESUMEN
IX
RESUMEN
En la fisioacuten nuclear para la produccioacuten de electricidad se producen ciertos
productos de fisioacuten considerados desechos radiactivos entre los cuales se
encuentran los lantaacutenidos El confinamiento de estos desechos radiactivos en
medios como las minas de sal suelen presentarse globos de salmuera por
consecuencia producir corrosioacuten en los contenedores pudiendo entrar en contacto
con los desechos razoacuten por la cual es importante conocer las reacciones de
hidroacutelisis que pudieran formarse en presencia de alguacuten medio acuoso Ante este
panorama se llevoacute a cabo la inclusioacuten del praseodimio en la 2-hidroxipropyl-beta-
ciclodextrina (2HPβCD) con la finalidad de observar aumento de solubilidad y
estabilidad del praseodimio
La formacioacuten del complejo de inclusioacuten praseodimio en presencia de la 2-
hidroxipropyl-beta-ciclodextrina (Pr-2HPβCD) se efectuoacute en relacioacuten molar 11 a
0005 M Se observoacute el efecto de la radiacioacuten gamma del Co60 en el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD y de sus precursores PrCl3XH2O y 2HPβCD Se emplearon
varias fracciones de la muestra del complejo de inclusioacuten y de las muestras
irradiadas del Pr-2HPβCD PrCl3XH2O y 2HPβCD para su caracterizacioacuten
mediante diferentes teacutecnicas (UV-Vis Microscopia Electroacutenica de Barrido
Difraccioacuten de Rayos X Espectroscopia de Infrarrojo Espectroscopia Raman) Las
muestras no irradiadas presentaron la interaccioacuten del praseodimio y de la 2HPβCD
confirmando la formacioacuten del complejo de inclusioacuten mientras que las muestras
irradiadas presentaron ligeros cambios a dosis de 10000 Gy atribuidos a la
descomposicioacuten de las muestras por efecto de la radiacioacuten gamma
Ademaacutes se realizoacute el estudio del efecto de la concentracioacuten de la 2HPβCD en
presencia del praseodimio por UV-Vis donde se observoacute el aumento de la
solubilidad del praseodimio El estudio realizado del efecto de temperatura del
complejo Pr-2HPβCD permitioacute observar el aumento de solubilidad del complejo en
funcioacuten de la temperatura asiacute mismo para el efecto de tiempo Finalmente se
estudioacute el comportamiento quiacutemico del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en
soluciones acuosas en medio de 2 M de NaClO4 a 30 degC en atmosfera inerte
RESUMEN
X
mediante valoraciones espectrofotomeacutetricas y titulaciones potenciomeacutetricas
directas se obtuvo la zona no saturada que contempla las especies solubles
Mediante refinamiento computacional con el programa de coacutemputo SUPERQUAD
se trataron los datos de la zona no saturada
Los valores de las constantes de hidroacutelisis de las especies quiacutemicas del
praseodimio fueron-logβ1OH=-862plusmn0007-logβ22OH=-1710plusmn003-logβ33OH=-
2586plusmn001 y del complejo de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-509plusmn007 obtenidos por
partes mediante el programa de coacutemputo SUPERQUAD
ABSTRACT
XI
ABSTRACT
The nuclear fission for the production of electricity produces certain fission
products considered as radioactive waste among which are lanthanides The
confinement of these radioactive wastes in media such as salt mines usually
present brine balloons consequently produce corrosion in the containers and can
come into contact with the waste which is why it is important to know the
hydrolysis reactions that could be formed in the presence of some aqueous
medium In view of this scenario the inclusion of praseodymium in 2-
hydroxypropyl-beta-cyclodextrin (2HPβCD) was carried out in order to observe
increased solubility and stability of praseodymium
The formation of the praseodymium inclusion complex in the presence of 2-
hydroxypropyl-beta-cyclodextrin (Pr-2HPβCD) was performed in a 1 1 molar ratio
at 0005 M The effect of Co60 gamma radiation on the inclusion complex Pr-
2HPβCD and its precursors PrCl3 middot XH2O and 2HPβCD Several fractions of the
inclusion complex sample and irradiated samples of Pr-2HPβCD PrCl3 middot XH2O
and 2HPβCD were used for their characterization by different techniques (UV-Vis
Scanning Electron Microscopy X-ray Diffraction Infrared Spectroscopy Raman
Spectroscopy) The non-irradiated samples showed the interaction of
praseodymium and 2HPβCD confirming the formation of the inclusion complex
while the irradiated samples presented slight changes at doses of 5000 Gy and
10000 Gy attributed to the decomposition of the samples by the effect of gamma
radiation
In addition the effect of the concentration of 2HPβCD in the presence of
praseodymium by UV-Vis was studied where increased solubility of praseodymium
was observed The study of the effect of temperature of the complex Pr-2HPβCD
allowed to observe the increase of solubility of the complex as a function of the
temperature also for the effect of time Finally the chemical behavior of the
inclusion complex Pr-2HPβCD in aqueous solutions in 2 M medium of NaClO4 at
30 deg C under inert atmosphere was evaluated by means of spectrophotometric and
direct potentiometric titrations the non-saturated zone was obtained that
ABSTRACT
XII
contemplates the soluble species The data of the unsaturated zone were
processed by computational refinement with the SUPERQUAD computer program
The values of the hydrolysis constants of the praseodymium species were -logβ1OH
= -862 plusmn 0007 -logβ2 2OH = -1710 plusmn 003 -logβ3 3OH = -2586 plusmn 001 and the
inclusion complex was -logβPr2HPBCD = -509 plusmn 007 obtained by parts using the
computer program SUPERQUAD
IacuteNDICE
XIII
IacuteNDICE
DEDICATORIA VII
AGRADECIMIENTOS VIII
RESUMEN IX
ABSTRACT XI
IacuteNDICE XIII
IacuteNDICE DE FIGURAS XVII
IacuteNDICE DE TABLAS XIX
ABREVIATURAS XX
CAPIacuteTULO I INTRODUCCIOacuteN 21
1 Introduccioacuten 22
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO 23
2 Fundamento 24
21 Los lantanidos 24
22 Praseodimio 25
23 Ciclodextrinas (CDs) 25
24 β-ciclodextrina 27
25 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina 28
26 Hidroacutelisis 29
27 Fuerza ioacutenica 30
28 Teacutecnicas de caracterizacioacuten 32
281 Microscopiacutea electroacutenica de barrido (MEB) 32
282 Espectroscopia de absorcion ultravioleta-visible (UV-VIS) 33
283 Difraccioacuten de rayos X (DRX) 34
284 Espectroscopia de infrarrojo (IR) 34
IacuteNDICE
XIV
285 Espectroscopia Raman 35
29 Titulacioacuten espectrofotomeacutetrica 35
210 Meacutetodo potenciomeacutetrico 36
211 programa de coacutemputo SUPERQUAD 37
CAPIacuteTULO III HIPOacuteTESIS 39
3 Hipoacutetesis 40
CAPIacuteTULO IV OBJETIVOS 41
4 Objetivos 42
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA 43
5 Metodologiacutea 44
51 Preparacioacuten de la solucioacuten de la 2-hidroxipropyl- βeta-ciclodextrina 45
52 Preparacioacuten de solucioacuten de praseodimio 45
53 Preparacioacuten del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina 45
54 Determinacioacuten de las curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por UV-Vis 46
55 Estudio de la influencia de las relaciones molares de las soluciones del
complejo de inclusioacuten 47
56 Efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 47
57 Caracterizacioacuten del compuesto de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-βeta-
ciclodextrina 49
571 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB) 49
572 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX) 49
573 Anaacutelisis por espectroscopia de infrarrojo (IR) 49
574 Anaacutelisis por espectroscopia Raman 50
IacuteNDICE
XV
58 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina 50
581 Efecto de temperatura 50
582 Efecto del tiempo 51
59 Determinacioacuten de la curva de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4 52
510 Valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina 52
511 Valoraciones potenciomeacutetricas directas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina 53
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS 54
6 Resultados 55
61 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea ultravioleta-visible (UV-Vis) 55
62 Efecto de la concentracioacuten de la 2HPβCD en el praseodimio por
espectrofotometriacutea ultravioleta-visible (UV-Vis) 57
63 Efecto de la radiacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD por
espectrofotometriacutea ultravioleta-visible (UV-Vis) 58
62 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB) 59
63 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX) 60
64 Espectroscopia de infrarrojo (IR) 61
65 Espectroscopia Raman 63
66 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina 64
661 Efecto de temperatura 64
662 Efecto de tiempo 65
67 Recta de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4 66
68 Valoraciones espectrofotomeacutetricas 67
IacuteNDICE
XVI
69 Titulaciones potenciomeacutetricas 68
610 Refinamientos 69
CONCLUSIONES 71
RECOMENDACIONES 73
GLOSARIO 75
REFERENCIAS CITADAS 80
IacuteNDICE
XVII
IacuteNDICE DE FIGURAS
Figura 1 Estructura de α β y γ ciclodextrinas 25
Figura 2 2HPβCD 28
Figura 3 Ilustracioacuten de un diagrama general de pLn(c)-pCH 36
Figura 4 Ilustracioacuten de una valoracioacuten potenciomeacutetricas directa con su primera
derivada (∆pCH∆V) 37
Figura 5 Diagrama de flujo 44
Figura 6 Espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes concentraciones en
presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina 55
Figura 7 Rectas de calibracioacuten de las bandas de absorcioacuten del praseodimio en
presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina 56
Figura 8 Espectro de absorcioacuten UV-Vis del praseodimio a concentracioacuten
constante en presencia de la 2HPβCD a diferentes concentraciones 57
Figura 9 Espectro UV-Vis de las muestras irradiadas en solucioacuten del complejo Pr-
2HPβCD PrCl3 y 2HPβCD 58
Figura 10 Imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las muestras a)
2HPβCD b) 2HPβCD irradiada c) PrCl3XH2O d) PrCl3XH2O irradiada e) Pr-
2HPβCD y f) Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy 59
Figura 11 Difraccioacuten de rayos X de PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD 61
Figura 12 Espectros de infrarrojo de las muestra 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD 62
Figura 13 Espectros Raman de la muestra PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD 63
Figura 14 Efecto de temperatura en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD 64
Figura 15 Efecto de tiempo en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD 65
Figura 16 Recta de calibracioacuten del pCH como una funcioacuten del pH en el medio 2 M
de NaClO4 66
Figura 17 Espectros de absorcioacuten UV-Vis de la valoracioacuten espectrofotomeacutetrica del
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con NaOH 00025 M en el medio 2M de
NaClO4 67
IacuteNDICE
XVIII
Figura 18 Curva de valoracioacuten espectrofotomeacutetrica (absorbancia en funcioacuten del
pCH) y la primera derivada del praseodimio en presencia de la 2HPβCD a longitud
de onda de 210 nm 68
Figura 19 Curva de valoracioacuten potenciomeacutetrica directa de 25x10-4 M del
praseodimio en presencia de la 2HPβCD con 25x10-3 de NaOH en 2 M de NaClO4
a 30 degC en atmosfera libre de CO2 y primera derivada de la curva 69
IacuteNDICE
XIX
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Propiedades fisicoquiacutemicas de los diferentes tipos de ciclodextrinas
naturales 26
Tabla 2 Reacciones de hidroacutelisis del praseodimio y constantes de equilibrio 29
Tabla 3 Datos de la literatura sobre la primera constante de hidroacutelisis (log β1) del
praseodimio 31
Tabla 4 Diferentes concentraciones de praseodimio con 2HPβCD constante para
determinar las curvas de calibracioacuten 46
Tabla 5 Relaciones molares 2HPβCD Pr 47
Tabla 6 Dosis de irradiacioacuten de Co60 aplicadas a las muestras en solucioacuten y
soacutelidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 2HPβCD y PrCl3 XH2O en la
instalacioacuten VICKRAD y GAMMACELL del irradiador LGI-01 TRANSELEKTRO del
ININ 48
Tabla 7 Cantidad de complejo solubilizado a diferentes temperaturas en 2 ml de
agua destilada 51
Tabla 8 Cantidades de complejo Pr-2HPβCD y agua destilada en cada tubo de
ensaye 51
Tabla 9 Ecuaciones de calibracioacuten del praseodimio en presencia de la 2-
hidroxipropil-β-ciclodextrina obtenidos por UV-Vis 56
Tabla 10 Anaacutelisis EDS de las muestras de PrCl3 2-HPβCD y Pr-2HPβCD 60
Tabla 11 Grupos funcionales del PrCl3XH2O 2HPβCD y del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD 62
Tabla 12 Mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de 2 M de
NaClO4 66
Tabla 13 Constantes de hidroacutelisis del Pr y el pCH de precipitacioacuten en el complejo
de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 M de NaClO4 obtenidos mediante meacutetodo
potenciomeacutetrico y el programa SUPERQUAD a 30 degC 70
ABREVIATURAS
XX
ABREVIATURAS
Pr praseodimio
2HPβCD 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
CDs Ciclodextrinas
CD Ciclodextrina
Ln Lantaacutenidos
Pr-2HPβCD praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Pr-2βCD praseodimio-2-βeta-ciclodextrina
CGT ciclomaltodextrin-glucano-transferasa
TP Titulacioacuten potenciomeacutetrica
ES Titulacioacuten espectrofotomeacutetrica
RE Relacioacuten empiacuterica
ED Extraccioacuten con disolvente
MEB Microscopiacutea electroacutenica de barrido
EDS Espectroacutemetro de dispersioacuten de energiacutea de rayos X
UV-VIS Ultravioleta-Visible
DRX Difraccioacuten de rayos X
IR Infrarrojo
EDTA Acido tetracetico etilen diamina
Co60 Cobalto-60
JCPDS Joint Committee On Powder Diffraction Standards
M Molaridad
21
______________________________
CAPIacuteTULO I
INTRODUCCIOacuteN
______________________________
CAPIacuteTULO I INTRODUCCIOacuteN
22
1 INTRODUCCIOacuteN
El praseodimio pertenece al grupo de los lantaacutenidos que muestran propiedades
quiacutemicas muy similares entre ellos derivadas de su configuracioacuten electroacutenica
caracterizados por la presencia de orbitales 4f parcialmente llenos Incluso se
consideran parecidos al grupo de los elementos actiacutenidos El praseodimio es un
elemento metaacutelico con siacutembolo Pr nuacutemero atoacutemico 59 y peso atoacutemico 140907
gmol El isoacutetopo estable 141Pr constituye el 100 del elemento en la naturaleza
Este lemento puede ser encontrado en ceramicos para dar el color amarillo En
mezcla con otros lantanidos se usan como proyectores de luz Su uso sigue
aumentando debido al hecho de que es uacutetil para producir magnetos de alto poder
entre otros Sobre todo se esta empleando en la mitigacioacuten de cancer Es
peligroso en el ambiente cuando se tiran estos dispositivos despues de cumplir su
funcioacuten por lo que se acumularaacute gradualmente en los suelos y en el agua De ahiacute
la importancia de estudiar las reacciones de hidrolisis
La utilizacioacuten de la 2 hidroxipropil-β-ciclodextrina (2HPβCD) en este trabajo de
investigacioacuten es fundamental debido a que es un agente de formacioacuten de
complejos de inclusioacuten para aumentar la solubilidad acuosa debido a que las
ciclodextrinas (CDs) se comportan como nano contenedores capaces de
encapsular moleacuteculas hidroacutefobas de tamantildeo apropiado y solubilizarlas en agua
propiedad que se aprovecha para determinar las constantes de hidroacutelisis del
praseodimio
Por lo cual el objetivo principal de este trabajo de investigacioacuten y en ausencia de
datos fundamentales de la interaccioacuten Ln3+-CDs sustituidas fue preparar el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Ademaacutes determinar el pCH de precipitacioacuten la
zona no saturada y saturada del Pr-2HPβCD que permiten determinar la constante
de hidroacutelisis del complejo de inclusioacuten praseodimio-2hidroxipropil-β-ciclodextrina
(Pr-2HPβCD) en medio 2 M de NaClO4 a 303 K por titulacioacuten espectrofotomeacutetrica
y potenciomeacutetrica
23
______________________________
CAPIacuteTULO II
FUNDAMENTO
______________________________
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
24
2 FUNDAMENTO
21 LOS LANTANIDOS
Los lantaacutenidos (tierras raras) forman un grupo de 17 elementos quiacutemicos que
muestran propiedades singulares derivadas de su configuracioacuten electroacutenica Estaacuten
caracterizados por la presencia de orbitales 4f parcialmente llenos [1] Los
nuacutemeros atoacutemicos de estos elementos van de 41 hasta 71 (Ce-Lu)
La configuracioacuten electroacutenica de los iones Ln3+ es 4fn5s25p6 (n= 0-14) Los orbitales
4f son orbitales internos con respecto a los 5s y 5p por lo cual estaacuten maacutes
cercanos al nuacutecleo Los orbitales 5s y 5p protegen a los electrones 4f de
interacciones externas determinando las propiedades de los iones Ln3+ [1] o
conducta quiacutemica debido a la pequentildea diferencia de energiacutea que distingue a los
electrones 4f de los electrones 5d [23]
Las tierras raras como grupo constituyen el 0008 en peso de la corteza
terrestre Los minerales que contienen lantaacutenidos son la monacita la bastnasita
la xenotima la gadolinita la alanita y la euxenita los cuales ocurren en las
regiones de rocas iacutegneas [4]
Los elementos de las tierras raras en soluciones acuosas son acuocationes que
tienen asociado un cierto nuacutemero de moleacuteculas de agua en la esfera de
coordinacioacuten primaria [1] Las aplicaciones de los lantaacutenidos se iniciaron
praacutecticamente a mediados del siglo XIX por ejemplo en los encendedores
despueacutes empezaron a utilizarse en los vidrios oacutepticos como reactivos de
desplazamiento en resonancia magneacutetica nuclear en quiacutemica orgaacutenica en
bioquiacutemica en cataacutelisis en componentes oacutepticos y electroacutenicos en los
superconductores de alta temperatura y en medicina como materiales
intensificadores de rayos X como agentes de relajamiento para teacutecnicas de
imagen en resonancia magneacutetica nuclear y desde luego como radioisoacutetopos para
aplicaciones farmaceacuteuticas Su utilidad en medicina y en la industria aumentoacute al
aplicarse las propiedades luminiscentes de sus complejos en el
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
25
fluoroinmunoensayo la fluorescencia retardada los electrodos sensoriales
luminiscentes etc [5]
22 PRASEODIMIO
El praseodimio metaacutelico (siacutembolo Pr No Atoacutemico 59) es amarillento y forma una
capa de oacutexido cuando se expone al aire huacutemedo Es un isotopo estable con masa
de 140907 y abunda en la naturaleza en un 100 [6] fue descubierto por el
austriaco Auer Von Welsbach en 1885 [7] Este elemento tiene dos estados de
oxidacioacuten +3 y +4 El Pr3+ con configuracioacuten electroacutenica [54Xe]4f2 Presenta
propiedades fisicoquiacutemicas que pueden magnificarse al formar complejos con
ligantes orgaacutenicos El ion metaacutelico luminece en el visible y en el infrarrojo cercano
[68 y 9]
23 CICLODEXTRINAS (CDs)
La celulosa y el almidoacuten son dos poliacutemeros de glucosa principales que se
producen a partir de la fotosiacutentesis considerados como importantes fuentes de
energiacutea renovables de la tierra al hidrolizarse el almidoacuten por efecto de la enzima
ciclomaltodextrin-glucano-transferasa (CGT) da origen a las dextrinas ciacuteclicas Por
lo tanto las ciclodextrinas son oligoacutemeros ciacuteclicos [1011] se obtienen durante la
degradacioacuten enzimaacutetica del almidoacuten y consisten en una serie de oligosacaacuteridos
ciacuteclicos formados por 6 (α) 7 (β) y 8 (γ) unidades de α-D-glucosa (Figura 1)
[1213] poseen estructura semejante entre ellas pero sus propiedades son
diferentes (Tabla 1)
Figura 1 Estructura de α β y γ ciclodextrinas
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
26
Tabla 1 Propiedades fisicoquiacutemicas de los diferentes tipos de ciclodextrinas naturales [11]
α-CD β-CD γ-CD
Uniones de glucosa 6 7 8 Diaacutemetro interno (nm) 047-053 060-065 075-083 Profundidad de la cavidad (nm)
079 079 079
pK valor 123 122 121 Solubilidad en agua 125 185 232 PM (DA) 972 1135 1297 Volumen de cavidad (aprox)
174 262 427
Agua cristalina ( ww) 102 133-45 813-177 Interaccioacuten hidrofoacutebica CD-cavidad CD-cavidad CD-cavidad Puente de hidrogeno Glucosa-OH Glucosa-OH Glucosa-OH ∆Hdeg (solucioacuten) kcalmol 767 831 773 ∆Sdeg (solucioacuten) cal(mol K) 138 117 147
(mg mml-1 25deg C) (106 pm3)
Las ciclodextrinas como materiales polihidroxilados han sido objeto de una amplia
variedad de reacciones La reaccioacuten maacutes estudiada es el ataque electrofiacutelico al
grupo OH de su estructura [14] La cavidad interior de las ciclodextrinas es
hidrofobica por lo que estos compuestos son capaces de albergar moleacuteculas
hidroacutefobas maacutes pequentildeas para formar complejos ldquoanfitrioacuten-hueacutespedldquo en los que la
moleacutecula hueacutesped queda encapsulada por la ciclodextrina [1315] De acuerdo a
estas caracteriacutesticas son capaces de formar complejos de inclusioacuten por medio de
enlaces no covalentes los cuales estabilizan a una gran variedad de moleacuteculas
[16] Las ciclodextrinas pueden formar compuestos cristalinos a partir de
moleacuteculas orgaacutenicas hueacutesped en estado soacutelido liacutequido e incluso gaseoso En
consecuencia las moleacuteculas insolubles en agua pueden llegar a ser
completamente solubles mediante un tratamiento con disoluciones acuosas de
ciclodextrina sin que se produzca modificacioacuten quiacutemica alguna en la moleacutecula
hueacutesped ya que no se origina ninguacuten enlace covalente durante la interaccioacuten
entre la ciclodextrina y la moleacutecula insoluble en agua [1315]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
27
La importancia que las ciclodextrinas estaacuten cobrando en la actualidad se observa
en el raacutepido desarrollo de su mercado sobre todo en el constante nuacutemero de
trabajos de investigacioacuten patentes y conferencias que estaacuten teniendo lugar en
estos uacuteltimos antildeos [17] el mayor porcentaje de ciclodextrinas usadas
comercialmente corresponde a la alimentacioacuten [18] y a la cosmeacutetica y aseo
personal [19] Las ciclodextrinas se utilizan para enmascarar olores y sabores
desagradables disminuyen la incompatibilidad faacutermaco-excipiente mejoran la
estabilidad fiacutesica y quiacutemica de compuestos volaacutetiles y de principios activos que
sean hidrolizables oxidables o fotosensibles para convertir faacutermacos liacutequidos en
soacutelidos para su formulacioacuten en tabletas y una muy importante para incrementar la
solubilidad en agua y la velocidad de disolucioacuten de faacutermacos poco solubles
Factores que aumentaraacuten la biodisponibilidad existiendo la posibilidad de reducir
la dosis asiacute como mejorar la absorcioacuten percutaacutenea y rectal al reducirse el caraacutecter
hidrofoacutebico del faacutermaco [20]
Se puede mejorar la solubilidad de determinados compuestos como el retinol
empleado en formulaciones anti-envejecimiento al tiempo que los complejos con
ciclodextrina son maacutes estables a la reaccioacuten de oxidacioacuten y a la accioacuten de la
radiacioacuten ultravioleta Sin embargo es indudable que el mayor esfuerzo en
investigacioacuten estaacute relacionado con su potencial aplicacioacuten farmaceacuteutica [2122]
24 β-CICLODEXTRINA
La beta ciclodextrina es la maacutes empleada por sus caracteriacutesticas y propiedades de
estructura que presenta Las ciclodextrinas se forman mediante unidades de
glucopiranosa las cuales contienen 3 grupos de hidroxilos libres cada una la β-
ciclodextrina (Figura 1) posee 21 hidroxilos los cuales pueden ser modificados por
sustitucioacuten de los aacutetomos H u OH por diferentes grupos tales como hidroxialkil
amino alquil etc A partir de las CDs naturales se han sintetizado otros tipos de
CDs llamadas derivadas o modificadas El objetivo de obtener los derivados de las
CDs puede ser el aumento de solubilidad y estabilidad en el agua o mejorar la
encapsulacioacuten de la moleacutecula hueacutesped en su cavidad hidrofobica de la CD
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
28
25 2-HIDROXIPROPIL-β-CICLODEXTRINA
Entre los derivados de la β-ciclodextrina se encuentran las heterogeacuteneas amorfas
y altamente solubles como son la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Figura 2) y la
metil- β-ciclodextrina
La hidroxilpropil beta ciclodextrina (2HPβCD) que es una ciclodextrina sustituida
se obtiene de una solucioacuten base de la beta ciclo dextrina solubilizada con oacutexido de
propileno resultando un sistema isomerico cuya sustitucioacuten puede darse en las
posiciones 1 2 o 3 con solubilidad mayor a 500 mgmL en agua y a temperatura
ambiente La alquilacioacuten o hidroxialquilacioacuten de las ciclodextrinas afectan las
propiedades fisicoquiacutemicas de los derivados incluyendo la habilidad para formar
complejos farmaceacuteuticos y no es toacutexica despueacutes de una administracioacuten oral en
dosis menores a 500 mgkg por viacutea intravenosa [24 25]
Figura 2 2HPβCD
La complejacioacuten del praseodimio con la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina se obtiene el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con el fin de observar la influencia de la
solubilidad y estabilidad del praseodimio
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
29
26 HIDROacuteLISIS
La hidroacutelisis es decir la reaccioacuten de una especie tal como un ion metaacutelico con
los iones del agua asiacute como las reacciones redox y la formacioacuten de complejos con
los iones carbonato son algunas de las reacciones criacuteticas que controlan el
comportamiento de los lantaacutenidos en soluciones acuosas [12] en donde las
moleacuteculas de la sustancia son divididas en el agua
Las reacciones de hidroacutelisis dependen fuertemente del medio en que se efectuacutean
como son la fuerza ioacutenica el pH del medio la concentracioacuten del elemento y la
temperatura son paraacutemetros que rigen esas reacciones
Las reacciones de hidroacutelisis del praseodimio se muestran a continuacioacuten asiacute como
su constante de equilibrio de acuerdo a la ley de accioacuten de masas (Tabla 2)
Tabla 2 Reacciones de hidroacutelisis del praseodimio y constantes de equilibrio
Equilibrio Quiacutemico Constante de equilibrio
1 1198751199033+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)2+ + 119867+ 1198701119867 =
[119875119903(119874119867)2+][119867+]
[1198751199033+]
2 119875119903 (119874119867)2+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)2+ + 119867+
11987012119867 =[119875119903(119874119867)2
+][119867+]
[119875119903 (119874119867)2+]
3 119875119903 (119874119867)2+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)3
0 + 119867+ 11987013119867 =
[119875119903(119874119867)3+][119867+]
[119875119903(119874119867)2+]
4 119875119903 (119874119867)119899minus1+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)119899
0 + 119867+ 1198701119899119867 =
[119875119903(119874119867)119899+][119867+]
[119875119903(119874119867)119899minus1+ ]
5 1198751199033+ + 2119867119875120573119862119863 + 1198672119874 1198751199032119867119875120573119862119863(119874119867)2+ + 119867+ 11987011199011199032119867119875119861119862119863 =[119875119903 minus 2119867119875120573119862119863]
[1198751199033+]
De acuerdo con la ley de accioacuten de masas se pueden definir las constantes de
equilibrio (K) como K1H K12H K13H K1nH y K1Pr2HBCD Y con base en ellas se
pueden definir las constantes globales o acumulativas de hidroacutelisis
β1OH = K1H β12OH = [K1H][K12H] β13OH = [K1H][K12H][K13H]helliphelliphellip
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
30
Se entiende como constantes de Broumlnsted a las ecuaciones de la ley de accioacuten de
masas en las cuales el teacutermino de H+ aparece como actividad y las demaacutes especies
aparecen en teacuterminos de concentracioacuten
Las reacciones de hidroacutelisis se afectan cuando cambian las condiciones en las que
se llevan a cabo Una de esas condiciones a la que se le ha puesto atencioacuten
aunque hasta ahora no la suficiente es la fuerza ioacutenica Por lo general los trabajos
dedicados a la determinacioacuten de las constantes de hidroacutelisis se han efectuado en
medios de fuerza ioacutenica baja consideradas como soluciones ideales
Sin embargo para los medios tales como el agua de mar y otros de fuerza ioacutenica
maacutes elevada por ejemplo las minas de sal para almacenamiento de desechos
radiactivos se encuentran pocos datos en la literatura [25]
27 FUERZA IOacuteNICA
El comportamiento de los iones en una disolucioacuten depende de la composicioacuten
ioacutenica total de la misma la cual se expresa por su fuerza ioacutenica [26]
119868 =1
2sum 119862119894119885119894
2 Ec 1)
Donde
I = fuerza ioacutenica Ci = concentracioacuten molar de los iones existentes y Z
i = carga
ioacutenica de los iones existentes
La caracteriacutestica fundamental de las sales que se adicionan a un medio para
imponer la fuerza ioacutenica es que sean inertes pues no deben tomar parte en el
equilibrio quiacutemico [27] El aacutecido percloacuterico es el aacutecido maacutes fuerte en solucioacuten
acuosa por lo tanto el ion perclorato es una base deacutebil maacutes que los iones cloruro
y muestra muy poca tendencia a unirse a iones hidroacutegeno Lo mismo puede
decirse acerca de su tendencia a reaccionar con iones metaacutelicos que pueden
considerarse como aacutecidos de Lewis En la mayoriacutea de los percloratos metaacutelicos en
solucioacuten el ion metaacutelico se encuentra en forma hidratada siempre y cuando la
solucioacuten sea suficientemente aacutecida para que no se produzca la formacioacuten de
hidroxo complejos [28]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
31
La fuerza ioacutenica juega un papel de gran importancia en el pH Feldman en 1956
observoacute que el pH de una solucioacuten buffer 005 M de ftalato aacutecido de potasio
cambioacute desde 400 en fuerza ioacutenica cero hasta 357 en fuerza ioacutenica 2 M de KCl
Feldman explicoacute que el pH disminuye debido a que el coeficiente de actividad
cambia y por lo tanto hay mayor disociacioacuten de ftalato aacutecido de potasio [29] En la
literatura se han reportado diversos estudios de las constantes de estabilidad del
praseodimio en fuerza ioacutenica 2M (Tabla 3) donde se han empleado diferentes
condiciones de temperatura fuerza ioacutenica y diferentes meacutetodos donde se han
obtenido valores diferentes de la constante de estabilidad del praseodimio
Tabla 3 Datos de la literatura sobre la primera constante de hidroacutelisis (log β1) del praseodimio
Medio Meacutetodo Molaridad Log +β1 T K Referencia
NaCl ESTP 2 -874plusmn006 303 De la Cruz et al 2013
NaCl ES 2 -894plusmn002 303 Loacutepez et al 2010 NaCl SQUAD 2 -894plusmn003 303 Gonzales et al
2009 NaCl SQUAD 2 -891plusmn019 303 Gonzales et al
2009 NaCl ES 2 -877plusmn003 303 Gonzales et al
2009 NaClO4 TP 2 -838plusmn002 303 Loacutepez et al2005
NaCl TP 2 -876plusmn002 303 Loacutepez et al2005 NaCl TP 1 -858plusmn002 303 Ramirez et al
2004 NaClO4HClO4 ESTP 07 -862plusmn006 298 Klungness y
byrne2002 LiClO4 TP 3 -874plusmn003 303 Ciavata et al
1989 NaClO4 TP 3 -956plusmn003 298 Burkov et al
1982 NR RE 0 -81 298 Baes y Mesmer
1976 LiClO4 ED 02 -71plusmn007 298 Guillaumont et
al 1971 NaClO4 Ba(OH)2
TP 03002 -945 298 Frlova et al 1966
NaClO4 LiClO4
TP 3 -85 298 Tobias y Garrett1956
TP Titulacioacuten potenciomeacutetrica ES Espectrofotomeacutetrica RE Relacioacuten empiacuterica ED Extraccioacuten con
disolvente T K Temperatura
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
32
Sin embargo solo se ha podido determinar el valor de la primera constante de
estabilidad en este estudio se pretende conocer el valor de varias especies
aprovechando el aumento de solubilidad que ofrecen las ciclodextrinas
28 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACIOacuteN
281 MICROSCOPIacuteA ELECTROacuteNICA DE BARRIDO (MEB)
La superficie de un soacutelido puesto en contacto con un liacutequido o con un gas difiere
sustancialmente en su interior tanto en su composicioacuten quiacutemica como en sus
propiedades fiacutesicas a la de la inicial La caracterizacioacuten de estas propiedades de
superficie es de vital importancia en numerosos campos que incluyen la cataacutelisis
heterogeacutenea la tecnologiacutea de partiacuteculas delgadas semiconductoras los
mecanismos de corrosioacuten y adhesioacuten la actividad de las superficies metaacutelicas las
caracteriacutesticas de la dureza y los estudios sobre el comportamiento y las funciones
de las membranas bioloacutegicas [30]
En muchos campos de la quiacutemica de las ciencias de los materiales de la geologiacutea
y de la biologiacutea es cada vez de maacutes importancia el conocimiento detallado de la
naturaleza fiacutesica de las superficies de los soacutelidos Normalmente la informacioacuten se
obtiene sobre las superficies con una resolucioacuten considerablemente elevada
mediante tres teacutecnicas la microscopia electroacutenica de barrido (MEB) microscopia
de barrido de efecto tuacutenel y microscopia de fuerzas atoacutemicas [31] El microscopio
electroacutenico de barrido (MEB) es un instrumento para obtener fotografiacuteas
tridimensionales debido a que tiene una alta resolucioacuten y una gran profundidad de
campo En las fotografiacuteas se puede apreciar la estructura de muestras
microscoacutepicas detallando de manera extraordinaria sus caracteriacutesticas
morfoloacutegicas y topograacuteficas [32] de distintos materiales
Un instrumento que se ha desarrollado para el anaacutelisis de muestras a traveacutes del
microscopio electroacutenico de barrido es el analizador EDS (espectroacutemetro de
dispersioacuten de energiacutea) de rayos X el cual identifica la distribucioacuten cuantitativa y
cualitativa de elementos quiacutemicos que se encuentran presentes en la muestra
mostrando graacuteficas e imaacutegenes relacionadas con esa distribucioacuten Es pertinente
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
33
sentildealar que el analizador EDS de rayos X identifica y evaluacutea el contenido de
elementos quiacutemicos desde el carbono al uranio en superficies planas o secciones
finas de las muestras en todo tipo de material (bioloacutegico e inerte) [33]
282 ESPECTROSCOPIA DE ABSORCION ULTRAVIOLETA-VISIBLE (UV-
VIS)
Una de las teacutecnicas instrumentales maacutes utilizadas en la deteccioacuten de complejos de
inclusioacuten con CDs es la espectroscopia de absorcioacuten UV-VIS Es una teacutecnica
versaacutetil de amplia aplicacioacuten de manejo sencillo y preciso Debido a que la
mayoriacutea de las moleacuteculas orgaacutenicas absorben en la regioacuten UV o visible del
espectro donde experimentan variaciones en las posiciones de los maacuteximos de
absorcioacuten (cualitativas) o en el valor del coeficiente de absorcioacuten molar
(cuantitativas) tras la formacioacuten del complejo con CDs Como existen numerosas
moleacuteculas orgaacutenicas deacutebilmente solubles en agua son difiacuteciles de analizar por
esta teacutecnica espectrofotomeacutetrica Sin embargo la inclusioacuten conlleva a la
solubilizacioacuten permitiendo obtener el espectro de absorcioacuten en solucioacuten acuosa
que podriacutea producir variaciones en su espectro en solventes de baja polaridad
comparables con respecto a otros solventes maacutes polares [34]
La espectroscopia UV-Vis (en el rango de longitudes de onda del ultravioleta y
visible) se basa en el anaacutelisis de la cantidad de radiacioacuten electromagneacutetica que
puede absorber o transmitir una muestra [35] Cuando la radiacioacuten
electromagneacutetica interacciona con la materia se produce absorcioacuten de radiacioacuten
Si la frecuencia de esta radiacioacuten corresponde a la energiacutea necesaria para elevar
el sistema a un nivel de energiacutea superior se produce el estado excitado [36] De
acuerdo con este fenoacutemeno cada sustancia poseeraacute una longitud de onda de
maacutexima absorcioacuten que la caracteriza cualitativamente [35] Esta
espectrofotometriacutea utiliza radiaciones del campo UV de 80 a 400 nm
principalmente de 200 a 400 nm (UV cercano) y de luz visible de 400 a 800 nm
por lo que es de gran utilidad para caracterizar las soluciones en la regioacuten
ultravioleta-visible del espectro [37]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
34
283 DIFRACCIOacuteN DE RAYOS X (DRX)
Es una de las teacutecnicas de caracterizacioacuten maacutes potentes y maacutes comuacutenmente
utilizadas para el anaacutelisis estructural de cristales Sus caracteriacutesticas principales
son consecuencia de ser una ldquosondardquo electromagneacutetica de la materia con una
longitud de onda de magnitud muy parecida al espaciado interplanar de los soacutelidos
[38] Constituye la metodologiacutea maacutes apropiada para realizar el anaacutelisis de la
estructura cristalina del complejo [39] No obstante los diagramas de difraccioacuten
son una prueba concluyente para demostrar la inclusioacuten ya que el difractograma
del complejo es diferente al que se obtiene tras superponer los difractogramas de
la moleacutecula encapsulada y el de las CDs aisladas [40]
La interaccioacuten entre el vector eleacutectrico de la radiacioacuten X y los electrones de la
materia que atraviesa da lugar a una dispersioacuten Cuando los rayos X son
dispersados por el entorno ordenado de un cristal tienen lugar interferencias
(constructivas y destructivas) entre los rayos dispersados ya que las distancias
entre los centros de dispersioacuten son del mismo orden de magnitud que la longitud
de onda de la radiacioacuten El resultado es la difraccioacuten [41] Cuando las CDs
naturales o el hueacutesped cristalino son sometidas a la difractometriacutea de rayos X
eacutestos presentan un patroacuten de difraccioacuten de alta intensidad debido a su
cristalinidad Por el contrario si el complejo de inclusioacuten se forma va a mostrar un
patroacuten de tipo halo [42] con picos difusos y anchos caracteriacutesticos de un
compuesto amorfo Esta teacutecnica es sumamente uacutetil para verificar la formacioacuten de
complejos de inclusioacuten en el caso de hueacutespedes liacutequidos En efecto ya que estos
no presentan ninguacuten patroacuten de difraccioacuten si son incluidos se va a obtener un
difractograma con un patroacuten bien definido [43]
284 ESPECTROSCOPIA DE INFRARROJO (IR)
La aplicacioacuten del meacutetodo de infrarrojo se limita a aquellos hueacutespedes que tienen
ciertas bandas de absorcioacuten caracteriacutesticas como los grupos carbonilo hidroxilo o
C-H u otros que permitan evaluar si existen diferencias entre los espectros del
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
35
hueacutesped libre y encapsulado [42] Cuando se produce la encapsulacioacuten del
compuesto hueacutesped se produce un corrimiento o disminucioacuten de la intensidad de
ciertas bandas caracteriacutesticas del espectro correspondiente al hueacutesped Sin
embargo dichos cambios son muy sutiles debido a que el hueacutesped representa un
5-10 del peso total del complejo por lo cual requiere una interpretacioacuten
cuidadosa del espectro [44]
285 ESPECTROSCOPIA RAMAN
La espectroscopia Raman mide la intensidad de la radiacioacuten como una funcioacuten de
la frecuencia (o del nuacutemero de onda) [45] Esta teacutecnica es complementaria del IR y
la informacioacuten que aporta es semejante Las bandas se desplazan y se modifican
como consecuencia del proceso de inclusioacuten [46] Los espectros Raman se
obtienen al irradiar una muestra con una potente fuente laser de radiacioacuten
monocromaacutetica visible o infrarroja Durante la radiacioacuten se registra el espectro de
la radiacioacuten dispersada en un cierto aacutengulo (por lo general 90 deg) con un
espectroacutemetro adecuado [47] Las bandas se desplazan y se modifican como
consecuencia del proceso de inclusioacuten Probablemente la espectroscopia Raman
resulta de mayor utilidad en el caso de complejos en medios liacutequidos donde la
presencia de soluciones acuosas no supone un obstaacuteculo como ocurre en el caso
de la espectroscopia IR [48]
29 TITULACIOacuteN ESPECTROFOTOMEacuteTRICA
El meacutetodo espectrofotomeacutetrico es un meacutetodo analiacutetico el cual por medio de un
espectrofotoacutemetro permite comparar la radiacioacuten electromagneacutetica de una
sustancia en funcioacuten de su concentracioacuten desconocida y una concentracioacuten
conocida de la misma sustancia y evaluar el momento de reaccioacuten de un aacutecido y
una base mediante la absorcioacuten de radiacioacuten electromagneacutetica de la sustancia a
cierta longitud de onda fija permite determinar el punto final de la titulacioacuten La
medicioacuten de absorbancia se realiza en cada adicioacuten del titulante asiacute se
construyen graficas de absorbancia en funcioacuten del pCH de cada aliacutecuota de adicioacuten
del titulante (Figura 3) donde se observara la zona saturada y no saturada Estas
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
36
dos zonas nos permitiraacuten determinar el punto de inicio de precipitacioacuten del
lantaacutenido
Figura 3 Ilustracioacuten de un diagrama general de pLn(c)-pCH
El punto de precipitacioacuten (pCH) se utiliza para delimitar el intervalo de la zona no
saturada Este intervalo se utiliza en un programa de coacutemputo como
SUPERQUAD que se emplea para determinar constantes de equilibrio
210 MEacuteTODO POTENCIOMEacuteTRICO
Es el meacutetodo maacutes estudiado para determinar constantes de hidroacutelisis por su
sencillez y exactitud el meacutetodo se basa en la titulacioacuten de una solucioacuten de
concentracioacuten conocida de base (o aacutecido) con un aacutecido fuerte (o base fuerte) la
reaccioacuten se puede seguir por ejemplo con electrodos de vidrio y calomel
conectados a un potencioacutemetro [49] de los datos obtenidos de la titulacioacuten se
construye una graacutefica de titulacioacuten de pH en funcioacuten del volumen adicionado del
titulante (Figura 4)
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
37
Figura 4 Ilustracioacuten de una valoracioacuten potenciomeacutetricas directa con su primera derivada (∆pCH∆V)
El teacutermino pH se aplica habitualmente al logaritmo inverso de la concentracioacuten del
ion hidronio sin embargo cuando la fuerza ioacutenica es alta y el electrodo del
indicador es sensible al pH es importante diferenciar entre el logaritmo inverso de
la concentracioacuten de los iones hidronio (pCH) y el valor del pH experimental La
concentracioacuten de los iones hidronio (o de OH-) en el equilibrio y la composicioacuten de
una solucioacuten dada permiten calcular la razoacuten molar de los iones OH- unidos al ion
metaacutelico en solucioacuten un grupo de valores de [H+] y la concentracioacuten inicial del
metal son los datos necesarios para determinar las constantes de hidroacutelisis [49]
Se alimentan los datos de la zona no saturada y volumen del titulante adicionado a
la valoracioacuten potenciomeacutetrica al programa de coacutemputo SUPERQUAD y asiacute poder
determinar las constantes de hidroacutelisis del Pr
211 PROGRAMA DE COacuteMPUTO SUPERQUAD
El programa de coacutemputo SUPERQUAD fue creado por Gans Sabatini y Vacca
escrito en lenguaje fortran calcula las constantes de equilibrio en sistemas
multicomponentes y multireaccionantes Esas constantes se calculan con la base
de un modelo quiacutemico el cual debe incluir la estequiometria y los valores
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
38
estimados de las constantes globales de formacioacuten de cada una de las especies
presentes durante la valoracioacuten Se aplica reiteradamente el meacutetodo de miacutenimos
cuadrados a las diferencias que se generan en los potenciales experimentales de
las celdas menos los calculados por el propio programa Para alcanzar el miacutenimo
de estas diferencias se aplica el algoritmo de Marquadt Por uacuteltimo en el archivo
de salida del programa SUPERQUAD se obtienen los valores calculados y un
anaacutelisis estadiacutestico de los datos [25]
39
______________________________
CAPIacuteTULO III
HIPOacuteTESIS
______________________________
CAPIacuteTULO III HIPOacuteTESIS
40
3 HIPOacuteTESIS
La 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina aumentaraacute la solubilidad del praseodimio de
esta manera permitiraacute determinar varias especies quiacutemicas de hidroacutelisis de este
elemento en medio 2 M de NaClO4 a 30 degC
41
______________________________
CAPIacuteTULO IV
OBJETIVOS
______________________________
CAPIacuteTULO IV OBJETIVOS
42
4 OBJETIVOS
Objetivo general
Estudiar el comportamiento quiacutemico en solucioacuten acuosa del compuesto de
inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por medio de la
determinacioacuten de las constantes de hidroacutelisis en 2 M de NaClO4 a 30 degC
Objetivos especiacuteficos
Obtener el compuesto de inclusioacuten del praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina
Determinar las constantes de la hidroacutelisis de las especies quiacutemicas de
praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en 2 M de
NaClO4 y a 30 degC por el meacutetodo espectrofotomeacutetrico y el meacutetodo
potenciomeacutetrico
Determinar la constante de hidroacutelisis del compuesto de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en 2 M de NaClO4 y a 30 degC
por el meacutetodo espectrofotomeacutetrico y el meacutetodo potenciomeacutetrico
43
______________________________
CAPIacuteTULO V
METODOLOGIacuteA
______________________________
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
44
5 METODOLOGIacuteA
El diagrama de flujo (Figura 5) muestra el resumen de las actividades del
desarrollo experimental que se siguioacute en el estudio del praseodimio en presencia
de la 2HPβCD
Figura 5 Diagrama de flujo
INICIO
Preparacioacuten de las soluciones de 2M de NaClO4 PrCl3xH2O 2HPβCD y
Pr-2HPβCD
Preparacioacuten de precipitados PrCl3H2O 2HPβCD y Pr-
2HPβCD
Irradiacioacuten Gamma
Caracterizacioacuten de reactivos y el complejo de
inclusioacuten
UV-Vis
MEB y EDS
DRX
EspectroscopiaIR
Espectroscopia Raman
Efecto de concentracioacuten
Solubilidad
Efecto de temperatura
Efecto de tiempo
Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Meacutetodo grafico
Valoraciones potenciomeacutetricas
Determinacioacuten de constantes
de hidroacutelisis con el programa de
coacutemputo SUPERQUAD
Anaacutelisis de
resultados
FIN
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
45
La descripcioacuten de cada una de las etapas de este diagrama se muestra
enseguida
Los reactivos empleados en este trabajo fueron de grado analiacutetico Para la
preparacioacuten de las soluciones y lavado del material del laboratorio se usoacute agua
destilada
51 Preparacioacuten de la solucioacuten de la 2-hidroxipropyl- βeta-ciclodextrina
La solucioacuten del derivado de la beta ciclodextrina se preparoacute a partir de la 2-
hydroxipropyl-βeta-ciclodextrina [(C6H9O5)7-(C3H7O)45] de peso molecular 1396
gmol (anhidro) de Sigma-Aldrich Chem Company Inc el cual se disolvioacute con
agua destilada y agitacioacuten constante La concentracioacuten fue de 02389 M
52 Preparacioacuten de solucioacuten de praseodimio
La solucioacuten de praseodimio se preparoacute a partir del oacutexido de praseodimio (Pr6O11)
de Sigma-Aldrich Chem Company Inc El oacutexido se tratoacute con HCl concentrado el
precipitado resultante se diluyoacute en agua destilada y se evaporoacute hasta sequedad
este proceso se hizo tres veces Finalmente se diluyoacute con una solucioacuten de HCl de
pH 3 Esta solucioacuten se valoroacute con EDTA naranja de xilenol y piridina para
determinar la concentracioacuten la cual fue de 048 M
53 Preparacioacuten del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina
El complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina (Pr-
2HPβCD) se preparoacute a partir de las soluciones de la 2-hydroxipropyl-βeta-
ciclodextrina 02389 M y de la solucioacuten de praseodimio 048 M en la relacioacuten molar
11 La concentracioacuten del complejo de inclusioacuten fue de 0005 M Esta solucioacuten se
evaporoacute lentamente a sequedad en una parrilla de calentamiento Corning PC-351
Hot Plate-Stirrer durante 45 minutos El precipitado resultante se secoacute en una
estufa Lab Line Instruments Inc (Melrose Park Illinois) a 45-50degC durante 2
horas Varias fracciones de este precipitado se emplearon para determinar la
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
46
morfologiacutea la espectroscopia de infrarrojos difraccioacuten de rayos X y Raman
Tambieacuten se caracterizaron las muestras de PrCl3 XH2O y 2HPβCD
54 Determinacioacuten de las curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por UV-Vis
Para cuantificar praseodimio por espectrofotometriacutea UV-Vis se determinaron las
curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD para ello se
realizaron diluciones a diferentes concentraciones de PrCl3 XH2O manteniendo
constante la concentracioacuten de la 2HPβCD Los datos se muestran en la Tabla 4
Tabla 4 Diferentes concentraciones de praseodimio con 2HPβCD constante para determinar las curvas de calibracioacuten
Pr (ml) H2O
(ml)
2HPβCD
(ml)
Concentraciones
Pr2HPβCD [M]
00004 1999 2 00001 00025
00010 1998 2 000025 00025
00041 1995 2 0001 00025
00104 1989 2 00025 00025
00208 1979 2 0005 00025
00416 1958 2 001 00025
0104 1895 2 0025 00025
0260 1739 2 00625 00025
0520 1479 2 0125 00025
1041 0958 2 025 00025
125 075 2 03 00025
Las disoluciones se midieron en el espectroacutemetro UV-Vis marca Perkin Elmer
Lambda 10 en un intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
47
55 Estudio de la influencia de las relaciones molares de las soluciones del
complejo de inclusioacuten
Para determinar la influencia de la 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se prepararon las relaciones molares de PrCl3
XH2O y de 2HPβCD Los datos se muestran en la Tabla 5
Tabla 5 Relaciones molares 2HPβCD Pr
Relacioacuten 2HPβCDPr
2HPβCD (ml)
H2O (ml)
Pr (ml)
Concentraciones 2HPβCDPr [M]
051 0010 199 2 000125 00025
11 0020 1979 2 000250 00025
21 0041 1958 2 000500 00025
31 0062 1937 2 000750 00025
41 0083 1916 2 001000 00025
51 0104 1895 2 001250 00025
81 0167 1832 2 002000 00025
101 0209 1790 2 002500 00025
151 0313 1686 2 003750 00025
181 0376 1623 2 004500 00025
241 0502 1497 2 006000 00025
Las relaciones molares se prepararon a partir de las soluciones de PrCl3 XH2O
048 M y de la 2HPβCD 02389 M
Las disoluciones se midieron en el espectroacutemetro UV-Vis marca Perkin Elmer
Lambda 10 en un intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
56 Efecto de la Radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Para observar el efecto de la radiacioacuten gamma del Cobalto-60 (Co60) en el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se prepararon 6 soluciones de 10 ml del
complejo de inclusioacuten en relacioacuten molar 11 de concentracioacuten 0005 M de cada una
de ellas y soluciones de los reactivos PrCl3 XH2O y 2HPβCD en las mismas
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
48
condiciones Tambieacuten se prepararon 6 muestras soacutelidas de Pr-2HPβCD
(precipitado) PrCl3 XH2O y 2HPβCD de 02 g cada una
Cada una de estas muestras fue colocada en un vial de 20 ml luego se selloacute con
bolsa de plaacutestico y se irradiaron a diferentes dosis en el irradiador LGI-01
TRANSELEKTRO del ININ con una razoacuten de dosis de 103716 Gyh En la
posicioacuten de irradiacioacuten VICKRAD se colocaron tres muestras liacutequidas y tres
soacutelidas de la misma manera en la posicioacuten de irradiacioacuten GAMMACELL tres
muestras liacutequidas y tres soacutelidas En ambos casos cuando se alcanza la dosis
requerida (por ejemplo 1 Gy) una muestra se retira o se saca de la posicioacuten de
irradiacioacuten y asiacute sucesivamente se continuacutea hasta alcanzar la dosis maacutexima de
irradiacioacuten requerida Los datos se muestran en la Tabla 6
Tabla 6 Dosis de irradiacioacuten de Co60 aplicadas a las muestras en solucioacuten y soacutelidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 2HPβCD y PrCl3 XH2O en la instalacioacuten VICKRAD y GAMMACELL del irradiador
LGI-01 TRANSELEKTRO del ININ
1ra Serie Instalacioacuten VICKRAD
No Muestras soacutelidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
No Muestras liacutequidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
1 (a) 1 Gy 4 (1i) 1 Gy 2 (b) 10 Gy 5 (2i) 10 Gy
3 (c) 100 Gy 6 (3i) 100 Gy
2da Serie Instalacioacuten GAMMACELL
No Muestras soacutelidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
No Muestras liacutequidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
1 (d) 05 KGy 4 (4i) 05 KGy
2 (e) 5 KGy 5 (5i) 5 KGy
3 (f) 10 KGy 6 (6i) 10 KGy
Las muestras liacutequidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD PrCl3-XH2O y
2HPβCD irradiadas se evaporaron a sequedad para realizar el anaacutelisis de
caracterizacioacuten
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
49
57 Caracterizacioacuten del compuesto de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina
571 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB)
Para realizar este anaacutelisis se emplearon fracciones de cada uno de los reactivos
PrCl3 XH2O 2HPβCD el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD irradiado Cada una de las fracciones se colocaron en un
porta muestras de aluminio Se recubrieron con una capa de oro para que las
muestras fueran conductoras El anaacutelisis morfoloacutegico se realizoacute en un microscopio
JSM-1600 y JSM-6610LV acoplados a una sonda de espectroscopia de difraccioacuten
de rayos X con el software de los equipos se obtuvo el anaacutelisis elemental
realizado por EDS (Energy Dispersion of X ray Espectrosocopy) que proporcionoacute
informacioacuten cualitativa y cuantitativa de las muestras analizadas
572 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX)
Este anaacutelisis se realizoacute con el difractoacutemetro de polvos SIEMENS D-5000 con
aacutenodo de cobre λ = 15406 Ǻ y un barrido de 25-80 en 2ɵ Para ello se colocaron
en un porta muestras fracciones de cada una de las muestras PrCl3 XH2O
2HPβCD Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado En cada una de estas muestras se
hizo incidir un haz de rayos X De esta manera se obtuvieron graacuteficas de
intensidad en funcioacuten del aacutengulo de difraccioacuten Los resultados se compararon con
las tarjetas de los patrones reportados por el Joint Committee on Powder
Diffraction Standards (JCPDS)
573 Anaacutelisis por espectroscopia de infrarrojo (IR)
Se realizoacute la espectroscopia de infrarrojo de las muestras de PrCl3 XH2O
2HPβCD Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado con el espectroacutemetro Nicolet
Magna-IRTM spectrometer 550 FTIR en un intervalo de 450-4000 cm-1 Las
muestras se prepararon con un estaacutendar de KBr mediante el meacutetodo de
dispersioacuten de pastilla para su anaacutelisis
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
50
574 Anaacutelisis por espectroscopia Raman
Se realizoacute la espectroscopia Raman de las muestras de PrCl3 XH2O 2HPβCD
Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado con el equipo Raman LabRamHR JovynIvon-
Horiba Una fraccioacuten de cada una de las muestras se colocaron en un porta
muestras conectado a un microscopio y se hizo incidir un rayo laacuteser de un
microacutemetro de diaacutemetro Como resultado se obtuvo una graacutefica de intensidad
Raman contra el desplazamiento Raman Los espectros Raman de las muestras
fueron obtenidos en un intervalo de 0 a 1700 cm-1
58 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-βeta-ciclodextrina
581 Efecto de temperatura
En un tubo de ensaye se le adicionoacute 2 ml de agua destilada a 20 0C En un bantildeo
mariacutea a la temperatura de 20 0C se colocoacute el tubo de ensaye con 2 ml de agua
destilada y se le adicionoacute poco a poco la muestra del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD (05 g previamente pesada) Se agitoacute manualmente de manera
constante hasta observar la formacioacuten de precipitado (Pr-2HPβCD) en el fondo
del tubo de ensaye
Este proceso tambieacuten se realizoacute a las temperaturas de 35 42 50 y 60degC El
residuo del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD que ya no se adicionoacute en el tubo de
ensaye se pesoacute y por diferencia con el peso inicial (05 g) se determinoacute los
gramos solubilizados del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Los datos se
muestran en la Tabla 7
Con los resultados obtenidos se graficoacute la temperatura en funcioacuten de la cantidad
de complejo de inclusioacuten solubilizado
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
51
Tabla 7 Cantidad de complejo solubilizado a diferentes temperaturas en 2 ml de agua destilada
Pr-2HPβCD (g)
H2O
(ml)
Temp (degC) del H2O
Pr-2HPβCD solubilizados (g)
1 05 2 20 01866 2 05 2 35 02472 3 05 2 42 03014 4 05 2 50 03461 5 05 2 60 03628
582 Efecto del tiempo
En un tubo de ensaye se le adicionoacute 2 ml de agua destilada a temperatura
ambiente Se le adicionoacute la muestra del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD (01001
g previamente pesada) se registroacute el tiempo (inicial) y se agitoacute manualmente de
manera constante hasta observar la formacioacuten de precipitado (Pr-2HPβCD) en el
fondo del tubo de ensaye Se registroacute el tiempo (final) cuando el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD se solubilizoacute completamente Este proceso se realizoacute 5
veces La determinacioacuten del tiempo de solubilizacioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD es la diferencia entre el tiempo inicial y final Los datos se muestran en la
Tabla 8 Con los resultados obtenidos se graficoacute los gramos solubilizados del
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en funcioacuten del tiempo
Tabla 8 Cantidades de complejo Pr-2HPβCD y agua destilada en cada tubo de ensaye
Pr-2HPβCD
(g)
H2O
(ml) Tiempo (seg)
1 01001 2 161
2 01005 2 163
3 01011 2 167
4 01018 2 169
5 01026 2 170
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
52
59 Determinacioacuten de la curva de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4
Para corregir el pH experimental en el medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 se
preparoacute una solucioacuten de NaOH al 50 pesovolumen A partir de esta solucioacuten se
preparoacute una solucioacuten de hidroacutexido de sodio a una concentracioacuten de 1 N en una
caja de guantes con atmosfera de nitroacutegeno Esta solucioacuten se valoroacute con ftalato
aacutecido de potasio y fenolftaleiacutena para determinar su concentracioacuten Con esta
solucioacuten de NaOH 1 N se prepararon soluciones de 01 001 y 0001 M y a estas
mismas concentraciones con HCl 1N titrisol ambas en medio de fuerza ioacutenica 2 M
de NaClO4 La medicioacuten de pH de estas soluciones (pH experimental) se
realizaron con un electrodo de vidrio AgClAg Radiometer XG200 con agitacioacuten
constante a temperatura de 30 degC controlada por un bantildeo de agua circulante
ldquoPolyscience Circulatiorrdquo modelo 12101-10 Se mantuvo una atmosfera de
nitroacutegeno en la celda potenciomeacutetrica de doble pared Se midioacute el pH 3 veces de
cada solucioacuten el mismo diacutea y durante tres diacuteas consecutivos Se promediaron los
datos obtenidos y se trazoacute una graacutefica que permitioacute realizar la relacioacuten entre el
logaritmo inverso de la concentracioacuten de los iones hidrogeno (pCH) y el pH
experimental
510 Valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Se realizaron valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD con hidroacutexido de sodio en fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 para ello se
colocoacute en una celda de reaccioacuten 10 ml de 2 M de NaClO4 de pH 3 21 microL de la
solucioacuten de 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina de concentracioacuten 02389 M y 105
microL de la solucioacuten de PrCl3 XH2O de concentracioacuten 048 M para tener una
concentracioacuten inicial de 000025 M del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Se
midioacute el pH se tomoacute una aliacutecuota de 3 ml y se midioacute su absorbancia con el
espectrofotoacutemetro UV-Vis Perkin Elmer Lambda 10 en un intervalo de longitud de
onda de 200 a 700 nm Como blanco se empleoacute agua destilada Los 3 ml de
solucioacuten medida por UV-Vis se regresaron a la celda de reaccioacuten Posteriormente
se adicionaron aliacutecuotas de una solucioacuten de 00025 M de NaOH en 2 M de
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
53
NaClO4 Se repitioacute varias veces el proceso de tomar una aliacutecuota en la celda de
reaccioacuten a la celda de cuarzo y medir la absorbancia del complejo de inclusioacuten de
tal manera que el pH incrementara de 02 en 02 hasta alcanzar un pH de 9 o 10
aproximadamente En todo el proceso se mantuvo una temperatura de 30 degC y
una atmoacutesfera de nitroacutegeno constante en la celda
Con los datos de pH y absorbancia a una longitud de onda de 210 nm obtenidos
se graficaron los valores de la absorbancia en funcioacuten del pCH para determinar el
pCH de precipitacioacuten la zona no saturada y la zona saturada
511 Valoraciones potenciomeacutetricas directas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Con el sistema de titulacioacuten automaacutetica que consiste de un potencioacutemetro
Radiometer TIM900 Titrilab de un electrodo combinado de vidriondashAgClAg y una
bureta automaacutetica de 20 ml se realizaron valoraciones potenciomeacutetricas directas
Para lo cual se colocoacute en la celda de reaccioacuten 10 ml de 2 M de NaClO4 de pH 3
21 microL de la solucioacuten de 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina de concentracioacuten 02389
M y 105 microL de la solucioacuten de PrCl3 XH2O de concentracioacuten 048 M para tener
una concentracioacuten inicial de 000025 M del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Esta solucioacuten se valoroacute con NaOH 00025 M en 2 M de NaClO4 a una temperatura
de 30 degC flujo de nitroacutegeno y agitacioacuten constante Con los datos de pH y volumen
de NaOH se graficaron los valores de pCH en funcioacuten del volumen de NaOH El
intervalo de pCH de la zona no saturada se determinoacute despueacutes de que el aacutecido fue
neutralizado y el pCH final se determinoacute con el pCH de precipitacioacuten obtenido en la
titulacioacuten espectrofotomeacutetrica Este intervalo de pCH de la zona no saturada se
emplearon en el programa de computo SUPERQUAD para determinar los valores
de las constantes de hidroacutelisis del praseodimio y del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
54
______________________________
CAPIacuteTULO VI
RESULTADOS
______________________________
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
55
6 RESULTADOS
61 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 6 muestra los espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes
concentraciones en presencia de 2HPβCD 00025 M determinados en el intervalo
de longitud de onda de 200 a 700 nm En ellos se observa que cuando aumenta
la concentracioacuten del praseodimio en presencia de 2HPβCD aumenta el tamantildeo de
las bandas La 2HPβCD no presenta bandas de absorcioacuten en toda la regioacuten de
200-700 nm
Figura 6 Espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes concentraciones en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
A partir de la Figura 6 y de acuerdo al tamantildeo de las bandas de absorcioacuten de los
espectros UV-Vis en funcioacuten de la concentracioacuten del praseodimio se establecen
tres regiones de intereacutes En la regioacuten de longitud de onda de 200-225 nm la banda
de absorcioacuten maacutexima del praseodimio se encuentra en 215 nm para
concentraciones bajas en la regioacuten de 440-490 nm se encuentran las bandas de
absorcioacuten de 444 469 nm y 482 nm para concentraciones intermedias y
finalmente en la regioacuten de 558-600 nm se encuentran las bandas de absorcioacuten de
200 300 400 500 600 700
00
05
10
15
20
25
30
Ab
so
rban
cia
Longitu de onda (cm-1)
000011MPr
0000251MPr
00011MPr
000251MPr
00051MPr
001MPr
0025MPr
006251MPr
01251MPr
0251MPr
031MPr
00025M2HPBCD
00025MPr
1
2
3
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
56
5885 nm para cuantificar concentraciones altas de praseodimio en presencia de la
2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Figura 7 y Tabla 9) En la Figura 7 se muestran las
rectas de calibracioacuten para cuantificar praseodimio Estas rectas de calibracioacuten fueron
determinadas con los datos de los valores de absorbancia de cada banda de
absorcioacuten de la Figura 6 en funcioacuten de la concentracioacuten del praseodimio
Figura 7 Rectas de calibracioacuten de las bandas de absorcioacuten del praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
Tabla 9 Ecuaciones de calibracioacuten del praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
obtenidos por UV-Vis
Intervalo de longitud de onda de UV-Vis
200-250 nm 400-500 nm 560-620 nm
Bandas de 215 nm 444 nm 469 nm 482 nm 5885 nm
absorcioacuten
Ecuaciones de
calibracioacuten
A= 26554[Pr] + 00527
A = 513[Pr] + 00127
A = 21698[Pr] + 00123
A = 15912[Pr] + 00128
A = 00783[Pr] + 00103
Rsup2 = 09949 Rsup2 = 09992 Rsup2 = 09958 Rsup2 = 09917 Rsup2 = 09769
Doacutende nm= nanoacutemetros A= Absorbancia [Pr (III)]= Concentracioacuten del Praseodimio R = Coeficiente de
correlacioacuten
000 005 010 015 020 025 030
00
02
04
06
08
10
12
14
16
y=15912 x +00128
R2=09917
y=00783 x +00103
R2=09769
y=21698 x +00123
R2=09958
y=513 x +00127
R2=09992
215 nm
444 nm
469 nm
482 nm
5885 nm
Abso
rbancia
[Pr] M
y=26554 x +00527
R2=09949
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
57
En la Tabla 9 se muestran los datos de las ecuaciones de calibracion para
determinar praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina por
espectroscopiacutea UV-Vis
Estas consideraciones tienen una limitacioacuten ya que se debe tomar en cuenta que
el intervalo oacuteptimo para medir la absorbancia con fines de anaacutelisis cuantitativo
estaacute entre 002ndash15
62 Efecto de la concentracioacuten de la 2HPβCD en el praseodimio por
espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 8 muestra los espectros de absorcioacuten del praseodimio a concentracioacuten
constante (00025 M) en presencia de 2HPβCD a diferentes concentraciones
determinados en el intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
Figura 8 Espectro de absorcioacuten UV-Vis del praseodimio a concentracioacuten constante en presencia de la 2HPβCD a diferentes concentraciones En el detalle central se muestra la ampliacioacuten de la banda de
absorcioacuten 215 nm
En los espectros de absorcioacuten del praseodimio de la Figura 8 se observa que
cuando aumenta la concentracioacuten de 2HPβCD aumenta ligeramente el tamantildeo de
200 300 400 500 600 700
00
02
04
Ab
so
rbancia
Longitud de onda (cm-1)
00025MPr
00025M2HPBCD
051M
11M
21M
31M
41M
51M
81M
101M
151M
181M
241M1
2 3
200 205 210 215 220 225 230
00
01
02
03
04
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
1
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
58
las bandas de absorcioacuten del praseodimio En el detalle central de la Figura 8 se
aprecia maacutes adecuadamente este efecto
Con estas observaciones se muestra que la 2HPβCD aumenta la solubilidad del
praseodimio debido a este aumento ligero en el tamantildeo de las bandas de
absorcioacuten del praseodimio de la Figura 8
63 Efecto de la radiacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD por
espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 9 muestra los espectros de absorcioacuten determinados en el intervalo de
longitud de onda de 200 a 700 nm del 2HPβCD 2HPβCD irradiado PrCl3XH2O
PrCl3XH2O irradiado el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y el complejo de
inclusioacuten Pr-2-HP-β-CD irradiado Las irradiaciones se realizaron a 10000 Gy
Figura 9 Espectro UV-Vis de las muestras irradiadas en solucioacuten del complejo Pr-2HPβCD PrCl3 y 2HPβCD
Como se observa en la Figura 9 el efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de
inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Pr-2HPβCD) mostraron que
cuando el complejo de inclusioacuten es irradiado a 10 000 Gy se observaron ligeros
200 300 400 500 600 700
00
02
04
06
08
10
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
00025 M 2HPBCD
Pr 00025 M
Pr-2HPBCD
2HPBCD 10 KGY
PrCl3-XH2O 10 KGy
Pr-2HPBCD 10 KGy
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
59
cambios comparado con el complejo de inclusioacuten no irradiado Esto se puede
deber a que probablemente el complejo empieza a descomponerse
62 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB)
La Figura 10 muestra las imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las
muestras 2HPβCD 2HPβCD irradiada PrCl3XH2O PrCl3XH2O irradiada Pr-
2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy
a) c) e)c
b) d) f)
Figura 10 Imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las muestras a) 2HPβCD b) 2HPβCD irradiada c) PrCl3XH2O d) PrCl3XH2O irradiada e) Pr-2HPβCD y f) Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy
La 2HPβCD mostroacute partiacuteculas esfeacutericas de diversos tamantildeos con una superficie
lisa en su interior se observan cavidades dentro de las partiacuteculas pareciera que
se desprenden esferas maacutes pequentildeas El PrCl3XH2O mostroacute una superficie
rugosa las partiacuteculas se ven fundidas debido probablemente a que el material es
higroscoacutepico y tiende a hidratarse faacutecilmente El complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
muestra una morfologiacutea diferente a los reactivos precursores ya que se presentan
partiacuteculas en forma de rocas de diferentes dimensiones ademaacutes se observan
aglomeraciones de partiacuteculas Las imaacutegenes de las muestras irradiadas a una
dosis de 10 KGy conservan su morfologiacutea a excepcioacuten de PrCl3XH2O irradiada y
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
60
Pr-2HPβCD irradiada muestran pequentildeos cambios Sus partiacuteculas se ven un poco
maacutes fundidas probablemente se deba al efecto de la radiacioacuten
La composicioacuten quiacutemica elemental de las muestras 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD se muestran en la Tabla 10 determinado por el anaacutelisis elemental (EDS)
Tabla 10 Anaacutelisis EDS de las muestras de PrCl3 2-HPβCD y Pr-2HPβCD
Elemento Atoacutemico
Pr Cl O C
PrCl3 1233 plusmn 207 3595 plusmn 666 5171 plusmn 871 -----
2HPβCD ----- ----- 4159 plusmn 22 584 plusmn 22
Pr-2HPβCD 097 plusmn061 248 plusmn 143 3619plusmn 422 6034 plusmn 478
Todas las muestras presentan los elementos de su composicioacuten quiacutemica La
presencia de Pr Cl C y O en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD confirman la
interaccioacuten de 2HPβCD PrCl3XH2O para la formacioacuten del complejo de inclusioacuten
como se muestras en la Tabla 10
63 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX)
En la Figura 11 se muestran los difractogramas de 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD determinado por Difraccioacuten de Rayos X Los difractogramas de rayos X
de la Figura 11 muestran diferencias entre ellas El difractograma del PrCl3XH2O
presenta reflexiones de alta intensidad comparado con las otras muestras debido
a su naturaleza cristalina del praseodimio El difractograma de la 2HPβCD es de
estructura amorfa caracteriacutestica de los compuestos de carbono
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
61
Figura 11 Difraccioacuten de rayos X de PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD
El difractograma del compuesto de inclusioacuten Pr-2HPβCD muestra una
combinacioacuten de reflexiones de las muestras de PrCl3XH2O y 2HPβCD debido a la
formacioacuten de eacuteste complejo de inclusioacuten aunque predomina el de la 2HPβCD
Se comparoacute el difractograma de la muestra de PrCl3XH2O con la tarjeta del patroacuten
reportado por el Joint Committee on Powder Diffraction Standards (JCPDS) PDF
84-2188 Aqua Praseodymium Chloride Ambos difractogramas coinciden
adecuadamente
Los difractogramas de las muestras irradiadas a diferentes dosis mostraron que en
el intervalo de dosis de 1-500 Gy las muestras no sufren cambios Sin embargo
cuando el complejo de inclusioacuten es irradiado a 5000 y 10 000 Gy se observaron
ligeros cambios en sus inflexiones comparados con las muestras no irradiadas
Probablemente las muestras empiezan a descomponerse
64 Espectroscopia de infrarrojo (IR)
En la Figura 12 se muestra los espectros de infrarrojo de la 2HPβCD PrCl3XH2O
y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
62
Figura 12 Espectros de infrarrojo de las muestra 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-2HPβCD
El espectro infrarrojo de la muestra de PrCl3XH2O presenta la banda de absorcioacuten
a 341434 cm-1 correspondiente a moleacuteculas de agua de hidratacioacuten y la banda de
absorcioacuten a 67003 cm-1 debido a las uniones praseodimio con cloruros El
espectro infrarrojo de la muestra de la 2HPβCD presenta bandas de absorcioacuten a
331508 cm-1 [OH] 292046 cm-1 [CH2] 115183 cm-1 [C-C] 108000 cm-1 [C-O] y
102306 cm-1 [O-H]
Tabla 11 Grupos funcionales del PrCl3XH2O 2HPβCD y del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Compuesto [OH] [CH2] [C-C] [C-O] [O-H] [Cl3]
PrCl3XH2O 341434 67003
2HPβCD 331508 292046 115183 108000 102306
Pr-2HPβCD 329688 292645 115247 108028 102514
120723[PrCl3XH2O-Pr-2HPβCD] -11746
120723[2HPβCD-Pr-2HPβCD] -182 599 064 028 208
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
63
En la Tabla 11 se muestran los datos de las bandas de absorcioacuten de las muestras
de 2HPβCD PrCl3XH2O y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y los valores
de los desplazamientos observados Los valores de desplazamiento indican la
formacioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Las bandas de absorcioacuten de las
muestras irradiadas a diferentes dosis mostraron que en el intervalo de dosis de 1-
500 Gy las muestras no sufren cambios Cuando las muestras son irradiados a
5000 y 10 000 Gy se observaron ligeros cambios en la intensidad de la bandas de
absorcioacuten
65 Espectroscopia Raman
Figura 13 Espectros Raman de la muestra PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD
La Figura 13 muestra los espectros Raman de las muestras 2HPβCD PrCl3XH2O
y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Se realizaron 100 adquisiciones de
cada uno de las muestras Los resultados son el promedio de estas Los espectros
Raman de la Figura 13 muestran diferencias entre ellas
El espectro Raman del PrCl3XH2O muestra un pico intenso a 19278 cm-1 Este
pico se observa en el espectro Raman del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD a
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
64
23814 cm-1 y es de intensidad menor Las bandas de la 2HPβCD (44336 47805
84780 94691 126575 133270 145854 cm-1) algunas desaparecen y otras se
desplazan en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Esto indica la formacioacuten del
complejo de inclusioacuten
Al comparar los espectros Raman de las muestras irradiadas a diferentes dosis
mostraron que en el intervalo de dosis de 1-500 Gy no sufren cambios Sin
embargo en el intervalo de 5000 a 10000 Gys se observa la presencia de una
banda que no se encuentra en las muestras no irradiadas Probablemente las
muestras empiezan a descomponerse
66 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-βeta-ciclodextrina
661 Efecto de temperatura
La Figura 14 muestra el efecto de temperatura sobre la solubilidad del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD
Figura 14 Efecto de temperatura en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
20 30 40 50 60
018
020
022
024
026
028
030
032
034
036
038
g P
r-2H
PB
CD
Temperatura degC
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
65
La Figura muestra que conforme la temperatura va aumentando la solubilidad de
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta Es decir a la temperatura 20 degC se
solubilizan 01866 g del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD mientras que a 60 degC
se solubilizan 03628 g
662 Efecto de tiempo
La Figura 15 muestra el efecto del tiempo sobre la solubilidad del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD
Se observoacute que conforme el tiempo va aumentando la solubilidad de complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta Con esto se determinoacute que la dilucioacuten de 01 gr de
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 ml de agua destilada se lleva a cabo en
un tiempo 170 segundos
Figura 15 Efecto de tiempo en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
01000 01005 01010 01015 01020 01025 01030
160
162
164
166
168
170
Tie
mpo (
segundos)
g Pr-2HPBCD
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
66
67 Recta de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4
Se realizaron las mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de
2 M de NaClO4 Los datos se muestran en la Tabla 12
Tabla 12 Mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de 2 M de NaClO4
Concentracioacuten (M)
pCH pH
exp 1 pH
exp 2 pH
exp 3 pH
exp 4 pH
exp 5 pH exp prom
HCl 0001 3 2359 2205 2333 2402 2329 23256
001 2 1173 1172 1207 1228 1268 12096
01 1 0508 0248 0253 0352 0361 03444
NaOH 0001 11 9987 9994 9926 10009 9994 9982
001 12 10947 10876 10959 10876 10849 109014
01 13 11612 1156 11604 11552 11516 115688
Se graficaron los datos de pH (experimental) promedio en funcioacuten del pCH (teoacuterico)
se tiene la Figura 16
Figura 16 Recta de calibracioacuten del pCH como una funcioacuten del pH en el medio 2 M de NaClO4
0 2 4 6 8 10 12 14
0
2
4
6
8
10
12
pC
H
pH
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
67
La ecuacioacuten de la recta de calibracioacuten es
pCH= 105108 (plusmn00063) pH + 06352 (plusmn00669) R2= 09995
Esta ecuacioacuten permitioacute corregir todos los datos de pH experimental de este
trabajo
68 Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Se realizaron valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD en medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 a 30 deg C en atmoacutesfera inerte
Se obtuvieron espectros de absorcioacuten UV-Vis en el intervalo de longitud de onda
de 200 a 700 nm En la Figura 17 se muestra los espectros de absorcioacuten de cada
una de las aliacutecuotas del praseodimio en presencia de la 2HPβCD en el intervalo de
longitud de onda de 200 a 230 nm
Figura 17 Espectros de absorcioacuten UV-Vis de la valoracioacuten espectrofotomeacutetrica del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con NaOH 00025 M en el medio 2M de NaClO4
200 210 220 230
00
01
02
03
04
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
68
Se graficaron los datos de absorbancia a la longitud de onda de 215 nm de la Figura
17 y los valores de pCH correspondientes se obtuvo la Figura 18
Figura 18 Curva de valoracioacuten espectrofotomeacutetrica (absorbancia en funcioacuten del pCH) y la primera derivada del praseodimio en presencia de la 2HPβCD a longitud de onda de 215 nm
La derivada de la curva de la Figura 18 permitioacute determinar el pCH de precipitacioacuten
(maacutexima inflexioacuten) el cual fue de 812 A partir de este pCH se determinoacute la zona
no saturada (lado izquierdo de la curva) y saturada (lado derecho de la curva)
69 Titulaciones potenciomeacutetricas
Se realizaron valoraciones potenciomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
con NaOH en medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 a 30 degC en atmosfera inerte
Se obtuvo la Figura 19 La valoracioacuten potenciomeacutetrica del Pr-2HPβCD inicio en
medio acido por medio de la primera derivada y su inflexioacuten de la curva se
determinoacute el pCH inicial (pCH= 656) el valor de pCH final se determinoacute con el valor
de la primera derivada (pCHpp= 812) de la Figura 18 (punto de inicio de
precipitacioacuten del PrCl3XH2O)
4 5 6 7 8 9 10
025
030
035
040
045
050
055
060
pCH
Ab
so
rban
cia
-01
00
01
02
03
04
05
06
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
69
Figura 19 Curva de valoracioacuten potenciomeacutetrica directa de 25x10-4 M del praseodimio en presencia de la 2HPβCD con 25x10-3 de NaOH en 2 M de NaClO4 a 30 degC en atmosfera libre de CO2 y primera
derivada de la curva Detalle central (zona no saturada)
Con estos dos valores se determinoacute el intervalo de la zona no saturada que se
muestra en el detalle central de la Figura 19 empleado para el caacutelculo de la
primera constante de hidrolisis del praseodimio y del complejo del praseodimio en
presencia de la 2HPβCD
610 Refinamientos
A partir del detalle central de la Figura 19 (zona no saturada) los datos de
volumen pCH concentracioacuten del titulado y titulante y un modelo quiacutemico propuesto
con la estequiometria se alimentaron al programa de computo SUPERQUAD y
mediante refinamiento computacional se determinaron los valores de la constante
de hidrolisis de las especies quiacutemicas del praseodimio y del complejo de inclusioacuten
Pr-2HPβCD que se muestran en la Tabla 13
0 5 10 15 20
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
ml adicionados de NaOH
pC
H
0
2
4
6
8
10
00 01 02 03 04 05 06 07
64
66
68
70
72
74
76
78
80
82
pC
H
ml adicionados de NaOH
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
70
Tabla 13 Constantes de hidroacutelisis del Pr y el pCH de precipitacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 M de NaClO4 obtenidos mediante meacutetodo potenciomeacutetrico y el programa SUPERQUAD a
30 degC
Equilibrio Quiacutemico
logβ1
POTENCIOMETRICO
(SUPERQUAD)
Intervalo
(pCH)
No
puntos
ESPECTROFOTOMETRICO
pCH de pp
Meacutetodo GRAFICO
Pr3++ H2O Pr(OH)2++ H+ -862plusmn0007 656-812 33 812
Pr(OH)2++H2O Pr(OH)2++H+ -1710plusmn003
Pr(OH)2++H2O Pr(OH)3+H+ -2586plusmn001
Pr3++2HPβCD+H2O Pr-
2HPβCD-(OH)2++H+
-509plusmn007
En la Tabla 13 anterior se muestra el valor de pCH de precipitacioacuten obtenido por el
meacutetodo espectrofotomeacutetrico (meacutetodo graacutefico) que fue de 812 Los valores de las
constantes de hidrolisis de las especies quiacutemicas del praseodimio fueron-
logβ1OH=-862plusmn0007-logβ22OH=-1710plusmn003-logβ33OH=-2586plusmn001 y del complejo
de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-509plusmn007 obtenidos por el meacutetodo
potenciomeacutetrico empleando el programa de computo SUPERQUAD
71
______________________________
CONCLUSIONES
______________________________
CONCLUSIONES
72
CONCLUSIONES
bull Se observaron 3 zonas de absorcioacuten caracteriacutesticas del praseodimio
situadas a una longitud de onda de 215 nm 3 bandas de absorcioacuten en 444
nm 469 nm y 482 nm y en 5885 nm se determinaron para cada banda las
rectas de calibracioacuten
bull Se demostroacute la inclusioacuten del praseodimio en la 2HPβCD y el efecto de la
radiacioacuten gamma en los reactivos (PrCl3XH2O 2HPβCD) y el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD satisfactoriamente mediante las diferentes teacutecnicas de
caracterizacioacuten y anaacutelisis empleadas (MEB UV-Vis DRX Espectroscopia
Infrarrojo y Espectroscopia Raman)
bull El efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-β-ciclodextrina (Pr-2HP-β-CD) mostroacute que en el intervalo de
dosis de 1-500 Gy no sufren cambios Sin embargo cuando es irradiado a
5000 y 10 000 Gy se observaron ligeros cambios Esto se puede deber a
que probablemente el complejo empieza a descomponerse
bull La solubilidad de complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta en funcioacuten del
aumento de la temperatura
bull Conforme el tiempo va aumentando la solubilidad de complejo de inclusioacuten
Pr-2HPβCD aumenta
bull El valor de la primera constante de hidrolisis del praseodimio obtenido fue-
logβ1OH=-862plusmn0007 y del complejo de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-
509plusmn007
73
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RECOMENDACIONES
______________________________
RECOMENDACIONES
74
bull El complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se debe preparar con diferentes
meacutetodos para elegir el maacutes adecuado de acuerdo a su rendimiento
quiacutemico y asegurar su formacioacuten
bull Comparar la zona no saturada de complejo de Inclusioacuten del Pr-2HPβCD
Pr-2βCD y la del praseodimio sin complejo para observar el efecto de la
solubilidad y estabilidad
bull Determinar las constantes de hidrolisis del praseodimio y del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD irradiado con radiacioacuten gamma de Co60 y comparar
con la de complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD no irradiado
75
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GLOSARIO
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GLOSARIO
76
GLOSARIO
1 Absorbancia
Se define como la relacioacuten (logariacutetmica) entre la intensidad de la luz que incide
sobre una muestra y la intensidad de esa misma luz que es transmitida a traveacutes de
esa muestra Cuando una luz de una longitud de onda determinada seleccionada
por un filtro incide sobre una muestra parte de esa luz es absorbida La luz no
absorbida pasa a traveacutes de la muestra y es recogida por un detector colocado en
el otro lado del pocillo de la micro placa frente a la fuente de luz
2 Algoritmo de Marquadt
Es un proceso iterativo de convergencia que a traveacutes de la teacutecnica de los miacutenimos
cuadrados ponderados permite encontrar los paraacutemetros de las ecuaciones de
funciones no lineales
3 Complejo de inclusioacuten
Mezcla cristalina en la que las moleacuteculas de un componente estaacuten contenidas
dentro de la red cristalina del otro
4 Confinamiento de residuos
Lugar totalmente seguro controlado y construido con el propoacutesito de disponer
residuos peligrosos instalados en un lugar retirado de la poblacioacuten con el objetivo
de disminuir riesgos de caraacutecter natural y humano
5 Curva de calibracioacuten
Representacioacuten graacutefica de una sentildeal que se mide en funcioacuten de la concentracioacuten
de un analito La calibracioacuten incluye la seleccioacuten de un modelo para estimar los
paraacutemetros que permitan determinar la linealidad de esa curva Y en
consecuencia la capacidad de un meacutetodo analiacutetico para obtener resultados que
sean directamente proporcionales a la concentracioacuten de un compuesto en una
muestra dentro de un determinado intervalo de trabajo
GLOSARIO
77
6 Desechos radiactivos
Residuo o subproductos que contiene varios elementos quiacutemicos radiactivos que
no tiene un fin praacutectico
7 Especies quiacutemicas
En quiacutemica el teacutermino especie quiacutemica se usa comuacutenmente para referirse de
forma geneacuterica a aacutetomos moleacuteculas iones radicales etc que sean el objeto de
consideracioacuten o estudio
8 Estabilidad
Una sustancia es estable si no es particularmente reactivo en el ambiente o
durante uso normal y mantiene sus propiedades uacutetiles en la escala de tiempo de
su durabilidad esperada y por lo que se dice que el material es inestable si se
corroe descompone polimeriza quema o explota bajo las condiciones anticipadas
de uso o condiciones ambientales normales
9 Fisioacuten nuclear
Reaccioacuten en la cual un nuacutecleo se bombardea con neutrones se convierte en
inestable y se descompone en dos nuacutecleos y tamantildeos son del mismo orden de
magnitud con gran desprendimiento de energiacutea y la emisioacuten de dos o tres
neutrones los cuales a su vez ocasionar maacutes fisiones al interaccionar con nuevos
nuacutecleos fisionables que emitiraacuten nuevos neutrones y asiacute sucesivamente
10 Fuerza ioacutenica
Propiedad de una solucioacuten que depende de la concentracioacuten total de iones en la
solucioacuten asiacute como de la carga de dichos iones
11 Isoacutetopo
Nucleiacutedos pertenecientes a un mismo elemento quiacutemico pero que se diferencian
entre el nuacutemero de neutrones de cada uno
GLOSARIO
78
12 Lenguaje fortran
Es un lenguaje de programacioacuten de alto nivel de propoacutesito general procedimental
e imperativo que estaacute especialmente adaptado al caacutelculo numeacuterico y a la
computacioacuten cientiacutefica
13 Lgi-01 TRANSELEKTRO (LGI-01)
Equipo de irradiacioacuten integrado por un cuerpo ciliacutendrico de plomo que sirve de
blindaje una jaula ciliacutendrica que contiene los laacutepices de Co60 un eacutembolo moacutevil con
una cavidad (caacutemara de exposicioacuten) una consola de mando y un cronoacutemetro para
establecer el tiempo de irradiacioacuten La caacutemara de exposicioacuten alberga a las
muestras para la irradiacioacuten un sistema electromecaacutenico baja el depoacutesito de las
muestras hasta la fuente de radiacioacuten que consta de 48 laacutepices de los cuales 12
contiene Co60 y el resto estaacuten vaciacuteos
14 Longitud de onda
Es la distancia real que recorre una perturbacioacuten (onda) en un determinado
intervalo de tiempo Ese intervalo de tiempo es el transcurrido entre dos maacuteximos
consecutivos de alguna propiedad fiacutesica de la onda
15 Medio acuoso
Medio o disolucioacuten acuosa se refiere a que una mezcla de disolventes el
disolvente mayoritario es agua Las disoluciones acuosas tienen una gran
importancia en la biologiacutea desde los laboratorios de ciencia baacutesica hasta la
quiacutemica de la vida pasando por la quiacutemica industrial Por la vasta cantidad y
variedad de sustancias que son solubles en agua esta se denomina a veces
disolvente universal
16 pCH
Es el logaritmo inverso de la concentracioacuten de los iones hidroacutegeno
17 pH
Es una medida del pH experimental de este trabajo
GLOSARIO
79
18 Precursores
Sustancia indispensable o necesaria para producir otra mediante los compuestos
quiacutemicos que constituyen una primera etapa en un proceso quiacutemico y actuacutean
como sustrato en las etapas posteriores
19 Radiacioacuten gamma
Es un tipo de radiacioacuten electromagneacutetica constituida por fotones se produce por
elementos radiactivos o procesos subatoacutemicos como la aniquilacioacuten de un par
positroacuten-electroacuten Los rayos gamma constituyen un tipo de radiacioacuten ionizante
capaz de penetrar en la materia maacutes profundamente que la radiacioacuten α y la β
pueden causar graves dantildeos a las ceacutelulas se usan para esterilizar equipos
meacutedicos y alimentos
20 Reacciones de hidroacutelisis
Reacciones quiacutemicas entre una moleacutecula de agua y cualquier otra especie
quiacutemica en la cual la moleacutecula de agua se divide y sus aacutetomos forman parte de
otra especie quiacutemica
21 Relacioacuten molar
Factor de conversioacuten cuyo fin es convertir en una reaccioacuten quiacutemica la cantidad de
moles de una sustancia a la cantidad correspondiente de moles de otra sustancia
La sustancia de partida se expresa en gramos y la sustancia deseada en moles
22 Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Se denomina valoracioacuten espectrofotomeacutetrica al procedimiento por el cual se
determina el punto final de una titulacioacuten utilizando las medidas de absorbancia a
una longitud de onda fija Para simplificar la teacutecnica se selecciona una longitud de
onda donde solamente uno de los componentes de la muestra absorba
80
______________________________
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producto de solubilidad de ln (OH)3 y el efecto de los iones cloruro sobre la
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ioacutenica 2 molar pp 21
AGRADECIMIENTOS
VIII
Agradecimientos
Al Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares por la beca otorgada y el apoyo
recibido para la realizacioacuten de este proyecto durante mi estancia
Al Dr Hilario Dolores Loacutepez Gonzaacutelez del ININ y a la Dra Edelmira Fernaacutendez
Ramiacuterez del TESSFP por la asesoriacutea paciencia compresioacuten y apoyo para la realizacioacuten
de este trabajo Sinceramente les agradezco de todo corazoacuten fue un placer trabajar con
ustedes muchas gracias
A los miembros del comiteacute revisor IQ Moiseacutes Crescencio Gonzaacutelez y IQ Luciacutea Garciacutea
Guzmaacuten por las observaciones y aportes de gran importancia los cuales elevaron la
calidad del trabajo
Al Dr Jaime Jimeacutenez Becerril por el apoyo recibido para la irradiacioacuten de las muestras
de este trabajo y por el apoyo teacutecnico recibido
A los teacutecnicos Jorge Peacuterez del Prado y Carlos Salinas Molina de Microscopiacutea Electroacutenica
de Barrido del Departamento de Materiales y al servicio de Espectroscopia Raman del
Departamento de Fiacutesica por el apoyo teacutecnico recibido
A mis amigos Carmen (Cars) Hilda (Hildita) Rosa Isabel (Chabe) Daniel (Carrillo)
Eduardo (Lalo) y Miguel (Migue) por todo el apoyo que me han brindado asiacute como su
valiosa amistad durante todo este tiempo y los maravillosos momentos que juntos hemos
compartido
A mis amigos del ININ Dayra Evelin Joselyn Lupita Jessy Janette Gisela Sonia y
Cesar por su gran amistad durante este tiempo compartido y darme la dicha de haberlos
conocido asiacute como el apoyo teacutecnico que cada uno de ustedes me brindo y por todos sus
consejos gracias a todos
A todas las personas que han formado parte de mi vida personal y profesional y que no he
mencionado
GRACIAS A TODOShellip
RESUMEN
IX
RESUMEN
En la fisioacuten nuclear para la produccioacuten de electricidad se producen ciertos
productos de fisioacuten considerados desechos radiactivos entre los cuales se
encuentran los lantaacutenidos El confinamiento de estos desechos radiactivos en
medios como las minas de sal suelen presentarse globos de salmuera por
consecuencia producir corrosioacuten en los contenedores pudiendo entrar en contacto
con los desechos razoacuten por la cual es importante conocer las reacciones de
hidroacutelisis que pudieran formarse en presencia de alguacuten medio acuoso Ante este
panorama se llevoacute a cabo la inclusioacuten del praseodimio en la 2-hidroxipropyl-beta-
ciclodextrina (2HPβCD) con la finalidad de observar aumento de solubilidad y
estabilidad del praseodimio
La formacioacuten del complejo de inclusioacuten praseodimio en presencia de la 2-
hidroxipropyl-beta-ciclodextrina (Pr-2HPβCD) se efectuoacute en relacioacuten molar 11 a
0005 M Se observoacute el efecto de la radiacioacuten gamma del Co60 en el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD y de sus precursores PrCl3XH2O y 2HPβCD Se emplearon
varias fracciones de la muestra del complejo de inclusioacuten y de las muestras
irradiadas del Pr-2HPβCD PrCl3XH2O y 2HPβCD para su caracterizacioacuten
mediante diferentes teacutecnicas (UV-Vis Microscopia Electroacutenica de Barrido
Difraccioacuten de Rayos X Espectroscopia de Infrarrojo Espectroscopia Raman) Las
muestras no irradiadas presentaron la interaccioacuten del praseodimio y de la 2HPβCD
confirmando la formacioacuten del complejo de inclusioacuten mientras que las muestras
irradiadas presentaron ligeros cambios a dosis de 10000 Gy atribuidos a la
descomposicioacuten de las muestras por efecto de la radiacioacuten gamma
Ademaacutes se realizoacute el estudio del efecto de la concentracioacuten de la 2HPβCD en
presencia del praseodimio por UV-Vis donde se observoacute el aumento de la
solubilidad del praseodimio El estudio realizado del efecto de temperatura del
complejo Pr-2HPβCD permitioacute observar el aumento de solubilidad del complejo en
funcioacuten de la temperatura asiacute mismo para el efecto de tiempo Finalmente se
estudioacute el comportamiento quiacutemico del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en
soluciones acuosas en medio de 2 M de NaClO4 a 30 degC en atmosfera inerte
RESUMEN
X
mediante valoraciones espectrofotomeacutetricas y titulaciones potenciomeacutetricas
directas se obtuvo la zona no saturada que contempla las especies solubles
Mediante refinamiento computacional con el programa de coacutemputo SUPERQUAD
se trataron los datos de la zona no saturada
Los valores de las constantes de hidroacutelisis de las especies quiacutemicas del
praseodimio fueron-logβ1OH=-862plusmn0007-logβ22OH=-1710plusmn003-logβ33OH=-
2586plusmn001 y del complejo de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-509plusmn007 obtenidos por
partes mediante el programa de coacutemputo SUPERQUAD
ABSTRACT
XI
ABSTRACT
The nuclear fission for the production of electricity produces certain fission
products considered as radioactive waste among which are lanthanides The
confinement of these radioactive wastes in media such as salt mines usually
present brine balloons consequently produce corrosion in the containers and can
come into contact with the waste which is why it is important to know the
hydrolysis reactions that could be formed in the presence of some aqueous
medium In view of this scenario the inclusion of praseodymium in 2-
hydroxypropyl-beta-cyclodextrin (2HPβCD) was carried out in order to observe
increased solubility and stability of praseodymium
The formation of the praseodymium inclusion complex in the presence of 2-
hydroxypropyl-beta-cyclodextrin (Pr-2HPβCD) was performed in a 1 1 molar ratio
at 0005 M The effect of Co60 gamma radiation on the inclusion complex Pr-
2HPβCD and its precursors PrCl3 middot XH2O and 2HPβCD Several fractions of the
inclusion complex sample and irradiated samples of Pr-2HPβCD PrCl3 middot XH2O
and 2HPβCD were used for their characterization by different techniques (UV-Vis
Scanning Electron Microscopy X-ray Diffraction Infrared Spectroscopy Raman
Spectroscopy) The non-irradiated samples showed the interaction of
praseodymium and 2HPβCD confirming the formation of the inclusion complex
while the irradiated samples presented slight changes at doses of 5000 Gy and
10000 Gy attributed to the decomposition of the samples by the effect of gamma
radiation
In addition the effect of the concentration of 2HPβCD in the presence of
praseodymium by UV-Vis was studied where increased solubility of praseodymium
was observed The study of the effect of temperature of the complex Pr-2HPβCD
allowed to observe the increase of solubility of the complex as a function of the
temperature also for the effect of time Finally the chemical behavior of the
inclusion complex Pr-2HPβCD in aqueous solutions in 2 M medium of NaClO4 at
30 deg C under inert atmosphere was evaluated by means of spectrophotometric and
direct potentiometric titrations the non-saturated zone was obtained that
ABSTRACT
XII
contemplates the soluble species The data of the unsaturated zone were
processed by computational refinement with the SUPERQUAD computer program
The values of the hydrolysis constants of the praseodymium species were -logβ1OH
= -862 plusmn 0007 -logβ2 2OH = -1710 plusmn 003 -logβ3 3OH = -2586 plusmn 001 and the
inclusion complex was -logβPr2HPBCD = -509 plusmn 007 obtained by parts using the
computer program SUPERQUAD
IacuteNDICE
XIII
IacuteNDICE
DEDICATORIA VII
AGRADECIMIENTOS VIII
RESUMEN IX
ABSTRACT XI
IacuteNDICE XIII
IacuteNDICE DE FIGURAS XVII
IacuteNDICE DE TABLAS XIX
ABREVIATURAS XX
CAPIacuteTULO I INTRODUCCIOacuteN 21
1 Introduccioacuten 22
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO 23
2 Fundamento 24
21 Los lantanidos 24
22 Praseodimio 25
23 Ciclodextrinas (CDs) 25
24 β-ciclodextrina 27
25 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina 28
26 Hidroacutelisis 29
27 Fuerza ioacutenica 30
28 Teacutecnicas de caracterizacioacuten 32
281 Microscopiacutea electroacutenica de barrido (MEB) 32
282 Espectroscopia de absorcion ultravioleta-visible (UV-VIS) 33
283 Difraccioacuten de rayos X (DRX) 34
284 Espectroscopia de infrarrojo (IR) 34
IacuteNDICE
XIV
285 Espectroscopia Raman 35
29 Titulacioacuten espectrofotomeacutetrica 35
210 Meacutetodo potenciomeacutetrico 36
211 programa de coacutemputo SUPERQUAD 37
CAPIacuteTULO III HIPOacuteTESIS 39
3 Hipoacutetesis 40
CAPIacuteTULO IV OBJETIVOS 41
4 Objetivos 42
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA 43
5 Metodologiacutea 44
51 Preparacioacuten de la solucioacuten de la 2-hidroxipropyl- βeta-ciclodextrina 45
52 Preparacioacuten de solucioacuten de praseodimio 45
53 Preparacioacuten del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina 45
54 Determinacioacuten de las curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por UV-Vis 46
55 Estudio de la influencia de las relaciones molares de las soluciones del
complejo de inclusioacuten 47
56 Efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 47
57 Caracterizacioacuten del compuesto de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-βeta-
ciclodextrina 49
571 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB) 49
572 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX) 49
573 Anaacutelisis por espectroscopia de infrarrojo (IR) 49
574 Anaacutelisis por espectroscopia Raman 50
IacuteNDICE
XV
58 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina 50
581 Efecto de temperatura 50
582 Efecto del tiempo 51
59 Determinacioacuten de la curva de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4 52
510 Valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina 52
511 Valoraciones potenciomeacutetricas directas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina 53
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS 54
6 Resultados 55
61 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea ultravioleta-visible (UV-Vis) 55
62 Efecto de la concentracioacuten de la 2HPβCD en el praseodimio por
espectrofotometriacutea ultravioleta-visible (UV-Vis) 57
63 Efecto de la radiacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD por
espectrofotometriacutea ultravioleta-visible (UV-Vis) 58
62 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB) 59
63 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX) 60
64 Espectroscopia de infrarrojo (IR) 61
65 Espectroscopia Raman 63
66 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina 64
661 Efecto de temperatura 64
662 Efecto de tiempo 65
67 Recta de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4 66
68 Valoraciones espectrofotomeacutetricas 67
IacuteNDICE
XVI
69 Titulaciones potenciomeacutetricas 68
610 Refinamientos 69
CONCLUSIONES 71
RECOMENDACIONES 73
GLOSARIO 75
REFERENCIAS CITADAS 80
IacuteNDICE
XVII
IacuteNDICE DE FIGURAS
Figura 1 Estructura de α β y γ ciclodextrinas 25
Figura 2 2HPβCD 28
Figura 3 Ilustracioacuten de un diagrama general de pLn(c)-pCH 36
Figura 4 Ilustracioacuten de una valoracioacuten potenciomeacutetricas directa con su primera
derivada (∆pCH∆V) 37
Figura 5 Diagrama de flujo 44
Figura 6 Espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes concentraciones en
presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina 55
Figura 7 Rectas de calibracioacuten de las bandas de absorcioacuten del praseodimio en
presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina 56
Figura 8 Espectro de absorcioacuten UV-Vis del praseodimio a concentracioacuten
constante en presencia de la 2HPβCD a diferentes concentraciones 57
Figura 9 Espectro UV-Vis de las muestras irradiadas en solucioacuten del complejo Pr-
2HPβCD PrCl3 y 2HPβCD 58
Figura 10 Imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las muestras a)
2HPβCD b) 2HPβCD irradiada c) PrCl3XH2O d) PrCl3XH2O irradiada e) Pr-
2HPβCD y f) Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy 59
Figura 11 Difraccioacuten de rayos X de PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD 61
Figura 12 Espectros de infrarrojo de las muestra 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD 62
Figura 13 Espectros Raman de la muestra PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD 63
Figura 14 Efecto de temperatura en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD 64
Figura 15 Efecto de tiempo en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD 65
Figura 16 Recta de calibracioacuten del pCH como una funcioacuten del pH en el medio 2 M
de NaClO4 66
Figura 17 Espectros de absorcioacuten UV-Vis de la valoracioacuten espectrofotomeacutetrica del
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con NaOH 00025 M en el medio 2M de
NaClO4 67
IacuteNDICE
XVIII
Figura 18 Curva de valoracioacuten espectrofotomeacutetrica (absorbancia en funcioacuten del
pCH) y la primera derivada del praseodimio en presencia de la 2HPβCD a longitud
de onda de 210 nm 68
Figura 19 Curva de valoracioacuten potenciomeacutetrica directa de 25x10-4 M del
praseodimio en presencia de la 2HPβCD con 25x10-3 de NaOH en 2 M de NaClO4
a 30 degC en atmosfera libre de CO2 y primera derivada de la curva 69
IacuteNDICE
XIX
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Propiedades fisicoquiacutemicas de los diferentes tipos de ciclodextrinas
naturales 26
Tabla 2 Reacciones de hidroacutelisis del praseodimio y constantes de equilibrio 29
Tabla 3 Datos de la literatura sobre la primera constante de hidroacutelisis (log β1) del
praseodimio 31
Tabla 4 Diferentes concentraciones de praseodimio con 2HPβCD constante para
determinar las curvas de calibracioacuten 46
Tabla 5 Relaciones molares 2HPβCD Pr 47
Tabla 6 Dosis de irradiacioacuten de Co60 aplicadas a las muestras en solucioacuten y
soacutelidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 2HPβCD y PrCl3 XH2O en la
instalacioacuten VICKRAD y GAMMACELL del irradiador LGI-01 TRANSELEKTRO del
ININ 48
Tabla 7 Cantidad de complejo solubilizado a diferentes temperaturas en 2 ml de
agua destilada 51
Tabla 8 Cantidades de complejo Pr-2HPβCD y agua destilada en cada tubo de
ensaye 51
Tabla 9 Ecuaciones de calibracioacuten del praseodimio en presencia de la 2-
hidroxipropil-β-ciclodextrina obtenidos por UV-Vis 56
Tabla 10 Anaacutelisis EDS de las muestras de PrCl3 2-HPβCD y Pr-2HPβCD 60
Tabla 11 Grupos funcionales del PrCl3XH2O 2HPβCD y del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD 62
Tabla 12 Mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de 2 M de
NaClO4 66
Tabla 13 Constantes de hidroacutelisis del Pr y el pCH de precipitacioacuten en el complejo
de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 M de NaClO4 obtenidos mediante meacutetodo
potenciomeacutetrico y el programa SUPERQUAD a 30 degC 70
ABREVIATURAS
XX
ABREVIATURAS
Pr praseodimio
2HPβCD 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
CDs Ciclodextrinas
CD Ciclodextrina
Ln Lantaacutenidos
Pr-2HPβCD praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Pr-2βCD praseodimio-2-βeta-ciclodextrina
CGT ciclomaltodextrin-glucano-transferasa
TP Titulacioacuten potenciomeacutetrica
ES Titulacioacuten espectrofotomeacutetrica
RE Relacioacuten empiacuterica
ED Extraccioacuten con disolvente
MEB Microscopiacutea electroacutenica de barrido
EDS Espectroacutemetro de dispersioacuten de energiacutea de rayos X
UV-VIS Ultravioleta-Visible
DRX Difraccioacuten de rayos X
IR Infrarrojo
EDTA Acido tetracetico etilen diamina
Co60 Cobalto-60
JCPDS Joint Committee On Powder Diffraction Standards
M Molaridad
21
______________________________
CAPIacuteTULO I
INTRODUCCIOacuteN
______________________________
CAPIacuteTULO I INTRODUCCIOacuteN
22
1 INTRODUCCIOacuteN
El praseodimio pertenece al grupo de los lantaacutenidos que muestran propiedades
quiacutemicas muy similares entre ellos derivadas de su configuracioacuten electroacutenica
caracterizados por la presencia de orbitales 4f parcialmente llenos Incluso se
consideran parecidos al grupo de los elementos actiacutenidos El praseodimio es un
elemento metaacutelico con siacutembolo Pr nuacutemero atoacutemico 59 y peso atoacutemico 140907
gmol El isoacutetopo estable 141Pr constituye el 100 del elemento en la naturaleza
Este lemento puede ser encontrado en ceramicos para dar el color amarillo En
mezcla con otros lantanidos se usan como proyectores de luz Su uso sigue
aumentando debido al hecho de que es uacutetil para producir magnetos de alto poder
entre otros Sobre todo se esta empleando en la mitigacioacuten de cancer Es
peligroso en el ambiente cuando se tiran estos dispositivos despues de cumplir su
funcioacuten por lo que se acumularaacute gradualmente en los suelos y en el agua De ahiacute
la importancia de estudiar las reacciones de hidrolisis
La utilizacioacuten de la 2 hidroxipropil-β-ciclodextrina (2HPβCD) en este trabajo de
investigacioacuten es fundamental debido a que es un agente de formacioacuten de
complejos de inclusioacuten para aumentar la solubilidad acuosa debido a que las
ciclodextrinas (CDs) se comportan como nano contenedores capaces de
encapsular moleacuteculas hidroacutefobas de tamantildeo apropiado y solubilizarlas en agua
propiedad que se aprovecha para determinar las constantes de hidroacutelisis del
praseodimio
Por lo cual el objetivo principal de este trabajo de investigacioacuten y en ausencia de
datos fundamentales de la interaccioacuten Ln3+-CDs sustituidas fue preparar el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Ademaacutes determinar el pCH de precipitacioacuten la
zona no saturada y saturada del Pr-2HPβCD que permiten determinar la constante
de hidroacutelisis del complejo de inclusioacuten praseodimio-2hidroxipropil-β-ciclodextrina
(Pr-2HPβCD) en medio 2 M de NaClO4 a 303 K por titulacioacuten espectrofotomeacutetrica
y potenciomeacutetrica
23
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FUNDAMENTO
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2 FUNDAMENTO
21 LOS LANTANIDOS
Los lantaacutenidos (tierras raras) forman un grupo de 17 elementos quiacutemicos que
muestran propiedades singulares derivadas de su configuracioacuten electroacutenica Estaacuten
caracterizados por la presencia de orbitales 4f parcialmente llenos [1] Los
nuacutemeros atoacutemicos de estos elementos van de 41 hasta 71 (Ce-Lu)
La configuracioacuten electroacutenica de los iones Ln3+ es 4fn5s25p6 (n= 0-14) Los orbitales
4f son orbitales internos con respecto a los 5s y 5p por lo cual estaacuten maacutes
cercanos al nuacutecleo Los orbitales 5s y 5p protegen a los electrones 4f de
interacciones externas determinando las propiedades de los iones Ln3+ [1] o
conducta quiacutemica debido a la pequentildea diferencia de energiacutea que distingue a los
electrones 4f de los electrones 5d [23]
Las tierras raras como grupo constituyen el 0008 en peso de la corteza
terrestre Los minerales que contienen lantaacutenidos son la monacita la bastnasita
la xenotima la gadolinita la alanita y la euxenita los cuales ocurren en las
regiones de rocas iacutegneas [4]
Los elementos de las tierras raras en soluciones acuosas son acuocationes que
tienen asociado un cierto nuacutemero de moleacuteculas de agua en la esfera de
coordinacioacuten primaria [1] Las aplicaciones de los lantaacutenidos se iniciaron
praacutecticamente a mediados del siglo XIX por ejemplo en los encendedores
despueacutes empezaron a utilizarse en los vidrios oacutepticos como reactivos de
desplazamiento en resonancia magneacutetica nuclear en quiacutemica orgaacutenica en
bioquiacutemica en cataacutelisis en componentes oacutepticos y electroacutenicos en los
superconductores de alta temperatura y en medicina como materiales
intensificadores de rayos X como agentes de relajamiento para teacutecnicas de
imagen en resonancia magneacutetica nuclear y desde luego como radioisoacutetopos para
aplicaciones farmaceacuteuticas Su utilidad en medicina y en la industria aumentoacute al
aplicarse las propiedades luminiscentes de sus complejos en el
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
25
fluoroinmunoensayo la fluorescencia retardada los electrodos sensoriales
luminiscentes etc [5]
22 PRASEODIMIO
El praseodimio metaacutelico (siacutembolo Pr No Atoacutemico 59) es amarillento y forma una
capa de oacutexido cuando se expone al aire huacutemedo Es un isotopo estable con masa
de 140907 y abunda en la naturaleza en un 100 [6] fue descubierto por el
austriaco Auer Von Welsbach en 1885 [7] Este elemento tiene dos estados de
oxidacioacuten +3 y +4 El Pr3+ con configuracioacuten electroacutenica [54Xe]4f2 Presenta
propiedades fisicoquiacutemicas que pueden magnificarse al formar complejos con
ligantes orgaacutenicos El ion metaacutelico luminece en el visible y en el infrarrojo cercano
[68 y 9]
23 CICLODEXTRINAS (CDs)
La celulosa y el almidoacuten son dos poliacutemeros de glucosa principales que se
producen a partir de la fotosiacutentesis considerados como importantes fuentes de
energiacutea renovables de la tierra al hidrolizarse el almidoacuten por efecto de la enzima
ciclomaltodextrin-glucano-transferasa (CGT) da origen a las dextrinas ciacuteclicas Por
lo tanto las ciclodextrinas son oligoacutemeros ciacuteclicos [1011] se obtienen durante la
degradacioacuten enzimaacutetica del almidoacuten y consisten en una serie de oligosacaacuteridos
ciacuteclicos formados por 6 (α) 7 (β) y 8 (γ) unidades de α-D-glucosa (Figura 1)
[1213] poseen estructura semejante entre ellas pero sus propiedades son
diferentes (Tabla 1)
Figura 1 Estructura de α β y γ ciclodextrinas
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
26
Tabla 1 Propiedades fisicoquiacutemicas de los diferentes tipos de ciclodextrinas naturales [11]
α-CD β-CD γ-CD
Uniones de glucosa 6 7 8 Diaacutemetro interno (nm) 047-053 060-065 075-083 Profundidad de la cavidad (nm)
079 079 079
pK valor 123 122 121 Solubilidad en agua 125 185 232 PM (DA) 972 1135 1297 Volumen de cavidad (aprox)
174 262 427
Agua cristalina ( ww) 102 133-45 813-177 Interaccioacuten hidrofoacutebica CD-cavidad CD-cavidad CD-cavidad Puente de hidrogeno Glucosa-OH Glucosa-OH Glucosa-OH ∆Hdeg (solucioacuten) kcalmol 767 831 773 ∆Sdeg (solucioacuten) cal(mol K) 138 117 147
(mg mml-1 25deg C) (106 pm3)
Las ciclodextrinas como materiales polihidroxilados han sido objeto de una amplia
variedad de reacciones La reaccioacuten maacutes estudiada es el ataque electrofiacutelico al
grupo OH de su estructura [14] La cavidad interior de las ciclodextrinas es
hidrofobica por lo que estos compuestos son capaces de albergar moleacuteculas
hidroacutefobas maacutes pequentildeas para formar complejos ldquoanfitrioacuten-hueacutespedldquo en los que la
moleacutecula hueacutesped queda encapsulada por la ciclodextrina [1315] De acuerdo a
estas caracteriacutesticas son capaces de formar complejos de inclusioacuten por medio de
enlaces no covalentes los cuales estabilizan a una gran variedad de moleacuteculas
[16] Las ciclodextrinas pueden formar compuestos cristalinos a partir de
moleacuteculas orgaacutenicas hueacutesped en estado soacutelido liacutequido e incluso gaseoso En
consecuencia las moleacuteculas insolubles en agua pueden llegar a ser
completamente solubles mediante un tratamiento con disoluciones acuosas de
ciclodextrina sin que se produzca modificacioacuten quiacutemica alguna en la moleacutecula
hueacutesped ya que no se origina ninguacuten enlace covalente durante la interaccioacuten
entre la ciclodextrina y la moleacutecula insoluble en agua [1315]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
27
La importancia que las ciclodextrinas estaacuten cobrando en la actualidad se observa
en el raacutepido desarrollo de su mercado sobre todo en el constante nuacutemero de
trabajos de investigacioacuten patentes y conferencias que estaacuten teniendo lugar en
estos uacuteltimos antildeos [17] el mayor porcentaje de ciclodextrinas usadas
comercialmente corresponde a la alimentacioacuten [18] y a la cosmeacutetica y aseo
personal [19] Las ciclodextrinas se utilizan para enmascarar olores y sabores
desagradables disminuyen la incompatibilidad faacutermaco-excipiente mejoran la
estabilidad fiacutesica y quiacutemica de compuestos volaacutetiles y de principios activos que
sean hidrolizables oxidables o fotosensibles para convertir faacutermacos liacutequidos en
soacutelidos para su formulacioacuten en tabletas y una muy importante para incrementar la
solubilidad en agua y la velocidad de disolucioacuten de faacutermacos poco solubles
Factores que aumentaraacuten la biodisponibilidad existiendo la posibilidad de reducir
la dosis asiacute como mejorar la absorcioacuten percutaacutenea y rectal al reducirse el caraacutecter
hidrofoacutebico del faacutermaco [20]
Se puede mejorar la solubilidad de determinados compuestos como el retinol
empleado en formulaciones anti-envejecimiento al tiempo que los complejos con
ciclodextrina son maacutes estables a la reaccioacuten de oxidacioacuten y a la accioacuten de la
radiacioacuten ultravioleta Sin embargo es indudable que el mayor esfuerzo en
investigacioacuten estaacute relacionado con su potencial aplicacioacuten farmaceacuteutica [2122]
24 β-CICLODEXTRINA
La beta ciclodextrina es la maacutes empleada por sus caracteriacutesticas y propiedades de
estructura que presenta Las ciclodextrinas se forman mediante unidades de
glucopiranosa las cuales contienen 3 grupos de hidroxilos libres cada una la β-
ciclodextrina (Figura 1) posee 21 hidroxilos los cuales pueden ser modificados por
sustitucioacuten de los aacutetomos H u OH por diferentes grupos tales como hidroxialkil
amino alquil etc A partir de las CDs naturales se han sintetizado otros tipos de
CDs llamadas derivadas o modificadas El objetivo de obtener los derivados de las
CDs puede ser el aumento de solubilidad y estabilidad en el agua o mejorar la
encapsulacioacuten de la moleacutecula hueacutesped en su cavidad hidrofobica de la CD
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
28
25 2-HIDROXIPROPIL-β-CICLODEXTRINA
Entre los derivados de la β-ciclodextrina se encuentran las heterogeacuteneas amorfas
y altamente solubles como son la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Figura 2) y la
metil- β-ciclodextrina
La hidroxilpropil beta ciclodextrina (2HPβCD) que es una ciclodextrina sustituida
se obtiene de una solucioacuten base de la beta ciclo dextrina solubilizada con oacutexido de
propileno resultando un sistema isomerico cuya sustitucioacuten puede darse en las
posiciones 1 2 o 3 con solubilidad mayor a 500 mgmL en agua y a temperatura
ambiente La alquilacioacuten o hidroxialquilacioacuten de las ciclodextrinas afectan las
propiedades fisicoquiacutemicas de los derivados incluyendo la habilidad para formar
complejos farmaceacuteuticos y no es toacutexica despueacutes de una administracioacuten oral en
dosis menores a 500 mgkg por viacutea intravenosa [24 25]
Figura 2 2HPβCD
La complejacioacuten del praseodimio con la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina se obtiene el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con el fin de observar la influencia de la
solubilidad y estabilidad del praseodimio
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29
26 HIDROacuteLISIS
La hidroacutelisis es decir la reaccioacuten de una especie tal como un ion metaacutelico con
los iones del agua asiacute como las reacciones redox y la formacioacuten de complejos con
los iones carbonato son algunas de las reacciones criacuteticas que controlan el
comportamiento de los lantaacutenidos en soluciones acuosas [12] en donde las
moleacuteculas de la sustancia son divididas en el agua
Las reacciones de hidroacutelisis dependen fuertemente del medio en que se efectuacutean
como son la fuerza ioacutenica el pH del medio la concentracioacuten del elemento y la
temperatura son paraacutemetros que rigen esas reacciones
Las reacciones de hidroacutelisis del praseodimio se muestran a continuacioacuten asiacute como
su constante de equilibrio de acuerdo a la ley de accioacuten de masas (Tabla 2)
Tabla 2 Reacciones de hidroacutelisis del praseodimio y constantes de equilibrio
Equilibrio Quiacutemico Constante de equilibrio
1 1198751199033+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)2+ + 119867+ 1198701119867 =
[119875119903(119874119867)2+][119867+]
[1198751199033+]
2 119875119903 (119874119867)2+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)2+ + 119867+
11987012119867 =[119875119903(119874119867)2
+][119867+]
[119875119903 (119874119867)2+]
3 119875119903 (119874119867)2+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)3
0 + 119867+ 11987013119867 =
[119875119903(119874119867)3+][119867+]
[119875119903(119874119867)2+]
4 119875119903 (119874119867)119899minus1+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)119899
0 + 119867+ 1198701119899119867 =
[119875119903(119874119867)119899+][119867+]
[119875119903(119874119867)119899minus1+ ]
5 1198751199033+ + 2119867119875120573119862119863 + 1198672119874 1198751199032119867119875120573119862119863(119874119867)2+ + 119867+ 11987011199011199032119867119875119861119862119863 =[119875119903 minus 2119867119875120573119862119863]
[1198751199033+]
De acuerdo con la ley de accioacuten de masas se pueden definir las constantes de
equilibrio (K) como K1H K12H K13H K1nH y K1Pr2HBCD Y con base en ellas se
pueden definir las constantes globales o acumulativas de hidroacutelisis
β1OH = K1H β12OH = [K1H][K12H] β13OH = [K1H][K12H][K13H]helliphelliphellip
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
30
Se entiende como constantes de Broumlnsted a las ecuaciones de la ley de accioacuten de
masas en las cuales el teacutermino de H+ aparece como actividad y las demaacutes especies
aparecen en teacuterminos de concentracioacuten
Las reacciones de hidroacutelisis se afectan cuando cambian las condiciones en las que
se llevan a cabo Una de esas condiciones a la que se le ha puesto atencioacuten
aunque hasta ahora no la suficiente es la fuerza ioacutenica Por lo general los trabajos
dedicados a la determinacioacuten de las constantes de hidroacutelisis se han efectuado en
medios de fuerza ioacutenica baja consideradas como soluciones ideales
Sin embargo para los medios tales como el agua de mar y otros de fuerza ioacutenica
maacutes elevada por ejemplo las minas de sal para almacenamiento de desechos
radiactivos se encuentran pocos datos en la literatura [25]
27 FUERZA IOacuteNICA
El comportamiento de los iones en una disolucioacuten depende de la composicioacuten
ioacutenica total de la misma la cual se expresa por su fuerza ioacutenica [26]
119868 =1
2sum 119862119894119885119894
2 Ec 1)
Donde
I = fuerza ioacutenica Ci = concentracioacuten molar de los iones existentes y Z
i = carga
ioacutenica de los iones existentes
La caracteriacutestica fundamental de las sales que se adicionan a un medio para
imponer la fuerza ioacutenica es que sean inertes pues no deben tomar parte en el
equilibrio quiacutemico [27] El aacutecido percloacuterico es el aacutecido maacutes fuerte en solucioacuten
acuosa por lo tanto el ion perclorato es una base deacutebil maacutes que los iones cloruro
y muestra muy poca tendencia a unirse a iones hidroacutegeno Lo mismo puede
decirse acerca de su tendencia a reaccionar con iones metaacutelicos que pueden
considerarse como aacutecidos de Lewis En la mayoriacutea de los percloratos metaacutelicos en
solucioacuten el ion metaacutelico se encuentra en forma hidratada siempre y cuando la
solucioacuten sea suficientemente aacutecida para que no se produzca la formacioacuten de
hidroxo complejos [28]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
31
La fuerza ioacutenica juega un papel de gran importancia en el pH Feldman en 1956
observoacute que el pH de una solucioacuten buffer 005 M de ftalato aacutecido de potasio
cambioacute desde 400 en fuerza ioacutenica cero hasta 357 en fuerza ioacutenica 2 M de KCl
Feldman explicoacute que el pH disminuye debido a que el coeficiente de actividad
cambia y por lo tanto hay mayor disociacioacuten de ftalato aacutecido de potasio [29] En la
literatura se han reportado diversos estudios de las constantes de estabilidad del
praseodimio en fuerza ioacutenica 2M (Tabla 3) donde se han empleado diferentes
condiciones de temperatura fuerza ioacutenica y diferentes meacutetodos donde se han
obtenido valores diferentes de la constante de estabilidad del praseodimio
Tabla 3 Datos de la literatura sobre la primera constante de hidroacutelisis (log β1) del praseodimio
Medio Meacutetodo Molaridad Log +β1 T K Referencia
NaCl ESTP 2 -874plusmn006 303 De la Cruz et al 2013
NaCl ES 2 -894plusmn002 303 Loacutepez et al 2010 NaCl SQUAD 2 -894plusmn003 303 Gonzales et al
2009 NaCl SQUAD 2 -891plusmn019 303 Gonzales et al
2009 NaCl ES 2 -877plusmn003 303 Gonzales et al
2009 NaClO4 TP 2 -838plusmn002 303 Loacutepez et al2005
NaCl TP 2 -876plusmn002 303 Loacutepez et al2005 NaCl TP 1 -858plusmn002 303 Ramirez et al
2004 NaClO4HClO4 ESTP 07 -862plusmn006 298 Klungness y
byrne2002 LiClO4 TP 3 -874plusmn003 303 Ciavata et al
1989 NaClO4 TP 3 -956plusmn003 298 Burkov et al
1982 NR RE 0 -81 298 Baes y Mesmer
1976 LiClO4 ED 02 -71plusmn007 298 Guillaumont et
al 1971 NaClO4 Ba(OH)2
TP 03002 -945 298 Frlova et al 1966
NaClO4 LiClO4
TP 3 -85 298 Tobias y Garrett1956
TP Titulacioacuten potenciomeacutetrica ES Espectrofotomeacutetrica RE Relacioacuten empiacuterica ED Extraccioacuten con
disolvente T K Temperatura
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
32
Sin embargo solo se ha podido determinar el valor de la primera constante de
estabilidad en este estudio se pretende conocer el valor de varias especies
aprovechando el aumento de solubilidad que ofrecen las ciclodextrinas
28 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACIOacuteN
281 MICROSCOPIacuteA ELECTROacuteNICA DE BARRIDO (MEB)
La superficie de un soacutelido puesto en contacto con un liacutequido o con un gas difiere
sustancialmente en su interior tanto en su composicioacuten quiacutemica como en sus
propiedades fiacutesicas a la de la inicial La caracterizacioacuten de estas propiedades de
superficie es de vital importancia en numerosos campos que incluyen la cataacutelisis
heterogeacutenea la tecnologiacutea de partiacuteculas delgadas semiconductoras los
mecanismos de corrosioacuten y adhesioacuten la actividad de las superficies metaacutelicas las
caracteriacutesticas de la dureza y los estudios sobre el comportamiento y las funciones
de las membranas bioloacutegicas [30]
En muchos campos de la quiacutemica de las ciencias de los materiales de la geologiacutea
y de la biologiacutea es cada vez de maacutes importancia el conocimiento detallado de la
naturaleza fiacutesica de las superficies de los soacutelidos Normalmente la informacioacuten se
obtiene sobre las superficies con una resolucioacuten considerablemente elevada
mediante tres teacutecnicas la microscopia electroacutenica de barrido (MEB) microscopia
de barrido de efecto tuacutenel y microscopia de fuerzas atoacutemicas [31] El microscopio
electroacutenico de barrido (MEB) es un instrumento para obtener fotografiacuteas
tridimensionales debido a que tiene una alta resolucioacuten y una gran profundidad de
campo En las fotografiacuteas se puede apreciar la estructura de muestras
microscoacutepicas detallando de manera extraordinaria sus caracteriacutesticas
morfoloacutegicas y topograacuteficas [32] de distintos materiales
Un instrumento que se ha desarrollado para el anaacutelisis de muestras a traveacutes del
microscopio electroacutenico de barrido es el analizador EDS (espectroacutemetro de
dispersioacuten de energiacutea) de rayos X el cual identifica la distribucioacuten cuantitativa y
cualitativa de elementos quiacutemicos que se encuentran presentes en la muestra
mostrando graacuteficas e imaacutegenes relacionadas con esa distribucioacuten Es pertinente
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
33
sentildealar que el analizador EDS de rayos X identifica y evaluacutea el contenido de
elementos quiacutemicos desde el carbono al uranio en superficies planas o secciones
finas de las muestras en todo tipo de material (bioloacutegico e inerte) [33]
282 ESPECTROSCOPIA DE ABSORCION ULTRAVIOLETA-VISIBLE (UV-
VIS)
Una de las teacutecnicas instrumentales maacutes utilizadas en la deteccioacuten de complejos de
inclusioacuten con CDs es la espectroscopia de absorcioacuten UV-VIS Es una teacutecnica
versaacutetil de amplia aplicacioacuten de manejo sencillo y preciso Debido a que la
mayoriacutea de las moleacuteculas orgaacutenicas absorben en la regioacuten UV o visible del
espectro donde experimentan variaciones en las posiciones de los maacuteximos de
absorcioacuten (cualitativas) o en el valor del coeficiente de absorcioacuten molar
(cuantitativas) tras la formacioacuten del complejo con CDs Como existen numerosas
moleacuteculas orgaacutenicas deacutebilmente solubles en agua son difiacuteciles de analizar por
esta teacutecnica espectrofotomeacutetrica Sin embargo la inclusioacuten conlleva a la
solubilizacioacuten permitiendo obtener el espectro de absorcioacuten en solucioacuten acuosa
que podriacutea producir variaciones en su espectro en solventes de baja polaridad
comparables con respecto a otros solventes maacutes polares [34]
La espectroscopia UV-Vis (en el rango de longitudes de onda del ultravioleta y
visible) se basa en el anaacutelisis de la cantidad de radiacioacuten electromagneacutetica que
puede absorber o transmitir una muestra [35] Cuando la radiacioacuten
electromagneacutetica interacciona con la materia se produce absorcioacuten de radiacioacuten
Si la frecuencia de esta radiacioacuten corresponde a la energiacutea necesaria para elevar
el sistema a un nivel de energiacutea superior se produce el estado excitado [36] De
acuerdo con este fenoacutemeno cada sustancia poseeraacute una longitud de onda de
maacutexima absorcioacuten que la caracteriza cualitativamente [35] Esta
espectrofotometriacutea utiliza radiaciones del campo UV de 80 a 400 nm
principalmente de 200 a 400 nm (UV cercano) y de luz visible de 400 a 800 nm
por lo que es de gran utilidad para caracterizar las soluciones en la regioacuten
ultravioleta-visible del espectro [37]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
34
283 DIFRACCIOacuteN DE RAYOS X (DRX)
Es una de las teacutecnicas de caracterizacioacuten maacutes potentes y maacutes comuacutenmente
utilizadas para el anaacutelisis estructural de cristales Sus caracteriacutesticas principales
son consecuencia de ser una ldquosondardquo electromagneacutetica de la materia con una
longitud de onda de magnitud muy parecida al espaciado interplanar de los soacutelidos
[38] Constituye la metodologiacutea maacutes apropiada para realizar el anaacutelisis de la
estructura cristalina del complejo [39] No obstante los diagramas de difraccioacuten
son una prueba concluyente para demostrar la inclusioacuten ya que el difractograma
del complejo es diferente al que se obtiene tras superponer los difractogramas de
la moleacutecula encapsulada y el de las CDs aisladas [40]
La interaccioacuten entre el vector eleacutectrico de la radiacioacuten X y los electrones de la
materia que atraviesa da lugar a una dispersioacuten Cuando los rayos X son
dispersados por el entorno ordenado de un cristal tienen lugar interferencias
(constructivas y destructivas) entre los rayos dispersados ya que las distancias
entre los centros de dispersioacuten son del mismo orden de magnitud que la longitud
de onda de la radiacioacuten El resultado es la difraccioacuten [41] Cuando las CDs
naturales o el hueacutesped cristalino son sometidas a la difractometriacutea de rayos X
eacutestos presentan un patroacuten de difraccioacuten de alta intensidad debido a su
cristalinidad Por el contrario si el complejo de inclusioacuten se forma va a mostrar un
patroacuten de tipo halo [42] con picos difusos y anchos caracteriacutesticos de un
compuesto amorfo Esta teacutecnica es sumamente uacutetil para verificar la formacioacuten de
complejos de inclusioacuten en el caso de hueacutespedes liacutequidos En efecto ya que estos
no presentan ninguacuten patroacuten de difraccioacuten si son incluidos se va a obtener un
difractograma con un patroacuten bien definido [43]
284 ESPECTROSCOPIA DE INFRARROJO (IR)
La aplicacioacuten del meacutetodo de infrarrojo se limita a aquellos hueacutespedes que tienen
ciertas bandas de absorcioacuten caracteriacutesticas como los grupos carbonilo hidroxilo o
C-H u otros que permitan evaluar si existen diferencias entre los espectros del
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
35
hueacutesped libre y encapsulado [42] Cuando se produce la encapsulacioacuten del
compuesto hueacutesped se produce un corrimiento o disminucioacuten de la intensidad de
ciertas bandas caracteriacutesticas del espectro correspondiente al hueacutesped Sin
embargo dichos cambios son muy sutiles debido a que el hueacutesped representa un
5-10 del peso total del complejo por lo cual requiere una interpretacioacuten
cuidadosa del espectro [44]
285 ESPECTROSCOPIA RAMAN
La espectroscopia Raman mide la intensidad de la radiacioacuten como una funcioacuten de
la frecuencia (o del nuacutemero de onda) [45] Esta teacutecnica es complementaria del IR y
la informacioacuten que aporta es semejante Las bandas se desplazan y se modifican
como consecuencia del proceso de inclusioacuten [46] Los espectros Raman se
obtienen al irradiar una muestra con una potente fuente laser de radiacioacuten
monocromaacutetica visible o infrarroja Durante la radiacioacuten se registra el espectro de
la radiacioacuten dispersada en un cierto aacutengulo (por lo general 90 deg) con un
espectroacutemetro adecuado [47] Las bandas se desplazan y se modifican como
consecuencia del proceso de inclusioacuten Probablemente la espectroscopia Raman
resulta de mayor utilidad en el caso de complejos en medios liacutequidos donde la
presencia de soluciones acuosas no supone un obstaacuteculo como ocurre en el caso
de la espectroscopia IR [48]
29 TITULACIOacuteN ESPECTROFOTOMEacuteTRICA
El meacutetodo espectrofotomeacutetrico es un meacutetodo analiacutetico el cual por medio de un
espectrofotoacutemetro permite comparar la radiacioacuten electromagneacutetica de una
sustancia en funcioacuten de su concentracioacuten desconocida y una concentracioacuten
conocida de la misma sustancia y evaluar el momento de reaccioacuten de un aacutecido y
una base mediante la absorcioacuten de radiacioacuten electromagneacutetica de la sustancia a
cierta longitud de onda fija permite determinar el punto final de la titulacioacuten La
medicioacuten de absorbancia se realiza en cada adicioacuten del titulante asiacute se
construyen graficas de absorbancia en funcioacuten del pCH de cada aliacutecuota de adicioacuten
del titulante (Figura 3) donde se observara la zona saturada y no saturada Estas
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
36
dos zonas nos permitiraacuten determinar el punto de inicio de precipitacioacuten del
lantaacutenido
Figura 3 Ilustracioacuten de un diagrama general de pLn(c)-pCH
El punto de precipitacioacuten (pCH) se utiliza para delimitar el intervalo de la zona no
saturada Este intervalo se utiliza en un programa de coacutemputo como
SUPERQUAD que se emplea para determinar constantes de equilibrio
210 MEacuteTODO POTENCIOMEacuteTRICO
Es el meacutetodo maacutes estudiado para determinar constantes de hidroacutelisis por su
sencillez y exactitud el meacutetodo se basa en la titulacioacuten de una solucioacuten de
concentracioacuten conocida de base (o aacutecido) con un aacutecido fuerte (o base fuerte) la
reaccioacuten se puede seguir por ejemplo con electrodos de vidrio y calomel
conectados a un potencioacutemetro [49] de los datos obtenidos de la titulacioacuten se
construye una graacutefica de titulacioacuten de pH en funcioacuten del volumen adicionado del
titulante (Figura 4)
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
37
Figura 4 Ilustracioacuten de una valoracioacuten potenciomeacutetricas directa con su primera derivada (∆pCH∆V)
El teacutermino pH se aplica habitualmente al logaritmo inverso de la concentracioacuten del
ion hidronio sin embargo cuando la fuerza ioacutenica es alta y el electrodo del
indicador es sensible al pH es importante diferenciar entre el logaritmo inverso de
la concentracioacuten de los iones hidronio (pCH) y el valor del pH experimental La
concentracioacuten de los iones hidronio (o de OH-) en el equilibrio y la composicioacuten de
una solucioacuten dada permiten calcular la razoacuten molar de los iones OH- unidos al ion
metaacutelico en solucioacuten un grupo de valores de [H+] y la concentracioacuten inicial del
metal son los datos necesarios para determinar las constantes de hidroacutelisis [49]
Se alimentan los datos de la zona no saturada y volumen del titulante adicionado a
la valoracioacuten potenciomeacutetrica al programa de coacutemputo SUPERQUAD y asiacute poder
determinar las constantes de hidroacutelisis del Pr
211 PROGRAMA DE COacuteMPUTO SUPERQUAD
El programa de coacutemputo SUPERQUAD fue creado por Gans Sabatini y Vacca
escrito en lenguaje fortran calcula las constantes de equilibrio en sistemas
multicomponentes y multireaccionantes Esas constantes se calculan con la base
de un modelo quiacutemico el cual debe incluir la estequiometria y los valores
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
38
estimados de las constantes globales de formacioacuten de cada una de las especies
presentes durante la valoracioacuten Se aplica reiteradamente el meacutetodo de miacutenimos
cuadrados a las diferencias que se generan en los potenciales experimentales de
las celdas menos los calculados por el propio programa Para alcanzar el miacutenimo
de estas diferencias se aplica el algoritmo de Marquadt Por uacuteltimo en el archivo
de salida del programa SUPERQUAD se obtienen los valores calculados y un
anaacutelisis estadiacutestico de los datos [25]
39
______________________________
CAPIacuteTULO III
HIPOacuteTESIS
______________________________
CAPIacuteTULO III HIPOacuteTESIS
40
3 HIPOacuteTESIS
La 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina aumentaraacute la solubilidad del praseodimio de
esta manera permitiraacute determinar varias especies quiacutemicas de hidroacutelisis de este
elemento en medio 2 M de NaClO4 a 30 degC
41
______________________________
CAPIacuteTULO IV
OBJETIVOS
______________________________
CAPIacuteTULO IV OBJETIVOS
42
4 OBJETIVOS
Objetivo general
Estudiar el comportamiento quiacutemico en solucioacuten acuosa del compuesto de
inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por medio de la
determinacioacuten de las constantes de hidroacutelisis en 2 M de NaClO4 a 30 degC
Objetivos especiacuteficos
Obtener el compuesto de inclusioacuten del praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina
Determinar las constantes de la hidroacutelisis de las especies quiacutemicas de
praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en 2 M de
NaClO4 y a 30 degC por el meacutetodo espectrofotomeacutetrico y el meacutetodo
potenciomeacutetrico
Determinar la constante de hidroacutelisis del compuesto de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en 2 M de NaClO4 y a 30 degC
por el meacutetodo espectrofotomeacutetrico y el meacutetodo potenciomeacutetrico
43
______________________________
CAPIacuteTULO V
METODOLOGIacuteA
______________________________
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
44
5 METODOLOGIacuteA
El diagrama de flujo (Figura 5) muestra el resumen de las actividades del
desarrollo experimental que se siguioacute en el estudio del praseodimio en presencia
de la 2HPβCD
Figura 5 Diagrama de flujo
INICIO
Preparacioacuten de las soluciones de 2M de NaClO4 PrCl3xH2O 2HPβCD y
Pr-2HPβCD
Preparacioacuten de precipitados PrCl3H2O 2HPβCD y Pr-
2HPβCD
Irradiacioacuten Gamma
Caracterizacioacuten de reactivos y el complejo de
inclusioacuten
UV-Vis
MEB y EDS
DRX
EspectroscopiaIR
Espectroscopia Raman
Efecto de concentracioacuten
Solubilidad
Efecto de temperatura
Efecto de tiempo
Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Meacutetodo grafico
Valoraciones potenciomeacutetricas
Determinacioacuten de constantes
de hidroacutelisis con el programa de
coacutemputo SUPERQUAD
Anaacutelisis de
resultados
FIN
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
45
La descripcioacuten de cada una de las etapas de este diagrama se muestra
enseguida
Los reactivos empleados en este trabajo fueron de grado analiacutetico Para la
preparacioacuten de las soluciones y lavado del material del laboratorio se usoacute agua
destilada
51 Preparacioacuten de la solucioacuten de la 2-hidroxipropyl- βeta-ciclodextrina
La solucioacuten del derivado de la beta ciclodextrina se preparoacute a partir de la 2-
hydroxipropyl-βeta-ciclodextrina [(C6H9O5)7-(C3H7O)45] de peso molecular 1396
gmol (anhidro) de Sigma-Aldrich Chem Company Inc el cual se disolvioacute con
agua destilada y agitacioacuten constante La concentracioacuten fue de 02389 M
52 Preparacioacuten de solucioacuten de praseodimio
La solucioacuten de praseodimio se preparoacute a partir del oacutexido de praseodimio (Pr6O11)
de Sigma-Aldrich Chem Company Inc El oacutexido se tratoacute con HCl concentrado el
precipitado resultante se diluyoacute en agua destilada y se evaporoacute hasta sequedad
este proceso se hizo tres veces Finalmente se diluyoacute con una solucioacuten de HCl de
pH 3 Esta solucioacuten se valoroacute con EDTA naranja de xilenol y piridina para
determinar la concentracioacuten la cual fue de 048 M
53 Preparacioacuten del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina
El complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina (Pr-
2HPβCD) se preparoacute a partir de las soluciones de la 2-hydroxipropyl-βeta-
ciclodextrina 02389 M y de la solucioacuten de praseodimio 048 M en la relacioacuten molar
11 La concentracioacuten del complejo de inclusioacuten fue de 0005 M Esta solucioacuten se
evaporoacute lentamente a sequedad en una parrilla de calentamiento Corning PC-351
Hot Plate-Stirrer durante 45 minutos El precipitado resultante se secoacute en una
estufa Lab Line Instruments Inc (Melrose Park Illinois) a 45-50degC durante 2
horas Varias fracciones de este precipitado se emplearon para determinar la
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
46
morfologiacutea la espectroscopia de infrarrojos difraccioacuten de rayos X y Raman
Tambieacuten se caracterizaron las muestras de PrCl3 XH2O y 2HPβCD
54 Determinacioacuten de las curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por UV-Vis
Para cuantificar praseodimio por espectrofotometriacutea UV-Vis se determinaron las
curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD para ello se
realizaron diluciones a diferentes concentraciones de PrCl3 XH2O manteniendo
constante la concentracioacuten de la 2HPβCD Los datos se muestran en la Tabla 4
Tabla 4 Diferentes concentraciones de praseodimio con 2HPβCD constante para determinar las curvas de calibracioacuten
Pr (ml) H2O
(ml)
2HPβCD
(ml)
Concentraciones
Pr2HPβCD [M]
00004 1999 2 00001 00025
00010 1998 2 000025 00025
00041 1995 2 0001 00025
00104 1989 2 00025 00025
00208 1979 2 0005 00025
00416 1958 2 001 00025
0104 1895 2 0025 00025
0260 1739 2 00625 00025
0520 1479 2 0125 00025
1041 0958 2 025 00025
125 075 2 03 00025
Las disoluciones se midieron en el espectroacutemetro UV-Vis marca Perkin Elmer
Lambda 10 en un intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
47
55 Estudio de la influencia de las relaciones molares de las soluciones del
complejo de inclusioacuten
Para determinar la influencia de la 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se prepararon las relaciones molares de PrCl3
XH2O y de 2HPβCD Los datos se muestran en la Tabla 5
Tabla 5 Relaciones molares 2HPβCD Pr
Relacioacuten 2HPβCDPr
2HPβCD (ml)
H2O (ml)
Pr (ml)
Concentraciones 2HPβCDPr [M]
051 0010 199 2 000125 00025
11 0020 1979 2 000250 00025
21 0041 1958 2 000500 00025
31 0062 1937 2 000750 00025
41 0083 1916 2 001000 00025
51 0104 1895 2 001250 00025
81 0167 1832 2 002000 00025
101 0209 1790 2 002500 00025
151 0313 1686 2 003750 00025
181 0376 1623 2 004500 00025
241 0502 1497 2 006000 00025
Las relaciones molares se prepararon a partir de las soluciones de PrCl3 XH2O
048 M y de la 2HPβCD 02389 M
Las disoluciones se midieron en el espectroacutemetro UV-Vis marca Perkin Elmer
Lambda 10 en un intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
56 Efecto de la Radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Para observar el efecto de la radiacioacuten gamma del Cobalto-60 (Co60) en el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se prepararon 6 soluciones de 10 ml del
complejo de inclusioacuten en relacioacuten molar 11 de concentracioacuten 0005 M de cada una
de ellas y soluciones de los reactivos PrCl3 XH2O y 2HPβCD en las mismas
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
48
condiciones Tambieacuten se prepararon 6 muestras soacutelidas de Pr-2HPβCD
(precipitado) PrCl3 XH2O y 2HPβCD de 02 g cada una
Cada una de estas muestras fue colocada en un vial de 20 ml luego se selloacute con
bolsa de plaacutestico y se irradiaron a diferentes dosis en el irradiador LGI-01
TRANSELEKTRO del ININ con una razoacuten de dosis de 103716 Gyh En la
posicioacuten de irradiacioacuten VICKRAD se colocaron tres muestras liacutequidas y tres
soacutelidas de la misma manera en la posicioacuten de irradiacioacuten GAMMACELL tres
muestras liacutequidas y tres soacutelidas En ambos casos cuando se alcanza la dosis
requerida (por ejemplo 1 Gy) una muestra se retira o se saca de la posicioacuten de
irradiacioacuten y asiacute sucesivamente se continuacutea hasta alcanzar la dosis maacutexima de
irradiacioacuten requerida Los datos se muestran en la Tabla 6
Tabla 6 Dosis de irradiacioacuten de Co60 aplicadas a las muestras en solucioacuten y soacutelidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 2HPβCD y PrCl3 XH2O en la instalacioacuten VICKRAD y GAMMACELL del irradiador
LGI-01 TRANSELEKTRO del ININ
1ra Serie Instalacioacuten VICKRAD
No Muestras soacutelidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
No Muestras liacutequidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
1 (a) 1 Gy 4 (1i) 1 Gy 2 (b) 10 Gy 5 (2i) 10 Gy
3 (c) 100 Gy 6 (3i) 100 Gy
2da Serie Instalacioacuten GAMMACELL
No Muestras soacutelidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
No Muestras liacutequidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
1 (d) 05 KGy 4 (4i) 05 KGy
2 (e) 5 KGy 5 (5i) 5 KGy
3 (f) 10 KGy 6 (6i) 10 KGy
Las muestras liacutequidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD PrCl3-XH2O y
2HPβCD irradiadas se evaporaron a sequedad para realizar el anaacutelisis de
caracterizacioacuten
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
49
57 Caracterizacioacuten del compuesto de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina
571 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB)
Para realizar este anaacutelisis se emplearon fracciones de cada uno de los reactivos
PrCl3 XH2O 2HPβCD el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD irradiado Cada una de las fracciones se colocaron en un
porta muestras de aluminio Se recubrieron con una capa de oro para que las
muestras fueran conductoras El anaacutelisis morfoloacutegico se realizoacute en un microscopio
JSM-1600 y JSM-6610LV acoplados a una sonda de espectroscopia de difraccioacuten
de rayos X con el software de los equipos se obtuvo el anaacutelisis elemental
realizado por EDS (Energy Dispersion of X ray Espectrosocopy) que proporcionoacute
informacioacuten cualitativa y cuantitativa de las muestras analizadas
572 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX)
Este anaacutelisis se realizoacute con el difractoacutemetro de polvos SIEMENS D-5000 con
aacutenodo de cobre λ = 15406 Ǻ y un barrido de 25-80 en 2ɵ Para ello se colocaron
en un porta muestras fracciones de cada una de las muestras PrCl3 XH2O
2HPβCD Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado En cada una de estas muestras se
hizo incidir un haz de rayos X De esta manera se obtuvieron graacuteficas de
intensidad en funcioacuten del aacutengulo de difraccioacuten Los resultados se compararon con
las tarjetas de los patrones reportados por el Joint Committee on Powder
Diffraction Standards (JCPDS)
573 Anaacutelisis por espectroscopia de infrarrojo (IR)
Se realizoacute la espectroscopia de infrarrojo de las muestras de PrCl3 XH2O
2HPβCD Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado con el espectroacutemetro Nicolet
Magna-IRTM spectrometer 550 FTIR en un intervalo de 450-4000 cm-1 Las
muestras se prepararon con un estaacutendar de KBr mediante el meacutetodo de
dispersioacuten de pastilla para su anaacutelisis
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
50
574 Anaacutelisis por espectroscopia Raman
Se realizoacute la espectroscopia Raman de las muestras de PrCl3 XH2O 2HPβCD
Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado con el equipo Raman LabRamHR JovynIvon-
Horiba Una fraccioacuten de cada una de las muestras se colocaron en un porta
muestras conectado a un microscopio y se hizo incidir un rayo laacuteser de un
microacutemetro de diaacutemetro Como resultado se obtuvo una graacutefica de intensidad
Raman contra el desplazamiento Raman Los espectros Raman de las muestras
fueron obtenidos en un intervalo de 0 a 1700 cm-1
58 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-βeta-ciclodextrina
581 Efecto de temperatura
En un tubo de ensaye se le adicionoacute 2 ml de agua destilada a 20 0C En un bantildeo
mariacutea a la temperatura de 20 0C se colocoacute el tubo de ensaye con 2 ml de agua
destilada y se le adicionoacute poco a poco la muestra del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD (05 g previamente pesada) Se agitoacute manualmente de manera
constante hasta observar la formacioacuten de precipitado (Pr-2HPβCD) en el fondo
del tubo de ensaye
Este proceso tambieacuten se realizoacute a las temperaturas de 35 42 50 y 60degC El
residuo del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD que ya no se adicionoacute en el tubo de
ensaye se pesoacute y por diferencia con el peso inicial (05 g) se determinoacute los
gramos solubilizados del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Los datos se
muestran en la Tabla 7
Con los resultados obtenidos se graficoacute la temperatura en funcioacuten de la cantidad
de complejo de inclusioacuten solubilizado
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
51
Tabla 7 Cantidad de complejo solubilizado a diferentes temperaturas en 2 ml de agua destilada
Pr-2HPβCD (g)
H2O
(ml)
Temp (degC) del H2O
Pr-2HPβCD solubilizados (g)
1 05 2 20 01866 2 05 2 35 02472 3 05 2 42 03014 4 05 2 50 03461 5 05 2 60 03628
582 Efecto del tiempo
En un tubo de ensaye se le adicionoacute 2 ml de agua destilada a temperatura
ambiente Se le adicionoacute la muestra del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD (01001
g previamente pesada) se registroacute el tiempo (inicial) y se agitoacute manualmente de
manera constante hasta observar la formacioacuten de precipitado (Pr-2HPβCD) en el
fondo del tubo de ensaye Se registroacute el tiempo (final) cuando el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD se solubilizoacute completamente Este proceso se realizoacute 5
veces La determinacioacuten del tiempo de solubilizacioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD es la diferencia entre el tiempo inicial y final Los datos se muestran en la
Tabla 8 Con los resultados obtenidos se graficoacute los gramos solubilizados del
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en funcioacuten del tiempo
Tabla 8 Cantidades de complejo Pr-2HPβCD y agua destilada en cada tubo de ensaye
Pr-2HPβCD
(g)
H2O
(ml) Tiempo (seg)
1 01001 2 161
2 01005 2 163
3 01011 2 167
4 01018 2 169
5 01026 2 170
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
52
59 Determinacioacuten de la curva de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4
Para corregir el pH experimental en el medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 se
preparoacute una solucioacuten de NaOH al 50 pesovolumen A partir de esta solucioacuten se
preparoacute una solucioacuten de hidroacutexido de sodio a una concentracioacuten de 1 N en una
caja de guantes con atmosfera de nitroacutegeno Esta solucioacuten se valoroacute con ftalato
aacutecido de potasio y fenolftaleiacutena para determinar su concentracioacuten Con esta
solucioacuten de NaOH 1 N se prepararon soluciones de 01 001 y 0001 M y a estas
mismas concentraciones con HCl 1N titrisol ambas en medio de fuerza ioacutenica 2 M
de NaClO4 La medicioacuten de pH de estas soluciones (pH experimental) se
realizaron con un electrodo de vidrio AgClAg Radiometer XG200 con agitacioacuten
constante a temperatura de 30 degC controlada por un bantildeo de agua circulante
ldquoPolyscience Circulatiorrdquo modelo 12101-10 Se mantuvo una atmosfera de
nitroacutegeno en la celda potenciomeacutetrica de doble pared Se midioacute el pH 3 veces de
cada solucioacuten el mismo diacutea y durante tres diacuteas consecutivos Se promediaron los
datos obtenidos y se trazoacute una graacutefica que permitioacute realizar la relacioacuten entre el
logaritmo inverso de la concentracioacuten de los iones hidrogeno (pCH) y el pH
experimental
510 Valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Se realizaron valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD con hidroacutexido de sodio en fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 para ello se
colocoacute en una celda de reaccioacuten 10 ml de 2 M de NaClO4 de pH 3 21 microL de la
solucioacuten de 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina de concentracioacuten 02389 M y 105
microL de la solucioacuten de PrCl3 XH2O de concentracioacuten 048 M para tener una
concentracioacuten inicial de 000025 M del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Se
midioacute el pH se tomoacute una aliacutecuota de 3 ml y se midioacute su absorbancia con el
espectrofotoacutemetro UV-Vis Perkin Elmer Lambda 10 en un intervalo de longitud de
onda de 200 a 700 nm Como blanco se empleoacute agua destilada Los 3 ml de
solucioacuten medida por UV-Vis se regresaron a la celda de reaccioacuten Posteriormente
se adicionaron aliacutecuotas de una solucioacuten de 00025 M de NaOH en 2 M de
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
53
NaClO4 Se repitioacute varias veces el proceso de tomar una aliacutecuota en la celda de
reaccioacuten a la celda de cuarzo y medir la absorbancia del complejo de inclusioacuten de
tal manera que el pH incrementara de 02 en 02 hasta alcanzar un pH de 9 o 10
aproximadamente En todo el proceso se mantuvo una temperatura de 30 degC y
una atmoacutesfera de nitroacutegeno constante en la celda
Con los datos de pH y absorbancia a una longitud de onda de 210 nm obtenidos
se graficaron los valores de la absorbancia en funcioacuten del pCH para determinar el
pCH de precipitacioacuten la zona no saturada y la zona saturada
511 Valoraciones potenciomeacutetricas directas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Con el sistema de titulacioacuten automaacutetica que consiste de un potencioacutemetro
Radiometer TIM900 Titrilab de un electrodo combinado de vidriondashAgClAg y una
bureta automaacutetica de 20 ml se realizaron valoraciones potenciomeacutetricas directas
Para lo cual se colocoacute en la celda de reaccioacuten 10 ml de 2 M de NaClO4 de pH 3
21 microL de la solucioacuten de 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina de concentracioacuten 02389
M y 105 microL de la solucioacuten de PrCl3 XH2O de concentracioacuten 048 M para tener
una concentracioacuten inicial de 000025 M del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Esta solucioacuten se valoroacute con NaOH 00025 M en 2 M de NaClO4 a una temperatura
de 30 degC flujo de nitroacutegeno y agitacioacuten constante Con los datos de pH y volumen
de NaOH se graficaron los valores de pCH en funcioacuten del volumen de NaOH El
intervalo de pCH de la zona no saturada se determinoacute despueacutes de que el aacutecido fue
neutralizado y el pCH final se determinoacute con el pCH de precipitacioacuten obtenido en la
titulacioacuten espectrofotomeacutetrica Este intervalo de pCH de la zona no saturada se
emplearon en el programa de computo SUPERQUAD para determinar los valores
de las constantes de hidroacutelisis del praseodimio y del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
54
______________________________
CAPIacuteTULO VI
RESULTADOS
______________________________
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
55
6 RESULTADOS
61 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 6 muestra los espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes
concentraciones en presencia de 2HPβCD 00025 M determinados en el intervalo
de longitud de onda de 200 a 700 nm En ellos se observa que cuando aumenta
la concentracioacuten del praseodimio en presencia de 2HPβCD aumenta el tamantildeo de
las bandas La 2HPβCD no presenta bandas de absorcioacuten en toda la regioacuten de
200-700 nm
Figura 6 Espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes concentraciones en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
A partir de la Figura 6 y de acuerdo al tamantildeo de las bandas de absorcioacuten de los
espectros UV-Vis en funcioacuten de la concentracioacuten del praseodimio se establecen
tres regiones de intereacutes En la regioacuten de longitud de onda de 200-225 nm la banda
de absorcioacuten maacutexima del praseodimio se encuentra en 215 nm para
concentraciones bajas en la regioacuten de 440-490 nm se encuentran las bandas de
absorcioacuten de 444 469 nm y 482 nm para concentraciones intermedias y
finalmente en la regioacuten de 558-600 nm se encuentran las bandas de absorcioacuten de
200 300 400 500 600 700
00
05
10
15
20
25
30
Ab
so
rban
cia
Longitu de onda (cm-1)
000011MPr
0000251MPr
00011MPr
000251MPr
00051MPr
001MPr
0025MPr
006251MPr
01251MPr
0251MPr
031MPr
00025M2HPBCD
00025MPr
1
2
3
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
56
5885 nm para cuantificar concentraciones altas de praseodimio en presencia de la
2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Figura 7 y Tabla 9) En la Figura 7 se muestran las
rectas de calibracioacuten para cuantificar praseodimio Estas rectas de calibracioacuten fueron
determinadas con los datos de los valores de absorbancia de cada banda de
absorcioacuten de la Figura 6 en funcioacuten de la concentracioacuten del praseodimio
Figura 7 Rectas de calibracioacuten de las bandas de absorcioacuten del praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
Tabla 9 Ecuaciones de calibracioacuten del praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
obtenidos por UV-Vis
Intervalo de longitud de onda de UV-Vis
200-250 nm 400-500 nm 560-620 nm
Bandas de 215 nm 444 nm 469 nm 482 nm 5885 nm
absorcioacuten
Ecuaciones de
calibracioacuten
A= 26554[Pr] + 00527
A = 513[Pr] + 00127
A = 21698[Pr] + 00123
A = 15912[Pr] + 00128
A = 00783[Pr] + 00103
Rsup2 = 09949 Rsup2 = 09992 Rsup2 = 09958 Rsup2 = 09917 Rsup2 = 09769
Doacutende nm= nanoacutemetros A= Absorbancia [Pr (III)]= Concentracioacuten del Praseodimio R = Coeficiente de
correlacioacuten
000 005 010 015 020 025 030
00
02
04
06
08
10
12
14
16
y=15912 x +00128
R2=09917
y=00783 x +00103
R2=09769
y=21698 x +00123
R2=09958
y=513 x +00127
R2=09992
215 nm
444 nm
469 nm
482 nm
5885 nm
Abso
rbancia
[Pr] M
y=26554 x +00527
R2=09949
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
57
En la Tabla 9 se muestran los datos de las ecuaciones de calibracion para
determinar praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina por
espectroscopiacutea UV-Vis
Estas consideraciones tienen una limitacioacuten ya que se debe tomar en cuenta que
el intervalo oacuteptimo para medir la absorbancia con fines de anaacutelisis cuantitativo
estaacute entre 002ndash15
62 Efecto de la concentracioacuten de la 2HPβCD en el praseodimio por
espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 8 muestra los espectros de absorcioacuten del praseodimio a concentracioacuten
constante (00025 M) en presencia de 2HPβCD a diferentes concentraciones
determinados en el intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
Figura 8 Espectro de absorcioacuten UV-Vis del praseodimio a concentracioacuten constante en presencia de la 2HPβCD a diferentes concentraciones En el detalle central se muestra la ampliacioacuten de la banda de
absorcioacuten 215 nm
En los espectros de absorcioacuten del praseodimio de la Figura 8 se observa que
cuando aumenta la concentracioacuten de 2HPβCD aumenta ligeramente el tamantildeo de
200 300 400 500 600 700
00
02
04
Ab
so
rbancia
Longitud de onda (cm-1)
00025MPr
00025M2HPBCD
051M
11M
21M
31M
41M
51M
81M
101M
151M
181M
241M1
2 3
200 205 210 215 220 225 230
00
01
02
03
04
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
1
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
58
las bandas de absorcioacuten del praseodimio En el detalle central de la Figura 8 se
aprecia maacutes adecuadamente este efecto
Con estas observaciones se muestra que la 2HPβCD aumenta la solubilidad del
praseodimio debido a este aumento ligero en el tamantildeo de las bandas de
absorcioacuten del praseodimio de la Figura 8
63 Efecto de la radiacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD por
espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 9 muestra los espectros de absorcioacuten determinados en el intervalo de
longitud de onda de 200 a 700 nm del 2HPβCD 2HPβCD irradiado PrCl3XH2O
PrCl3XH2O irradiado el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y el complejo de
inclusioacuten Pr-2-HP-β-CD irradiado Las irradiaciones se realizaron a 10000 Gy
Figura 9 Espectro UV-Vis de las muestras irradiadas en solucioacuten del complejo Pr-2HPβCD PrCl3 y 2HPβCD
Como se observa en la Figura 9 el efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de
inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Pr-2HPβCD) mostraron que
cuando el complejo de inclusioacuten es irradiado a 10 000 Gy se observaron ligeros
200 300 400 500 600 700
00
02
04
06
08
10
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
00025 M 2HPBCD
Pr 00025 M
Pr-2HPBCD
2HPBCD 10 KGY
PrCl3-XH2O 10 KGy
Pr-2HPBCD 10 KGy
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
59
cambios comparado con el complejo de inclusioacuten no irradiado Esto se puede
deber a que probablemente el complejo empieza a descomponerse
62 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB)
La Figura 10 muestra las imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las
muestras 2HPβCD 2HPβCD irradiada PrCl3XH2O PrCl3XH2O irradiada Pr-
2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy
a) c) e)c
b) d) f)
Figura 10 Imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las muestras a) 2HPβCD b) 2HPβCD irradiada c) PrCl3XH2O d) PrCl3XH2O irradiada e) Pr-2HPβCD y f) Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy
La 2HPβCD mostroacute partiacuteculas esfeacutericas de diversos tamantildeos con una superficie
lisa en su interior se observan cavidades dentro de las partiacuteculas pareciera que
se desprenden esferas maacutes pequentildeas El PrCl3XH2O mostroacute una superficie
rugosa las partiacuteculas se ven fundidas debido probablemente a que el material es
higroscoacutepico y tiende a hidratarse faacutecilmente El complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
muestra una morfologiacutea diferente a los reactivos precursores ya que se presentan
partiacuteculas en forma de rocas de diferentes dimensiones ademaacutes se observan
aglomeraciones de partiacuteculas Las imaacutegenes de las muestras irradiadas a una
dosis de 10 KGy conservan su morfologiacutea a excepcioacuten de PrCl3XH2O irradiada y
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
60
Pr-2HPβCD irradiada muestran pequentildeos cambios Sus partiacuteculas se ven un poco
maacutes fundidas probablemente se deba al efecto de la radiacioacuten
La composicioacuten quiacutemica elemental de las muestras 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD se muestran en la Tabla 10 determinado por el anaacutelisis elemental (EDS)
Tabla 10 Anaacutelisis EDS de las muestras de PrCl3 2-HPβCD y Pr-2HPβCD
Elemento Atoacutemico
Pr Cl O C
PrCl3 1233 plusmn 207 3595 plusmn 666 5171 plusmn 871 -----
2HPβCD ----- ----- 4159 plusmn 22 584 plusmn 22
Pr-2HPβCD 097 plusmn061 248 plusmn 143 3619plusmn 422 6034 plusmn 478
Todas las muestras presentan los elementos de su composicioacuten quiacutemica La
presencia de Pr Cl C y O en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD confirman la
interaccioacuten de 2HPβCD PrCl3XH2O para la formacioacuten del complejo de inclusioacuten
como se muestras en la Tabla 10
63 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX)
En la Figura 11 se muestran los difractogramas de 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD determinado por Difraccioacuten de Rayos X Los difractogramas de rayos X
de la Figura 11 muestran diferencias entre ellas El difractograma del PrCl3XH2O
presenta reflexiones de alta intensidad comparado con las otras muestras debido
a su naturaleza cristalina del praseodimio El difractograma de la 2HPβCD es de
estructura amorfa caracteriacutestica de los compuestos de carbono
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
61
Figura 11 Difraccioacuten de rayos X de PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD
El difractograma del compuesto de inclusioacuten Pr-2HPβCD muestra una
combinacioacuten de reflexiones de las muestras de PrCl3XH2O y 2HPβCD debido a la
formacioacuten de eacuteste complejo de inclusioacuten aunque predomina el de la 2HPβCD
Se comparoacute el difractograma de la muestra de PrCl3XH2O con la tarjeta del patroacuten
reportado por el Joint Committee on Powder Diffraction Standards (JCPDS) PDF
84-2188 Aqua Praseodymium Chloride Ambos difractogramas coinciden
adecuadamente
Los difractogramas de las muestras irradiadas a diferentes dosis mostraron que en
el intervalo de dosis de 1-500 Gy las muestras no sufren cambios Sin embargo
cuando el complejo de inclusioacuten es irradiado a 5000 y 10 000 Gy se observaron
ligeros cambios en sus inflexiones comparados con las muestras no irradiadas
Probablemente las muestras empiezan a descomponerse
64 Espectroscopia de infrarrojo (IR)
En la Figura 12 se muestra los espectros de infrarrojo de la 2HPβCD PrCl3XH2O
y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
62
Figura 12 Espectros de infrarrojo de las muestra 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-2HPβCD
El espectro infrarrojo de la muestra de PrCl3XH2O presenta la banda de absorcioacuten
a 341434 cm-1 correspondiente a moleacuteculas de agua de hidratacioacuten y la banda de
absorcioacuten a 67003 cm-1 debido a las uniones praseodimio con cloruros El
espectro infrarrojo de la muestra de la 2HPβCD presenta bandas de absorcioacuten a
331508 cm-1 [OH] 292046 cm-1 [CH2] 115183 cm-1 [C-C] 108000 cm-1 [C-O] y
102306 cm-1 [O-H]
Tabla 11 Grupos funcionales del PrCl3XH2O 2HPβCD y del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Compuesto [OH] [CH2] [C-C] [C-O] [O-H] [Cl3]
PrCl3XH2O 341434 67003
2HPβCD 331508 292046 115183 108000 102306
Pr-2HPβCD 329688 292645 115247 108028 102514
120723[PrCl3XH2O-Pr-2HPβCD] -11746
120723[2HPβCD-Pr-2HPβCD] -182 599 064 028 208
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
63
En la Tabla 11 se muestran los datos de las bandas de absorcioacuten de las muestras
de 2HPβCD PrCl3XH2O y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y los valores
de los desplazamientos observados Los valores de desplazamiento indican la
formacioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Las bandas de absorcioacuten de las
muestras irradiadas a diferentes dosis mostraron que en el intervalo de dosis de 1-
500 Gy las muestras no sufren cambios Cuando las muestras son irradiados a
5000 y 10 000 Gy se observaron ligeros cambios en la intensidad de la bandas de
absorcioacuten
65 Espectroscopia Raman
Figura 13 Espectros Raman de la muestra PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD
La Figura 13 muestra los espectros Raman de las muestras 2HPβCD PrCl3XH2O
y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Se realizaron 100 adquisiciones de
cada uno de las muestras Los resultados son el promedio de estas Los espectros
Raman de la Figura 13 muestran diferencias entre ellas
El espectro Raman del PrCl3XH2O muestra un pico intenso a 19278 cm-1 Este
pico se observa en el espectro Raman del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD a
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
64
23814 cm-1 y es de intensidad menor Las bandas de la 2HPβCD (44336 47805
84780 94691 126575 133270 145854 cm-1) algunas desaparecen y otras se
desplazan en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Esto indica la formacioacuten del
complejo de inclusioacuten
Al comparar los espectros Raman de las muestras irradiadas a diferentes dosis
mostraron que en el intervalo de dosis de 1-500 Gy no sufren cambios Sin
embargo en el intervalo de 5000 a 10000 Gys se observa la presencia de una
banda que no se encuentra en las muestras no irradiadas Probablemente las
muestras empiezan a descomponerse
66 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-βeta-ciclodextrina
661 Efecto de temperatura
La Figura 14 muestra el efecto de temperatura sobre la solubilidad del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD
Figura 14 Efecto de temperatura en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
20 30 40 50 60
018
020
022
024
026
028
030
032
034
036
038
g P
r-2H
PB
CD
Temperatura degC
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
65
La Figura muestra que conforme la temperatura va aumentando la solubilidad de
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta Es decir a la temperatura 20 degC se
solubilizan 01866 g del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD mientras que a 60 degC
se solubilizan 03628 g
662 Efecto de tiempo
La Figura 15 muestra el efecto del tiempo sobre la solubilidad del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD
Se observoacute que conforme el tiempo va aumentando la solubilidad de complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta Con esto se determinoacute que la dilucioacuten de 01 gr de
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 ml de agua destilada se lleva a cabo en
un tiempo 170 segundos
Figura 15 Efecto de tiempo en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
01000 01005 01010 01015 01020 01025 01030
160
162
164
166
168
170
Tie
mpo (
segundos)
g Pr-2HPBCD
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
66
67 Recta de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4
Se realizaron las mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de
2 M de NaClO4 Los datos se muestran en la Tabla 12
Tabla 12 Mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de 2 M de NaClO4
Concentracioacuten (M)
pCH pH
exp 1 pH
exp 2 pH
exp 3 pH
exp 4 pH
exp 5 pH exp prom
HCl 0001 3 2359 2205 2333 2402 2329 23256
001 2 1173 1172 1207 1228 1268 12096
01 1 0508 0248 0253 0352 0361 03444
NaOH 0001 11 9987 9994 9926 10009 9994 9982
001 12 10947 10876 10959 10876 10849 109014
01 13 11612 1156 11604 11552 11516 115688
Se graficaron los datos de pH (experimental) promedio en funcioacuten del pCH (teoacuterico)
se tiene la Figura 16
Figura 16 Recta de calibracioacuten del pCH como una funcioacuten del pH en el medio 2 M de NaClO4
0 2 4 6 8 10 12 14
0
2
4
6
8
10
12
pC
H
pH
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
67
La ecuacioacuten de la recta de calibracioacuten es
pCH= 105108 (plusmn00063) pH + 06352 (plusmn00669) R2= 09995
Esta ecuacioacuten permitioacute corregir todos los datos de pH experimental de este
trabajo
68 Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Se realizaron valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD en medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 a 30 deg C en atmoacutesfera inerte
Se obtuvieron espectros de absorcioacuten UV-Vis en el intervalo de longitud de onda
de 200 a 700 nm En la Figura 17 se muestra los espectros de absorcioacuten de cada
una de las aliacutecuotas del praseodimio en presencia de la 2HPβCD en el intervalo de
longitud de onda de 200 a 230 nm
Figura 17 Espectros de absorcioacuten UV-Vis de la valoracioacuten espectrofotomeacutetrica del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con NaOH 00025 M en el medio 2M de NaClO4
200 210 220 230
00
01
02
03
04
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
68
Se graficaron los datos de absorbancia a la longitud de onda de 215 nm de la Figura
17 y los valores de pCH correspondientes se obtuvo la Figura 18
Figura 18 Curva de valoracioacuten espectrofotomeacutetrica (absorbancia en funcioacuten del pCH) y la primera derivada del praseodimio en presencia de la 2HPβCD a longitud de onda de 215 nm
La derivada de la curva de la Figura 18 permitioacute determinar el pCH de precipitacioacuten
(maacutexima inflexioacuten) el cual fue de 812 A partir de este pCH se determinoacute la zona
no saturada (lado izquierdo de la curva) y saturada (lado derecho de la curva)
69 Titulaciones potenciomeacutetricas
Se realizaron valoraciones potenciomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
con NaOH en medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 a 30 degC en atmosfera inerte
Se obtuvo la Figura 19 La valoracioacuten potenciomeacutetrica del Pr-2HPβCD inicio en
medio acido por medio de la primera derivada y su inflexioacuten de la curva se
determinoacute el pCH inicial (pCH= 656) el valor de pCH final se determinoacute con el valor
de la primera derivada (pCHpp= 812) de la Figura 18 (punto de inicio de
precipitacioacuten del PrCl3XH2O)
4 5 6 7 8 9 10
025
030
035
040
045
050
055
060
pCH
Ab
so
rban
cia
-01
00
01
02
03
04
05
06
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
69
Figura 19 Curva de valoracioacuten potenciomeacutetrica directa de 25x10-4 M del praseodimio en presencia de la 2HPβCD con 25x10-3 de NaOH en 2 M de NaClO4 a 30 degC en atmosfera libre de CO2 y primera
derivada de la curva Detalle central (zona no saturada)
Con estos dos valores se determinoacute el intervalo de la zona no saturada que se
muestra en el detalle central de la Figura 19 empleado para el caacutelculo de la
primera constante de hidrolisis del praseodimio y del complejo del praseodimio en
presencia de la 2HPβCD
610 Refinamientos
A partir del detalle central de la Figura 19 (zona no saturada) los datos de
volumen pCH concentracioacuten del titulado y titulante y un modelo quiacutemico propuesto
con la estequiometria se alimentaron al programa de computo SUPERQUAD y
mediante refinamiento computacional se determinaron los valores de la constante
de hidrolisis de las especies quiacutemicas del praseodimio y del complejo de inclusioacuten
Pr-2HPβCD que se muestran en la Tabla 13
0 5 10 15 20
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
ml adicionados de NaOH
pC
H
0
2
4
6
8
10
00 01 02 03 04 05 06 07
64
66
68
70
72
74
76
78
80
82
pC
H
ml adicionados de NaOH
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
70
Tabla 13 Constantes de hidroacutelisis del Pr y el pCH de precipitacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 M de NaClO4 obtenidos mediante meacutetodo potenciomeacutetrico y el programa SUPERQUAD a
30 degC
Equilibrio Quiacutemico
logβ1
POTENCIOMETRICO
(SUPERQUAD)
Intervalo
(pCH)
No
puntos
ESPECTROFOTOMETRICO
pCH de pp
Meacutetodo GRAFICO
Pr3++ H2O Pr(OH)2++ H+ -862plusmn0007 656-812 33 812
Pr(OH)2++H2O Pr(OH)2++H+ -1710plusmn003
Pr(OH)2++H2O Pr(OH)3+H+ -2586plusmn001
Pr3++2HPβCD+H2O Pr-
2HPβCD-(OH)2++H+
-509plusmn007
En la Tabla 13 anterior se muestra el valor de pCH de precipitacioacuten obtenido por el
meacutetodo espectrofotomeacutetrico (meacutetodo graacutefico) que fue de 812 Los valores de las
constantes de hidrolisis de las especies quiacutemicas del praseodimio fueron-
logβ1OH=-862plusmn0007-logβ22OH=-1710plusmn003-logβ33OH=-2586plusmn001 y del complejo
de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-509plusmn007 obtenidos por el meacutetodo
potenciomeacutetrico empleando el programa de computo SUPERQUAD
71
______________________________
CONCLUSIONES
______________________________
CONCLUSIONES
72
CONCLUSIONES
bull Se observaron 3 zonas de absorcioacuten caracteriacutesticas del praseodimio
situadas a una longitud de onda de 215 nm 3 bandas de absorcioacuten en 444
nm 469 nm y 482 nm y en 5885 nm se determinaron para cada banda las
rectas de calibracioacuten
bull Se demostroacute la inclusioacuten del praseodimio en la 2HPβCD y el efecto de la
radiacioacuten gamma en los reactivos (PrCl3XH2O 2HPβCD) y el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD satisfactoriamente mediante las diferentes teacutecnicas de
caracterizacioacuten y anaacutelisis empleadas (MEB UV-Vis DRX Espectroscopia
Infrarrojo y Espectroscopia Raman)
bull El efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-β-ciclodextrina (Pr-2HP-β-CD) mostroacute que en el intervalo de
dosis de 1-500 Gy no sufren cambios Sin embargo cuando es irradiado a
5000 y 10 000 Gy se observaron ligeros cambios Esto se puede deber a
que probablemente el complejo empieza a descomponerse
bull La solubilidad de complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta en funcioacuten del
aumento de la temperatura
bull Conforme el tiempo va aumentando la solubilidad de complejo de inclusioacuten
Pr-2HPβCD aumenta
bull El valor de la primera constante de hidrolisis del praseodimio obtenido fue-
logβ1OH=-862plusmn0007 y del complejo de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-
509plusmn007
73
______________________________
RECOMENDACIONES
______________________________
RECOMENDACIONES
74
bull El complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se debe preparar con diferentes
meacutetodos para elegir el maacutes adecuado de acuerdo a su rendimiento
quiacutemico y asegurar su formacioacuten
bull Comparar la zona no saturada de complejo de Inclusioacuten del Pr-2HPβCD
Pr-2βCD y la del praseodimio sin complejo para observar el efecto de la
solubilidad y estabilidad
bull Determinar las constantes de hidrolisis del praseodimio y del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD irradiado con radiacioacuten gamma de Co60 y comparar
con la de complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD no irradiado
75
______________________________
GLOSARIO
______________________________
GLOSARIO
76
GLOSARIO
1 Absorbancia
Se define como la relacioacuten (logariacutetmica) entre la intensidad de la luz que incide
sobre una muestra y la intensidad de esa misma luz que es transmitida a traveacutes de
esa muestra Cuando una luz de una longitud de onda determinada seleccionada
por un filtro incide sobre una muestra parte de esa luz es absorbida La luz no
absorbida pasa a traveacutes de la muestra y es recogida por un detector colocado en
el otro lado del pocillo de la micro placa frente a la fuente de luz
2 Algoritmo de Marquadt
Es un proceso iterativo de convergencia que a traveacutes de la teacutecnica de los miacutenimos
cuadrados ponderados permite encontrar los paraacutemetros de las ecuaciones de
funciones no lineales
3 Complejo de inclusioacuten
Mezcla cristalina en la que las moleacuteculas de un componente estaacuten contenidas
dentro de la red cristalina del otro
4 Confinamiento de residuos
Lugar totalmente seguro controlado y construido con el propoacutesito de disponer
residuos peligrosos instalados en un lugar retirado de la poblacioacuten con el objetivo
de disminuir riesgos de caraacutecter natural y humano
5 Curva de calibracioacuten
Representacioacuten graacutefica de una sentildeal que se mide en funcioacuten de la concentracioacuten
de un analito La calibracioacuten incluye la seleccioacuten de un modelo para estimar los
paraacutemetros que permitan determinar la linealidad de esa curva Y en
consecuencia la capacidad de un meacutetodo analiacutetico para obtener resultados que
sean directamente proporcionales a la concentracioacuten de un compuesto en una
muestra dentro de un determinado intervalo de trabajo
GLOSARIO
77
6 Desechos radiactivos
Residuo o subproductos que contiene varios elementos quiacutemicos radiactivos que
no tiene un fin praacutectico
7 Especies quiacutemicas
En quiacutemica el teacutermino especie quiacutemica se usa comuacutenmente para referirse de
forma geneacuterica a aacutetomos moleacuteculas iones radicales etc que sean el objeto de
consideracioacuten o estudio
8 Estabilidad
Una sustancia es estable si no es particularmente reactivo en el ambiente o
durante uso normal y mantiene sus propiedades uacutetiles en la escala de tiempo de
su durabilidad esperada y por lo que se dice que el material es inestable si se
corroe descompone polimeriza quema o explota bajo las condiciones anticipadas
de uso o condiciones ambientales normales
9 Fisioacuten nuclear
Reaccioacuten en la cual un nuacutecleo se bombardea con neutrones se convierte en
inestable y se descompone en dos nuacutecleos y tamantildeos son del mismo orden de
magnitud con gran desprendimiento de energiacutea y la emisioacuten de dos o tres
neutrones los cuales a su vez ocasionar maacutes fisiones al interaccionar con nuevos
nuacutecleos fisionables que emitiraacuten nuevos neutrones y asiacute sucesivamente
10 Fuerza ioacutenica
Propiedad de una solucioacuten que depende de la concentracioacuten total de iones en la
solucioacuten asiacute como de la carga de dichos iones
11 Isoacutetopo
Nucleiacutedos pertenecientes a un mismo elemento quiacutemico pero que se diferencian
entre el nuacutemero de neutrones de cada uno
GLOSARIO
78
12 Lenguaje fortran
Es un lenguaje de programacioacuten de alto nivel de propoacutesito general procedimental
e imperativo que estaacute especialmente adaptado al caacutelculo numeacuterico y a la
computacioacuten cientiacutefica
13 Lgi-01 TRANSELEKTRO (LGI-01)
Equipo de irradiacioacuten integrado por un cuerpo ciliacutendrico de plomo que sirve de
blindaje una jaula ciliacutendrica que contiene los laacutepices de Co60 un eacutembolo moacutevil con
una cavidad (caacutemara de exposicioacuten) una consola de mando y un cronoacutemetro para
establecer el tiempo de irradiacioacuten La caacutemara de exposicioacuten alberga a las
muestras para la irradiacioacuten un sistema electromecaacutenico baja el depoacutesito de las
muestras hasta la fuente de radiacioacuten que consta de 48 laacutepices de los cuales 12
contiene Co60 y el resto estaacuten vaciacuteos
14 Longitud de onda
Es la distancia real que recorre una perturbacioacuten (onda) en un determinado
intervalo de tiempo Ese intervalo de tiempo es el transcurrido entre dos maacuteximos
consecutivos de alguna propiedad fiacutesica de la onda
15 Medio acuoso
Medio o disolucioacuten acuosa se refiere a que una mezcla de disolventes el
disolvente mayoritario es agua Las disoluciones acuosas tienen una gran
importancia en la biologiacutea desde los laboratorios de ciencia baacutesica hasta la
quiacutemica de la vida pasando por la quiacutemica industrial Por la vasta cantidad y
variedad de sustancias que son solubles en agua esta se denomina a veces
disolvente universal
16 pCH
Es el logaritmo inverso de la concentracioacuten de los iones hidroacutegeno
17 pH
Es una medida del pH experimental de este trabajo
GLOSARIO
79
18 Precursores
Sustancia indispensable o necesaria para producir otra mediante los compuestos
quiacutemicos que constituyen una primera etapa en un proceso quiacutemico y actuacutean
como sustrato en las etapas posteriores
19 Radiacioacuten gamma
Es un tipo de radiacioacuten electromagneacutetica constituida por fotones se produce por
elementos radiactivos o procesos subatoacutemicos como la aniquilacioacuten de un par
positroacuten-electroacuten Los rayos gamma constituyen un tipo de radiacioacuten ionizante
capaz de penetrar en la materia maacutes profundamente que la radiacioacuten α y la β
pueden causar graves dantildeos a las ceacutelulas se usan para esterilizar equipos
meacutedicos y alimentos
20 Reacciones de hidroacutelisis
Reacciones quiacutemicas entre una moleacutecula de agua y cualquier otra especie
quiacutemica en la cual la moleacutecula de agua se divide y sus aacutetomos forman parte de
otra especie quiacutemica
21 Relacioacuten molar
Factor de conversioacuten cuyo fin es convertir en una reaccioacuten quiacutemica la cantidad de
moles de una sustancia a la cantidad correspondiente de moles de otra sustancia
La sustancia de partida se expresa en gramos y la sustancia deseada en moles
22 Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Se denomina valoracioacuten espectrofotomeacutetrica al procedimiento por el cual se
determina el punto final de una titulacioacuten utilizando las medidas de absorbancia a
una longitud de onda fija Para simplificar la teacutecnica se selecciona una longitud de
onda donde solamente uno de los componentes de la muestra absorba
80
______________________________
REFERENCIAS CITADAS
______________________________
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81
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producto de solubilidad de ln (OH)3 y el efecto de los iones cloruro sobre la
hidroacutelisis de lantano praseodimio y lutecio en soluciones acuosas de fuerza
ioacutenica 2 molar pp 21
RESUMEN
IX
RESUMEN
En la fisioacuten nuclear para la produccioacuten de electricidad se producen ciertos
productos de fisioacuten considerados desechos radiactivos entre los cuales se
encuentran los lantaacutenidos El confinamiento de estos desechos radiactivos en
medios como las minas de sal suelen presentarse globos de salmuera por
consecuencia producir corrosioacuten en los contenedores pudiendo entrar en contacto
con los desechos razoacuten por la cual es importante conocer las reacciones de
hidroacutelisis que pudieran formarse en presencia de alguacuten medio acuoso Ante este
panorama se llevoacute a cabo la inclusioacuten del praseodimio en la 2-hidroxipropyl-beta-
ciclodextrina (2HPβCD) con la finalidad de observar aumento de solubilidad y
estabilidad del praseodimio
La formacioacuten del complejo de inclusioacuten praseodimio en presencia de la 2-
hidroxipropyl-beta-ciclodextrina (Pr-2HPβCD) se efectuoacute en relacioacuten molar 11 a
0005 M Se observoacute el efecto de la radiacioacuten gamma del Co60 en el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD y de sus precursores PrCl3XH2O y 2HPβCD Se emplearon
varias fracciones de la muestra del complejo de inclusioacuten y de las muestras
irradiadas del Pr-2HPβCD PrCl3XH2O y 2HPβCD para su caracterizacioacuten
mediante diferentes teacutecnicas (UV-Vis Microscopia Electroacutenica de Barrido
Difraccioacuten de Rayos X Espectroscopia de Infrarrojo Espectroscopia Raman) Las
muestras no irradiadas presentaron la interaccioacuten del praseodimio y de la 2HPβCD
confirmando la formacioacuten del complejo de inclusioacuten mientras que las muestras
irradiadas presentaron ligeros cambios a dosis de 10000 Gy atribuidos a la
descomposicioacuten de las muestras por efecto de la radiacioacuten gamma
Ademaacutes se realizoacute el estudio del efecto de la concentracioacuten de la 2HPβCD en
presencia del praseodimio por UV-Vis donde se observoacute el aumento de la
solubilidad del praseodimio El estudio realizado del efecto de temperatura del
complejo Pr-2HPβCD permitioacute observar el aumento de solubilidad del complejo en
funcioacuten de la temperatura asiacute mismo para el efecto de tiempo Finalmente se
estudioacute el comportamiento quiacutemico del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en
soluciones acuosas en medio de 2 M de NaClO4 a 30 degC en atmosfera inerte
RESUMEN
X
mediante valoraciones espectrofotomeacutetricas y titulaciones potenciomeacutetricas
directas se obtuvo la zona no saturada que contempla las especies solubles
Mediante refinamiento computacional con el programa de coacutemputo SUPERQUAD
se trataron los datos de la zona no saturada
Los valores de las constantes de hidroacutelisis de las especies quiacutemicas del
praseodimio fueron-logβ1OH=-862plusmn0007-logβ22OH=-1710plusmn003-logβ33OH=-
2586plusmn001 y del complejo de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-509plusmn007 obtenidos por
partes mediante el programa de coacutemputo SUPERQUAD
ABSTRACT
XI
ABSTRACT
The nuclear fission for the production of electricity produces certain fission
products considered as radioactive waste among which are lanthanides The
confinement of these radioactive wastes in media such as salt mines usually
present brine balloons consequently produce corrosion in the containers and can
come into contact with the waste which is why it is important to know the
hydrolysis reactions that could be formed in the presence of some aqueous
medium In view of this scenario the inclusion of praseodymium in 2-
hydroxypropyl-beta-cyclodextrin (2HPβCD) was carried out in order to observe
increased solubility and stability of praseodymium
The formation of the praseodymium inclusion complex in the presence of 2-
hydroxypropyl-beta-cyclodextrin (Pr-2HPβCD) was performed in a 1 1 molar ratio
at 0005 M The effect of Co60 gamma radiation on the inclusion complex Pr-
2HPβCD and its precursors PrCl3 middot XH2O and 2HPβCD Several fractions of the
inclusion complex sample and irradiated samples of Pr-2HPβCD PrCl3 middot XH2O
and 2HPβCD were used for their characterization by different techniques (UV-Vis
Scanning Electron Microscopy X-ray Diffraction Infrared Spectroscopy Raman
Spectroscopy) The non-irradiated samples showed the interaction of
praseodymium and 2HPβCD confirming the formation of the inclusion complex
while the irradiated samples presented slight changes at doses of 5000 Gy and
10000 Gy attributed to the decomposition of the samples by the effect of gamma
radiation
In addition the effect of the concentration of 2HPβCD in the presence of
praseodymium by UV-Vis was studied where increased solubility of praseodymium
was observed The study of the effect of temperature of the complex Pr-2HPβCD
allowed to observe the increase of solubility of the complex as a function of the
temperature also for the effect of time Finally the chemical behavior of the
inclusion complex Pr-2HPβCD in aqueous solutions in 2 M medium of NaClO4 at
30 deg C under inert atmosphere was evaluated by means of spectrophotometric and
direct potentiometric titrations the non-saturated zone was obtained that
ABSTRACT
XII
contemplates the soluble species The data of the unsaturated zone were
processed by computational refinement with the SUPERQUAD computer program
The values of the hydrolysis constants of the praseodymium species were -logβ1OH
= -862 plusmn 0007 -logβ2 2OH = -1710 plusmn 003 -logβ3 3OH = -2586 plusmn 001 and the
inclusion complex was -logβPr2HPBCD = -509 plusmn 007 obtained by parts using the
computer program SUPERQUAD
IacuteNDICE
XIII
IacuteNDICE
DEDICATORIA VII
AGRADECIMIENTOS VIII
RESUMEN IX
ABSTRACT XI
IacuteNDICE XIII
IacuteNDICE DE FIGURAS XVII
IacuteNDICE DE TABLAS XIX
ABREVIATURAS XX
CAPIacuteTULO I INTRODUCCIOacuteN 21
1 Introduccioacuten 22
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO 23
2 Fundamento 24
21 Los lantanidos 24
22 Praseodimio 25
23 Ciclodextrinas (CDs) 25
24 β-ciclodextrina 27
25 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina 28
26 Hidroacutelisis 29
27 Fuerza ioacutenica 30
28 Teacutecnicas de caracterizacioacuten 32
281 Microscopiacutea electroacutenica de barrido (MEB) 32
282 Espectroscopia de absorcion ultravioleta-visible (UV-VIS) 33
283 Difraccioacuten de rayos X (DRX) 34
284 Espectroscopia de infrarrojo (IR) 34
IacuteNDICE
XIV
285 Espectroscopia Raman 35
29 Titulacioacuten espectrofotomeacutetrica 35
210 Meacutetodo potenciomeacutetrico 36
211 programa de coacutemputo SUPERQUAD 37
CAPIacuteTULO III HIPOacuteTESIS 39
3 Hipoacutetesis 40
CAPIacuteTULO IV OBJETIVOS 41
4 Objetivos 42
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA 43
5 Metodologiacutea 44
51 Preparacioacuten de la solucioacuten de la 2-hidroxipropyl- βeta-ciclodextrina 45
52 Preparacioacuten de solucioacuten de praseodimio 45
53 Preparacioacuten del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina 45
54 Determinacioacuten de las curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por UV-Vis 46
55 Estudio de la influencia de las relaciones molares de las soluciones del
complejo de inclusioacuten 47
56 Efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 47
57 Caracterizacioacuten del compuesto de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-βeta-
ciclodextrina 49
571 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB) 49
572 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX) 49
573 Anaacutelisis por espectroscopia de infrarrojo (IR) 49
574 Anaacutelisis por espectroscopia Raman 50
IacuteNDICE
XV
58 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina 50
581 Efecto de temperatura 50
582 Efecto del tiempo 51
59 Determinacioacuten de la curva de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4 52
510 Valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina 52
511 Valoraciones potenciomeacutetricas directas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina 53
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS 54
6 Resultados 55
61 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea ultravioleta-visible (UV-Vis) 55
62 Efecto de la concentracioacuten de la 2HPβCD en el praseodimio por
espectrofotometriacutea ultravioleta-visible (UV-Vis) 57
63 Efecto de la radiacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD por
espectrofotometriacutea ultravioleta-visible (UV-Vis) 58
62 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB) 59
63 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX) 60
64 Espectroscopia de infrarrojo (IR) 61
65 Espectroscopia Raman 63
66 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina 64
661 Efecto de temperatura 64
662 Efecto de tiempo 65
67 Recta de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4 66
68 Valoraciones espectrofotomeacutetricas 67
IacuteNDICE
XVI
69 Titulaciones potenciomeacutetricas 68
610 Refinamientos 69
CONCLUSIONES 71
RECOMENDACIONES 73
GLOSARIO 75
REFERENCIAS CITADAS 80
IacuteNDICE
XVII
IacuteNDICE DE FIGURAS
Figura 1 Estructura de α β y γ ciclodextrinas 25
Figura 2 2HPβCD 28
Figura 3 Ilustracioacuten de un diagrama general de pLn(c)-pCH 36
Figura 4 Ilustracioacuten de una valoracioacuten potenciomeacutetricas directa con su primera
derivada (∆pCH∆V) 37
Figura 5 Diagrama de flujo 44
Figura 6 Espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes concentraciones en
presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina 55
Figura 7 Rectas de calibracioacuten de las bandas de absorcioacuten del praseodimio en
presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina 56
Figura 8 Espectro de absorcioacuten UV-Vis del praseodimio a concentracioacuten
constante en presencia de la 2HPβCD a diferentes concentraciones 57
Figura 9 Espectro UV-Vis de las muestras irradiadas en solucioacuten del complejo Pr-
2HPβCD PrCl3 y 2HPβCD 58
Figura 10 Imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las muestras a)
2HPβCD b) 2HPβCD irradiada c) PrCl3XH2O d) PrCl3XH2O irradiada e) Pr-
2HPβCD y f) Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy 59
Figura 11 Difraccioacuten de rayos X de PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD 61
Figura 12 Espectros de infrarrojo de las muestra 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD 62
Figura 13 Espectros Raman de la muestra PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD 63
Figura 14 Efecto de temperatura en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD 64
Figura 15 Efecto de tiempo en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD 65
Figura 16 Recta de calibracioacuten del pCH como una funcioacuten del pH en el medio 2 M
de NaClO4 66
Figura 17 Espectros de absorcioacuten UV-Vis de la valoracioacuten espectrofotomeacutetrica del
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con NaOH 00025 M en el medio 2M de
NaClO4 67
IacuteNDICE
XVIII
Figura 18 Curva de valoracioacuten espectrofotomeacutetrica (absorbancia en funcioacuten del
pCH) y la primera derivada del praseodimio en presencia de la 2HPβCD a longitud
de onda de 210 nm 68
Figura 19 Curva de valoracioacuten potenciomeacutetrica directa de 25x10-4 M del
praseodimio en presencia de la 2HPβCD con 25x10-3 de NaOH en 2 M de NaClO4
a 30 degC en atmosfera libre de CO2 y primera derivada de la curva 69
IacuteNDICE
XIX
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Propiedades fisicoquiacutemicas de los diferentes tipos de ciclodextrinas
naturales 26
Tabla 2 Reacciones de hidroacutelisis del praseodimio y constantes de equilibrio 29
Tabla 3 Datos de la literatura sobre la primera constante de hidroacutelisis (log β1) del
praseodimio 31
Tabla 4 Diferentes concentraciones de praseodimio con 2HPβCD constante para
determinar las curvas de calibracioacuten 46
Tabla 5 Relaciones molares 2HPβCD Pr 47
Tabla 6 Dosis de irradiacioacuten de Co60 aplicadas a las muestras en solucioacuten y
soacutelidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 2HPβCD y PrCl3 XH2O en la
instalacioacuten VICKRAD y GAMMACELL del irradiador LGI-01 TRANSELEKTRO del
ININ 48
Tabla 7 Cantidad de complejo solubilizado a diferentes temperaturas en 2 ml de
agua destilada 51
Tabla 8 Cantidades de complejo Pr-2HPβCD y agua destilada en cada tubo de
ensaye 51
Tabla 9 Ecuaciones de calibracioacuten del praseodimio en presencia de la 2-
hidroxipropil-β-ciclodextrina obtenidos por UV-Vis 56
Tabla 10 Anaacutelisis EDS de las muestras de PrCl3 2-HPβCD y Pr-2HPβCD 60
Tabla 11 Grupos funcionales del PrCl3XH2O 2HPβCD y del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD 62
Tabla 12 Mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de 2 M de
NaClO4 66
Tabla 13 Constantes de hidroacutelisis del Pr y el pCH de precipitacioacuten en el complejo
de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 M de NaClO4 obtenidos mediante meacutetodo
potenciomeacutetrico y el programa SUPERQUAD a 30 degC 70
ABREVIATURAS
XX
ABREVIATURAS
Pr praseodimio
2HPβCD 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
CDs Ciclodextrinas
CD Ciclodextrina
Ln Lantaacutenidos
Pr-2HPβCD praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Pr-2βCD praseodimio-2-βeta-ciclodextrina
CGT ciclomaltodextrin-glucano-transferasa
TP Titulacioacuten potenciomeacutetrica
ES Titulacioacuten espectrofotomeacutetrica
RE Relacioacuten empiacuterica
ED Extraccioacuten con disolvente
MEB Microscopiacutea electroacutenica de barrido
EDS Espectroacutemetro de dispersioacuten de energiacutea de rayos X
UV-VIS Ultravioleta-Visible
DRX Difraccioacuten de rayos X
IR Infrarrojo
EDTA Acido tetracetico etilen diamina
Co60 Cobalto-60
JCPDS Joint Committee On Powder Diffraction Standards
M Molaridad
21
______________________________
CAPIacuteTULO I
INTRODUCCIOacuteN
______________________________
CAPIacuteTULO I INTRODUCCIOacuteN
22
1 INTRODUCCIOacuteN
El praseodimio pertenece al grupo de los lantaacutenidos que muestran propiedades
quiacutemicas muy similares entre ellos derivadas de su configuracioacuten electroacutenica
caracterizados por la presencia de orbitales 4f parcialmente llenos Incluso se
consideran parecidos al grupo de los elementos actiacutenidos El praseodimio es un
elemento metaacutelico con siacutembolo Pr nuacutemero atoacutemico 59 y peso atoacutemico 140907
gmol El isoacutetopo estable 141Pr constituye el 100 del elemento en la naturaleza
Este lemento puede ser encontrado en ceramicos para dar el color amarillo En
mezcla con otros lantanidos se usan como proyectores de luz Su uso sigue
aumentando debido al hecho de que es uacutetil para producir magnetos de alto poder
entre otros Sobre todo se esta empleando en la mitigacioacuten de cancer Es
peligroso en el ambiente cuando se tiran estos dispositivos despues de cumplir su
funcioacuten por lo que se acumularaacute gradualmente en los suelos y en el agua De ahiacute
la importancia de estudiar las reacciones de hidrolisis
La utilizacioacuten de la 2 hidroxipropil-β-ciclodextrina (2HPβCD) en este trabajo de
investigacioacuten es fundamental debido a que es un agente de formacioacuten de
complejos de inclusioacuten para aumentar la solubilidad acuosa debido a que las
ciclodextrinas (CDs) se comportan como nano contenedores capaces de
encapsular moleacuteculas hidroacutefobas de tamantildeo apropiado y solubilizarlas en agua
propiedad que se aprovecha para determinar las constantes de hidroacutelisis del
praseodimio
Por lo cual el objetivo principal de este trabajo de investigacioacuten y en ausencia de
datos fundamentales de la interaccioacuten Ln3+-CDs sustituidas fue preparar el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Ademaacutes determinar el pCH de precipitacioacuten la
zona no saturada y saturada del Pr-2HPβCD que permiten determinar la constante
de hidroacutelisis del complejo de inclusioacuten praseodimio-2hidroxipropil-β-ciclodextrina
(Pr-2HPβCD) en medio 2 M de NaClO4 a 303 K por titulacioacuten espectrofotomeacutetrica
y potenciomeacutetrica
23
______________________________
CAPIacuteTULO II
FUNDAMENTO
______________________________
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
24
2 FUNDAMENTO
21 LOS LANTANIDOS
Los lantaacutenidos (tierras raras) forman un grupo de 17 elementos quiacutemicos que
muestran propiedades singulares derivadas de su configuracioacuten electroacutenica Estaacuten
caracterizados por la presencia de orbitales 4f parcialmente llenos [1] Los
nuacutemeros atoacutemicos de estos elementos van de 41 hasta 71 (Ce-Lu)
La configuracioacuten electroacutenica de los iones Ln3+ es 4fn5s25p6 (n= 0-14) Los orbitales
4f son orbitales internos con respecto a los 5s y 5p por lo cual estaacuten maacutes
cercanos al nuacutecleo Los orbitales 5s y 5p protegen a los electrones 4f de
interacciones externas determinando las propiedades de los iones Ln3+ [1] o
conducta quiacutemica debido a la pequentildea diferencia de energiacutea que distingue a los
electrones 4f de los electrones 5d [23]
Las tierras raras como grupo constituyen el 0008 en peso de la corteza
terrestre Los minerales que contienen lantaacutenidos son la monacita la bastnasita
la xenotima la gadolinita la alanita y la euxenita los cuales ocurren en las
regiones de rocas iacutegneas [4]
Los elementos de las tierras raras en soluciones acuosas son acuocationes que
tienen asociado un cierto nuacutemero de moleacuteculas de agua en la esfera de
coordinacioacuten primaria [1] Las aplicaciones de los lantaacutenidos se iniciaron
praacutecticamente a mediados del siglo XIX por ejemplo en los encendedores
despueacutes empezaron a utilizarse en los vidrios oacutepticos como reactivos de
desplazamiento en resonancia magneacutetica nuclear en quiacutemica orgaacutenica en
bioquiacutemica en cataacutelisis en componentes oacutepticos y electroacutenicos en los
superconductores de alta temperatura y en medicina como materiales
intensificadores de rayos X como agentes de relajamiento para teacutecnicas de
imagen en resonancia magneacutetica nuclear y desde luego como radioisoacutetopos para
aplicaciones farmaceacuteuticas Su utilidad en medicina y en la industria aumentoacute al
aplicarse las propiedades luminiscentes de sus complejos en el
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
25
fluoroinmunoensayo la fluorescencia retardada los electrodos sensoriales
luminiscentes etc [5]
22 PRASEODIMIO
El praseodimio metaacutelico (siacutembolo Pr No Atoacutemico 59) es amarillento y forma una
capa de oacutexido cuando se expone al aire huacutemedo Es un isotopo estable con masa
de 140907 y abunda en la naturaleza en un 100 [6] fue descubierto por el
austriaco Auer Von Welsbach en 1885 [7] Este elemento tiene dos estados de
oxidacioacuten +3 y +4 El Pr3+ con configuracioacuten electroacutenica [54Xe]4f2 Presenta
propiedades fisicoquiacutemicas que pueden magnificarse al formar complejos con
ligantes orgaacutenicos El ion metaacutelico luminece en el visible y en el infrarrojo cercano
[68 y 9]
23 CICLODEXTRINAS (CDs)
La celulosa y el almidoacuten son dos poliacutemeros de glucosa principales que se
producen a partir de la fotosiacutentesis considerados como importantes fuentes de
energiacutea renovables de la tierra al hidrolizarse el almidoacuten por efecto de la enzima
ciclomaltodextrin-glucano-transferasa (CGT) da origen a las dextrinas ciacuteclicas Por
lo tanto las ciclodextrinas son oligoacutemeros ciacuteclicos [1011] se obtienen durante la
degradacioacuten enzimaacutetica del almidoacuten y consisten en una serie de oligosacaacuteridos
ciacuteclicos formados por 6 (α) 7 (β) y 8 (γ) unidades de α-D-glucosa (Figura 1)
[1213] poseen estructura semejante entre ellas pero sus propiedades son
diferentes (Tabla 1)
Figura 1 Estructura de α β y γ ciclodextrinas
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
26
Tabla 1 Propiedades fisicoquiacutemicas de los diferentes tipos de ciclodextrinas naturales [11]
α-CD β-CD γ-CD
Uniones de glucosa 6 7 8 Diaacutemetro interno (nm) 047-053 060-065 075-083 Profundidad de la cavidad (nm)
079 079 079
pK valor 123 122 121 Solubilidad en agua 125 185 232 PM (DA) 972 1135 1297 Volumen de cavidad (aprox)
174 262 427
Agua cristalina ( ww) 102 133-45 813-177 Interaccioacuten hidrofoacutebica CD-cavidad CD-cavidad CD-cavidad Puente de hidrogeno Glucosa-OH Glucosa-OH Glucosa-OH ∆Hdeg (solucioacuten) kcalmol 767 831 773 ∆Sdeg (solucioacuten) cal(mol K) 138 117 147
(mg mml-1 25deg C) (106 pm3)
Las ciclodextrinas como materiales polihidroxilados han sido objeto de una amplia
variedad de reacciones La reaccioacuten maacutes estudiada es el ataque electrofiacutelico al
grupo OH de su estructura [14] La cavidad interior de las ciclodextrinas es
hidrofobica por lo que estos compuestos son capaces de albergar moleacuteculas
hidroacutefobas maacutes pequentildeas para formar complejos ldquoanfitrioacuten-hueacutespedldquo en los que la
moleacutecula hueacutesped queda encapsulada por la ciclodextrina [1315] De acuerdo a
estas caracteriacutesticas son capaces de formar complejos de inclusioacuten por medio de
enlaces no covalentes los cuales estabilizan a una gran variedad de moleacuteculas
[16] Las ciclodextrinas pueden formar compuestos cristalinos a partir de
moleacuteculas orgaacutenicas hueacutesped en estado soacutelido liacutequido e incluso gaseoso En
consecuencia las moleacuteculas insolubles en agua pueden llegar a ser
completamente solubles mediante un tratamiento con disoluciones acuosas de
ciclodextrina sin que se produzca modificacioacuten quiacutemica alguna en la moleacutecula
hueacutesped ya que no se origina ninguacuten enlace covalente durante la interaccioacuten
entre la ciclodextrina y la moleacutecula insoluble en agua [1315]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
27
La importancia que las ciclodextrinas estaacuten cobrando en la actualidad se observa
en el raacutepido desarrollo de su mercado sobre todo en el constante nuacutemero de
trabajos de investigacioacuten patentes y conferencias que estaacuten teniendo lugar en
estos uacuteltimos antildeos [17] el mayor porcentaje de ciclodextrinas usadas
comercialmente corresponde a la alimentacioacuten [18] y a la cosmeacutetica y aseo
personal [19] Las ciclodextrinas se utilizan para enmascarar olores y sabores
desagradables disminuyen la incompatibilidad faacutermaco-excipiente mejoran la
estabilidad fiacutesica y quiacutemica de compuestos volaacutetiles y de principios activos que
sean hidrolizables oxidables o fotosensibles para convertir faacutermacos liacutequidos en
soacutelidos para su formulacioacuten en tabletas y una muy importante para incrementar la
solubilidad en agua y la velocidad de disolucioacuten de faacutermacos poco solubles
Factores que aumentaraacuten la biodisponibilidad existiendo la posibilidad de reducir
la dosis asiacute como mejorar la absorcioacuten percutaacutenea y rectal al reducirse el caraacutecter
hidrofoacutebico del faacutermaco [20]
Se puede mejorar la solubilidad de determinados compuestos como el retinol
empleado en formulaciones anti-envejecimiento al tiempo que los complejos con
ciclodextrina son maacutes estables a la reaccioacuten de oxidacioacuten y a la accioacuten de la
radiacioacuten ultravioleta Sin embargo es indudable que el mayor esfuerzo en
investigacioacuten estaacute relacionado con su potencial aplicacioacuten farmaceacuteutica [2122]
24 β-CICLODEXTRINA
La beta ciclodextrina es la maacutes empleada por sus caracteriacutesticas y propiedades de
estructura que presenta Las ciclodextrinas se forman mediante unidades de
glucopiranosa las cuales contienen 3 grupos de hidroxilos libres cada una la β-
ciclodextrina (Figura 1) posee 21 hidroxilos los cuales pueden ser modificados por
sustitucioacuten de los aacutetomos H u OH por diferentes grupos tales como hidroxialkil
amino alquil etc A partir de las CDs naturales se han sintetizado otros tipos de
CDs llamadas derivadas o modificadas El objetivo de obtener los derivados de las
CDs puede ser el aumento de solubilidad y estabilidad en el agua o mejorar la
encapsulacioacuten de la moleacutecula hueacutesped en su cavidad hidrofobica de la CD
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
28
25 2-HIDROXIPROPIL-β-CICLODEXTRINA
Entre los derivados de la β-ciclodextrina se encuentran las heterogeacuteneas amorfas
y altamente solubles como son la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Figura 2) y la
metil- β-ciclodextrina
La hidroxilpropil beta ciclodextrina (2HPβCD) que es una ciclodextrina sustituida
se obtiene de una solucioacuten base de la beta ciclo dextrina solubilizada con oacutexido de
propileno resultando un sistema isomerico cuya sustitucioacuten puede darse en las
posiciones 1 2 o 3 con solubilidad mayor a 500 mgmL en agua y a temperatura
ambiente La alquilacioacuten o hidroxialquilacioacuten de las ciclodextrinas afectan las
propiedades fisicoquiacutemicas de los derivados incluyendo la habilidad para formar
complejos farmaceacuteuticos y no es toacutexica despueacutes de una administracioacuten oral en
dosis menores a 500 mgkg por viacutea intravenosa [24 25]
Figura 2 2HPβCD
La complejacioacuten del praseodimio con la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina se obtiene el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con el fin de observar la influencia de la
solubilidad y estabilidad del praseodimio
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
29
26 HIDROacuteLISIS
La hidroacutelisis es decir la reaccioacuten de una especie tal como un ion metaacutelico con
los iones del agua asiacute como las reacciones redox y la formacioacuten de complejos con
los iones carbonato son algunas de las reacciones criacuteticas que controlan el
comportamiento de los lantaacutenidos en soluciones acuosas [12] en donde las
moleacuteculas de la sustancia son divididas en el agua
Las reacciones de hidroacutelisis dependen fuertemente del medio en que se efectuacutean
como son la fuerza ioacutenica el pH del medio la concentracioacuten del elemento y la
temperatura son paraacutemetros que rigen esas reacciones
Las reacciones de hidroacutelisis del praseodimio se muestran a continuacioacuten asiacute como
su constante de equilibrio de acuerdo a la ley de accioacuten de masas (Tabla 2)
Tabla 2 Reacciones de hidroacutelisis del praseodimio y constantes de equilibrio
Equilibrio Quiacutemico Constante de equilibrio
1 1198751199033+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)2+ + 119867+ 1198701119867 =
[119875119903(119874119867)2+][119867+]
[1198751199033+]
2 119875119903 (119874119867)2+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)2+ + 119867+
11987012119867 =[119875119903(119874119867)2
+][119867+]
[119875119903 (119874119867)2+]
3 119875119903 (119874119867)2+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)3
0 + 119867+ 11987013119867 =
[119875119903(119874119867)3+][119867+]
[119875119903(119874119867)2+]
4 119875119903 (119874119867)119899minus1+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)119899
0 + 119867+ 1198701119899119867 =
[119875119903(119874119867)119899+][119867+]
[119875119903(119874119867)119899minus1+ ]
5 1198751199033+ + 2119867119875120573119862119863 + 1198672119874 1198751199032119867119875120573119862119863(119874119867)2+ + 119867+ 11987011199011199032119867119875119861119862119863 =[119875119903 minus 2119867119875120573119862119863]
[1198751199033+]
De acuerdo con la ley de accioacuten de masas se pueden definir las constantes de
equilibrio (K) como K1H K12H K13H K1nH y K1Pr2HBCD Y con base en ellas se
pueden definir las constantes globales o acumulativas de hidroacutelisis
β1OH = K1H β12OH = [K1H][K12H] β13OH = [K1H][K12H][K13H]helliphelliphellip
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
30
Se entiende como constantes de Broumlnsted a las ecuaciones de la ley de accioacuten de
masas en las cuales el teacutermino de H+ aparece como actividad y las demaacutes especies
aparecen en teacuterminos de concentracioacuten
Las reacciones de hidroacutelisis se afectan cuando cambian las condiciones en las que
se llevan a cabo Una de esas condiciones a la que se le ha puesto atencioacuten
aunque hasta ahora no la suficiente es la fuerza ioacutenica Por lo general los trabajos
dedicados a la determinacioacuten de las constantes de hidroacutelisis se han efectuado en
medios de fuerza ioacutenica baja consideradas como soluciones ideales
Sin embargo para los medios tales como el agua de mar y otros de fuerza ioacutenica
maacutes elevada por ejemplo las minas de sal para almacenamiento de desechos
radiactivos se encuentran pocos datos en la literatura [25]
27 FUERZA IOacuteNICA
El comportamiento de los iones en una disolucioacuten depende de la composicioacuten
ioacutenica total de la misma la cual se expresa por su fuerza ioacutenica [26]
119868 =1
2sum 119862119894119885119894
2 Ec 1)
Donde
I = fuerza ioacutenica Ci = concentracioacuten molar de los iones existentes y Z
i = carga
ioacutenica de los iones existentes
La caracteriacutestica fundamental de las sales que se adicionan a un medio para
imponer la fuerza ioacutenica es que sean inertes pues no deben tomar parte en el
equilibrio quiacutemico [27] El aacutecido percloacuterico es el aacutecido maacutes fuerte en solucioacuten
acuosa por lo tanto el ion perclorato es una base deacutebil maacutes que los iones cloruro
y muestra muy poca tendencia a unirse a iones hidroacutegeno Lo mismo puede
decirse acerca de su tendencia a reaccionar con iones metaacutelicos que pueden
considerarse como aacutecidos de Lewis En la mayoriacutea de los percloratos metaacutelicos en
solucioacuten el ion metaacutelico se encuentra en forma hidratada siempre y cuando la
solucioacuten sea suficientemente aacutecida para que no se produzca la formacioacuten de
hidroxo complejos [28]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
31
La fuerza ioacutenica juega un papel de gran importancia en el pH Feldman en 1956
observoacute que el pH de una solucioacuten buffer 005 M de ftalato aacutecido de potasio
cambioacute desde 400 en fuerza ioacutenica cero hasta 357 en fuerza ioacutenica 2 M de KCl
Feldman explicoacute que el pH disminuye debido a que el coeficiente de actividad
cambia y por lo tanto hay mayor disociacioacuten de ftalato aacutecido de potasio [29] En la
literatura se han reportado diversos estudios de las constantes de estabilidad del
praseodimio en fuerza ioacutenica 2M (Tabla 3) donde se han empleado diferentes
condiciones de temperatura fuerza ioacutenica y diferentes meacutetodos donde se han
obtenido valores diferentes de la constante de estabilidad del praseodimio
Tabla 3 Datos de la literatura sobre la primera constante de hidroacutelisis (log β1) del praseodimio
Medio Meacutetodo Molaridad Log +β1 T K Referencia
NaCl ESTP 2 -874plusmn006 303 De la Cruz et al 2013
NaCl ES 2 -894plusmn002 303 Loacutepez et al 2010 NaCl SQUAD 2 -894plusmn003 303 Gonzales et al
2009 NaCl SQUAD 2 -891plusmn019 303 Gonzales et al
2009 NaCl ES 2 -877plusmn003 303 Gonzales et al
2009 NaClO4 TP 2 -838plusmn002 303 Loacutepez et al2005
NaCl TP 2 -876plusmn002 303 Loacutepez et al2005 NaCl TP 1 -858plusmn002 303 Ramirez et al
2004 NaClO4HClO4 ESTP 07 -862plusmn006 298 Klungness y
byrne2002 LiClO4 TP 3 -874plusmn003 303 Ciavata et al
1989 NaClO4 TP 3 -956plusmn003 298 Burkov et al
1982 NR RE 0 -81 298 Baes y Mesmer
1976 LiClO4 ED 02 -71plusmn007 298 Guillaumont et
al 1971 NaClO4 Ba(OH)2
TP 03002 -945 298 Frlova et al 1966
NaClO4 LiClO4
TP 3 -85 298 Tobias y Garrett1956
TP Titulacioacuten potenciomeacutetrica ES Espectrofotomeacutetrica RE Relacioacuten empiacuterica ED Extraccioacuten con
disolvente T K Temperatura
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
32
Sin embargo solo se ha podido determinar el valor de la primera constante de
estabilidad en este estudio se pretende conocer el valor de varias especies
aprovechando el aumento de solubilidad que ofrecen las ciclodextrinas
28 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACIOacuteN
281 MICROSCOPIacuteA ELECTROacuteNICA DE BARRIDO (MEB)
La superficie de un soacutelido puesto en contacto con un liacutequido o con un gas difiere
sustancialmente en su interior tanto en su composicioacuten quiacutemica como en sus
propiedades fiacutesicas a la de la inicial La caracterizacioacuten de estas propiedades de
superficie es de vital importancia en numerosos campos que incluyen la cataacutelisis
heterogeacutenea la tecnologiacutea de partiacuteculas delgadas semiconductoras los
mecanismos de corrosioacuten y adhesioacuten la actividad de las superficies metaacutelicas las
caracteriacutesticas de la dureza y los estudios sobre el comportamiento y las funciones
de las membranas bioloacutegicas [30]
En muchos campos de la quiacutemica de las ciencias de los materiales de la geologiacutea
y de la biologiacutea es cada vez de maacutes importancia el conocimiento detallado de la
naturaleza fiacutesica de las superficies de los soacutelidos Normalmente la informacioacuten se
obtiene sobre las superficies con una resolucioacuten considerablemente elevada
mediante tres teacutecnicas la microscopia electroacutenica de barrido (MEB) microscopia
de barrido de efecto tuacutenel y microscopia de fuerzas atoacutemicas [31] El microscopio
electroacutenico de barrido (MEB) es un instrumento para obtener fotografiacuteas
tridimensionales debido a que tiene una alta resolucioacuten y una gran profundidad de
campo En las fotografiacuteas se puede apreciar la estructura de muestras
microscoacutepicas detallando de manera extraordinaria sus caracteriacutesticas
morfoloacutegicas y topograacuteficas [32] de distintos materiales
Un instrumento que se ha desarrollado para el anaacutelisis de muestras a traveacutes del
microscopio electroacutenico de barrido es el analizador EDS (espectroacutemetro de
dispersioacuten de energiacutea) de rayos X el cual identifica la distribucioacuten cuantitativa y
cualitativa de elementos quiacutemicos que se encuentran presentes en la muestra
mostrando graacuteficas e imaacutegenes relacionadas con esa distribucioacuten Es pertinente
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
33
sentildealar que el analizador EDS de rayos X identifica y evaluacutea el contenido de
elementos quiacutemicos desde el carbono al uranio en superficies planas o secciones
finas de las muestras en todo tipo de material (bioloacutegico e inerte) [33]
282 ESPECTROSCOPIA DE ABSORCION ULTRAVIOLETA-VISIBLE (UV-
VIS)
Una de las teacutecnicas instrumentales maacutes utilizadas en la deteccioacuten de complejos de
inclusioacuten con CDs es la espectroscopia de absorcioacuten UV-VIS Es una teacutecnica
versaacutetil de amplia aplicacioacuten de manejo sencillo y preciso Debido a que la
mayoriacutea de las moleacuteculas orgaacutenicas absorben en la regioacuten UV o visible del
espectro donde experimentan variaciones en las posiciones de los maacuteximos de
absorcioacuten (cualitativas) o en el valor del coeficiente de absorcioacuten molar
(cuantitativas) tras la formacioacuten del complejo con CDs Como existen numerosas
moleacuteculas orgaacutenicas deacutebilmente solubles en agua son difiacuteciles de analizar por
esta teacutecnica espectrofotomeacutetrica Sin embargo la inclusioacuten conlleva a la
solubilizacioacuten permitiendo obtener el espectro de absorcioacuten en solucioacuten acuosa
que podriacutea producir variaciones en su espectro en solventes de baja polaridad
comparables con respecto a otros solventes maacutes polares [34]
La espectroscopia UV-Vis (en el rango de longitudes de onda del ultravioleta y
visible) se basa en el anaacutelisis de la cantidad de radiacioacuten electromagneacutetica que
puede absorber o transmitir una muestra [35] Cuando la radiacioacuten
electromagneacutetica interacciona con la materia se produce absorcioacuten de radiacioacuten
Si la frecuencia de esta radiacioacuten corresponde a la energiacutea necesaria para elevar
el sistema a un nivel de energiacutea superior se produce el estado excitado [36] De
acuerdo con este fenoacutemeno cada sustancia poseeraacute una longitud de onda de
maacutexima absorcioacuten que la caracteriza cualitativamente [35] Esta
espectrofotometriacutea utiliza radiaciones del campo UV de 80 a 400 nm
principalmente de 200 a 400 nm (UV cercano) y de luz visible de 400 a 800 nm
por lo que es de gran utilidad para caracterizar las soluciones en la regioacuten
ultravioleta-visible del espectro [37]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
34
283 DIFRACCIOacuteN DE RAYOS X (DRX)
Es una de las teacutecnicas de caracterizacioacuten maacutes potentes y maacutes comuacutenmente
utilizadas para el anaacutelisis estructural de cristales Sus caracteriacutesticas principales
son consecuencia de ser una ldquosondardquo electromagneacutetica de la materia con una
longitud de onda de magnitud muy parecida al espaciado interplanar de los soacutelidos
[38] Constituye la metodologiacutea maacutes apropiada para realizar el anaacutelisis de la
estructura cristalina del complejo [39] No obstante los diagramas de difraccioacuten
son una prueba concluyente para demostrar la inclusioacuten ya que el difractograma
del complejo es diferente al que se obtiene tras superponer los difractogramas de
la moleacutecula encapsulada y el de las CDs aisladas [40]
La interaccioacuten entre el vector eleacutectrico de la radiacioacuten X y los electrones de la
materia que atraviesa da lugar a una dispersioacuten Cuando los rayos X son
dispersados por el entorno ordenado de un cristal tienen lugar interferencias
(constructivas y destructivas) entre los rayos dispersados ya que las distancias
entre los centros de dispersioacuten son del mismo orden de magnitud que la longitud
de onda de la radiacioacuten El resultado es la difraccioacuten [41] Cuando las CDs
naturales o el hueacutesped cristalino son sometidas a la difractometriacutea de rayos X
eacutestos presentan un patroacuten de difraccioacuten de alta intensidad debido a su
cristalinidad Por el contrario si el complejo de inclusioacuten se forma va a mostrar un
patroacuten de tipo halo [42] con picos difusos y anchos caracteriacutesticos de un
compuesto amorfo Esta teacutecnica es sumamente uacutetil para verificar la formacioacuten de
complejos de inclusioacuten en el caso de hueacutespedes liacutequidos En efecto ya que estos
no presentan ninguacuten patroacuten de difraccioacuten si son incluidos se va a obtener un
difractograma con un patroacuten bien definido [43]
284 ESPECTROSCOPIA DE INFRARROJO (IR)
La aplicacioacuten del meacutetodo de infrarrojo se limita a aquellos hueacutespedes que tienen
ciertas bandas de absorcioacuten caracteriacutesticas como los grupos carbonilo hidroxilo o
C-H u otros que permitan evaluar si existen diferencias entre los espectros del
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
35
hueacutesped libre y encapsulado [42] Cuando se produce la encapsulacioacuten del
compuesto hueacutesped se produce un corrimiento o disminucioacuten de la intensidad de
ciertas bandas caracteriacutesticas del espectro correspondiente al hueacutesped Sin
embargo dichos cambios son muy sutiles debido a que el hueacutesped representa un
5-10 del peso total del complejo por lo cual requiere una interpretacioacuten
cuidadosa del espectro [44]
285 ESPECTROSCOPIA RAMAN
La espectroscopia Raman mide la intensidad de la radiacioacuten como una funcioacuten de
la frecuencia (o del nuacutemero de onda) [45] Esta teacutecnica es complementaria del IR y
la informacioacuten que aporta es semejante Las bandas se desplazan y se modifican
como consecuencia del proceso de inclusioacuten [46] Los espectros Raman se
obtienen al irradiar una muestra con una potente fuente laser de radiacioacuten
monocromaacutetica visible o infrarroja Durante la radiacioacuten se registra el espectro de
la radiacioacuten dispersada en un cierto aacutengulo (por lo general 90 deg) con un
espectroacutemetro adecuado [47] Las bandas se desplazan y se modifican como
consecuencia del proceso de inclusioacuten Probablemente la espectroscopia Raman
resulta de mayor utilidad en el caso de complejos en medios liacutequidos donde la
presencia de soluciones acuosas no supone un obstaacuteculo como ocurre en el caso
de la espectroscopia IR [48]
29 TITULACIOacuteN ESPECTROFOTOMEacuteTRICA
El meacutetodo espectrofotomeacutetrico es un meacutetodo analiacutetico el cual por medio de un
espectrofotoacutemetro permite comparar la radiacioacuten electromagneacutetica de una
sustancia en funcioacuten de su concentracioacuten desconocida y una concentracioacuten
conocida de la misma sustancia y evaluar el momento de reaccioacuten de un aacutecido y
una base mediante la absorcioacuten de radiacioacuten electromagneacutetica de la sustancia a
cierta longitud de onda fija permite determinar el punto final de la titulacioacuten La
medicioacuten de absorbancia se realiza en cada adicioacuten del titulante asiacute se
construyen graficas de absorbancia en funcioacuten del pCH de cada aliacutecuota de adicioacuten
del titulante (Figura 3) donde se observara la zona saturada y no saturada Estas
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
36
dos zonas nos permitiraacuten determinar el punto de inicio de precipitacioacuten del
lantaacutenido
Figura 3 Ilustracioacuten de un diagrama general de pLn(c)-pCH
El punto de precipitacioacuten (pCH) se utiliza para delimitar el intervalo de la zona no
saturada Este intervalo se utiliza en un programa de coacutemputo como
SUPERQUAD que se emplea para determinar constantes de equilibrio
210 MEacuteTODO POTENCIOMEacuteTRICO
Es el meacutetodo maacutes estudiado para determinar constantes de hidroacutelisis por su
sencillez y exactitud el meacutetodo se basa en la titulacioacuten de una solucioacuten de
concentracioacuten conocida de base (o aacutecido) con un aacutecido fuerte (o base fuerte) la
reaccioacuten se puede seguir por ejemplo con electrodos de vidrio y calomel
conectados a un potencioacutemetro [49] de los datos obtenidos de la titulacioacuten se
construye una graacutefica de titulacioacuten de pH en funcioacuten del volumen adicionado del
titulante (Figura 4)
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
37
Figura 4 Ilustracioacuten de una valoracioacuten potenciomeacutetricas directa con su primera derivada (∆pCH∆V)
El teacutermino pH se aplica habitualmente al logaritmo inverso de la concentracioacuten del
ion hidronio sin embargo cuando la fuerza ioacutenica es alta y el electrodo del
indicador es sensible al pH es importante diferenciar entre el logaritmo inverso de
la concentracioacuten de los iones hidronio (pCH) y el valor del pH experimental La
concentracioacuten de los iones hidronio (o de OH-) en el equilibrio y la composicioacuten de
una solucioacuten dada permiten calcular la razoacuten molar de los iones OH- unidos al ion
metaacutelico en solucioacuten un grupo de valores de [H+] y la concentracioacuten inicial del
metal son los datos necesarios para determinar las constantes de hidroacutelisis [49]
Se alimentan los datos de la zona no saturada y volumen del titulante adicionado a
la valoracioacuten potenciomeacutetrica al programa de coacutemputo SUPERQUAD y asiacute poder
determinar las constantes de hidroacutelisis del Pr
211 PROGRAMA DE COacuteMPUTO SUPERQUAD
El programa de coacutemputo SUPERQUAD fue creado por Gans Sabatini y Vacca
escrito en lenguaje fortran calcula las constantes de equilibrio en sistemas
multicomponentes y multireaccionantes Esas constantes se calculan con la base
de un modelo quiacutemico el cual debe incluir la estequiometria y los valores
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
38
estimados de las constantes globales de formacioacuten de cada una de las especies
presentes durante la valoracioacuten Se aplica reiteradamente el meacutetodo de miacutenimos
cuadrados a las diferencias que se generan en los potenciales experimentales de
las celdas menos los calculados por el propio programa Para alcanzar el miacutenimo
de estas diferencias se aplica el algoritmo de Marquadt Por uacuteltimo en el archivo
de salida del programa SUPERQUAD se obtienen los valores calculados y un
anaacutelisis estadiacutestico de los datos [25]
39
______________________________
CAPIacuteTULO III
HIPOacuteTESIS
______________________________
CAPIacuteTULO III HIPOacuteTESIS
40
3 HIPOacuteTESIS
La 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina aumentaraacute la solubilidad del praseodimio de
esta manera permitiraacute determinar varias especies quiacutemicas de hidroacutelisis de este
elemento en medio 2 M de NaClO4 a 30 degC
41
______________________________
CAPIacuteTULO IV
OBJETIVOS
______________________________
CAPIacuteTULO IV OBJETIVOS
42
4 OBJETIVOS
Objetivo general
Estudiar el comportamiento quiacutemico en solucioacuten acuosa del compuesto de
inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por medio de la
determinacioacuten de las constantes de hidroacutelisis en 2 M de NaClO4 a 30 degC
Objetivos especiacuteficos
Obtener el compuesto de inclusioacuten del praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina
Determinar las constantes de la hidroacutelisis de las especies quiacutemicas de
praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en 2 M de
NaClO4 y a 30 degC por el meacutetodo espectrofotomeacutetrico y el meacutetodo
potenciomeacutetrico
Determinar la constante de hidroacutelisis del compuesto de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en 2 M de NaClO4 y a 30 degC
por el meacutetodo espectrofotomeacutetrico y el meacutetodo potenciomeacutetrico
43
______________________________
CAPIacuteTULO V
METODOLOGIacuteA
______________________________
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
44
5 METODOLOGIacuteA
El diagrama de flujo (Figura 5) muestra el resumen de las actividades del
desarrollo experimental que se siguioacute en el estudio del praseodimio en presencia
de la 2HPβCD
Figura 5 Diagrama de flujo
INICIO
Preparacioacuten de las soluciones de 2M de NaClO4 PrCl3xH2O 2HPβCD y
Pr-2HPβCD
Preparacioacuten de precipitados PrCl3H2O 2HPβCD y Pr-
2HPβCD
Irradiacioacuten Gamma
Caracterizacioacuten de reactivos y el complejo de
inclusioacuten
UV-Vis
MEB y EDS
DRX
EspectroscopiaIR
Espectroscopia Raman
Efecto de concentracioacuten
Solubilidad
Efecto de temperatura
Efecto de tiempo
Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Meacutetodo grafico
Valoraciones potenciomeacutetricas
Determinacioacuten de constantes
de hidroacutelisis con el programa de
coacutemputo SUPERQUAD
Anaacutelisis de
resultados
FIN
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
45
La descripcioacuten de cada una de las etapas de este diagrama se muestra
enseguida
Los reactivos empleados en este trabajo fueron de grado analiacutetico Para la
preparacioacuten de las soluciones y lavado del material del laboratorio se usoacute agua
destilada
51 Preparacioacuten de la solucioacuten de la 2-hidroxipropyl- βeta-ciclodextrina
La solucioacuten del derivado de la beta ciclodextrina se preparoacute a partir de la 2-
hydroxipropyl-βeta-ciclodextrina [(C6H9O5)7-(C3H7O)45] de peso molecular 1396
gmol (anhidro) de Sigma-Aldrich Chem Company Inc el cual se disolvioacute con
agua destilada y agitacioacuten constante La concentracioacuten fue de 02389 M
52 Preparacioacuten de solucioacuten de praseodimio
La solucioacuten de praseodimio se preparoacute a partir del oacutexido de praseodimio (Pr6O11)
de Sigma-Aldrich Chem Company Inc El oacutexido se tratoacute con HCl concentrado el
precipitado resultante se diluyoacute en agua destilada y se evaporoacute hasta sequedad
este proceso se hizo tres veces Finalmente se diluyoacute con una solucioacuten de HCl de
pH 3 Esta solucioacuten se valoroacute con EDTA naranja de xilenol y piridina para
determinar la concentracioacuten la cual fue de 048 M
53 Preparacioacuten del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina
El complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina (Pr-
2HPβCD) se preparoacute a partir de las soluciones de la 2-hydroxipropyl-βeta-
ciclodextrina 02389 M y de la solucioacuten de praseodimio 048 M en la relacioacuten molar
11 La concentracioacuten del complejo de inclusioacuten fue de 0005 M Esta solucioacuten se
evaporoacute lentamente a sequedad en una parrilla de calentamiento Corning PC-351
Hot Plate-Stirrer durante 45 minutos El precipitado resultante se secoacute en una
estufa Lab Line Instruments Inc (Melrose Park Illinois) a 45-50degC durante 2
horas Varias fracciones de este precipitado se emplearon para determinar la
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
46
morfologiacutea la espectroscopia de infrarrojos difraccioacuten de rayos X y Raman
Tambieacuten se caracterizaron las muestras de PrCl3 XH2O y 2HPβCD
54 Determinacioacuten de las curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por UV-Vis
Para cuantificar praseodimio por espectrofotometriacutea UV-Vis se determinaron las
curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD para ello se
realizaron diluciones a diferentes concentraciones de PrCl3 XH2O manteniendo
constante la concentracioacuten de la 2HPβCD Los datos se muestran en la Tabla 4
Tabla 4 Diferentes concentraciones de praseodimio con 2HPβCD constante para determinar las curvas de calibracioacuten
Pr (ml) H2O
(ml)
2HPβCD
(ml)
Concentraciones
Pr2HPβCD [M]
00004 1999 2 00001 00025
00010 1998 2 000025 00025
00041 1995 2 0001 00025
00104 1989 2 00025 00025
00208 1979 2 0005 00025
00416 1958 2 001 00025
0104 1895 2 0025 00025
0260 1739 2 00625 00025
0520 1479 2 0125 00025
1041 0958 2 025 00025
125 075 2 03 00025
Las disoluciones se midieron en el espectroacutemetro UV-Vis marca Perkin Elmer
Lambda 10 en un intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
47
55 Estudio de la influencia de las relaciones molares de las soluciones del
complejo de inclusioacuten
Para determinar la influencia de la 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se prepararon las relaciones molares de PrCl3
XH2O y de 2HPβCD Los datos se muestran en la Tabla 5
Tabla 5 Relaciones molares 2HPβCD Pr
Relacioacuten 2HPβCDPr
2HPβCD (ml)
H2O (ml)
Pr (ml)
Concentraciones 2HPβCDPr [M]
051 0010 199 2 000125 00025
11 0020 1979 2 000250 00025
21 0041 1958 2 000500 00025
31 0062 1937 2 000750 00025
41 0083 1916 2 001000 00025
51 0104 1895 2 001250 00025
81 0167 1832 2 002000 00025
101 0209 1790 2 002500 00025
151 0313 1686 2 003750 00025
181 0376 1623 2 004500 00025
241 0502 1497 2 006000 00025
Las relaciones molares se prepararon a partir de las soluciones de PrCl3 XH2O
048 M y de la 2HPβCD 02389 M
Las disoluciones se midieron en el espectroacutemetro UV-Vis marca Perkin Elmer
Lambda 10 en un intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
56 Efecto de la Radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Para observar el efecto de la radiacioacuten gamma del Cobalto-60 (Co60) en el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se prepararon 6 soluciones de 10 ml del
complejo de inclusioacuten en relacioacuten molar 11 de concentracioacuten 0005 M de cada una
de ellas y soluciones de los reactivos PrCl3 XH2O y 2HPβCD en las mismas
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
48
condiciones Tambieacuten se prepararon 6 muestras soacutelidas de Pr-2HPβCD
(precipitado) PrCl3 XH2O y 2HPβCD de 02 g cada una
Cada una de estas muestras fue colocada en un vial de 20 ml luego se selloacute con
bolsa de plaacutestico y se irradiaron a diferentes dosis en el irradiador LGI-01
TRANSELEKTRO del ININ con una razoacuten de dosis de 103716 Gyh En la
posicioacuten de irradiacioacuten VICKRAD se colocaron tres muestras liacutequidas y tres
soacutelidas de la misma manera en la posicioacuten de irradiacioacuten GAMMACELL tres
muestras liacutequidas y tres soacutelidas En ambos casos cuando se alcanza la dosis
requerida (por ejemplo 1 Gy) una muestra se retira o se saca de la posicioacuten de
irradiacioacuten y asiacute sucesivamente se continuacutea hasta alcanzar la dosis maacutexima de
irradiacioacuten requerida Los datos se muestran en la Tabla 6
Tabla 6 Dosis de irradiacioacuten de Co60 aplicadas a las muestras en solucioacuten y soacutelidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 2HPβCD y PrCl3 XH2O en la instalacioacuten VICKRAD y GAMMACELL del irradiador
LGI-01 TRANSELEKTRO del ININ
1ra Serie Instalacioacuten VICKRAD
No Muestras soacutelidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
No Muestras liacutequidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
1 (a) 1 Gy 4 (1i) 1 Gy 2 (b) 10 Gy 5 (2i) 10 Gy
3 (c) 100 Gy 6 (3i) 100 Gy
2da Serie Instalacioacuten GAMMACELL
No Muestras soacutelidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
No Muestras liacutequidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
1 (d) 05 KGy 4 (4i) 05 KGy
2 (e) 5 KGy 5 (5i) 5 KGy
3 (f) 10 KGy 6 (6i) 10 KGy
Las muestras liacutequidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD PrCl3-XH2O y
2HPβCD irradiadas se evaporaron a sequedad para realizar el anaacutelisis de
caracterizacioacuten
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
49
57 Caracterizacioacuten del compuesto de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina
571 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB)
Para realizar este anaacutelisis se emplearon fracciones de cada uno de los reactivos
PrCl3 XH2O 2HPβCD el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD irradiado Cada una de las fracciones se colocaron en un
porta muestras de aluminio Se recubrieron con una capa de oro para que las
muestras fueran conductoras El anaacutelisis morfoloacutegico se realizoacute en un microscopio
JSM-1600 y JSM-6610LV acoplados a una sonda de espectroscopia de difraccioacuten
de rayos X con el software de los equipos se obtuvo el anaacutelisis elemental
realizado por EDS (Energy Dispersion of X ray Espectrosocopy) que proporcionoacute
informacioacuten cualitativa y cuantitativa de las muestras analizadas
572 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX)
Este anaacutelisis se realizoacute con el difractoacutemetro de polvos SIEMENS D-5000 con
aacutenodo de cobre λ = 15406 Ǻ y un barrido de 25-80 en 2ɵ Para ello se colocaron
en un porta muestras fracciones de cada una de las muestras PrCl3 XH2O
2HPβCD Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado En cada una de estas muestras se
hizo incidir un haz de rayos X De esta manera se obtuvieron graacuteficas de
intensidad en funcioacuten del aacutengulo de difraccioacuten Los resultados se compararon con
las tarjetas de los patrones reportados por el Joint Committee on Powder
Diffraction Standards (JCPDS)
573 Anaacutelisis por espectroscopia de infrarrojo (IR)
Se realizoacute la espectroscopia de infrarrojo de las muestras de PrCl3 XH2O
2HPβCD Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado con el espectroacutemetro Nicolet
Magna-IRTM spectrometer 550 FTIR en un intervalo de 450-4000 cm-1 Las
muestras se prepararon con un estaacutendar de KBr mediante el meacutetodo de
dispersioacuten de pastilla para su anaacutelisis
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
50
574 Anaacutelisis por espectroscopia Raman
Se realizoacute la espectroscopia Raman de las muestras de PrCl3 XH2O 2HPβCD
Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado con el equipo Raman LabRamHR JovynIvon-
Horiba Una fraccioacuten de cada una de las muestras se colocaron en un porta
muestras conectado a un microscopio y se hizo incidir un rayo laacuteser de un
microacutemetro de diaacutemetro Como resultado se obtuvo una graacutefica de intensidad
Raman contra el desplazamiento Raman Los espectros Raman de las muestras
fueron obtenidos en un intervalo de 0 a 1700 cm-1
58 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-βeta-ciclodextrina
581 Efecto de temperatura
En un tubo de ensaye se le adicionoacute 2 ml de agua destilada a 20 0C En un bantildeo
mariacutea a la temperatura de 20 0C se colocoacute el tubo de ensaye con 2 ml de agua
destilada y se le adicionoacute poco a poco la muestra del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD (05 g previamente pesada) Se agitoacute manualmente de manera
constante hasta observar la formacioacuten de precipitado (Pr-2HPβCD) en el fondo
del tubo de ensaye
Este proceso tambieacuten se realizoacute a las temperaturas de 35 42 50 y 60degC El
residuo del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD que ya no se adicionoacute en el tubo de
ensaye se pesoacute y por diferencia con el peso inicial (05 g) se determinoacute los
gramos solubilizados del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Los datos se
muestran en la Tabla 7
Con los resultados obtenidos se graficoacute la temperatura en funcioacuten de la cantidad
de complejo de inclusioacuten solubilizado
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
51
Tabla 7 Cantidad de complejo solubilizado a diferentes temperaturas en 2 ml de agua destilada
Pr-2HPβCD (g)
H2O
(ml)
Temp (degC) del H2O
Pr-2HPβCD solubilizados (g)
1 05 2 20 01866 2 05 2 35 02472 3 05 2 42 03014 4 05 2 50 03461 5 05 2 60 03628
582 Efecto del tiempo
En un tubo de ensaye se le adicionoacute 2 ml de agua destilada a temperatura
ambiente Se le adicionoacute la muestra del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD (01001
g previamente pesada) se registroacute el tiempo (inicial) y se agitoacute manualmente de
manera constante hasta observar la formacioacuten de precipitado (Pr-2HPβCD) en el
fondo del tubo de ensaye Se registroacute el tiempo (final) cuando el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD se solubilizoacute completamente Este proceso se realizoacute 5
veces La determinacioacuten del tiempo de solubilizacioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD es la diferencia entre el tiempo inicial y final Los datos se muestran en la
Tabla 8 Con los resultados obtenidos se graficoacute los gramos solubilizados del
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en funcioacuten del tiempo
Tabla 8 Cantidades de complejo Pr-2HPβCD y agua destilada en cada tubo de ensaye
Pr-2HPβCD
(g)
H2O
(ml) Tiempo (seg)
1 01001 2 161
2 01005 2 163
3 01011 2 167
4 01018 2 169
5 01026 2 170
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
52
59 Determinacioacuten de la curva de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4
Para corregir el pH experimental en el medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 se
preparoacute una solucioacuten de NaOH al 50 pesovolumen A partir de esta solucioacuten se
preparoacute una solucioacuten de hidroacutexido de sodio a una concentracioacuten de 1 N en una
caja de guantes con atmosfera de nitroacutegeno Esta solucioacuten se valoroacute con ftalato
aacutecido de potasio y fenolftaleiacutena para determinar su concentracioacuten Con esta
solucioacuten de NaOH 1 N se prepararon soluciones de 01 001 y 0001 M y a estas
mismas concentraciones con HCl 1N titrisol ambas en medio de fuerza ioacutenica 2 M
de NaClO4 La medicioacuten de pH de estas soluciones (pH experimental) se
realizaron con un electrodo de vidrio AgClAg Radiometer XG200 con agitacioacuten
constante a temperatura de 30 degC controlada por un bantildeo de agua circulante
ldquoPolyscience Circulatiorrdquo modelo 12101-10 Se mantuvo una atmosfera de
nitroacutegeno en la celda potenciomeacutetrica de doble pared Se midioacute el pH 3 veces de
cada solucioacuten el mismo diacutea y durante tres diacuteas consecutivos Se promediaron los
datos obtenidos y se trazoacute una graacutefica que permitioacute realizar la relacioacuten entre el
logaritmo inverso de la concentracioacuten de los iones hidrogeno (pCH) y el pH
experimental
510 Valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Se realizaron valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD con hidroacutexido de sodio en fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 para ello se
colocoacute en una celda de reaccioacuten 10 ml de 2 M de NaClO4 de pH 3 21 microL de la
solucioacuten de 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina de concentracioacuten 02389 M y 105
microL de la solucioacuten de PrCl3 XH2O de concentracioacuten 048 M para tener una
concentracioacuten inicial de 000025 M del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Se
midioacute el pH se tomoacute una aliacutecuota de 3 ml y se midioacute su absorbancia con el
espectrofotoacutemetro UV-Vis Perkin Elmer Lambda 10 en un intervalo de longitud de
onda de 200 a 700 nm Como blanco se empleoacute agua destilada Los 3 ml de
solucioacuten medida por UV-Vis se regresaron a la celda de reaccioacuten Posteriormente
se adicionaron aliacutecuotas de una solucioacuten de 00025 M de NaOH en 2 M de
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
53
NaClO4 Se repitioacute varias veces el proceso de tomar una aliacutecuota en la celda de
reaccioacuten a la celda de cuarzo y medir la absorbancia del complejo de inclusioacuten de
tal manera que el pH incrementara de 02 en 02 hasta alcanzar un pH de 9 o 10
aproximadamente En todo el proceso se mantuvo una temperatura de 30 degC y
una atmoacutesfera de nitroacutegeno constante en la celda
Con los datos de pH y absorbancia a una longitud de onda de 210 nm obtenidos
se graficaron los valores de la absorbancia en funcioacuten del pCH para determinar el
pCH de precipitacioacuten la zona no saturada y la zona saturada
511 Valoraciones potenciomeacutetricas directas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Con el sistema de titulacioacuten automaacutetica que consiste de un potencioacutemetro
Radiometer TIM900 Titrilab de un electrodo combinado de vidriondashAgClAg y una
bureta automaacutetica de 20 ml se realizaron valoraciones potenciomeacutetricas directas
Para lo cual se colocoacute en la celda de reaccioacuten 10 ml de 2 M de NaClO4 de pH 3
21 microL de la solucioacuten de 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina de concentracioacuten 02389
M y 105 microL de la solucioacuten de PrCl3 XH2O de concentracioacuten 048 M para tener
una concentracioacuten inicial de 000025 M del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Esta solucioacuten se valoroacute con NaOH 00025 M en 2 M de NaClO4 a una temperatura
de 30 degC flujo de nitroacutegeno y agitacioacuten constante Con los datos de pH y volumen
de NaOH se graficaron los valores de pCH en funcioacuten del volumen de NaOH El
intervalo de pCH de la zona no saturada se determinoacute despueacutes de que el aacutecido fue
neutralizado y el pCH final se determinoacute con el pCH de precipitacioacuten obtenido en la
titulacioacuten espectrofotomeacutetrica Este intervalo de pCH de la zona no saturada se
emplearon en el programa de computo SUPERQUAD para determinar los valores
de las constantes de hidroacutelisis del praseodimio y del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
54
______________________________
CAPIacuteTULO VI
RESULTADOS
______________________________
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
55
6 RESULTADOS
61 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 6 muestra los espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes
concentraciones en presencia de 2HPβCD 00025 M determinados en el intervalo
de longitud de onda de 200 a 700 nm En ellos se observa que cuando aumenta
la concentracioacuten del praseodimio en presencia de 2HPβCD aumenta el tamantildeo de
las bandas La 2HPβCD no presenta bandas de absorcioacuten en toda la regioacuten de
200-700 nm
Figura 6 Espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes concentraciones en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
A partir de la Figura 6 y de acuerdo al tamantildeo de las bandas de absorcioacuten de los
espectros UV-Vis en funcioacuten de la concentracioacuten del praseodimio se establecen
tres regiones de intereacutes En la regioacuten de longitud de onda de 200-225 nm la banda
de absorcioacuten maacutexima del praseodimio se encuentra en 215 nm para
concentraciones bajas en la regioacuten de 440-490 nm se encuentran las bandas de
absorcioacuten de 444 469 nm y 482 nm para concentraciones intermedias y
finalmente en la regioacuten de 558-600 nm se encuentran las bandas de absorcioacuten de
200 300 400 500 600 700
00
05
10
15
20
25
30
Ab
so
rban
cia
Longitu de onda (cm-1)
000011MPr
0000251MPr
00011MPr
000251MPr
00051MPr
001MPr
0025MPr
006251MPr
01251MPr
0251MPr
031MPr
00025M2HPBCD
00025MPr
1
2
3
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
56
5885 nm para cuantificar concentraciones altas de praseodimio en presencia de la
2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Figura 7 y Tabla 9) En la Figura 7 se muestran las
rectas de calibracioacuten para cuantificar praseodimio Estas rectas de calibracioacuten fueron
determinadas con los datos de los valores de absorbancia de cada banda de
absorcioacuten de la Figura 6 en funcioacuten de la concentracioacuten del praseodimio
Figura 7 Rectas de calibracioacuten de las bandas de absorcioacuten del praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
Tabla 9 Ecuaciones de calibracioacuten del praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
obtenidos por UV-Vis
Intervalo de longitud de onda de UV-Vis
200-250 nm 400-500 nm 560-620 nm
Bandas de 215 nm 444 nm 469 nm 482 nm 5885 nm
absorcioacuten
Ecuaciones de
calibracioacuten
A= 26554[Pr] + 00527
A = 513[Pr] + 00127
A = 21698[Pr] + 00123
A = 15912[Pr] + 00128
A = 00783[Pr] + 00103
Rsup2 = 09949 Rsup2 = 09992 Rsup2 = 09958 Rsup2 = 09917 Rsup2 = 09769
Doacutende nm= nanoacutemetros A= Absorbancia [Pr (III)]= Concentracioacuten del Praseodimio R = Coeficiente de
correlacioacuten
000 005 010 015 020 025 030
00
02
04
06
08
10
12
14
16
y=15912 x +00128
R2=09917
y=00783 x +00103
R2=09769
y=21698 x +00123
R2=09958
y=513 x +00127
R2=09992
215 nm
444 nm
469 nm
482 nm
5885 nm
Abso
rbancia
[Pr] M
y=26554 x +00527
R2=09949
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
57
En la Tabla 9 se muestran los datos de las ecuaciones de calibracion para
determinar praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina por
espectroscopiacutea UV-Vis
Estas consideraciones tienen una limitacioacuten ya que se debe tomar en cuenta que
el intervalo oacuteptimo para medir la absorbancia con fines de anaacutelisis cuantitativo
estaacute entre 002ndash15
62 Efecto de la concentracioacuten de la 2HPβCD en el praseodimio por
espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 8 muestra los espectros de absorcioacuten del praseodimio a concentracioacuten
constante (00025 M) en presencia de 2HPβCD a diferentes concentraciones
determinados en el intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
Figura 8 Espectro de absorcioacuten UV-Vis del praseodimio a concentracioacuten constante en presencia de la 2HPβCD a diferentes concentraciones En el detalle central se muestra la ampliacioacuten de la banda de
absorcioacuten 215 nm
En los espectros de absorcioacuten del praseodimio de la Figura 8 se observa que
cuando aumenta la concentracioacuten de 2HPβCD aumenta ligeramente el tamantildeo de
200 300 400 500 600 700
00
02
04
Ab
so
rbancia
Longitud de onda (cm-1)
00025MPr
00025M2HPBCD
051M
11M
21M
31M
41M
51M
81M
101M
151M
181M
241M1
2 3
200 205 210 215 220 225 230
00
01
02
03
04
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
1
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
58
las bandas de absorcioacuten del praseodimio En el detalle central de la Figura 8 se
aprecia maacutes adecuadamente este efecto
Con estas observaciones se muestra que la 2HPβCD aumenta la solubilidad del
praseodimio debido a este aumento ligero en el tamantildeo de las bandas de
absorcioacuten del praseodimio de la Figura 8
63 Efecto de la radiacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD por
espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 9 muestra los espectros de absorcioacuten determinados en el intervalo de
longitud de onda de 200 a 700 nm del 2HPβCD 2HPβCD irradiado PrCl3XH2O
PrCl3XH2O irradiado el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y el complejo de
inclusioacuten Pr-2-HP-β-CD irradiado Las irradiaciones se realizaron a 10000 Gy
Figura 9 Espectro UV-Vis de las muestras irradiadas en solucioacuten del complejo Pr-2HPβCD PrCl3 y 2HPβCD
Como se observa en la Figura 9 el efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de
inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Pr-2HPβCD) mostraron que
cuando el complejo de inclusioacuten es irradiado a 10 000 Gy se observaron ligeros
200 300 400 500 600 700
00
02
04
06
08
10
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
00025 M 2HPBCD
Pr 00025 M
Pr-2HPBCD
2HPBCD 10 KGY
PrCl3-XH2O 10 KGy
Pr-2HPBCD 10 KGy
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
59
cambios comparado con el complejo de inclusioacuten no irradiado Esto se puede
deber a que probablemente el complejo empieza a descomponerse
62 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB)
La Figura 10 muestra las imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las
muestras 2HPβCD 2HPβCD irradiada PrCl3XH2O PrCl3XH2O irradiada Pr-
2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy
a) c) e)c
b) d) f)
Figura 10 Imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las muestras a) 2HPβCD b) 2HPβCD irradiada c) PrCl3XH2O d) PrCl3XH2O irradiada e) Pr-2HPβCD y f) Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy
La 2HPβCD mostroacute partiacuteculas esfeacutericas de diversos tamantildeos con una superficie
lisa en su interior se observan cavidades dentro de las partiacuteculas pareciera que
se desprenden esferas maacutes pequentildeas El PrCl3XH2O mostroacute una superficie
rugosa las partiacuteculas se ven fundidas debido probablemente a que el material es
higroscoacutepico y tiende a hidratarse faacutecilmente El complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
muestra una morfologiacutea diferente a los reactivos precursores ya que se presentan
partiacuteculas en forma de rocas de diferentes dimensiones ademaacutes se observan
aglomeraciones de partiacuteculas Las imaacutegenes de las muestras irradiadas a una
dosis de 10 KGy conservan su morfologiacutea a excepcioacuten de PrCl3XH2O irradiada y
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
60
Pr-2HPβCD irradiada muestran pequentildeos cambios Sus partiacuteculas se ven un poco
maacutes fundidas probablemente se deba al efecto de la radiacioacuten
La composicioacuten quiacutemica elemental de las muestras 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD se muestran en la Tabla 10 determinado por el anaacutelisis elemental (EDS)
Tabla 10 Anaacutelisis EDS de las muestras de PrCl3 2-HPβCD y Pr-2HPβCD
Elemento Atoacutemico
Pr Cl O C
PrCl3 1233 plusmn 207 3595 plusmn 666 5171 plusmn 871 -----
2HPβCD ----- ----- 4159 plusmn 22 584 plusmn 22
Pr-2HPβCD 097 plusmn061 248 plusmn 143 3619plusmn 422 6034 plusmn 478
Todas las muestras presentan los elementos de su composicioacuten quiacutemica La
presencia de Pr Cl C y O en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD confirman la
interaccioacuten de 2HPβCD PrCl3XH2O para la formacioacuten del complejo de inclusioacuten
como se muestras en la Tabla 10
63 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX)
En la Figura 11 se muestran los difractogramas de 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD determinado por Difraccioacuten de Rayos X Los difractogramas de rayos X
de la Figura 11 muestran diferencias entre ellas El difractograma del PrCl3XH2O
presenta reflexiones de alta intensidad comparado con las otras muestras debido
a su naturaleza cristalina del praseodimio El difractograma de la 2HPβCD es de
estructura amorfa caracteriacutestica de los compuestos de carbono
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
61
Figura 11 Difraccioacuten de rayos X de PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD
El difractograma del compuesto de inclusioacuten Pr-2HPβCD muestra una
combinacioacuten de reflexiones de las muestras de PrCl3XH2O y 2HPβCD debido a la
formacioacuten de eacuteste complejo de inclusioacuten aunque predomina el de la 2HPβCD
Se comparoacute el difractograma de la muestra de PrCl3XH2O con la tarjeta del patroacuten
reportado por el Joint Committee on Powder Diffraction Standards (JCPDS) PDF
84-2188 Aqua Praseodymium Chloride Ambos difractogramas coinciden
adecuadamente
Los difractogramas de las muestras irradiadas a diferentes dosis mostraron que en
el intervalo de dosis de 1-500 Gy las muestras no sufren cambios Sin embargo
cuando el complejo de inclusioacuten es irradiado a 5000 y 10 000 Gy se observaron
ligeros cambios en sus inflexiones comparados con las muestras no irradiadas
Probablemente las muestras empiezan a descomponerse
64 Espectroscopia de infrarrojo (IR)
En la Figura 12 se muestra los espectros de infrarrojo de la 2HPβCD PrCl3XH2O
y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
62
Figura 12 Espectros de infrarrojo de las muestra 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-2HPβCD
El espectro infrarrojo de la muestra de PrCl3XH2O presenta la banda de absorcioacuten
a 341434 cm-1 correspondiente a moleacuteculas de agua de hidratacioacuten y la banda de
absorcioacuten a 67003 cm-1 debido a las uniones praseodimio con cloruros El
espectro infrarrojo de la muestra de la 2HPβCD presenta bandas de absorcioacuten a
331508 cm-1 [OH] 292046 cm-1 [CH2] 115183 cm-1 [C-C] 108000 cm-1 [C-O] y
102306 cm-1 [O-H]
Tabla 11 Grupos funcionales del PrCl3XH2O 2HPβCD y del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Compuesto [OH] [CH2] [C-C] [C-O] [O-H] [Cl3]
PrCl3XH2O 341434 67003
2HPβCD 331508 292046 115183 108000 102306
Pr-2HPβCD 329688 292645 115247 108028 102514
120723[PrCl3XH2O-Pr-2HPβCD] -11746
120723[2HPβCD-Pr-2HPβCD] -182 599 064 028 208
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
63
En la Tabla 11 se muestran los datos de las bandas de absorcioacuten de las muestras
de 2HPβCD PrCl3XH2O y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y los valores
de los desplazamientos observados Los valores de desplazamiento indican la
formacioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Las bandas de absorcioacuten de las
muestras irradiadas a diferentes dosis mostraron que en el intervalo de dosis de 1-
500 Gy las muestras no sufren cambios Cuando las muestras son irradiados a
5000 y 10 000 Gy se observaron ligeros cambios en la intensidad de la bandas de
absorcioacuten
65 Espectroscopia Raman
Figura 13 Espectros Raman de la muestra PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD
La Figura 13 muestra los espectros Raman de las muestras 2HPβCD PrCl3XH2O
y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Se realizaron 100 adquisiciones de
cada uno de las muestras Los resultados son el promedio de estas Los espectros
Raman de la Figura 13 muestran diferencias entre ellas
El espectro Raman del PrCl3XH2O muestra un pico intenso a 19278 cm-1 Este
pico se observa en el espectro Raman del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD a
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
64
23814 cm-1 y es de intensidad menor Las bandas de la 2HPβCD (44336 47805
84780 94691 126575 133270 145854 cm-1) algunas desaparecen y otras se
desplazan en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Esto indica la formacioacuten del
complejo de inclusioacuten
Al comparar los espectros Raman de las muestras irradiadas a diferentes dosis
mostraron que en el intervalo de dosis de 1-500 Gy no sufren cambios Sin
embargo en el intervalo de 5000 a 10000 Gys se observa la presencia de una
banda que no se encuentra en las muestras no irradiadas Probablemente las
muestras empiezan a descomponerse
66 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-βeta-ciclodextrina
661 Efecto de temperatura
La Figura 14 muestra el efecto de temperatura sobre la solubilidad del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD
Figura 14 Efecto de temperatura en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
20 30 40 50 60
018
020
022
024
026
028
030
032
034
036
038
g P
r-2H
PB
CD
Temperatura degC
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
65
La Figura muestra que conforme la temperatura va aumentando la solubilidad de
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta Es decir a la temperatura 20 degC se
solubilizan 01866 g del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD mientras que a 60 degC
se solubilizan 03628 g
662 Efecto de tiempo
La Figura 15 muestra el efecto del tiempo sobre la solubilidad del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD
Se observoacute que conforme el tiempo va aumentando la solubilidad de complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta Con esto se determinoacute que la dilucioacuten de 01 gr de
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 ml de agua destilada se lleva a cabo en
un tiempo 170 segundos
Figura 15 Efecto de tiempo en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
01000 01005 01010 01015 01020 01025 01030
160
162
164
166
168
170
Tie
mpo (
segundos)
g Pr-2HPBCD
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
66
67 Recta de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4
Se realizaron las mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de
2 M de NaClO4 Los datos se muestran en la Tabla 12
Tabla 12 Mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de 2 M de NaClO4
Concentracioacuten (M)
pCH pH
exp 1 pH
exp 2 pH
exp 3 pH
exp 4 pH
exp 5 pH exp prom
HCl 0001 3 2359 2205 2333 2402 2329 23256
001 2 1173 1172 1207 1228 1268 12096
01 1 0508 0248 0253 0352 0361 03444
NaOH 0001 11 9987 9994 9926 10009 9994 9982
001 12 10947 10876 10959 10876 10849 109014
01 13 11612 1156 11604 11552 11516 115688
Se graficaron los datos de pH (experimental) promedio en funcioacuten del pCH (teoacuterico)
se tiene la Figura 16
Figura 16 Recta de calibracioacuten del pCH como una funcioacuten del pH en el medio 2 M de NaClO4
0 2 4 6 8 10 12 14
0
2
4
6
8
10
12
pC
H
pH
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
67
La ecuacioacuten de la recta de calibracioacuten es
pCH= 105108 (plusmn00063) pH + 06352 (plusmn00669) R2= 09995
Esta ecuacioacuten permitioacute corregir todos los datos de pH experimental de este
trabajo
68 Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Se realizaron valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD en medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 a 30 deg C en atmoacutesfera inerte
Se obtuvieron espectros de absorcioacuten UV-Vis en el intervalo de longitud de onda
de 200 a 700 nm En la Figura 17 se muestra los espectros de absorcioacuten de cada
una de las aliacutecuotas del praseodimio en presencia de la 2HPβCD en el intervalo de
longitud de onda de 200 a 230 nm
Figura 17 Espectros de absorcioacuten UV-Vis de la valoracioacuten espectrofotomeacutetrica del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con NaOH 00025 M en el medio 2M de NaClO4
200 210 220 230
00
01
02
03
04
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
68
Se graficaron los datos de absorbancia a la longitud de onda de 215 nm de la Figura
17 y los valores de pCH correspondientes se obtuvo la Figura 18
Figura 18 Curva de valoracioacuten espectrofotomeacutetrica (absorbancia en funcioacuten del pCH) y la primera derivada del praseodimio en presencia de la 2HPβCD a longitud de onda de 215 nm
La derivada de la curva de la Figura 18 permitioacute determinar el pCH de precipitacioacuten
(maacutexima inflexioacuten) el cual fue de 812 A partir de este pCH se determinoacute la zona
no saturada (lado izquierdo de la curva) y saturada (lado derecho de la curva)
69 Titulaciones potenciomeacutetricas
Se realizaron valoraciones potenciomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
con NaOH en medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 a 30 degC en atmosfera inerte
Se obtuvo la Figura 19 La valoracioacuten potenciomeacutetrica del Pr-2HPβCD inicio en
medio acido por medio de la primera derivada y su inflexioacuten de la curva se
determinoacute el pCH inicial (pCH= 656) el valor de pCH final se determinoacute con el valor
de la primera derivada (pCHpp= 812) de la Figura 18 (punto de inicio de
precipitacioacuten del PrCl3XH2O)
4 5 6 7 8 9 10
025
030
035
040
045
050
055
060
pCH
Ab
so
rban
cia
-01
00
01
02
03
04
05
06
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
69
Figura 19 Curva de valoracioacuten potenciomeacutetrica directa de 25x10-4 M del praseodimio en presencia de la 2HPβCD con 25x10-3 de NaOH en 2 M de NaClO4 a 30 degC en atmosfera libre de CO2 y primera
derivada de la curva Detalle central (zona no saturada)
Con estos dos valores se determinoacute el intervalo de la zona no saturada que se
muestra en el detalle central de la Figura 19 empleado para el caacutelculo de la
primera constante de hidrolisis del praseodimio y del complejo del praseodimio en
presencia de la 2HPβCD
610 Refinamientos
A partir del detalle central de la Figura 19 (zona no saturada) los datos de
volumen pCH concentracioacuten del titulado y titulante y un modelo quiacutemico propuesto
con la estequiometria se alimentaron al programa de computo SUPERQUAD y
mediante refinamiento computacional se determinaron los valores de la constante
de hidrolisis de las especies quiacutemicas del praseodimio y del complejo de inclusioacuten
Pr-2HPβCD que se muestran en la Tabla 13
0 5 10 15 20
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
ml adicionados de NaOH
pC
H
0
2
4
6
8
10
00 01 02 03 04 05 06 07
64
66
68
70
72
74
76
78
80
82
pC
H
ml adicionados de NaOH
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
70
Tabla 13 Constantes de hidroacutelisis del Pr y el pCH de precipitacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 M de NaClO4 obtenidos mediante meacutetodo potenciomeacutetrico y el programa SUPERQUAD a
30 degC
Equilibrio Quiacutemico
logβ1
POTENCIOMETRICO
(SUPERQUAD)
Intervalo
(pCH)
No
puntos
ESPECTROFOTOMETRICO
pCH de pp
Meacutetodo GRAFICO
Pr3++ H2O Pr(OH)2++ H+ -862plusmn0007 656-812 33 812
Pr(OH)2++H2O Pr(OH)2++H+ -1710plusmn003
Pr(OH)2++H2O Pr(OH)3+H+ -2586plusmn001
Pr3++2HPβCD+H2O Pr-
2HPβCD-(OH)2++H+
-509plusmn007
En la Tabla 13 anterior se muestra el valor de pCH de precipitacioacuten obtenido por el
meacutetodo espectrofotomeacutetrico (meacutetodo graacutefico) que fue de 812 Los valores de las
constantes de hidrolisis de las especies quiacutemicas del praseodimio fueron-
logβ1OH=-862plusmn0007-logβ22OH=-1710plusmn003-logβ33OH=-2586plusmn001 y del complejo
de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-509plusmn007 obtenidos por el meacutetodo
potenciomeacutetrico empleando el programa de computo SUPERQUAD
71
______________________________
CONCLUSIONES
______________________________
CONCLUSIONES
72
CONCLUSIONES
bull Se observaron 3 zonas de absorcioacuten caracteriacutesticas del praseodimio
situadas a una longitud de onda de 215 nm 3 bandas de absorcioacuten en 444
nm 469 nm y 482 nm y en 5885 nm se determinaron para cada banda las
rectas de calibracioacuten
bull Se demostroacute la inclusioacuten del praseodimio en la 2HPβCD y el efecto de la
radiacioacuten gamma en los reactivos (PrCl3XH2O 2HPβCD) y el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD satisfactoriamente mediante las diferentes teacutecnicas de
caracterizacioacuten y anaacutelisis empleadas (MEB UV-Vis DRX Espectroscopia
Infrarrojo y Espectroscopia Raman)
bull El efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-β-ciclodextrina (Pr-2HP-β-CD) mostroacute que en el intervalo de
dosis de 1-500 Gy no sufren cambios Sin embargo cuando es irradiado a
5000 y 10 000 Gy se observaron ligeros cambios Esto se puede deber a
que probablemente el complejo empieza a descomponerse
bull La solubilidad de complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta en funcioacuten del
aumento de la temperatura
bull Conforme el tiempo va aumentando la solubilidad de complejo de inclusioacuten
Pr-2HPβCD aumenta
bull El valor de la primera constante de hidrolisis del praseodimio obtenido fue-
logβ1OH=-862plusmn0007 y del complejo de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-
509plusmn007
73
______________________________
RECOMENDACIONES
______________________________
RECOMENDACIONES
74
bull El complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se debe preparar con diferentes
meacutetodos para elegir el maacutes adecuado de acuerdo a su rendimiento
quiacutemico y asegurar su formacioacuten
bull Comparar la zona no saturada de complejo de Inclusioacuten del Pr-2HPβCD
Pr-2βCD y la del praseodimio sin complejo para observar el efecto de la
solubilidad y estabilidad
bull Determinar las constantes de hidrolisis del praseodimio y del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD irradiado con radiacioacuten gamma de Co60 y comparar
con la de complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD no irradiado
75
______________________________
GLOSARIO
______________________________
GLOSARIO
76
GLOSARIO
1 Absorbancia
Se define como la relacioacuten (logariacutetmica) entre la intensidad de la luz que incide
sobre una muestra y la intensidad de esa misma luz que es transmitida a traveacutes de
esa muestra Cuando una luz de una longitud de onda determinada seleccionada
por un filtro incide sobre una muestra parte de esa luz es absorbida La luz no
absorbida pasa a traveacutes de la muestra y es recogida por un detector colocado en
el otro lado del pocillo de la micro placa frente a la fuente de luz
2 Algoritmo de Marquadt
Es un proceso iterativo de convergencia que a traveacutes de la teacutecnica de los miacutenimos
cuadrados ponderados permite encontrar los paraacutemetros de las ecuaciones de
funciones no lineales
3 Complejo de inclusioacuten
Mezcla cristalina en la que las moleacuteculas de un componente estaacuten contenidas
dentro de la red cristalina del otro
4 Confinamiento de residuos
Lugar totalmente seguro controlado y construido con el propoacutesito de disponer
residuos peligrosos instalados en un lugar retirado de la poblacioacuten con el objetivo
de disminuir riesgos de caraacutecter natural y humano
5 Curva de calibracioacuten
Representacioacuten graacutefica de una sentildeal que se mide en funcioacuten de la concentracioacuten
de un analito La calibracioacuten incluye la seleccioacuten de un modelo para estimar los
paraacutemetros que permitan determinar la linealidad de esa curva Y en
consecuencia la capacidad de un meacutetodo analiacutetico para obtener resultados que
sean directamente proporcionales a la concentracioacuten de un compuesto en una
muestra dentro de un determinado intervalo de trabajo
GLOSARIO
77
6 Desechos radiactivos
Residuo o subproductos que contiene varios elementos quiacutemicos radiactivos que
no tiene un fin praacutectico
7 Especies quiacutemicas
En quiacutemica el teacutermino especie quiacutemica se usa comuacutenmente para referirse de
forma geneacuterica a aacutetomos moleacuteculas iones radicales etc que sean el objeto de
consideracioacuten o estudio
8 Estabilidad
Una sustancia es estable si no es particularmente reactivo en el ambiente o
durante uso normal y mantiene sus propiedades uacutetiles en la escala de tiempo de
su durabilidad esperada y por lo que se dice que el material es inestable si se
corroe descompone polimeriza quema o explota bajo las condiciones anticipadas
de uso o condiciones ambientales normales
9 Fisioacuten nuclear
Reaccioacuten en la cual un nuacutecleo se bombardea con neutrones se convierte en
inestable y se descompone en dos nuacutecleos y tamantildeos son del mismo orden de
magnitud con gran desprendimiento de energiacutea y la emisioacuten de dos o tres
neutrones los cuales a su vez ocasionar maacutes fisiones al interaccionar con nuevos
nuacutecleos fisionables que emitiraacuten nuevos neutrones y asiacute sucesivamente
10 Fuerza ioacutenica
Propiedad de una solucioacuten que depende de la concentracioacuten total de iones en la
solucioacuten asiacute como de la carga de dichos iones
11 Isoacutetopo
Nucleiacutedos pertenecientes a un mismo elemento quiacutemico pero que se diferencian
entre el nuacutemero de neutrones de cada uno
GLOSARIO
78
12 Lenguaje fortran
Es un lenguaje de programacioacuten de alto nivel de propoacutesito general procedimental
e imperativo que estaacute especialmente adaptado al caacutelculo numeacuterico y a la
computacioacuten cientiacutefica
13 Lgi-01 TRANSELEKTRO (LGI-01)
Equipo de irradiacioacuten integrado por un cuerpo ciliacutendrico de plomo que sirve de
blindaje una jaula ciliacutendrica que contiene los laacutepices de Co60 un eacutembolo moacutevil con
una cavidad (caacutemara de exposicioacuten) una consola de mando y un cronoacutemetro para
establecer el tiempo de irradiacioacuten La caacutemara de exposicioacuten alberga a las
muestras para la irradiacioacuten un sistema electromecaacutenico baja el depoacutesito de las
muestras hasta la fuente de radiacioacuten que consta de 48 laacutepices de los cuales 12
contiene Co60 y el resto estaacuten vaciacuteos
14 Longitud de onda
Es la distancia real que recorre una perturbacioacuten (onda) en un determinado
intervalo de tiempo Ese intervalo de tiempo es el transcurrido entre dos maacuteximos
consecutivos de alguna propiedad fiacutesica de la onda
15 Medio acuoso
Medio o disolucioacuten acuosa se refiere a que una mezcla de disolventes el
disolvente mayoritario es agua Las disoluciones acuosas tienen una gran
importancia en la biologiacutea desde los laboratorios de ciencia baacutesica hasta la
quiacutemica de la vida pasando por la quiacutemica industrial Por la vasta cantidad y
variedad de sustancias que son solubles en agua esta se denomina a veces
disolvente universal
16 pCH
Es el logaritmo inverso de la concentracioacuten de los iones hidroacutegeno
17 pH
Es una medida del pH experimental de este trabajo
GLOSARIO
79
18 Precursores
Sustancia indispensable o necesaria para producir otra mediante los compuestos
quiacutemicos que constituyen una primera etapa en un proceso quiacutemico y actuacutean
como sustrato en las etapas posteriores
19 Radiacioacuten gamma
Es un tipo de radiacioacuten electromagneacutetica constituida por fotones se produce por
elementos radiactivos o procesos subatoacutemicos como la aniquilacioacuten de un par
positroacuten-electroacuten Los rayos gamma constituyen un tipo de radiacioacuten ionizante
capaz de penetrar en la materia maacutes profundamente que la radiacioacuten α y la β
pueden causar graves dantildeos a las ceacutelulas se usan para esterilizar equipos
meacutedicos y alimentos
20 Reacciones de hidroacutelisis
Reacciones quiacutemicas entre una moleacutecula de agua y cualquier otra especie
quiacutemica en la cual la moleacutecula de agua se divide y sus aacutetomos forman parte de
otra especie quiacutemica
21 Relacioacuten molar
Factor de conversioacuten cuyo fin es convertir en una reaccioacuten quiacutemica la cantidad de
moles de una sustancia a la cantidad correspondiente de moles de otra sustancia
La sustancia de partida se expresa en gramos y la sustancia deseada en moles
22 Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Se denomina valoracioacuten espectrofotomeacutetrica al procedimiento por el cual se
determina el punto final de una titulacioacuten utilizando las medidas de absorbancia a
una longitud de onda fija Para simplificar la teacutecnica se selecciona una longitud de
onda donde solamente uno de los componentes de la muestra absorba
80
______________________________
REFERENCIAS CITADAS
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producto de solubilidad de ln (OH)3 y el efecto de los iones cloruro sobre la
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ioacutenica 2 molar pp 21
RESUMEN
X
mediante valoraciones espectrofotomeacutetricas y titulaciones potenciomeacutetricas
directas se obtuvo la zona no saturada que contempla las especies solubles
Mediante refinamiento computacional con el programa de coacutemputo SUPERQUAD
se trataron los datos de la zona no saturada
Los valores de las constantes de hidroacutelisis de las especies quiacutemicas del
praseodimio fueron-logβ1OH=-862plusmn0007-logβ22OH=-1710plusmn003-logβ33OH=-
2586plusmn001 y del complejo de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-509plusmn007 obtenidos por
partes mediante el programa de coacutemputo SUPERQUAD
ABSTRACT
XI
ABSTRACT
The nuclear fission for the production of electricity produces certain fission
products considered as radioactive waste among which are lanthanides The
confinement of these radioactive wastes in media such as salt mines usually
present brine balloons consequently produce corrosion in the containers and can
come into contact with the waste which is why it is important to know the
hydrolysis reactions that could be formed in the presence of some aqueous
medium In view of this scenario the inclusion of praseodymium in 2-
hydroxypropyl-beta-cyclodextrin (2HPβCD) was carried out in order to observe
increased solubility and stability of praseodymium
The formation of the praseodymium inclusion complex in the presence of 2-
hydroxypropyl-beta-cyclodextrin (Pr-2HPβCD) was performed in a 1 1 molar ratio
at 0005 M The effect of Co60 gamma radiation on the inclusion complex Pr-
2HPβCD and its precursors PrCl3 middot XH2O and 2HPβCD Several fractions of the
inclusion complex sample and irradiated samples of Pr-2HPβCD PrCl3 middot XH2O
and 2HPβCD were used for their characterization by different techniques (UV-Vis
Scanning Electron Microscopy X-ray Diffraction Infrared Spectroscopy Raman
Spectroscopy) The non-irradiated samples showed the interaction of
praseodymium and 2HPβCD confirming the formation of the inclusion complex
while the irradiated samples presented slight changes at doses of 5000 Gy and
10000 Gy attributed to the decomposition of the samples by the effect of gamma
radiation
In addition the effect of the concentration of 2HPβCD in the presence of
praseodymium by UV-Vis was studied where increased solubility of praseodymium
was observed The study of the effect of temperature of the complex Pr-2HPβCD
allowed to observe the increase of solubility of the complex as a function of the
temperature also for the effect of time Finally the chemical behavior of the
inclusion complex Pr-2HPβCD in aqueous solutions in 2 M medium of NaClO4 at
30 deg C under inert atmosphere was evaluated by means of spectrophotometric and
direct potentiometric titrations the non-saturated zone was obtained that
ABSTRACT
XII
contemplates the soluble species The data of the unsaturated zone were
processed by computational refinement with the SUPERQUAD computer program
The values of the hydrolysis constants of the praseodymium species were -logβ1OH
= -862 plusmn 0007 -logβ2 2OH = -1710 plusmn 003 -logβ3 3OH = -2586 plusmn 001 and the
inclusion complex was -logβPr2HPBCD = -509 plusmn 007 obtained by parts using the
computer program SUPERQUAD
IacuteNDICE
XIII
IacuteNDICE
DEDICATORIA VII
AGRADECIMIENTOS VIII
RESUMEN IX
ABSTRACT XI
IacuteNDICE XIII
IacuteNDICE DE FIGURAS XVII
IacuteNDICE DE TABLAS XIX
ABREVIATURAS XX
CAPIacuteTULO I INTRODUCCIOacuteN 21
1 Introduccioacuten 22
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO 23
2 Fundamento 24
21 Los lantanidos 24
22 Praseodimio 25
23 Ciclodextrinas (CDs) 25
24 β-ciclodextrina 27
25 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina 28
26 Hidroacutelisis 29
27 Fuerza ioacutenica 30
28 Teacutecnicas de caracterizacioacuten 32
281 Microscopiacutea electroacutenica de barrido (MEB) 32
282 Espectroscopia de absorcion ultravioleta-visible (UV-VIS) 33
283 Difraccioacuten de rayos X (DRX) 34
284 Espectroscopia de infrarrojo (IR) 34
IacuteNDICE
XIV
285 Espectroscopia Raman 35
29 Titulacioacuten espectrofotomeacutetrica 35
210 Meacutetodo potenciomeacutetrico 36
211 programa de coacutemputo SUPERQUAD 37
CAPIacuteTULO III HIPOacuteTESIS 39
3 Hipoacutetesis 40
CAPIacuteTULO IV OBJETIVOS 41
4 Objetivos 42
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA 43
5 Metodologiacutea 44
51 Preparacioacuten de la solucioacuten de la 2-hidroxipropyl- βeta-ciclodextrina 45
52 Preparacioacuten de solucioacuten de praseodimio 45
53 Preparacioacuten del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina 45
54 Determinacioacuten de las curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por UV-Vis 46
55 Estudio de la influencia de las relaciones molares de las soluciones del
complejo de inclusioacuten 47
56 Efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 47
57 Caracterizacioacuten del compuesto de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-βeta-
ciclodextrina 49
571 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB) 49
572 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX) 49
573 Anaacutelisis por espectroscopia de infrarrojo (IR) 49
574 Anaacutelisis por espectroscopia Raman 50
IacuteNDICE
XV
58 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina 50
581 Efecto de temperatura 50
582 Efecto del tiempo 51
59 Determinacioacuten de la curva de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4 52
510 Valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina 52
511 Valoraciones potenciomeacutetricas directas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina 53
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS 54
6 Resultados 55
61 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea ultravioleta-visible (UV-Vis) 55
62 Efecto de la concentracioacuten de la 2HPβCD en el praseodimio por
espectrofotometriacutea ultravioleta-visible (UV-Vis) 57
63 Efecto de la radiacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD por
espectrofotometriacutea ultravioleta-visible (UV-Vis) 58
62 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB) 59
63 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX) 60
64 Espectroscopia de infrarrojo (IR) 61
65 Espectroscopia Raman 63
66 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina 64
661 Efecto de temperatura 64
662 Efecto de tiempo 65
67 Recta de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4 66
68 Valoraciones espectrofotomeacutetricas 67
IacuteNDICE
XVI
69 Titulaciones potenciomeacutetricas 68
610 Refinamientos 69
CONCLUSIONES 71
RECOMENDACIONES 73
GLOSARIO 75
REFERENCIAS CITADAS 80
IacuteNDICE
XVII
IacuteNDICE DE FIGURAS
Figura 1 Estructura de α β y γ ciclodextrinas 25
Figura 2 2HPβCD 28
Figura 3 Ilustracioacuten de un diagrama general de pLn(c)-pCH 36
Figura 4 Ilustracioacuten de una valoracioacuten potenciomeacutetricas directa con su primera
derivada (∆pCH∆V) 37
Figura 5 Diagrama de flujo 44
Figura 6 Espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes concentraciones en
presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina 55
Figura 7 Rectas de calibracioacuten de las bandas de absorcioacuten del praseodimio en
presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina 56
Figura 8 Espectro de absorcioacuten UV-Vis del praseodimio a concentracioacuten
constante en presencia de la 2HPβCD a diferentes concentraciones 57
Figura 9 Espectro UV-Vis de las muestras irradiadas en solucioacuten del complejo Pr-
2HPβCD PrCl3 y 2HPβCD 58
Figura 10 Imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las muestras a)
2HPβCD b) 2HPβCD irradiada c) PrCl3XH2O d) PrCl3XH2O irradiada e) Pr-
2HPβCD y f) Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy 59
Figura 11 Difraccioacuten de rayos X de PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD 61
Figura 12 Espectros de infrarrojo de las muestra 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD 62
Figura 13 Espectros Raman de la muestra PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD 63
Figura 14 Efecto de temperatura en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD 64
Figura 15 Efecto de tiempo en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD 65
Figura 16 Recta de calibracioacuten del pCH como una funcioacuten del pH en el medio 2 M
de NaClO4 66
Figura 17 Espectros de absorcioacuten UV-Vis de la valoracioacuten espectrofotomeacutetrica del
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con NaOH 00025 M en el medio 2M de
NaClO4 67
IacuteNDICE
XVIII
Figura 18 Curva de valoracioacuten espectrofotomeacutetrica (absorbancia en funcioacuten del
pCH) y la primera derivada del praseodimio en presencia de la 2HPβCD a longitud
de onda de 210 nm 68
Figura 19 Curva de valoracioacuten potenciomeacutetrica directa de 25x10-4 M del
praseodimio en presencia de la 2HPβCD con 25x10-3 de NaOH en 2 M de NaClO4
a 30 degC en atmosfera libre de CO2 y primera derivada de la curva 69
IacuteNDICE
XIX
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Propiedades fisicoquiacutemicas de los diferentes tipos de ciclodextrinas
naturales 26
Tabla 2 Reacciones de hidroacutelisis del praseodimio y constantes de equilibrio 29
Tabla 3 Datos de la literatura sobre la primera constante de hidroacutelisis (log β1) del
praseodimio 31
Tabla 4 Diferentes concentraciones de praseodimio con 2HPβCD constante para
determinar las curvas de calibracioacuten 46
Tabla 5 Relaciones molares 2HPβCD Pr 47
Tabla 6 Dosis de irradiacioacuten de Co60 aplicadas a las muestras en solucioacuten y
soacutelidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 2HPβCD y PrCl3 XH2O en la
instalacioacuten VICKRAD y GAMMACELL del irradiador LGI-01 TRANSELEKTRO del
ININ 48
Tabla 7 Cantidad de complejo solubilizado a diferentes temperaturas en 2 ml de
agua destilada 51
Tabla 8 Cantidades de complejo Pr-2HPβCD y agua destilada en cada tubo de
ensaye 51
Tabla 9 Ecuaciones de calibracioacuten del praseodimio en presencia de la 2-
hidroxipropil-β-ciclodextrina obtenidos por UV-Vis 56
Tabla 10 Anaacutelisis EDS de las muestras de PrCl3 2-HPβCD y Pr-2HPβCD 60
Tabla 11 Grupos funcionales del PrCl3XH2O 2HPβCD y del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD 62
Tabla 12 Mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de 2 M de
NaClO4 66
Tabla 13 Constantes de hidroacutelisis del Pr y el pCH de precipitacioacuten en el complejo
de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 M de NaClO4 obtenidos mediante meacutetodo
potenciomeacutetrico y el programa SUPERQUAD a 30 degC 70
ABREVIATURAS
XX
ABREVIATURAS
Pr praseodimio
2HPβCD 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
CDs Ciclodextrinas
CD Ciclodextrina
Ln Lantaacutenidos
Pr-2HPβCD praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Pr-2βCD praseodimio-2-βeta-ciclodextrina
CGT ciclomaltodextrin-glucano-transferasa
TP Titulacioacuten potenciomeacutetrica
ES Titulacioacuten espectrofotomeacutetrica
RE Relacioacuten empiacuterica
ED Extraccioacuten con disolvente
MEB Microscopiacutea electroacutenica de barrido
EDS Espectroacutemetro de dispersioacuten de energiacutea de rayos X
UV-VIS Ultravioleta-Visible
DRX Difraccioacuten de rayos X
IR Infrarrojo
EDTA Acido tetracetico etilen diamina
Co60 Cobalto-60
JCPDS Joint Committee On Powder Diffraction Standards
M Molaridad
21
______________________________
CAPIacuteTULO I
INTRODUCCIOacuteN
______________________________
CAPIacuteTULO I INTRODUCCIOacuteN
22
1 INTRODUCCIOacuteN
El praseodimio pertenece al grupo de los lantaacutenidos que muestran propiedades
quiacutemicas muy similares entre ellos derivadas de su configuracioacuten electroacutenica
caracterizados por la presencia de orbitales 4f parcialmente llenos Incluso se
consideran parecidos al grupo de los elementos actiacutenidos El praseodimio es un
elemento metaacutelico con siacutembolo Pr nuacutemero atoacutemico 59 y peso atoacutemico 140907
gmol El isoacutetopo estable 141Pr constituye el 100 del elemento en la naturaleza
Este lemento puede ser encontrado en ceramicos para dar el color amarillo En
mezcla con otros lantanidos se usan como proyectores de luz Su uso sigue
aumentando debido al hecho de que es uacutetil para producir magnetos de alto poder
entre otros Sobre todo se esta empleando en la mitigacioacuten de cancer Es
peligroso en el ambiente cuando se tiran estos dispositivos despues de cumplir su
funcioacuten por lo que se acumularaacute gradualmente en los suelos y en el agua De ahiacute
la importancia de estudiar las reacciones de hidrolisis
La utilizacioacuten de la 2 hidroxipropil-β-ciclodextrina (2HPβCD) en este trabajo de
investigacioacuten es fundamental debido a que es un agente de formacioacuten de
complejos de inclusioacuten para aumentar la solubilidad acuosa debido a que las
ciclodextrinas (CDs) se comportan como nano contenedores capaces de
encapsular moleacuteculas hidroacutefobas de tamantildeo apropiado y solubilizarlas en agua
propiedad que se aprovecha para determinar las constantes de hidroacutelisis del
praseodimio
Por lo cual el objetivo principal de este trabajo de investigacioacuten y en ausencia de
datos fundamentales de la interaccioacuten Ln3+-CDs sustituidas fue preparar el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Ademaacutes determinar el pCH de precipitacioacuten la
zona no saturada y saturada del Pr-2HPβCD que permiten determinar la constante
de hidroacutelisis del complejo de inclusioacuten praseodimio-2hidroxipropil-β-ciclodextrina
(Pr-2HPβCD) en medio 2 M de NaClO4 a 303 K por titulacioacuten espectrofotomeacutetrica
y potenciomeacutetrica
23
______________________________
CAPIacuteTULO II
FUNDAMENTO
______________________________
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
24
2 FUNDAMENTO
21 LOS LANTANIDOS
Los lantaacutenidos (tierras raras) forman un grupo de 17 elementos quiacutemicos que
muestran propiedades singulares derivadas de su configuracioacuten electroacutenica Estaacuten
caracterizados por la presencia de orbitales 4f parcialmente llenos [1] Los
nuacutemeros atoacutemicos de estos elementos van de 41 hasta 71 (Ce-Lu)
La configuracioacuten electroacutenica de los iones Ln3+ es 4fn5s25p6 (n= 0-14) Los orbitales
4f son orbitales internos con respecto a los 5s y 5p por lo cual estaacuten maacutes
cercanos al nuacutecleo Los orbitales 5s y 5p protegen a los electrones 4f de
interacciones externas determinando las propiedades de los iones Ln3+ [1] o
conducta quiacutemica debido a la pequentildea diferencia de energiacutea que distingue a los
electrones 4f de los electrones 5d [23]
Las tierras raras como grupo constituyen el 0008 en peso de la corteza
terrestre Los minerales que contienen lantaacutenidos son la monacita la bastnasita
la xenotima la gadolinita la alanita y la euxenita los cuales ocurren en las
regiones de rocas iacutegneas [4]
Los elementos de las tierras raras en soluciones acuosas son acuocationes que
tienen asociado un cierto nuacutemero de moleacuteculas de agua en la esfera de
coordinacioacuten primaria [1] Las aplicaciones de los lantaacutenidos se iniciaron
praacutecticamente a mediados del siglo XIX por ejemplo en los encendedores
despueacutes empezaron a utilizarse en los vidrios oacutepticos como reactivos de
desplazamiento en resonancia magneacutetica nuclear en quiacutemica orgaacutenica en
bioquiacutemica en cataacutelisis en componentes oacutepticos y electroacutenicos en los
superconductores de alta temperatura y en medicina como materiales
intensificadores de rayos X como agentes de relajamiento para teacutecnicas de
imagen en resonancia magneacutetica nuclear y desde luego como radioisoacutetopos para
aplicaciones farmaceacuteuticas Su utilidad en medicina y en la industria aumentoacute al
aplicarse las propiedades luminiscentes de sus complejos en el
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
25
fluoroinmunoensayo la fluorescencia retardada los electrodos sensoriales
luminiscentes etc [5]
22 PRASEODIMIO
El praseodimio metaacutelico (siacutembolo Pr No Atoacutemico 59) es amarillento y forma una
capa de oacutexido cuando se expone al aire huacutemedo Es un isotopo estable con masa
de 140907 y abunda en la naturaleza en un 100 [6] fue descubierto por el
austriaco Auer Von Welsbach en 1885 [7] Este elemento tiene dos estados de
oxidacioacuten +3 y +4 El Pr3+ con configuracioacuten electroacutenica [54Xe]4f2 Presenta
propiedades fisicoquiacutemicas que pueden magnificarse al formar complejos con
ligantes orgaacutenicos El ion metaacutelico luminece en el visible y en el infrarrojo cercano
[68 y 9]
23 CICLODEXTRINAS (CDs)
La celulosa y el almidoacuten son dos poliacutemeros de glucosa principales que se
producen a partir de la fotosiacutentesis considerados como importantes fuentes de
energiacutea renovables de la tierra al hidrolizarse el almidoacuten por efecto de la enzima
ciclomaltodextrin-glucano-transferasa (CGT) da origen a las dextrinas ciacuteclicas Por
lo tanto las ciclodextrinas son oligoacutemeros ciacuteclicos [1011] se obtienen durante la
degradacioacuten enzimaacutetica del almidoacuten y consisten en una serie de oligosacaacuteridos
ciacuteclicos formados por 6 (α) 7 (β) y 8 (γ) unidades de α-D-glucosa (Figura 1)
[1213] poseen estructura semejante entre ellas pero sus propiedades son
diferentes (Tabla 1)
Figura 1 Estructura de α β y γ ciclodextrinas
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
26
Tabla 1 Propiedades fisicoquiacutemicas de los diferentes tipos de ciclodextrinas naturales [11]
α-CD β-CD γ-CD
Uniones de glucosa 6 7 8 Diaacutemetro interno (nm) 047-053 060-065 075-083 Profundidad de la cavidad (nm)
079 079 079
pK valor 123 122 121 Solubilidad en agua 125 185 232 PM (DA) 972 1135 1297 Volumen de cavidad (aprox)
174 262 427
Agua cristalina ( ww) 102 133-45 813-177 Interaccioacuten hidrofoacutebica CD-cavidad CD-cavidad CD-cavidad Puente de hidrogeno Glucosa-OH Glucosa-OH Glucosa-OH ∆Hdeg (solucioacuten) kcalmol 767 831 773 ∆Sdeg (solucioacuten) cal(mol K) 138 117 147
(mg mml-1 25deg C) (106 pm3)
Las ciclodextrinas como materiales polihidroxilados han sido objeto de una amplia
variedad de reacciones La reaccioacuten maacutes estudiada es el ataque electrofiacutelico al
grupo OH de su estructura [14] La cavidad interior de las ciclodextrinas es
hidrofobica por lo que estos compuestos son capaces de albergar moleacuteculas
hidroacutefobas maacutes pequentildeas para formar complejos ldquoanfitrioacuten-hueacutespedldquo en los que la
moleacutecula hueacutesped queda encapsulada por la ciclodextrina [1315] De acuerdo a
estas caracteriacutesticas son capaces de formar complejos de inclusioacuten por medio de
enlaces no covalentes los cuales estabilizan a una gran variedad de moleacuteculas
[16] Las ciclodextrinas pueden formar compuestos cristalinos a partir de
moleacuteculas orgaacutenicas hueacutesped en estado soacutelido liacutequido e incluso gaseoso En
consecuencia las moleacuteculas insolubles en agua pueden llegar a ser
completamente solubles mediante un tratamiento con disoluciones acuosas de
ciclodextrina sin que se produzca modificacioacuten quiacutemica alguna en la moleacutecula
hueacutesped ya que no se origina ninguacuten enlace covalente durante la interaccioacuten
entre la ciclodextrina y la moleacutecula insoluble en agua [1315]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
27
La importancia que las ciclodextrinas estaacuten cobrando en la actualidad se observa
en el raacutepido desarrollo de su mercado sobre todo en el constante nuacutemero de
trabajos de investigacioacuten patentes y conferencias que estaacuten teniendo lugar en
estos uacuteltimos antildeos [17] el mayor porcentaje de ciclodextrinas usadas
comercialmente corresponde a la alimentacioacuten [18] y a la cosmeacutetica y aseo
personal [19] Las ciclodextrinas se utilizan para enmascarar olores y sabores
desagradables disminuyen la incompatibilidad faacutermaco-excipiente mejoran la
estabilidad fiacutesica y quiacutemica de compuestos volaacutetiles y de principios activos que
sean hidrolizables oxidables o fotosensibles para convertir faacutermacos liacutequidos en
soacutelidos para su formulacioacuten en tabletas y una muy importante para incrementar la
solubilidad en agua y la velocidad de disolucioacuten de faacutermacos poco solubles
Factores que aumentaraacuten la biodisponibilidad existiendo la posibilidad de reducir
la dosis asiacute como mejorar la absorcioacuten percutaacutenea y rectal al reducirse el caraacutecter
hidrofoacutebico del faacutermaco [20]
Se puede mejorar la solubilidad de determinados compuestos como el retinol
empleado en formulaciones anti-envejecimiento al tiempo que los complejos con
ciclodextrina son maacutes estables a la reaccioacuten de oxidacioacuten y a la accioacuten de la
radiacioacuten ultravioleta Sin embargo es indudable que el mayor esfuerzo en
investigacioacuten estaacute relacionado con su potencial aplicacioacuten farmaceacuteutica [2122]
24 β-CICLODEXTRINA
La beta ciclodextrina es la maacutes empleada por sus caracteriacutesticas y propiedades de
estructura que presenta Las ciclodextrinas se forman mediante unidades de
glucopiranosa las cuales contienen 3 grupos de hidroxilos libres cada una la β-
ciclodextrina (Figura 1) posee 21 hidroxilos los cuales pueden ser modificados por
sustitucioacuten de los aacutetomos H u OH por diferentes grupos tales como hidroxialkil
amino alquil etc A partir de las CDs naturales se han sintetizado otros tipos de
CDs llamadas derivadas o modificadas El objetivo de obtener los derivados de las
CDs puede ser el aumento de solubilidad y estabilidad en el agua o mejorar la
encapsulacioacuten de la moleacutecula hueacutesped en su cavidad hidrofobica de la CD
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
28
25 2-HIDROXIPROPIL-β-CICLODEXTRINA
Entre los derivados de la β-ciclodextrina se encuentran las heterogeacuteneas amorfas
y altamente solubles como son la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Figura 2) y la
metil- β-ciclodextrina
La hidroxilpropil beta ciclodextrina (2HPβCD) que es una ciclodextrina sustituida
se obtiene de una solucioacuten base de la beta ciclo dextrina solubilizada con oacutexido de
propileno resultando un sistema isomerico cuya sustitucioacuten puede darse en las
posiciones 1 2 o 3 con solubilidad mayor a 500 mgmL en agua y a temperatura
ambiente La alquilacioacuten o hidroxialquilacioacuten de las ciclodextrinas afectan las
propiedades fisicoquiacutemicas de los derivados incluyendo la habilidad para formar
complejos farmaceacuteuticos y no es toacutexica despueacutes de una administracioacuten oral en
dosis menores a 500 mgkg por viacutea intravenosa [24 25]
Figura 2 2HPβCD
La complejacioacuten del praseodimio con la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina se obtiene el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con el fin de observar la influencia de la
solubilidad y estabilidad del praseodimio
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
29
26 HIDROacuteLISIS
La hidroacutelisis es decir la reaccioacuten de una especie tal como un ion metaacutelico con
los iones del agua asiacute como las reacciones redox y la formacioacuten de complejos con
los iones carbonato son algunas de las reacciones criacuteticas que controlan el
comportamiento de los lantaacutenidos en soluciones acuosas [12] en donde las
moleacuteculas de la sustancia son divididas en el agua
Las reacciones de hidroacutelisis dependen fuertemente del medio en que se efectuacutean
como son la fuerza ioacutenica el pH del medio la concentracioacuten del elemento y la
temperatura son paraacutemetros que rigen esas reacciones
Las reacciones de hidroacutelisis del praseodimio se muestran a continuacioacuten asiacute como
su constante de equilibrio de acuerdo a la ley de accioacuten de masas (Tabla 2)
Tabla 2 Reacciones de hidroacutelisis del praseodimio y constantes de equilibrio
Equilibrio Quiacutemico Constante de equilibrio
1 1198751199033+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)2+ + 119867+ 1198701119867 =
[119875119903(119874119867)2+][119867+]
[1198751199033+]
2 119875119903 (119874119867)2+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)2+ + 119867+
11987012119867 =[119875119903(119874119867)2
+][119867+]
[119875119903 (119874119867)2+]
3 119875119903 (119874119867)2+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)3
0 + 119867+ 11987013119867 =
[119875119903(119874119867)3+][119867+]
[119875119903(119874119867)2+]
4 119875119903 (119874119867)119899minus1+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)119899
0 + 119867+ 1198701119899119867 =
[119875119903(119874119867)119899+][119867+]
[119875119903(119874119867)119899minus1+ ]
5 1198751199033+ + 2119867119875120573119862119863 + 1198672119874 1198751199032119867119875120573119862119863(119874119867)2+ + 119867+ 11987011199011199032119867119875119861119862119863 =[119875119903 minus 2119867119875120573119862119863]
[1198751199033+]
De acuerdo con la ley de accioacuten de masas se pueden definir las constantes de
equilibrio (K) como K1H K12H K13H K1nH y K1Pr2HBCD Y con base en ellas se
pueden definir las constantes globales o acumulativas de hidroacutelisis
β1OH = K1H β12OH = [K1H][K12H] β13OH = [K1H][K12H][K13H]helliphelliphellip
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
30
Se entiende como constantes de Broumlnsted a las ecuaciones de la ley de accioacuten de
masas en las cuales el teacutermino de H+ aparece como actividad y las demaacutes especies
aparecen en teacuterminos de concentracioacuten
Las reacciones de hidroacutelisis se afectan cuando cambian las condiciones en las que
se llevan a cabo Una de esas condiciones a la que se le ha puesto atencioacuten
aunque hasta ahora no la suficiente es la fuerza ioacutenica Por lo general los trabajos
dedicados a la determinacioacuten de las constantes de hidroacutelisis se han efectuado en
medios de fuerza ioacutenica baja consideradas como soluciones ideales
Sin embargo para los medios tales como el agua de mar y otros de fuerza ioacutenica
maacutes elevada por ejemplo las minas de sal para almacenamiento de desechos
radiactivos se encuentran pocos datos en la literatura [25]
27 FUERZA IOacuteNICA
El comportamiento de los iones en una disolucioacuten depende de la composicioacuten
ioacutenica total de la misma la cual se expresa por su fuerza ioacutenica [26]
119868 =1
2sum 119862119894119885119894
2 Ec 1)
Donde
I = fuerza ioacutenica Ci = concentracioacuten molar de los iones existentes y Z
i = carga
ioacutenica de los iones existentes
La caracteriacutestica fundamental de las sales que se adicionan a un medio para
imponer la fuerza ioacutenica es que sean inertes pues no deben tomar parte en el
equilibrio quiacutemico [27] El aacutecido percloacuterico es el aacutecido maacutes fuerte en solucioacuten
acuosa por lo tanto el ion perclorato es una base deacutebil maacutes que los iones cloruro
y muestra muy poca tendencia a unirse a iones hidroacutegeno Lo mismo puede
decirse acerca de su tendencia a reaccionar con iones metaacutelicos que pueden
considerarse como aacutecidos de Lewis En la mayoriacutea de los percloratos metaacutelicos en
solucioacuten el ion metaacutelico se encuentra en forma hidratada siempre y cuando la
solucioacuten sea suficientemente aacutecida para que no se produzca la formacioacuten de
hidroxo complejos [28]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
31
La fuerza ioacutenica juega un papel de gran importancia en el pH Feldman en 1956
observoacute que el pH de una solucioacuten buffer 005 M de ftalato aacutecido de potasio
cambioacute desde 400 en fuerza ioacutenica cero hasta 357 en fuerza ioacutenica 2 M de KCl
Feldman explicoacute que el pH disminuye debido a que el coeficiente de actividad
cambia y por lo tanto hay mayor disociacioacuten de ftalato aacutecido de potasio [29] En la
literatura se han reportado diversos estudios de las constantes de estabilidad del
praseodimio en fuerza ioacutenica 2M (Tabla 3) donde se han empleado diferentes
condiciones de temperatura fuerza ioacutenica y diferentes meacutetodos donde se han
obtenido valores diferentes de la constante de estabilidad del praseodimio
Tabla 3 Datos de la literatura sobre la primera constante de hidroacutelisis (log β1) del praseodimio
Medio Meacutetodo Molaridad Log +β1 T K Referencia
NaCl ESTP 2 -874plusmn006 303 De la Cruz et al 2013
NaCl ES 2 -894plusmn002 303 Loacutepez et al 2010 NaCl SQUAD 2 -894plusmn003 303 Gonzales et al
2009 NaCl SQUAD 2 -891plusmn019 303 Gonzales et al
2009 NaCl ES 2 -877plusmn003 303 Gonzales et al
2009 NaClO4 TP 2 -838plusmn002 303 Loacutepez et al2005
NaCl TP 2 -876plusmn002 303 Loacutepez et al2005 NaCl TP 1 -858plusmn002 303 Ramirez et al
2004 NaClO4HClO4 ESTP 07 -862plusmn006 298 Klungness y
byrne2002 LiClO4 TP 3 -874plusmn003 303 Ciavata et al
1989 NaClO4 TP 3 -956plusmn003 298 Burkov et al
1982 NR RE 0 -81 298 Baes y Mesmer
1976 LiClO4 ED 02 -71plusmn007 298 Guillaumont et
al 1971 NaClO4 Ba(OH)2
TP 03002 -945 298 Frlova et al 1966
NaClO4 LiClO4
TP 3 -85 298 Tobias y Garrett1956
TP Titulacioacuten potenciomeacutetrica ES Espectrofotomeacutetrica RE Relacioacuten empiacuterica ED Extraccioacuten con
disolvente T K Temperatura
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
32
Sin embargo solo se ha podido determinar el valor de la primera constante de
estabilidad en este estudio se pretende conocer el valor de varias especies
aprovechando el aumento de solubilidad que ofrecen las ciclodextrinas
28 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACIOacuteN
281 MICROSCOPIacuteA ELECTROacuteNICA DE BARRIDO (MEB)
La superficie de un soacutelido puesto en contacto con un liacutequido o con un gas difiere
sustancialmente en su interior tanto en su composicioacuten quiacutemica como en sus
propiedades fiacutesicas a la de la inicial La caracterizacioacuten de estas propiedades de
superficie es de vital importancia en numerosos campos que incluyen la cataacutelisis
heterogeacutenea la tecnologiacutea de partiacuteculas delgadas semiconductoras los
mecanismos de corrosioacuten y adhesioacuten la actividad de las superficies metaacutelicas las
caracteriacutesticas de la dureza y los estudios sobre el comportamiento y las funciones
de las membranas bioloacutegicas [30]
En muchos campos de la quiacutemica de las ciencias de los materiales de la geologiacutea
y de la biologiacutea es cada vez de maacutes importancia el conocimiento detallado de la
naturaleza fiacutesica de las superficies de los soacutelidos Normalmente la informacioacuten se
obtiene sobre las superficies con una resolucioacuten considerablemente elevada
mediante tres teacutecnicas la microscopia electroacutenica de barrido (MEB) microscopia
de barrido de efecto tuacutenel y microscopia de fuerzas atoacutemicas [31] El microscopio
electroacutenico de barrido (MEB) es un instrumento para obtener fotografiacuteas
tridimensionales debido a que tiene una alta resolucioacuten y una gran profundidad de
campo En las fotografiacuteas se puede apreciar la estructura de muestras
microscoacutepicas detallando de manera extraordinaria sus caracteriacutesticas
morfoloacutegicas y topograacuteficas [32] de distintos materiales
Un instrumento que se ha desarrollado para el anaacutelisis de muestras a traveacutes del
microscopio electroacutenico de barrido es el analizador EDS (espectroacutemetro de
dispersioacuten de energiacutea) de rayos X el cual identifica la distribucioacuten cuantitativa y
cualitativa de elementos quiacutemicos que se encuentran presentes en la muestra
mostrando graacuteficas e imaacutegenes relacionadas con esa distribucioacuten Es pertinente
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
33
sentildealar que el analizador EDS de rayos X identifica y evaluacutea el contenido de
elementos quiacutemicos desde el carbono al uranio en superficies planas o secciones
finas de las muestras en todo tipo de material (bioloacutegico e inerte) [33]
282 ESPECTROSCOPIA DE ABSORCION ULTRAVIOLETA-VISIBLE (UV-
VIS)
Una de las teacutecnicas instrumentales maacutes utilizadas en la deteccioacuten de complejos de
inclusioacuten con CDs es la espectroscopia de absorcioacuten UV-VIS Es una teacutecnica
versaacutetil de amplia aplicacioacuten de manejo sencillo y preciso Debido a que la
mayoriacutea de las moleacuteculas orgaacutenicas absorben en la regioacuten UV o visible del
espectro donde experimentan variaciones en las posiciones de los maacuteximos de
absorcioacuten (cualitativas) o en el valor del coeficiente de absorcioacuten molar
(cuantitativas) tras la formacioacuten del complejo con CDs Como existen numerosas
moleacuteculas orgaacutenicas deacutebilmente solubles en agua son difiacuteciles de analizar por
esta teacutecnica espectrofotomeacutetrica Sin embargo la inclusioacuten conlleva a la
solubilizacioacuten permitiendo obtener el espectro de absorcioacuten en solucioacuten acuosa
que podriacutea producir variaciones en su espectro en solventes de baja polaridad
comparables con respecto a otros solventes maacutes polares [34]
La espectroscopia UV-Vis (en el rango de longitudes de onda del ultravioleta y
visible) se basa en el anaacutelisis de la cantidad de radiacioacuten electromagneacutetica que
puede absorber o transmitir una muestra [35] Cuando la radiacioacuten
electromagneacutetica interacciona con la materia se produce absorcioacuten de radiacioacuten
Si la frecuencia de esta radiacioacuten corresponde a la energiacutea necesaria para elevar
el sistema a un nivel de energiacutea superior se produce el estado excitado [36] De
acuerdo con este fenoacutemeno cada sustancia poseeraacute una longitud de onda de
maacutexima absorcioacuten que la caracteriza cualitativamente [35] Esta
espectrofotometriacutea utiliza radiaciones del campo UV de 80 a 400 nm
principalmente de 200 a 400 nm (UV cercano) y de luz visible de 400 a 800 nm
por lo que es de gran utilidad para caracterizar las soluciones en la regioacuten
ultravioleta-visible del espectro [37]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
34
283 DIFRACCIOacuteN DE RAYOS X (DRX)
Es una de las teacutecnicas de caracterizacioacuten maacutes potentes y maacutes comuacutenmente
utilizadas para el anaacutelisis estructural de cristales Sus caracteriacutesticas principales
son consecuencia de ser una ldquosondardquo electromagneacutetica de la materia con una
longitud de onda de magnitud muy parecida al espaciado interplanar de los soacutelidos
[38] Constituye la metodologiacutea maacutes apropiada para realizar el anaacutelisis de la
estructura cristalina del complejo [39] No obstante los diagramas de difraccioacuten
son una prueba concluyente para demostrar la inclusioacuten ya que el difractograma
del complejo es diferente al que se obtiene tras superponer los difractogramas de
la moleacutecula encapsulada y el de las CDs aisladas [40]
La interaccioacuten entre el vector eleacutectrico de la radiacioacuten X y los electrones de la
materia que atraviesa da lugar a una dispersioacuten Cuando los rayos X son
dispersados por el entorno ordenado de un cristal tienen lugar interferencias
(constructivas y destructivas) entre los rayos dispersados ya que las distancias
entre los centros de dispersioacuten son del mismo orden de magnitud que la longitud
de onda de la radiacioacuten El resultado es la difraccioacuten [41] Cuando las CDs
naturales o el hueacutesped cristalino son sometidas a la difractometriacutea de rayos X
eacutestos presentan un patroacuten de difraccioacuten de alta intensidad debido a su
cristalinidad Por el contrario si el complejo de inclusioacuten se forma va a mostrar un
patroacuten de tipo halo [42] con picos difusos y anchos caracteriacutesticos de un
compuesto amorfo Esta teacutecnica es sumamente uacutetil para verificar la formacioacuten de
complejos de inclusioacuten en el caso de hueacutespedes liacutequidos En efecto ya que estos
no presentan ninguacuten patroacuten de difraccioacuten si son incluidos se va a obtener un
difractograma con un patroacuten bien definido [43]
284 ESPECTROSCOPIA DE INFRARROJO (IR)
La aplicacioacuten del meacutetodo de infrarrojo se limita a aquellos hueacutespedes que tienen
ciertas bandas de absorcioacuten caracteriacutesticas como los grupos carbonilo hidroxilo o
C-H u otros que permitan evaluar si existen diferencias entre los espectros del
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
35
hueacutesped libre y encapsulado [42] Cuando se produce la encapsulacioacuten del
compuesto hueacutesped se produce un corrimiento o disminucioacuten de la intensidad de
ciertas bandas caracteriacutesticas del espectro correspondiente al hueacutesped Sin
embargo dichos cambios son muy sutiles debido a que el hueacutesped representa un
5-10 del peso total del complejo por lo cual requiere una interpretacioacuten
cuidadosa del espectro [44]
285 ESPECTROSCOPIA RAMAN
La espectroscopia Raman mide la intensidad de la radiacioacuten como una funcioacuten de
la frecuencia (o del nuacutemero de onda) [45] Esta teacutecnica es complementaria del IR y
la informacioacuten que aporta es semejante Las bandas se desplazan y se modifican
como consecuencia del proceso de inclusioacuten [46] Los espectros Raman se
obtienen al irradiar una muestra con una potente fuente laser de radiacioacuten
monocromaacutetica visible o infrarroja Durante la radiacioacuten se registra el espectro de
la radiacioacuten dispersada en un cierto aacutengulo (por lo general 90 deg) con un
espectroacutemetro adecuado [47] Las bandas se desplazan y se modifican como
consecuencia del proceso de inclusioacuten Probablemente la espectroscopia Raman
resulta de mayor utilidad en el caso de complejos en medios liacutequidos donde la
presencia de soluciones acuosas no supone un obstaacuteculo como ocurre en el caso
de la espectroscopia IR [48]
29 TITULACIOacuteN ESPECTROFOTOMEacuteTRICA
El meacutetodo espectrofotomeacutetrico es un meacutetodo analiacutetico el cual por medio de un
espectrofotoacutemetro permite comparar la radiacioacuten electromagneacutetica de una
sustancia en funcioacuten de su concentracioacuten desconocida y una concentracioacuten
conocida de la misma sustancia y evaluar el momento de reaccioacuten de un aacutecido y
una base mediante la absorcioacuten de radiacioacuten electromagneacutetica de la sustancia a
cierta longitud de onda fija permite determinar el punto final de la titulacioacuten La
medicioacuten de absorbancia se realiza en cada adicioacuten del titulante asiacute se
construyen graficas de absorbancia en funcioacuten del pCH de cada aliacutecuota de adicioacuten
del titulante (Figura 3) donde se observara la zona saturada y no saturada Estas
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
36
dos zonas nos permitiraacuten determinar el punto de inicio de precipitacioacuten del
lantaacutenido
Figura 3 Ilustracioacuten de un diagrama general de pLn(c)-pCH
El punto de precipitacioacuten (pCH) se utiliza para delimitar el intervalo de la zona no
saturada Este intervalo se utiliza en un programa de coacutemputo como
SUPERQUAD que se emplea para determinar constantes de equilibrio
210 MEacuteTODO POTENCIOMEacuteTRICO
Es el meacutetodo maacutes estudiado para determinar constantes de hidroacutelisis por su
sencillez y exactitud el meacutetodo se basa en la titulacioacuten de una solucioacuten de
concentracioacuten conocida de base (o aacutecido) con un aacutecido fuerte (o base fuerte) la
reaccioacuten se puede seguir por ejemplo con electrodos de vidrio y calomel
conectados a un potencioacutemetro [49] de los datos obtenidos de la titulacioacuten se
construye una graacutefica de titulacioacuten de pH en funcioacuten del volumen adicionado del
titulante (Figura 4)
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
37
Figura 4 Ilustracioacuten de una valoracioacuten potenciomeacutetricas directa con su primera derivada (∆pCH∆V)
El teacutermino pH se aplica habitualmente al logaritmo inverso de la concentracioacuten del
ion hidronio sin embargo cuando la fuerza ioacutenica es alta y el electrodo del
indicador es sensible al pH es importante diferenciar entre el logaritmo inverso de
la concentracioacuten de los iones hidronio (pCH) y el valor del pH experimental La
concentracioacuten de los iones hidronio (o de OH-) en el equilibrio y la composicioacuten de
una solucioacuten dada permiten calcular la razoacuten molar de los iones OH- unidos al ion
metaacutelico en solucioacuten un grupo de valores de [H+] y la concentracioacuten inicial del
metal son los datos necesarios para determinar las constantes de hidroacutelisis [49]
Se alimentan los datos de la zona no saturada y volumen del titulante adicionado a
la valoracioacuten potenciomeacutetrica al programa de coacutemputo SUPERQUAD y asiacute poder
determinar las constantes de hidroacutelisis del Pr
211 PROGRAMA DE COacuteMPUTO SUPERQUAD
El programa de coacutemputo SUPERQUAD fue creado por Gans Sabatini y Vacca
escrito en lenguaje fortran calcula las constantes de equilibrio en sistemas
multicomponentes y multireaccionantes Esas constantes se calculan con la base
de un modelo quiacutemico el cual debe incluir la estequiometria y los valores
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
38
estimados de las constantes globales de formacioacuten de cada una de las especies
presentes durante la valoracioacuten Se aplica reiteradamente el meacutetodo de miacutenimos
cuadrados a las diferencias que se generan en los potenciales experimentales de
las celdas menos los calculados por el propio programa Para alcanzar el miacutenimo
de estas diferencias se aplica el algoritmo de Marquadt Por uacuteltimo en el archivo
de salida del programa SUPERQUAD se obtienen los valores calculados y un
anaacutelisis estadiacutestico de los datos [25]
39
______________________________
CAPIacuteTULO III
HIPOacuteTESIS
______________________________
CAPIacuteTULO III HIPOacuteTESIS
40
3 HIPOacuteTESIS
La 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina aumentaraacute la solubilidad del praseodimio de
esta manera permitiraacute determinar varias especies quiacutemicas de hidroacutelisis de este
elemento en medio 2 M de NaClO4 a 30 degC
41
______________________________
CAPIacuteTULO IV
OBJETIVOS
______________________________
CAPIacuteTULO IV OBJETIVOS
42
4 OBJETIVOS
Objetivo general
Estudiar el comportamiento quiacutemico en solucioacuten acuosa del compuesto de
inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por medio de la
determinacioacuten de las constantes de hidroacutelisis en 2 M de NaClO4 a 30 degC
Objetivos especiacuteficos
Obtener el compuesto de inclusioacuten del praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina
Determinar las constantes de la hidroacutelisis de las especies quiacutemicas de
praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en 2 M de
NaClO4 y a 30 degC por el meacutetodo espectrofotomeacutetrico y el meacutetodo
potenciomeacutetrico
Determinar la constante de hidroacutelisis del compuesto de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en 2 M de NaClO4 y a 30 degC
por el meacutetodo espectrofotomeacutetrico y el meacutetodo potenciomeacutetrico
43
______________________________
CAPIacuteTULO V
METODOLOGIacuteA
______________________________
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
44
5 METODOLOGIacuteA
El diagrama de flujo (Figura 5) muestra el resumen de las actividades del
desarrollo experimental que se siguioacute en el estudio del praseodimio en presencia
de la 2HPβCD
Figura 5 Diagrama de flujo
INICIO
Preparacioacuten de las soluciones de 2M de NaClO4 PrCl3xH2O 2HPβCD y
Pr-2HPβCD
Preparacioacuten de precipitados PrCl3H2O 2HPβCD y Pr-
2HPβCD
Irradiacioacuten Gamma
Caracterizacioacuten de reactivos y el complejo de
inclusioacuten
UV-Vis
MEB y EDS
DRX
EspectroscopiaIR
Espectroscopia Raman
Efecto de concentracioacuten
Solubilidad
Efecto de temperatura
Efecto de tiempo
Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Meacutetodo grafico
Valoraciones potenciomeacutetricas
Determinacioacuten de constantes
de hidroacutelisis con el programa de
coacutemputo SUPERQUAD
Anaacutelisis de
resultados
FIN
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
45
La descripcioacuten de cada una de las etapas de este diagrama se muestra
enseguida
Los reactivos empleados en este trabajo fueron de grado analiacutetico Para la
preparacioacuten de las soluciones y lavado del material del laboratorio se usoacute agua
destilada
51 Preparacioacuten de la solucioacuten de la 2-hidroxipropyl- βeta-ciclodextrina
La solucioacuten del derivado de la beta ciclodextrina se preparoacute a partir de la 2-
hydroxipropyl-βeta-ciclodextrina [(C6H9O5)7-(C3H7O)45] de peso molecular 1396
gmol (anhidro) de Sigma-Aldrich Chem Company Inc el cual se disolvioacute con
agua destilada y agitacioacuten constante La concentracioacuten fue de 02389 M
52 Preparacioacuten de solucioacuten de praseodimio
La solucioacuten de praseodimio se preparoacute a partir del oacutexido de praseodimio (Pr6O11)
de Sigma-Aldrich Chem Company Inc El oacutexido se tratoacute con HCl concentrado el
precipitado resultante se diluyoacute en agua destilada y se evaporoacute hasta sequedad
este proceso se hizo tres veces Finalmente se diluyoacute con una solucioacuten de HCl de
pH 3 Esta solucioacuten se valoroacute con EDTA naranja de xilenol y piridina para
determinar la concentracioacuten la cual fue de 048 M
53 Preparacioacuten del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina
El complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina (Pr-
2HPβCD) se preparoacute a partir de las soluciones de la 2-hydroxipropyl-βeta-
ciclodextrina 02389 M y de la solucioacuten de praseodimio 048 M en la relacioacuten molar
11 La concentracioacuten del complejo de inclusioacuten fue de 0005 M Esta solucioacuten se
evaporoacute lentamente a sequedad en una parrilla de calentamiento Corning PC-351
Hot Plate-Stirrer durante 45 minutos El precipitado resultante se secoacute en una
estufa Lab Line Instruments Inc (Melrose Park Illinois) a 45-50degC durante 2
horas Varias fracciones de este precipitado se emplearon para determinar la
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
46
morfologiacutea la espectroscopia de infrarrojos difraccioacuten de rayos X y Raman
Tambieacuten se caracterizaron las muestras de PrCl3 XH2O y 2HPβCD
54 Determinacioacuten de las curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por UV-Vis
Para cuantificar praseodimio por espectrofotometriacutea UV-Vis se determinaron las
curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD para ello se
realizaron diluciones a diferentes concentraciones de PrCl3 XH2O manteniendo
constante la concentracioacuten de la 2HPβCD Los datos se muestran en la Tabla 4
Tabla 4 Diferentes concentraciones de praseodimio con 2HPβCD constante para determinar las curvas de calibracioacuten
Pr (ml) H2O
(ml)
2HPβCD
(ml)
Concentraciones
Pr2HPβCD [M]
00004 1999 2 00001 00025
00010 1998 2 000025 00025
00041 1995 2 0001 00025
00104 1989 2 00025 00025
00208 1979 2 0005 00025
00416 1958 2 001 00025
0104 1895 2 0025 00025
0260 1739 2 00625 00025
0520 1479 2 0125 00025
1041 0958 2 025 00025
125 075 2 03 00025
Las disoluciones se midieron en el espectroacutemetro UV-Vis marca Perkin Elmer
Lambda 10 en un intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
47
55 Estudio de la influencia de las relaciones molares de las soluciones del
complejo de inclusioacuten
Para determinar la influencia de la 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se prepararon las relaciones molares de PrCl3
XH2O y de 2HPβCD Los datos se muestran en la Tabla 5
Tabla 5 Relaciones molares 2HPβCD Pr
Relacioacuten 2HPβCDPr
2HPβCD (ml)
H2O (ml)
Pr (ml)
Concentraciones 2HPβCDPr [M]
051 0010 199 2 000125 00025
11 0020 1979 2 000250 00025
21 0041 1958 2 000500 00025
31 0062 1937 2 000750 00025
41 0083 1916 2 001000 00025
51 0104 1895 2 001250 00025
81 0167 1832 2 002000 00025
101 0209 1790 2 002500 00025
151 0313 1686 2 003750 00025
181 0376 1623 2 004500 00025
241 0502 1497 2 006000 00025
Las relaciones molares se prepararon a partir de las soluciones de PrCl3 XH2O
048 M y de la 2HPβCD 02389 M
Las disoluciones se midieron en el espectroacutemetro UV-Vis marca Perkin Elmer
Lambda 10 en un intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
56 Efecto de la Radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Para observar el efecto de la radiacioacuten gamma del Cobalto-60 (Co60) en el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se prepararon 6 soluciones de 10 ml del
complejo de inclusioacuten en relacioacuten molar 11 de concentracioacuten 0005 M de cada una
de ellas y soluciones de los reactivos PrCl3 XH2O y 2HPβCD en las mismas
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
48
condiciones Tambieacuten se prepararon 6 muestras soacutelidas de Pr-2HPβCD
(precipitado) PrCl3 XH2O y 2HPβCD de 02 g cada una
Cada una de estas muestras fue colocada en un vial de 20 ml luego se selloacute con
bolsa de plaacutestico y se irradiaron a diferentes dosis en el irradiador LGI-01
TRANSELEKTRO del ININ con una razoacuten de dosis de 103716 Gyh En la
posicioacuten de irradiacioacuten VICKRAD se colocaron tres muestras liacutequidas y tres
soacutelidas de la misma manera en la posicioacuten de irradiacioacuten GAMMACELL tres
muestras liacutequidas y tres soacutelidas En ambos casos cuando se alcanza la dosis
requerida (por ejemplo 1 Gy) una muestra se retira o se saca de la posicioacuten de
irradiacioacuten y asiacute sucesivamente se continuacutea hasta alcanzar la dosis maacutexima de
irradiacioacuten requerida Los datos se muestran en la Tabla 6
Tabla 6 Dosis de irradiacioacuten de Co60 aplicadas a las muestras en solucioacuten y soacutelidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 2HPβCD y PrCl3 XH2O en la instalacioacuten VICKRAD y GAMMACELL del irradiador
LGI-01 TRANSELEKTRO del ININ
1ra Serie Instalacioacuten VICKRAD
No Muestras soacutelidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
No Muestras liacutequidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
1 (a) 1 Gy 4 (1i) 1 Gy 2 (b) 10 Gy 5 (2i) 10 Gy
3 (c) 100 Gy 6 (3i) 100 Gy
2da Serie Instalacioacuten GAMMACELL
No Muestras soacutelidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
No Muestras liacutequidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
1 (d) 05 KGy 4 (4i) 05 KGy
2 (e) 5 KGy 5 (5i) 5 KGy
3 (f) 10 KGy 6 (6i) 10 KGy
Las muestras liacutequidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD PrCl3-XH2O y
2HPβCD irradiadas se evaporaron a sequedad para realizar el anaacutelisis de
caracterizacioacuten
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
49
57 Caracterizacioacuten del compuesto de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina
571 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB)
Para realizar este anaacutelisis se emplearon fracciones de cada uno de los reactivos
PrCl3 XH2O 2HPβCD el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD irradiado Cada una de las fracciones se colocaron en un
porta muestras de aluminio Se recubrieron con una capa de oro para que las
muestras fueran conductoras El anaacutelisis morfoloacutegico se realizoacute en un microscopio
JSM-1600 y JSM-6610LV acoplados a una sonda de espectroscopia de difraccioacuten
de rayos X con el software de los equipos se obtuvo el anaacutelisis elemental
realizado por EDS (Energy Dispersion of X ray Espectrosocopy) que proporcionoacute
informacioacuten cualitativa y cuantitativa de las muestras analizadas
572 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX)
Este anaacutelisis se realizoacute con el difractoacutemetro de polvos SIEMENS D-5000 con
aacutenodo de cobre λ = 15406 Ǻ y un barrido de 25-80 en 2ɵ Para ello se colocaron
en un porta muestras fracciones de cada una de las muestras PrCl3 XH2O
2HPβCD Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado En cada una de estas muestras se
hizo incidir un haz de rayos X De esta manera se obtuvieron graacuteficas de
intensidad en funcioacuten del aacutengulo de difraccioacuten Los resultados se compararon con
las tarjetas de los patrones reportados por el Joint Committee on Powder
Diffraction Standards (JCPDS)
573 Anaacutelisis por espectroscopia de infrarrojo (IR)
Se realizoacute la espectroscopia de infrarrojo de las muestras de PrCl3 XH2O
2HPβCD Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado con el espectroacutemetro Nicolet
Magna-IRTM spectrometer 550 FTIR en un intervalo de 450-4000 cm-1 Las
muestras se prepararon con un estaacutendar de KBr mediante el meacutetodo de
dispersioacuten de pastilla para su anaacutelisis
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
50
574 Anaacutelisis por espectroscopia Raman
Se realizoacute la espectroscopia Raman de las muestras de PrCl3 XH2O 2HPβCD
Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado con el equipo Raman LabRamHR JovynIvon-
Horiba Una fraccioacuten de cada una de las muestras se colocaron en un porta
muestras conectado a un microscopio y se hizo incidir un rayo laacuteser de un
microacutemetro de diaacutemetro Como resultado se obtuvo una graacutefica de intensidad
Raman contra el desplazamiento Raman Los espectros Raman de las muestras
fueron obtenidos en un intervalo de 0 a 1700 cm-1
58 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-βeta-ciclodextrina
581 Efecto de temperatura
En un tubo de ensaye se le adicionoacute 2 ml de agua destilada a 20 0C En un bantildeo
mariacutea a la temperatura de 20 0C se colocoacute el tubo de ensaye con 2 ml de agua
destilada y se le adicionoacute poco a poco la muestra del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD (05 g previamente pesada) Se agitoacute manualmente de manera
constante hasta observar la formacioacuten de precipitado (Pr-2HPβCD) en el fondo
del tubo de ensaye
Este proceso tambieacuten se realizoacute a las temperaturas de 35 42 50 y 60degC El
residuo del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD que ya no se adicionoacute en el tubo de
ensaye se pesoacute y por diferencia con el peso inicial (05 g) se determinoacute los
gramos solubilizados del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Los datos se
muestran en la Tabla 7
Con los resultados obtenidos se graficoacute la temperatura en funcioacuten de la cantidad
de complejo de inclusioacuten solubilizado
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
51
Tabla 7 Cantidad de complejo solubilizado a diferentes temperaturas en 2 ml de agua destilada
Pr-2HPβCD (g)
H2O
(ml)
Temp (degC) del H2O
Pr-2HPβCD solubilizados (g)
1 05 2 20 01866 2 05 2 35 02472 3 05 2 42 03014 4 05 2 50 03461 5 05 2 60 03628
582 Efecto del tiempo
En un tubo de ensaye se le adicionoacute 2 ml de agua destilada a temperatura
ambiente Se le adicionoacute la muestra del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD (01001
g previamente pesada) se registroacute el tiempo (inicial) y se agitoacute manualmente de
manera constante hasta observar la formacioacuten de precipitado (Pr-2HPβCD) en el
fondo del tubo de ensaye Se registroacute el tiempo (final) cuando el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD se solubilizoacute completamente Este proceso se realizoacute 5
veces La determinacioacuten del tiempo de solubilizacioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD es la diferencia entre el tiempo inicial y final Los datos se muestran en la
Tabla 8 Con los resultados obtenidos se graficoacute los gramos solubilizados del
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en funcioacuten del tiempo
Tabla 8 Cantidades de complejo Pr-2HPβCD y agua destilada en cada tubo de ensaye
Pr-2HPβCD
(g)
H2O
(ml) Tiempo (seg)
1 01001 2 161
2 01005 2 163
3 01011 2 167
4 01018 2 169
5 01026 2 170
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
52
59 Determinacioacuten de la curva de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4
Para corregir el pH experimental en el medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 se
preparoacute una solucioacuten de NaOH al 50 pesovolumen A partir de esta solucioacuten se
preparoacute una solucioacuten de hidroacutexido de sodio a una concentracioacuten de 1 N en una
caja de guantes con atmosfera de nitroacutegeno Esta solucioacuten se valoroacute con ftalato
aacutecido de potasio y fenolftaleiacutena para determinar su concentracioacuten Con esta
solucioacuten de NaOH 1 N se prepararon soluciones de 01 001 y 0001 M y a estas
mismas concentraciones con HCl 1N titrisol ambas en medio de fuerza ioacutenica 2 M
de NaClO4 La medicioacuten de pH de estas soluciones (pH experimental) se
realizaron con un electrodo de vidrio AgClAg Radiometer XG200 con agitacioacuten
constante a temperatura de 30 degC controlada por un bantildeo de agua circulante
ldquoPolyscience Circulatiorrdquo modelo 12101-10 Se mantuvo una atmosfera de
nitroacutegeno en la celda potenciomeacutetrica de doble pared Se midioacute el pH 3 veces de
cada solucioacuten el mismo diacutea y durante tres diacuteas consecutivos Se promediaron los
datos obtenidos y se trazoacute una graacutefica que permitioacute realizar la relacioacuten entre el
logaritmo inverso de la concentracioacuten de los iones hidrogeno (pCH) y el pH
experimental
510 Valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Se realizaron valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD con hidroacutexido de sodio en fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 para ello se
colocoacute en una celda de reaccioacuten 10 ml de 2 M de NaClO4 de pH 3 21 microL de la
solucioacuten de 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina de concentracioacuten 02389 M y 105
microL de la solucioacuten de PrCl3 XH2O de concentracioacuten 048 M para tener una
concentracioacuten inicial de 000025 M del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Se
midioacute el pH se tomoacute una aliacutecuota de 3 ml y se midioacute su absorbancia con el
espectrofotoacutemetro UV-Vis Perkin Elmer Lambda 10 en un intervalo de longitud de
onda de 200 a 700 nm Como blanco se empleoacute agua destilada Los 3 ml de
solucioacuten medida por UV-Vis se regresaron a la celda de reaccioacuten Posteriormente
se adicionaron aliacutecuotas de una solucioacuten de 00025 M de NaOH en 2 M de
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
53
NaClO4 Se repitioacute varias veces el proceso de tomar una aliacutecuota en la celda de
reaccioacuten a la celda de cuarzo y medir la absorbancia del complejo de inclusioacuten de
tal manera que el pH incrementara de 02 en 02 hasta alcanzar un pH de 9 o 10
aproximadamente En todo el proceso se mantuvo una temperatura de 30 degC y
una atmoacutesfera de nitroacutegeno constante en la celda
Con los datos de pH y absorbancia a una longitud de onda de 210 nm obtenidos
se graficaron los valores de la absorbancia en funcioacuten del pCH para determinar el
pCH de precipitacioacuten la zona no saturada y la zona saturada
511 Valoraciones potenciomeacutetricas directas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Con el sistema de titulacioacuten automaacutetica que consiste de un potencioacutemetro
Radiometer TIM900 Titrilab de un electrodo combinado de vidriondashAgClAg y una
bureta automaacutetica de 20 ml se realizaron valoraciones potenciomeacutetricas directas
Para lo cual se colocoacute en la celda de reaccioacuten 10 ml de 2 M de NaClO4 de pH 3
21 microL de la solucioacuten de 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina de concentracioacuten 02389
M y 105 microL de la solucioacuten de PrCl3 XH2O de concentracioacuten 048 M para tener
una concentracioacuten inicial de 000025 M del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Esta solucioacuten se valoroacute con NaOH 00025 M en 2 M de NaClO4 a una temperatura
de 30 degC flujo de nitroacutegeno y agitacioacuten constante Con los datos de pH y volumen
de NaOH se graficaron los valores de pCH en funcioacuten del volumen de NaOH El
intervalo de pCH de la zona no saturada se determinoacute despueacutes de que el aacutecido fue
neutralizado y el pCH final se determinoacute con el pCH de precipitacioacuten obtenido en la
titulacioacuten espectrofotomeacutetrica Este intervalo de pCH de la zona no saturada se
emplearon en el programa de computo SUPERQUAD para determinar los valores
de las constantes de hidroacutelisis del praseodimio y del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
54
______________________________
CAPIacuteTULO VI
RESULTADOS
______________________________
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
55
6 RESULTADOS
61 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 6 muestra los espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes
concentraciones en presencia de 2HPβCD 00025 M determinados en el intervalo
de longitud de onda de 200 a 700 nm En ellos se observa que cuando aumenta
la concentracioacuten del praseodimio en presencia de 2HPβCD aumenta el tamantildeo de
las bandas La 2HPβCD no presenta bandas de absorcioacuten en toda la regioacuten de
200-700 nm
Figura 6 Espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes concentraciones en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
A partir de la Figura 6 y de acuerdo al tamantildeo de las bandas de absorcioacuten de los
espectros UV-Vis en funcioacuten de la concentracioacuten del praseodimio se establecen
tres regiones de intereacutes En la regioacuten de longitud de onda de 200-225 nm la banda
de absorcioacuten maacutexima del praseodimio se encuentra en 215 nm para
concentraciones bajas en la regioacuten de 440-490 nm se encuentran las bandas de
absorcioacuten de 444 469 nm y 482 nm para concentraciones intermedias y
finalmente en la regioacuten de 558-600 nm se encuentran las bandas de absorcioacuten de
200 300 400 500 600 700
00
05
10
15
20
25
30
Ab
so
rban
cia
Longitu de onda (cm-1)
000011MPr
0000251MPr
00011MPr
000251MPr
00051MPr
001MPr
0025MPr
006251MPr
01251MPr
0251MPr
031MPr
00025M2HPBCD
00025MPr
1
2
3
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
56
5885 nm para cuantificar concentraciones altas de praseodimio en presencia de la
2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Figura 7 y Tabla 9) En la Figura 7 se muestran las
rectas de calibracioacuten para cuantificar praseodimio Estas rectas de calibracioacuten fueron
determinadas con los datos de los valores de absorbancia de cada banda de
absorcioacuten de la Figura 6 en funcioacuten de la concentracioacuten del praseodimio
Figura 7 Rectas de calibracioacuten de las bandas de absorcioacuten del praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
Tabla 9 Ecuaciones de calibracioacuten del praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
obtenidos por UV-Vis
Intervalo de longitud de onda de UV-Vis
200-250 nm 400-500 nm 560-620 nm
Bandas de 215 nm 444 nm 469 nm 482 nm 5885 nm
absorcioacuten
Ecuaciones de
calibracioacuten
A= 26554[Pr] + 00527
A = 513[Pr] + 00127
A = 21698[Pr] + 00123
A = 15912[Pr] + 00128
A = 00783[Pr] + 00103
Rsup2 = 09949 Rsup2 = 09992 Rsup2 = 09958 Rsup2 = 09917 Rsup2 = 09769
Doacutende nm= nanoacutemetros A= Absorbancia [Pr (III)]= Concentracioacuten del Praseodimio R = Coeficiente de
correlacioacuten
000 005 010 015 020 025 030
00
02
04
06
08
10
12
14
16
y=15912 x +00128
R2=09917
y=00783 x +00103
R2=09769
y=21698 x +00123
R2=09958
y=513 x +00127
R2=09992
215 nm
444 nm
469 nm
482 nm
5885 nm
Abso
rbancia
[Pr] M
y=26554 x +00527
R2=09949
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
57
En la Tabla 9 se muestran los datos de las ecuaciones de calibracion para
determinar praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina por
espectroscopiacutea UV-Vis
Estas consideraciones tienen una limitacioacuten ya que se debe tomar en cuenta que
el intervalo oacuteptimo para medir la absorbancia con fines de anaacutelisis cuantitativo
estaacute entre 002ndash15
62 Efecto de la concentracioacuten de la 2HPβCD en el praseodimio por
espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 8 muestra los espectros de absorcioacuten del praseodimio a concentracioacuten
constante (00025 M) en presencia de 2HPβCD a diferentes concentraciones
determinados en el intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
Figura 8 Espectro de absorcioacuten UV-Vis del praseodimio a concentracioacuten constante en presencia de la 2HPβCD a diferentes concentraciones En el detalle central se muestra la ampliacioacuten de la banda de
absorcioacuten 215 nm
En los espectros de absorcioacuten del praseodimio de la Figura 8 se observa que
cuando aumenta la concentracioacuten de 2HPβCD aumenta ligeramente el tamantildeo de
200 300 400 500 600 700
00
02
04
Ab
so
rbancia
Longitud de onda (cm-1)
00025MPr
00025M2HPBCD
051M
11M
21M
31M
41M
51M
81M
101M
151M
181M
241M1
2 3
200 205 210 215 220 225 230
00
01
02
03
04
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
1
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
58
las bandas de absorcioacuten del praseodimio En el detalle central de la Figura 8 se
aprecia maacutes adecuadamente este efecto
Con estas observaciones se muestra que la 2HPβCD aumenta la solubilidad del
praseodimio debido a este aumento ligero en el tamantildeo de las bandas de
absorcioacuten del praseodimio de la Figura 8
63 Efecto de la radiacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD por
espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 9 muestra los espectros de absorcioacuten determinados en el intervalo de
longitud de onda de 200 a 700 nm del 2HPβCD 2HPβCD irradiado PrCl3XH2O
PrCl3XH2O irradiado el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y el complejo de
inclusioacuten Pr-2-HP-β-CD irradiado Las irradiaciones se realizaron a 10000 Gy
Figura 9 Espectro UV-Vis de las muestras irradiadas en solucioacuten del complejo Pr-2HPβCD PrCl3 y 2HPβCD
Como se observa en la Figura 9 el efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de
inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Pr-2HPβCD) mostraron que
cuando el complejo de inclusioacuten es irradiado a 10 000 Gy se observaron ligeros
200 300 400 500 600 700
00
02
04
06
08
10
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
00025 M 2HPBCD
Pr 00025 M
Pr-2HPBCD
2HPBCD 10 KGY
PrCl3-XH2O 10 KGy
Pr-2HPBCD 10 KGy
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
59
cambios comparado con el complejo de inclusioacuten no irradiado Esto se puede
deber a que probablemente el complejo empieza a descomponerse
62 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB)
La Figura 10 muestra las imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las
muestras 2HPβCD 2HPβCD irradiada PrCl3XH2O PrCl3XH2O irradiada Pr-
2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy
a) c) e)c
b) d) f)
Figura 10 Imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las muestras a) 2HPβCD b) 2HPβCD irradiada c) PrCl3XH2O d) PrCl3XH2O irradiada e) Pr-2HPβCD y f) Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy
La 2HPβCD mostroacute partiacuteculas esfeacutericas de diversos tamantildeos con una superficie
lisa en su interior se observan cavidades dentro de las partiacuteculas pareciera que
se desprenden esferas maacutes pequentildeas El PrCl3XH2O mostroacute una superficie
rugosa las partiacuteculas se ven fundidas debido probablemente a que el material es
higroscoacutepico y tiende a hidratarse faacutecilmente El complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
muestra una morfologiacutea diferente a los reactivos precursores ya que se presentan
partiacuteculas en forma de rocas de diferentes dimensiones ademaacutes se observan
aglomeraciones de partiacuteculas Las imaacutegenes de las muestras irradiadas a una
dosis de 10 KGy conservan su morfologiacutea a excepcioacuten de PrCl3XH2O irradiada y
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
60
Pr-2HPβCD irradiada muestran pequentildeos cambios Sus partiacuteculas se ven un poco
maacutes fundidas probablemente se deba al efecto de la radiacioacuten
La composicioacuten quiacutemica elemental de las muestras 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD se muestran en la Tabla 10 determinado por el anaacutelisis elemental (EDS)
Tabla 10 Anaacutelisis EDS de las muestras de PrCl3 2-HPβCD y Pr-2HPβCD
Elemento Atoacutemico
Pr Cl O C
PrCl3 1233 plusmn 207 3595 plusmn 666 5171 plusmn 871 -----
2HPβCD ----- ----- 4159 plusmn 22 584 plusmn 22
Pr-2HPβCD 097 plusmn061 248 plusmn 143 3619plusmn 422 6034 plusmn 478
Todas las muestras presentan los elementos de su composicioacuten quiacutemica La
presencia de Pr Cl C y O en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD confirman la
interaccioacuten de 2HPβCD PrCl3XH2O para la formacioacuten del complejo de inclusioacuten
como se muestras en la Tabla 10
63 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX)
En la Figura 11 se muestran los difractogramas de 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD determinado por Difraccioacuten de Rayos X Los difractogramas de rayos X
de la Figura 11 muestran diferencias entre ellas El difractograma del PrCl3XH2O
presenta reflexiones de alta intensidad comparado con las otras muestras debido
a su naturaleza cristalina del praseodimio El difractograma de la 2HPβCD es de
estructura amorfa caracteriacutestica de los compuestos de carbono
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
61
Figura 11 Difraccioacuten de rayos X de PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD
El difractograma del compuesto de inclusioacuten Pr-2HPβCD muestra una
combinacioacuten de reflexiones de las muestras de PrCl3XH2O y 2HPβCD debido a la
formacioacuten de eacuteste complejo de inclusioacuten aunque predomina el de la 2HPβCD
Se comparoacute el difractograma de la muestra de PrCl3XH2O con la tarjeta del patroacuten
reportado por el Joint Committee on Powder Diffraction Standards (JCPDS) PDF
84-2188 Aqua Praseodymium Chloride Ambos difractogramas coinciden
adecuadamente
Los difractogramas de las muestras irradiadas a diferentes dosis mostraron que en
el intervalo de dosis de 1-500 Gy las muestras no sufren cambios Sin embargo
cuando el complejo de inclusioacuten es irradiado a 5000 y 10 000 Gy se observaron
ligeros cambios en sus inflexiones comparados con las muestras no irradiadas
Probablemente las muestras empiezan a descomponerse
64 Espectroscopia de infrarrojo (IR)
En la Figura 12 se muestra los espectros de infrarrojo de la 2HPβCD PrCl3XH2O
y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
62
Figura 12 Espectros de infrarrojo de las muestra 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-2HPβCD
El espectro infrarrojo de la muestra de PrCl3XH2O presenta la banda de absorcioacuten
a 341434 cm-1 correspondiente a moleacuteculas de agua de hidratacioacuten y la banda de
absorcioacuten a 67003 cm-1 debido a las uniones praseodimio con cloruros El
espectro infrarrojo de la muestra de la 2HPβCD presenta bandas de absorcioacuten a
331508 cm-1 [OH] 292046 cm-1 [CH2] 115183 cm-1 [C-C] 108000 cm-1 [C-O] y
102306 cm-1 [O-H]
Tabla 11 Grupos funcionales del PrCl3XH2O 2HPβCD y del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Compuesto [OH] [CH2] [C-C] [C-O] [O-H] [Cl3]
PrCl3XH2O 341434 67003
2HPβCD 331508 292046 115183 108000 102306
Pr-2HPβCD 329688 292645 115247 108028 102514
120723[PrCl3XH2O-Pr-2HPβCD] -11746
120723[2HPβCD-Pr-2HPβCD] -182 599 064 028 208
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
63
En la Tabla 11 se muestran los datos de las bandas de absorcioacuten de las muestras
de 2HPβCD PrCl3XH2O y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y los valores
de los desplazamientos observados Los valores de desplazamiento indican la
formacioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Las bandas de absorcioacuten de las
muestras irradiadas a diferentes dosis mostraron que en el intervalo de dosis de 1-
500 Gy las muestras no sufren cambios Cuando las muestras son irradiados a
5000 y 10 000 Gy se observaron ligeros cambios en la intensidad de la bandas de
absorcioacuten
65 Espectroscopia Raman
Figura 13 Espectros Raman de la muestra PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD
La Figura 13 muestra los espectros Raman de las muestras 2HPβCD PrCl3XH2O
y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Se realizaron 100 adquisiciones de
cada uno de las muestras Los resultados son el promedio de estas Los espectros
Raman de la Figura 13 muestran diferencias entre ellas
El espectro Raman del PrCl3XH2O muestra un pico intenso a 19278 cm-1 Este
pico se observa en el espectro Raman del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD a
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
64
23814 cm-1 y es de intensidad menor Las bandas de la 2HPβCD (44336 47805
84780 94691 126575 133270 145854 cm-1) algunas desaparecen y otras se
desplazan en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Esto indica la formacioacuten del
complejo de inclusioacuten
Al comparar los espectros Raman de las muestras irradiadas a diferentes dosis
mostraron que en el intervalo de dosis de 1-500 Gy no sufren cambios Sin
embargo en el intervalo de 5000 a 10000 Gys se observa la presencia de una
banda que no se encuentra en las muestras no irradiadas Probablemente las
muestras empiezan a descomponerse
66 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-βeta-ciclodextrina
661 Efecto de temperatura
La Figura 14 muestra el efecto de temperatura sobre la solubilidad del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD
Figura 14 Efecto de temperatura en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
20 30 40 50 60
018
020
022
024
026
028
030
032
034
036
038
g P
r-2H
PB
CD
Temperatura degC
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
65
La Figura muestra que conforme la temperatura va aumentando la solubilidad de
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta Es decir a la temperatura 20 degC se
solubilizan 01866 g del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD mientras que a 60 degC
se solubilizan 03628 g
662 Efecto de tiempo
La Figura 15 muestra el efecto del tiempo sobre la solubilidad del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD
Se observoacute que conforme el tiempo va aumentando la solubilidad de complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta Con esto se determinoacute que la dilucioacuten de 01 gr de
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 ml de agua destilada se lleva a cabo en
un tiempo 170 segundos
Figura 15 Efecto de tiempo en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
01000 01005 01010 01015 01020 01025 01030
160
162
164
166
168
170
Tie
mpo (
segundos)
g Pr-2HPBCD
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
66
67 Recta de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4
Se realizaron las mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de
2 M de NaClO4 Los datos se muestran en la Tabla 12
Tabla 12 Mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de 2 M de NaClO4
Concentracioacuten (M)
pCH pH
exp 1 pH
exp 2 pH
exp 3 pH
exp 4 pH
exp 5 pH exp prom
HCl 0001 3 2359 2205 2333 2402 2329 23256
001 2 1173 1172 1207 1228 1268 12096
01 1 0508 0248 0253 0352 0361 03444
NaOH 0001 11 9987 9994 9926 10009 9994 9982
001 12 10947 10876 10959 10876 10849 109014
01 13 11612 1156 11604 11552 11516 115688
Se graficaron los datos de pH (experimental) promedio en funcioacuten del pCH (teoacuterico)
se tiene la Figura 16
Figura 16 Recta de calibracioacuten del pCH como una funcioacuten del pH en el medio 2 M de NaClO4
0 2 4 6 8 10 12 14
0
2
4
6
8
10
12
pC
H
pH
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
67
La ecuacioacuten de la recta de calibracioacuten es
pCH= 105108 (plusmn00063) pH + 06352 (plusmn00669) R2= 09995
Esta ecuacioacuten permitioacute corregir todos los datos de pH experimental de este
trabajo
68 Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Se realizaron valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD en medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 a 30 deg C en atmoacutesfera inerte
Se obtuvieron espectros de absorcioacuten UV-Vis en el intervalo de longitud de onda
de 200 a 700 nm En la Figura 17 se muestra los espectros de absorcioacuten de cada
una de las aliacutecuotas del praseodimio en presencia de la 2HPβCD en el intervalo de
longitud de onda de 200 a 230 nm
Figura 17 Espectros de absorcioacuten UV-Vis de la valoracioacuten espectrofotomeacutetrica del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con NaOH 00025 M en el medio 2M de NaClO4
200 210 220 230
00
01
02
03
04
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
68
Se graficaron los datos de absorbancia a la longitud de onda de 215 nm de la Figura
17 y los valores de pCH correspondientes se obtuvo la Figura 18
Figura 18 Curva de valoracioacuten espectrofotomeacutetrica (absorbancia en funcioacuten del pCH) y la primera derivada del praseodimio en presencia de la 2HPβCD a longitud de onda de 215 nm
La derivada de la curva de la Figura 18 permitioacute determinar el pCH de precipitacioacuten
(maacutexima inflexioacuten) el cual fue de 812 A partir de este pCH se determinoacute la zona
no saturada (lado izquierdo de la curva) y saturada (lado derecho de la curva)
69 Titulaciones potenciomeacutetricas
Se realizaron valoraciones potenciomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
con NaOH en medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 a 30 degC en atmosfera inerte
Se obtuvo la Figura 19 La valoracioacuten potenciomeacutetrica del Pr-2HPβCD inicio en
medio acido por medio de la primera derivada y su inflexioacuten de la curva se
determinoacute el pCH inicial (pCH= 656) el valor de pCH final se determinoacute con el valor
de la primera derivada (pCHpp= 812) de la Figura 18 (punto de inicio de
precipitacioacuten del PrCl3XH2O)
4 5 6 7 8 9 10
025
030
035
040
045
050
055
060
pCH
Ab
so
rban
cia
-01
00
01
02
03
04
05
06
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
69
Figura 19 Curva de valoracioacuten potenciomeacutetrica directa de 25x10-4 M del praseodimio en presencia de la 2HPβCD con 25x10-3 de NaOH en 2 M de NaClO4 a 30 degC en atmosfera libre de CO2 y primera
derivada de la curva Detalle central (zona no saturada)
Con estos dos valores se determinoacute el intervalo de la zona no saturada que se
muestra en el detalle central de la Figura 19 empleado para el caacutelculo de la
primera constante de hidrolisis del praseodimio y del complejo del praseodimio en
presencia de la 2HPβCD
610 Refinamientos
A partir del detalle central de la Figura 19 (zona no saturada) los datos de
volumen pCH concentracioacuten del titulado y titulante y un modelo quiacutemico propuesto
con la estequiometria se alimentaron al programa de computo SUPERQUAD y
mediante refinamiento computacional se determinaron los valores de la constante
de hidrolisis de las especies quiacutemicas del praseodimio y del complejo de inclusioacuten
Pr-2HPβCD que se muestran en la Tabla 13
0 5 10 15 20
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
ml adicionados de NaOH
pC
H
0
2
4
6
8
10
00 01 02 03 04 05 06 07
64
66
68
70
72
74
76
78
80
82
pC
H
ml adicionados de NaOH
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
70
Tabla 13 Constantes de hidroacutelisis del Pr y el pCH de precipitacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 M de NaClO4 obtenidos mediante meacutetodo potenciomeacutetrico y el programa SUPERQUAD a
30 degC
Equilibrio Quiacutemico
logβ1
POTENCIOMETRICO
(SUPERQUAD)
Intervalo
(pCH)
No
puntos
ESPECTROFOTOMETRICO
pCH de pp
Meacutetodo GRAFICO
Pr3++ H2O Pr(OH)2++ H+ -862plusmn0007 656-812 33 812
Pr(OH)2++H2O Pr(OH)2++H+ -1710plusmn003
Pr(OH)2++H2O Pr(OH)3+H+ -2586plusmn001
Pr3++2HPβCD+H2O Pr-
2HPβCD-(OH)2++H+
-509plusmn007
En la Tabla 13 anterior se muestra el valor de pCH de precipitacioacuten obtenido por el
meacutetodo espectrofotomeacutetrico (meacutetodo graacutefico) que fue de 812 Los valores de las
constantes de hidrolisis de las especies quiacutemicas del praseodimio fueron-
logβ1OH=-862plusmn0007-logβ22OH=-1710plusmn003-logβ33OH=-2586plusmn001 y del complejo
de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-509plusmn007 obtenidos por el meacutetodo
potenciomeacutetrico empleando el programa de computo SUPERQUAD
71
______________________________
CONCLUSIONES
______________________________
CONCLUSIONES
72
CONCLUSIONES
bull Se observaron 3 zonas de absorcioacuten caracteriacutesticas del praseodimio
situadas a una longitud de onda de 215 nm 3 bandas de absorcioacuten en 444
nm 469 nm y 482 nm y en 5885 nm se determinaron para cada banda las
rectas de calibracioacuten
bull Se demostroacute la inclusioacuten del praseodimio en la 2HPβCD y el efecto de la
radiacioacuten gamma en los reactivos (PrCl3XH2O 2HPβCD) y el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD satisfactoriamente mediante las diferentes teacutecnicas de
caracterizacioacuten y anaacutelisis empleadas (MEB UV-Vis DRX Espectroscopia
Infrarrojo y Espectroscopia Raman)
bull El efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-β-ciclodextrina (Pr-2HP-β-CD) mostroacute que en el intervalo de
dosis de 1-500 Gy no sufren cambios Sin embargo cuando es irradiado a
5000 y 10 000 Gy se observaron ligeros cambios Esto se puede deber a
que probablemente el complejo empieza a descomponerse
bull La solubilidad de complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta en funcioacuten del
aumento de la temperatura
bull Conforme el tiempo va aumentando la solubilidad de complejo de inclusioacuten
Pr-2HPβCD aumenta
bull El valor de la primera constante de hidrolisis del praseodimio obtenido fue-
logβ1OH=-862plusmn0007 y del complejo de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-
509plusmn007
73
______________________________
RECOMENDACIONES
______________________________
RECOMENDACIONES
74
bull El complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se debe preparar con diferentes
meacutetodos para elegir el maacutes adecuado de acuerdo a su rendimiento
quiacutemico y asegurar su formacioacuten
bull Comparar la zona no saturada de complejo de Inclusioacuten del Pr-2HPβCD
Pr-2βCD y la del praseodimio sin complejo para observar el efecto de la
solubilidad y estabilidad
bull Determinar las constantes de hidrolisis del praseodimio y del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD irradiado con radiacioacuten gamma de Co60 y comparar
con la de complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD no irradiado
75
______________________________
GLOSARIO
______________________________
GLOSARIO
76
GLOSARIO
1 Absorbancia
Se define como la relacioacuten (logariacutetmica) entre la intensidad de la luz que incide
sobre una muestra y la intensidad de esa misma luz que es transmitida a traveacutes de
esa muestra Cuando una luz de una longitud de onda determinada seleccionada
por un filtro incide sobre una muestra parte de esa luz es absorbida La luz no
absorbida pasa a traveacutes de la muestra y es recogida por un detector colocado en
el otro lado del pocillo de la micro placa frente a la fuente de luz
2 Algoritmo de Marquadt
Es un proceso iterativo de convergencia que a traveacutes de la teacutecnica de los miacutenimos
cuadrados ponderados permite encontrar los paraacutemetros de las ecuaciones de
funciones no lineales
3 Complejo de inclusioacuten
Mezcla cristalina en la que las moleacuteculas de un componente estaacuten contenidas
dentro de la red cristalina del otro
4 Confinamiento de residuos
Lugar totalmente seguro controlado y construido con el propoacutesito de disponer
residuos peligrosos instalados en un lugar retirado de la poblacioacuten con el objetivo
de disminuir riesgos de caraacutecter natural y humano
5 Curva de calibracioacuten
Representacioacuten graacutefica de una sentildeal que se mide en funcioacuten de la concentracioacuten
de un analito La calibracioacuten incluye la seleccioacuten de un modelo para estimar los
paraacutemetros que permitan determinar la linealidad de esa curva Y en
consecuencia la capacidad de un meacutetodo analiacutetico para obtener resultados que
sean directamente proporcionales a la concentracioacuten de un compuesto en una
muestra dentro de un determinado intervalo de trabajo
GLOSARIO
77
6 Desechos radiactivos
Residuo o subproductos que contiene varios elementos quiacutemicos radiactivos que
no tiene un fin praacutectico
7 Especies quiacutemicas
En quiacutemica el teacutermino especie quiacutemica se usa comuacutenmente para referirse de
forma geneacuterica a aacutetomos moleacuteculas iones radicales etc que sean el objeto de
consideracioacuten o estudio
8 Estabilidad
Una sustancia es estable si no es particularmente reactivo en el ambiente o
durante uso normal y mantiene sus propiedades uacutetiles en la escala de tiempo de
su durabilidad esperada y por lo que se dice que el material es inestable si se
corroe descompone polimeriza quema o explota bajo las condiciones anticipadas
de uso o condiciones ambientales normales
9 Fisioacuten nuclear
Reaccioacuten en la cual un nuacutecleo se bombardea con neutrones se convierte en
inestable y se descompone en dos nuacutecleos y tamantildeos son del mismo orden de
magnitud con gran desprendimiento de energiacutea y la emisioacuten de dos o tres
neutrones los cuales a su vez ocasionar maacutes fisiones al interaccionar con nuevos
nuacutecleos fisionables que emitiraacuten nuevos neutrones y asiacute sucesivamente
10 Fuerza ioacutenica
Propiedad de una solucioacuten que depende de la concentracioacuten total de iones en la
solucioacuten asiacute como de la carga de dichos iones
11 Isoacutetopo
Nucleiacutedos pertenecientes a un mismo elemento quiacutemico pero que se diferencian
entre el nuacutemero de neutrones de cada uno
GLOSARIO
78
12 Lenguaje fortran
Es un lenguaje de programacioacuten de alto nivel de propoacutesito general procedimental
e imperativo que estaacute especialmente adaptado al caacutelculo numeacuterico y a la
computacioacuten cientiacutefica
13 Lgi-01 TRANSELEKTRO (LGI-01)
Equipo de irradiacioacuten integrado por un cuerpo ciliacutendrico de plomo que sirve de
blindaje una jaula ciliacutendrica que contiene los laacutepices de Co60 un eacutembolo moacutevil con
una cavidad (caacutemara de exposicioacuten) una consola de mando y un cronoacutemetro para
establecer el tiempo de irradiacioacuten La caacutemara de exposicioacuten alberga a las
muestras para la irradiacioacuten un sistema electromecaacutenico baja el depoacutesito de las
muestras hasta la fuente de radiacioacuten que consta de 48 laacutepices de los cuales 12
contiene Co60 y el resto estaacuten vaciacuteos
14 Longitud de onda
Es la distancia real que recorre una perturbacioacuten (onda) en un determinado
intervalo de tiempo Ese intervalo de tiempo es el transcurrido entre dos maacuteximos
consecutivos de alguna propiedad fiacutesica de la onda
15 Medio acuoso
Medio o disolucioacuten acuosa se refiere a que una mezcla de disolventes el
disolvente mayoritario es agua Las disoluciones acuosas tienen una gran
importancia en la biologiacutea desde los laboratorios de ciencia baacutesica hasta la
quiacutemica de la vida pasando por la quiacutemica industrial Por la vasta cantidad y
variedad de sustancias que son solubles en agua esta se denomina a veces
disolvente universal
16 pCH
Es el logaritmo inverso de la concentracioacuten de los iones hidroacutegeno
17 pH
Es una medida del pH experimental de este trabajo
GLOSARIO
79
18 Precursores
Sustancia indispensable o necesaria para producir otra mediante los compuestos
quiacutemicos que constituyen una primera etapa en un proceso quiacutemico y actuacutean
como sustrato en las etapas posteriores
19 Radiacioacuten gamma
Es un tipo de radiacioacuten electromagneacutetica constituida por fotones se produce por
elementos radiactivos o procesos subatoacutemicos como la aniquilacioacuten de un par
positroacuten-electroacuten Los rayos gamma constituyen un tipo de radiacioacuten ionizante
capaz de penetrar en la materia maacutes profundamente que la radiacioacuten α y la β
pueden causar graves dantildeos a las ceacutelulas se usan para esterilizar equipos
meacutedicos y alimentos
20 Reacciones de hidroacutelisis
Reacciones quiacutemicas entre una moleacutecula de agua y cualquier otra especie
quiacutemica en la cual la moleacutecula de agua se divide y sus aacutetomos forman parte de
otra especie quiacutemica
21 Relacioacuten molar
Factor de conversioacuten cuyo fin es convertir en una reaccioacuten quiacutemica la cantidad de
moles de una sustancia a la cantidad correspondiente de moles de otra sustancia
La sustancia de partida se expresa en gramos y la sustancia deseada en moles
22 Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Se denomina valoracioacuten espectrofotomeacutetrica al procedimiento por el cual se
determina el punto final de una titulacioacuten utilizando las medidas de absorbancia a
una longitud de onda fija Para simplificar la teacutecnica se selecciona una longitud de
onda donde solamente uno de los componentes de la muestra absorba
80
______________________________
REFERENCIAS CITADAS
______________________________
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81
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fisicoquiacutemica de los complejos de hidroxietil-β-ciclodextrina y β-ciclodextrina
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producto de solubilidad de ln (OH)3 y el efecto de los iones cloruro sobre la
hidroacutelisis de lantano praseodimio y lutecio en soluciones acuosas de fuerza
ioacutenica 2 molar pp 21
ABSTRACT
XI
ABSTRACT
The nuclear fission for the production of electricity produces certain fission
products considered as radioactive waste among which are lanthanides The
confinement of these radioactive wastes in media such as salt mines usually
present brine balloons consequently produce corrosion in the containers and can
come into contact with the waste which is why it is important to know the
hydrolysis reactions that could be formed in the presence of some aqueous
medium In view of this scenario the inclusion of praseodymium in 2-
hydroxypropyl-beta-cyclodextrin (2HPβCD) was carried out in order to observe
increased solubility and stability of praseodymium
The formation of the praseodymium inclusion complex in the presence of 2-
hydroxypropyl-beta-cyclodextrin (Pr-2HPβCD) was performed in a 1 1 molar ratio
at 0005 M The effect of Co60 gamma radiation on the inclusion complex Pr-
2HPβCD and its precursors PrCl3 middot XH2O and 2HPβCD Several fractions of the
inclusion complex sample and irradiated samples of Pr-2HPβCD PrCl3 middot XH2O
and 2HPβCD were used for their characterization by different techniques (UV-Vis
Scanning Electron Microscopy X-ray Diffraction Infrared Spectroscopy Raman
Spectroscopy) The non-irradiated samples showed the interaction of
praseodymium and 2HPβCD confirming the formation of the inclusion complex
while the irradiated samples presented slight changes at doses of 5000 Gy and
10000 Gy attributed to the decomposition of the samples by the effect of gamma
radiation
In addition the effect of the concentration of 2HPβCD in the presence of
praseodymium by UV-Vis was studied where increased solubility of praseodymium
was observed The study of the effect of temperature of the complex Pr-2HPβCD
allowed to observe the increase of solubility of the complex as a function of the
temperature also for the effect of time Finally the chemical behavior of the
inclusion complex Pr-2HPβCD in aqueous solutions in 2 M medium of NaClO4 at
30 deg C under inert atmosphere was evaluated by means of spectrophotometric and
direct potentiometric titrations the non-saturated zone was obtained that
ABSTRACT
XII
contemplates the soluble species The data of the unsaturated zone were
processed by computational refinement with the SUPERQUAD computer program
The values of the hydrolysis constants of the praseodymium species were -logβ1OH
= -862 plusmn 0007 -logβ2 2OH = -1710 plusmn 003 -logβ3 3OH = -2586 plusmn 001 and the
inclusion complex was -logβPr2HPBCD = -509 plusmn 007 obtained by parts using the
computer program SUPERQUAD
IacuteNDICE
XIII
IacuteNDICE
DEDICATORIA VII
AGRADECIMIENTOS VIII
RESUMEN IX
ABSTRACT XI
IacuteNDICE XIII
IacuteNDICE DE FIGURAS XVII
IacuteNDICE DE TABLAS XIX
ABREVIATURAS XX
CAPIacuteTULO I INTRODUCCIOacuteN 21
1 Introduccioacuten 22
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO 23
2 Fundamento 24
21 Los lantanidos 24
22 Praseodimio 25
23 Ciclodextrinas (CDs) 25
24 β-ciclodextrina 27
25 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina 28
26 Hidroacutelisis 29
27 Fuerza ioacutenica 30
28 Teacutecnicas de caracterizacioacuten 32
281 Microscopiacutea electroacutenica de barrido (MEB) 32
282 Espectroscopia de absorcion ultravioleta-visible (UV-VIS) 33
283 Difraccioacuten de rayos X (DRX) 34
284 Espectroscopia de infrarrojo (IR) 34
IacuteNDICE
XIV
285 Espectroscopia Raman 35
29 Titulacioacuten espectrofotomeacutetrica 35
210 Meacutetodo potenciomeacutetrico 36
211 programa de coacutemputo SUPERQUAD 37
CAPIacuteTULO III HIPOacuteTESIS 39
3 Hipoacutetesis 40
CAPIacuteTULO IV OBJETIVOS 41
4 Objetivos 42
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA 43
5 Metodologiacutea 44
51 Preparacioacuten de la solucioacuten de la 2-hidroxipropyl- βeta-ciclodextrina 45
52 Preparacioacuten de solucioacuten de praseodimio 45
53 Preparacioacuten del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina 45
54 Determinacioacuten de las curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por UV-Vis 46
55 Estudio de la influencia de las relaciones molares de las soluciones del
complejo de inclusioacuten 47
56 Efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 47
57 Caracterizacioacuten del compuesto de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-βeta-
ciclodextrina 49
571 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB) 49
572 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX) 49
573 Anaacutelisis por espectroscopia de infrarrojo (IR) 49
574 Anaacutelisis por espectroscopia Raman 50
IacuteNDICE
XV
58 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina 50
581 Efecto de temperatura 50
582 Efecto del tiempo 51
59 Determinacioacuten de la curva de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4 52
510 Valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina 52
511 Valoraciones potenciomeacutetricas directas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina 53
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS 54
6 Resultados 55
61 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea ultravioleta-visible (UV-Vis) 55
62 Efecto de la concentracioacuten de la 2HPβCD en el praseodimio por
espectrofotometriacutea ultravioleta-visible (UV-Vis) 57
63 Efecto de la radiacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD por
espectrofotometriacutea ultravioleta-visible (UV-Vis) 58
62 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB) 59
63 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX) 60
64 Espectroscopia de infrarrojo (IR) 61
65 Espectroscopia Raman 63
66 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina 64
661 Efecto de temperatura 64
662 Efecto de tiempo 65
67 Recta de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4 66
68 Valoraciones espectrofotomeacutetricas 67
IacuteNDICE
XVI
69 Titulaciones potenciomeacutetricas 68
610 Refinamientos 69
CONCLUSIONES 71
RECOMENDACIONES 73
GLOSARIO 75
REFERENCIAS CITADAS 80
IacuteNDICE
XVII
IacuteNDICE DE FIGURAS
Figura 1 Estructura de α β y γ ciclodextrinas 25
Figura 2 2HPβCD 28
Figura 3 Ilustracioacuten de un diagrama general de pLn(c)-pCH 36
Figura 4 Ilustracioacuten de una valoracioacuten potenciomeacutetricas directa con su primera
derivada (∆pCH∆V) 37
Figura 5 Diagrama de flujo 44
Figura 6 Espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes concentraciones en
presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina 55
Figura 7 Rectas de calibracioacuten de las bandas de absorcioacuten del praseodimio en
presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina 56
Figura 8 Espectro de absorcioacuten UV-Vis del praseodimio a concentracioacuten
constante en presencia de la 2HPβCD a diferentes concentraciones 57
Figura 9 Espectro UV-Vis de las muestras irradiadas en solucioacuten del complejo Pr-
2HPβCD PrCl3 y 2HPβCD 58
Figura 10 Imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las muestras a)
2HPβCD b) 2HPβCD irradiada c) PrCl3XH2O d) PrCl3XH2O irradiada e) Pr-
2HPβCD y f) Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy 59
Figura 11 Difraccioacuten de rayos X de PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD 61
Figura 12 Espectros de infrarrojo de las muestra 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD 62
Figura 13 Espectros Raman de la muestra PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD 63
Figura 14 Efecto de temperatura en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD 64
Figura 15 Efecto de tiempo en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD 65
Figura 16 Recta de calibracioacuten del pCH como una funcioacuten del pH en el medio 2 M
de NaClO4 66
Figura 17 Espectros de absorcioacuten UV-Vis de la valoracioacuten espectrofotomeacutetrica del
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con NaOH 00025 M en el medio 2M de
NaClO4 67
IacuteNDICE
XVIII
Figura 18 Curva de valoracioacuten espectrofotomeacutetrica (absorbancia en funcioacuten del
pCH) y la primera derivada del praseodimio en presencia de la 2HPβCD a longitud
de onda de 210 nm 68
Figura 19 Curva de valoracioacuten potenciomeacutetrica directa de 25x10-4 M del
praseodimio en presencia de la 2HPβCD con 25x10-3 de NaOH en 2 M de NaClO4
a 30 degC en atmosfera libre de CO2 y primera derivada de la curva 69
IacuteNDICE
XIX
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Propiedades fisicoquiacutemicas de los diferentes tipos de ciclodextrinas
naturales 26
Tabla 2 Reacciones de hidroacutelisis del praseodimio y constantes de equilibrio 29
Tabla 3 Datos de la literatura sobre la primera constante de hidroacutelisis (log β1) del
praseodimio 31
Tabla 4 Diferentes concentraciones de praseodimio con 2HPβCD constante para
determinar las curvas de calibracioacuten 46
Tabla 5 Relaciones molares 2HPβCD Pr 47
Tabla 6 Dosis de irradiacioacuten de Co60 aplicadas a las muestras en solucioacuten y
soacutelidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 2HPβCD y PrCl3 XH2O en la
instalacioacuten VICKRAD y GAMMACELL del irradiador LGI-01 TRANSELEKTRO del
ININ 48
Tabla 7 Cantidad de complejo solubilizado a diferentes temperaturas en 2 ml de
agua destilada 51
Tabla 8 Cantidades de complejo Pr-2HPβCD y agua destilada en cada tubo de
ensaye 51
Tabla 9 Ecuaciones de calibracioacuten del praseodimio en presencia de la 2-
hidroxipropil-β-ciclodextrina obtenidos por UV-Vis 56
Tabla 10 Anaacutelisis EDS de las muestras de PrCl3 2-HPβCD y Pr-2HPβCD 60
Tabla 11 Grupos funcionales del PrCl3XH2O 2HPβCD y del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD 62
Tabla 12 Mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de 2 M de
NaClO4 66
Tabla 13 Constantes de hidroacutelisis del Pr y el pCH de precipitacioacuten en el complejo
de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 M de NaClO4 obtenidos mediante meacutetodo
potenciomeacutetrico y el programa SUPERQUAD a 30 degC 70
ABREVIATURAS
XX
ABREVIATURAS
Pr praseodimio
2HPβCD 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
CDs Ciclodextrinas
CD Ciclodextrina
Ln Lantaacutenidos
Pr-2HPβCD praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Pr-2βCD praseodimio-2-βeta-ciclodextrina
CGT ciclomaltodextrin-glucano-transferasa
TP Titulacioacuten potenciomeacutetrica
ES Titulacioacuten espectrofotomeacutetrica
RE Relacioacuten empiacuterica
ED Extraccioacuten con disolvente
MEB Microscopiacutea electroacutenica de barrido
EDS Espectroacutemetro de dispersioacuten de energiacutea de rayos X
UV-VIS Ultravioleta-Visible
DRX Difraccioacuten de rayos X
IR Infrarrojo
EDTA Acido tetracetico etilen diamina
Co60 Cobalto-60
JCPDS Joint Committee On Powder Diffraction Standards
M Molaridad
21
______________________________
CAPIacuteTULO I
INTRODUCCIOacuteN
______________________________
CAPIacuteTULO I INTRODUCCIOacuteN
22
1 INTRODUCCIOacuteN
El praseodimio pertenece al grupo de los lantaacutenidos que muestran propiedades
quiacutemicas muy similares entre ellos derivadas de su configuracioacuten electroacutenica
caracterizados por la presencia de orbitales 4f parcialmente llenos Incluso se
consideran parecidos al grupo de los elementos actiacutenidos El praseodimio es un
elemento metaacutelico con siacutembolo Pr nuacutemero atoacutemico 59 y peso atoacutemico 140907
gmol El isoacutetopo estable 141Pr constituye el 100 del elemento en la naturaleza
Este lemento puede ser encontrado en ceramicos para dar el color amarillo En
mezcla con otros lantanidos se usan como proyectores de luz Su uso sigue
aumentando debido al hecho de que es uacutetil para producir magnetos de alto poder
entre otros Sobre todo se esta empleando en la mitigacioacuten de cancer Es
peligroso en el ambiente cuando se tiran estos dispositivos despues de cumplir su
funcioacuten por lo que se acumularaacute gradualmente en los suelos y en el agua De ahiacute
la importancia de estudiar las reacciones de hidrolisis
La utilizacioacuten de la 2 hidroxipropil-β-ciclodextrina (2HPβCD) en este trabajo de
investigacioacuten es fundamental debido a que es un agente de formacioacuten de
complejos de inclusioacuten para aumentar la solubilidad acuosa debido a que las
ciclodextrinas (CDs) se comportan como nano contenedores capaces de
encapsular moleacuteculas hidroacutefobas de tamantildeo apropiado y solubilizarlas en agua
propiedad que se aprovecha para determinar las constantes de hidroacutelisis del
praseodimio
Por lo cual el objetivo principal de este trabajo de investigacioacuten y en ausencia de
datos fundamentales de la interaccioacuten Ln3+-CDs sustituidas fue preparar el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Ademaacutes determinar el pCH de precipitacioacuten la
zona no saturada y saturada del Pr-2HPβCD que permiten determinar la constante
de hidroacutelisis del complejo de inclusioacuten praseodimio-2hidroxipropil-β-ciclodextrina
(Pr-2HPβCD) en medio 2 M de NaClO4 a 303 K por titulacioacuten espectrofotomeacutetrica
y potenciomeacutetrica
23
______________________________
CAPIacuteTULO II
FUNDAMENTO
______________________________
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
24
2 FUNDAMENTO
21 LOS LANTANIDOS
Los lantaacutenidos (tierras raras) forman un grupo de 17 elementos quiacutemicos que
muestran propiedades singulares derivadas de su configuracioacuten electroacutenica Estaacuten
caracterizados por la presencia de orbitales 4f parcialmente llenos [1] Los
nuacutemeros atoacutemicos de estos elementos van de 41 hasta 71 (Ce-Lu)
La configuracioacuten electroacutenica de los iones Ln3+ es 4fn5s25p6 (n= 0-14) Los orbitales
4f son orbitales internos con respecto a los 5s y 5p por lo cual estaacuten maacutes
cercanos al nuacutecleo Los orbitales 5s y 5p protegen a los electrones 4f de
interacciones externas determinando las propiedades de los iones Ln3+ [1] o
conducta quiacutemica debido a la pequentildea diferencia de energiacutea que distingue a los
electrones 4f de los electrones 5d [23]
Las tierras raras como grupo constituyen el 0008 en peso de la corteza
terrestre Los minerales que contienen lantaacutenidos son la monacita la bastnasita
la xenotima la gadolinita la alanita y la euxenita los cuales ocurren en las
regiones de rocas iacutegneas [4]
Los elementos de las tierras raras en soluciones acuosas son acuocationes que
tienen asociado un cierto nuacutemero de moleacuteculas de agua en la esfera de
coordinacioacuten primaria [1] Las aplicaciones de los lantaacutenidos se iniciaron
praacutecticamente a mediados del siglo XIX por ejemplo en los encendedores
despueacutes empezaron a utilizarse en los vidrios oacutepticos como reactivos de
desplazamiento en resonancia magneacutetica nuclear en quiacutemica orgaacutenica en
bioquiacutemica en cataacutelisis en componentes oacutepticos y electroacutenicos en los
superconductores de alta temperatura y en medicina como materiales
intensificadores de rayos X como agentes de relajamiento para teacutecnicas de
imagen en resonancia magneacutetica nuclear y desde luego como radioisoacutetopos para
aplicaciones farmaceacuteuticas Su utilidad en medicina y en la industria aumentoacute al
aplicarse las propiedades luminiscentes de sus complejos en el
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
25
fluoroinmunoensayo la fluorescencia retardada los electrodos sensoriales
luminiscentes etc [5]
22 PRASEODIMIO
El praseodimio metaacutelico (siacutembolo Pr No Atoacutemico 59) es amarillento y forma una
capa de oacutexido cuando se expone al aire huacutemedo Es un isotopo estable con masa
de 140907 y abunda en la naturaleza en un 100 [6] fue descubierto por el
austriaco Auer Von Welsbach en 1885 [7] Este elemento tiene dos estados de
oxidacioacuten +3 y +4 El Pr3+ con configuracioacuten electroacutenica [54Xe]4f2 Presenta
propiedades fisicoquiacutemicas que pueden magnificarse al formar complejos con
ligantes orgaacutenicos El ion metaacutelico luminece en el visible y en el infrarrojo cercano
[68 y 9]
23 CICLODEXTRINAS (CDs)
La celulosa y el almidoacuten son dos poliacutemeros de glucosa principales que se
producen a partir de la fotosiacutentesis considerados como importantes fuentes de
energiacutea renovables de la tierra al hidrolizarse el almidoacuten por efecto de la enzima
ciclomaltodextrin-glucano-transferasa (CGT) da origen a las dextrinas ciacuteclicas Por
lo tanto las ciclodextrinas son oligoacutemeros ciacuteclicos [1011] se obtienen durante la
degradacioacuten enzimaacutetica del almidoacuten y consisten en una serie de oligosacaacuteridos
ciacuteclicos formados por 6 (α) 7 (β) y 8 (γ) unidades de α-D-glucosa (Figura 1)
[1213] poseen estructura semejante entre ellas pero sus propiedades son
diferentes (Tabla 1)
Figura 1 Estructura de α β y γ ciclodextrinas
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
26
Tabla 1 Propiedades fisicoquiacutemicas de los diferentes tipos de ciclodextrinas naturales [11]
α-CD β-CD γ-CD
Uniones de glucosa 6 7 8 Diaacutemetro interno (nm) 047-053 060-065 075-083 Profundidad de la cavidad (nm)
079 079 079
pK valor 123 122 121 Solubilidad en agua 125 185 232 PM (DA) 972 1135 1297 Volumen de cavidad (aprox)
174 262 427
Agua cristalina ( ww) 102 133-45 813-177 Interaccioacuten hidrofoacutebica CD-cavidad CD-cavidad CD-cavidad Puente de hidrogeno Glucosa-OH Glucosa-OH Glucosa-OH ∆Hdeg (solucioacuten) kcalmol 767 831 773 ∆Sdeg (solucioacuten) cal(mol K) 138 117 147
(mg mml-1 25deg C) (106 pm3)
Las ciclodextrinas como materiales polihidroxilados han sido objeto de una amplia
variedad de reacciones La reaccioacuten maacutes estudiada es el ataque electrofiacutelico al
grupo OH de su estructura [14] La cavidad interior de las ciclodextrinas es
hidrofobica por lo que estos compuestos son capaces de albergar moleacuteculas
hidroacutefobas maacutes pequentildeas para formar complejos ldquoanfitrioacuten-hueacutespedldquo en los que la
moleacutecula hueacutesped queda encapsulada por la ciclodextrina [1315] De acuerdo a
estas caracteriacutesticas son capaces de formar complejos de inclusioacuten por medio de
enlaces no covalentes los cuales estabilizan a una gran variedad de moleacuteculas
[16] Las ciclodextrinas pueden formar compuestos cristalinos a partir de
moleacuteculas orgaacutenicas hueacutesped en estado soacutelido liacutequido e incluso gaseoso En
consecuencia las moleacuteculas insolubles en agua pueden llegar a ser
completamente solubles mediante un tratamiento con disoluciones acuosas de
ciclodextrina sin que se produzca modificacioacuten quiacutemica alguna en la moleacutecula
hueacutesped ya que no se origina ninguacuten enlace covalente durante la interaccioacuten
entre la ciclodextrina y la moleacutecula insoluble en agua [1315]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
27
La importancia que las ciclodextrinas estaacuten cobrando en la actualidad se observa
en el raacutepido desarrollo de su mercado sobre todo en el constante nuacutemero de
trabajos de investigacioacuten patentes y conferencias que estaacuten teniendo lugar en
estos uacuteltimos antildeos [17] el mayor porcentaje de ciclodextrinas usadas
comercialmente corresponde a la alimentacioacuten [18] y a la cosmeacutetica y aseo
personal [19] Las ciclodextrinas se utilizan para enmascarar olores y sabores
desagradables disminuyen la incompatibilidad faacutermaco-excipiente mejoran la
estabilidad fiacutesica y quiacutemica de compuestos volaacutetiles y de principios activos que
sean hidrolizables oxidables o fotosensibles para convertir faacutermacos liacutequidos en
soacutelidos para su formulacioacuten en tabletas y una muy importante para incrementar la
solubilidad en agua y la velocidad de disolucioacuten de faacutermacos poco solubles
Factores que aumentaraacuten la biodisponibilidad existiendo la posibilidad de reducir
la dosis asiacute como mejorar la absorcioacuten percutaacutenea y rectal al reducirse el caraacutecter
hidrofoacutebico del faacutermaco [20]
Se puede mejorar la solubilidad de determinados compuestos como el retinol
empleado en formulaciones anti-envejecimiento al tiempo que los complejos con
ciclodextrina son maacutes estables a la reaccioacuten de oxidacioacuten y a la accioacuten de la
radiacioacuten ultravioleta Sin embargo es indudable que el mayor esfuerzo en
investigacioacuten estaacute relacionado con su potencial aplicacioacuten farmaceacuteutica [2122]
24 β-CICLODEXTRINA
La beta ciclodextrina es la maacutes empleada por sus caracteriacutesticas y propiedades de
estructura que presenta Las ciclodextrinas se forman mediante unidades de
glucopiranosa las cuales contienen 3 grupos de hidroxilos libres cada una la β-
ciclodextrina (Figura 1) posee 21 hidroxilos los cuales pueden ser modificados por
sustitucioacuten de los aacutetomos H u OH por diferentes grupos tales como hidroxialkil
amino alquil etc A partir de las CDs naturales se han sintetizado otros tipos de
CDs llamadas derivadas o modificadas El objetivo de obtener los derivados de las
CDs puede ser el aumento de solubilidad y estabilidad en el agua o mejorar la
encapsulacioacuten de la moleacutecula hueacutesped en su cavidad hidrofobica de la CD
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
28
25 2-HIDROXIPROPIL-β-CICLODEXTRINA
Entre los derivados de la β-ciclodextrina se encuentran las heterogeacuteneas amorfas
y altamente solubles como son la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Figura 2) y la
metil- β-ciclodextrina
La hidroxilpropil beta ciclodextrina (2HPβCD) que es una ciclodextrina sustituida
se obtiene de una solucioacuten base de la beta ciclo dextrina solubilizada con oacutexido de
propileno resultando un sistema isomerico cuya sustitucioacuten puede darse en las
posiciones 1 2 o 3 con solubilidad mayor a 500 mgmL en agua y a temperatura
ambiente La alquilacioacuten o hidroxialquilacioacuten de las ciclodextrinas afectan las
propiedades fisicoquiacutemicas de los derivados incluyendo la habilidad para formar
complejos farmaceacuteuticos y no es toacutexica despueacutes de una administracioacuten oral en
dosis menores a 500 mgkg por viacutea intravenosa [24 25]
Figura 2 2HPβCD
La complejacioacuten del praseodimio con la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina se obtiene el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con el fin de observar la influencia de la
solubilidad y estabilidad del praseodimio
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
29
26 HIDROacuteLISIS
La hidroacutelisis es decir la reaccioacuten de una especie tal como un ion metaacutelico con
los iones del agua asiacute como las reacciones redox y la formacioacuten de complejos con
los iones carbonato son algunas de las reacciones criacuteticas que controlan el
comportamiento de los lantaacutenidos en soluciones acuosas [12] en donde las
moleacuteculas de la sustancia son divididas en el agua
Las reacciones de hidroacutelisis dependen fuertemente del medio en que se efectuacutean
como son la fuerza ioacutenica el pH del medio la concentracioacuten del elemento y la
temperatura son paraacutemetros que rigen esas reacciones
Las reacciones de hidroacutelisis del praseodimio se muestran a continuacioacuten asiacute como
su constante de equilibrio de acuerdo a la ley de accioacuten de masas (Tabla 2)
Tabla 2 Reacciones de hidroacutelisis del praseodimio y constantes de equilibrio
Equilibrio Quiacutemico Constante de equilibrio
1 1198751199033+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)2+ + 119867+ 1198701119867 =
[119875119903(119874119867)2+][119867+]
[1198751199033+]
2 119875119903 (119874119867)2+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)2+ + 119867+
11987012119867 =[119875119903(119874119867)2
+][119867+]
[119875119903 (119874119867)2+]
3 119875119903 (119874119867)2+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)3
0 + 119867+ 11987013119867 =
[119875119903(119874119867)3+][119867+]
[119875119903(119874119867)2+]
4 119875119903 (119874119867)119899minus1+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)119899
0 + 119867+ 1198701119899119867 =
[119875119903(119874119867)119899+][119867+]
[119875119903(119874119867)119899minus1+ ]
5 1198751199033+ + 2119867119875120573119862119863 + 1198672119874 1198751199032119867119875120573119862119863(119874119867)2+ + 119867+ 11987011199011199032119867119875119861119862119863 =[119875119903 minus 2119867119875120573119862119863]
[1198751199033+]
De acuerdo con la ley de accioacuten de masas se pueden definir las constantes de
equilibrio (K) como K1H K12H K13H K1nH y K1Pr2HBCD Y con base en ellas se
pueden definir las constantes globales o acumulativas de hidroacutelisis
β1OH = K1H β12OH = [K1H][K12H] β13OH = [K1H][K12H][K13H]helliphelliphellip
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
30
Se entiende como constantes de Broumlnsted a las ecuaciones de la ley de accioacuten de
masas en las cuales el teacutermino de H+ aparece como actividad y las demaacutes especies
aparecen en teacuterminos de concentracioacuten
Las reacciones de hidroacutelisis se afectan cuando cambian las condiciones en las que
se llevan a cabo Una de esas condiciones a la que se le ha puesto atencioacuten
aunque hasta ahora no la suficiente es la fuerza ioacutenica Por lo general los trabajos
dedicados a la determinacioacuten de las constantes de hidroacutelisis se han efectuado en
medios de fuerza ioacutenica baja consideradas como soluciones ideales
Sin embargo para los medios tales como el agua de mar y otros de fuerza ioacutenica
maacutes elevada por ejemplo las minas de sal para almacenamiento de desechos
radiactivos se encuentran pocos datos en la literatura [25]
27 FUERZA IOacuteNICA
El comportamiento de los iones en una disolucioacuten depende de la composicioacuten
ioacutenica total de la misma la cual se expresa por su fuerza ioacutenica [26]
119868 =1
2sum 119862119894119885119894
2 Ec 1)
Donde
I = fuerza ioacutenica Ci = concentracioacuten molar de los iones existentes y Z
i = carga
ioacutenica de los iones existentes
La caracteriacutestica fundamental de las sales que se adicionan a un medio para
imponer la fuerza ioacutenica es que sean inertes pues no deben tomar parte en el
equilibrio quiacutemico [27] El aacutecido percloacuterico es el aacutecido maacutes fuerte en solucioacuten
acuosa por lo tanto el ion perclorato es una base deacutebil maacutes que los iones cloruro
y muestra muy poca tendencia a unirse a iones hidroacutegeno Lo mismo puede
decirse acerca de su tendencia a reaccionar con iones metaacutelicos que pueden
considerarse como aacutecidos de Lewis En la mayoriacutea de los percloratos metaacutelicos en
solucioacuten el ion metaacutelico se encuentra en forma hidratada siempre y cuando la
solucioacuten sea suficientemente aacutecida para que no se produzca la formacioacuten de
hidroxo complejos [28]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
31
La fuerza ioacutenica juega un papel de gran importancia en el pH Feldman en 1956
observoacute que el pH de una solucioacuten buffer 005 M de ftalato aacutecido de potasio
cambioacute desde 400 en fuerza ioacutenica cero hasta 357 en fuerza ioacutenica 2 M de KCl
Feldman explicoacute que el pH disminuye debido a que el coeficiente de actividad
cambia y por lo tanto hay mayor disociacioacuten de ftalato aacutecido de potasio [29] En la
literatura se han reportado diversos estudios de las constantes de estabilidad del
praseodimio en fuerza ioacutenica 2M (Tabla 3) donde se han empleado diferentes
condiciones de temperatura fuerza ioacutenica y diferentes meacutetodos donde se han
obtenido valores diferentes de la constante de estabilidad del praseodimio
Tabla 3 Datos de la literatura sobre la primera constante de hidroacutelisis (log β1) del praseodimio
Medio Meacutetodo Molaridad Log +β1 T K Referencia
NaCl ESTP 2 -874plusmn006 303 De la Cruz et al 2013
NaCl ES 2 -894plusmn002 303 Loacutepez et al 2010 NaCl SQUAD 2 -894plusmn003 303 Gonzales et al
2009 NaCl SQUAD 2 -891plusmn019 303 Gonzales et al
2009 NaCl ES 2 -877plusmn003 303 Gonzales et al
2009 NaClO4 TP 2 -838plusmn002 303 Loacutepez et al2005
NaCl TP 2 -876plusmn002 303 Loacutepez et al2005 NaCl TP 1 -858plusmn002 303 Ramirez et al
2004 NaClO4HClO4 ESTP 07 -862plusmn006 298 Klungness y
byrne2002 LiClO4 TP 3 -874plusmn003 303 Ciavata et al
1989 NaClO4 TP 3 -956plusmn003 298 Burkov et al
1982 NR RE 0 -81 298 Baes y Mesmer
1976 LiClO4 ED 02 -71plusmn007 298 Guillaumont et
al 1971 NaClO4 Ba(OH)2
TP 03002 -945 298 Frlova et al 1966
NaClO4 LiClO4
TP 3 -85 298 Tobias y Garrett1956
TP Titulacioacuten potenciomeacutetrica ES Espectrofotomeacutetrica RE Relacioacuten empiacuterica ED Extraccioacuten con
disolvente T K Temperatura
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
32
Sin embargo solo se ha podido determinar el valor de la primera constante de
estabilidad en este estudio se pretende conocer el valor de varias especies
aprovechando el aumento de solubilidad que ofrecen las ciclodextrinas
28 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACIOacuteN
281 MICROSCOPIacuteA ELECTROacuteNICA DE BARRIDO (MEB)
La superficie de un soacutelido puesto en contacto con un liacutequido o con un gas difiere
sustancialmente en su interior tanto en su composicioacuten quiacutemica como en sus
propiedades fiacutesicas a la de la inicial La caracterizacioacuten de estas propiedades de
superficie es de vital importancia en numerosos campos que incluyen la cataacutelisis
heterogeacutenea la tecnologiacutea de partiacuteculas delgadas semiconductoras los
mecanismos de corrosioacuten y adhesioacuten la actividad de las superficies metaacutelicas las
caracteriacutesticas de la dureza y los estudios sobre el comportamiento y las funciones
de las membranas bioloacutegicas [30]
En muchos campos de la quiacutemica de las ciencias de los materiales de la geologiacutea
y de la biologiacutea es cada vez de maacutes importancia el conocimiento detallado de la
naturaleza fiacutesica de las superficies de los soacutelidos Normalmente la informacioacuten se
obtiene sobre las superficies con una resolucioacuten considerablemente elevada
mediante tres teacutecnicas la microscopia electroacutenica de barrido (MEB) microscopia
de barrido de efecto tuacutenel y microscopia de fuerzas atoacutemicas [31] El microscopio
electroacutenico de barrido (MEB) es un instrumento para obtener fotografiacuteas
tridimensionales debido a que tiene una alta resolucioacuten y una gran profundidad de
campo En las fotografiacuteas se puede apreciar la estructura de muestras
microscoacutepicas detallando de manera extraordinaria sus caracteriacutesticas
morfoloacutegicas y topograacuteficas [32] de distintos materiales
Un instrumento que se ha desarrollado para el anaacutelisis de muestras a traveacutes del
microscopio electroacutenico de barrido es el analizador EDS (espectroacutemetro de
dispersioacuten de energiacutea) de rayos X el cual identifica la distribucioacuten cuantitativa y
cualitativa de elementos quiacutemicos que se encuentran presentes en la muestra
mostrando graacuteficas e imaacutegenes relacionadas con esa distribucioacuten Es pertinente
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
33
sentildealar que el analizador EDS de rayos X identifica y evaluacutea el contenido de
elementos quiacutemicos desde el carbono al uranio en superficies planas o secciones
finas de las muestras en todo tipo de material (bioloacutegico e inerte) [33]
282 ESPECTROSCOPIA DE ABSORCION ULTRAVIOLETA-VISIBLE (UV-
VIS)
Una de las teacutecnicas instrumentales maacutes utilizadas en la deteccioacuten de complejos de
inclusioacuten con CDs es la espectroscopia de absorcioacuten UV-VIS Es una teacutecnica
versaacutetil de amplia aplicacioacuten de manejo sencillo y preciso Debido a que la
mayoriacutea de las moleacuteculas orgaacutenicas absorben en la regioacuten UV o visible del
espectro donde experimentan variaciones en las posiciones de los maacuteximos de
absorcioacuten (cualitativas) o en el valor del coeficiente de absorcioacuten molar
(cuantitativas) tras la formacioacuten del complejo con CDs Como existen numerosas
moleacuteculas orgaacutenicas deacutebilmente solubles en agua son difiacuteciles de analizar por
esta teacutecnica espectrofotomeacutetrica Sin embargo la inclusioacuten conlleva a la
solubilizacioacuten permitiendo obtener el espectro de absorcioacuten en solucioacuten acuosa
que podriacutea producir variaciones en su espectro en solventes de baja polaridad
comparables con respecto a otros solventes maacutes polares [34]
La espectroscopia UV-Vis (en el rango de longitudes de onda del ultravioleta y
visible) se basa en el anaacutelisis de la cantidad de radiacioacuten electromagneacutetica que
puede absorber o transmitir una muestra [35] Cuando la radiacioacuten
electromagneacutetica interacciona con la materia se produce absorcioacuten de radiacioacuten
Si la frecuencia de esta radiacioacuten corresponde a la energiacutea necesaria para elevar
el sistema a un nivel de energiacutea superior se produce el estado excitado [36] De
acuerdo con este fenoacutemeno cada sustancia poseeraacute una longitud de onda de
maacutexima absorcioacuten que la caracteriza cualitativamente [35] Esta
espectrofotometriacutea utiliza radiaciones del campo UV de 80 a 400 nm
principalmente de 200 a 400 nm (UV cercano) y de luz visible de 400 a 800 nm
por lo que es de gran utilidad para caracterizar las soluciones en la regioacuten
ultravioleta-visible del espectro [37]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
34
283 DIFRACCIOacuteN DE RAYOS X (DRX)
Es una de las teacutecnicas de caracterizacioacuten maacutes potentes y maacutes comuacutenmente
utilizadas para el anaacutelisis estructural de cristales Sus caracteriacutesticas principales
son consecuencia de ser una ldquosondardquo electromagneacutetica de la materia con una
longitud de onda de magnitud muy parecida al espaciado interplanar de los soacutelidos
[38] Constituye la metodologiacutea maacutes apropiada para realizar el anaacutelisis de la
estructura cristalina del complejo [39] No obstante los diagramas de difraccioacuten
son una prueba concluyente para demostrar la inclusioacuten ya que el difractograma
del complejo es diferente al que se obtiene tras superponer los difractogramas de
la moleacutecula encapsulada y el de las CDs aisladas [40]
La interaccioacuten entre el vector eleacutectrico de la radiacioacuten X y los electrones de la
materia que atraviesa da lugar a una dispersioacuten Cuando los rayos X son
dispersados por el entorno ordenado de un cristal tienen lugar interferencias
(constructivas y destructivas) entre los rayos dispersados ya que las distancias
entre los centros de dispersioacuten son del mismo orden de magnitud que la longitud
de onda de la radiacioacuten El resultado es la difraccioacuten [41] Cuando las CDs
naturales o el hueacutesped cristalino son sometidas a la difractometriacutea de rayos X
eacutestos presentan un patroacuten de difraccioacuten de alta intensidad debido a su
cristalinidad Por el contrario si el complejo de inclusioacuten se forma va a mostrar un
patroacuten de tipo halo [42] con picos difusos y anchos caracteriacutesticos de un
compuesto amorfo Esta teacutecnica es sumamente uacutetil para verificar la formacioacuten de
complejos de inclusioacuten en el caso de hueacutespedes liacutequidos En efecto ya que estos
no presentan ninguacuten patroacuten de difraccioacuten si son incluidos se va a obtener un
difractograma con un patroacuten bien definido [43]
284 ESPECTROSCOPIA DE INFRARROJO (IR)
La aplicacioacuten del meacutetodo de infrarrojo se limita a aquellos hueacutespedes que tienen
ciertas bandas de absorcioacuten caracteriacutesticas como los grupos carbonilo hidroxilo o
C-H u otros que permitan evaluar si existen diferencias entre los espectros del
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
35
hueacutesped libre y encapsulado [42] Cuando se produce la encapsulacioacuten del
compuesto hueacutesped se produce un corrimiento o disminucioacuten de la intensidad de
ciertas bandas caracteriacutesticas del espectro correspondiente al hueacutesped Sin
embargo dichos cambios son muy sutiles debido a que el hueacutesped representa un
5-10 del peso total del complejo por lo cual requiere una interpretacioacuten
cuidadosa del espectro [44]
285 ESPECTROSCOPIA RAMAN
La espectroscopia Raman mide la intensidad de la radiacioacuten como una funcioacuten de
la frecuencia (o del nuacutemero de onda) [45] Esta teacutecnica es complementaria del IR y
la informacioacuten que aporta es semejante Las bandas se desplazan y se modifican
como consecuencia del proceso de inclusioacuten [46] Los espectros Raman se
obtienen al irradiar una muestra con una potente fuente laser de radiacioacuten
monocromaacutetica visible o infrarroja Durante la radiacioacuten se registra el espectro de
la radiacioacuten dispersada en un cierto aacutengulo (por lo general 90 deg) con un
espectroacutemetro adecuado [47] Las bandas se desplazan y se modifican como
consecuencia del proceso de inclusioacuten Probablemente la espectroscopia Raman
resulta de mayor utilidad en el caso de complejos en medios liacutequidos donde la
presencia de soluciones acuosas no supone un obstaacuteculo como ocurre en el caso
de la espectroscopia IR [48]
29 TITULACIOacuteN ESPECTROFOTOMEacuteTRICA
El meacutetodo espectrofotomeacutetrico es un meacutetodo analiacutetico el cual por medio de un
espectrofotoacutemetro permite comparar la radiacioacuten electromagneacutetica de una
sustancia en funcioacuten de su concentracioacuten desconocida y una concentracioacuten
conocida de la misma sustancia y evaluar el momento de reaccioacuten de un aacutecido y
una base mediante la absorcioacuten de radiacioacuten electromagneacutetica de la sustancia a
cierta longitud de onda fija permite determinar el punto final de la titulacioacuten La
medicioacuten de absorbancia se realiza en cada adicioacuten del titulante asiacute se
construyen graficas de absorbancia en funcioacuten del pCH de cada aliacutecuota de adicioacuten
del titulante (Figura 3) donde se observara la zona saturada y no saturada Estas
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
36
dos zonas nos permitiraacuten determinar el punto de inicio de precipitacioacuten del
lantaacutenido
Figura 3 Ilustracioacuten de un diagrama general de pLn(c)-pCH
El punto de precipitacioacuten (pCH) se utiliza para delimitar el intervalo de la zona no
saturada Este intervalo se utiliza en un programa de coacutemputo como
SUPERQUAD que se emplea para determinar constantes de equilibrio
210 MEacuteTODO POTENCIOMEacuteTRICO
Es el meacutetodo maacutes estudiado para determinar constantes de hidroacutelisis por su
sencillez y exactitud el meacutetodo se basa en la titulacioacuten de una solucioacuten de
concentracioacuten conocida de base (o aacutecido) con un aacutecido fuerte (o base fuerte) la
reaccioacuten se puede seguir por ejemplo con electrodos de vidrio y calomel
conectados a un potencioacutemetro [49] de los datos obtenidos de la titulacioacuten se
construye una graacutefica de titulacioacuten de pH en funcioacuten del volumen adicionado del
titulante (Figura 4)
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
37
Figura 4 Ilustracioacuten de una valoracioacuten potenciomeacutetricas directa con su primera derivada (∆pCH∆V)
El teacutermino pH se aplica habitualmente al logaritmo inverso de la concentracioacuten del
ion hidronio sin embargo cuando la fuerza ioacutenica es alta y el electrodo del
indicador es sensible al pH es importante diferenciar entre el logaritmo inverso de
la concentracioacuten de los iones hidronio (pCH) y el valor del pH experimental La
concentracioacuten de los iones hidronio (o de OH-) en el equilibrio y la composicioacuten de
una solucioacuten dada permiten calcular la razoacuten molar de los iones OH- unidos al ion
metaacutelico en solucioacuten un grupo de valores de [H+] y la concentracioacuten inicial del
metal son los datos necesarios para determinar las constantes de hidroacutelisis [49]
Se alimentan los datos de la zona no saturada y volumen del titulante adicionado a
la valoracioacuten potenciomeacutetrica al programa de coacutemputo SUPERQUAD y asiacute poder
determinar las constantes de hidroacutelisis del Pr
211 PROGRAMA DE COacuteMPUTO SUPERQUAD
El programa de coacutemputo SUPERQUAD fue creado por Gans Sabatini y Vacca
escrito en lenguaje fortran calcula las constantes de equilibrio en sistemas
multicomponentes y multireaccionantes Esas constantes se calculan con la base
de un modelo quiacutemico el cual debe incluir la estequiometria y los valores
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
38
estimados de las constantes globales de formacioacuten de cada una de las especies
presentes durante la valoracioacuten Se aplica reiteradamente el meacutetodo de miacutenimos
cuadrados a las diferencias que se generan en los potenciales experimentales de
las celdas menos los calculados por el propio programa Para alcanzar el miacutenimo
de estas diferencias se aplica el algoritmo de Marquadt Por uacuteltimo en el archivo
de salida del programa SUPERQUAD se obtienen los valores calculados y un
anaacutelisis estadiacutestico de los datos [25]
39
______________________________
CAPIacuteTULO III
HIPOacuteTESIS
______________________________
CAPIacuteTULO III HIPOacuteTESIS
40
3 HIPOacuteTESIS
La 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina aumentaraacute la solubilidad del praseodimio de
esta manera permitiraacute determinar varias especies quiacutemicas de hidroacutelisis de este
elemento en medio 2 M de NaClO4 a 30 degC
41
______________________________
CAPIacuteTULO IV
OBJETIVOS
______________________________
CAPIacuteTULO IV OBJETIVOS
42
4 OBJETIVOS
Objetivo general
Estudiar el comportamiento quiacutemico en solucioacuten acuosa del compuesto de
inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por medio de la
determinacioacuten de las constantes de hidroacutelisis en 2 M de NaClO4 a 30 degC
Objetivos especiacuteficos
Obtener el compuesto de inclusioacuten del praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina
Determinar las constantes de la hidroacutelisis de las especies quiacutemicas de
praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en 2 M de
NaClO4 y a 30 degC por el meacutetodo espectrofotomeacutetrico y el meacutetodo
potenciomeacutetrico
Determinar la constante de hidroacutelisis del compuesto de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en 2 M de NaClO4 y a 30 degC
por el meacutetodo espectrofotomeacutetrico y el meacutetodo potenciomeacutetrico
43
______________________________
CAPIacuteTULO V
METODOLOGIacuteA
______________________________
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
44
5 METODOLOGIacuteA
El diagrama de flujo (Figura 5) muestra el resumen de las actividades del
desarrollo experimental que se siguioacute en el estudio del praseodimio en presencia
de la 2HPβCD
Figura 5 Diagrama de flujo
INICIO
Preparacioacuten de las soluciones de 2M de NaClO4 PrCl3xH2O 2HPβCD y
Pr-2HPβCD
Preparacioacuten de precipitados PrCl3H2O 2HPβCD y Pr-
2HPβCD
Irradiacioacuten Gamma
Caracterizacioacuten de reactivos y el complejo de
inclusioacuten
UV-Vis
MEB y EDS
DRX
EspectroscopiaIR
Espectroscopia Raman
Efecto de concentracioacuten
Solubilidad
Efecto de temperatura
Efecto de tiempo
Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Meacutetodo grafico
Valoraciones potenciomeacutetricas
Determinacioacuten de constantes
de hidroacutelisis con el programa de
coacutemputo SUPERQUAD
Anaacutelisis de
resultados
FIN
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
45
La descripcioacuten de cada una de las etapas de este diagrama se muestra
enseguida
Los reactivos empleados en este trabajo fueron de grado analiacutetico Para la
preparacioacuten de las soluciones y lavado del material del laboratorio se usoacute agua
destilada
51 Preparacioacuten de la solucioacuten de la 2-hidroxipropyl- βeta-ciclodextrina
La solucioacuten del derivado de la beta ciclodextrina se preparoacute a partir de la 2-
hydroxipropyl-βeta-ciclodextrina [(C6H9O5)7-(C3H7O)45] de peso molecular 1396
gmol (anhidro) de Sigma-Aldrich Chem Company Inc el cual se disolvioacute con
agua destilada y agitacioacuten constante La concentracioacuten fue de 02389 M
52 Preparacioacuten de solucioacuten de praseodimio
La solucioacuten de praseodimio se preparoacute a partir del oacutexido de praseodimio (Pr6O11)
de Sigma-Aldrich Chem Company Inc El oacutexido se tratoacute con HCl concentrado el
precipitado resultante se diluyoacute en agua destilada y se evaporoacute hasta sequedad
este proceso se hizo tres veces Finalmente se diluyoacute con una solucioacuten de HCl de
pH 3 Esta solucioacuten se valoroacute con EDTA naranja de xilenol y piridina para
determinar la concentracioacuten la cual fue de 048 M
53 Preparacioacuten del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina
El complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina (Pr-
2HPβCD) se preparoacute a partir de las soluciones de la 2-hydroxipropyl-βeta-
ciclodextrina 02389 M y de la solucioacuten de praseodimio 048 M en la relacioacuten molar
11 La concentracioacuten del complejo de inclusioacuten fue de 0005 M Esta solucioacuten se
evaporoacute lentamente a sequedad en una parrilla de calentamiento Corning PC-351
Hot Plate-Stirrer durante 45 minutos El precipitado resultante se secoacute en una
estufa Lab Line Instruments Inc (Melrose Park Illinois) a 45-50degC durante 2
horas Varias fracciones de este precipitado se emplearon para determinar la
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
46
morfologiacutea la espectroscopia de infrarrojos difraccioacuten de rayos X y Raman
Tambieacuten se caracterizaron las muestras de PrCl3 XH2O y 2HPβCD
54 Determinacioacuten de las curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por UV-Vis
Para cuantificar praseodimio por espectrofotometriacutea UV-Vis se determinaron las
curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD para ello se
realizaron diluciones a diferentes concentraciones de PrCl3 XH2O manteniendo
constante la concentracioacuten de la 2HPβCD Los datos se muestran en la Tabla 4
Tabla 4 Diferentes concentraciones de praseodimio con 2HPβCD constante para determinar las curvas de calibracioacuten
Pr (ml) H2O
(ml)
2HPβCD
(ml)
Concentraciones
Pr2HPβCD [M]
00004 1999 2 00001 00025
00010 1998 2 000025 00025
00041 1995 2 0001 00025
00104 1989 2 00025 00025
00208 1979 2 0005 00025
00416 1958 2 001 00025
0104 1895 2 0025 00025
0260 1739 2 00625 00025
0520 1479 2 0125 00025
1041 0958 2 025 00025
125 075 2 03 00025
Las disoluciones se midieron en el espectroacutemetro UV-Vis marca Perkin Elmer
Lambda 10 en un intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
47
55 Estudio de la influencia de las relaciones molares de las soluciones del
complejo de inclusioacuten
Para determinar la influencia de la 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se prepararon las relaciones molares de PrCl3
XH2O y de 2HPβCD Los datos se muestran en la Tabla 5
Tabla 5 Relaciones molares 2HPβCD Pr
Relacioacuten 2HPβCDPr
2HPβCD (ml)
H2O (ml)
Pr (ml)
Concentraciones 2HPβCDPr [M]
051 0010 199 2 000125 00025
11 0020 1979 2 000250 00025
21 0041 1958 2 000500 00025
31 0062 1937 2 000750 00025
41 0083 1916 2 001000 00025
51 0104 1895 2 001250 00025
81 0167 1832 2 002000 00025
101 0209 1790 2 002500 00025
151 0313 1686 2 003750 00025
181 0376 1623 2 004500 00025
241 0502 1497 2 006000 00025
Las relaciones molares se prepararon a partir de las soluciones de PrCl3 XH2O
048 M y de la 2HPβCD 02389 M
Las disoluciones se midieron en el espectroacutemetro UV-Vis marca Perkin Elmer
Lambda 10 en un intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
56 Efecto de la Radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Para observar el efecto de la radiacioacuten gamma del Cobalto-60 (Co60) en el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se prepararon 6 soluciones de 10 ml del
complejo de inclusioacuten en relacioacuten molar 11 de concentracioacuten 0005 M de cada una
de ellas y soluciones de los reactivos PrCl3 XH2O y 2HPβCD en las mismas
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
48
condiciones Tambieacuten se prepararon 6 muestras soacutelidas de Pr-2HPβCD
(precipitado) PrCl3 XH2O y 2HPβCD de 02 g cada una
Cada una de estas muestras fue colocada en un vial de 20 ml luego se selloacute con
bolsa de plaacutestico y se irradiaron a diferentes dosis en el irradiador LGI-01
TRANSELEKTRO del ININ con una razoacuten de dosis de 103716 Gyh En la
posicioacuten de irradiacioacuten VICKRAD se colocaron tres muestras liacutequidas y tres
soacutelidas de la misma manera en la posicioacuten de irradiacioacuten GAMMACELL tres
muestras liacutequidas y tres soacutelidas En ambos casos cuando se alcanza la dosis
requerida (por ejemplo 1 Gy) una muestra se retira o se saca de la posicioacuten de
irradiacioacuten y asiacute sucesivamente se continuacutea hasta alcanzar la dosis maacutexima de
irradiacioacuten requerida Los datos se muestran en la Tabla 6
Tabla 6 Dosis de irradiacioacuten de Co60 aplicadas a las muestras en solucioacuten y soacutelidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 2HPβCD y PrCl3 XH2O en la instalacioacuten VICKRAD y GAMMACELL del irradiador
LGI-01 TRANSELEKTRO del ININ
1ra Serie Instalacioacuten VICKRAD
No Muestras soacutelidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
No Muestras liacutequidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
1 (a) 1 Gy 4 (1i) 1 Gy 2 (b) 10 Gy 5 (2i) 10 Gy
3 (c) 100 Gy 6 (3i) 100 Gy
2da Serie Instalacioacuten GAMMACELL
No Muestras soacutelidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
No Muestras liacutequidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
1 (d) 05 KGy 4 (4i) 05 KGy
2 (e) 5 KGy 5 (5i) 5 KGy
3 (f) 10 KGy 6 (6i) 10 KGy
Las muestras liacutequidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD PrCl3-XH2O y
2HPβCD irradiadas se evaporaron a sequedad para realizar el anaacutelisis de
caracterizacioacuten
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
49
57 Caracterizacioacuten del compuesto de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina
571 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB)
Para realizar este anaacutelisis se emplearon fracciones de cada uno de los reactivos
PrCl3 XH2O 2HPβCD el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD irradiado Cada una de las fracciones se colocaron en un
porta muestras de aluminio Se recubrieron con una capa de oro para que las
muestras fueran conductoras El anaacutelisis morfoloacutegico se realizoacute en un microscopio
JSM-1600 y JSM-6610LV acoplados a una sonda de espectroscopia de difraccioacuten
de rayos X con el software de los equipos se obtuvo el anaacutelisis elemental
realizado por EDS (Energy Dispersion of X ray Espectrosocopy) que proporcionoacute
informacioacuten cualitativa y cuantitativa de las muestras analizadas
572 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX)
Este anaacutelisis se realizoacute con el difractoacutemetro de polvos SIEMENS D-5000 con
aacutenodo de cobre λ = 15406 Ǻ y un barrido de 25-80 en 2ɵ Para ello se colocaron
en un porta muestras fracciones de cada una de las muestras PrCl3 XH2O
2HPβCD Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado En cada una de estas muestras se
hizo incidir un haz de rayos X De esta manera se obtuvieron graacuteficas de
intensidad en funcioacuten del aacutengulo de difraccioacuten Los resultados se compararon con
las tarjetas de los patrones reportados por el Joint Committee on Powder
Diffraction Standards (JCPDS)
573 Anaacutelisis por espectroscopia de infrarrojo (IR)
Se realizoacute la espectroscopia de infrarrojo de las muestras de PrCl3 XH2O
2HPβCD Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado con el espectroacutemetro Nicolet
Magna-IRTM spectrometer 550 FTIR en un intervalo de 450-4000 cm-1 Las
muestras se prepararon con un estaacutendar de KBr mediante el meacutetodo de
dispersioacuten de pastilla para su anaacutelisis
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
50
574 Anaacutelisis por espectroscopia Raman
Se realizoacute la espectroscopia Raman de las muestras de PrCl3 XH2O 2HPβCD
Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado con el equipo Raman LabRamHR JovynIvon-
Horiba Una fraccioacuten de cada una de las muestras se colocaron en un porta
muestras conectado a un microscopio y se hizo incidir un rayo laacuteser de un
microacutemetro de diaacutemetro Como resultado se obtuvo una graacutefica de intensidad
Raman contra el desplazamiento Raman Los espectros Raman de las muestras
fueron obtenidos en un intervalo de 0 a 1700 cm-1
58 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-βeta-ciclodextrina
581 Efecto de temperatura
En un tubo de ensaye se le adicionoacute 2 ml de agua destilada a 20 0C En un bantildeo
mariacutea a la temperatura de 20 0C se colocoacute el tubo de ensaye con 2 ml de agua
destilada y se le adicionoacute poco a poco la muestra del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD (05 g previamente pesada) Se agitoacute manualmente de manera
constante hasta observar la formacioacuten de precipitado (Pr-2HPβCD) en el fondo
del tubo de ensaye
Este proceso tambieacuten se realizoacute a las temperaturas de 35 42 50 y 60degC El
residuo del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD que ya no se adicionoacute en el tubo de
ensaye se pesoacute y por diferencia con el peso inicial (05 g) se determinoacute los
gramos solubilizados del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Los datos se
muestran en la Tabla 7
Con los resultados obtenidos se graficoacute la temperatura en funcioacuten de la cantidad
de complejo de inclusioacuten solubilizado
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
51
Tabla 7 Cantidad de complejo solubilizado a diferentes temperaturas en 2 ml de agua destilada
Pr-2HPβCD (g)
H2O
(ml)
Temp (degC) del H2O
Pr-2HPβCD solubilizados (g)
1 05 2 20 01866 2 05 2 35 02472 3 05 2 42 03014 4 05 2 50 03461 5 05 2 60 03628
582 Efecto del tiempo
En un tubo de ensaye se le adicionoacute 2 ml de agua destilada a temperatura
ambiente Se le adicionoacute la muestra del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD (01001
g previamente pesada) se registroacute el tiempo (inicial) y se agitoacute manualmente de
manera constante hasta observar la formacioacuten de precipitado (Pr-2HPβCD) en el
fondo del tubo de ensaye Se registroacute el tiempo (final) cuando el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD se solubilizoacute completamente Este proceso se realizoacute 5
veces La determinacioacuten del tiempo de solubilizacioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD es la diferencia entre el tiempo inicial y final Los datos se muestran en la
Tabla 8 Con los resultados obtenidos se graficoacute los gramos solubilizados del
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en funcioacuten del tiempo
Tabla 8 Cantidades de complejo Pr-2HPβCD y agua destilada en cada tubo de ensaye
Pr-2HPβCD
(g)
H2O
(ml) Tiempo (seg)
1 01001 2 161
2 01005 2 163
3 01011 2 167
4 01018 2 169
5 01026 2 170
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
52
59 Determinacioacuten de la curva de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4
Para corregir el pH experimental en el medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 se
preparoacute una solucioacuten de NaOH al 50 pesovolumen A partir de esta solucioacuten se
preparoacute una solucioacuten de hidroacutexido de sodio a una concentracioacuten de 1 N en una
caja de guantes con atmosfera de nitroacutegeno Esta solucioacuten se valoroacute con ftalato
aacutecido de potasio y fenolftaleiacutena para determinar su concentracioacuten Con esta
solucioacuten de NaOH 1 N se prepararon soluciones de 01 001 y 0001 M y a estas
mismas concentraciones con HCl 1N titrisol ambas en medio de fuerza ioacutenica 2 M
de NaClO4 La medicioacuten de pH de estas soluciones (pH experimental) se
realizaron con un electrodo de vidrio AgClAg Radiometer XG200 con agitacioacuten
constante a temperatura de 30 degC controlada por un bantildeo de agua circulante
ldquoPolyscience Circulatiorrdquo modelo 12101-10 Se mantuvo una atmosfera de
nitroacutegeno en la celda potenciomeacutetrica de doble pared Se midioacute el pH 3 veces de
cada solucioacuten el mismo diacutea y durante tres diacuteas consecutivos Se promediaron los
datos obtenidos y se trazoacute una graacutefica que permitioacute realizar la relacioacuten entre el
logaritmo inverso de la concentracioacuten de los iones hidrogeno (pCH) y el pH
experimental
510 Valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Se realizaron valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD con hidroacutexido de sodio en fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 para ello se
colocoacute en una celda de reaccioacuten 10 ml de 2 M de NaClO4 de pH 3 21 microL de la
solucioacuten de 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina de concentracioacuten 02389 M y 105
microL de la solucioacuten de PrCl3 XH2O de concentracioacuten 048 M para tener una
concentracioacuten inicial de 000025 M del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Se
midioacute el pH se tomoacute una aliacutecuota de 3 ml y se midioacute su absorbancia con el
espectrofotoacutemetro UV-Vis Perkin Elmer Lambda 10 en un intervalo de longitud de
onda de 200 a 700 nm Como blanco se empleoacute agua destilada Los 3 ml de
solucioacuten medida por UV-Vis se regresaron a la celda de reaccioacuten Posteriormente
se adicionaron aliacutecuotas de una solucioacuten de 00025 M de NaOH en 2 M de
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
53
NaClO4 Se repitioacute varias veces el proceso de tomar una aliacutecuota en la celda de
reaccioacuten a la celda de cuarzo y medir la absorbancia del complejo de inclusioacuten de
tal manera que el pH incrementara de 02 en 02 hasta alcanzar un pH de 9 o 10
aproximadamente En todo el proceso se mantuvo una temperatura de 30 degC y
una atmoacutesfera de nitroacutegeno constante en la celda
Con los datos de pH y absorbancia a una longitud de onda de 210 nm obtenidos
se graficaron los valores de la absorbancia en funcioacuten del pCH para determinar el
pCH de precipitacioacuten la zona no saturada y la zona saturada
511 Valoraciones potenciomeacutetricas directas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Con el sistema de titulacioacuten automaacutetica que consiste de un potencioacutemetro
Radiometer TIM900 Titrilab de un electrodo combinado de vidriondashAgClAg y una
bureta automaacutetica de 20 ml se realizaron valoraciones potenciomeacutetricas directas
Para lo cual se colocoacute en la celda de reaccioacuten 10 ml de 2 M de NaClO4 de pH 3
21 microL de la solucioacuten de 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina de concentracioacuten 02389
M y 105 microL de la solucioacuten de PrCl3 XH2O de concentracioacuten 048 M para tener
una concentracioacuten inicial de 000025 M del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Esta solucioacuten se valoroacute con NaOH 00025 M en 2 M de NaClO4 a una temperatura
de 30 degC flujo de nitroacutegeno y agitacioacuten constante Con los datos de pH y volumen
de NaOH se graficaron los valores de pCH en funcioacuten del volumen de NaOH El
intervalo de pCH de la zona no saturada se determinoacute despueacutes de que el aacutecido fue
neutralizado y el pCH final se determinoacute con el pCH de precipitacioacuten obtenido en la
titulacioacuten espectrofotomeacutetrica Este intervalo de pCH de la zona no saturada se
emplearon en el programa de computo SUPERQUAD para determinar los valores
de las constantes de hidroacutelisis del praseodimio y del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
54
______________________________
CAPIacuteTULO VI
RESULTADOS
______________________________
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
55
6 RESULTADOS
61 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 6 muestra los espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes
concentraciones en presencia de 2HPβCD 00025 M determinados en el intervalo
de longitud de onda de 200 a 700 nm En ellos se observa que cuando aumenta
la concentracioacuten del praseodimio en presencia de 2HPβCD aumenta el tamantildeo de
las bandas La 2HPβCD no presenta bandas de absorcioacuten en toda la regioacuten de
200-700 nm
Figura 6 Espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes concentraciones en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
A partir de la Figura 6 y de acuerdo al tamantildeo de las bandas de absorcioacuten de los
espectros UV-Vis en funcioacuten de la concentracioacuten del praseodimio se establecen
tres regiones de intereacutes En la regioacuten de longitud de onda de 200-225 nm la banda
de absorcioacuten maacutexima del praseodimio se encuentra en 215 nm para
concentraciones bajas en la regioacuten de 440-490 nm se encuentran las bandas de
absorcioacuten de 444 469 nm y 482 nm para concentraciones intermedias y
finalmente en la regioacuten de 558-600 nm se encuentran las bandas de absorcioacuten de
200 300 400 500 600 700
00
05
10
15
20
25
30
Ab
so
rban
cia
Longitu de onda (cm-1)
000011MPr
0000251MPr
00011MPr
000251MPr
00051MPr
001MPr
0025MPr
006251MPr
01251MPr
0251MPr
031MPr
00025M2HPBCD
00025MPr
1
2
3
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
56
5885 nm para cuantificar concentraciones altas de praseodimio en presencia de la
2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Figura 7 y Tabla 9) En la Figura 7 se muestran las
rectas de calibracioacuten para cuantificar praseodimio Estas rectas de calibracioacuten fueron
determinadas con los datos de los valores de absorbancia de cada banda de
absorcioacuten de la Figura 6 en funcioacuten de la concentracioacuten del praseodimio
Figura 7 Rectas de calibracioacuten de las bandas de absorcioacuten del praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
Tabla 9 Ecuaciones de calibracioacuten del praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
obtenidos por UV-Vis
Intervalo de longitud de onda de UV-Vis
200-250 nm 400-500 nm 560-620 nm
Bandas de 215 nm 444 nm 469 nm 482 nm 5885 nm
absorcioacuten
Ecuaciones de
calibracioacuten
A= 26554[Pr] + 00527
A = 513[Pr] + 00127
A = 21698[Pr] + 00123
A = 15912[Pr] + 00128
A = 00783[Pr] + 00103
Rsup2 = 09949 Rsup2 = 09992 Rsup2 = 09958 Rsup2 = 09917 Rsup2 = 09769
Doacutende nm= nanoacutemetros A= Absorbancia [Pr (III)]= Concentracioacuten del Praseodimio R = Coeficiente de
correlacioacuten
000 005 010 015 020 025 030
00
02
04
06
08
10
12
14
16
y=15912 x +00128
R2=09917
y=00783 x +00103
R2=09769
y=21698 x +00123
R2=09958
y=513 x +00127
R2=09992
215 nm
444 nm
469 nm
482 nm
5885 nm
Abso
rbancia
[Pr] M
y=26554 x +00527
R2=09949
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
57
En la Tabla 9 se muestran los datos de las ecuaciones de calibracion para
determinar praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina por
espectroscopiacutea UV-Vis
Estas consideraciones tienen una limitacioacuten ya que se debe tomar en cuenta que
el intervalo oacuteptimo para medir la absorbancia con fines de anaacutelisis cuantitativo
estaacute entre 002ndash15
62 Efecto de la concentracioacuten de la 2HPβCD en el praseodimio por
espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 8 muestra los espectros de absorcioacuten del praseodimio a concentracioacuten
constante (00025 M) en presencia de 2HPβCD a diferentes concentraciones
determinados en el intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
Figura 8 Espectro de absorcioacuten UV-Vis del praseodimio a concentracioacuten constante en presencia de la 2HPβCD a diferentes concentraciones En el detalle central se muestra la ampliacioacuten de la banda de
absorcioacuten 215 nm
En los espectros de absorcioacuten del praseodimio de la Figura 8 se observa que
cuando aumenta la concentracioacuten de 2HPβCD aumenta ligeramente el tamantildeo de
200 300 400 500 600 700
00
02
04
Ab
so
rbancia
Longitud de onda (cm-1)
00025MPr
00025M2HPBCD
051M
11M
21M
31M
41M
51M
81M
101M
151M
181M
241M1
2 3
200 205 210 215 220 225 230
00
01
02
03
04
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
1
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
58
las bandas de absorcioacuten del praseodimio En el detalle central de la Figura 8 se
aprecia maacutes adecuadamente este efecto
Con estas observaciones se muestra que la 2HPβCD aumenta la solubilidad del
praseodimio debido a este aumento ligero en el tamantildeo de las bandas de
absorcioacuten del praseodimio de la Figura 8
63 Efecto de la radiacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD por
espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 9 muestra los espectros de absorcioacuten determinados en el intervalo de
longitud de onda de 200 a 700 nm del 2HPβCD 2HPβCD irradiado PrCl3XH2O
PrCl3XH2O irradiado el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y el complejo de
inclusioacuten Pr-2-HP-β-CD irradiado Las irradiaciones se realizaron a 10000 Gy
Figura 9 Espectro UV-Vis de las muestras irradiadas en solucioacuten del complejo Pr-2HPβCD PrCl3 y 2HPβCD
Como se observa en la Figura 9 el efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de
inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Pr-2HPβCD) mostraron que
cuando el complejo de inclusioacuten es irradiado a 10 000 Gy se observaron ligeros
200 300 400 500 600 700
00
02
04
06
08
10
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
00025 M 2HPBCD
Pr 00025 M
Pr-2HPBCD
2HPBCD 10 KGY
PrCl3-XH2O 10 KGy
Pr-2HPBCD 10 KGy
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
59
cambios comparado con el complejo de inclusioacuten no irradiado Esto se puede
deber a que probablemente el complejo empieza a descomponerse
62 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB)
La Figura 10 muestra las imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las
muestras 2HPβCD 2HPβCD irradiada PrCl3XH2O PrCl3XH2O irradiada Pr-
2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy
a) c) e)c
b) d) f)
Figura 10 Imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las muestras a) 2HPβCD b) 2HPβCD irradiada c) PrCl3XH2O d) PrCl3XH2O irradiada e) Pr-2HPβCD y f) Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy
La 2HPβCD mostroacute partiacuteculas esfeacutericas de diversos tamantildeos con una superficie
lisa en su interior se observan cavidades dentro de las partiacuteculas pareciera que
se desprenden esferas maacutes pequentildeas El PrCl3XH2O mostroacute una superficie
rugosa las partiacuteculas se ven fundidas debido probablemente a que el material es
higroscoacutepico y tiende a hidratarse faacutecilmente El complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
muestra una morfologiacutea diferente a los reactivos precursores ya que se presentan
partiacuteculas en forma de rocas de diferentes dimensiones ademaacutes se observan
aglomeraciones de partiacuteculas Las imaacutegenes de las muestras irradiadas a una
dosis de 10 KGy conservan su morfologiacutea a excepcioacuten de PrCl3XH2O irradiada y
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
60
Pr-2HPβCD irradiada muestran pequentildeos cambios Sus partiacuteculas se ven un poco
maacutes fundidas probablemente se deba al efecto de la radiacioacuten
La composicioacuten quiacutemica elemental de las muestras 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD se muestran en la Tabla 10 determinado por el anaacutelisis elemental (EDS)
Tabla 10 Anaacutelisis EDS de las muestras de PrCl3 2-HPβCD y Pr-2HPβCD
Elemento Atoacutemico
Pr Cl O C
PrCl3 1233 plusmn 207 3595 plusmn 666 5171 plusmn 871 -----
2HPβCD ----- ----- 4159 plusmn 22 584 plusmn 22
Pr-2HPβCD 097 plusmn061 248 plusmn 143 3619plusmn 422 6034 plusmn 478
Todas las muestras presentan los elementos de su composicioacuten quiacutemica La
presencia de Pr Cl C y O en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD confirman la
interaccioacuten de 2HPβCD PrCl3XH2O para la formacioacuten del complejo de inclusioacuten
como se muestras en la Tabla 10
63 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX)
En la Figura 11 se muestran los difractogramas de 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD determinado por Difraccioacuten de Rayos X Los difractogramas de rayos X
de la Figura 11 muestran diferencias entre ellas El difractograma del PrCl3XH2O
presenta reflexiones de alta intensidad comparado con las otras muestras debido
a su naturaleza cristalina del praseodimio El difractograma de la 2HPβCD es de
estructura amorfa caracteriacutestica de los compuestos de carbono
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
61
Figura 11 Difraccioacuten de rayos X de PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD
El difractograma del compuesto de inclusioacuten Pr-2HPβCD muestra una
combinacioacuten de reflexiones de las muestras de PrCl3XH2O y 2HPβCD debido a la
formacioacuten de eacuteste complejo de inclusioacuten aunque predomina el de la 2HPβCD
Se comparoacute el difractograma de la muestra de PrCl3XH2O con la tarjeta del patroacuten
reportado por el Joint Committee on Powder Diffraction Standards (JCPDS) PDF
84-2188 Aqua Praseodymium Chloride Ambos difractogramas coinciden
adecuadamente
Los difractogramas de las muestras irradiadas a diferentes dosis mostraron que en
el intervalo de dosis de 1-500 Gy las muestras no sufren cambios Sin embargo
cuando el complejo de inclusioacuten es irradiado a 5000 y 10 000 Gy se observaron
ligeros cambios en sus inflexiones comparados con las muestras no irradiadas
Probablemente las muestras empiezan a descomponerse
64 Espectroscopia de infrarrojo (IR)
En la Figura 12 se muestra los espectros de infrarrojo de la 2HPβCD PrCl3XH2O
y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
62
Figura 12 Espectros de infrarrojo de las muestra 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-2HPβCD
El espectro infrarrojo de la muestra de PrCl3XH2O presenta la banda de absorcioacuten
a 341434 cm-1 correspondiente a moleacuteculas de agua de hidratacioacuten y la banda de
absorcioacuten a 67003 cm-1 debido a las uniones praseodimio con cloruros El
espectro infrarrojo de la muestra de la 2HPβCD presenta bandas de absorcioacuten a
331508 cm-1 [OH] 292046 cm-1 [CH2] 115183 cm-1 [C-C] 108000 cm-1 [C-O] y
102306 cm-1 [O-H]
Tabla 11 Grupos funcionales del PrCl3XH2O 2HPβCD y del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Compuesto [OH] [CH2] [C-C] [C-O] [O-H] [Cl3]
PrCl3XH2O 341434 67003
2HPβCD 331508 292046 115183 108000 102306
Pr-2HPβCD 329688 292645 115247 108028 102514
120723[PrCl3XH2O-Pr-2HPβCD] -11746
120723[2HPβCD-Pr-2HPβCD] -182 599 064 028 208
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
63
En la Tabla 11 se muestran los datos de las bandas de absorcioacuten de las muestras
de 2HPβCD PrCl3XH2O y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y los valores
de los desplazamientos observados Los valores de desplazamiento indican la
formacioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Las bandas de absorcioacuten de las
muestras irradiadas a diferentes dosis mostraron que en el intervalo de dosis de 1-
500 Gy las muestras no sufren cambios Cuando las muestras son irradiados a
5000 y 10 000 Gy se observaron ligeros cambios en la intensidad de la bandas de
absorcioacuten
65 Espectroscopia Raman
Figura 13 Espectros Raman de la muestra PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD
La Figura 13 muestra los espectros Raman de las muestras 2HPβCD PrCl3XH2O
y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Se realizaron 100 adquisiciones de
cada uno de las muestras Los resultados son el promedio de estas Los espectros
Raman de la Figura 13 muestran diferencias entre ellas
El espectro Raman del PrCl3XH2O muestra un pico intenso a 19278 cm-1 Este
pico se observa en el espectro Raman del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD a
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
64
23814 cm-1 y es de intensidad menor Las bandas de la 2HPβCD (44336 47805
84780 94691 126575 133270 145854 cm-1) algunas desaparecen y otras se
desplazan en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Esto indica la formacioacuten del
complejo de inclusioacuten
Al comparar los espectros Raman de las muestras irradiadas a diferentes dosis
mostraron que en el intervalo de dosis de 1-500 Gy no sufren cambios Sin
embargo en el intervalo de 5000 a 10000 Gys se observa la presencia de una
banda que no se encuentra en las muestras no irradiadas Probablemente las
muestras empiezan a descomponerse
66 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-βeta-ciclodextrina
661 Efecto de temperatura
La Figura 14 muestra el efecto de temperatura sobre la solubilidad del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD
Figura 14 Efecto de temperatura en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
20 30 40 50 60
018
020
022
024
026
028
030
032
034
036
038
g P
r-2H
PB
CD
Temperatura degC
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
65
La Figura muestra que conforme la temperatura va aumentando la solubilidad de
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta Es decir a la temperatura 20 degC se
solubilizan 01866 g del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD mientras que a 60 degC
se solubilizan 03628 g
662 Efecto de tiempo
La Figura 15 muestra el efecto del tiempo sobre la solubilidad del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD
Se observoacute que conforme el tiempo va aumentando la solubilidad de complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta Con esto se determinoacute que la dilucioacuten de 01 gr de
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 ml de agua destilada se lleva a cabo en
un tiempo 170 segundos
Figura 15 Efecto de tiempo en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
01000 01005 01010 01015 01020 01025 01030
160
162
164
166
168
170
Tie
mpo (
segundos)
g Pr-2HPBCD
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
66
67 Recta de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4
Se realizaron las mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de
2 M de NaClO4 Los datos se muestran en la Tabla 12
Tabla 12 Mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de 2 M de NaClO4
Concentracioacuten (M)
pCH pH
exp 1 pH
exp 2 pH
exp 3 pH
exp 4 pH
exp 5 pH exp prom
HCl 0001 3 2359 2205 2333 2402 2329 23256
001 2 1173 1172 1207 1228 1268 12096
01 1 0508 0248 0253 0352 0361 03444
NaOH 0001 11 9987 9994 9926 10009 9994 9982
001 12 10947 10876 10959 10876 10849 109014
01 13 11612 1156 11604 11552 11516 115688
Se graficaron los datos de pH (experimental) promedio en funcioacuten del pCH (teoacuterico)
se tiene la Figura 16
Figura 16 Recta de calibracioacuten del pCH como una funcioacuten del pH en el medio 2 M de NaClO4
0 2 4 6 8 10 12 14
0
2
4
6
8
10
12
pC
H
pH
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
67
La ecuacioacuten de la recta de calibracioacuten es
pCH= 105108 (plusmn00063) pH + 06352 (plusmn00669) R2= 09995
Esta ecuacioacuten permitioacute corregir todos los datos de pH experimental de este
trabajo
68 Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Se realizaron valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD en medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 a 30 deg C en atmoacutesfera inerte
Se obtuvieron espectros de absorcioacuten UV-Vis en el intervalo de longitud de onda
de 200 a 700 nm En la Figura 17 se muestra los espectros de absorcioacuten de cada
una de las aliacutecuotas del praseodimio en presencia de la 2HPβCD en el intervalo de
longitud de onda de 200 a 230 nm
Figura 17 Espectros de absorcioacuten UV-Vis de la valoracioacuten espectrofotomeacutetrica del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con NaOH 00025 M en el medio 2M de NaClO4
200 210 220 230
00
01
02
03
04
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
68
Se graficaron los datos de absorbancia a la longitud de onda de 215 nm de la Figura
17 y los valores de pCH correspondientes se obtuvo la Figura 18
Figura 18 Curva de valoracioacuten espectrofotomeacutetrica (absorbancia en funcioacuten del pCH) y la primera derivada del praseodimio en presencia de la 2HPβCD a longitud de onda de 215 nm
La derivada de la curva de la Figura 18 permitioacute determinar el pCH de precipitacioacuten
(maacutexima inflexioacuten) el cual fue de 812 A partir de este pCH se determinoacute la zona
no saturada (lado izquierdo de la curva) y saturada (lado derecho de la curva)
69 Titulaciones potenciomeacutetricas
Se realizaron valoraciones potenciomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
con NaOH en medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 a 30 degC en atmosfera inerte
Se obtuvo la Figura 19 La valoracioacuten potenciomeacutetrica del Pr-2HPβCD inicio en
medio acido por medio de la primera derivada y su inflexioacuten de la curva se
determinoacute el pCH inicial (pCH= 656) el valor de pCH final se determinoacute con el valor
de la primera derivada (pCHpp= 812) de la Figura 18 (punto de inicio de
precipitacioacuten del PrCl3XH2O)
4 5 6 7 8 9 10
025
030
035
040
045
050
055
060
pCH
Ab
so
rban
cia
-01
00
01
02
03
04
05
06
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
69
Figura 19 Curva de valoracioacuten potenciomeacutetrica directa de 25x10-4 M del praseodimio en presencia de la 2HPβCD con 25x10-3 de NaOH en 2 M de NaClO4 a 30 degC en atmosfera libre de CO2 y primera
derivada de la curva Detalle central (zona no saturada)
Con estos dos valores se determinoacute el intervalo de la zona no saturada que se
muestra en el detalle central de la Figura 19 empleado para el caacutelculo de la
primera constante de hidrolisis del praseodimio y del complejo del praseodimio en
presencia de la 2HPβCD
610 Refinamientos
A partir del detalle central de la Figura 19 (zona no saturada) los datos de
volumen pCH concentracioacuten del titulado y titulante y un modelo quiacutemico propuesto
con la estequiometria se alimentaron al programa de computo SUPERQUAD y
mediante refinamiento computacional se determinaron los valores de la constante
de hidrolisis de las especies quiacutemicas del praseodimio y del complejo de inclusioacuten
Pr-2HPβCD que se muestran en la Tabla 13
0 5 10 15 20
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
ml adicionados de NaOH
pC
H
0
2
4
6
8
10
00 01 02 03 04 05 06 07
64
66
68
70
72
74
76
78
80
82
pC
H
ml adicionados de NaOH
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
70
Tabla 13 Constantes de hidroacutelisis del Pr y el pCH de precipitacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 M de NaClO4 obtenidos mediante meacutetodo potenciomeacutetrico y el programa SUPERQUAD a
30 degC
Equilibrio Quiacutemico
logβ1
POTENCIOMETRICO
(SUPERQUAD)
Intervalo
(pCH)
No
puntos
ESPECTROFOTOMETRICO
pCH de pp
Meacutetodo GRAFICO
Pr3++ H2O Pr(OH)2++ H+ -862plusmn0007 656-812 33 812
Pr(OH)2++H2O Pr(OH)2++H+ -1710plusmn003
Pr(OH)2++H2O Pr(OH)3+H+ -2586plusmn001
Pr3++2HPβCD+H2O Pr-
2HPβCD-(OH)2++H+
-509plusmn007
En la Tabla 13 anterior se muestra el valor de pCH de precipitacioacuten obtenido por el
meacutetodo espectrofotomeacutetrico (meacutetodo graacutefico) que fue de 812 Los valores de las
constantes de hidrolisis de las especies quiacutemicas del praseodimio fueron-
logβ1OH=-862plusmn0007-logβ22OH=-1710plusmn003-logβ33OH=-2586plusmn001 y del complejo
de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-509plusmn007 obtenidos por el meacutetodo
potenciomeacutetrico empleando el programa de computo SUPERQUAD
71
______________________________
CONCLUSIONES
______________________________
CONCLUSIONES
72
CONCLUSIONES
bull Se observaron 3 zonas de absorcioacuten caracteriacutesticas del praseodimio
situadas a una longitud de onda de 215 nm 3 bandas de absorcioacuten en 444
nm 469 nm y 482 nm y en 5885 nm se determinaron para cada banda las
rectas de calibracioacuten
bull Se demostroacute la inclusioacuten del praseodimio en la 2HPβCD y el efecto de la
radiacioacuten gamma en los reactivos (PrCl3XH2O 2HPβCD) y el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD satisfactoriamente mediante las diferentes teacutecnicas de
caracterizacioacuten y anaacutelisis empleadas (MEB UV-Vis DRX Espectroscopia
Infrarrojo y Espectroscopia Raman)
bull El efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-β-ciclodextrina (Pr-2HP-β-CD) mostroacute que en el intervalo de
dosis de 1-500 Gy no sufren cambios Sin embargo cuando es irradiado a
5000 y 10 000 Gy se observaron ligeros cambios Esto se puede deber a
que probablemente el complejo empieza a descomponerse
bull La solubilidad de complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta en funcioacuten del
aumento de la temperatura
bull Conforme el tiempo va aumentando la solubilidad de complejo de inclusioacuten
Pr-2HPβCD aumenta
bull El valor de la primera constante de hidrolisis del praseodimio obtenido fue-
logβ1OH=-862plusmn0007 y del complejo de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-
509plusmn007
73
______________________________
RECOMENDACIONES
______________________________
RECOMENDACIONES
74
bull El complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se debe preparar con diferentes
meacutetodos para elegir el maacutes adecuado de acuerdo a su rendimiento
quiacutemico y asegurar su formacioacuten
bull Comparar la zona no saturada de complejo de Inclusioacuten del Pr-2HPβCD
Pr-2βCD y la del praseodimio sin complejo para observar el efecto de la
solubilidad y estabilidad
bull Determinar las constantes de hidrolisis del praseodimio y del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD irradiado con radiacioacuten gamma de Co60 y comparar
con la de complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD no irradiado
75
______________________________
GLOSARIO
______________________________
GLOSARIO
76
GLOSARIO
1 Absorbancia
Se define como la relacioacuten (logariacutetmica) entre la intensidad de la luz que incide
sobre una muestra y la intensidad de esa misma luz que es transmitida a traveacutes de
esa muestra Cuando una luz de una longitud de onda determinada seleccionada
por un filtro incide sobre una muestra parte de esa luz es absorbida La luz no
absorbida pasa a traveacutes de la muestra y es recogida por un detector colocado en
el otro lado del pocillo de la micro placa frente a la fuente de luz
2 Algoritmo de Marquadt
Es un proceso iterativo de convergencia que a traveacutes de la teacutecnica de los miacutenimos
cuadrados ponderados permite encontrar los paraacutemetros de las ecuaciones de
funciones no lineales
3 Complejo de inclusioacuten
Mezcla cristalina en la que las moleacuteculas de un componente estaacuten contenidas
dentro de la red cristalina del otro
4 Confinamiento de residuos
Lugar totalmente seguro controlado y construido con el propoacutesito de disponer
residuos peligrosos instalados en un lugar retirado de la poblacioacuten con el objetivo
de disminuir riesgos de caraacutecter natural y humano
5 Curva de calibracioacuten
Representacioacuten graacutefica de una sentildeal que se mide en funcioacuten de la concentracioacuten
de un analito La calibracioacuten incluye la seleccioacuten de un modelo para estimar los
paraacutemetros que permitan determinar la linealidad de esa curva Y en
consecuencia la capacidad de un meacutetodo analiacutetico para obtener resultados que
sean directamente proporcionales a la concentracioacuten de un compuesto en una
muestra dentro de un determinado intervalo de trabajo
GLOSARIO
77
6 Desechos radiactivos
Residuo o subproductos que contiene varios elementos quiacutemicos radiactivos que
no tiene un fin praacutectico
7 Especies quiacutemicas
En quiacutemica el teacutermino especie quiacutemica se usa comuacutenmente para referirse de
forma geneacuterica a aacutetomos moleacuteculas iones radicales etc que sean el objeto de
consideracioacuten o estudio
8 Estabilidad
Una sustancia es estable si no es particularmente reactivo en el ambiente o
durante uso normal y mantiene sus propiedades uacutetiles en la escala de tiempo de
su durabilidad esperada y por lo que se dice que el material es inestable si se
corroe descompone polimeriza quema o explota bajo las condiciones anticipadas
de uso o condiciones ambientales normales
9 Fisioacuten nuclear
Reaccioacuten en la cual un nuacutecleo se bombardea con neutrones se convierte en
inestable y se descompone en dos nuacutecleos y tamantildeos son del mismo orden de
magnitud con gran desprendimiento de energiacutea y la emisioacuten de dos o tres
neutrones los cuales a su vez ocasionar maacutes fisiones al interaccionar con nuevos
nuacutecleos fisionables que emitiraacuten nuevos neutrones y asiacute sucesivamente
10 Fuerza ioacutenica
Propiedad de una solucioacuten que depende de la concentracioacuten total de iones en la
solucioacuten asiacute como de la carga de dichos iones
11 Isoacutetopo
Nucleiacutedos pertenecientes a un mismo elemento quiacutemico pero que se diferencian
entre el nuacutemero de neutrones de cada uno
GLOSARIO
78
12 Lenguaje fortran
Es un lenguaje de programacioacuten de alto nivel de propoacutesito general procedimental
e imperativo que estaacute especialmente adaptado al caacutelculo numeacuterico y a la
computacioacuten cientiacutefica
13 Lgi-01 TRANSELEKTRO (LGI-01)
Equipo de irradiacioacuten integrado por un cuerpo ciliacutendrico de plomo que sirve de
blindaje una jaula ciliacutendrica que contiene los laacutepices de Co60 un eacutembolo moacutevil con
una cavidad (caacutemara de exposicioacuten) una consola de mando y un cronoacutemetro para
establecer el tiempo de irradiacioacuten La caacutemara de exposicioacuten alberga a las
muestras para la irradiacioacuten un sistema electromecaacutenico baja el depoacutesito de las
muestras hasta la fuente de radiacioacuten que consta de 48 laacutepices de los cuales 12
contiene Co60 y el resto estaacuten vaciacuteos
14 Longitud de onda
Es la distancia real que recorre una perturbacioacuten (onda) en un determinado
intervalo de tiempo Ese intervalo de tiempo es el transcurrido entre dos maacuteximos
consecutivos de alguna propiedad fiacutesica de la onda
15 Medio acuoso
Medio o disolucioacuten acuosa se refiere a que una mezcla de disolventes el
disolvente mayoritario es agua Las disoluciones acuosas tienen una gran
importancia en la biologiacutea desde los laboratorios de ciencia baacutesica hasta la
quiacutemica de la vida pasando por la quiacutemica industrial Por la vasta cantidad y
variedad de sustancias que son solubles en agua esta se denomina a veces
disolvente universal
16 pCH
Es el logaritmo inverso de la concentracioacuten de los iones hidroacutegeno
17 pH
Es una medida del pH experimental de este trabajo
GLOSARIO
79
18 Precursores
Sustancia indispensable o necesaria para producir otra mediante los compuestos
quiacutemicos que constituyen una primera etapa en un proceso quiacutemico y actuacutean
como sustrato en las etapas posteriores
19 Radiacioacuten gamma
Es un tipo de radiacioacuten electromagneacutetica constituida por fotones se produce por
elementos radiactivos o procesos subatoacutemicos como la aniquilacioacuten de un par
positroacuten-electroacuten Los rayos gamma constituyen un tipo de radiacioacuten ionizante
capaz de penetrar en la materia maacutes profundamente que la radiacioacuten α y la β
pueden causar graves dantildeos a las ceacutelulas se usan para esterilizar equipos
meacutedicos y alimentos
20 Reacciones de hidroacutelisis
Reacciones quiacutemicas entre una moleacutecula de agua y cualquier otra especie
quiacutemica en la cual la moleacutecula de agua se divide y sus aacutetomos forman parte de
otra especie quiacutemica
21 Relacioacuten molar
Factor de conversioacuten cuyo fin es convertir en una reaccioacuten quiacutemica la cantidad de
moles de una sustancia a la cantidad correspondiente de moles de otra sustancia
La sustancia de partida se expresa en gramos y la sustancia deseada en moles
22 Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Se denomina valoracioacuten espectrofotomeacutetrica al procedimiento por el cual se
determina el punto final de una titulacioacuten utilizando las medidas de absorbancia a
una longitud de onda fija Para simplificar la teacutecnica se selecciona una longitud de
onda donde solamente uno de los componentes de la muestra absorba
80
______________________________
REFERENCIAS CITADAS
______________________________
REFERENCIAS CITADAS
81
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fisicoquiacutemica de los complejos de hidroxietil-β-ciclodextrina y β-ciclodextrina
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49 Loacutepez-Gonzaacutelez H D (2005) Determinacioacuten de las constantes del
producto de solubilidad de ln (OH)3 y el efecto de los iones cloruro sobre la
hidroacutelisis de lantano praseodimio y lutecio en soluciones acuosas de fuerza
ioacutenica 2 molar pp 21
ABSTRACT
XII
contemplates the soluble species The data of the unsaturated zone were
processed by computational refinement with the SUPERQUAD computer program
The values of the hydrolysis constants of the praseodymium species were -logβ1OH
= -862 plusmn 0007 -logβ2 2OH = -1710 plusmn 003 -logβ3 3OH = -2586 plusmn 001 and the
inclusion complex was -logβPr2HPBCD = -509 plusmn 007 obtained by parts using the
computer program SUPERQUAD
IacuteNDICE
XIII
IacuteNDICE
DEDICATORIA VII
AGRADECIMIENTOS VIII
RESUMEN IX
ABSTRACT XI
IacuteNDICE XIII
IacuteNDICE DE FIGURAS XVII
IacuteNDICE DE TABLAS XIX
ABREVIATURAS XX
CAPIacuteTULO I INTRODUCCIOacuteN 21
1 Introduccioacuten 22
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO 23
2 Fundamento 24
21 Los lantanidos 24
22 Praseodimio 25
23 Ciclodextrinas (CDs) 25
24 β-ciclodextrina 27
25 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina 28
26 Hidroacutelisis 29
27 Fuerza ioacutenica 30
28 Teacutecnicas de caracterizacioacuten 32
281 Microscopiacutea electroacutenica de barrido (MEB) 32
282 Espectroscopia de absorcion ultravioleta-visible (UV-VIS) 33
283 Difraccioacuten de rayos X (DRX) 34
284 Espectroscopia de infrarrojo (IR) 34
IacuteNDICE
XIV
285 Espectroscopia Raman 35
29 Titulacioacuten espectrofotomeacutetrica 35
210 Meacutetodo potenciomeacutetrico 36
211 programa de coacutemputo SUPERQUAD 37
CAPIacuteTULO III HIPOacuteTESIS 39
3 Hipoacutetesis 40
CAPIacuteTULO IV OBJETIVOS 41
4 Objetivos 42
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA 43
5 Metodologiacutea 44
51 Preparacioacuten de la solucioacuten de la 2-hidroxipropyl- βeta-ciclodextrina 45
52 Preparacioacuten de solucioacuten de praseodimio 45
53 Preparacioacuten del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina 45
54 Determinacioacuten de las curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por UV-Vis 46
55 Estudio de la influencia de las relaciones molares de las soluciones del
complejo de inclusioacuten 47
56 Efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 47
57 Caracterizacioacuten del compuesto de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-βeta-
ciclodextrina 49
571 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB) 49
572 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX) 49
573 Anaacutelisis por espectroscopia de infrarrojo (IR) 49
574 Anaacutelisis por espectroscopia Raman 50
IacuteNDICE
XV
58 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina 50
581 Efecto de temperatura 50
582 Efecto del tiempo 51
59 Determinacioacuten de la curva de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4 52
510 Valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina 52
511 Valoraciones potenciomeacutetricas directas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina 53
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS 54
6 Resultados 55
61 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea ultravioleta-visible (UV-Vis) 55
62 Efecto de la concentracioacuten de la 2HPβCD en el praseodimio por
espectrofotometriacutea ultravioleta-visible (UV-Vis) 57
63 Efecto de la radiacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD por
espectrofotometriacutea ultravioleta-visible (UV-Vis) 58
62 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB) 59
63 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX) 60
64 Espectroscopia de infrarrojo (IR) 61
65 Espectroscopia Raman 63
66 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina 64
661 Efecto de temperatura 64
662 Efecto de tiempo 65
67 Recta de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4 66
68 Valoraciones espectrofotomeacutetricas 67
IacuteNDICE
XVI
69 Titulaciones potenciomeacutetricas 68
610 Refinamientos 69
CONCLUSIONES 71
RECOMENDACIONES 73
GLOSARIO 75
REFERENCIAS CITADAS 80
IacuteNDICE
XVII
IacuteNDICE DE FIGURAS
Figura 1 Estructura de α β y γ ciclodextrinas 25
Figura 2 2HPβCD 28
Figura 3 Ilustracioacuten de un diagrama general de pLn(c)-pCH 36
Figura 4 Ilustracioacuten de una valoracioacuten potenciomeacutetricas directa con su primera
derivada (∆pCH∆V) 37
Figura 5 Diagrama de flujo 44
Figura 6 Espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes concentraciones en
presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina 55
Figura 7 Rectas de calibracioacuten de las bandas de absorcioacuten del praseodimio en
presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina 56
Figura 8 Espectro de absorcioacuten UV-Vis del praseodimio a concentracioacuten
constante en presencia de la 2HPβCD a diferentes concentraciones 57
Figura 9 Espectro UV-Vis de las muestras irradiadas en solucioacuten del complejo Pr-
2HPβCD PrCl3 y 2HPβCD 58
Figura 10 Imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las muestras a)
2HPβCD b) 2HPβCD irradiada c) PrCl3XH2O d) PrCl3XH2O irradiada e) Pr-
2HPβCD y f) Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy 59
Figura 11 Difraccioacuten de rayos X de PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD 61
Figura 12 Espectros de infrarrojo de las muestra 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD 62
Figura 13 Espectros Raman de la muestra PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD 63
Figura 14 Efecto de temperatura en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD 64
Figura 15 Efecto de tiempo en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD 65
Figura 16 Recta de calibracioacuten del pCH como una funcioacuten del pH en el medio 2 M
de NaClO4 66
Figura 17 Espectros de absorcioacuten UV-Vis de la valoracioacuten espectrofotomeacutetrica del
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con NaOH 00025 M en el medio 2M de
NaClO4 67
IacuteNDICE
XVIII
Figura 18 Curva de valoracioacuten espectrofotomeacutetrica (absorbancia en funcioacuten del
pCH) y la primera derivada del praseodimio en presencia de la 2HPβCD a longitud
de onda de 210 nm 68
Figura 19 Curva de valoracioacuten potenciomeacutetrica directa de 25x10-4 M del
praseodimio en presencia de la 2HPβCD con 25x10-3 de NaOH en 2 M de NaClO4
a 30 degC en atmosfera libre de CO2 y primera derivada de la curva 69
IacuteNDICE
XIX
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Propiedades fisicoquiacutemicas de los diferentes tipos de ciclodextrinas
naturales 26
Tabla 2 Reacciones de hidroacutelisis del praseodimio y constantes de equilibrio 29
Tabla 3 Datos de la literatura sobre la primera constante de hidroacutelisis (log β1) del
praseodimio 31
Tabla 4 Diferentes concentraciones de praseodimio con 2HPβCD constante para
determinar las curvas de calibracioacuten 46
Tabla 5 Relaciones molares 2HPβCD Pr 47
Tabla 6 Dosis de irradiacioacuten de Co60 aplicadas a las muestras en solucioacuten y
soacutelidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 2HPβCD y PrCl3 XH2O en la
instalacioacuten VICKRAD y GAMMACELL del irradiador LGI-01 TRANSELEKTRO del
ININ 48
Tabla 7 Cantidad de complejo solubilizado a diferentes temperaturas en 2 ml de
agua destilada 51
Tabla 8 Cantidades de complejo Pr-2HPβCD y agua destilada en cada tubo de
ensaye 51
Tabla 9 Ecuaciones de calibracioacuten del praseodimio en presencia de la 2-
hidroxipropil-β-ciclodextrina obtenidos por UV-Vis 56
Tabla 10 Anaacutelisis EDS de las muestras de PrCl3 2-HPβCD y Pr-2HPβCD 60
Tabla 11 Grupos funcionales del PrCl3XH2O 2HPβCD y del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD 62
Tabla 12 Mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de 2 M de
NaClO4 66
Tabla 13 Constantes de hidroacutelisis del Pr y el pCH de precipitacioacuten en el complejo
de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 M de NaClO4 obtenidos mediante meacutetodo
potenciomeacutetrico y el programa SUPERQUAD a 30 degC 70
ABREVIATURAS
XX
ABREVIATURAS
Pr praseodimio
2HPβCD 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
CDs Ciclodextrinas
CD Ciclodextrina
Ln Lantaacutenidos
Pr-2HPβCD praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Pr-2βCD praseodimio-2-βeta-ciclodextrina
CGT ciclomaltodextrin-glucano-transferasa
TP Titulacioacuten potenciomeacutetrica
ES Titulacioacuten espectrofotomeacutetrica
RE Relacioacuten empiacuterica
ED Extraccioacuten con disolvente
MEB Microscopiacutea electroacutenica de barrido
EDS Espectroacutemetro de dispersioacuten de energiacutea de rayos X
UV-VIS Ultravioleta-Visible
DRX Difraccioacuten de rayos X
IR Infrarrojo
EDTA Acido tetracetico etilen diamina
Co60 Cobalto-60
JCPDS Joint Committee On Powder Diffraction Standards
M Molaridad
21
______________________________
CAPIacuteTULO I
INTRODUCCIOacuteN
______________________________
CAPIacuteTULO I INTRODUCCIOacuteN
22
1 INTRODUCCIOacuteN
El praseodimio pertenece al grupo de los lantaacutenidos que muestran propiedades
quiacutemicas muy similares entre ellos derivadas de su configuracioacuten electroacutenica
caracterizados por la presencia de orbitales 4f parcialmente llenos Incluso se
consideran parecidos al grupo de los elementos actiacutenidos El praseodimio es un
elemento metaacutelico con siacutembolo Pr nuacutemero atoacutemico 59 y peso atoacutemico 140907
gmol El isoacutetopo estable 141Pr constituye el 100 del elemento en la naturaleza
Este lemento puede ser encontrado en ceramicos para dar el color amarillo En
mezcla con otros lantanidos se usan como proyectores de luz Su uso sigue
aumentando debido al hecho de que es uacutetil para producir magnetos de alto poder
entre otros Sobre todo se esta empleando en la mitigacioacuten de cancer Es
peligroso en el ambiente cuando se tiran estos dispositivos despues de cumplir su
funcioacuten por lo que se acumularaacute gradualmente en los suelos y en el agua De ahiacute
la importancia de estudiar las reacciones de hidrolisis
La utilizacioacuten de la 2 hidroxipropil-β-ciclodextrina (2HPβCD) en este trabajo de
investigacioacuten es fundamental debido a que es un agente de formacioacuten de
complejos de inclusioacuten para aumentar la solubilidad acuosa debido a que las
ciclodextrinas (CDs) se comportan como nano contenedores capaces de
encapsular moleacuteculas hidroacutefobas de tamantildeo apropiado y solubilizarlas en agua
propiedad que se aprovecha para determinar las constantes de hidroacutelisis del
praseodimio
Por lo cual el objetivo principal de este trabajo de investigacioacuten y en ausencia de
datos fundamentales de la interaccioacuten Ln3+-CDs sustituidas fue preparar el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Ademaacutes determinar el pCH de precipitacioacuten la
zona no saturada y saturada del Pr-2HPβCD que permiten determinar la constante
de hidroacutelisis del complejo de inclusioacuten praseodimio-2hidroxipropil-β-ciclodextrina
(Pr-2HPβCD) en medio 2 M de NaClO4 a 303 K por titulacioacuten espectrofotomeacutetrica
y potenciomeacutetrica
23
______________________________
CAPIacuteTULO II
FUNDAMENTO
______________________________
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
24
2 FUNDAMENTO
21 LOS LANTANIDOS
Los lantaacutenidos (tierras raras) forman un grupo de 17 elementos quiacutemicos que
muestran propiedades singulares derivadas de su configuracioacuten electroacutenica Estaacuten
caracterizados por la presencia de orbitales 4f parcialmente llenos [1] Los
nuacutemeros atoacutemicos de estos elementos van de 41 hasta 71 (Ce-Lu)
La configuracioacuten electroacutenica de los iones Ln3+ es 4fn5s25p6 (n= 0-14) Los orbitales
4f son orbitales internos con respecto a los 5s y 5p por lo cual estaacuten maacutes
cercanos al nuacutecleo Los orbitales 5s y 5p protegen a los electrones 4f de
interacciones externas determinando las propiedades de los iones Ln3+ [1] o
conducta quiacutemica debido a la pequentildea diferencia de energiacutea que distingue a los
electrones 4f de los electrones 5d [23]
Las tierras raras como grupo constituyen el 0008 en peso de la corteza
terrestre Los minerales que contienen lantaacutenidos son la monacita la bastnasita
la xenotima la gadolinita la alanita y la euxenita los cuales ocurren en las
regiones de rocas iacutegneas [4]
Los elementos de las tierras raras en soluciones acuosas son acuocationes que
tienen asociado un cierto nuacutemero de moleacuteculas de agua en la esfera de
coordinacioacuten primaria [1] Las aplicaciones de los lantaacutenidos se iniciaron
praacutecticamente a mediados del siglo XIX por ejemplo en los encendedores
despueacutes empezaron a utilizarse en los vidrios oacutepticos como reactivos de
desplazamiento en resonancia magneacutetica nuclear en quiacutemica orgaacutenica en
bioquiacutemica en cataacutelisis en componentes oacutepticos y electroacutenicos en los
superconductores de alta temperatura y en medicina como materiales
intensificadores de rayos X como agentes de relajamiento para teacutecnicas de
imagen en resonancia magneacutetica nuclear y desde luego como radioisoacutetopos para
aplicaciones farmaceacuteuticas Su utilidad en medicina y en la industria aumentoacute al
aplicarse las propiedades luminiscentes de sus complejos en el
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
25
fluoroinmunoensayo la fluorescencia retardada los electrodos sensoriales
luminiscentes etc [5]
22 PRASEODIMIO
El praseodimio metaacutelico (siacutembolo Pr No Atoacutemico 59) es amarillento y forma una
capa de oacutexido cuando se expone al aire huacutemedo Es un isotopo estable con masa
de 140907 y abunda en la naturaleza en un 100 [6] fue descubierto por el
austriaco Auer Von Welsbach en 1885 [7] Este elemento tiene dos estados de
oxidacioacuten +3 y +4 El Pr3+ con configuracioacuten electroacutenica [54Xe]4f2 Presenta
propiedades fisicoquiacutemicas que pueden magnificarse al formar complejos con
ligantes orgaacutenicos El ion metaacutelico luminece en el visible y en el infrarrojo cercano
[68 y 9]
23 CICLODEXTRINAS (CDs)
La celulosa y el almidoacuten son dos poliacutemeros de glucosa principales que se
producen a partir de la fotosiacutentesis considerados como importantes fuentes de
energiacutea renovables de la tierra al hidrolizarse el almidoacuten por efecto de la enzima
ciclomaltodextrin-glucano-transferasa (CGT) da origen a las dextrinas ciacuteclicas Por
lo tanto las ciclodextrinas son oligoacutemeros ciacuteclicos [1011] se obtienen durante la
degradacioacuten enzimaacutetica del almidoacuten y consisten en una serie de oligosacaacuteridos
ciacuteclicos formados por 6 (α) 7 (β) y 8 (γ) unidades de α-D-glucosa (Figura 1)
[1213] poseen estructura semejante entre ellas pero sus propiedades son
diferentes (Tabla 1)
Figura 1 Estructura de α β y γ ciclodextrinas
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
26
Tabla 1 Propiedades fisicoquiacutemicas de los diferentes tipos de ciclodextrinas naturales [11]
α-CD β-CD γ-CD
Uniones de glucosa 6 7 8 Diaacutemetro interno (nm) 047-053 060-065 075-083 Profundidad de la cavidad (nm)
079 079 079
pK valor 123 122 121 Solubilidad en agua 125 185 232 PM (DA) 972 1135 1297 Volumen de cavidad (aprox)
174 262 427
Agua cristalina ( ww) 102 133-45 813-177 Interaccioacuten hidrofoacutebica CD-cavidad CD-cavidad CD-cavidad Puente de hidrogeno Glucosa-OH Glucosa-OH Glucosa-OH ∆Hdeg (solucioacuten) kcalmol 767 831 773 ∆Sdeg (solucioacuten) cal(mol K) 138 117 147
(mg mml-1 25deg C) (106 pm3)
Las ciclodextrinas como materiales polihidroxilados han sido objeto de una amplia
variedad de reacciones La reaccioacuten maacutes estudiada es el ataque electrofiacutelico al
grupo OH de su estructura [14] La cavidad interior de las ciclodextrinas es
hidrofobica por lo que estos compuestos son capaces de albergar moleacuteculas
hidroacutefobas maacutes pequentildeas para formar complejos ldquoanfitrioacuten-hueacutespedldquo en los que la
moleacutecula hueacutesped queda encapsulada por la ciclodextrina [1315] De acuerdo a
estas caracteriacutesticas son capaces de formar complejos de inclusioacuten por medio de
enlaces no covalentes los cuales estabilizan a una gran variedad de moleacuteculas
[16] Las ciclodextrinas pueden formar compuestos cristalinos a partir de
moleacuteculas orgaacutenicas hueacutesped en estado soacutelido liacutequido e incluso gaseoso En
consecuencia las moleacuteculas insolubles en agua pueden llegar a ser
completamente solubles mediante un tratamiento con disoluciones acuosas de
ciclodextrina sin que se produzca modificacioacuten quiacutemica alguna en la moleacutecula
hueacutesped ya que no se origina ninguacuten enlace covalente durante la interaccioacuten
entre la ciclodextrina y la moleacutecula insoluble en agua [1315]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
27
La importancia que las ciclodextrinas estaacuten cobrando en la actualidad se observa
en el raacutepido desarrollo de su mercado sobre todo en el constante nuacutemero de
trabajos de investigacioacuten patentes y conferencias que estaacuten teniendo lugar en
estos uacuteltimos antildeos [17] el mayor porcentaje de ciclodextrinas usadas
comercialmente corresponde a la alimentacioacuten [18] y a la cosmeacutetica y aseo
personal [19] Las ciclodextrinas se utilizan para enmascarar olores y sabores
desagradables disminuyen la incompatibilidad faacutermaco-excipiente mejoran la
estabilidad fiacutesica y quiacutemica de compuestos volaacutetiles y de principios activos que
sean hidrolizables oxidables o fotosensibles para convertir faacutermacos liacutequidos en
soacutelidos para su formulacioacuten en tabletas y una muy importante para incrementar la
solubilidad en agua y la velocidad de disolucioacuten de faacutermacos poco solubles
Factores que aumentaraacuten la biodisponibilidad existiendo la posibilidad de reducir
la dosis asiacute como mejorar la absorcioacuten percutaacutenea y rectal al reducirse el caraacutecter
hidrofoacutebico del faacutermaco [20]
Se puede mejorar la solubilidad de determinados compuestos como el retinol
empleado en formulaciones anti-envejecimiento al tiempo que los complejos con
ciclodextrina son maacutes estables a la reaccioacuten de oxidacioacuten y a la accioacuten de la
radiacioacuten ultravioleta Sin embargo es indudable que el mayor esfuerzo en
investigacioacuten estaacute relacionado con su potencial aplicacioacuten farmaceacuteutica [2122]
24 β-CICLODEXTRINA
La beta ciclodextrina es la maacutes empleada por sus caracteriacutesticas y propiedades de
estructura que presenta Las ciclodextrinas se forman mediante unidades de
glucopiranosa las cuales contienen 3 grupos de hidroxilos libres cada una la β-
ciclodextrina (Figura 1) posee 21 hidroxilos los cuales pueden ser modificados por
sustitucioacuten de los aacutetomos H u OH por diferentes grupos tales como hidroxialkil
amino alquil etc A partir de las CDs naturales se han sintetizado otros tipos de
CDs llamadas derivadas o modificadas El objetivo de obtener los derivados de las
CDs puede ser el aumento de solubilidad y estabilidad en el agua o mejorar la
encapsulacioacuten de la moleacutecula hueacutesped en su cavidad hidrofobica de la CD
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
28
25 2-HIDROXIPROPIL-β-CICLODEXTRINA
Entre los derivados de la β-ciclodextrina se encuentran las heterogeacuteneas amorfas
y altamente solubles como son la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Figura 2) y la
metil- β-ciclodextrina
La hidroxilpropil beta ciclodextrina (2HPβCD) que es una ciclodextrina sustituida
se obtiene de una solucioacuten base de la beta ciclo dextrina solubilizada con oacutexido de
propileno resultando un sistema isomerico cuya sustitucioacuten puede darse en las
posiciones 1 2 o 3 con solubilidad mayor a 500 mgmL en agua y a temperatura
ambiente La alquilacioacuten o hidroxialquilacioacuten de las ciclodextrinas afectan las
propiedades fisicoquiacutemicas de los derivados incluyendo la habilidad para formar
complejos farmaceacuteuticos y no es toacutexica despueacutes de una administracioacuten oral en
dosis menores a 500 mgkg por viacutea intravenosa [24 25]
Figura 2 2HPβCD
La complejacioacuten del praseodimio con la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina se obtiene el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con el fin de observar la influencia de la
solubilidad y estabilidad del praseodimio
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
29
26 HIDROacuteLISIS
La hidroacutelisis es decir la reaccioacuten de una especie tal como un ion metaacutelico con
los iones del agua asiacute como las reacciones redox y la formacioacuten de complejos con
los iones carbonato son algunas de las reacciones criacuteticas que controlan el
comportamiento de los lantaacutenidos en soluciones acuosas [12] en donde las
moleacuteculas de la sustancia son divididas en el agua
Las reacciones de hidroacutelisis dependen fuertemente del medio en que se efectuacutean
como son la fuerza ioacutenica el pH del medio la concentracioacuten del elemento y la
temperatura son paraacutemetros que rigen esas reacciones
Las reacciones de hidroacutelisis del praseodimio se muestran a continuacioacuten asiacute como
su constante de equilibrio de acuerdo a la ley de accioacuten de masas (Tabla 2)
Tabla 2 Reacciones de hidroacutelisis del praseodimio y constantes de equilibrio
Equilibrio Quiacutemico Constante de equilibrio
1 1198751199033+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)2+ + 119867+ 1198701119867 =
[119875119903(119874119867)2+][119867+]
[1198751199033+]
2 119875119903 (119874119867)2+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)2+ + 119867+
11987012119867 =[119875119903(119874119867)2
+][119867+]
[119875119903 (119874119867)2+]
3 119875119903 (119874119867)2+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)3
0 + 119867+ 11987013119867 =
[119875119903(119874119867)3+][119867+]
[119875119903(119874119867)2+]
4 119875119903 (119874119867)119899minus1+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)119899
0 + 119867+ 1198701119899119867 =
[119875119903(119874119867)119899+][119867+]
[119875119903(119874119867)119899minus1+ ]
5 1198751199033+ + 2119867119875120573119862119863 + 1198672119874 1198751199032119867119875120573119862119863(119874119867)2+ + 119867+ 11987011199011199032119867119875119861119862119863 =[119875119903 minus 2119867119875120573119862119863]
[1198751199033+]
De acuerdo con la ley de accioacuten de masas se pueden definir las constantes de
equilibrio (K) como K1H K12H K13H K1nH y K1Pr2HBCD Y con base en ellas se
pueden definir las constantes globales o acumulativas de hidroacutelisis
β1OH = K1H β12OH = [K1H][K12H] β13OH = [K1H][K12H][K13H]helliphelliphellip
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
30
Se entiende como constantes de Broumlnsted a las ecuaciones de la ley de accioacuten de
masas en las cuales el teacutermino de H+ aparece como actividad y las demaacutes especies
aparecen en teacuterminos de concentracioacuten
Las reacciones de hidroacutelisis se afectan cuando cambian las condiciones en las que
se llevan a cabo Una de esas condiciones a la que se le ha puesto atencioacuten
aunque hasta ahora no la suficiente es la fuerza ioacutenica Por lo general los trabajos
dedicados a la determinacioacuten de las constantes de hidroacutelisis se han efectuado en
medios de fuerza ioacutenica baja consideradas como soluciones ideales
Sin embargo para los medios tales como el agua de mar y otros de fuerza ioacutenica
maacutes elevada por ejemplo las minas de sal para almacenamiento de desechos
radiactivos se encuentran pocos datos en la literatura [25]
27 FUERZA IOacuteNICA
El comportamiento de los iones en una disolucioacuten depende de la composicioacuten
ioacutenica total de la misma la cual se expresa por su fuerza ioacutenica [26]
119868 =1
2sum 119862119894119885119894
2 Ec 1)
Donde
I = fuerza ioacutenica Ci = concentracioacuten molar de los iones existentes y Z
i = carga
ioacutenica de los iones existentes
La caracteriacutestica fundamental de las sales que se adicionan a un medio para
imponer la fuerza ioacutenica es que sean inertes pues no deben tomar parte en el
equilibrio quiacutemico [27] El aacutecido percloacuterico es el aacutecido maacutes fuerte en solucioacuten
acuosa por lo tanto el ion perclorato es una base deacutebil maacutes que los iones cloruro
y muestra muy poca tendencia a unirse a iones hidroacutegeno Lo mismo puede
decirse acerca de su tendencia a reaccionar con iones metaacutelicos que pueden
considerarse como aacutecidos de Lewis En la mayoriacutea de los percloratos metaacutelicos en
solucioacuten el ion metaacutelico se encuentra en forma hidratada siempre y cuando la
solucioacuten sea suficientemente aacutecida para que no se produzca la formacioacuten de
hidroxo complejos [28]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
31
La fuerza ioacutenica juega un papel de gran importancia en el pH Feldman en 1956
observoacute que el pH de una solucioacuten buffer 005 M de ftalato aacutecido de potasio
cambioacute desde 400 en fuerza ioacutenica cero hasta 357 en fuerza ioacutenica 2 M de KCl
Feldman explicoacute que el pH disminuye debido a que el coeficiente de actividad
cambia y por lo tanto hay mayor disociacioacuten de ftalato aacutecido de potasio [29] En la
literatura se han reportado diversos estudios de las constantes de estabilidad del
praseodimio en fuerza ioacutenica 2M (Tabla 3) donde se han empleado diferentes
condiciones de temperatura fuerza ioacutenica y diferentes meacutetodos donde se han
obtenido valores diferentes de la constante de estabilidad del praseodimio
Tabla 3 Datos de la literatura sobre la primera constante de hidroacutelisis (log β1) del praseodimio
Medio Meacutetodo Molaridad Log +β1 T K Referencia
NaCl ESTP 2 -874plusmn006 303 De la Cruz et al 2013
NaCl ES 2 -894plusmn002 303 Loacutepez et al 2010 NaCl SQUAD 2 -894plusmn003 303 Gonzales et al
2009 NaCl SQUAD 2 -891plusmn019 303 Gonzales et al
2009 NaCl ES 2 -877plusmn003 303 Gonzales et al
2009 NaClO4 TP 2 -838plusmn002 303 Loacutepez et al2005
NaCl TP 2 -876plusmn002 303 Loacutepez et al2005 NaCl TP 1 -858plusmn002 303 Ramirez et al
2004 NaClO4HClO4 ESTP 07 -862plusmn006 298 Klungness y
byrne2002 LiClO4 TP 3 -874plusmn003 303 Ciavata et al
1989 NaClO4 TP 3 -956plusmn003 298 Burkov et al
1982 NR RE 0 -81 298 Baes y Mesmer
1976 LiClO4 ED 02 -71plusmn007 298 Guillaumont et
al 1971 NaClO4 Ba(OH)2
TP 03002 -945 298 Frlova et al 1966
NaClO4 LiClO4
TP 3 -85 298 Tobias y Garrett1956
TP Titulacioacuten potenciomeacutetrica ES Espectrofotomeacutetrica RE Relacioacuten empiacuterica ED Extraccioacuten con
disolvente T K Temperatura
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
32
Sin embargo solo se ha podido determinar el valor de la primera constante de
estabilidad en este estudio se pretende conocer el valor de varias especies
aprovechando el aumento de solubilidad que ofrecen las ciclodextrinas
28 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACIOacuteN
281 MICROSCOPIacuteA ELECTROacuteNICA DE BARRIDO (MEB)
La superficie de un soacutelido puesto en contacto con un liacutequido o con un gas difiere
sustancialmente en su interior tanto en su composicioacuten quiacutemica como en sus
propiedades fiacutesicas a la de la inicial La caracterizacioacuten de estas propiedades de
superficie es de vital importancia en numerosos campos que incluyen la cataacutelisis
heterogeacutenea la tecnologiacutea de partiacuteculas delgadas semiconductoras los
mecanismos de corrosioacuten y adhesioacuten la actividad de las superficies metaacutelicas las
caracteriacutesticas de la dureza y los estudios sobre el comportamiento y las funciones
de las membranas bioloacutegicas [30]
En muchos campos de la quiacutemica de las ciencias de los materiales de la geologiacutea
y de la biologiacutea es cada vez de maacutes importancia el conocimiento detallado de la
naturaleza fiacutesica de las superficies de los soacutelidos Normalmente la informacioacuten se
obtiene sobre las superficies con una resolucioacuten considerablemente elevada
mediante tres teacutecnicas la microscopia electroacutenica de barrido (MEB) microscopia
de barrido de efecto tuacutenel y microscopia de fuerzas atoacutemicas [31] El microscopio
electroacutenico de barrido (MEB) es un instrumento para obtener fotografiacuteas
tridimensionales debido a que tiene una alta resolucioacuten y una gran profundidad de
campo En las fotografiacuteas se puede apreciar la estructura de muestras
microscoacutepicas detallando de manera extraordinaria sus caracteriacutesticas
morfoloacutegicas y topograacuteficas [32] de distintos materiales
Un instrumento que se ha desarrollado para el anaacutelisis de muestras a traveacutes del
microscopio electroacutenico de barrido es el analizador EDS (espectroacutemetro de
dispersioacuten de energiacutea) de rayos X el cual identifica la distribucioacuten cuantitativa y
cualitativa de elementos quiacutemicos que se encuentran presentes en la muestra
mostrando graacuteficas e imaacutegenes relacionadas con esa distribucioacuten Es pertinente
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
33
sentildealar que el analizador EDS de rayos X identifica y evaluacutea el contenido de
elementos quiacutemicos desde el carbono al uranio en superficies planas o secciones
finas de las muestras en todo tipo de material (bioloacutegico e inerte) [33]
282 ESPECTROSCOPIA DE ABSORCION ULTRAVIOLETA-VISIBLE (UV-
VIS)
Una de las teacutecnicas instrumentales maacutes utilizadas en la deteccioacuten de complejos de
inclusioacuten con CDs es la espectroscopia de absorcioacuten UV-VIS Es una teacutecnica
versaacutetil de amplia aplicacioacuten de manejo sencillo y preciso Debido a que la
mayoriacutea de las moleacuteculas orgaacutenicas absorben en la regioacuten UV o visible del
espectro donde experimentan variaciones en las posiciones de los maacuteximos de
absorcioacuten (cualitativas) o en el valor del coeficiente de absorcioacuten molar
(cuantitativas) tras la formacioacuten del complejo con CDs Como existen numerosas
moleacuteculas orgaacutenicas deacutebilmente solubles en agua son difiacuteciles de analizar por
esta teacutecnica espectrofotomeacutetrica Sin embargo la inclusioacuten conlleva a la
solubilizacioacuten permitiendo obtener el espectro de absorcioacuten en solucioacuten acuosa
que podriacutea producir variaciones en su espectro en solventes de baja polaridad
comparables con respecto a otros solventes maacutes polares [34]
La espectroscopia UV-Vis (en el rango de longitudes de onda del ultravioleta y
visible) se basa en el anaacutelisis de la cantidad de radiacioacuten electromagneacutetica que
puede absorber o transmitir una muestra [35] Cuando la radiacioacuten
electromagneacutetica interacciona con la materia se produce absorcioacuten de radiacioacuten
Si la frecuencia de esta radiacioacuten corresponde a la energiacutea necesaria para elevar
el sistema a un nivel de energiacutea superior se produce el estado excitado [36] De
acuerdo con este fenoacutemeno cada sustancia poseeraacute una longitud de onda de
maacutexima absorcioacuten que la caracteriza cualitativamente [35] Esta
espectrofotometriacutea utiliza radiaciones del campo UV de 80 a 400 nm
principalmente de 200 a 400 nm (UV cercano) y de luz visible de 400 a 800 nm
por lo que es de gran utilidad para caracterizar las soluciones en la regioacuten
ultravioleta-visible del espectro [37]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
34
283 DIFRACCIOacuteN DE RAYOS X (DRX)
Es una de las teacutecnicas de caracterizacioacuten maacutes potentes y maacutes comuacutenmente
utilizadas para el anaacutelisis estructural de cristales Sus caracteriacutesticas principales
son consecuencia de ser una ldquosondardquo electromagneacutetica de la materia con una
longitud de onda de magnitud muy parecida al espaciado interplanar de los soacutelidos
[38] Constituye la metodologiacutea maacutes apropiada para realizar el anaacutelisis de la
estructura cristalina del complejo [39] No obstante los diagramas de difraccioacuten
son una prueba concluyente para demostrar la inclusioacuten ya que el difractograma
del complejo es diferente al que se obtiene tras superponer los difractogramas de
la moleacutecula encapsulada y el de las CDs aisladas [40]
La interaccioacuten entre el vector eleacutectrico de la radiacioacuten X y los electrones de la
materia que atraviesa da lugar a una dispersioacuten Cuando los rayos X son
dispersados por el entorno ordenado de un cristal tienen lugar interferencias
(constructivas y destructivas) entre los rayos dispersados ya que las distancias
entre los centros de dispersioacuten son del mismo orden de magnitud que la longitud
de onda de la radiacioacuten El resultado es la difraccioacuten [41] Cuando las CDs
naturales o el hueacutesped cristalino son sometidas a la difractometriacutea de rayos X
eacutestos presentan un patroacuten de difraccioacuten de alta intensidad debido a su
cristalinidad Por el contrario si el complejo de inclusioacuten se forma va a mostrar un
patroacuten de tipo halo [42] con picos difusos y anchos caracteriacutesticos de un
compuesto amorfo Esta teacutecnica es sumamente uacutetil para verificar la formacioacuten de
complejos de inclusioacuten en el caso de hueacutespedes liacutequidos En efecto ya que estos
no presentan ninguacuten patroacuten de difraccioacuten si son incluidos se va a obtener un
difractograma con un patroacuten bien definido [43]
284 ESPECTROSCOPIA DE INFRARROJO (IR)
La aplicacioacuten del meacutetodo de infrarrojo se limita a aquellos hueacutespedes que tienen
ciertas bandas de absorcioacuten caracteriacutesticas como los grupos carbonilo hidroxilo o
C-H u otros que permitan evaluar si existen diferencias entre los espectros del
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
35
hueacutesped libre y encapsulado [42] Cuando se produce la encapsulacioacuten del
compuesto hueacutesped se produce un corrimiento o disminucioacuten de la intensidad de
ciertas bandas caracteriacutesticas del espectro correspondiente al hueacutesped Sin
embargo dichos cambios son muy sutiles debido a que el hueacutesped representa un
5-10 del peso total del complejo por lo cual requiere una interpretacioacuten
cuidadosa del espectro [44]
285 ESPECTROSCOPIA RAMAN
La espectroscopia Raman mide la intensidad de la radiacioacuten como una funcioacuten de
la frecuencia (o del nuacutemero de onda) [45] Esta teacutecnica es complementaria del IR y
la informacioacuten que aporta es semejante Las bandas se desplazan y se modifican
como consecuencia del proceso de inclusioacuten [46] Los espectros Raman se
obtienen al irradiar una muestra con una potente fuente laser de radiacioacuten
monocromaacutetica visible o infrarroja Durante la radiacioacuten se registra el espectro de
la radiacioacuten dispersada en un cierto aacutengulo (por lo general 90 deg) con un
espectroacutemetro adecuado [47] Las bandas se desplazan y se modifican como
consecuencia del proceso de inclusioacuten Probablemente la espectroscopia Raman
resulta de mayor utilidad en el caso de complejos en medios liacutequidos donde la
presencia de soluciones acuosas no supone un obstaacuteculo como ocurre en el caso
de la espectroscopia IR [48]
29 TITULACIOacuteN ESPECTROFOTOMEacuteTRICA
El meacutetodo espectrofotomeacutetrico es un meacutetodo analiacutetico el cual por medio de un
espectrofotoacutemetro permite comparar la radiacioacuten electromagneacutetica de una
sustancia en funcioacuten de su concentracioacuten desconocida y una concentracioacuten
conocida de la misma sustancia y evaluar el momento de reaccioacuten de un aacutecido y
una base mediante la absorcioacuten de radiacioacuten electromagneacutetica de la sustancia a
cierta longitud de onda fija permite determinar el punto final de la titulacioacuten La
medicioacuten de absorbancia se realiza en cada adicioacuten del titulante asiacute se
construyen graficas de absorbancia en funcioacuten del pCH de cada aliacutecuota de adicioacuten
del titulante (Figura 3) donde se observara la zona saturada y no saturada Estas
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
36
dos zonas nos permitiraacuten determinar el punto de inicio de precipitacioacuten del
lantaacutenido
Figura 3 Ilustracioacuten de un diagrama general de pLn(c)-pCH
El punto de precipitacioacuten (pCH) se utiliza para delimitar el intervalo de la zona no
saturada Este intervalo se utiliza en un programa de coacutemputo como
SUPERQUAD que se emplea para determinar constantes de equilibrio
210 MEacuteTODO POTENCIOMEacuteTRICO
Es el meacutetodo maacutes estudiado para determinar constantes de hidroacutelisis por su
sencillez y exactitud el meacutetodo se basa en la titulacioacuten de una solucioacuten de
concentracioacuten conocida de base (o aacutecido) con un aacutecido fuerte (o base fuerte) la
reaccioacuten se puede seguir por ejemplo con electrodos de vidrio y calomel
conectados a un potencioacutemetro [49] de los datos obtenidos de la titulacioacuten se
construye una graacutefica de titulacioacuten de pH en funcioacuten del volumen adicionado del
titulante (Figura 4)
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
37
Figura 4 Ilustracioacuten de una valoracioacuten potenciomeacutetricas directa con su primera derivada (∆pCH∆V)
El teacutermino pH se aplica habitualmente al logaritmo inverso de la concentracioacuten del
ion hidronio sin embargo cuando la fuerza ioacutenica es alta y el electrodo del
indicador es sensible al pH es importante diferenciar entre el logaritmo inverso de
la concentracioacuten de los iones hidronio (pCH) y el valor del pH experimental La
concentracioacuten de los iones hidronio (o de OH-) en el equilibrio y la composicioacuten de
una solucioacuten dada permiten calcular la razoacuten molar de los iones OH- unidos al ion
metaacutelico en solucioacuten un grupo de valores de [H+] y la concentracioacuten inicial del
metal son los datos necesarios para determinar las constantes de hidroacutelisis [49]
Se alimentan los datos de la zona no saturada y volumen del titulante adicionado a
la valoracioacuten potenciomeacutetrica al programa de coacutemputo SUPERQUAD y asiacute poder
determinar las constantes de hidroacutelisis del Pr
211 PROGRAMA DE COacuteMPUTO SUPERQUAD
El programa de coacutemputo SUPERQUAD fue creado por Gans Sabatini y Vacca
escrito en lenguaje fortran calcula las constantes de equilibrio en sistemas
multicomponentes y multireaccionantes Esas constantes se calculan con la base
de un modelo quiacutemico el cual debe incluir la estequiometria y los valores
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
38
estimados de las constantes globales de formacioacuten de cada una de las especies
presentes durante la valoracioacuten Se aplica reiteradamente el meacutetodo de miacutenimos
cuadrados a las diferencias que se generan en los potenciales experimentales de
las celdas menos los calculados por el propio programa Para alcanzar el miacutenimo
de estas diferencias se aplica el algoritmo de Marquadt Por uacuteltimo en el archivo
de salida del programa SUPERQUAD se obtienen los valores calculados y un
anaacutelisis estadiacutestico de los datos [25]
39
______________________________
CAPIacuteTULO III
HIPOacuteTESIS
______________________________
CAPIacuteTULO III HIPOacuteTESIS
40
3 HIPOacuteTESIS
La 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina aumentaraacute la solubilidad del praseodimio de
esta manera permitiraacute determinar varias especies quiacutemicas de hidroacutelisis de este
elemento en medio 2 M de NaClO4 a 30 degC
41
______________________________
CAPIacuteTULO IV
OBJETIVOS
______________________________
CAPIacuteTULO IV OBJETIVOS
42
4 OBJETIVOS
Objetivo general
Estudiar el comportamiento quiacutemico en solucioacuten acuosa del compuesto de
inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por medio de la
determinacioacuten de las constantes de hidroacutelisis en 2 M de NaClO4 a 30 degC
Objetivos especiacuteficos
Obtener el compuesto de inclusioacuten del praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina
Determinar las constantes de la hidroacutelisis de las especies quiacutemicas de
praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en 2 M de
NaClO4 y a 30 degC por el meacutetodo espectrofotomeacutetrico y el meacutetodo
potenciomeacutetrico
Determinar la constante de hidroacutelisis del compuesto de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en 2 M de NaClO4 y a 30 degC
por el meacutetodo espectrofotomeacutetrico y el meacutetodo potenciomeacutetrico
43
______________________________
CAPIacuteTULO V
METODOLOGIacuteA
______________________________
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
44
5 METODOLOGIacuteA
El diagrama de flujo (Figura 5) muestra el resumen de las actividades del
desarrollo experimental que se siguioacute en el estudio del praseodimio en presencia
de la 2HPβCD
Figura 5 Diagrama de flujo
INICIO
Preparacioacuten de las soluciones de 2M de NaClO4 PrCl3xH2O 2HPβCD y
Pr-2HPβCD
Preparacioacuten de precipitados PrCl3H2O 2HPβCD y Pr-
2HPβCD
Irradiacioacuten Gamma
Caracterizacioacuten de reactivos y el complejo de
inclusioacuten
UV-Vis
MEB y EDS
DRX
EspectroscopiaIR
Espectroscopia Raman
Efecto de concentracioacuten
Solubilidad
Efecto de temperatura
Efecto de tiempo
Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Meacutetodo grafico
Valoraciones potenciomeacutetricas
Determinacioacuten de constantes
de hidroacutelisis con el programa de
coacutemputo SUPERQUAD
Anaacutelisis de
resultados
FIN
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
45
La descripcioacuten de cada una de las etapas de este diagrama se muestra
enseguida
Los reactivos empleados en este trabajo fueron de grado analiacutetico Para la
preparacioacuten de las soluciones y lavado del material del laboratorio se usoacute agua
destilada
51 Preparacioacuten de la solucioacuten de la 2-hidroxipropyl- βeta-ciclodextrina
La solucioacuten del derivado de la beta ciclodextrina se preparoacute a partir de la 2-
hydroxipropyl-βeta-ciclodextrina [(C6H9O5)7-(C3H7O)45] de peso molecular 1396
gmol (anhidro) de Sigma-Aldrich Chem Company Inc el cual se disolvioacute con
agua destilada y agitacioacuten constante La concentracioacuten fue de 02389 M
52 Preparacioacuten de solucioacuten de praseodimio
La solucioacuten de praseodimio se preparoacute a partir del oacutexido de praseodimio (Pr6O11)
de Sigma-Aldrich Chem Company Inc El oacutexido se tratoacute con HCl concentrado el
precipitado resultante se diluyoacute en agua destilada y se evaporoacute hasta sequedad
este proceso se hizo tres veces Finalmente se diluyoacute con una solucioacuten de HCl de
pH 3 Esta solucioacuten se valoroacute con EDTA naranja de xilenol y piridina para
determinar la concentracioacuten la cual fue de 048 M
53 Preparacioacuten del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina
El complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina (Pr-
2HPβCD) se preparoacute a partir de las soluciones de la 2-hydroxipropyl-βeta-
ciclodextrina 02389 M y de la solucioacuten de praseodimio 048 M en la relacioacuten molar
11 La concentracioacuten del complejo de inclusioacuten fue de 0005 M Esta solucioacuten se
evaporoacute lentamente a sequedad en una parrilla de calentamiento Corning PC-351
Hot Plate-Stirrer durante 45 minutos El precipitado resultante se secoacute en una
estufa Lab Line Instruments Inc (Melrose Park Illinois) a 45-50degC durante 2
horas Varias fracciones de este precipitado se emplearon para determinar la
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
46
morfologiacutea la espectroscopia de infrarrojos difraccioacuten de rayos X y Raman
Tambieacuten se caracterizaron las muestras de PrCl3 XH2O y 2HPβCD
54 Determinacioacuten de las curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por UV-Vis
Para cuantificar praseodimio por espectrofotometriacutea UV-Vis se determinaron las
curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD para ello se
realizaron diluciones a diferentes concentraciones de PrCl3 XH2O manteniendo
constante la concentracioacuten de la 2HPβCD Los datos se muestran en la Tabla 4
Tabla 4 Diferentes concentraciones de praseodimio con 2HPβCD constante para determinar las curvas de calibracioacuten
Pr (ml) H2O
(ml)
2HPβCD
(ml)
Concentraciones
Pr2HPβCD [M]
00004 1999 2 00001 00025
00010 1998 2 000025 00025
00041 1995 2 0001 00025
00104 1989 2 00025 00025
00208 1979 2 0005 00025
00416 1958 2 001 00025
0104 1895 2 0025 00025
0260 1739 2 00625 00025
0520 1479 2 0125 00025
1041 0958 2 025 00025
125 075 2 03 00025
Las disoluciones se midieron en el espectroacutemetro UV-Vis marca Perkin Elmer
Lambda 10 en un intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
47
55 Estudio de la influencia de las relaciones molares de las soluciones del
complejo de inclusioacuten
Para determinar la influencia de la 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se prepararon las relaciones molares de PrCl3
XH2O y de 2HPβCD Los datos se muestran en la Tabla 5
Tabla 5 Relaciones molares 2HPβCD Pr
Relacioacuten 2HPβCDPr
2HPβCD (ml)
H2O (ml)
Pr (ml)
Concentraciones 2HPβCDPr [M]
051 0010 199 2 000125 00025
11 0020 1979 2 000250 00025
21 0041 1958 2 000500 00025
31 0062 1937 2 000750 00025
41 0083 1916 2 001000 00025
51 0104 1895 2 001250 00025
81 0167 1832 2 002000 00025
101 0209 1790 2 002500 00025
151 0313 1686 2 003750 00025
181 0376 1623 2 004500 00025
241 0502 1497 2 006000 00025
Las relaciones molares se prepararon a partir de las soluciones de PrCl3 XH2O
048 M y de la 2HPβCD 02389 M
Las disoluciones se midieron en el espectroacutemetro UV-Vis marca Perkin Elmer
Lambda 10 en un intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
56 Efecto de la Radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Para observar el efecto de la radiacioacuten gamma del Cobalto-60 (Co60) en el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se prepararon 6 soluciones de 10 ml del
complejo de inclusioacuten en relacioacuten molar 11 de concentracioacuten 0005 M de cada una
de ellas y soluciones de los reactivos PrCl3 XH2O y 2HPβCD en las mismas
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
48
condiciones Tambieacuten se prepararon 6 muestras soacutelidas de Pr-2HPβCD
(precipitado) PrCl3 XH2O y 2HPβCD de 02 g cada una
Cada una de estas muestras fue colocada en un vial de 20 ml luego se selloacute con
bolsa de plaacutestico y se irradiaron a diferentes dosis en el irradiador LGI-01
TRANSELEKTRO del ININ con una razoacuten de dosis de 103716 Gyh En la
posicioacuten de irradiacioacuten VICKRAD se colocaron tres muestras liacutequidas y tres
soacutelidas de la misma manera en la posicioacuten de irradiacioacuten GAMMACELL tres
muestras liacutequidas y tres soacutelidas En ambos casos cuando se alcanza la dosis
requerida (por ejemplo 1 Gy) una muestra se retira o se saca de la posicioacuten de
irradiacioacuten y asiacute sucesivamente se continuacutea hasta alcanzar la dosis maacutexima de
irradiacioacuten requerida Los datos se muestran en la Tabla 6
Tabla 6 Dosis de irradiacioacuten de Co60 aplicadas a las muestras en solucioacuten y soacutelidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 2HPβCD y PrCl3 XH2O en la instalacioacuten VICKRAD y GAMMACELL del irradiador
LGI-01 TRANSELEKTRO del ININ
1ra Serie Instalacioacuten VICKRAD
No Muestras soacutelidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
No Muestras liacutequidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
1 (a) 1 Gy 4 (1i) 1 Gy 2 (b) 10 Gy 5 (2i) 10 Gy
3 (c) 100 Gy 6 (3i) 100 Gy
2da Serie Instalacioacuten GAMMACELL
No Muestras soacutelidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
No Muestras liacutequidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
1 (d) 05 KGy 4 (4i) 05 KGy
2 (e) 5 KGy 5 (5i) 5 KGy
3 (f) 10 KGy 6 (6i) 10 KGy
Las muestras liacutequidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD PrCl3-XH2O y
2HPβCD irradiadas se evaporaron a sequedad para realizar el anaacutelisis de
caracterizacioacuten
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
49
57 Caracterizacioacuten del compuesto de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina
571 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB)
Para realizar este anaacutelisis se emplearon fracciones de cada uno de los reactivos
PrCl3 XH2O 2HPβCD el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD irradiado Cada una de las fracciones se colocaron en un
porta muestras de aluminio Se recubrieron con una capa de oro para que las
muestras fueran conductoras El anaacutelisis morfoloacutegico se realizoacute en un microscopio
JSM-1600 y JSM-6610LV acoplados a una sonda de espectroscopia de difraccioacuten
de rayos X con el software de los equipos se obtuvo el anaacutelisis elemental
realizado por EDS (Energy Dispersion of X ray Espectrosocopy) que proporcionoacute
informacioacuten cualitativa y cuantitativa de las muestras analizadas
572 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX)
Este anaacutelisis se realizoacute con el difractoacutemetro de polvos SIEMENS D-5000 con
aacutenodo de cobre λ = 15406 Ǻ y un barrido de 25-80 en 2ɵ Para ello se colocaron
en un porta muestras fracciones de cada una de las muestras PrCl3 XH2O
2HPβCD Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado En cada una de estas muestras se
hizo incidir un haz de rayos X De esta manera se obtuvieron graacuteficas de
intensidad en funcioacuten del aacutengulo de difraccioacuten Los resultados se compararon con
las tarjetas de los patrones reportados por el Joint Committee on Powder
Diffraction Standards (JCPDS)
573 Anaacutelisis por espectroscopia de infrarrojo (IR)
Se realizoacute la espectroscopia de infrarrojo de las muestras de PrCl3 XH2O
2HPβCD Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado con el espectroacutemetro Nicolet
Magna-IRTM spectrometer 550 FTIR en un intervalo de 450-4000 cm-1 Las
muestras se prepararon con un estaacutendar de KBr mediante el meacutetodo de
dispersioacuten de pastilla para su anaacutelisis
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
50
574 Anaacutelisis por espectroscopia Raman
Se realizoacute la espectroscopia Raman de las muestras de PrCl3 XH2O 2HPβCD
Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado con el equipo Raman LabRamHR JovynIvon-
Horiba Una fraccioacuten de cada una de las muestras se colocaron en un porta
muestras conectado a un microscopio y se hizo incidir un rayo laacuteser de un
microacutemetro de diaacutemetro Como resultado se obtuvo una graacutefica de intensidad
Raman contra el desplazamiento Raman Los espectros Raman de las muestras
fueron obtenidos en un intervalo de 0 a 1700 cm-1
58 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-βeta-ciclodextrina
581 Efecto de temperatura
En un tubo de ensaye se le adicionoacute 2 ml de agua destilada a 20 0C En un bantildeo
mariacutea a la temperatura de 20 0C se colocoacute el tubo de ensaye con 2 ml de agua
destilada y se le adicionoacute poco a poco la muestra del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD (05 g previamente pesada) Se agitoacute manualmente de manera
constante hasta observar la formacioacuten de precipitado (Pr-2HPβCD) en el fondo
del tubo de ensaye
Este proceso tambieacuten se realizoacute a las temperaturas de 35 42 50 y 60degC El
residuo del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD que ya no se adicionoacute en el tubo de
ensaye se pesoacute y por diferencia con el peso inicial (05 g) se determinoacute los
gramos solubilizados del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Los datos se
muestran en la Tabla 7
Con los resultados obtenidos se graficoacute la temperatura en funcioacuten de la cantidad
de complejo de inclusioacuten solubilizado
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
51
Tabla 7 Cantidad de complejo solubilizado a diferentes temperaturas en 2 ml de agua destilada
Pr-2HPβCD (g)
H2O
(ml)
Temp (degC) del H2O
Pr-2HPβCD solubilizados (g)
1 05 2 20 01866 2 05 2 35 02472 3 05 2 42 03014 4 05 2 50 03461 5 05 2 60 03628
582 Efecto del tiempo
En un tubo de ensaye se le adicionoacute 2 ml de agua destilada a temperatura
ambiente Se le adicionoacute la muestra del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD (01001
g previamente pesada) se registroacute el tiempo (inicial) y se agitoacute manualmente de
manera constante hasta observar la formacioacuten de precipitado (Pr-2HPβCD) en el
fondo del tubo de ensaye Se registroacute el tiempo (final) cuando el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD se solubilizoacute completamente Este proceso se realizoacute 5
veces La determinacioacuten del tiempo de solubilizacioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD es la diferencia entre el tiempo inicial y final Los datos se muestran en la
Tabla 8 Con los resultados obtenidos se graficoacute los gramos solubilizados del
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en funcioacuten del tiempo
Tabla 8 Cantidades de complejo Pr-2HPβCD y agua destilada en cada tubo de ensaye
Pr-2HPβCD
(g)
H2O
(ml) Tiempo (seg)
1 01001 2 161
2 01005 2 163
3 01011 2 167
4 01018 2 169
5 01026 2 170
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
52
59 Determinacioacuten de la curva de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4
Para corregir el pH experimental en el medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 se
preparoacute una solucioacuten de NaOH al 50 pesovolumen A partir de esta solucioacuten se
preparoacute una solucioacuten de hidroacutexido de sodio a una concentracioacuten de 1 N en una
caja de guantes con atmosfera de nitroacutegeno Esta solucioacuten se valoroacute con ftalato
aacutecido de potasio y fenolftaleiacutena para determinar su concentracioacuten Con esta
solucioacuten de NaOH 1 N se prepararon soluciones de 01 001 y 0001 M y a estas
mismas concentraciones con HCl 1N titrisol ambas en medio de fuerza ioacutenica 2 M
de NaClO4 La medicioacuten de pH de estas soluciones (pH experimental) se
realizaron con un electrodo de vidrio AgClAg Radiometer XG200 con agitacioacuten
constante a temperatura de 30 degC controlada por un bantildeo de agua circulante
ldquoPolyscience Circulatiorrdquo modelo 12101-10 Se mantuvo una atmosfera de
nitroacutegeno en la celda potenciomeacutetrica de doble pared Se midioacute el pH 3 veces de
cada solucioacuten el mismo diacutea y durante tres diacuteas consecutivos Se promediaron los
datos obtenidos y se trazoacute una graacutefica que permitioacute realizar la relacioacuten entre el
logaritmo inverso de la concentracioacuten de los iones hidrogeno (pCH) y el pH
experimental
510 Valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Se realizaron valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD con hidroacutexido de sodio en fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 para ello se
colocoacute en una celda de reaccioacuten 10 ml de 2 M de NaClO4 de pH 3 21 microL de la
solucioacuten de 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina de concentracioacuten 02389 M y 105
microL de la solucioacuten de PrCl3 XH2O de concentracioacuten 048 M para tener una
concentracioacuten inicial de 000025 M del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Se
midioacute el pH se tomoacute una aliacutecuota de 3 ml y se midioacute su absorbancia con el
espectrofotoacutemetro UV-Vis Perkin Elmer Lambda 10 en un intervalo de longitud de
onda de 200 a 700 nm Como blanco se empleoacute agua destilada Los 3 ml de
solucioacuten medida por UV-Vis se regresaron a la celda de reaccioacuten Posteriormente
se adicionaron aliacutecuotas de una solucioacuten de 00025 M de NaOH en 2 M de
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
53
NaClO4 Se repitioacute varias veces el proceso de tomar una aliacutecuota en la celda de
reaccioacuten a la celda de cuarzo y medir la absorbancia del complejo de inclusioacuten de
tal manera que el pH incrementara de 02 en 02 hasta alcanzar un pH de 9 o 10
aproximadamente En todo el proceso se mantuvo una temperatura de 30 degC y
una atmoacutesfera de nitroacutegeno constante en la celda
Con los datos de pH y absorbancia a una longitud de onda de 210 nm obtenidos
se graficaron los valores de la absorbancia en funcioacuten del pCH para determinar el
pCH de precipitacioacuten la zona no saturada y la zona saturada
511 Valoraciones potenciomeacutetricas directas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Con el sistema de titulacioacuten automaacutetica que consiste de un potencioacutemetro
Radiometer TIM900 Titrilab de un electrodo combinado de vidriondashAgClAg y una
bureta automaacutetica de 20 ml se realizaron valoraciones potenciomeacutetricas directas
Para lo cual se colocoacute en la celda de reaccioacuten 10 ml de 2 M de NaClO4 de pH 3
21 microL de la solucioacuten de 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina de concentracioacuten 02389
M y 105 microL de la solucioacuten de PrCl3 XH2O de concentracioacuten 048 M para tener
una concentracioacuten inicial de 000025 M del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Esta solucioacuten se valoroacute con NaOH 00025 M en 2 M de NaClO4 a una temperatura
de 30 degC flujo de nitroacutegeno y agitacioacuten constante Con los datos de pH y volumen
de NaOH se graficaron los valores de pCH en funcioacuten del volumen de NaOH El
intervalo de pCH de la zona no saturada se determinoacute despueacutes de que el aacutecido fue
neutralizado y el pCH final se determinoacute con el pCH de precipitacioacuten obtenido en la
titulacioacuten espectrofotomeacutetrica Este intervalo de pCH de la zona no saturada se
emplearon en el programa de computo SUPERQUAD para determinar los valores
de las constantes de hidroacutelisis del praseodimio y del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
54
______________________________
CAPIacuteTULO VI
RESULTADOS
______________________________
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
55
6 RESULTADOS
61 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 6 muestra los espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes
concentraciones en presencia de 2HPβCD 00025 M determinados en el intervalo
de longitud de onda de 200 a 700 nm En ellos se observa que cuando aumenta
la concentracioacuten del praseodimio en presencia de 2HPβCD aumenta el tamantildeo de
las bandas La 2HPβCD no presenta bandas de absorcioacuten en toda la regioacuten de
200-700 nm
Figura 6 Espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes concentraciones en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
A partir de la Figura 6 y de acuerdo al tamantildeo de las bandas de absorcioacuten de los
espectros UV-Vis en funcioacuten de la concentracioacuten del praseodimio se establecen
tres regiones de intereacutes En la regioacuten de longitud de onda de 200-225 nm la banda
de absorcioacuten maacutexima del praseodimio se encuentra en 215 nm para
concentraciones bajas en la regioacuten de 440-490 nm se encuentran las bandas de
absorcioacuten de 444 469 nm y 482 nm para concentraciones intermedias y
finalmente en la regioacuten de 558-600 nm se encuentran las bandas de absorcioacuten de
200 300 400 500 600 700
00
05
10
15
20
25
30
Ab
so
rban
cia
Longitu de onda (cm-1)
000011MPr
0000251MPr
00011MPr
000251MPr
00051MPr
001MPr
0025MPr
006251MPr
01251MPr
0251MPr
031MPr
00025M2HPBCD
00025MPr
1
2
3
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
56
5885 nm para cuantificar concentraciones altas de praseodimio en presencia de la
2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Figura 7 y Tabla 9) En la Figura 7 se muestran las
rectas de calibracioacuten para cuantificar praseodimio Estas rectas de calibracioacuten fueron
determinadas con los datos de los valores de absorbancia de cada banda de
absorcioacuten de la Figura 6 en funcioacuten de la concentracioacuten del praseodimio
Figura 7 Rectas de calibracioacuten de las bandas de absorcioacuten del praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
Tabla 9 Ecuaciones de calibracioacuten del praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
obtenidos por UV-Vis
Intervalo de longitud de onda de UV-Vis
200-250 nm 400-500 nm 560-620 nm
Bandas de 215 nm 444 nm 469 nm 482 nm 5885 nm
absorcioacuten
Ecuaciones de
calibracioacuten
A= 26554[Pr] + 00527
A = 513[Pr] + 00127
A = 21698[Pr] + 00123
A = 15912[Pr] + 00128
A = 00783[Pr] + 00103
Rsup2 = 09949 Rsup2 = 09992 Rsup2 = 09958 Rsup2 = 09917 Rsup2 = 09769
Doacutende nm= nanoacutemetros A= Absorbancia [Pr (III)]= Concentracioacuten del Praseodimio R = Coeficiente de
correlacioacuten
000 005 010 015 020 025 030
00
02
04
06
08
10
12
14
16
y=15912 x +00128
R2=09917
y=00783 x +00103
R2=09769
y=21698 x +00123
R2=09958
y=513 x +00127
R2=09992
215 nm
444 nm
469 nm
482 nm
5885 nm
Abso
rbancia
[Pr] M
y=26554 x +00527
R2=09949
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
57
En la Tabla 9 se muestran los datos de las ecuaciones de calibracion para
determinar praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina por
espectroscopiacutea UV-Vis
Estas consideraciones tienen una limitacioacuten ya que se debe tomar en cuenta que
el intervalo oacuteptimo para medir la absorbancia con fines de anaacutelisis cuantitativo
estaacute entre 002ndash15
62 Efecto de la concentracioacuten de la 2HPβCD en el praseodimio por
espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 8 muestra los espectros de absorcioacuten del praseodimio a concentracioacuten
constante (00025 M) en presencia de 2HPβCD a diferentes concentraciones
determinados en el intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
Figura 8 Espectro de absorcioacuten UV-Vis del praseodimio a concentracioacuten constante en presencia de la 2HPβCD a diferentes concentraciones En el detalle central se muestra la ampliacioacuten de la banda de
absorcioacuten 215 nm
En los espectros de absorcioacuten del praseodimio de la Figura 8 se observa que
cuando aumenta la concentracioacuten de 2HPβCD aumenta ligeramente el tamantildeo de
200 300 400 500 600 700
00
02
04
Ab
so
rbancia
Longitud de onda (cm-1)
00025MPr
00025M2HPBCD
051M
11M
21M
31M
41M
51M
81M
101M
151M
181M
241M1
2 3
200 205 210 215 220 225 230
00
01
02
03
04
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
1
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
58
las bandas de absorcioacuten del praseodimio En el detalle central de la Figura 8 se
aprecia maacutes adecuadamente este efecto
Con estas observaciones se muestra que la 2HPβCD aumenta la solubilidad del
praseodimio debido a este aumento ligero en el tamantildeo de las bandas de
absorcioacuten del praseodimio de la Figura 8
63 Efecto de la radiacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD por
espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 9 muestra los espectros de absorcioacuten determinados en el intervalo de
longitud de onda de 200 a 700 nm del 2HPβCD 2HPβCD irradiado PrCl3XH2O
PrCl3XH2O irradiado el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y el complejo de
inclusioacuten Pr-2-HP-β-CD irradiado Las irradiaciones se realizaron a 10000 Gy
Figura 9 Espectro UV-Vis de las muestras irradiadas en solucioacuten del complejo Pr-2HPβCD PrCl3 y 2HPβCD
Como se observa en la Figura 9 el efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de
inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Pr-2HPβCD) mostraron que
cuando el complejo de inclusioacuten es irradiado a 10 000 Gy se observaron ligeros
200 300 400 500 600 700
00
02
04
06
08
10
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
00025 M 2HPBCD
Pr 00025 M
Pr-2HPBCD
2HPBCD 10 KGY
PrCl3-XH2O 10 KGy
Pr-2HPBCD 10 KGy
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
59
cambios comparado con el complejo de inclusioacuten no irradiado Esto se puede
deber a que probablemente el complejo empieza a descomponerse
62 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB)
La Figura 10 muestra las imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las
muestras 2HPβCD 2HPβCD irradiada PrCl3XH2O PrCl3XH2O irradiada Pr-
2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy
a) c) e)c
b) d) f)
Figura 10 Imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las muestras a) 2HPβCD b) 2HPβCD irradiada c) PrCl3XH2O d) PrCl3XH2O irradiada e) Pr-2HPβCD y f) Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy
La 2HPβCD mostroacute partiacuteculas esfeacutericas de diversos tamantildeos con una superficie
lisa en su interior se observan cavidades dentro de las partiacuteculas pareciera que
se desprenden esferas maacutes pequentildeas El PrCl3XH2O mostroacute una superficie
rugosa las partiacuteculas se ven fundidas debido probablemente a que el material es
higroscoacutepico y tiende a hidratarse faacutecilmente El complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
muestra una morfologiacutea diferente a los reactivos precursores ya que se presentan
partiacuteculas en forma de rocas de diferentes dimensiones ademaacutes se observan
aglomeraciones de partiacuteculas Las imaacutegenes de las muestras irradiadas a una
dosis de 10 KGy conservan su morfologiacutea a excepcioacuten de PrCl3XH2O irradiada y
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
60
Pr-2HPβCD irradiada muestran pequentildeos cambios Sus partiacuteculas se ven un poco
maacutes fundidas probablemente se deba al efecto de la radiacioacuten
La composicioacuten quiacutemica elemental de las muestras 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD se muestran en la Tabla 10 determinado por el anaacutelisis elemental (EDS)
Tabla 10 Anaacutelisis EDS de las muestras de PrCl3 2-HPβCD y Pr-2HPβCD
Elemento Atoacutemico
Pr Cl O C
PrCl3 1233 plusmn 207 3595 plusmn 666 5171 plusmn 871 -----
2HPβCD ----- ----- 4159 plusmn 22 584 plusmn 22
Pr-2HPβCD 097 plusmn061 248 plusmn 143 3619plusmn 422 6034 plusmn 478
Todas las muestras presentan los elementos de su composicioacuten quiacutemica La
presencia de Pr Cl C y O en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD confirman la
interaccioacuten de 2HPβCD PrCl3XH2O para la formacioacuten del complejo de inclusioacuten
como se muestras en la Tabla 10
63 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX)
En la Figura 11 se muestran los difractogramas de 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD determinado por Difraccioacuten de Rayos X Los difractogramas de rayos X
de la Figura 11 muestran diferencias entre ellas El difractograma del PrCl3XH2O
presenta reflexiones de alta intensidad comparado con las otras muestras debido
a su naturaleza cristalina del praseodimio El difractograma de la 2HPβCD es de
estructura amorfa caracteriacutestica de los compuestos de carbono
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
61
Figura 11 Difraccioacuten de rayos X de PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD
El difractograma del compuesto de inclusioacuten Pr-2HPβCD muestra una
combinacioacuten de reflexiones de las muestras de PrCl3XH2O y 2HPβCD debido a la
formacioacuten de eacuteste complejo de inclusioacuten aunque predomina el de la 2HPβCD
Se comparoacute el difractograma de la muestra de PrCl3XH2O con la tarjeta del patroacuten
reportado por el Joint Committee on Powder Diffraction Standards (JCPDS) PDF
84-2188 Aqua Praseodymium Chloride Ambos difractogramas coinciden
adecuadamente
Los difractogramas de las muestras irradiadas a diferentes dosis mostraron que en
el intervalo de dosis de 1-500 Gy las muestras no sufren cambios Sin embargo
cuando el complejo de inclusioacuten es irradiado a 5000 y 10 000 Gy se observaron
ligeros cambios en sus inflexiones comparados con las muestras no irradiadas
Probablemente las muestras empiezan a descomponerse
64 Espectroscopia de infrarrojo (IR)
En la Figura 12 se muestra los espectros de infrarrojo de la 2HPβCD PrCl3XH2O
y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
62
Figura 12 Espectros de infrarrojo de las muestra 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-2HPβCD
El espectro infrarrojo de la muestra de PrCl3XH2O presenta la banda de absorcioacuten
a 341434 cm-1 correspondiente a moleacuteculas de agua de hidratacioacuten y la banda de
absorcioacuten a 67003 cm-1 debido a las uniones praseodimio con cloruros El
espectro infrarrojo de la muestra de la 2HPβCD presenta bandas de absorcioacuten a
331508 cm-1 [OH] 292046 cm-1 [CH2] 115183 cm-1 [C-C] 108000 cm-1 [C-O] y
102306 cm-1 [O-H]
Tabla 11 Grupos funcionales del PrCl3XH2O 2HPβCD y del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Compuesto [OH] [CH2] [C-C] [C-O] [O-H] [Cl3]
PrCl3XH2O 341434 67003
2HPβCD 331508 292046 115183 108000 102306
Pr-2HPβCD 329688 292645 115247 108028 102514
120723[PrCl3XH2O-Pr-2HPβCD] -11746
120723[2HPβCD-Pr-2HPβCD] -182 599 064 028 208
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
63
En la Tabla 11 se muestran los datos de las bandas de absorcioacuten de las muestras
de 2HPβCD PrCl3XH2O y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y los valores
de los desplazamientos observados Los valores de desplazamiento indican la
formacioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Las bandas de absorcioacuten de las
muestras irradiadas a diferentes dosis mostraron que en el intervalo de dosis de 1-
500 Gy las muestras no sufren cambios Cuando las muestras son irradiados a
5000 y 10 000 Gy se observaron ligeros cambios en la intensidad de la bandas de
absorcioacuten
65 Espectroscopia Raman
Figura 13 Espectros Raman de la muestra PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD
La Figura 13 muestra los espectros Raman de las muestras 2HPβCD PrCl3XH2O
y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Se realizaron 100 adquisiciones de
cada uno de las muestras Los resultados son el promedio de estas Los espectros
Raman de la Figura 13 muestran diferencias entre ellas
El espectro Raman del PrCl3XH2O muestra un pico intenso a 19278 cm-1 Este
pico se observa en el espectro Raman del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD a
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
64
23814 cm-1 y es de intensidad menor Las bandas de la 2HPβCD (44336 47805
84780 94691 126575 133270 145854 cm-1) algunas desaparecen y otras se
desplazan en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Esto indica la formacioacuten del
complejo de inclusioacuten
Al comparar los espectros Raman de las muestras irradiadas a diferentes dosis
mostraron que en el intervalo de dosis de 1-500 Gy no sufren cambios Sin
embargo en el intervalo de 5000 a 10000 Gys se observa la presencia de una
banda que no se encuentra en las muestras no irradiadas Probablemente las
muestras empiezan a descomponerse
66 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-βeta-ciclodextrina
661 Efecto de temperatura
La Figura 14 muestra el efecto de temperatura sobre la solubilidad del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD
Figura 14 Efecto de temperatura en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
20 30 40 50 60
018
020
022
024
026
028
030
032
034
036
038
g P
r-2H
PB
CD
Temperatura degC
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
65
La Figura muestra que conforme la temperatura va aumentando la solubilidad de
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta Es decir a la temperatura 20 degC se
solubilizan 01866 g del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD mientras que a 60 degC
se solubilizan 03628 g
662 Efecto de tiempo
La Figura 15 muestra el efecto del tiempo sobre la solubilidad del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD
Se observoacute que conforme el tiempo va aumentando la solubilidad de complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta Con esto se determinoacute que la dilucioacuten de 01 gr de
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 ml de agua destilada se lleva a cabo en
un tiempo 170 segundos
Figura 15 Efecto de tiempo en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
01000 01005 01010 01015 01020 01025 01030
160
162
164
166
168
170
Tie
mpo (
segundos)
g Pr-2HPBCD
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
66
67 Recta de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4
Se realizaron las mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de
2 M de NaClO4 Los datos se muestran en la Tabla 12
Tabla 12 Mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de 2 M de NaClO4
Concentracioacuten (M)
pCH pH
exp 1 pH
exp 2 pH
exp 3 pH
exp 4 pH
exp 5 pH exp prom
HCl 0001 3 2359 2205 2333 2402 2329 23256
001 2 1173 1172 1207 1228 1268 12096
01 1 0508 0248 0253 0352 0361 03444
NaOH 0001 11 9987 9994 9926 10009 9994 9982
001 12 10947 10876 10959 10876 10849 109014
01 13 11612 1156 11604 11552 11516 115688
Se graficaron los datos de pH (experimental) promedio en funcioacuten del pCH (teoacuterico)
se tiene la Figura 16
Figura 16 Recta de calibracioacuten del pCH como una funcioacuten del pH en el medio 2 M de NaClO4
0 2 4 6 8 10 12 14
0
2
4
6
8
10
12
pC
H
pH
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
67
La ecuacioacuten de la recta de calibracioacuten es
pCH= 105108 (plusmn00063) pH + 06352 (plusmn00669) R2= 09995
Esta ecuacioacuten permitioacute corregir todos los datos de pH experimental de este
trabajo
68 Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Se realizaron valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD en medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 a 30 deg C en atmoacutesfera inerte
Se obtuvieron espectros de absorcioacuten UV-Vis en el intervalo de longitud de onda
de 200 a 700 nm En la Figura 17 se muestra los espectros de absorcioacuten de cada
una de las aliacutecuotas del praseodimio en presencia de la 2HPβCD en el intervalo de
longitud de onda de 200 a 230 nm
Figura 17 Espectros de absorcioacuten UV-Vis de la valoracioacuten espectrofotomeacutetrica del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con NaOH 00025 M en el medio 2M de NaClO4
200 210 220 230
00
01
02
03
04
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
68
Se graficaron los datos de absorbancia a la longitud de onda de 215 nm de la Figura
17 y los valores de pCH correspondientes se obtuvo la Figura 18
Figura 18 Curva de valoracioacuten espectrofotomeacutetrica (absorbancia en funcioacuten del pCH) y la primera derivada del praseodimio en presencia de la 2HPβCD a longitud de onda de 215 nm
La derivada de la curva de la Figura 18 permitioacute determinar el pCH de precipitacioacuten
(maacutexima inflexioacuten) el cual fue de 812 A partir de este pCH se determinoacute la zona
no saturada (lado izquierdo de la curva) y saturada (lado derecho de la curva)
69 Titulaciones potenciomeacutetricas
Se realizaron valoraciones potenciomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
con NaOH en medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 a 30 degC en atmosfera inerte
Se obtuvo la Figura 19 La valoracioacuten potenciomeacutetrica del Pr-2HPβCD inicio en
medio acido por medio de la primera derivada y su inflexioacuten de la curva se
determinoacute el pCH inicial (pCH= 656) el valor de pCH final se determinoacute con el valor
de la primera derivada (pCHpp= 812) de la Figura 18 (punto de inicio de
precipitacioacuten del PrCl3XH2O)
4 5 6 7 8 9 10
025
030
035
040
045
050
055
060
pCH
Ab
so
rban
cia
-01
00
01
02
03
04
05
06
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
69
Figura 19 Curva de valoracioacuten potenciomeacutetrica directa de 25x10-4 M del praseodimio en presencia de la 2HPβCD con 25x10-3 de NaOH en 2 M de NaClO4 a 30 degC en atmosfera libre de CO2 y primera
derivada de la curva Detalle central (zona no saturada)
Con estos dos valores se determinoacute el intervalo de la zona no saturada que se
muestra en el detalle central de la Figura 19 empleado para el caacutelculo de la
primera constante de hidrolisis del praseodimio y del complejo del praseodimio en
presencia de la 2HPβCD
610 Refinamientos
A partir del detalle central de la Figura 19 (zona no saturada) los datos de
volumen pCH concentracioacuten del titulado y titulante y un modelo quiacutemico propuesto
con la estequiometria se alimentaron al programa de computo SUPERQUAD y
mediante refinamiento computacional se determinaron los valores de la constante
de hidrolisis de las especies quiacutemicas del praseodimio y del complejo de inclusioacuten
Pr-2HPβCD que se muestran en la Tabla 13
0 5 10 15 20
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
ml adicionados de NaOH
pC
H
0
2
4
6
8
10
00 01 02 03 04 05 06 07
64
66
68
70
72
74
76
78
80
82
pC
H
ml adicionados de NaOH
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
70
Tabla 13 Constantes de hidroacutelisis del Pr y el pCH de precipitacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 M de NaClO4 obtenidos mediante meacutetodo potenciomeacutetrico y el programa SUPERQUAD a
30 degC
Equilibrio Quiacutemico
logβ1
POTENCIOMETRICO
(SUPERQUAD)
Intervalo
(pCH)
No
puntos
ESPECTROFOTOMETRICO
pCH de pp
Meacutetodo GRAFICO
Pr3++ H2O Pr(OH)2++ H+ -862plusmn0007 656-812 33 812
Pr(OH)2++H2O Pr(OH)2++H+ -1710plusmn003
Pr(OH)2++H2O Pr(OH)3+H+ -2586plusmn001
Pr3++2HPβCD+H2O Pr-
2HPβCD-(OH)2++H+
-509plusmn007
En la Tabla 13 anterior se muestra el valor de pCH de precipitacioacuten obtenido por el
meacutetodo espectrofotomeacutetrico (meacutetodo graacutefico) que fue de 812 Los valores de las
constantes de hidrolisis de las especies quiacutemicas del praseodimio fueron-
logβ1OH=-862plusmn0007-logβ22OH=-1710plusmn003-logβ33OH=-2586plusmn001 y del complejo
de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-509plusmn007 obtenidos por el meacutetodo
potenciomeacutetrico empleando el programa de computo SUPERQUAD
71
______________________________
CONCLUSIONES
______________________________
CONCLUSIONES
72
CONCLUSIONES
bull Se observaron 3 zonas de absorcioacuten caracteriacutesticas del praseodimio
situadas a una longitud de onda de 215 nm 3 bandas de absorcioacuten en 444
nm 469 nm y 482 nm y en 5885 nm se determinaron para cada banda las
rectas de calibracioacuten
bull Se demostroacute la inclusioacuten del praseodimio en la 2HPβCD y el efecto de la
radiacioacuten gamma en los reactivos (PrCl3XH2O 2HPβCD) y el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD satisfactoriamente mediante las diferentes teacutecnicas de
caracterizacioacuten y anaacutelisis empleadas (MEB UV-Vis DRX Espectroscopia
Infrarrojo y Espectroscopia Raman)
bull El efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-β-ciclodextrina (Pr-2HP-β-CD) mostroacute que en el intervalo de
dosis de 1-500 Gy no sufren cambios Sin embargo cuando es irradiado a
5000 y 10 000 Gy se observaron ligeros cambios Esto se puede deber a
que probablemente el complejo empieza a descomponerse
bull La solubilidad de complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta en funcioacuten del
aumento de la temperatura
bull Conforme el tiempo va aumentando la solubilidad de complejo de inclusioacuten
Pr-2HPβCD aumenta
bull El valor de la primera constante de hidrolisis del praseodimio obtenido fue-
logβ1OH=-862plusmn0007 y del complejo de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-
509plusmn007
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RECOMENDACIONES
______________________________
RECOMENDACIONES
74
bull El complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se debe preparar con diferentes
meacutetodos para elegir el maacutes adecuado de acuerdo a su rendimiento
quiacutemico y asegurar su formacioacuten
bull Comparar la zona no saturada de complejo de Inclusioacuten del Pr-2HPβCD
Pr-2βCD y la del praseodimio sin complejo para observar el efecto de la
solubilidad y estabilidad
bull Determinar las constantes de hidrolisis del praseodimio y del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD irradiado con radiacioacuten gamma de Co60 y comparar
con la de complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD no irradiado
75
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GLOSARIO
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GLOSARIO
76
GLOSARIO
1 Absorbancia
Se define como la relacioacuten (logariacutetmica) entre la intensidad de la luz que incide
sobre una muestra y la intensidad de esa misma luz que es transmitida a traveacutes de
esa muestra Cuando una luz de una longitud de onda determinada seleccionada
por un filtro incide sobre una muestra parte de esa luz es absorbida La luz no
absorbida pasa a traveacutes de la muestra y es recogida por un detector colocado en
el otro lado del pocillo de la micro placa frente a la fuente de luz
2 Algoritmo de Marquadt
Es un proceso iterativo de convergencia que a traveacutes de la teacutecnica de los miacutenimos
cuadrados ponderados permite encontrar los paraacutemetros de las ecuaciones de
funciones no lineales
3 Complejo de inclusioacuten
Mezcla cristalina en la que las moleacuteculas de un componente estaacuten contenidas
dentro de la red cristalina del otro
4 Confinamiento de residuos
Lugar totalmente seguro controlado y construido con el propoacutesito de disponer
residuos peligrosos instalados en un lugar retirado de la poblacioacuten con el objetivo
de disminuir riesgos de caraacutecter natural y humano
5 Curva de calibracioacuten
Representacioacuten graacutefica de una sentildeal que se mide en funcioacuten de la concentracioacuten
de un analito La calibracioacuten incluye la seleccioacuten de un modelo para estimar los
paraacutemetros que permitan determinar la linealidad de esa curva Y en
consecuencia la capacidad de un meacutetodo analiacutetico para obtener resultados que
sean directamente proporcionales a la concentracioacuten de un compuesto en una
muestra dentro de un determinado intervalo de trabajo
GLOSARIO
77
6 Desechos radiactivos
Residuo o subproductos que contiene varios elementos quiacutemicos radiactivos que
no tiene un fin praacutectico
7 Especies quiacutemicas
En quiacutemica el teacutermino especie quiacutemica se usa comuacutenmente para referirse de
forma geneacuterica a aacutetomos moleacuteculas iones radicales etc que sean el objeto de
consideracioacuten o estudio
8 Estabilidad
Una sustancia es estable si no es particularmente reactivo en el ambiente o
durante uso normal y mantiene sus propiedades uacutetiles en la escala de tiempo de
su durabilidad esperada y por lo que se dice que el material es inestable si se
corroe descompone polimeriza quema o explota bajo las condiciones anticipadas
de uso o condiciones ambientales normales
9 Fisioacuten nuclear
Reaccioacuten en la cual un nuacutecleo se bombardea con neutrones se convierte en
inestable y se descompone en dos nuacutecleos y tamantildeos son del mismo orden de
magnitud con gran desprendimiento de energiacutea y la emisioacuten de dos o tres
neutrones los cuales a su vez ocasionar maacutes fisiones al interaccionar con nuevos
nuacutecleos fisionables que emitiraacuten nuevos neutrones y asiacute sucesivamente
10 Fuerza ioacutenica
Propiedad de una solucioacuten que depende de la concentracioacuten total de iones en la
solucioacuten asiacute como de la carga de dichos iones
11 Isoacutetopo
Nucleiacutedos pertenecientes a un mismo elemento quiacutemico pero que se diferencian
entre el nuacutemero de neutrones de cada uno
GLOSARIO
78
12 Lenguaje fortran
Es un lenguaje de programacioacuten de alto nivel de propoacutesito general procedimental
e imperativo que estaacute especialmente adaptado al caacutelculo numeacuterico y a la
computacioacuten cientiacutefica
13 Lgi-01 TRANSELEKTRO (LGI-01)
Equipo de irradiacioacuten integrado por un cuerpo ciliacutendrico de plomo que sirve de
blindaje una jaula ciliacutendrica que contiene los laacutepices de Co60 un eacutembolo moacutevil con
una cavidad (caacutemara de exposicioacuten) una consola de mando y un cronoacutemetro para
establecer el tiempo de irradiacioacuten La caacutemara de exposicioacuten alberga a las
muestras para la irradiacioacuten un sistema electromecaacutenico baja el depoacutesito de las
muestras hasta la fuente de radiacioacuten que consta de 48 laacutepices de los cuales 12
contiene Co60 y el resto estaacuten vaciacuteos
14 Longitud de onda
Es la distancia real que recorre una perturbacioacuten (onda) en un determinado
intervalo de tiempo Ese intervalo de tiempo es el transcurrido entre dos maacuteximos
consecutivos de alguna propiedad fiacutesica de la onda
15 Medio acuoso
Medio o disolucioacuten acuosa se refiere a que una mezcla de disolventes el
disolvente mayoritario es agua Las disoluciones acuosas tienen una gran
importancia en la biologiacutea desde los laboratorios de ciencia baacutesica hasta la
quiacutemica de la vida pasando por la quiacutemica industrial Por la vasta cantidad y
variedad de sustancias que son solubles en agua esta se denomina a veces
disolvente universal
16 pCH
Es el logaritmo inverso de la concentracioacuten de los iones hidroacutegeno
17 pH
Es una medida del pH experimental de este trabajo
GLOSARIO
79
18 Precursores
Sustancia indispensable o necesaria para producir otra mediante los compuestos
quiacutemicos que constituyen una primera etapa en un proceso quiacutemico y actuacutean
como sustrato en las etapas posteriores
19 Radiacioacuten gamma
Es un tipo de radiacioacuten electromagneacutetica constituida por fotones se produce por
elementos radiactivos o procesos subatoacutemicos como la aniquilacioacuten de un par
positroacuten-electroacuten Los rayos gamma constituyen un tipo de radiacioacuten ionizante
capaz de penetrar en la materia maacutes profundamente que la radiacioacuten α y la β
pueden causar graves dantildeos a las ceacutelulas se usan para esterilizar equipos
meacutedicos y alimentos
20 Reacciones de hidroacutelisis
Reacciones quiacutemicas entre una moleacutecula de agua y cualquier otra especie
quiacutemica en la cual la moleacutecula de agua se divide y sus aacutetomos forman parte de
otra especie quiacutemica
21 Relacioacuten molar
Factor de conversioacuten cuyo fin es convertir en una reaccioacuten quiacutemica la cantidad de
moles de una sustancia a la cantidad correspondiente de moles de otra sustancia
La sustancia de partida se expresa en gramos y la sustancia deseada en moles
22 Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Se denomina valoracioacuten espectrofotomeacutetrica al procedimiento por el cual se
determina el punto final de una titulacioacuten utilizando las medidas de absorbancia a
una longitud de onda fija Para simplificar la teacutecnica se selecciona una longitud de
onda donde solamente uno de los componentes de la muestra absorba
80
______________________________
REFERENCIAS CITADAS
______________________________
REFERENCIAS CITADAS
81
REFERENCIAS CITADAS
1 Saacuteez P R y Caro P Q (1998) Rare Earths Cursos de Verano de El
Escorial Editorial Complutense Madrid pp 261-331
2 Kolthoff IM and Elving PJ (1963) Treatise Analytical Chemistry Vol 8
part II section A Editorial Interscience publisher N Y
3 Spedding F H and Daane A H (1961) Rare Earths Editorial J Wiley and
Sons Inc N Y
4 Bargalloacute M (1962) Tratado de Quiacutemica Inorgaacutenica Editorial Porruacutea
Meacutexico
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producto de solubilidad de ln (OH)3 y el efecto de los iones cloruro sobre la
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ioacutenica 2 molar pp 21
IacuteNDICE
XIII
IacuteNDICE
DEDICATORIA VII
AGRADECIMIENTOS VIII
RESUMEN IX
ABSTRACT XI
IacuteNDICE XIII
IacuteNDICE DE FIGURAS XVII
IacuteNDICE DE TABLAS XIX
ABREVIATURAS XX
CAPIacuteTULO I INTRODUCCIOacuteN 21
1 Introduccioacuten 22
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO 23
2 Fundamento 24
21 Los lantanidos 24
22 Praseodimio 25
23 Ciclodextrinas (CDs) 25
24 β-ciclodextrina 27
25 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina 28
26 Hidroacutelisis 29
27 Fuerza ioacutenica 30
28 Teacutecnicas de caracterizacioacuten 32
281 Microscopiacutea electroacutenica de barrido (MEB) 32
282 Espectroscopia de absorcion ultravioleta-visible (UV-VIS) 33
283 Difraccioacuten de rayos X (DRX) 34
284 Espectroscopia de infrarrojo (IR) 34
IacuteNDICE
XIV
285 Espectroscopia Raman 35
29 Titulacioacuten espectrofotomeacutetrica 35
210 Meacutetodo potenciomeacutetrico 36
211 programa de coacutemputo SUPERQUAD 37
CAPIacuteTULO III HIPOacuteTESIS 39
3 Hipoacutetesis 40
CAPIacuteTULO IV OBJETIVOS 41
4 Objetivos 42
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA 43
5 Metodologiacutea 44
51 Preparacioacuten de la solucioacuten de la 2-hidroxipropyl- βeta-ciclodextrina 45
52 Preparacioacuten de solucioacuten de praseodimio 45
53 Preparacioacuten del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina 45
54 Determinacioacuten de las curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por UV-Vis 46
55 Estudio de la influencia de las relaciones molares de las soluciones del
complejo de inclusioacuten 47
56 Efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 47
57 Caracterizacioacuten del compuesto de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-βeta-
ciclodextrina 49
571 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB) 49
572 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX) 49
573 Anaacutelisis por espectroscopia de infrarrojo (IR) 49
574 Anaacutelisis por espectroscopia Raman 50
IacuteNDICE
XV
58 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina 50
581 Efecto de temperatura 50
582 Efecto del tiempo 51
59 Determinacioacuten de la curva de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4 52
510 Valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina 52
511 Valoraciones potenciomeacutetricas directas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina 53
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS 54
6 Resultados 55
61 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea ultravioleta-visible (UV-Vis) 55
62 Efecto de la concentracioacuten de la 2HPβCD en el praseodimio por
espectrofotometriacutea ultravioleta-visible (UV-Vis) 57
63 Efecto de la radiacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD por
espectrofotometriacutea ultravioleta-visible (UV-Vis) 58
62 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB) 59
63 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX) 60
64 Espectroscopia de infrarrojo (IR) 61
65 Espectroscopia Raman 63
66 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina 64
661 Efecto de temperatura 64
662 Efecto de tiempo 65
67 Recta de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4 66
68 Valoraciones espectrofotomeacutetricas 67
IacuteNDICE
XVI
69 Titulaciones potenciomeacutetricas 68
610 Refinamientos 69
CONCLUSIONES 71
RECOMENDACIONES 73
GLOSARIO 75
REFERENCIAS CITADAS 80
IacuteNDICE
XVII
IacuteNDICE DE FIGURAS
Figura 1 Estructura de α β y γ ciclodextrinas 25
Figura 2 2HPβCD 28
Figura 3 Ilustracioacuten de un diagrama general de pLn(c)-pCH 36
Figura 4 Ilustracioacuten de una valoracioacuten potenciomeacutetricas directa con su primera
derivada (∆pCH∆V) 37
Figura 5 Diagrama de flujo 44
Figura 6 Espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes concentraciones en
presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina 55
Figura 7 Rectas de calibracioacuten de las bandas de absorcioacuten del praseodimio en
presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina 56
Figura 8 Espectro de absorcioacuten UV-Vis del praseodimio a concentracioacuten
constante en presencia de la 2HPβCD a diferentes concentraciones 57
Figura 9 Espectro UV-Vis de las muestras irradiadas en solucioacuten del complejo Pr-
2HPβCD PrCl3 y 2HPβCD 58
Figura 10 Imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las muestras a)
2HPβCD b) 2HPβCD irradiada c) PrCl3XH2O d) PrCl3XH2O irradiada e) Pr-
2HPβCD y f) Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy 59
Figura 11 Difraccioacuten de rayos X de PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD 61
Figura 12 Espectros de infrarrojo de las muestra 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD 62
Figura 13 Espectros Raman de la muestra PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD 63
Figura 14 Efecto de temperatura en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD 64
Figura 15 Efecto de tiempo en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD 65
Figura 16 Recta de calibracioacuten del pCH como una funcioacuten del pH en el medio 2 M
de NaClO4 66
Figura 17 Espectros de absorcioacuten UV-Vis de la valoracioacuten espectrofotomeacutetrica del
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con NaOH 00025 M en el medio 2M de
NaClO4 67
IacuteNDICE
XVIII
Figura 18 Curva de valoracioacuten espectrofotomeacutetrica (absorbancia en funcioacuten del
pCH) y la primera derivada del praseodimio en presencia de la 2HPβCD a longitud
de onda de 210 nm 68
Figura 19 Curva de valoracioacuten potenciomeacutetrica directa de 25x10-4 M del
praseodimio en presencia de la 2HPβCD con 25x10-3 de NaOH en 2 M de NaClO4
a 30 degC en atmosfera libre de CO2 y primera derivada de la curva 69
IacuteNDICE
XIX
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Propiedades fisicoquiacutemicas de los diferentes tipos de ciclodextrinas
naturales 26
Tabla 2 Reacciones de hidroacutelisis del praseodimio y constantes de equilibrio 29
Tabla 3 Datos de la literatura sobre la primera constante de hidroacutelisis (log β1) del
praseodimio 31
Tabla 4 Diferentes concentraciones de praseodimio con 2HPβCD constante para
determinar las curvas de calibracioacuten 46
Tabla 5 Relaciones molares 2HPβCD Pr 47
Tabla 6 Dosis de irradiacioacuten de Co60 aplicadas a las muestras en solucioacuten y
soacutelidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 2HPβCD y PrCl3 XH2O en la
instalacioacuten VICKRAD y GAMMACELL del irradiador LGI-01 TRANSELEKTRO del
ININ 48
Tabla 7 Cantidad de complejo solubilizado a diferentes temperaturas en 2 ml de
agua destilada 51
Tabla 8 Cantidades de complejo Pr-2HPβCD y agua destilada en cada tubo de
ensaye 51
Tabla 9 Ecuaciones de calibracioacuten del praseodimio en presencia de la 2-
hidroxipropil-β-ciclodextrina obtenidos por UV-Vis 56
Tabla 10 Anaacutelisis EDS de las muestras de PrCl3 2-HPβCD y Pr-2HPβCD 60
Tabla 11 Grupos funcionales del PrCl3XH2O 2HPβCD y del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD 62
Tabla 12 Mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de 2 M de
NaClO4 66
Tabla 13 Constantes de hidroacutelisis del Pr y el pCH de precipitacioacuten en el complejo
de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 M de NaClO4 obtenidos mediante meacutetodo
potenciomeacutetrico y el programa SUPERQUAD a 30 degC 70
ABREVIATURAS
XX
ABREVIATURAS
Pr praseodimio
2HPβCD 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
CDs Ciclodextrinas
CD Ciclodextrina
Ln Lantaacutenidos
Pr-2HPβCD praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Pr-2βCD praseodimio-2-βeta-ciclodextrina
CGT ciclomaltodextrin-glucano-transferasa
TP Titulacioacuten potenciomeacutetrica
ES Titulacioacuten espectrofotomeacutetrica
RE Relacioacuten empiacuterica
ED Extraccioacuten con disolvente
MEB Microscopiacutea electroacutenica de barrido
EDS Espectroacutemetro de dispersioacuten de energiacutea de rayos X
UV-VIS Ultravioleta-Visible
DRX Difraccioacuten de rayos X
IR Infrarrojo
EDTA Acido tetracetico etilen diamina
Co60 Cobalto-60
JCPDS Joint Committee On Powder Diffraction Standards
M Molaridad
21
______________________________
CAPIacuteTULO I
INTRODUCCIOacuteN
______________________________
CAPIacuteTULO I INTRODUCCIOacuteN
22
1 INTRODUCCIOacuteN
El praseodimio pertenece al grupo de los lantaacutenidos que muestran propiedades
quiacutemicas muy similares entre ellos derivadas de su configuracioacuten electroacutenica
caracterizados por la presencia de orbitales 4f parcialmente llenos Incluso se
consideran parecidos al grupo de los elementos actiacutenidos El praseodimio es un
elemento metaacutelico con siacutembolo Pr nuacutemero atoacutemico 59 y peso atoacutemico 140907
gmol El isoacutetopo estable 141Pr constituye el 100 del elemento en la naturaleza
Este lemento puede ser encontrado en ceramicos para dar el color amarillo En
mezcla con otros lantanidos se usan como proyectores de luz Su uso sigue
aumentando debido al hecho de que es uacutetil para producir magnetos de alto poder
entre otros Sobre todo se esta empleando en la mitigacioacuten de cancer Es
peligroso en el ambiente cuando se tiran estos dispositivos despues de cumplir su
funcioacuten por lo que se acumularaacute gradualmente en los suelos y en el agua De ahiacute
la importancia de estudiar las reacciones de hidrolisis
La utilizacioacuten de la 2 hidroxipropil-β-ciclodextrina (2HPβCD) en este trabajo de
investigacioacuten es fundamental debido a que es un agente de formacioacuten de
complejos de inclusioacuten para aumentar la solubilidad acuosa debido a que las
ciclodextrinas (CDs) se comportan como nano contenedores capaces de
encapsular moleacuteculas hidroacutefobas de tamantildeo apropiado y solubilizarlas en agua
propiedad que se aprovecha para determinar las constantes de hidroacutelisis del
praseodimio
Por lo cual el objetivo principal de este trabajo de investigacioacuten y en ausencia de
datos fundamentales de la interaccioacuten Ln3+-CDs sustituidas fue preparar el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Ademaacutes determinar el pCH de precipitacioacuten la
zona no saturada y saturada del Pr-2HPβCD que permiten determinar la constante
de hidroacutelisis del complejo de inclusioacuten praseodimio-2hidroxipropil-β-ciclodextrina
(Pr-2HPβCD) en medio 2 M de NaClO4 a 303 K por titulacioacuten espectrofotomeacutetrica
y potenciomeacutetrica
23
______________________________
CAPIacuteTULO II
FUNDAMENTO
______________________________
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
24
2 FUNDAMENTO
21 LOS LANTANIDOS
Los lantaacutenidos (tierras raras) forman un grupo de 17 elementos quiacutemicos que
muestran propiedades singulares derivadas de su configuracioacuten electroacutenica Estaacuten
caracterizados por la presencia de orbitales 4f parcialmente llenos [1] Los
nuacutemeros atoacutemicos de estos elementos van de 41 hasta 71 (Ce-Lu)
La configuracioacuten electroacutenica de los iones Ln3+ es 4fn5s25p6 (n= 0-14) Los orbitales
4f son orbitales internos con respecto a los 5s y 5p por lo cual estaacuten maacutes
cercanos al nuacutecleo Los orbitales 5s y 5p protegen a los electrones 4f de
interacciones externas determinando las propiedades de los iones Ln3+ [1] o
conducta quiacutemica debido a la pequentildea diferencia de energiacutea que distingue a los
electrones 4f de los electrones 5d [23]
Las tierras raras como grupo constituyen el 0008 en peso de la corteza
terrestre Los minerales que contienen lantaacutenidos son la monacita la bastnasita
la xenotima la gadolinita la alanita y la euxenita los cuales ocurren en las
regiones de rocas iacutegneas [4]
Los elementos de las tierras raras en soluciones acuosas son acuocationes que
tienen asociado un cierto nuacutemero de moleacuteculas de agua en la esfera de
coordinacioacuten primaria [1] Las aplicaciones de los lantaacutenidos se iniciaron
praacutecticamente a mediados del siglo XIX por ejemplo en los encendedores
despueacutes empezaron a utilizarse en los vidrios oacutepticos como reactivos de
desplazamiento en resonancia magneacutetica nuclear en quiacutemica orgaacutenica en
bioquiacutemica en cataacutelisis en componentes oacutepticos y electroacutenicos en los
superconductores de alta temperatura y en medicina como materiales
intensificadores de rayos X como agentes de relajamiento para teacutecnicas de
imagen en resonancia magneacutetica nuclear y desde luego como radioisoacutetopos para
aplicaciones farmaceacuteuticas Su utilidad en medicina y en la industria aumentoacute al
aplicarse las propiedades luminiscentes de sus complejos en el
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
25
fluoroinmunoensayo la fluorescencia retardada los electrodos sensoriales
luminiscentes etc [5]
22 PRASEODIMIO
El praseodimio metaacutelico (siacutembolo Pr No Atoacutemico 59) es amarillento y forma una
capa de oacutexido cuando se expone al aire huacutemedo Es un isotopo estable con masa
de 140907 y abunda en la naturaleza en un 100 [6] fue descubierto por el
austriaco Auer Von Welsbach en 1885 [7] Este elemento tiene dos estados de
oxidacioacuten +3 y +4 El Pr3+ con configuracioacuten electroacutenica [54Xe]4f2 Presenta
propiedades fisicoquiacutemicas que pueden magnificarse al formar complejos con
ligantes orgaacutenicos El ion metaacutelico luminece en el visible y en el infrarrojo cercano
[68 y 9]
23 CICLODEXTRINAS (CDs)
La celulosa y el almidoacuten son dos poliacutemeros de glucosa principales que se
producen a partir de la fotosiacutentesis considerados como importantes fuentes de
energiacutea renovables de la tierra al hidrolizarse el almidoacuten por efecto de la enzima
ciclomaltodextrin-glucano-transferasa (CGT) da origen a las dextrinas ciacuteclicas Por
lo tanto las ciclodextrinas son oligoacutemeros ciacuteclicos [1011] se obtienen durante la
degradacioacuten enzimaacutetica del almidoacuten y consisten en una serie de oligosacaacuteridos
ciacuteclicos formados por 6 (α) 7 (β) y 8 (γ) unidades de α-D-glucosa (Figura 1)
[1213] poseen estructura semejante entre ellas pero sus propiedades son
diferentes (Tabla 1)
Figura 1 Estructura de α β y γ ciclodextrinas
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
26
Tabla 1 Propiedades fisicoquiacutemicas de los diferentes tipos de ciclodextrinas naturales [11]
α-CD β-CD γ-CD
Uniones de glucosa 6 7 8 Diaacutemetro interno (nm) 047-053 060-065 075-083 Profundidad de la cavidad (nm)
079 079 079
pK valor 123 122 121 Solubilidad en agua 125 185 232 PM (DA) 972 1135 1297 Volumen de cavidad (aprox)
174 262 427
Agua cristalina ( ww) 102 133-45 813-177 Interaccioacuten hidrofoacutebica CD-cavidad CD-cavidad CD-cavidad Puente de hidrogeno Glucosa-OH Glucosa-OH Glucosa-OH ∆Hdeg (solucioacuten) kcalmol 767 831 773 ∆Sdeg (solucioacuten) cal(mol K) 138 117 147
(mg mml-1 25deg C) (106 pm3)
Las ciclodextrinas como materiales polihidroxilados han sido objeto de una amplia
variedad de reacciones La reaccioacuten maacutes estudiada es el ataque electrofiacutelico al
grupo OH de su estructura [14] La cavidad interior de las ciclodextrinas es
hidrofobica por lo que estos compuestos son capaces de albergar moleacuteculas
hidroacutefobas maacutes pequentildeas para formar complejos ldquoanfitrioacuten-hueacutespedldquo en los que la
moleacutecula hueacutesped queda encapsulada por la ciclodextrina [1315] De acuerdo a
estas caracteriacutesticas son capaces de formar complejos de inclusioacuten por medio de
enlaces no covalentes los cuales estabilizan a una gran variedad de moleacuteculas
[16] Las ciclodextrinas pueden formar compuestos cristalinos a partir de
moleacuteculas orgaacutenicas hueacutesped en estado soacutelido liacutequido e incluso gaseoso En
consecuencia las moleacuteculas insolubles en agua pueden llegar a ser
completamente solubles mediante un tratamiento con disoluciones acuosas de
ciclodextrina sin que se produzca modificacioacuten quiacutemica alguna en la moleacutecula
hueacutesped ya que no se origina ninguacuten enlace covalente durante la interaccioacuten
entre la ciclodextrina y la moleacutecula insoluble en agua [1315]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
27
La importancia que las ciclodextrinas estaacuten cobrando en la actualidad se observa
en el raacutepido desarrollo de su mercado sobre todo en el constante nuacutemero de
trabajos de investigacioacuten patentes y conferencias que estaacuten teniendo lugar en
estos uacuteltimos antildeos [17] el mayor porcentaje de ciclodextrinas usadas
comercialmente corresponde a la alimentacioacuten [18] y a la cosmeacutetica y aseo
personal [19] Las ciclodextrinas se utilizan para enmascarar olores y sabores
desagradables disminuyen la incompatibilidad faacutermaco-excipiente mejoran la
estabilidad fiacutesica y quiacutemica de compuestos volaacutetiles y de principios activos que
sean hidrolizables oxidables o fotosensibles para convertir faacutermacos liacutequidos en
soacutelidos para su formulacioacuten en tabletas y una muy importante para incrementar la
solubilidad en agua y la velocidad de disolucioacuten de faacutermacos poco solubles
Factores que aumentaraacuten la biodisponibilidad existiendo la posibilidad de reducir
la dosis asiacute como mejorar la absorcioacuten percutaacutenea y rectal al reducirse el caraacutecter
hidrofoacutebico del faacutermaco [20]
Se puede mejorar la solubilidad de determinados compuestos como el retinol
empleado en formulaciones anti-envejecimiento al tiempo que los complejos con
ciclodextrina son maacutes estables a la reaccioacuten de oxidacioacuten y a la accioacuten de la
radiacioacuten ultravioleta Sin embargo es indudable que el mayor esfuerzo en
investigacioacuten estaacute relacionado con su potencial aplicacioacuten farmaceacuteutica [2122]
24 β-CICLODEXTRINA
La beta ciclodextrina es la maacutes empleada por sus caracteriacutesticas y propiedades de
estructura que presenta Las ciclodextrinas se forman mediante unidades de
glucopiranosa las cuales contienen 3 grupos de hidroxilos libres cada una la β-
ciclodextrina (Figura 1) posee 21 hidroxilos los cuales pueden ser modificados por
sustitucioacuten de los aacutetomos H u OH por diferentes grupos tales como hidroxialkil
amino alquil etc A partir de las CDs naturales se han sintetizado otros tipos de
CDs llamadas derivadas o modificadas El objetivo de obtener los derivados de las
CDs puede ser el aumento de solubilidad y estabilidad en el agua o mejorar la
encapsulacioacuten de la moleacutecula hueacutesped en su cavidad hidrofobica de la CD
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
28
25 2-HIDROXIPROPIL-β-CICLODEXTRINA
Entre los derivados de la β-ciclodextrina se encuentran las heterogeacuteneas amorfas
y altamente solubles como son la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Figura 2) y la
metil- β-ciclodextrina
La hidroxilpropil beta ciclodextrina (2HPβCD) que es una ciclodextrina sustituida
se obtiene de una solucioacuten base de la beta ciclo dextrina solubilizada con oacutexido de
propileno resultando un sistema isomerico cuya sustitucioacuten puede darse en las
posiciones 1 2 o 3 con solubilidad mayor a 500 mgmL en agua y a temperatura
ambiente La alquilacioacuten o hidroxialquilacioacuten de las ciclodextrinas afectan las
propiedades fisicoquiacutemicas de los derivados incluyendo la habilidad para formar
complejos farmaceacuteuticos y no es toacutexica despueacutes de una administracioacuten oral en
dosis menores a 500 mgkg por viacutea intravenosa [24 25]
Figura 2 2HPβCD
La complejacioacuten del praseodimio con la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina se obtiene el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con el fin de observar la influencia de la
solubilidad y estabilidad del praseodimio
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
29
26 HIDROacuteLISIS
La hidroacutelisis es decir la reaccioacuten de una especie tal como un ion metaacutelico con
los iones del agua asiacute como las reacciones redox y la formacioacuten de complejos con
los iones carbonato son algunas de las reacciones criacuteticas que controlan el
comportamiento de los lantaacutenidos en soluciones acuosas [12] en donde las
moleacuteculas de la sustancia son divididas en el agua
Las reacciones de hidroacutelisis dependen fuertemente del medio en que se efectuacutean
como son la fuerza ioacutenica el pH del medio la concentracioacuten del elemento y la
temperatura son paraacutemetros que rigen esas reacciones
Las reacciones de hidroacutelisis del praseodimio se muestran a continuacioacuten asiacute como
su constante de equilibrio de acuerdo a la ley de accioacuten de masas (Tabla 2)
Tabla 2 Reacciones de hidroacutelisis del praseodimio y constantes de equilibrio
Equilibrio Quiacutemico Constante de equilibrio
1 1198751199033+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)2+ + 119867+ 1198701119867 =
[119875119903(119874119867)2+][119867+]
[1198751199033+]
2 119875119903 (119874119867)2+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)2+ + 119867+
11987012119867 =[119875119903(119874119867)2
+][119867+]
[119875119903 (119874119867)2+]
3 119875119903 (119874119867)2+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)3
0 + 119867+ 11987013119867 =
[119875119903(119874119867)3+][119867+]
[119875119903(119874119867)2+]
4 119875119903 (119874119867)119899minus1+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)119899
0 + 119867+ 1198701119899119867 =
[119875119903(119874119867)119899+][119867+]
[119875119903(119874119867)119899minus1+ ]
5 1198751199033+ + 2119867119875120573119862119863 + 1198672119874 1198751199032119867119875120573119862119863(119874119867)2+ + 119867+ 11987011199011199032119867119875119861119862119863 =[119875119903 minus 2119867119875120573119862119863]
[1198751199033+]
De acuerdo con la ley de accioacuten de masas se pueden definir las constantes de
equilibrio (K) como K1H K12H K13H K1nH y K1Pr2HBCD Y con base en ellas se
pueden definir las constantes globales o acumulativas de hidroacutelisis
β1OH = K1H β12OH = [K1H][K12H] β13OH = [K1H][K12H][K13H]helliphelliphellip
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
30
Se entiende como constantes de Broumlnsted a las ecuaciones de la ley de accioacuten de
masas en las cuales el teacutermino de H+ aparece como actividad y las demaacutes especies
aparecen en teacuterminos de concentracioacuten
Las reacciones de hidroacutelisis se afectan cuando cambian las condiciones en las que
se llevan a cabo Una de esas condiciones a la que se le ha puesto atencioacuten
aunque hasta ahora no la suficiente es la fuerza ioacutenica Por lo general los trabajos
dedicados a la determinacioacuten de las constantes de hidroacutelisis se han efectuado en
medios de fuerza ioacutenica baja consideradas como soluciones ideales
Sin embargo para los medios tales como el agua de mar y otros de fuerza ioacutenica
maacutes elevada por ejemplo las minas de sal para almacenamiento de desechos
radiactivos se encuentran pocos datos en la literatura [25]
27 FUERZA IOacuteNICA
El comportamiento de los iones en una disolucioacuten depende de la composicioacuten
ioacutenica total de la misma la cual se expresa por su fuerza ioacutenica [26]
119868 =1
2sum 119862119894119885119894
2 Ec 1)
Donde
I = fuerza ioacutenica Ci = concentracioacuten molar de los iones existentes y Z
i = carga
ioacutenica de los iones existentes
La caracteriacutestica fundamental de las sales que se adicionan a un medio para
imponer la fuerza ioacutenica es que sean inertes pues no deben tomar parte en el
equilibrio quiacutemico [27] El aacutecido percloacuterico es el aacutecido maacutes fuerte en solucioacuten
acuosa por lo tanto el ion perclorato es una base deacutebil maacutes que los iones cloruro
y muestra muy poca tendencia a unirse a iones hidroacutegeno Lo mismo puede
decirse acerca de su tendencia a reaccionar con iones metaacutelicos que pueden
considerarse como aacutecidos de Lewis En la mayoriacutea de los percloratos metaacutelicos en
solucioacuten el ion metaacutelico se encuentra en forma hidratada siempre y cuando la
solucioacuten sea suficientemente aacutecida para que no se produzca la formacioacuten de
hidroxo complejos [28]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
31
La fuerza ioacutenica juega un papel de gran importancia en el pH Feldman en 1956
observoacute que el pH de una solucioacuten buffer 005 M de ftalato aacutecido de potasio
cambioacute desde 400 en fuerza ioacutenica cero hasta 357 en fuerza ioacutenica 2 M de KCl
Feldman explicoacute que el pH disminuye debido a que el coeficiente de actividad
cambia y por lo tanto hay mayor disociacioacuten de ftalato aacutecido de potasio [29] En la
literatura se han reportado diversos estudios de las constantes de estabilidad del
praseodimio en fuerza ioacutenica 2M (Tabla 3) donde se han empleado diferentes
condiciones de temperatura fuerza ioacutenica y diferentes meacutetodos donde se han
obtenido valores diferentes de la constante de estabilidad del praseodimio
Tabla 3 Datos de la literatura sobre la primera constante de hidroacutelisis (log β1) del praseodimio
Medio Meacutetodo Molaridad Log +β1 T K Referencia
NaCl ESTP 2 -874plusmn006 303 De la Cruz et al 2013
NaCl ES 2 -894plusmn002 303 Loacutepez et al 2010 NaCl SQUAD 2 -894plusmn003 303 Gonzales et al
2009 NaCl SQUAD 2 -891plusmn019 303 Gonzales et al
2009 NaCl ES 2 -877plusmn003 303 Gonzales et al
2009 NaClO4 TP 2 -838plusmn002 303 Loacutepez et al2005
NaCl TP 2 -876plusmn002 303 Loacutepez et al2005 NaCl TP 1 -858plusmn002 303 Ramirez et al
2004 NaClO4HClO4 ESTP 07 -862plusmn006 298 Klungness y
byrne2002 LiClO4 TP 3 -874plusmn003 303 Ciavata et al
1989 NaClO4 TP 3 -956plusmn003 298 Burkov et al
1982 NR RE 0 -81 298 Baes y Mesmer
1976 LiClO4 ED 02 -71plusmn007 298 Guillaumont et
al 1971 NaClO4 Ba(OH)2
TP 03002 -945 298 Frlova et al 1966
NaClO4 LiClO4
TP 3 -85 298 Tobias y Garrett1956
TP Titulacioacuten potenciomeacutetrica ES Espectrofotomeacutetrica RE Relacioacuten empiacuterica ED Extraccioacuten con
disolvente T K Temperatura
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
32
Sin embargo solo se ha podido determinar el valor de la primera constante de
estabilidad en este estudio se pretende conocer el valor de varias especies
aprovechando el aumento de solubilidad que ofrecen las ciclodextrinas
28 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACIOacuteN
281 MICROSCOPIacuteA ELECTROacuteNICA DE BARRIDO (MEB)
La superficie de un soacutelido puesto en contacto con un liacutequido o con un gas difiere
sustancialmente en su interior tanto en su composicioacuten quiacutemica como en sus
propiedades fiacutesicas a la de la inicial La caracterizacioacuten de estas propiedades de
superficie es de vital importancia en numerosos campos que incluyen la cataacutelisis
heterogeacutenea la tecnologiacutea de partiacuteculas delgadas semiconductoras los
mecanismos de corrosioacuten y adhesioacuten la actividad de las superficies metaacutelicas las
caracteriacutesticas de la dureza y los estudios sobre el comportamiento y las funciones
de las membranas bioloacutegicas [30]
En muchos campos de la quiacutemica de las ciencias de los materiales de la geologiacutea
y de la biologiacutea es cada vez de maacutes importancia el conocimiento detallado de la
naturaleza fiacutesica de las superficies de los soacutelidos Normalmente la informacioacuten se
obtiene sobre las superficies con una resolucioacuten considerablemente elevada
mediante tres teacutecnicas la microscopia electroacutenica de barrido (MEB) microscopia
de barrido de efecto tuacutenel y microscopia de fuerzas atoacutemicas [31] El microscopio
electroacutenico de barrido (MEB) es un instrumento para obtener fotografiacuteas
tridimensionales debido a que tiene una alta resolucioacuten y una gran profundidad de
campo En las fotografiacuteas se puede apreciar la estructura de muestras
microscoacutepicas detallando de manera extraordinaria sus caracteriacutesticas
morfoloacutegicas y topograacuteficas [32] de distintos materiales
Un instrumento que se ha desarrollado para el anaacutelisis de muestras a traveacutes del
microscopio electroacutenico de barrido es el analizador EDS (espectroacutemetro de
dispersioacuten de energiacutea) de rayos X el cual identifica la distribucioacuten cuantitativa y
cualitativa de elementos quiacutemicos que se encuentran presentes en la muestra
mostrando graacuteficas e imaacutegenes relacionadas con esa distribucioacuten Es pertinente
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
33
sentildealar que el analizador EDS de rayos X identifica y evaluacutea el contenido de
elementos quiacutemicos desde el carbono al uranio en superficies planas o secciones
finas de las muestras en todo tipo de material (bioloacutegico e inerte) [33]
282 ESPECTROSCOPIA DE ABSORCION ULTRAVIOLETA-VISIBLE (UV-
VIS)
Una de las teacutecnicas instrumentales maacutes utilizadas en la deteccioacuten de complejos de
inclusioacuten con CDs es la espectroscopia de absorcioacuten UV-VIS Es una teacutecnica
versaacutetil de amplia aplicacioacuten de manejo sencillo y preciso Debido a que la
mayoriacutea de las moleacuteculas orgaacutenicas absorben en la regioacuten UV o visible del
espectro donde experimentan variaciones en las posiciones de los maacuteximos de
absorcioacuten (cualitativas) o en el valor del coeficiente de absorcioacuten molar
(cuantitativas) tras la formacioacuten del complejo con CDs Como existen numerosas
moleacuteculas orgaacutenicas deacutebilmente solubles en agua son difiacuteciles de analizar por
esta teacutecnica espectrofotomeacutetrica Sin embargo la inclusioacuten conlleva a la
solubilizacioacuten permitiendo obtener el espectro de absorcioacuten en solucioacuten acuosa
que podriacutea producir variaciones en su espectro en solventes de baja polaridad
comparables con respecto a otros solventes maacutes polares [34]
La espectroscopia UV-Vis (en el rango de longitudes de onda del ultravioleta y
visible) se basa en el anaacutelisis de la cantidad de radiacioacuten electromagneacutetica que
puede absorber o transmitir una muestra [35] Cuando la radiacioacuten
electromagneacutetica interacciona con la materia se produce absorcioacuten de radiacioacuten
Si la frecuencia de esta radiacioacuten corresponde a la energiacutea necesaria para elevar
el sistema a un nivel de energiacutea superior se produce el estado excitado [36] De
acuerdo con este fenoacutemeno cada sustancia poseeraacute una longitud de onda de
maacutexima absorcioacuten que la caracteriza cualitativamente [35] Esta
espectrofotometriacutea utiliza radiaciones del campo UV de 80 a 400 nm
principalmente de 200 a 400 nm (UV cercano) y de luz visible de 400 a 800 nm
por lo que es de gran utilidad para caracterizar las soluciones en la regioacuten
ultravioleta-visible del espectro [37]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
34
283 DIFRACCIOacuteN DE RAYOS X (DRX)
Es una de las teacutecnicas de caracterizacioacuten maacutes potentes y maacutes comuacutenmente
utilizadas para el anaacutelisis estructural de cristales Sus caracteriacutesticas principales
son consecuencia de ser una ldquosondardquo electromagneacutetica de la materia con una
longitud de onda de magnitud muy parecida al espaciado interplanar de los soacutelidos
[38] Constituye la metodologiacutea maacutes apropiada para realizar el anaacutelisis de la
estructura cristalina del complejo [39] No obstante los diagramas de difraccioacuten
son una prueba concluyente para demostrar la inclusioacuten ya que el difractograma
del complejo es diferente al que se obtiene tras superponer los difractogramas de
la moleacutecula encapsulada y el de las CDs aisladas [40]
La interaccioacuten entre el vector eleacutectrico de la radiacioacuten X y los electrones de la
materia que atraviesa da lugar a una dispersioacuten Cuando los rayos X son
dispersados por el entorno ordenado de un cristal tienen lugar interferencias
(constructivas y destructivas) entre los rayos dispersados ya que las distancias
entre los centros de dispersioacuten son del mismo orden de magnitud que la longitud
de onda de la radiacioacuten El resultado es la difraccioacuten [41] Cuando las CDs
naturales o el hueacutesped cristalino son sometidas a la difractometriacutea de rayos X
eacutestos presentan un patroacuten de difraccioacuten de alta intensidad debido a su
cristalinidad Por el contrario si el complejo de inclusioacuten se forma va a mostrar un
patroacuten de tipo halo [42] con picos difusos y anchos caracteriacutesticos de un
compuesto amorfo Esta teacutecnica es sumamente uacutetil para verificar la formacioacuten de
complejos de inclusioacuten en el caso de hueacutespedes liacutequidos En efecto ya que estos
no presentan ninguacuten patroacuten de difraccioacuten si son incluidos se va a obtener un
difractograma con un patroacuten bien definido [43]
284 ESPECTROSCOPIA DE INFRARROJO (IR)
La aplicacioacuten del meacutetodo de infrarrojo se limita a aquellos hueacutespedes que tienen
ciertas bandas de absorcioacuten caracteriacutesticas como los grupos carbonilo hidroxilo o
C-H u otros que permitan evaluar si existen diferencias entre los espectros del
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
35
hueacutesped libre y encapsulado [42] Cuando se produce la encapsulacioacuten del
compuesto hueacutesped se produce un corrimiento o disminucioacuten de la intensidad de
ciertas bandas caracteriacutesticas del espectro correspondiente al hueacutesped Sin
embargo dichos cambios son muy sutiles debido a que el hueacutesped representa un
5-10 del peso total del complejo por lo cual requiere una interpretacioacuten
cuidadosa del espectro [44]
285 ESPECTROSCOPIA RAMAN
La espectroscopia Raman mide la intensidad de la radiacioacuten como una funcioacuten de
la frecuencia (o del nuacutemero de onda) [45] Esta teacutecnica es complementaria del IR y
la informacioacuten que aporta es semejante Las bandas se desplazan y se modifican
como consecuencia del proceso de inclusioacuten [46] Los espectros Raman se
obtienen al irradiar una muestra con una potente fuente laser de radiacioacuten
monocromaacutetica visible o infrarroja Durante la radiacioacuten se registra el espectro de
la radiacioacuten dispersada en un cierto aacutengulo (por lo general 90 deg) con un
espectroacutemetro adecuado [47] Las bandas se desplazan y se modifican como
consecuencia del proceso de inclusioacuten Probablemente la espectroscopia Raman
resulta de mayor utilidad en el caso de complejos en medios liacutequidos donde la
presencia de soluciones acuosas no supone un obstaacuteculo como ocurre en el caso
de la espectroscopia IR [48]
29 TITULACIOacuteN ESPECTROFOTOMEacuteTRICA
El meacutetodo espectrofotomeacutetrico es un meacutetodo analiacutetico el cual por medio de un
espectrofotoacutemetro permite comparar la radiacioacuten electromagneacutetica de una
sustancia en funcioacuten de su concentracioacuten desconocida y una concentracioacuten
conocida de la misma sustancia y evaluar el momento de reaccioacuten de un aacutecido y
una base mediante la absorcioacuten de radiacioacuten electromagneacutetica de la sustancia a
cierta longitud de onda fija permite determinar el punto final de la titulacioacuten La
medicioacuten de absorbancia se realiza en cada adicioacuten del titulante asiacute se
construyen graficas de absorbancia en funcioacuten del pCH de cada aliacutecuota de adicioacuten
del titulante (Figura 3) donde se observara la zona saturada y no saturada Estas
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
36
dos zonas nos permitiraacuten determinar el punto de inicio de precipitacioacuten del
lantaacutenido
Figura 3 Ilustracioacuten de un diagrama general de pLn(c)-pCH
El punto de precipitacioacuten (pCH) se utiliza para delimitar el intervalo de la zona no
saturada Este intervalo se utiliza en un programa de coacutemputo como
SUPERQUAD que se emplea para determinar constantes de equilibrio
210 MEacuteTODO POTENCIOMEacuteTRICO
Es el meacutetodo maacutes estudiado para determinar constantes de hidroacutelisis por su
sencillez y exactitud el meacutetodo se basa en la titulacioacuten de una solucioacuten de
concentracioacuten conocida de base (o aacutecido) con un aacutecido fuerte (o base fuerte) la
reaccioacuten se puede seguir por ejemplo con electrodos de vidrio y calomel
conectados a un potencioacutemetro [49] de los datos obtenidos de la titulacioacuten se
construye una graacutefica de titulacioacuten de pH en funcioacuten del volumen adicionado del
titulante (Figura 4)
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
37
Figura 4 Ilustracioacuten de una valoracioacuten potenciomeacutetricas directa con su primera derivada (∆pCH∆V)
El teacutermino pH se aplica habitualmente al logaritmo inverso de la concentracioacuten del
ion hidronio sin embargo cuando la fuerza ioacutenica es alta y el electrodo del
indicador es sensible al pH es importante diferenciar entre el logaritmo inverso de
la concentracioacuten de los iones hidronio (pCH) y el valor del pH experimental La
concentracioacuten de los iones hidronio (o de OH-) en el equilibrio y la composicioacuten de
una solucioacuten dada permiten calcular la razoacuten molar de los iones OH- unidos al ion
metaacutelico en solucioacuten un grupo de valores de [H+] y la concentracioacuten inicial del
metal son los datos necesarios para determinar las constantes de hidroacutelisis [49]
Se alimentan los datos de la zona no saturada y volumen del titulante adicionado a
la valoracioacuten potenciomeacutetrica al programa de coacutemputo SUPERQUAD y asiacute poder
determinar las constantes de hidroacutelisis del Pr
211 PROGRAMA DE COacuteMPUTO SUPERQUAD
El programa de coacutemputo SUPERQUAD fue creado por Gans Sabatini y Vacca
escrito en lenguaje fortran calcula las constantes de equilibrio en sistemas
multicomponentes y multireaccionantes Esas constantes se calculan con la base
de un modelo quiacutemico el cual debe incluir la estequiometria y los valores
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
38
estimados de las constantes globales de formacioacuten de cada una de las especies
presentes durante la valoracioacuten Se aplica reiteradamente el meacutetodo de miacutenimos
cuadrados a las diferencias que se generan en los potenciales experimentales de
las celdas menos los calculados por el propio programa Para alcanzar el miacutenimo
de estas diferencias se aplica el algoritmo de Marquadt Por uacuteltimo en el archivo
de salida del programa SUPERQUAD se obtienen los valores calculados y un
anaacutelisis estadiacutestico de los datos [25]
39
______________________________
CAPIacuteTULO III
HIPOacuteTESIS
______________________________
CAPIacuteTULO III HIPOacuteTESIS
40
3 HIPOacuteTESIS
La 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina aumentaraacute la solubilidad del praseodimio de
esta manera permitiraacute determinar varias especies quiacutemicas de hidroacutelisis de este
elemento en medio 2 M de NaClO4 a 30 degC
41
______________________________
CAPIacuteTULO IV
OBJETIVOS
______________________________
CAPIacuteTULO IV OBJETIVOS
42
4 OBJETIVOS
Objetivo general
Estudiar el comportamiento quiacutemico en solucioacuten acuosa del compuesto de
inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por medio de la
determinacioacuten de las constantes de hidroacutelisis en 2 M de NaClO4 a 30 degC
Objetivos especiacuteficos
Obtener el compuesto de inclusioacuten del praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina
Determinar las constantes de la hidroacutelisis de las especies quiacutemicas de
praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en 2 M de
NaClO4 y a 30 degC por el meacutetodo espectrofotomeacutetrico y el meacutetodo
potenciomeacutetrico
Determinar la constante de hidroacutelisis del compuesto de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en 2 M de NaClO4 y a 30 degC
por el meacutetodo espectrofotomeacutetrico y el meacutetodo potenciomeacutetrico
43
______________________________
CAPIacuteTULO V
METODOLOGIacuteA
______________________________
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
44
5 METODOLOGIacuteA
El diagrama de flujo (Figura 5) muestra el resumen de las actividades del
desarrollo experimental que se siguioacute en el estudio del praseodimio en presencia
de la 2HPβCD
Figura 5 Diagrama de flujo
INICIO
Preparacioacuten de las soluciones de 2M de NaClO4 PrCl3xH2O 2HPβCD y
Pr-2HPβCD
Preparacioacuten de precipitados PrCl3H2O 2HPβCD y Pr-
2HPβCD
Irradiacioacuten Gamma
Caracterizacioacuten de reactivos y el complejo de
inclusioacuten
UV-Vis
MEB y EDS
DRX
EspectroscopiaIR
Espectroscopia Raman
Efecto de concentracioacuten
Solubilidad
Efecto de temperatura
Efecto de tiempo
Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Meacutetodo grafico
Valoraciones potenciomeacutetricas
Determinacioacuten de constantes
de hidroacutelisis con el programa de
coacutemputo SUPERQUAD
Anaacutelisis de
resultados
FIN
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
45
La descripcioacuten de cada una de las etapas de este diagrama se muestra
enseguida
Los reactivos empleados en este trabajo fueron de grado analiacutetico Para la
preparacioacuten de las soluciones y lavado del material del laboratorio se usoacute agua
destilada
51 Preparacioacuten de la solucioacuten de la 2-hidroxipropyl- βeta-ciclodextrina
La solucioacuten del derivado de la beta ciclodextrina se preparoacute a partir de la 2-
hydroxipropyl-βeta-ciclodextrina [(C6H9O5)7-(C3H7O)45] de peso molecular 1396
gmol (anhidro) de Sigma-Aldrich Chem Company Inc el cual se disolvioacute con
agua destilada y agitacioacuten constante La concentracioacuten fue de 02389 M
52 Preparacioacuten de solucioacuten de praseodimio
La solucioacuten de praseodimio se preparoacute a partir del oacutexido de praseodimio (Pr6O11)
de Sigma-Aldrich Chem Company Inc El oacutexido se tratoacute con HCl concentrado el
precipitado resultante se diluyoacute en agua destilada y se evaporoacute hasta sequedad
este proceso se hizo tres veces Finalmente se diluyoacute con una solucioacuten de HCl de
pH 3 Esta solucioacuten se valoroacute con EDTA naranja de xilenol y piridina para
determinar la concentracioacuten la cual fue de 048 M
53 Preparacioacuten del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina
El complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina (Pr-
2HPβCD) se preparoacute a partir de las soluciones de la 2-hydroxipropyl-βeta-
ciclodextrina 02389 M y de la solucioacuten de praseodimio 048 M en la relacioacuten molar
11 La concentracioacuten del complejo de inclusioacuten fue de 0005 M Esta solucioacuten se
evaporoacute lentamente a sequedad en una parrilla de calentamiento Corning PC-351
Hot Plate-Stirrer durante 45 minutos El precipitado resultante se secoacute en una
estufa Lab Line Instruments Inc (Melrose Park Illinois) a 45-50degC durante 2
horas Varias fracciones de este precipitado se emplearon para determinar la
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
46
morfologiacutea la espectroscopia de infrarrojos difraccioacuten de rayos X y Raman
Tambieacuten se caracterizaron las muestras de PrCl3 XH2O y 2HPβCD
54 Determinacioacuten de las curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por UV-Vis
Para cuantificar praseodimio por espectrofotometriacutea UV-Vis se determinaron las
curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD para ello se
realizaron diluciones a diferentes concentraciones de PrCl3 XH2O manteniendo
constante la concentracioacuten de la 2HPβCD Los datos se muestran en la Tabla 4
Tabla 4 Diferentes concentraciones de praseodimio con 2HPβCD constante para determinar las curvas de calibracioacuten
Pr (ml) H2O
(ml)
2HPβCD
(ml)
Concentraciones
Pr2HPβCD [M]
00004 1999 2 00001 00025
00010 1998 2 000025 00025
00041 1995 2 0001 00025
00104 1989 2 00025 00025
00208 1979 2 0005 00025
00416 1958 2 001 00025
0104 1895 2 0025 00025
0260 1739 2 00625 00025
0520 1479 2 0125 00025
1041 0958 2 025 00025
125 075 2 03 00025
Las disoluciones se midieron en el espectroacutemetro UV-Vis marca Perkin Elmer
Lambda 10 en un intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
47
55 Estudio de la influencia de las relaciones molares de las soluciones del
complejo de inclusioacuten
Para determinar la influencia de la 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se prepararon las relaciones molares de PrCl3
XH2O y de 2HPβCD Los datos se muestran en la Tabla 5
Tabla 5 Relaciones molares 2HPβCD Pr
Relacioacuten 2HPβCDPr
2HPβCD (ml)
H2O (ml)
Pr (ml)
Concentraciones 2HPβCDPr [M]
051 0010 199 2 000125 00025
11 0020 1979 2 000250 00025
21 0041 1958 2 000500 00025
31 0062 1937 2 000750 00025
41 0083 1916 2 001000 00025
51 0104 1895 2 001250 00025
81 0167 1832 2 002000 00025
101 0209 1790 2 002500 00025
151 0313 1686 2 003750 00025
181 0376 1623 2 004500 00025
241 0502 1497 2 006000 00025
Las relaciones molares se prepararon a partir de las soluciones de PrCl3 XH2O
048 M y de la 2HPβCD 02389 M
Las disoluciones se midieron en el espectroacutemetro UV-Vis marca Perkin Elmer
Lambda 10 en un intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
56 Efecto de la Radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Para observar el efecto de la radiacioacuten gamma del Cobalto-60 (Co60) en el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se prepararon 6 soluciones de 10 ml del
complejo de inclusioacuten en relacioacuten molar 11 de concentracioacuten 0005 M de cada una
de ellas y soluciones de los reactivos PrCl3 XH2O y 2HPβCD en las mismas
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
48
condiciones Tambieacuten se prepararon 6 muestras soacutelidas de Pr-2HPβCD
(precipitado) PrCl3 XH2O y 2HPβCD de 02 g cada una
Cada una de estas muestras fue colocada en un vial de 20 ml luego se selloacute con
bolsa de plaacutestico y se irradiaron a diferentes dosis en el irradiador LGI-01
TRANSELEKTRO del ININ con una razoacuten de dosis de 103716 Gyh En la
posicioacuten de irradiacioacuten VICKRAD se colocaron tres muestras liacutequidas y tres
soacutelidas de la misma manera en la posicioacuten de irradiacioacuten GAMMACELL tres
muestras liacutequidas y tres soacutelidas En ambos casos cuando se alcanza la dosis
requerida (por ejemplo 1 Gy) una muestra se retira o se saca de la posicioacuten de
irradiacioacuten y asiacute sucesivamente se continuacutea hasta alcanzar la dosis maacutexima de
irradiacioacuten requerida Los datos se muestran en la Tabla 6
Tabla 6 Dosis de irradiacioacuten de Co60 aplicadas a las muestras en solucioacuten y soacutelidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 2HPβCD y PrCl3 XH2O en la instalacioacuten VICKRAD y GAMMACELL del irradiador
LGI-01 TRANSELEKTRO del ININ
1ra Serie Instalacioacuten VICKRAD
No Muestras soacutelidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
No Muestras liacutequidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
1 (a) 1 Gy 4 (1i) 1 Gy 2 (b) 10 Gy 5 (2i) 10 Gy
3 (c) 100 Gy 6 (3i) 100 Gy
2da Serie Instalacioacuten GAMMACELL
No Muestras soacutelidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
No Muestras liacutequidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
1 (d) 05 KGy 4 (4i) 05 KGy
2 (e) 5 KGy 5 (5i) 5 KGy
3 (f) 10 KGy 6 (6i) 10 KGy
Las muestras liacutequidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD PrCl3-XH2O y
2HPβCD irradiadas se evaporaron a sequedad para realizar el anaacutelisis de
caracterizacioacuten
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
49
57 Caracterizacioacuten del compuesto de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina
571 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB)
Para realizar este anaacutelisis se emplearon fracciones de cada uno de los reactivos
PrCl3 XH2O 2HPβCD el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD irradiado Cada una de las fracciones se colocaron en un
porta muestras de aluminio Se recubrieron con una capa de oro para que las
muestras fueran conductoras El anaacutelisis morfoloacutegico se realizoacute en un microscopio
JSM-1600 y JSM-6610LV acoplados a una sonda de espectroscopia de difraccioacuten
de rayos X con el software de los equipos se obtuvo el anaacutelisis elemental
realizado por EDS (Energy Dispersion of X ray Espectrosocopy) que proporcionoacute
informacioacuten cualitativa y cuantitativa de las muestras analizadas
572 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX)
Este anaacutelisis se realizoacute con el difractoacutemetro de polvos SIEMENS D-5000 con
aacutenodo de cobre λ = 15406 Ǻ y un barrido de 25-80 en 2ɵ Para ello se colocaron
en un porta muestras fracciones de cada una de las muestras PrCl3 XH2O
2HPβCD Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado En cada una de estas muestras se
hizo incidir un haz de rayos X De esta manera se obtuvieron graacuteficas de
intensidad en funcioacuten del aacutengulo de difraccioacuten Los resultados se compararon con
las tarjetas de los patrones reportados por el Joint Committee on Powder
Diffraction Standards (JCPDS)
573 Anaacutelisis por espectroscopia de infrarrojo (IR)
Se realizoacute la espectroscopia de infrarrojo de las muestras de PrCl3 XH2O
2HPβCD Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado con el espectroacutemetro Nicolet
Magna-IRTM spectrometer 550 FTIR en un intervalo de 450-4000 cm-1 Las
muestras se prepararon con un estaacutendar de KBr mediante el meacutetodo de
dispersioacuten de pastilla para su anaacutelisis
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
50
574 Anaacutelisis por espectroscopia Raman
Se realizoacute la espectroscopia Raman de las muestras de PrCl3 XH2O 2HPβCD
Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado con el equipo Raman LabRamHR JovynIvon-
Horiba Una fraccioacuten de cada una de las muestras se colocaron en un porta
muestras conectado a un microscopio y se hizo incidir un rayo laacuteser de un
microacutemetro de diaacutemetro Como resultado se obtuvo una graacutefica de intensidad
Raman contra el desplazamiento Raman Los espectros Raman de las muestras
fueron obtenidos en un intervalo de 0 a 1700 cm-1
58 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-βeta-ciclodextrina
581 Efecto de temperatura
En un tubo de ensaye se le adicionoacute 2 ml de agua destilada a 20 0C En un bantildeo
mariacutea a la temperatura de 20 0C se colocoacute el tubo de ensaye con 2 ml de agua
destilada y se le adicionoacute poco a poco la muestra del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD (05 g previamente pesada) Se agitoacute manualmente de manera
constante hasta observar la formacioacuten de precipitado (Pr-2HPβCD) en el fondo
del tubo de ensaye
Este proceso tambieacuten se realizoacute a las temperaturas de 35 42 50 y 60degC El
residuo del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD que ya no se adicionoacute en el tubo de
ensaye se pesoacute y por diferencia con el peso inicial (05 g) se determinoacute los
gramos solubilizados del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Los datos se
muestran en la Tabla 7
Con los resultados obtenidos se graficoacute la temperatura en funcioacuten de la cantidad
de complejo de inclusioacuten solubilizado
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
51
Tabla 7 Cantidad de complejo solubilizado a diferentes temperaturas en 2 ml de agua destilada
Pr-2HPβCD (g)
H2O
(ml)
Temp (degC) del H2O
Pr-2HPβCD solubilizados (g)
1 05 2 20 01866 2 05 2 35 02472 3 05 2 42 03014 4 05 2 50 03461 5 05 2 60 03628
582 Efecto del tiempo
En un tubo de ensaye se le adicionoacute 2 ml de agua destilada a temperatura
ambiente Se le adicionoacute la muestra del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD (01001
g previamente pesada) se registroacute el tiempo (inicial) y se agitoacute manualmente de
manera constante hasta observar la formacioacuten de precipitado (Pr-2HPβCD) en el
fondo del tubo de ensaye Se registroacute el tiempo (final) cuando el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD se solubilizoacute completamente Este proceso se realizoacute 5
veces La determinacioacuten del tiempo de solubilizacioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD es la diferencia entre el tiempo inicial y final Los datos se muestran en la
Tabla 8 Con los resultados obtenidos se graficoacute los gramos solubilizados del
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en funcioacuten del tiempo
Tabla 8 Cantidades de complejo Pr-2HPβCD y agua destilada en cada tubo de ensaye
Pr-2HPβCD
(g)
H2O
(ml) Tiempo (seg)
1 01001 2 161
2 01005 2 163
3 01011 2 167
4 01018 2 169
5 01026 2 170
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
52
59 Determinacioacuten de la curva de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4
Para corregir el pH experimental en el medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 se
preparoacute una solucioacuten de NaOH al 50 pesovolumen A partir de esta solucioacuten se
preparoacute una solucioacuten de hidroacutexido de sodio a una concentracioacuten de 1 N en una
caja de guantes con atmosfera de nitroacutegeno Esta solucioacuten se valoroacute con ftalato
aacutecido de potasio y fenolftaleiacutena para determinar su concentracioacuten Con esta
solucioacuten de NaOH 1 N se prepararon soluciones de 01 001 y 0001 M y a estas
mismas concentraciones con HCl 1N titrisol ambas en medio de fuerza ioacutenica 2 M
de NaClO4 La medicioacuten de pH de estas soluciones (pH experimental) se
realizaron con un electrodo de vidrio AgClAg Radiometer XG200 con agitacioacuten
constante a temperatura de 30 degC controlada por un bantildeo de agua circulante
ldquoPolyscience Circulatiorrdquo modelo 12101-10 Se mantuvo una atmosfera de
nitroacutegeno en la celda potenciomeacutetrica de doble pared Se midioacute el pH 3 veces de
cada solucioacuten el mismo diacutea y durante tres diacuteas consecutivos Se promediaron los
datos obtenidos y se trazoacute una graacutefica que permitioacute realizar la relacioacuten entre el
logaritmo inverso de la concentracioacuten de los iones hidrogeno (pCH) y el pH
experimental
510 Valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Se realizaron valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD con hidroacutexido de sodio en fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 para ello se
colocoacute en una celda de reaccioacuten 10 ml de 2 M de NaClO4 de pH 3 21 microL de la
solucioacuten de 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina de concentracioacuten 02389 M y 105
microL de la solucioacuten de PrCl3 XH2O de concentracioacuten 048 M para tener una
concentracioacuten inicial de 000025 M del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Se
midioacute el pH se tomoacute una aliacutecuota de 3 ml y se midioacute su absorbancia con el
espectrofotoacutemetro UV-Vis Perkin Elmer Lambda 10 en un intervalo de longitud de
onda de 200 a 700 nm Como blanco se empleoacute agua destilada Los 3 ml de
solucioacuten medida por UV-Vis se regresaron a la celda de reaccioacuten Posteriormente
se adicionaron aliacutecuotas de una solucioacuten de 00025 M de NaOH en 2 M de
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
53
NaClO4 Se repitioacute varias veces el proceso de tomar una aliacutecuota en la celda de
reaccioacuten a la celda de cuarzo y medir la absorbancia del complejo de inclusioacuten de
tal manera que el pH incrementara de 02 en 02 hasta alcanzar un pH de 9 o 10
aproximadamente En todo el proceso se mantuvo una temperatura de 30 degC y
una atmoacutesfera de nitroacutegeno constante en la celda
Con los datos de pH y absorbancia a una longitud de onda de 210 nm obtenidos
se graficaron los valores de la absorbancia en funcioacuten del pCH para determinar el
pCH de precipitacioacuten la zona no saturada y la zona saturada
511 Valoraciones potenciomeacutetricas directas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Con el sistema de titulacioacuten automaacutetica que consiste de un potencioacutemetro
Radiometer TIM900 Titrilab de un electrodo combinado de vidriondashAgClAg y una
bureta automaacutetica de 20 ml se realizaron valoraciones potenciomeacutetricas directas
Para lo cual se colocoacute en la celda de reaccioacuten 10 ml de 2 M de NaClO4 de pH 3
21 microL de la solucioacuten de 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina de concentracioacuten 02389
M y 105 microL de la solucioacuten de PrCl3 XH2O de concentracioacuten 048 M para tener
una concentracioacuten inicial de 000025 M del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Esta solucioacuten se valoroacute con NaOH 00025 M en 2 M de NaClO4 a una temperatura
de 30 degC flujo de nitroacutegeno y agitacioacuten constante Con los datos de pH y volumen
de NaOH se graficaron los valores de pCH en funcioacuten del volumen de NaOH El
intervalo de pCH de la zona no saturada se determinoacute despueacutes de que el aacutecido fue
neutralizado y el pCH final se determinoacute con el pCH de precipitacioacuten obtenido en la
titulacioacuten espectrofotomeacutetrica Este intervalo de pCH de la zona no saturada se
emplearon en el programa de computo SUPERQUAD para determinar los valores
de las constantes de hidroacutelisis del praseodimio y del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
54
______________________________
CAPIacuteTULO VI
RESULTADOS
______________________________
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
55
6 RESULTADOS
61 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 6 muestra los espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes
concentraciones en presencia de 2HPβCD 00025 M determinados en el intervalo
de longitud de onda de 200 a 700 nm En ellos se observa que cuando aumenta
la concentracioacuten del praseodimio en presencia de 2HPβCD aumenta el tamantildeo de
las bandas La 2HPβCD no presenta bandas de absorcioacuten en toda la regioacuten de
200-700 nm
Figura 6 Espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes concentraciones en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
A partir de la Figura 6 y de acuerdo al tamantildeo de las bandas de absorcioacuten de los
espectros UV-Vis en funcioacuten de la concentracioacuten del praseodimio se establecen
tres regiones de intereacutes En la regioacuten de longitud de onda de 200-225 nm la banda
de absorcioacuten maacutexima del praseodimio se encuentra en 215 nm para
concentraciones bajas en la regioacuten de 440-490 nm se encuentran las bandas de
absorcioacuten de 444 469 nm y 482 nm para concentraciones intermedias y
finalmente en la regioacuten de 558-600 nm se encuentran las bandas de absorcioacuten de
200 300 400 500 600 700
00
05
10
15
20
25
30
Ab
so
rban
cia
Longitu de onda (cm-1)
000011MPr
0000251MPr
00011MPr
000251MPr
00051MPr
001MPr
0025MPr
006251MPr
01251MPr
0251MPr
031MPr
00025M2HPBCD
00025MPr
1
2
3
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
56
5885 nm para cuantificar concentraciones altas de praseodimio en presencia de la
2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Figura 7 y Tabla 9) En la Figura 7 se muestran las
rectas de calibracioacuten para cuantificar praseodimio Estas rectas de calibracioacuten fueron
determinadas con los datos de los valores de absorbancia de cada banda de
absorcioacuten de la Figura 6 en funcioacuten de la concentracioacuten del praseodimio
Figura 7 Rectas de calibracioacuten de las bandas de absorcioacuten del praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
Tabla 9 Ecuaciones de calibracioacuten del praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
obtenidos por UV-Vis
Intervalo de longitud de onda de UV-Vis
200-250 nm 400-500 nm 560-620 nm
Bandas de 215 nm 444 nm 469 nm 482 nm 5885 nm
absorcioacuten
Ecuaciones de
calibracioacuten
A= 26554[Pr] + 00527
A = 513[Pr] + 00127
A = 21698[Pr] + 00123
A = 15912[Pr] + 00128
A = 00783[Pr] + 00103
Rsup2 = 09949 Rsup2 = 09992 Rsup2 = 09958 Rsup2 = 09917 Rsup2 = 09769
Doacutende nm= nanoacutemetros A= Absorbancia [Pr (III)]= Concentracioacuten del Praseodimio R = Coeficiente de
correlacioacuten
000 005 010 015 020 025 030
00
02
04
06
08
10
12
14
16
y=15912 x +00128
R2=09917
y=00783 x +00103
R2=09769
y=21698 x +00123
R2=09958
y=513 x +00127
R2=09992
215 nm
444 nm
469 nm
482 nm
5885 nm
Abso
rbancia
[Pr] M
y=26554 x +00527
R2=09949
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
57
En la Tabla 9 se muestran los datos de las ecuaciones de calibracion para
determinar praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina por
espectroscopiacutea UV-Vis
Estas consideraciones tienen una limitacioacuten ya que se debe tomar en cuenta que
el intervalo oacuteptimo para medir la absorbancia con fines de anaacutelisis cuantitativo
estaacute entre 002ndash15
62 Efecto de la concentracioacuten de la 2HPβCD en el praseodimio por
espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 8 muestra los espectros de absorcioacuten del praseodimio a concentracioacuten
constante (00025 M) en presencia de 2HPβCD a diferentes concentraciones
determinados en el intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
Figura 8 Espectro de absorcioacuten UV-Vis del praseodimio a concentracioacuten constante en presencia de la 2HPβCD a diferentes concentraciones En el detalle central se muestra la ampliacioacuten de la banda de
absorcioacuten 215 nm
En los espectros de absorcioacuten del praseodimio de la Figura 8 se observa que
cuando aumenta la concentracioacuten de 2HPβCD aumenta ligeramente el tamantildeo de
200 300 400 500 600 700
00
02
04
Ab
so
rbancia
Longitud de onda (cm-1)
00025MPr
00025M2HPBCD
051M
11M
21M
31M
41M
51M
81M
101M
151M
181M
241M1
2 3
200 205 210 215 220 225 230
00
01
02
03
04
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
1
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
58
las bandas de absorcioacuten del praseodimio En el detalle central de la Figura 8 se
aprecia maacutes adecuadamente este efecto
Con estas observaciones se muestra que la 2HPβCD aumenta la solubilidad del
praseodimio debido a este aumento ligero en el tamantildeo de las bandas de
absorcioacuten del praseodimio de la Figura 8
63 Efecto de la radiacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD por
espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 9 muestra los espectros de absorcioacuten determinados en el intervalo de
longitud de onda de 200 a 700 nm del 2HPβCD 2HPβCD irradiado PrCl3XH2O
PrCl3XH2O irradiado el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y el complejo de
inclusioacuten Pr-2-HP-β-CD irradiado Las irradiaciones se realizaron a 10000 Gy
Figura 9 Espectro UV-Vis de las muestras irradiadas en solucioacuten del complejo Pr-2HPβCD PrCl3 y 2HPβCD
Como se observa en la Figura 9 el efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de
inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Pr-2HPβCD) mostraron que
cuando el complejo de inclusioacuten es irradiado a 10 000 Gy se observaron ligeros
200 300 400 500 600 700
00
02
04
06
08
10
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
00025 M 2HPBCD
Pr 00025 M
Pr-2HPBCD
2HPBCD 10 KGY
PrCl3-XH2O 10 KGy
Pr-2HPBCD 10 KGy
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
59
cambios comparado con el complejo de inclusioacuten no irradiado Esto se puede
deber a que probablemente el complejo empieza a descomponerse
62 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB)
La Figura 10 muestra las imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las
muestras 2HPβCD 2HPβCD irradiada PrCl3XH2O PrCl3XH2O irradiada Pr-
2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy
a) c) e)c
b) d) f)
Figura 10 Imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las muestras a) 2HPβCD b) 2HPβCD irradiada c) PrCl3XH2O d) PrCl3XH2O irradiada e) Pr-2HPβCD y f) Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy
La 2HPβCD mostroacute partiacuteculas esfeacutericas de diversos tamantildeos con una superficie
lisa en su interior se observan cavidades dentro de las partiacuteculas pareciera que
se desprenden esferas maacutes pequentildeas El PrCl3XH2O mostroacute una superficie
rugosa las partiacuteculas se ven fundidas debido probablemente a que el material es
higroscoacutepico y tiende a hidratarse faacutecilmente El complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
muestra una morfologiacutea diferente a los reactivos precursores ya que se presentan
partiacuteculas en forma de rocas de diferentes dimensiones ademaacutes se observan
aglomeraciones de partiacuteculas Las imaacutegenes de las muestras irradiadas a una
dosis de 10 KGy conservan su morfologiacutea a excepcioacuten de PrCl3XH2O irradiada y
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
60
Pr-2HPβCD irradiada muestran pequentildeos cambios Sus partiacuteculas se ven un poco
maacutes fundidas probablemente se deba al efecto de la radiacioacuten
La composicioacuten quiacutemica elemental de las muestras 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD se muestran en la Tabla 10 determinado por el anaacutelisis elemental (EDS)
Tabla 10 Anaacutelisis EDS de las muestras de PrCl3 2-HPβCD y Pr-2HPβCD
Elemento Atoacutemico
Pr Cl O C
PrCl3 1233 plusmn 207 3595 plusmn 666 5171 plusmn 871 -----
2HPβCD ----- ----- 4159 plusmn 22 584 plusmn 22
Pr-2HPβCD 097 plusmn061 248 plusmn 143 3619plusmn 422 6034 plusmn 478
Todas las muestras presentan los elementos de su composicioacuten quiacutemica La
presencia de Pr Cl C y O en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD confirman la
interaccioacuten de 2HPβCD PrCl3XH2O para la formacioacuten del complejo de inclusioacuten
como se muestras en la Tabla 10
63 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX)
En la Figura 11 se muestran los difractogramas de 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD determinado por Difraccioacuten de Rayos X Los difractogramas de rayos X
de la Figura 11 muestran diferencias entre ellas El difractograma del PrCl3XH2O
presenta reflexiones de alta intensidad comparado con las otras muestras debido
a su naturaleza cristalina del praseodimio El difractograma de la 2HPβCD es de
estructura amorfa caracteriacutestica de los compuestos de carbono
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
61
Figura 11 Difraccioacuten de rayos X de PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD
El difractograma del compuesto de inclusioacuten Pr-2HPβCD muestra una
combinacioacuten de reflexiones de las muestras de PrCl3XH2O y 2HPβCD debido a la
formacioacuten de eacuteste complejo de inclusioacuten aunque predomina el de la 2HPβCD
Se comparoacute el difractograma de la muestra de PrCl3XH2O con la tarjeta del patroacuten
reportado por el Joint Committee on Powder Diffraction Standards (JCPDS) PDF
84-2188 Aqua Praseodymium Chloride Ambos difractogramas coinciden
adecuadamente
Los difractogramas de las muestras irradiadas a diferentes dosis mostraron que en
el intervalo de dosis de 1-500 Gy las muestras no sufren cambios Sin embargo
cuando el complejo de inclusioacuten es irradiado a 5000 y 10 000 Gy se observaron
ligeros cambios en sus inflexiones comparados con las muestras no irradiadas
Probablemente las muestras empiezan a descomponerse
64 Espectroscopia de infrarrojo (IR)
En la Figura 12 se muestra los espectros de infrarrojo de la 2HPβCD PrCl3XH2O
y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
62
Figura 12 Espectros de infrarrojo de las muestra 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-2HPβCD
El espectro infrarrojo de la muestra de PrCl3XH2O presenta la banda de absorcioacuten
a 341434 cm-1 correspondiente a moleacuteculas de agua de hidratacioacuten y la banda de
absorcioacuten a 67003 cm-1 debido a las uniones praseodimio con cloruros El
espectro infrarrojo de la muestra de la 2HPβCD presenta bandas de absorcioacuten a
331508 cm-1 [OH] 292046 cm-1 [CH2] 115183 cm-1 [C-C] 108000 cm-1 [C-O] y
102306 cm-1 [O-H]
Tabla 11 Grupos funcionales del PrCl3XH2O 2HPβCD y del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Compuesto [OH] [CH2] [C-C] [C-O] [O-H] [Cl3]
PrCl3XH2O 341434 67003
2HPβCD 331508 292046 115183 108000 102306
Pr-2HPβCD 329688 292645 115247 108028 102514
120723[PrCl3XH2O-Pr-2HPβCD] -11746
120723[2HPβCD-Pr-2HPβCD] -182 599 064 028 208
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
63
En la Tabla 11 se muestran los datos de las bandas de absorcioacuten de las muestras
de 2HPβCD PrCl3XH2O y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y los valores
de los desplazamientos observados Los valores de desplazamiento indican la
formacioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Las bandas de absorcioacuten de las
muestras irradiadas a diferentes dosis mostraron que en el intervalo de dosis de 1-
500 Gy las muestras no sufren cambios Cuando las muestras son irradiados a
5000 y 10 000 Gy se observaron ligeros cambios en la intensidad de la bandas de
absorcioacuten
65 Espectroscopia Raman
Figura 13 Espectros Raman de la muestra PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD
La Figura 13 muestra los espectros Raman de las muestras 2HPβCD PrCl3XH2O
y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Se realizaron 100 adquisiciones de
cada uno de las muestras Los resultados son el promedio de estas Los espectros
Raman de la Figura 13 muestran diferencias entre ellas
El espectro Raman del PrCl3XH2O muestra un pico intenso a 19278 cm-1 Este
pico se observa en el espectro Raman del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD a
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
64
23814 cm-1 y es de intensidad menor Las bandas de la 2HPβCD (44336 47805
84780 94691 126575 133270 145854 cm-1) algunas desaparecen y otras se
desplazan en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Esto indica la formacioacuten del
complejo de inclusioacuten
Al comparar los espectros Raman de las muestras irradiadas a diferentes dosis
mostraron que en el intervalo de dosis de 1-500 Gy no sufren cambios Sin
embargo en el intervalo de 5000 a 10000 Gys se observa la presencia de una
banda que no se encuentra en las muestras no irradiadas Probablemente las
muestras empiezan a descomponerse
66 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-βeta-ciclodextrina
661 Efecto de temperatura
La Figura 14 muestra el efecto de temperatura sobre la solubilidad del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD
Figura 14 Efecto de temperatura en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
20 30 40 50 60
018
020
022
024
026
028
030
032
034
036
038
g P
r-2H
PB
CD
Temperatura degC
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
65
La Figura muestra que conforme la temperatura va aumentando la solubilidad de
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta Es decir a la temperatura 20 degC se
solubilizan 01866 g del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD mientras que a 60 degC
se solubilizan 03628 g
662 Efecto de tiempo
La Figura 15 muestra el efecto del tiempo sobre la solubilidad del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD
Se observoacute que conforme el tiempo va aumentando la solubilidad de complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta Con esto se determinoacute que la dilucioacuten de 01 gr de
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 ml de agua destilada se lleva a cabo en
un tiempo 170 segundos
Figura 15 Efecto de tiempo en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
01000 01005 01010 01015 01020 01025 01030
160
162
164
166
168
170
Tie
mpo (
segundos)
g Pr-2HPBCD
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
66
67 Recta de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4
Se realizaron las mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de
2 M de NaClO4 Los datos se muestran en la Tabla 12
Tabla 12 Mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de 2 M de NaClO4
Concentracioacuten (M)
pCH pH
exp 1 pH
exp 2 pH
exp 3 pH
exp 4 pH
exp 5 pH exp prom
HCl 0001 3 2359 2205 2333 2402 2329 23256
001 2 1173 1172 1207 1228 1268 12096
01 1 0508 0248 0253 0352 0361 03444
NaOH 0001 11 9987 9994 9926 10009 9994 9982
001 12 10947 10876 10959 10876 10849 109014
01 13 11612 1156 11604 11552 11516 115688
Se graficaron los datos de pH (experimental) promedio en funcioacuten del pCH (teoacuterico)
se tiene la Figura 16
Figura 16 Recta de calibracioacuten del pCH como una funcioacuten del pH en el medio 2 M de NaClO4
0 2 4 6 8 10 12 14
0
2
4
6
8
10
12
pC
H
pH
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
67
La ecuacioacuten de la recta de calibracioacuten es
pCH= 105108 (plusmn00063) pH + 06352 (plusmn00669) R2= 09995
Esta ecuacioacuten permitioacute corregir todos los datos de pH experimental de este
trabajo
68 Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Se realizaron valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD en medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 a 30 deg C en atmoacutesfera inerte
Se obtuvieron espectros de absorcioacuten UV-Vis en el intervalo de longitud de onda
de 200 a 700 nm En la Figura 17 se muestra los espectros de absorcioacuten de cada
una de las aliacutecuotas del praseodimio en presencia de la 2HPβCD en el intervalo de
longitud de onda de 200 a 230 nm
Figura 17 Espectros de absorcioacuten UV-Vis de la valoracioacuten espectrofotomeacutetrica del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con NaOH 00025 M en el medio 2M de NaClO4
200 210 220 230
00
01
02
03
04
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
68
Se graficaron los datos de absorbancia a la longitud de onda de 215 nm de la Figura
17 y los valores de pCH correspondientes se obtuvo la Figura 18
Figura 18 Curva de valoracioacuten espectrofotomeacutetrica (absorbancia en funcioacuten del pCH) y la primera derivada del praseodimio en presencia de la 2HPβCD a longitud de onda de 215 nm
La derivada de la curva de la Figura 18 permitioacute determinar el pCH de precipitacioacuten
(maacutexima inflexioacuten) el cual fue de 812 A partir de este pCH se determinoacute la zona
no saturada (lado izquierdo de la curva) y saturada (lado derecho de la curva)
69 Titulaciones potenciomeacutetricas
Se realizaron valoraciones potenciomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
con NaOH en medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 a 30 degC en atmosfera inerte
Se obtuvo la Figura 19 La valoracioacuten potenciomeacutetrica del Pr-2HPβCD inicio en
medio acido por medio de la primera derivada y su inflexioacuten de la curva se
determinoacute el pCH inicial (pCH= 656) el valor de pCH final se determinoacute con el valor
de la primera derivada (pCHpp= 812) de la Figura 18 (punto de inicio de
precipitacioacuten del PrCl3XH2O)
4 5 6 7 8 9 10
025
030
035
040
045
050
055
060
pCH
Ab
so
rban
cia
-01
00
01
02
03
04
05
06
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
69
Figura 19 Curva de valoracioacuten potenciomeacutetrica directa de 25x10-4 M del praseodimio en presencia de la 2HPβCD con 25x10-3 de NaOH en 2 M de NaClO4 a 30 degC en atmosfera libre de CO2 y primera
derivada de la curva Detalle central (zona no saturada)
Con estos dos valores se determinoacute el intervalo de la zona no saturada que se
muestra en el detalle central de la Figura 19 empleado para el caacutelculo de la
primera constante de hidrolisis del praseodimio y del complejo del praseodimio en
presencia de la 2HPβCD
610 Refinamientos
A partir del detalle central de la Figura 19 (zona no saturada) los datos de
volumen pCH concentracioacuten del titulado y titulante y un modelo quiacutemico propuesto
con la estequiometria se alimentaron al programa de computo SUPERQUAD y
mediante refinamiento computacional se determinaron los valores de la constante
de hidrolisis de las especies quiacutemicas del praseodimio y del complejo de inclusioacuten
Pr-2HPβCD que se muestran en la Tabla 13
0 5 10 15 20
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
ml adicionados de NaOH
pC
H
0
2
4
6
8
10
00 01 02 03 04 05 06 07
64
66
68
70
72
74
76
78
80
82
pC
H
ml adicionados de NaOH
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
70
Tabla 13 Constantes de hidroacutelisis del Pr y el pCH de precipitacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 M de NaClO4 obtenidos mediante meacutetodo potenciomeacutetrico y el programa SUPERQUAD a
30 degC
Equilibrio Quiacutemico
logβ1
POTENCIOMETRICO
(SUPERQUAD)
Intervalo
(pCH)
No
puntos
ESPECTROFOTOMETRICO
pCH de pp
Meacutetodo GRAFICO
Pr3++ H2O Pr(OH)2++ H+ -862plusmn0007 656-812 33 812
Pr(OH)2++H2O Pr(OH)2++H+ -1710plusmn003
Pr(OH)2++H2O Pr(OH)3+H+ -2586plusmn001
Pr3++2HPβCD+H2O Pr-
2HPβCD-(OH)2++H+
-509plusmn007
En la Tabla 13 anterior se muestra el valor de pCH de precipitacioacuten obtenido por el
meacutetodo espectrofotomeacutetrico (meacutetodo graacutefico) que fue de 812 Los valores de las
constantes de hidrolisis de las especies quiacutemicas del praseodimio fueron-
logβ1OH=-862plusmn0007-logβ22OH=-1710plusmn003-logβ33OH=-2586plusmn001 y del complejo
de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-509plusmn007 obtenidos por el meacutetodo
potenciomeacutetrico empleando el programa de computo SUPERQUAD
71
______________________________
CONCLUSIONES
______________________________
CONCLUSIONES
72
CONCLUSIONES
bull Se observaron 3 zonas de absorcioacuten caracteriacutesticas del praseodimio
situadas a una longitud de onda de 215 nm 3 bandas de absorcioacuten en 444
nm 469 nm y 482 nm y en 5885 nm se determinaron para cada banda las
rectas de calibracioacuten
bull Se demostroacute la inclusioacuten del praseodimio en la 2HPβCD y el efecto de la
radiacioacuten gamma en los reactivos (PrCl3XH2O 2HPβCD) y el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD satisfactoriamente mediante las diferentes teacutecnicas de
caracterizacioacuten y anaacutelisis empleadas (MEB UV-Vis DRX Espectroscopia
Infrarrojo y Espectroscopia Raman)
bull El efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-β-ciclodextrina (Pr-2HP-β-CD) mostroacute que en el intervalo de
dosis de 1-500 Gy no sufren cambios Sin embargo cuando es irradiado a
5000 y 10 000 Gy se observaron ligeros cambios Esto se puede deber a
que probablemente el complejo empieza a descomponerse
bull La solubilidad de complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta en funcioacuten del
aumento de la temperatura
bull Conforme el tiempo va aumentando la solubilidad de complejo de inclusioacuten
Pr-2HPβCD aumenta
bull El valor de la primera constante de hidrolisis del praseodimio obtenido fue-
logβ1OH=-862plusmn0007 y del complejo de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-
509plusmn007
73
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RECOMENDACIONES
______________________________
RECOMENDACIONES
74
bull El complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se debe preparar con diferentes
meacutetodos para elegir el maacutes adecuado de acuerdo a su rendimiento
quiacutemico y asegurar su formacioacuten
bull Comparar la zona no saturada de complejo de Inclusioacuten del Pr-2HPβCD
Pr-2βCD y la del praseodimio sin complejo para observar el efecto de la
solubilidad y estabilidad
bull Determinar las constantes de hidrolisis del praseodimio y del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD irradiado con radiacioacuten gamma de Co60 y comparar
con la de complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD no irradiado
75
______________________________
GLOSARIO
______________________________
GLOSARIO
76
GLOSARIO
1 Absorbancia
Se define como la relacioacuten (logariacutetmica) entre la intensidad de la luz que incide
sobre una muestra y la intensidad de esa misma luz que es transmitida a traveacutes de
esa muestra Cuando una luz de una longitud de onda determinada seleccionada
por un filtro incide sobre una muestra parte de esa luz es absorbida La luz no
absorbida pasa a traveacutes de la muestra y es recogida por un detector colocado en
el otro lado del pocillo de la micro placa frente a la fuente de luz
2 Algoritmo de Marquadt
Es un proceso iterativo de convergencia que a traveacutes de la teacutecnica de los miacutenimos
cuadrados ponderados permite encontrar los paraacutemetros de las ecuaciones de
funciones no lineales
3 Complejo de inclusioacuten
Mezcla cristalina en la que las moleacuteculas de un componente estaacuten contenidas
dentro de la red cristalina del otro
4 Confinamiento de residuos
Lugar totalmente seguro controlado y construido con el propoacutesito de disponer
residuos peligrosos instalados en un lugar retirado de la poblacioacuten con el objetivo
de disminuir riesgos de caraacutecter natural y humano
5 Curva de calibracioacuten
Representacioacuten graacutefica de una sentildeal que se mide en funcioacuten de la concentracioacuten
de un analito La calibracioacuten incluye la seleccioacuten de un modelo para estimar los
paraacutemetros que permitan determinar la linealidad de esa curva Y en
consecuencia la capacidad de un meacutetodo analiacutetico para obtener resultados que
sean directamente proporcionales a la concentracioacuten de un compuesto en una
muestra dentro de un determinado intervalo de trabajo
GLOSARIO
77
6 Desechos radiactivos
Residuo o subproductos que contiene varios elementos quiacutemicos radiactivos que
no tiene un fin praacutectico
7 Especies quiacutemicas
En quiacutemica el teacutermino especie quiacutemica se usa comuacutenmente para referirse de
forma geneacuterica a aacutetomos moleacuteculas iones radicales etc que sean el objeto de
consideracioacuten o estudio
8 Estabilidad
Una sustancia es estable si no es particularmente reactivo en el ambiente o
durante uso normal y mantiene sus propiedades uacutetiles en la escala de tiempo de
su durabilidad esperada y por lo que se dice que el material es inestable si se
corroe descompone polimeriza quema o explota bajo las condiciones anticipadas
de uso o condiciones ambientales normales
9 Fisioacuten nuclear
Reaccioacuten en la cual un nuacutecleo se bombardea con neutrones se convierte en
inestable y se descompone en dos nuacutecleos y tamantildeos son del mismo orden de
magnitud con gran desprendimiento de energiacutea y la emisioacuten de dos o tres
neutrones los cuales a su vez ocasionar maacutes fisiones al interaccionar con nuevos
nuacutecleos fisionables que emitiraacuten nuevos neutrones y asiacute sucesivamente
10 Fuerza ioacutenica
Propiedad de una solucioacuten que depende de la concentracioacuten total de iones en la
solucioacuten asiacute como de la carga de dichos iones
11 Isoacutetopo
Nucleiacutedos pertenecientes a un mismo elemento quiacutemico pero que se diferencian
entre el nuacutemero de neutrones de cada uno
GLOSARIO
78
12 Lenguaje fortran
Es un lenguaje de programacioacuten de alto nivel de propoacutesito general procedimental
e imperativo que estaacute especialmente adaptado al caacutelculo numeacuterico y a la
computacioacuten cientiacutefica
13 Lgi-01 TRANSELEKTRO (LGI-01)
Equipo de irradiacioacuten integrado por un cuerpo ciliacutendrico de plomo que sirve de
blindaje una jaula ciliacutendrica que contiene los laacutepices de Co60 un eacutembolo moacutevil con
una cavidad (caacutemara de exposicioacuten) una consola de mando y un cronoacutemetro para
establecer el tiempo de irradiacioacuten La caacutemara de exposicioacuten alberga a las
muestras para la irradiacioacuten un sistema electromecaacutenico baja el depoacutesito de las
muestras hasta la fuente de radiacioacuten que consta de 48 laacutepices de los cuales 12
contiene Co60 y el resto estaacuten vaciacuteos
14 Longitud de onda
Es la distancia real que recorre una perturbacioacuten (onda) en un determinado
intervalo de tiempo Ese intervalo de tiempo es el transcurrido entre dos maacuteximos
consecutivos de alguna propiedad fiacutesica de la onda
15 Medio acuoso
Medio o disolucioacuten acuosa se refiere a que una mezcla de disolventes el
disolvente mayoritario es agua Las disoluciones acuosas tienen una gran
importancia en la biologiacutea desde los laboratorios de ciencia baacutesica hasta la
quiacutemica de la vida pasando por la quiacutemica industrial Por la vasta cantidad y
variedad de sustancias que son solubles en agua esta se denomina a veces
disolvente universal
16 pCH
Es el logaritmo inverso de la concentracioacuten de los iones hidroacutegeno
17 pH
Es una medida del pH experimental de este trabajo
GLOSARIO
79
18 Precursores
Sustancia indispensable o necesaria para producir otra mediante los compuestos
quiacutemicos que constituyen una primera etapa en un proceso quiacutemico y actuacutean
como sustrato en las etapas posteriores
19 Radiacioacuten gamma
Es un tipo de radiacioacuten electromagneacutetica constituida por fotones se produce por
elementos radiactivos o procesos subatoacutemicos como la aniquilacioacuten de un par
positroacuten-electroacuten Los rayos gamma constituyen un tipo de radiacioacuten ionizante
capaz de penetrar en la materia maacutes profundamente que la radiacioacuten α y la β
pueden causar graves dantildeos a las ceacutelulas se usan para esterilizar equipos
meacutedicos y alimentos
20 Reacciones de hidroacutelisis
Reacciones quiacutemicas entre una moleacutecula de agua y cualquier otra especie
quiacutemica en la cual la moleacutecula de agua se divide y sus aacutetomos forman parte de
otra especie quiacutemica
21 Relacioacuten molar
Factor de conversioacuten cuyo fin es convertir en una reaccioacuten quiacutemica la cantidad de
moles de una sustancia a la cantidad correspondiente de moles de otra sustancia
La sustancia de partida se expresa en gramos y la sustancia deseada en moles
22 Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Se denomina valoracioacuten espectrofotomeacutetrica al procedimiento por el cual se
determina el punto final de una titulacioacuten utilizando las medidas de absorbancia a
una longitud de onda fija Para simplificar la teacutecnica se selecciona una longitud de
onda donde solamente uno de los componentes de la muestra absorba
80
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REFERENCIAS CITADAS
______________________________
REFERENCIAS CITADAS
81
REFERENCIAS CITADAS
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producto de solubilidad de ln (OH)3 y el efecto de los iones cloruro sobre la
hidroacutelisis de lantano praseodimio y lutecio en soluciones acuosas de fuerza
ioacutenica 2 molar pp 21
IacuteNDICE
XIV
285 Espectroscopia Raman 35
29 Titulacioacuten espectrofotomeacutetrica 35
210 Meacutetodo potenciomeacutetrico 36
211 programa de coacutemputo SUPERQUAD 37
CAPIacuteTULO III HIPOacuteTESIS 39
3 Hipoacutetesis 40
CAPIacuteTULO IV OBJETIVOS 41
4 Objetivos 42
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA 43
5 Metodologiacutea 44
51 Preparacioacuten de la solucioacuten de la 2-hidroxipropyl- βeta-ciclodextrina 45
52 Preparacioacuten de solucioacuten de praseodimio 45
53 Preparacioacuten del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina 45
54 Determinacioacuten de las curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por UV-Vis 46
55 Estudio de la influencia de las relaciones molares de las soluciones del
complejo de inclusioacuten 47
56 Efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 47
57 Caracterizacioacuten del compuesto de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-βeta-
ciclodextrina 49
571 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB) 49
572 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX) 49
573 Anaacutelisis por espectroscopia de infrarrojo (IR) 49
574 Anaacutelisis por espectroscopia Raman 50
IacuteNDICE
XV
58 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina 50
581 Efecto de temperatura 50
582 Efecto del tiempo 51
59 Determinacioacuten de la curva de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4 52
510 Valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina 52
511 Valoraciones potenciomeacutetricas directas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina 53
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS 54
6 Resultados 55
61 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea ultravioleta-visible (UV-Vis) 55
62 Efecto de la concentracioacuten de la 2HPβCD en el praseodimio por
espectrofotometriacutea ultravioleta-visible (UV-Vis) 57
63 Efecto de la radiacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD por
espectrofotometriacutea ultravioleta-visible (UV-Vis) 58
62 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB) 59
63 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX) 60
64 Espectroscopia de infrarrojo (IR) 61
65 Espectroscopia Raman 63
66 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina 64
661 Efecto de temperatura 64
662 Efecto de tiempo 65
67 Recta de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4 66
68 Valoraciones espectrofotomeacutetricas 67
IacuteNDICE
XVI
69 Titulaciones potenciomeacutetricas 68
610 Refinamientos 69
CONCLUSIONES 71
RECOMENDACIONES 73
GLOSARIO 75
REFERENCIAS CITADAS 80
IacuteNDICE
XVII
IacuteNDICE DE FIGURAS
Figura 1 Estructura de α β y γ ciclodextrinas 25
Figura 2 2HPβCD 28
Figura 3 Ilustracioacuten de un diagrama general de pLn(c)-pCH 36
Figura 4 Ilustracioacuten de una valoracioacuten potenciomeacutetricas directa con su primera
derivada (∆pCH∆V) 37
Figura 5 Diagrama de flujo 44
Figura 6 Espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes concentraciones en
presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina 55
Figura 7 Rectas de calibracioacuten de las bandas de absorcioacuten del praseodimio en
presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina 56
Figura 8 Espectro de absorcioacuten UV-Vis del praseodimio a concentracioacuten
constante en presencia de la 2HPβCD a diferentes concentraciones 57
Figura 9 Espectro UV-Vis de las muestras irradiadas en solucioacuten del complejo Pr-
2HPβCD PrCl3 y 2HPβCD 58
Figura 10 Imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las muestras a)
2HPβCD b) 2HPβCD irradiada c) PrCl3XH2O d) PrCl3XH2O irradiada e) Pr-
2HPβCD y f) Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy 59
Figura 11 Difraccioacuten de rayos X de PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD 61
Figura 12 Espectros de infrarrojo de las muestra 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD 62
Figura 13 Espectros Raman de la muestra PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD 63
Figura 14 Efecto de temperatura en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD 64
Figura 15 Efecto de tiempo en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD 65
Figura 16 Recta de calibracioacuten del pCH como una funcioacuten del pH en el medio 2 M
de NaClO4 66
Figura 17 Espectros de absorcioacuten UV-Vis de la valoracioacuten espectrofotomeacutetrica del
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con NaOH 00025 M en el medio 2M de
NaClO4 67
IacuteNDICE
XVIII
Figura 18 Curva de valoracioacuten espectrofotomeacutetrica (absorbancia en funcioacuten del
pCH) y la primera derivada del praseodimio en presencia de la 2HPβCD a longitud
de onda de 210 nm 68
Figura 19 Curva de valoracioacuten potenciomeacutetrica directa de 25x10-4 M del
praseodimio en presencia de la 2HPβCD con 25x10-3 de NaOH en 2 M de NaClO4
a 30 degC en atmosfera libre de CO2 y primera derivada de la curva 69
IacuteNDICE
XIX
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Propiedades fisicoquiacutemicas de los diferentes tipos de ciclodextrinas
naturales 26
Tabla 2 Reacciones de hidroacutelisis del praseodimio y constantes de equilibrio 29
Tabla 3 Datos de la literatura sobre la primera constante de hidroacutelisis (log β1) del
praseodimio 31
Tabla 4 Diferentes concentraciones de praseodimio con 2HPβCD constante para
determinar las curvas de calibracioacuten 46
Tabla 5 Relaciones molares 2HPβCD Pr 47
Tabla 6 Dosis de irradiacioacuten de Co60 aplicadas a las muestras en solucioacuten y
soacutelidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 2HPβCD y PrCl3 XH2O en la
instalacioacuten VICKRAD y GAMMACELL del irradiador LGI-01 TRANSELEKTRO del
ININ 48
Tabla 7 Cantidad de complejo solubilizado a diferentes temperaturas en 2 ml de
agua destilada 51
Tabla 8 Cantidades de complejo Pr-2HPβCD y agua destilada en cada tubo de
ensaye 51
Tabla 9 Ecuaciones de calibracioacuten del praseodimio en presencia de la 2-
hidroxipropil-β-ciclodextrina obtenidos por UV-Vis 56
Tabla 10 Anaacutelisis EDS de las muestras de PrCl3 2-HPβCD y Pr-2HPβCD 60
Tabla 11 Grupos funcionales del PrCl3XH2O 2HPβCD y del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD 62
Tabla 12 Mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de 2 M de
NaClO4 66
Tabla 13 Constantes de hidroacutelisis del Pr y el pCH de precipitacioacuten en el complejo
de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 M de NaClO4 obtenidos mediante meacutetodo
potenciomeacutetrico y el programa SUPERQUAD a 30 degC 70
ABREVIATURAS
XX
ABREVIATURAS
Pr praseodimio
2HPβCD 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
CDs Ciclodextrinas
CD Ciclodextrina
Ln Lantaacutenidos
Pr-2HPβCD praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Pr-2βCD praseodimio-2-βeta-ciclodextrina
CGT ciclomaltodextrin-glucano-transferasa
TP Titulacioacuten potenciomeacutetrica
ES Titulacioacuten espectrofotomeacutetrica
RE Relacioacuten empiacuterica
ED Extraccioacuten con disolvente
MEB Microscopiacutea electroacutenica de barrido
EDS Espectroacutemetro de dispersioacuten de energiacutea de rayos X
UV-VIS Ultravioleta-Visible
DRX Difraccioacuten de rayos X
IR Infrarrojo
EDTA Acido tetracetico etilen diamina
Co60 Cobalto-60
JCPDS Joint Committee On Powder Diffraction Standards
M Molaridad
21
______________________________
CAPIacuteTULO I
INTRODUCCIOacuteN
______________________________
CAPIacuteTULO I INTRODUCCIOacuteN
22
1 INTRODUCCIOacuteN
El praseodimio pertenece al grupo de los lantaacutenidos que muestran propiedades
quiacutemicas muy similares entre ellos derivadas de su configuracioacuten electroacutenica
caracterizados por la presencia de orbitales 4f parcialmente llenos Incluso se
consideran parecidos al grupo de los elementos actiacutenidos El praseodimio es un
elemento metaacutelico con siacutembolo Pr nuacutemero atoacutemico 59 y peso atoacutemico 140907
gmol El isoacutetopo estable 141Pr constituye el 100 del elemento en la naturaleza
Este lemento puede ser encontrado en ceramicos para dar el color amarillo En
mezcla con otros lantanidos se usan como proyectores de luz Su uso sigue
aumentando debido al hecho de que es uacutetil para producir magnetos de alto poder
entre otros Sobre todo se esta empleando en la mitigacioacuten de cancer Es
peligroso en el ambiente cuando se tiran estos dispositivos despues de cumplir su
funcioacuten por lo que se acumularaacute gradualmente en los suelos y en el agua De ahiacute
la importancia de estudiar las reacciones de hidrolisis
La utilizacioacuten de la 2 hidroxipropil-β-ciclodextrina (2HPβCD) en este trabajo de
investigacioacuten es fundamental debido a que es un agente de formacioacuten de
complejos de inclusioacuten para aumentar la solubilidad acuosa debido a que las
ciclodextrinas (CDs) se comportan como nano contenedores capaces de
encapsular moleacuteculas hidroacutefobas de tamantildeo apropiado y solubilizarlas en agua
propiedad que se aprovecha para determinar las constantes de hidroacutelisis del
praseodimio
Por lo cual el objetivo principal de este trabajo de investigacioacuten y en ausencia de
datos fundamentales de la interaccioacuten Ln3+-CDs sustituidas fue preparar el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Ademaacutes determinar el pCH de precipitacioacuten la
zona no saturada y saturada del Pr-2HPβCD que permiten determinar la constante
de hidroacutelisis del complejo de inclusioacuten praseodimio-2hidroxipropil-β-ciclodextrina
(Pr-2HPβCD) en medio 2 M de NaClO4 a 303 K por titulacioacuten espectrofotomeacutetrica
y potenciomeacutetrica
23
______________________________
CAPIacuteTULO II
FUNDAMENTO
______________________________
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
24
2 FUNDAMENTO
21 LOS LANTANIDOS
Los lantaacutenidos (tierras raras) forman un grupo de 17 elementos quiacutemicos que
muestran propiedades singulares derivadas de su configuracioacuten electroacutenica Estaacuten
caracterizados por la presencia de orbitales 4f parcialmente llenos [1] Los
nuacutemeros atoacutemicos de estos elementos van de 41 hasta 71 (Ce-Lu)
La configuracioacuten electroacutenica de los iones Ln3+ es 4fn5s25p6 (n= 0-14) Los orbitales
4f son orbitales internos con respecto a los 5s y 5p por lo cual estaacuten maacutes
cercanos al nuacutecleo Los orbitales 5s y 5p protegen a los electrones 4f de
interacciones externas determinando las propiedades de los iones Ln3+ [1] o
conducta quiacutemica debido a la pequentildea diferencia de energiacutea que distingue a los
electrones 4f de los electrones 5d [23]
Las tierras raras como grupo constituyen el 0008 en peso de la corteza
terrestre Los minerales que contienen lantaacutenidos son la monacita la bastnasita
la xenotima la gadolinita la alanita y la euxenita los cuales ocurren en las
regiones de rocas iacutegneas [4]
Los elementos de las tierras raras en soluciones acuosas son acuocationes que
tienen asociado un cierto nuacutemero de moleacuteculas de agua en la esfera de
coordinacioacuten primaria [1] Las aplicaciones de los lantaacutenidos se iniciaron
praacutecticamente a mediados del siglo XIX por ejemplo en los encendedores
despueacutes empezaron a utilizarse en los vidrios oacutepticos como reactivos de
desplazamiento en resonancia magneacutetica nuclear en quiacutemica orgaacutenica en
bioquiacutemica en cataacutelisis en componentes oacutepticos y electroacutenicos en los
superconductores de alta temperatura y en medicina como materiales
intensificadores de rayos X como agentes de relajamiento para teacutecnicas de
imagen en resonancia magneacutetica nuclear y desde luego como radioisoacutetopos para
aplicaciones farmaceacuteuticas Su utilidad en medicina y en la industria aumentoacute al
aplicarse las propiedades luminiscentes de sus complejos en el
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
25
fluoroinmunoensayo la fluorescencia retardada los electrodos sensoriales
luminiscentes etc [5]
22 PRASEODIMIO
El praseodimio metaacutelico (siacutembolo Pr No Atoacutemico 59) es amarillento y forma una
capa de oacutexido cuando se expone al aire huacutemedo Es un isotopo estable con masa
de 140907 y abunda en la naturaleza en un 100 [6] fue descubierto por el
austriaco Auer Von Welsbach en 1885 [7] Este elemento tiene dos estados de
oxidacioacuten +3 y +4 El Pr3+ con configuracioacuten electroacutenica [54Xe]4f2 Presenta
propiedades fisicoquiacutemicas que pueden magnificarse al formar complejos con
ligantes orgaacutenicos El ion metaacutelico luminece en el visible y en el infrarrojo cercano
[68 y 9]
23 CICLODEXTRINAS (CDs)
La celulosa y el almidoacuten son dos poliacutemeros de glucosa principales que se
producen a partir de la fotosiacutentesis considerados como importantes fuentes de
energiacutea renovables de la tierra al hidrolizarse el almidoacuten por efecto de la enzima
ciclomaltodextrin-glucano-transferasa (CGT) da origen a las dextrinas ciacuteclicas Por
lo tanto las ciclodextrinas son oligoacutemeros ciacuteclicos [1011] se obtienen durante la
degradacioacuten enzimaacutetica del almidoacuten y consisten en una serie de oligosacaacuteridos
ciacuteclicos formados por 6 (α) 7 (β) y 8 (γ) unidades de α-D-glucosa (Figura 1)
[1213] poseen estructura semejante entre ellas pero sus propiedades son
diferentes (Tabla 1)
Figura 1 Estructura de α β y γ ciclodextrinas
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
26
Tabla 1 Propiedades fisicoquiacutemicas de los diferentes tipos de ciclodextrinas naturales [11]
α-CD β-CD γ-CD
Uniones de glucosa 6 7 8 Diaacutemetro interno (nm) 047-053 060-065 075-083 Profundidad de la cavidad (nm)
079 079 079
pK valor 123 122 121 Solubilidad en agua 125 185 232 PM (DA) 972 1135 1297 Volumen de cavidad (aprox)
174 262 427
Agua cristalina ( ww) 102 133-45 813-177 Interaccioacuten hidrofoacutebica CD-cavidad CD-cavidad CD-cavidad Puente de hidrogeno Glucosa-OH Glucosa-OH Glucosa-OH ∆Hdeg (solucioacuten) kcalmol 767 831 773 ∆Sdeg (solucioacuten) cal(mol K) 138 117 147
(mg mml-1 25deg C) (106 pm3)
Las ciclodextrinas como materiales polihidroxilados han sido objeto de una amplia
variedad de reacciones La reaccioacuten maacutes estudiada es el ataque electrofiacutelico al
grupo OH de su estructura [14] La cavidad interior de las ciclodextrinas es
hidrofobica por lo que estos compuestos son capaces de albergar moleacuteculas
hidroacutefobas maacutes pequentildeas para formar complejos ldquoanfitrioacuten-hueacutespedldquo en los que la
moleacutecula hueacutesped queda encapsulada por la ciclodextrina [1315] De acuerdo a
estas caracteriacutesticas son capaces de formar complejos de inclusioacuten por medio de
enlaces no covalentes los cuales estabilizan a una gran variedad de moleacuteculas
[16] Las ciclodextrinas pueden formar compuestos cristalinos a partir de
moleacuteculas orgaacutenicas hueacutesped en estado soacutelido liacutequido e incluso gaseoso En
consecuencia las moleacuteculas insolubles en agua pueden llegar a ser
completamente solubles mediante un tratamiento con disoluciones acuosas de
ciclodextrina sin que se produzca modificacioacuten quiacutemica alguna en la moleacutecula
hueacutesped ya que no se origina ninguacuten enlace covalente durante la interaccioacuten
entre la ciclodextrina y la moleacutecula insoluble en agua [1315]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
27
La importancia que las ciclodextrinas estaacuten cobrando en la actualidad se observa
en el raacutepido desarrollo de su mercado sobre todo en el constante nuacutemero de
trabajos de investigacioacuten patentes y conferencias que estaacuten teniendo lugar en
estos uacuteltimos antildeos [17] el mayor porcentaje de ciclodextrinas usadas
comercialmente corresponde a la alimentacioacuten [18] y a la cosmeacutetica y aseo
personal [19] Las ciclodextrinas se utilizan para enmascarar olores y sabores
desagradables disminuyen la incompatibilidad faacutermaco-excipiente mejoran la
estabilidad fiacutesica y quiacutemica de compuestos volaacutetiles y de principios activos que
sean hidrolizables oxidables o fotosensibles para convertir faacutermacos liacutequidos en
soacutelidos para su formulacioacuten en tabletas y una muy importante para incrementar la
solubilidad en agua y la velocidad de disolucioacuten de faacutermacos poco solubles
Factores que aumentaraacuten la biodisponibilidad existiendo la posibilidad de reducir
la dosis asiacute como mejorar la absorcioacuten percutaacutenea y rectal al reducirse el caraacutecter
hidrofoacutebico del faacutermaco [20]
Se puede mejorar la solubilidad de determinados compuestos como el retinol
empleado en formulaciones anti-envejecimiento al tiempo que los complejos con
ciclodextrina son maacutes estables a la reaccioacuten de oxidacioacuten y a la accioacuten de la
radiacioacuten ultravioleta Sin embargo es indudable que el mayor esfuerzo en
investigacioacuten estaacute relacionado con su potencial aplicacioacuten farmaceacuteutica [2122]
24 β-CICLODEXTRINA
La beta ciclodextrina es la maacutes empleada por sus caracteriacutesticas y propiedades de
estructura que presenta Las ciclodextrinas se forman mediante unidades de
glucopiranosa las cuales contienen 3 grupos de hidroxilos libres cada una la β-
ciclodextrina (Figura 1) posee 21 hidroxilos los cuales pueden ser modificados por
sustitucioacuten de los aacutetomos H u OH por diferentes grupos tales como hidroxialkil
amino alquil etc A partir de las CDs naturales se han sintetizado otros tipos de
CDs llamadas derivadas o modificadas El objetivo de obtener los derivados de las
CDs puede ser el aumento de solubilidad y estabilidad en el agua o mejorar la
encapsulacioacuten de la moleacutecula hueacutesped en su cavidad hidrofobica de la CD
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
28
25 2-HIDROXIPROPIL-β-CICLODEXTRINA
Entre los derivados de la β-ciclodextrina se encuentran las heterogeacuteneas amorfas
y altamente solubles como son la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Figura 2) y la
metil- β-ciclodextrina
La hidroxilpropil beta ciclodextrina (2HPβCD) que es una ciclodextrina sustituida
se obtiene de una solucioacuten base de la beta ciclo dextrina solubilizada con oacutexido de
propileno resultando un sistema isomerico cuya sustitucioacuten puede darse en las
posiciones 1 2 o 3 con solubilidad mayor a 500 mgmL en agua y a temperatura
ambiente La alquilacioacuten o hidroxialquilacioacuten de las ciclodextrinas afectan las
propiedades fisicoquiacutemicas de los derivados incluyendo la habilidad para formar
complejos farmaceacuteuticos y no es toacutexica despueacutes de una administracioacuten oral en
dosis menores a 500 mgkg por viacutea intravenosa [24 25]
Figura 2 2HPβCD
La complejacioacuten del praseodimio con la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina se obtiene el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con el fin de observar la influencia de la
solubilidad y estabilidad del praseodimio
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
29
26 HIDROacuteLISIS
La hidroacutelisis es decir la reaccioacuten de una especie tal como un ion metaacutelico con
los iones del agua asiacute como las reacciones redox y la formacioacuten de complejos con
los iones carbonato son algunas de las reacciones criacuteticas que controlan el
comportamiento de los lantaacutenidos en soluciones acuosas [12] en donde las
moleacuteculas de la sustancia son divididas en el agua
Las reacciones de hidroacutelisis dependen fuertemente del medio en que se efectuacutean
como son la fuerza ioacutenica el pH del medio la concentracioacuten del elemento y la
temperatura son paraacutemetros que rigen esas reacciones
Las reacciones de hidroacutelisis del praseodimio se muestran a continuacioacuten asiacute como
su constante de equilibrio de acuerdo a la ley de accioacuten de masas (Tabla 2)
Tabla 2 Reacciones de hidroacutelisis del praseodimio y constantes de equilibrio
Equilibrio Quiacutemico Constante de equilibrio
1 1198751199033+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)2+ + 119867+ 1198701119867 =
[119875119903(119874119867)2+][119867+]
[1198751199033+]
2 119875119903 (119874119867)2+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)2+ + 119867+
11987012119867 =[119875119903(119874119867)2
+][119867+]
[119875119903 (119874119867)2+]
3 119875119903 (119874119867)2+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)3
0 + 119867+ 11987013119867 =
[119875119903(119874119867)3+][119867+]
[119875119903(119874119867)2+]
4 119875119903 (119874119867)119899minus1+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)119899
0 + 119867+ 1198701119899119867 =
[119875119903(119874119867)119899+][119867+]
[119875119903(119874119867)119899minus1+ ]
5 1198751199033+ + 2119867119875120573119862119863 + 1198672119874 1198751199032119867119875120573119862119863(119874119867)2+ + 119867+ 11987011199011199032119867119875119861119862119863 =[119875119903 minus 2119867119875120573119862119863]
[1198751199033+]
De acuerdo con la ley de accioacuten de masas se pueden definir las constantes de
equilibrio (K) como K1H K12H K13H K1nH y K1Pr2HBCD Y con base en ellas se
pueden definir las constantes globales o acumulativas de hidroacutelisis
β1OH = K1H β12OH = [K1H][K12H] β13OH = [K1H][K12H][K13H]helliphelliphellip
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
30
Se entiende como constantes de Broumlnsted a las ecuaciones de la ley de accioacuten de
masas en las cuales el teacutermino de H+ aparece como actividad y las demaacutes especies
aparecen en teacuterminos de concentracioacuten
Las reacciones de hidroacutelisis se afectan cuando cambian las condiciones en las que
se llevan a cabo Una de esas condiciones a la que se le ha puesto atencioacuten
aunque hasta ahora no la suficiente es la fuerza ioacutenica Por lo general los trabajos
dedicados a la determinacioacuten de las constantes de hidroacutelisis se han efectuado en
medios de fuerza ioacutenica baja consideradas como soluciones ideales
Sin embargo para los medios tales como el agua de mar y otros de fuerza ioacutenica
maacutes elevada por ejemplo las minas de sal para almacenamiento de desechos
radiactivos se encuentran pocos datos en la literatura [25]
27 FUERZA IOacuteNICA
El comportamiento de los iones en una disolucioacuten depende de la composicioacuten
ioacutenica total de la misma la cual se expresa por su fuerza ioacutenica [26]
119868 =1
2sum 119862119894119885119894
2 Ec 1)
Donde
I = fuerza ioacutenica Ci = concentracioacuten molar de los iones existentes y Z
i = carga
ioacutenica de los iones existentes
La caracteriacutestica fundamental de las sales que se adicionan a un medio para
imponer la fuerza ioacutenica es que sean inertes pues no deben tomar parte en el
equilibrio quiacutemico [27] El aacutecido percloacuterico es el aacutecido maacutes fuerte en solucioacuten
acuosa por lo tanto el ion perclorato es una base deacutebil maacutes que los iones cloruro
y muestra muy poca tendencia a unirse a iones hidroacutegeno Lo mismo puede
decirse acerca de su tendencia a reaccionar con iones metaacutelicos que pueden
considerarse como aacutecidos de Lewis En la mayoriacutea de los percloratos metaacutelicos en
solucioacuten el ion metaacutelico se encuentra en forma hidratada siempre y cuando la
solucioacuten sea suficientemente aacutecida para que no se produzca la formacioacuten de
hidroxo complejos [28]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
31
La fuerza ioacutenica juega un papel de gran importancia en el pH Feldman en 1956
observoacute que el pH de una solucioacuten buffer 005 M de ftalato aacutecido de potasio
cambioacute desde 400 en fuerza ioacutenica cero hasta 357 en fuerza ioacutenica 2 M de KCl
Feldman explicoacute que el pH disminuye debido a que el coeficiente de actividad
cambia y por lo tanto hay mayor disociacioacuten de ftalato aacutecido de potasio [29] En la
literatura se han reportado diversos estudios de las constantes de estabilidad del
praseodimio en fuerza ioacutenica 2M (Tabla 3) donde se han empleado diferentes
condiciones de temperatura fuerza ioacutenica y diferentes meacutetodos donde se han
obtenido valores diferentes de la constante de estabilidad del praseodimio
Tabla 3 Datos de la literatura sobre la primera constante de hidroacutelisis (log β1) del praseodimio
Medio Meacutetodo Molaridad Log +β1 T K Referencia
NaCl ESTP 2 -874plusmn006 303 De la Cruz et al 2013
NaCl ES 2 -894plusmn002 303 Loacutepez et al 2010 NaCl SQUAD 2 -894plusmn003 303 Gonzales et al
2009 NaCl SQUAD 2 -891plusmn019 303 Gonzales et al
2009 NaCl ES 2 -877plusmn003 303 Gonzales et al
2009 NaClO4 TP 2 -838plusmn002 303 Loacutepez et al2005
NaCl TP 2 -876plusmn002 303 Loacutepez et al2005 NaCl TP 1 -858plusmn002 303 Ramirez et al
2004 NaClO4HClO4 ESTP 07 -862plusmn006 298 Klungness y
byrne2002 LiClO4 TP 3 -874plusmn003 303 Ciavata et al
1989 NaClO4 TP 3 -956plusmn003 298 Burkov et al
1982 NR RE 0 -81 298 Baes y Mesmer
1976 LiClO4 ED 02 -71plusmn007 298 Guillaumont et
al 1971 NaClO4 Ba(OH)2
TP 03002 -945 298 Frlova et al 1966
NaClO4 LiClO4
TP 3 -85 298 Tobias y Garrett1956
TP Titulacioacuten potenciomeacutetrica ES Espectrofotomeacutetrica RE Relacioacuten empiacuterica ED Extraccioacuten con
disolvente T K Temperatura
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
32
Sin embargo solo se ha podido determinar el valor de la primera constante de
estabilidad en este estudio se pretende conocer el valor de varias especies
aprovechando el aumento de solubilidad que ofrecen las ciclodextrinas
28 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACIOacuteN
281 MICROSCOPIacuteA ELECTROacuteNICA DE BARRIDO (MEB)
La superficie de un soacutelido puesto en contacto con un liacutequido o con un gas difiere
sustancialmente en su interior tanto en su composicioacuten quiacutemica como en sus
propiedades fiacutesicas a la de la inicial La caracterizacioacuten de estas propiedades de
superficie es de vital importancia en numerosos campos que incluyen la cataacutelisis
heterogeacutenea la tecnologiacutea de partiacuteculas delgadas semiconductoras los
mecanismos de corrosioacuten y adhesioacuten la actividad de las superficies metaacutelicas las
caracteriacutesticas de la dureza y los estudios sobre el comportamiento y las funciones
de las membranas bioloacutegicas [30]
En muchos campos de la quiacutemica de las ciencias de los materiales de la geologiacutea
y de la biologiacutea es cada vez de maacutes importancia el conocimiento detallado de la
naturaleza fiacutesica de las superficies de los soacutelidos Normalmente la informacioacuten se
obtiene sobre las superficies con una resolucioacuten considerablemente elevada
mediante tres teacutecnicas la microscopia electroacutenica de barrido (MEB) microscopia
de barrido de efecto tuacutenel y microscopia de fuerzas atoacutemicas [31] El microscopio
electroacutenico de barrido (MEB) es un instrumento para obtener fotografiacuteas
tridimensionales debido a que tiene una alta resolucioacuten y una gran profundidad de
campo En las fotografiacuteas se puede apreciar la estructura de muestras
microscoacutepicas detallando de manera extraordinaria sus caracteriacutesticas
morfoloacutegicas y topograacuteficas [32] de distintos materiales
Un instrumento que se ha desarrollado para el anaacutelisis de muestras a traveacutes del
microscopio electroacutenico de barrido es el analizador EDS (espectroacutemetro de
dispersioacuten de energiacutea) de rayos X el cual identifica la distribucioacuten cuantitativa y
cualitativa de elementos quiacutemicos que se encuentran presentes en la muestra
mostrando graacuteficas e imaacutegenes relacionadas con esa distribucioacuten Es pertinente
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
33
sentildealar que el analizador EDS de rayos X identifica y evaluacutea el contenido de
elementos quiacutemicos desde el carbono al uranio en superficies planas o secciones
finas de las muestras en todo tipo de material (bioloacutegico e inerte) [33]
282 ESPECTROSCOPIA DE ABSORCION ULTRAVIOLETA-VISIBLE (UV-
VIS)
Una de las teacutecnicas instrumentales maacutes utilizadas en la deteccioacuten de complejos de
inclusioacuten con CDs es la espectroscopia de absorcioacuten UV-VIS Es una teacutecnica
versaacutetil de amplia aplicacioacuten de manejo sencillo y preciso Debido a que la
mayoriacutea de las moleacuteculas orgaacutenicas absorben en la regioacuten UV o visible del
espectro donde experimentan variaciones en las posiciones de los maacuteximos de
absorcioacuten (cualitativas) o en el valor del coeficiente de absorcioacuten molar
(cuantitativas) tras la formacioacuten del complejo con CDs Como existen numerosas
moleacuteculas orgaacutenicas deacutebilmente solubles en agua son difiacuteciles de analizar por
esta teacutecnica espectrofotomeacutetrica Sin embargo la inclusioacuten conlleva a la
solubilizacioacuten permitiendo obtener el espectro de absorcioacuten en solucioacuten acuosa
que podriacutea producir variaciones en su espectro en solventes de baja polaridad
comparables con respecto a otros solventes maacutes polares [34]
La espectroscopia UV-Vis (en el rango de longitudes de onda del ultravioleta y
visible) se basa en el anaacutelisis de la cantidad de radiacioacuten electromagneacutetica que
puede absorber o transmitir una muestra [35] Cuando la radiacioacuten
electromagneacutetica interacciona con la materia se produce absorcioacuten de radiacioacuten
Si la frecuencia de esta radiacioacuten corresponde a la energiacutea necesaria para elevar
el sistema a un nivel de energiacutea superior se produce el estado excitado [36] De
acuerdo con este fenoacutemeno cada sustancia poseeraacute una longitud de onda de
maacutexima absorcioacuten que la caracteriza cualitativamente [35] Esta
espectrofotometriacutea utiliza radiaciones del campo UV de 80 a 400 nm
principalmente de 200 a 400 nm (UV cercano) y de luz visible de 400 a 800 nm
por lo que es de gran utilidad para caracterizar las soluciones en la regioacuten
ultravioleta-visible del espectro [37]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
34
283 DIFRACCIOacuteN DE RAYOS X (DRX)
Es una de las teacutecnicas de caracterizacioacuten maacutes potentes y maacutes comuacutenmente
utilizadas para el anaacutelisis estructural de cristales Sus caracteriacutesticas principales
son consecuencia de ser una ldquosondardquo electromagneacutetica de la materia con una
longitud de onda de magnitud muy parecida al espaciado interplanar de los soacutelidos
[38] Constituye la metodologiacutea maacutes apropiada para realizar el anaacutelisis de la
estructura cristalina del complejo [39] No obstante los diagramas de difraccioacuten
son una prueba concluyente para demostrar la inclusioacuten ya que el difractograma
del complejo es diferente al que se obtiene tras superponer los difractogramas de
la moleacutecula encapsulada y el de las CDs aisladas [40]
La interaccioacuten entre el vector eleacutectrico de la radiacioacuten X y los electrones de la
materia que atraviesa da lugar a una dispersioacuten Cuando los rayos X son
dispersados por el entorno ordenado de un cristal tienen lugar interferencias
(constructivas y destructivas) entre los rayos dispersados ya que las distancias
entre los centros de dispersioacuten son del mismo orden de magnitud que la longitud
de onda de la radiacioacuten El resultado es la difraccioacuten [41] Cuando las CDs
naturales o el hueacutesped cristalino son sometidas a la difractometriacutea de rayos X
eacutestos presentan un patroacuten de difraccioacuten de alta intensidad debido a su
cristalinidad Por el contrario si el complejo de inclusioacuten se forma va a mostrar un
patroacuten de tipo halo [42] con picos difusos y anchos caracteriacutesticos de un
compuesto amorfo Esta teacutecnica es sumamente uacutetil para verificar la formacioacuten de
complejos de inclusioacuten en el caso de hueacutespedes liacutequidos En efecto ya que estos
no presentan ninguacuten patroacuten de difraccioacuten si son incluidos se va a obtener un
difractograma con un patroacuten bien definido [43]
284 ESPECTROSCOPIA DE INFRARROJO (IR)
La aplicacioacuten del meacutetodo de infrarrojo se limita a aquellos hueacutespedes que tienen
ciertas bandas de absorcioacuten caracteriacutesticas como los grupos carbonilo hidroxilo o
C-H u otros que permitan evaluar si existen diferencias entre los espectros del
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
35
hueacutesped libre y encapsulado [42] Cuando se produce la encapsulacioacuten del
compuesto hueacutesped se produce un corrimiento o disminucioacuten de la intensidad de
ciertas bandas caracteriacutesticas del espectro correspondiente al hueacutesped Sin
embargo dichos cambios son muy sutiles debido a que el hueacutesped representa un
5-10 del peso total del complejo por lo cual requiere una interpretacioacuten
cuidadosa del espectro [44]
285 ESPECTROSCOPIA RAMAN
La espectroscopia Raman mide la intensidad de la radiacioacuten como una funcioacuten de
la frecuencia (o del nuacutemero de onda) [45] Esta teacutecnica es complementaria del IR y
la informacioacuten que aporta es semejante Las bandas se desplazan y se modifican
como consecuencia del proceso de inclusioacuten [46] Los espectros Raman se
obtienen al irradiar una muestra con una potente fuente laser de radiacioacuten
monocromaacutetica visible o infrarroja Durante la radiacioacuten se registra el espectro de
la radiacioacuten dispersada en un cierto aacutengulo (por lo general 90 deg) con un
espectroacutemetro adecuado [47] Las bandas se desplazan y se modifican como
consecuencia del proceso de inclusioacuten Probablemente la espectroscopia Raman
resulta de mayor utilidad en el caso de complejos en medios liacutequidos donde la
presencia de soluciones acuosas no supone un obstaacuteculo como ocurre en el caso
de la espectroscopia IR [48]
29 TITULACIOacuteN ESPECTROFOTOMEacuteTRICA
El meacutetodo espectrofotomeacutetrico es un meacutetodo analiacutetico el cual por medio de un
espectrofotoacutemetro permite comparar la radiacioacuten electromagneacutetica de una
sustancia en funcioacuten de su concentracioacuten desconocida y una concentracioacuten
conocida de la misma sustancia y evaluar el momento de reaccioacuten de un aacutecido y
una base mediante la absorcioacuten de radiacioacuten electromagneacutetica de la sustancia a
cierta longitud de onda fija permite determinar el punto final de la titulacioacuten La
medicioacuten de absorbancia se realiza en cada adicioacuten del titulante asiacute se
construyen graficas de absorbancia en funcioacuten del pCH de cada aliacutecuota de adicioacuten
del titulante (Figura 3) donde se observara la zona saturada y no saturada Estas
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
36
dos zonas nos permitiraacuten determinar el punto de inicio de precipitacioacuten del
lantaacutenido
Figura 3 Ilustracioacuten de un diagrama general de pLn(c)-pCH
El punto de precipitacioacuten (pCH) se utiliza para delimitar el intervalo de la zona no
saturada Este intervalo se utiliza en un programa de coacutemputo como
SUPERQUAD que se emplea para determinar constantes de equilibrio
210 MEacuteTODO POTENCIOMEacuteTRICO
Es el meacutetodo maacutes estudiado para determinar constantes de hidroacutelisis por su
sencillez y exactitud el meacutetodo se basa en la titulacioacuten de una solucioacuten de
concentracioacuten conocida de base (o aacutecido) con un aacutecido fuerte (o base fuerte) la
reaccioacuten se puede seguir por ejemplo con electrodos de vidrio y calomel
conectados a un potencioacutemetro [49] de los datos obtenidos de la titulacioacuten se
construye una graacutefica de titulacioacuten de pH en funcioacuten del volumen adicionado del
titulante (Figura 4)
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
37
Figura 4 Ilustracioacuten de una valoracioacuten potenciomeacutetricas directa con su primera derivada (∆pCH∆V)
El teacutermino pH se aplica habitualmente al logaritmo inverso de la concentracioacuten del
ion hidronio sin embargo cuando la fuerza ioacutenica es alta y el electrodo del
indicador es sensible al pH es importante diferenciar entre el logaritmo inverso de
la concentracioacuten de los iones hidronio (pCH) y el valor del pH experimental La
concentracioacuten de los iones hidronio (o de OH-) en el equilibrio y la composicioacuten de
una solucioacuten dada permiten calcular la razoacuten molar de los iones OH- unidos al ion
metaacutelico en solucioacuten un grupo de valores de [H+] y la concentracioacuten inicial del
metal son los datos necesarios para determinar las constantes de hidroacutelisis [49]
Se alimentan los datos de la zona no saturada y volumen del titulante adicionado a
la valoracioacuten potenciomeacutetrica al programa de coacutemputo SUPERQUAD y asiacute poder
determinar las constantes de hidroacutelisis del Pr
211 PROGRAMA DE COacuteMPUTO SUPERQUAD
El programa de coacutemputo SUPERQUAD fue creado por Gans Sabatini y Vacca
escrito en lenguaje fortran calcula las constantes de equilibrio en sistemas
multicomponentes y multireaccionantes Esas constantes se calculan con la base
de un modelo quiacutemico el cual debe incluir la estequiometria y los valores
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
38
estimados de las constantes globales de formacioacuten de cada una de las especies
presentes durante la valoracioacuten Se aplica reiteradamente el meacutetodo de miacutenimos
cuadrados a las diferencias que se generan en los potenciales experimentales de
las celdas menos los calculados por el propio programa Para alcanzar el miacutenimo
de estas diferencias se aplica el algoritmo de Marquadt Por uacuteltimo en el archivo
de salida del programa SUPERQUAD se obtienen los valores calculados y un
anaacutelisis estadiacutestico de los datos [25]
39
______________________________
CAPIacuteTULO III
HIPOacuteTESIS
______________________________
CAPIacuteTULO III HIPOacuteTESIS
40
3 HIPOacuteTESIS
La 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina aumentaraacute la solubilidad del praseodimio de
esta manera permitiraacute determinar varias especies quiacutemicas de hidroacutelisis de este
elemento en medio 2 M de NaClO4 a 30 degC
41
______________________________
CAPIacuteTULO IV
OBJETIVOS
______________________________
CAPIacuteTULO IV OBJETIVOS
42
4 OBJETIVOS
Objetivo general
Estudiar el comportamiento quiacutemico en solucioacuten acuosa del compuesto de
inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por medio de la
determinacioacuten de las constantes de hidroacutelisis en 2 M de NaClO4 a 30 degC
Objetivos especiacuteficos
Obtener el compuesto de inclusioacuten del praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina
Determinar las constantes de la hidroacutelisis de las especies quiacutemicas de
praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en 2 M de
NaClO4 y a 30 degC por el meacutetodo espectrofotomeacutetrico y el meacutetodo
potenciomeacutetrico
Determinar la constante de hidroacutelisis del compuesto de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en 2 M de NaClO4 y a 30 degC
por el meacutetodo espectrofotomeacutetrico y el meacutetodo potenciomeacutetrico
43
______________________________
CAPIacuteTULO V
METODOLOGIacuteA
______________________________
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
44
5 METODOLOGIacuteA
El diagrama de flujo (Figura 5) muestra el resumen de las actividades del
desarrollo experimental que se siguioacute en el estudio del praseodimio en presencia
de la 2HPβCD
Figura 5 Diagrama de flujo
INICIO
Preparacioacuten de las soluciones de 2M de NaClO4 PrCl3xH2O 2HPβCD y
Pr-2HPβCD
Preparacioacuten de precipitados PrCl3H2O 2HPβCD y Pr-
2HPβCD
Irradiacioacuten Gamma
Caracterizacioacuten de reactivos y el complejo de
inclusioacuten
UV-Vis
MEB y EDS
DRX
EspectroscopiaIR
Espectroscopia Raman
Efecto de concentracioacuten
Solubilidad
Efecto de temperatura
Efecto de tiempo
Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Meacutetodo grafico
Valoraciones potenciomeacutetricas
Determinacioacuten de constantes
de hidroacutelisis con el programa de
coacutemputo SUPERQUAD
Anaacutelisis de
resultados
FIN
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
45
La descripcioacuten de cada una de las etapas de este diagrama se muestra
enseguida
Los reactivos empleados en este trabajo fueron de grado analiacutetico Para la
preparacioacuten de las soluciones y lavado del material del laboratorio se usoacute agua
destilada
51 Preparacioacuten de la solucioacuten de la 2-hidroxipropyl- βeta-ciclodextrina
La solucioacuten del derivado de la beta ciclodextrina se preparoacute a partir de la 2-
hydroxipropyl-βeta-ciclodextrina [(C6H9O5)7-(C3H7O)45] de peso molecular 1396
gmol (anhidro) de Sigma-Aldrich Chem Company Inc el cual se disolvioacute con
agua destilada y agitacioacuten constante La concentracioacuten fue de 02389 M
52 Preparacioacuten de solucioacuten de praseodimio
La solucioacuten de praseodimio se preparoacute a partir del oacutexido de praseodimio (Pr6O11)
de Sigma-Aldrich Chem Company Inc El oacutexido se tratoacute con HCl concentrado el
precipitado resultante se diluyoacute en agua destilada y se evaporoacute hasta sequedad
este proceso se hizo tres veces Finalmente se diluyoacute con una solucioacuten de HCl de
pH 3 Esta solucioacuten se valoroacute con EDTA naranja de xilenol y piridina para
determinar la concentracioacuten la cual fue de 048 M
53 Preparacioacuten del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina
El complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina (Pr-
2HPβCD) se preparoacute a partir de las soluciones de la 2-hydroxipropyl-βeta-
ciclodextrina 02389 M y de la solucioacuten de praseodimio 048 M en la relacioacuten molar
11 La concentracioacuten del complejo de inclusioacuten fue de 0005 M Esta solucioacuten se
evaporoacute lentamente a sequedad en una parrilla de calentamiento Corning PC-351
Hot Plate-Stirrer durante 45 minutos El precipitado resultante se secoacute en una
estufa Lab Line Instruments Inc (Melrose Park Illinois) a 45-50degC durante 2
horas Varias fracciones de este precipitado se emplearon para determinar la
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
46
morfologiacutea la espectroscopia de infrarrojos difraccioacuten de rayos X y Raman
Tambieacuten se caracterizaron las muestras de PrCl3 XH2O y 2HPβCD
54 Determinacioacuten de las curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por UV-Vis
Para cuantificar praseodimio por espectrofotometriacutea UV-Vis se determinaron las
curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD para ello se
realizaron diluciones a diferentes concentraciones de PrCl3 XH2O manteniendo
constante la concentracioacuten de la 2HPβCD Los datos se muestran en la Tabla 4
Tabla 4 Diferentes concentraciones de praseodimio con 2HPβCD constante para determinar las curvas de calibracioacuten
Pr (ml) H2O
(ml)
2HPβCD
(ml)
Concentraciones
Pr2HPβCD [M]
00004 1999 2 00001 00025
00010 1998 2 000025 00025
00041 1995 2 0001 00025
00104 1989 2 00025 00025
00208 1979 2 0005 00025
00416 1958 2 001 00025
0104 1895 2 0025 00025
0260 1739 2 00625 00025
0520 1479 2 0125 00025
1041 0958 2 025 00025
125 075 2 03 00025
Las disoluciones se midieron en el espectroacutemetro UV-Vis marca Perkin Elmer
Lambda 10 en un intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
47
55 Estudio de la influencia de las relaciones molares de las soluciones del
complejo de inclusioacuten
Para determinar la influencia de la 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se prepararon las relaciones molares de PrCl3
XH2O y de 2HPβCD Los datos se muestran en la Tabla 5
Tabla 5 Relaciones molares 2HPβCD Pr
Relacioacuten 2HPβCDPr
2HPβCD (ml)
H2O (ml)
Pr (ml)
Concentraciones 2HPβCDPr [M]
051 0010 199 2 000125 00025
11 0020 1979 2 000250 00025
21 0041 1958 2 000500 00025
31 0062 1937 2 000750 00025
41 0083 1916 2 001000 00025
51 0104 1895 2 001250 00025
81 0167 1832 2 002000 00025
101 0209 1790 2 002500 00025
151 0313 1686 2 003750 00025
181 0376 1623 2 004500 00025
241 0502 1497 2 006000 00025
Las relaciones molares se prepararon a partir de las soluciones de PrCl3 XH2O
048 M y de la 2HPβCD 02389 M
Las disoluciones se midieron en el espectroacutemetro UV-Vis marca Perkin Elmer
Lambda 10 en un intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
56 Efecto de la Radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Para observar el efecto de la radiacioacuten gamma del Cobalto-60 (Co60) en el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se prepararon 6 soluciones de 10 ml del
complejo de inclusioacuten en relacioacuten molar 11 de concentracioacuten 0005 M de cada una
de ellas y soluciones de los reactivos PrCl3 XH2O y 2HPβCD en las mismas
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
48
condiciones Tambieacuten se prepararon 6 muestras soacutelidas de Pr-2HPβCD
(precipitado) PrCl3 XH2O y 2HPβCD de 02 g cada una
Cada una de estas muestras fue colocada en un vial de 20 ml luego se selloacute con
bolsa de plaacutestico y se irradiaron a diferentes dosis en el irradiador LGI-01
TRANSELEKTRO del ININ con una razoacuten de dosis de 103716 Gyh En la
posicioacuten de irradiacioacuten VICKRAD se colocaron tres muestras liacutequidas y tres
soacutelidas de la misma manera en la posicioacuten de irradiacioacuten GAMMACELL tres
muestras liacutequidas y tres soacutelidas En ambos casos cuando se alcanza la dosis
requerida (por ejemplo 1 Gy) una muestra se retira o se saca de la posicioacuten de
irradiacioacuten y asiacute sucesivamente se continuacutea hasta alcanzar la dosis maacutexima de
irradiacioacuten requerida Los datos se muestran en la Tabla 6
Tabla 6 Dosis de irradiacioacuten de Co60 aplicadas a las muestras en solucioacuten y soacutelidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 2HPβCD y PrCl3 XH2O en la instalacioacuten VICKRAD y GAMMACELL del irradiador
LGI-01 TRANSELEKTRO del ININ
1ra Serie Instalacioacuten VICKRAD
No Muestras soacutelidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
No Muestras liacutequidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
1 (a) 1 Gy 4 (1i) 1 Gy 2 (b) 10 Gy 5 (2i) 10 Gy
3 (c) 100 Gy 6 (3i) 100 Gy
2da Serie Instalacioacuten GAMMACELL
No Muestras soacutelidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
No Muestras liacutequidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
1 (d) 05 KGy 4 (4i) 05 KGy
2 (e) 5 KGy 5 (5i) 5 KGy
3 (f) 10 KGy 6 (6i) 10 KGy
Las muestras liacutequidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD PrCl3-XH2O y
2HPβCD irradiadas se evaporaron a sequedad para realizar el anaacutelisis de
caracterizacioacuten
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
49
57 Caracterizacioacuten del compuesto de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina
571 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB)
Para realizar este anaacutelisis se emplearon fracciones de cada uno de los reactivos
PrCl3 XH2O 2HPβCD el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD irradiado Cada una de las fracciones se colocaron en un
porta muestras de aluminio Se recubrieron con una capa de oro para que las
muestras fueran conductoras El anaacutelisis morfoloacutegico se realizoacute en un microscopio
JSM-1600 y JSM-6610LV acoplados a una sonda de espectroscopia de difraccioacuten
de rayos X con el software de los equipos se obtuvo el anaacutelisis elemental
realizado por EDS (Energy Dispersion of X ray Espectrosocopy) que proporcionoacute
informacioacuten cualitativa y cuantitativa de las muestras analizadas
572 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX)
Este anaacutelisis se realizoacute con el difractoacutemetro de polvos SIEMENS D-5000 con
aacutenodo de cobre λ = 15406 Ǻ y un barrido de 25-80 en 2ɵ Para ello se colocaron
en un porta muestras fracciones de cada una de las muestras PrCl3 XH2O
2HPβCD Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado En cada una de estas muestras se
hizo incidir un haz de rayos X De esta manera se obtuvieron graacuteficas de
intensidad en funcioacuten del aacutengulo de difraccioacuten Los resultados se compararon con
las tarjetas de los patrones reportados por el Joint Committee on Powder
Diffraction Standards (JCPDS)
573 Anaacutelisis por espectroscopia de infrarrojo (IR)
Se realizoacute la espectroscopia de infrarrojo de las muestras de PrCl3 XH2O
2HPβCD Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado con el espectroacutemetro Nicolet
Magna-IRTM spectrometer 550 FTIR en un intervalo de 450-4000 cm-1 Las
muestras se prepararon con un estaacutendar de KBr mediante el meacutetodo de
dispersioacuten de pastilla para su anaacutelisis
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
50
574 Anaacutelisis por espectroscopia Raman
Se realizoacute la espectroscopia Raman de las muestras de PrCl3 XH2O 2HPβCD
Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado con el equipo Raman LabRamHR JovynIvon-
Horiba Una fraccioacuten de cada una de las muestras se colocaron en un porta
muestras conectado a un microscopio y se hizo incidir un rayo laacuteser de un
microacutemetro de diaacutemetro Como resultado se obtuvo una graacutefica de intensidad
Raman contra el desplazamiento Raman Los espectros Raman de las muestras
fueron obtenidos en un intervalo de 0 a 1700 cm-1
58 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-βeta-ciclodextrina
581 Efecto de temperatura
En un tubo de ensaye se le adicionoacute 2 ml de agua destilada a 20 0C En un bantildeo
mariacutea a la temperatura de 20 0C se colocoacute el tubo de ensaye con 2 ml de agua
destilada y se le adicionoacute poco a poco la muestra del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD (05 g previamente pesada) Se agitoacute manualmente de manera
constante hasta observar la formacioacuten de precipitado (Pr-2HPβCD) en el fondo
del tubo de ensaye
Este proceso tambieacuten se realizoacute a las temperaturas de 35 42 50 y 60degC El
residuo del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD que ya no se adicionoacute en el tubo de
ensaye se pesoacute y por diferencia con el peso inicial (05 g) se determinoacute los
gramos solubilizados del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Los datos se
muestran en la Tabla 7
Con los resultados obtenidos se graficoacute la temperatura en funcioacuten de la cantidad
de complejo de inclusioacuten solubilizado
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
51
Tabla 7 Cantidad de complejo solubilizado a diferentes temperaturas en 2 ml de agua destilada
Pr-2HPβCD (g)
H2O
(ml)
Temp (degC) del H2O
Pr-2HPβCD solubilizados (g)
1 05 2 20 01866 2 05 2 35 02472 3 05 2 42 03014 4 05 2 50 03461 5 05 2 60 03628
582 Efecto del tiempo
En un tubo de ensaye se le adicionoacute 2 ml de agua destilada a temperatura
ambiente Se le adicionoacute la muestra del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD (01001
g previamente pesada) se registroacute el tiempo (inicial) y se agitoacute manualmente de
manera constante hasta observar la formacioacuten de precipitado (Pr-2HPβCD) en el
fondo del tubo de ensaye Se registroacute el tiempo (final) cuando el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD se solubilizoacute completamente Este proceso se realizoacute 5
veces La determinacioacuten del tiempo de solubilizacioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD es la diferencia entre el tiempo inicial y final Los datos se muestran en la
Tabla 8 Con los resultados obtenidos se graficoacute los gramos solubilizados del
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en funcioacuten del tiempo
Tabla 8 Cantidades de complejo Pr-2HPβCD y agua destilada en cada tubo de ensaye
Pr-2HPβCD
(g)
H2O
(ml) Tiempo (seg)
1 01001 2 161
2 01005 2 163
3 01011 2 167
4 01018 2 169
5 01026 2 170
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
52
59 Determinacioacuten de la curva de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4
Para corregir el pH experimental en el medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 se
preparoacute una solucioacuten de NaOH al 50 pesovolumen A partir de esta solucioacuten se
preparoacute una solucioacuten de hidroacutexido de sodio a una concentracioacuten de 1 N en una
caja de guantes con atmosfera de nitroacutegeno Esta solucioacuten se valoroacute con ftalato
aacutecido de potasio y fenolftaleiacutena para determinar su concentracioacuten Con esta
solucioacuten de NaOH 1 N se prepararon soluciones de 01 001 y 0001 M y a estas
mismas concentraciones con HCl 1N titrisol ambas en medio de fuerza ioacutenica 2 M
de NaClO4 La medicioacuten de pH de estas soluciones (pH experimental) se
realizaron con un electrodo de vidrio AgClAg Radiometer XG200 con agitacioacuten
constante a temperatura de 30 degC controlada por un bantildeo de agua circulante
ldquoPolyscience Circulatiorrdquo modelo 12101-10 Se mantuvo una atmosfera de
nitroacutegeno en la celda potenciomeacutetrica de doble pared Se midioacute el pH 3 veces de
cada solucioacuten el mismo diacutea y durante tres diacuteas consecutivos Se promediaron los
datos obtenidos y se trazoacute una graacutefica que permitioacute realizar la relacioacuten entre el
logaritmo inverso de la concentracioacuten de los iones hidrogeno (pCH) y el pH
experimental
510 Valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Se realizaron valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD con hidroacutexido de sodio en fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 para ello se
colocoacute en una celda de reaccioacuten 10 ml de 2 M de NaClO4 de pH 3 21 microL de la
solucioacuten de 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina de concentracioacuten 02389 M y 105
microL de la solucioacuten de PrCl3 XH2O de concentracioacuten 048 M para tener una
concentracioacuten inicial de 000025 M del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Se
midioacute el pH se tomoacute una aliacutecuota de 3 ml y se midioacute su absorbancia con el
espectrofotoacutemetro UV-Vis Perkin Elmer Lambda 10 en un intervalo de longitud de
onda de 200 a 700 nm Como blanco se empleoacute agua destilada Los 3 ml de
solucioacuten medida por UV-Vis se regresaron a la celda de reaccioacuten Posteriormente
se adicionaron aliacutecuotas de una solucioacuten de 00025 M de NaOH en 2 M de
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
53
NaClO4 Se repitioacute varias veces el proceso de tomar una aliacutecuota en la celda de
reaccioacuten a la celda de cuarzo y medir la absorbancia del complejo de inclusioacuten de
tal manera que el pH incrementara de 02 en 02 hasta alcanzar un pH de 9 o 10
aproximadamente En todo el proceso se mantuvo una temperatura de 30 degC y
una atmoacutesfera de nitroacutegeno constante en la celda
Con los datos de pH y absorbancia a una longitud de onda de 210 nm obtenidos
se graficaron los valores de la absorbancia en funcioacuten del pCH para determinar el
pCH de precipitacioacuten la zona no saturada y la zona saturada
511 Valoraciones potenciomeacutetricas directas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Con el sistema de titulacioacuten automaacutetica que consiste de un potencioacutemetro
Radiometer TIM900 Titrilab de un electrodo combinado de vidriondashAgClAg y una
bureta automaacutetica de 20 ml se realizaron valoraciones potenciomeacutetricas directas
Para lo cual se colocoacute en la celda de reaccioacuten 10 ml de 2 M de NaClO4 de pH 3
21 microL de la solucioacuten de 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina de concentracioacuten 02389
M y 105 microL de la solucioacuten de PrCl3 XH2O de concentracioacuten 048 M para tener
una concentracioacuten inicial de 000025 M del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Esta solucioacuten se valoroacute con NaOH 00025 M en 2 M de NaClO4 a una temperatura
de 30 degC flujo de nitroacutegeno y agitacioacuten constante Con los datos de pH y volumen
de NaOH se graficaron los valores de pCH en funcioacuten del volumen de NaOH El
intervalo de pCH de la zona no saturada se determinoacute despueacutes de que el aacutecido fue
neutralizado y el pCH final se determinoacute con el pCH de precipitacioacuten obtenido en la
titulacioacuten espectrofotomeacutetrica Este intervalo de pCH de la zona no saturada se
emplearon en el programa de computo SUPERQUAD para determinar los valores
de las constantes de hidroacutelisis del praseodimio y del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
54
______________________________
CAPIacuteTULO VI
RESULTADOS
______________________________
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
55
6 RESULTADOS
61 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 6 muestra los espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes
concentraciones en presencia de 2HPβCD 00025 M determinados en el intervalo
de longitud de onda de 200 a 700 nm En ellos se observa que cuando aumenta
la concentracioacuten del praseodimio en presencia de 2HPβCD aumenta el tamantildeo de
las bandas La 2HPβCD no presenta bandas de absorcioacuten en toda la regioacuten de
200-700 nm
Figura 6 Espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes concentraciones en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
A partir de la Figura 6 y de acuerdo al tamantildeo de las bandas de absorcioacuten de los
espectros UV-Vis en funcioacuten de la concentracioacuten del praseodimio se establecen
tres regiones de intereacutes En la regioacuten de longitud de onda de 200-225 nm la banda
de absorcioacuten maacutexima del praseodimio se encuentra en 215 nm para
concentraciones bajas en la regioacuten de 440-490 nm se encuentran las bandas de
absorcioacuten de 444 469 nm y 482 nm para concentraciones intermedias y
finalmente en la regioacuten de 558-600 nm se encuentran las bandas de absorcioacuten de
200 300 400 500 600 700
00
05
10
15
20
25
30
Ab
so
rban
cia
Longitu de onda (cm-1)
000011MPr
0000251MPr
00011MPr
000251MPr
00051MPr
001MPr
0025MPr
006251MPr
01251MPr
0251MPr
031MPr
00025M2HPBCD
00025MPr
1
2
3
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
56
5885 nm para cuantificar concentraciones altas de praseodimio en presencia de la
2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Figura 7 y Tabla 9) En la Figura 7 se muestran las
rectas de calibracioacuten para cuantificar praseodimio Estas rectas de calibracioacuten fueron
determinadas con los datos de los valores de absorbancia de cada banda de
absorcioacuten de la Figura 6 en funcioacuten de la concentracioacuten del praseodimio
Figura 7 Rectas de calibracioacuten de las bandas de absorcioacuten del praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
Tabla 9 Ecuaciones de calibracioacuten del praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
obtenidos por UV-Vis
Intervalo de longitud de onda de UV-Vis
200-250 nm 400-500 nm 560-620 nm
Bandas de 215 nm 444 nm 469 nm 482 nm 5885 nm
absorcioacuten
Ecuaciones de
calibracioacuten
A= 26554[Pr] + 00527
A = 513[Pr] + 00127
A = 21698[Pr] + 00123
A = 15912[Pr] + 00128
A = 00783[Pr] + 00103
Rsup2 = 09949 Rsup2 = 09992 Rsup2 = 09958 Rsup2 = 09917 Rsup2 = 09769
Doacutende nm= nanoacutemetros A= Absorbancia [Pr (III)]= Concentracioacuten del Praseodimio R = Coeficiente de
correlacioacuten
000 005 010 015 020 025 030
00
02
04
06
08
10
12
14
16
y=15912 x +00128
R2=09917
y=00783 x +00103
R2=09769
y=21698 x +00123
R2=09958
y=513 x +00127
R2=09992
215 nm
444 nm
469 nm
482 nm
5885 nm
Abso
rbancia
[Pr] M
y=26554 x +00527
R2=09949
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
57
En la Tabla 9 se muestran los datos de las ecuaciones de calibracion para
determinar praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina por
espectroscopiacutea UV-Vis
Estas consideraciones tienen una limitacioacuten ya que se debe tomar en cuenta que
el intervalo oacuteptimo para medir la absorbancia con fines de anaacutelisis cuantitativo
estaacute entre 002ndash15
62 Efecto de la concentracioacuten de la 2HPβCD en el praseodimio por
espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 8 muestra los espectros de absorcioacuten del praseodimio a concentracioacuten
constante (00025 M) en presencia de 2HPβCD a diferentes concentraciones
determinados en el intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
Figura 8 Espectro de absorcioacuten UV-Vis del praseodimio a concentracioacuten constante en presencia de la 2HPβCD a diferentes concentraciones En el detalle central se muestra la ampliacioacuten de la banda de
absorcioacuten 215 nm
En los espectros de absorcioacuten del praseodimio de la Figura 8 se observa que
cuando aumenta la concentracioacuten de 2HPβCD aumenta ligeramente el tamantildeo de
200 300 400 500 600 700
00
02
04
Ab
so
rbancia
Longitud de onda (cm-1)
00025MPr
00025M2HPBCD
051M
11M
21M
31M
41M
51M
81M
101M
151M
181M
241M1
2 3
200 205 210 215 220 225 230
00
01
02
03
04
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
1
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
58
las bandas de absorcioacuten del praseodimio En el detalle central de la Figura 8 se
aprecia maacutes adecuadamente este efecto
Con estas observaciones se muestra que la 2HPβCD aumenta la solubilidad del
praseodimio debido a este aumento ligero en el tamantildeo de las bandas de
absorcioacuten del praseodimio de la Figura 8
63 Efecto de la radiacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD por
espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 9 muestra los espectros de absorcioacuten determinados en el intervalo de
longitud de onda de 200 a 700 nm del 2HPβCD 2HPβCD irradiado PrCl3XH2O
PrCl3XH2O irradiado el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y el complejo de
inclusioacuten Pr-2-HP-β-CD irradiado Las irradiaciones se realizaron a 10000 Gy
Figura 9 Espectro UV-Vis de las muestras irradiadas en solucioacuten del complejo Pr-2HPβCD PrCl3 y 2HPβCD
Como se observa en la Figura 9 el efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de
inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Pr-2HPβCD) mostraron que
cuando el complejo de inclusioacuten es irradiado a 10 000 Gy se observaron ligeros
200 300 400 500 600 700
00
02
04
06
08
10
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
00025 M 2HPBCD
Pr 00025 M
Pr-2HPBCD
2HPBCD 10 KGY
PrCl3-XH2O 10 KGy
Pr-2HPBCD 10 KGy
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
59
cambios comparado con el complejo de inclusioacuten no irradiado Esto se puede
deber a que probablemente el complejo empieza a descomponerse
62 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB)
La Figura 10 muestra las imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las
muestras 2HPβCD 2HPβCD irradiada PrCl3XH2O PrCl3XH2O irradiada Pr-
2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy
a) c) e)c
b) d) f)
Figura 10 Imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las muestras a) 2HPβCD b) 2HPβCD irradiada c) PrCl3XH2O d) PrCl3XH2O irradiada e) Pr-2HPβCD y f) Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy
La 2HPβCD mostroacute partiacuteculas esfeacutericas de diversos tamantildeos con una superficie
lisa en su interior se observan cavidades dentro de las partiacuteculas pareciera que
se desprenden esferas maacutes pequentildeas El PrCl3XH2O mostroacute una superficie
rugosa las partiacuteculas se ven fundidas debido probablemente a que el material es
higroscoacutepico y tiende a hidratarse faacutecilmente El complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
muestra una morfologiacutea diferente a los reactivos precursores ya que se presentan
partiacuteculas en forma de rocas de diferentes dimensiones ademaacutes se observan
aglomeraciones de partiacuteculas Las imaacutegenes de las muestras irradiadas a una
dosis de 10 KGy conservan su morfologiacutea a excepcioacuten de PrCl3XH2O irradiada y
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
60
Pr-2HPβCD irradiada muestran pequentildeos cambios Sus partiacuteculas se ven un poco
maacutes fundidas probablemente se deba al efecto de la radiacioacuten
La composicioacuten quiacutemica elemental de las muestras 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD se muestran en la Tabla 10 determinado por el anaacutelisis elemental (EDS)
Tabla 10 Anaacutelisis EDS de las muestras de PrCl3 2-HPβCD y Pr-2HPβCD
Elemento Atoacutemico
Pr Cl O C
PrCl3 1233 plusmn 207 3595 plusmn 666 5171 plusmn 871 -----
2HPβCD ----- ----- 4159 plusmn 22 584 plusmn 22
Pr-2HPβCD 097 plusmn061 248 plusmn 143 3619plusmn 422 6034 plusmn 478
Todas las muestras presentan los elementos de su composicioacuten quiacutemica La
presencia de Pr Cl C y O en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD confirman la
interaccioacuten de 2HPβCD PrCl3XH2O para la formacioacuten del complejo de inclusioacuten
como se muestras en la Tabla 10
63 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX)
En la Figura 11 se muestran los difractogramas de 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD determinado por Difraccioacuten de Rayos X Los difractogramas de rayos X
de la Figura 11 muestran diferencias entre ellas El difractograma del PrCl3XH2O
presenta reflexiones de alta intensidad comparado con las otras muestras debido
a su naturaleza cristalina del praseodimio El difractograma de la 2HPβCD es de
estructura amorfa caracteriacutestica de los compuestos de carbono
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
61
Figura 11 Difraccioacuten de rayos X de PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD
El difractograma del compuesto de inclusioacuten Pr-2HPβCD muestra una
combinacioacuten de reflexiones de las muestras de PrCl3XH2O y 2HPβCD debido a la
formacioacuten de eacuteste complejo de inclusioacuten aunque predomina el de la 2HPβCD
Se comparoacute el difractograma de la muestra de PrCl3XH2O con la tarjeta del patroacuten
reportado por el Joint Committee on Powder Diffraction Standards (JCPDS) PDF
84-2188 Aqua Praseodymium Chloride Ambos difractogramas coinciden
adecuadamente
Los difractogramas de las muestras irradiadas a diferentes dosis mostraron que en
el intervalo de dosis de 1-500 Gy las muestras no sufren cambios Sin embargo
cuando el complejo de inclusioacuten es irradiado a 5000 y 10 000 Gy se observaron
ligeros cambios en sus inflexiones comparados con las muestras no irradiadas
Probablemente las muestras empiezan a descomponerse
64 Espectroscopia de infrarrojo (IR)
En la Figura 12 se muestra los espectros de infrarrojo de la 2HPβCD PrCl3XH2O
y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
62
Figura 12 Espectros de infrarrojo de las muestra 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-2HPβCD
El espectro infrarrojo de la muestra de PrCl3XH2O presenta la banda de absorcioacuten
a 341434 cm-1 correspondiente a moleacuteculas de agua de hidratacioacuten y la banda de
absorcioacuten a 67003 cm-1 debido a las uniones praseodimio con cloruros El
espectro infrarrojo de la muestra de la 2HPβCD presenta bandas de absorcioacuten a
331508 cm-1 [OH] 292046 cm-1 [CH2] 115183 cm-1 [C-C] 108000 cm-1 [C-O] y
102306 cm-1 [O-H]
Tabla 11 Grupos funcionales del PrCl3XH2O 2HPβCD y del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Compuesto [OH] [CH2] [C-C] [C-O] [O-H] [Cl3]
PrCl3XH2O 341434 67003
2HPβCD 331508 292046 115183 108000 102306
Pr-2HPβCD 329688 292645 115247 108028 102514
120723[PrCl3XH2O-Pr-2HPβCD] -11746
120723[2HPβCD-Pr-2HPβCD] -182 599 064 028 208
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
63
En la Tabla 11 se muestran los datos de las bandas de absorcioacuten de las muestras
de 2HPβCD PrCl3XH2O y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y los valores
de los desplazamientos observados Los valores de desplazamiento indican la
formacioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Las bandas de absorcioacuten de las
muestras irradiadas a diferentes dosis mostraron que en el intervalo de dosis de 1-
500 Gy las muestras no sufren cambios Cuando las muestras son irradiados a
5000 y 10 000 Gy se observaron ligeros cambios en la intensidad de la bandas de
absorcioacuten
65 Espectroscopia Raman
Figura 13 Espectros Raman de la muestra PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD
La Figura 13 muestra los espectros Raman de las muestras 2HPβCD PrCl3XH2O
y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Se realizaron 100 adquisiciones de
cada uno de las muestras Los resultados son el promedio de estas Los espectros
Raman de la Figura 13 muestran diferencias entre ellas
El espectro Raman del PrCl3XH2O muestra un pico intenso a 19278 cm-1 Este
pico se observa en el espectro Raman del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD a
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
64
23814 cm-1 y es de intensidad menor Las bandas de la 2HPβCD (44336 47805
84780 94691 126575 133270 145854 cm-1) algunas desaparecen y otras se
desplazan en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Esto indica la formacioacuten del
complejo de inclusioacuten
Al comparar los espectros Raman de las muestras irradiadas a diferentes dosis
mostraron que en el intervalo de dosis de 1-500 Gy no sufren cambios Sin
embargo en el intervalo de 5000 a 10000 Gys se observa la presencia de una
banda que no se encuentra en las muestras no irradiadas Probablemente las
muestras empiezan a descomponerse
66 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-βeta-ciclodextrina
661 Efecto de temperatura
La Figura 14 muestra el efecto de temperatura sobre la solubilidad del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD
Figura 14 Efecto de temperatura en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
20 30 40 50 60
018
020
022
024
026
028
030
032
034
036
038
g P
r-2H
PB
CD
Temperatura degC
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
65
La Figura muestra que conforme la temperatura va aumentando la solubilidad de
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta Es decir a la temperatura 20 degC se
solubilizan 01866 g del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD mientras que a 60 degC
se solubilizan 03628 g
662 Efecto de tiempo
La Figura 15 muestra el efecto del tiempo sobre la solubilidad del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD
Se observoacute que conforme el tiempo va aumentando la solubilidad de complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta Con esto se determinoacute que la dilucioacuten de 01 gr de
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 ml de agua destilada se lleva a cabo en
un tiempo 170 segundos
Figura 15 Efecto de tiempo en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
01000 01005 01010 01015 01020 01025 01030
160
162
164
166
168
170
Tie
mpo (
segundos)
g Pr-2HPBCD
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
66
67 Recta de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4
Se realizaron las mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de
2 M de NaClO4 Los datos se muestran en la Tabla 12
Tabla 12 Mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de 2 M de NaClO4
Concentracioacuten (M)
pCH pH
exp 1 pH
exp 2 pH
exp 3 pH
exp 4 pH
exp 5 pH exp prom
HCl 0001 3 2359 2205 2333 2402 2329 23256
001 2 1173 1172 1207 1228 1268 12096
01 1 0508 0248 0253 0352 0361 03444
NaOH 0001 11 9987 9994 9926 10009 9994 9982
001 12 10947 10876 10959 10876 10849 109014
01 13 11612 1156 11604 11552 11516 115688
Se graficaron los datos de pH (experimental) promedio en funcioacuten del pCH (teoacuterico)
se tiene la Figura 16
Figura 16 Recta de calibracioacuten del pCH como una funcioacuten del pH en el medio 2 M de NaClO4
0 2 4 6 8 10 12 14
0
2
4
6
8
10
12
pC
H
pH
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
67
La ecuacioacuten de la recta de calibracioacuten es
pCH= 105108 (plusmn00063) pH + 06352 (plusmn00669) R2= 09995
Esta ecuacioacuten permitioacute corregir todos los datos de pH experimental de este
trabajo
68 Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Se realizaron valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD en medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 a 30 deg C en atmoacutesfera inerte
Se obtuvieron espectros de absorcioacuten UV-Vis en el intervalo de longitud de onda
de 200 a 700 nm En la Figura 17 se muestra los espectros de absorcioacuten de cada
una de las aliacutecuotas del praseodimio en presencia de la 2HPβCD en el intervalo de
longitud de onda de 200 a 230 nm
Figura 17 Espectros de absorcioacuten UV-Vis de la valoracioacuten espectrofotomeacutetrica del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con NaOH 00025 M en el medio 2M de NaClO4
200 210 220 230
00
01
02
03
04
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
68
Se graficaron los datos de absorbancia a la longitud de onda de 215 nm de la Figura
17 y los valores de pCH correspondientes se obtuvo la Figura 18
Figura 18 Curva de valoracioacuten espectrofotomeacutetrica (absorbancia en funcioacuten del pCH) y la primera derivada del praseodimio en presencia de la 2HPβCD a longitud de onda de 215 nm
La derivada de la curva de la Figura 18 permitioacute determinar el pCH de precipitacioacuten
(maacutexima inflexioacuten) el cual fue de 812 A partir de este pCH se determinoacute la zona
no saturada (lado izquierdo de la curva) y saturada (lado derecho de la curva)
69 Titulaciones potenciomeacutetricas
Se realizaron valoraciones potenciomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
con NaOH en medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 a 30 degC en atmosfera inerte
Se obtuvo la Figura 19 La valoracioacuten potenciomeacutetrica del Pr-2HPβCD inicio en
medio acido por medio de la primera derivada y su inflexioacuten de la curva se
determinoacute el pCH inicial (pCH= 656) el valor de pCH final se determinoacute con el valor
de la primera derivada (pCHpp= 812) de la Figura 18 (punto de inicio de
precipitacioacuten del PrCl3XH2O)
4 5 6 7 8 9 10
025
030
035
040
045
050
055
060
pCH
Ab
so
rban
cia
-01
00
01
02
03
04
05
06
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
69
Figura 19 Curva de valoracioacuten potenciomeacutetrica directa de 25x10-4 M del praseodimio en presencia de la 2HPβCD con 25x10-3 de NaOH en 2 M de NaClO4 a 30 degC en atmosfera libre de CO2 y primera
derivada de la curva Detalle central (zona no saturada)
Con estos dos valores se determinoacute el intervalo de la zona no saturada que se
muestra en el detalle central de la Figura 19 empleado para el caacutelculo de la
primera constante de hidrolisis del praseodimio y del complejo del praseodimio en
presencia de la 2HPβCD
610 Refinamientos
A partir del detalle central de la Figura 19 (zona no saturada) los datos de
volumen pCH concentracioacuten del titulado y titulante y un modelo quiacutemico propuesto
con la estequiometria se alimentaron al programa de computo SUPERQUAD y
mediante refinamiento computacional se determinaron los valores de la constante
de hidrolisis de las especies quiacutemicas del praseodimio y del complejo de inclusioacuten
Pr-2HPβCD que se muestran en la Tabla 13
0 5 10 15 20
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
ml adicionados de NaOH
pC
H
0
2
4
6
8
10
00 01 02 03 04 05 06 07
64
66
68
70
72
74
76
78
80
82
pC
H
ml adicionados de NaOH
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
70
Tabla 13 Constantes de hidroacutelisis del Pr y el pCH de precipitacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 M de NaClO4 obtenidos mediante meacutetodo potenciomeacutetrico y el programa SUPERQUAD a
30 degC
Equilibrio Quiacutemico
logβ1
POTENCIOMETRICO
(SUPERQUAD)
Intervalo
(pCH)
No
puntos
ESPECTROFOTOMETRICO
pCH de pp
Meacutetodo GRAFICO
Pr3++ H2O Pr(OH)2++ H+ -862plusmn0007 656-812 33 812
Pr(OH)2++H2O Pr(OH)2++H+ -1710plusmn003
Pr(OH)2++H2O Pr(OH)3+H+ -2586plusmn001
Pr3++2HPβCD+H2O Pr-
2HPβCD-(OH)2++H+
-509plusmn007
En la Tabla 13 anterior se muestra el valor de pCH de precipitacioacuten obtenido por el
meacutetodo espectrofotomeacutetrico (meacutetodo graacutefico) que fue de 812 Los valores de las
constantes de hidrolisis de las especies quiacutemicas del praseodimio fueron-
logβ1OH=-862plusmn0007-logβ22OH=-1710plusmn003-logβ33OH=-2586plusmn001 y del complejo
de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-509plusmn007 obtenidos por el meacutetodo
potenciomeacutetrico empleando el programa de computo SUPERQUAD
71
______________________________
CONCLUSIONES
______________________________
CONCLUSIONES
72
CONCLUSIONES
bull Se observaron 3 zonas de absorcioacuten caracteriacutesticas del praseodimio
situadas a una longitud de onda de 215 nm 3 bandas de absorcioacuten en 444
nm 469 nm y 482 nm y en 5885 nm se determinaron para cada banda las
rectas de calibracioacuten
bull Se demostroacute la inclusioacuten del praseodimio en la 2HPβCD y el efecto de la
radiacioacuten gamma en los reactivos (PrCl3XH2O 2HPβCD) y el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD satisfactoriamente mediante las diferentes teacutecnicas de
caracterizacioacuten y anaacutelisis empleadas (MEB UV-Vis DRX Espectroscopia
Infrarrojo y Espectroscopia Raman)
bull El efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-β-ciclodextrina (Pr-2HP-β-CD) mostroacute que en el intervalo de
dosis de 1-500 Gy no sufren cambios Sin embargo cuando es irradiado a
5000 y 10 000 Gy se observaron ligeros cambios Esto se puede deber a
que probablemente el complejo empieza a descomponerse
bull La solubilidad de complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta en funcioacuten del
aumento de la temperatura
bull Conforme el tiempo va aumentando la solubilidad de complejo de inclusioacuten
Pr-2HPβCD aumenta
bull El valor de la primera constante de hidrolisis del praseodimio obtenido fue-
logβ1OH=-862plusmn0007 y del complejo de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-
509plusmn007
73
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RECOMENDACIONES
______________________________
RECOMENDACIONES
74
bull El complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se debe preparar con diferentes
meacutetodos para elegir el maacutes adecuado de acuerdo a su rendimiento
quiacutemico y asegurar su formacioacuten
bull Comparar la zona no saturada de complejo de Inclusioacuten del Pr-2HPβCD
Pr-2βCD y la del praseodimio sin complejo para observar el efecto de la
solubilidad y estabilidad
bull Determinar las constantes de hidrolisis del praseodimio y del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD irradiado con radiacioacuten gamma de Co60 y comparar
con la de complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD no irradiado
75
______________________________
GLOSARIO
______________________________
GLOSARIO
76
GLOSARIO
1 Absorbancia
Se define como la relacioacuten (logariacutetmica) entre la intensidad de la luz que incide
sobre una muestra y la intensidad de esa misma luz que es transmitida a traveacutes de
esa muestra Cuando una luz de una longitud de onda determinada seleccionada
por un filtro incide sobre una muestra parte de esa luz es absorbida La luz no
absorbida pasa a traveacutes de la muestra y es recogida por un detector colocado en
el otro lado del pocillo de la micro placa frente a la fuente de luz
2 Algoritmo de Marquadt
Es un proceso iterativo de convergencia que a traveacutes de la teacutecnica de los miacutenimos
cuadrados ponderados permite encontrar los paraacutemetros de las ecuaciones de
funciones no lineales
3 Complejo de inclusioacuten
Mezcla cristalina en la que las moleacuteculas de un componente estaacuten contenidas
dentro de la red cristalina del otro
4 Confinamiento de residuos
Lugar totalmente seguro controlado y construido con el propoacutesito de disponer
residuos peligrosos instalados en un lugar retirado de la poblacioacuten con el objetivo
de disminuir riesgos de caraacutecter natural y humano
5 Curva de calibracioacuten
Representacioacuten graacutefica de una sentildeal que se mide en funcioacuten de la concentracioacuten
de un analito La calibracioacuten incluye la seleccioacuten de un modelo para estimar los
paraacutemetros que permitan determinar la linealidad de esa curva Y en
consecuencia la capacidad de un meacutetodo analiacutetico para obtener resultados que
sean directamente proporcionales a la concentracioacuten de un compuesto en una
muestra dentro de un determinado intervalo de trabajo
GLOSARIO
77
6 Desechos radiactivos
Residuo o subproductos que contiene varios elementos quiacutemicos radiactivos que
no tiene un fin praacutectico
7 Especies quiacutemicas
En quiacutemica el teacutermino especie quiacutemica se usa comuacutenmente para referirse de
forma geneacuterica a aacutetomos moleacuteculas iones radicales etc que sean el objeto de
consideracioacuten o estudio
8 Estabilidad
Una sustancia es estable si no es particularmente reactivo en el ambiente o
durante uso normal y mantiene sus propiedades uacutetiles en la escala de tiempo de
su durabilidad esperada y por lo que se dice que el material es inestable si se
corroe descompone polimeriza quema o explota bajo las condiciones anticipadas
de uso o condiciones ambientales normales
9 Fisioacuten nuclear
Reaccioacuten en la cual un nuacutecleo se bombardea con neutrones se convierte en
inestable y se descompone en dos nuacutecleos y tamantildeos son del mismo orden de
magnitud con gran desprendimiento de energiacutea y la emisioacuten de dos o tres
neutrones los cuales a su vez ocasionar maacutes fisiones al interaccionar con nuevos
nuacutecleos fisionables que emitiraacuten nuevos neutrones y asiacute sucesivamente
10 Fuerza ioacutenica
Propiedad de una solucioacuten que depende de la concentracioacuten total de iones en la
solucioacuten asiacute como de la carga de dichos iones
11 Isoacutetopo
Nucleiacutedos pertenecientes a un mismo elemento quiacutemico pero que se diferencian
entre el nuacutemero de neutrones de cada uno
GLOSARIO
78
12 Lenguaje fortran
Es un lenguaje de programacioacuten de alto nivel de propoacutesito general procedimental
e imperativo que estaacute especialmente adaptado al caacutelculo numeacuterico y a la
computacioacuten cientiacutefica
13 Lgi-01 TRANSELEKTRO (LGI-01)
Equipo de irradiacioacuten integrado por un cuerpo ciliacutendrico de plomo que sirve de
blindaje una jaula ciliacutendrica que contiene los laacutepices de Co60 un eacutembolo moacutevil con
una cavidad (caacutemara de exposicioacuten) una consola de mando y un cronoacutemetro para
establecer el tiempo de irradiacioacuten La caacutemara de exposicioacuten alberga a las
muestras para la irradiacioacuten un sistema electromecaacutenico baja el depoacutesito de las
muestras hasta la fuente de radiacioacuten que consta de 48 laacutepices de los cuales 12
contiene Co60 y el resto estaacuten vaciacuteos
14 Longitud de onda
Es la distancia real que recorre una perturbacioacuten (onda) en un determinado
intervalo de tiempo Ese intervalo de tiempo es el transcurrido entre dos maacuteximos
consecutivos de alguna propiedad fiacutesica de la onda
15 Medio acuoso
Medio o disolucioacuten acuosa se refiere a que una mezcla de disolventes el
disolvente mayoritario es agua Las disoluciones acuosas tienen una gran
importancia en la biologiacutea desde los laboratorios de ciencia baacutesica hasta la
quiacutemica de la vida pasando por la quiacutemica industrial Por la vasta cantidad y
variedad de sustancias que son solubles en agua esta se denomina a veces
disolvente universal
16 pCH
Es el logaritmo inverso de la concentracioacuten de los iones hidroacutegeno
17 pH
Es una medida del pH experimental de este trabajo
GLOSARIO
79
18 Precursores
Sustancia indispensable o necesaria para producir otra mediante los compuestos
quiacutemicos que constituyen una primera etapa en un proceso quiacutemico y actuacutean
como sustrato en las etapas posteriores
19 Radiacioacuten gamma
Es un tipo de radiacioacuten electromagneacutetica constituida por fotones se produce por
elementos radiactivos o procesos subatoacutemicos como la aniquilacioacuten de un par
positroacuten-electroacuten Los rayos gamma constituyen un tipo de radiacioacuten ionizante
capaz de penetrar en la materia maacutes profundamente que la radiacioacuten α y la β
pueden causar graves dantildeos a las ceacutelulas se usan para esterilizar equipos
meacutedicos y alimentos
20 Reacciones de hidroacutelisis
Reacciones quiacutemicas entre una moleacutecula de agua y cualquier otra especie
quiacutemica en la cual la moleacutecula de agua se divide y sus aacutetomos forman parte de
otra especie quiacutemica
21 Relacioacuten molar
Factor de conversioacuten cuyo fin es convertir en una reaccioacuten quiacutemica la cantidad de
moles de una sustancia a la cantidad correspondiente de moles de otra sustancia
La sustancia de partida se expresa en gramos y la sustancia deseada en moles
22 Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Se denomina valoracioacuten espectrofotomeacutetrica al procedimiento por el cual se
determina el punto final de una titulacioacuten utilizando las medidas de absorbancia a
una longitud de onda fija Para simplificar la teacutecnica se selecciona una longitud de
onda donde solamente uno de los componentes de la muestra absorba
80
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REFERENCIAS CITADAS
______________________________
REFERENCIAS CITADAS
81
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IacuteNDICE
XV
58 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina 50
581 Efecto de temperatura 50
582 Efecto del tiempo 51
59 Determinacioacuten de la curva de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4 52
510 Valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina 52
511 Valoraciones potenciomeacutetricas directas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina 53
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS 54
6 Resultados 55
61 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea ultravioleta-visible (UV-Vis) 55
62 Efecto de la concentracioacuten de la 2HPβCD en el praseodimio por
espectrofotometriacutea ultravioleta-visible (UV-Vis) 57
63 Efecto de la radiacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD por
espectrofotometriacutea ultravioleta-visible (UV-Vis) 58
62 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB) 59
63 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX) 60
64 Espectroscopia de infrarrojo (IR) 61
65 Espectroscopia Raman 63
66 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina 64
661 Efecto de temperatura 64
662 Efecto de tiempo 65
67 Recta de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4 66
68 Valoraciones espectrofotomeacutetricas 67
IacuteNDICE
XVI
69 Titulaciones potenciomeacutetricas 68
610 Refinamientos 69
CONCLUSIONES 71
RECOMENDACIONES 73
GLOSARIO 75
REFERENCIAS CITADAS 80
IacuteNDICE
XVII
IacuteNDICE DE FIGURAS
Figura 1 Estructura de α β y γ ciclodextrinas 25
Figura 2 2HPβCD 28
Figura 3 Ilustracioacuten de un diagrama general de pLn(c)-pCH 36
Figura 4 Ilustracioacuten de una valoracioacuten potenciomeacutetricas directa con su primera
derivada (∆pCH∆V) 37
Figura 5 Diagrama de flujo 44
Figura 6 Espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes concentraciones en
presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina 55
Figura 7 Rectas de calibracioacuten de las bandas de absorcioacuten del praseodimio en
presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina 56
Figura 8 Espectro de absorcioacuten UV-Vis del praseodimio a concentracioacuten
constante en presencia de la 2HPβCD a diferentes concentraciones 57
Figura 9 Espectro UV-Vis de las muestras irradiadas en solucioacuten del complejo Pr-
2HPβCD PrCl3 y 2HPβCD 58
Figura 10 Imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las muestras a)
2HPβCD b) 2HPβCD irradiada c) PrCl3XH2O d) PrCl3XH2O irradiada e) Pr-
2HPβCD y f) Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy 59
Figura 11 Difraccioacuten de rayos X de PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD 61
Figura 12 Espectros de infrarrojo de las muestra 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD 62
Figura 13 Espectros Raman de la muestra PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD 63
Figura 14 Efecto de temperatura en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD 64
Figura 15 Efecto de tiempo en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD 65
Figura 16 Recta de calibracioacuten del pCH como una funcioacuten del pH en el medio 2 M
de NaClO4 66
Figura 17 Espectros de absorcioacuten UV-Vis de la valoracioacuten espectrofotomeacutetrica del
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con NaOH 00025 M en el medio 2M de
NaClO4 67
IacuteNDICE
XVIII
Figura 18 Curva de valoracioacuten espectrofotomeacutetrica (absorbancia en funcioacuten del
pCH) y la primera derivada del praseodimio en presencia de la 2HPβCD a longitud
de onda de 210 nm 68
Figura 19 Curva de valoracioacuten potenciomeacutetrica directa de 25x10-4 M del
praseodimio en presencia de la 2HPβCD con 25x10-3 de NaOH en 2 M de NaClO4
a 30 degC en atmosfera libre de CO2 y primera derivada de la curva 69
IacuteNDICE
XIX
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Propiedades fisicoquiacutemicas de los diferentes tipos de ciclodextrinas
naturales 26
Tabla 2 Reacciones de hidroacutelisis del praseodimio y constantes de equilibrio 29
Tabla 3 Datos de la literatura sobre la primera constante de hidroacutelisis (log β1) del
praseodimio 31
Tabla 4 Diferentes concentraciones de praseodimio con 2HPβCD constante para
determinar las curvas de calibracioacuten 46
Tabla 5 Relaciones molares 2HPβCD Pr 47
Tabla 6 Dosis de irradiacioacuten de Co60 aplicadas a las muestras en solucioacuten y
soacutelidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 2HPβCD y PrCl3 XH2O en la
instalacioacuten VICKRAD y GAMMACELL del irradiador LGI-01 TRANSELEKTRO del
ININ 48
Tabla 7 Cantidad de complejo solubilizado a diferentes temperaturas en 2 ml de
agua destilada 51
Tabla 8 Cantidades de complejo Pr-2HPβCD y agua destilada en cada tubo de
ensaye 51
Tabla 9 Ecuaciones de calibracioacuten del praseodimio en presencia de la 2-
hidroxipropil-β-ciclodextrina obtenidos por UV-Vis 56
Tabla 10 Anaacutelisis EDS de las muestras de PrCl3 2-HPβCD y Pr-2HPβCD 60
Tabla 11 Grupos funcionales del PrCl3XH2O 2HPβCD y del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD 62
Tabla 12 Mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de 2 M de
NaClO4 66
Tabla 13 Constantes de hidroacutelisis del Pr y el pCH de precipitacioacuten en el complejo
de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 M de NaClO4 obtenidos mediante meacutetodo
potenciomeacutetrico y el programa SUPERQUAD a 30 degC 70
ABREVIATURAS
XX
ABREVIATURAS
Pr praseodimio
2HPβCD 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
CDs Ciclodextrinas
CD Ciclodextrina
Ln Lantaacutenidos
Pr-2HPβCD praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Pr-2βCD praseodimio-2-βeta-ciclodextrina
CGT ciclomaltodextrin-glucano-transferasa
TP Titulacioacuten potenciomeacutetrica
ES Titulacioacuten espectrofotomeacutetrica
RE Relacioacuten empiacuterica
ED Extraccioacuten con disolvente
MEB Microscopiacutea electroacutenica de barrido
EDS Espectroacutemetro de dispersioacuten de energiacutea de rayos X
UV-VIS Ultravioleta-Visible
DRX Difraccioacuten de rayos X
IR Infrarrojo
EDTA Acido tetracetico etilen diamina
Co60 Cobalto-60
JCPDS Joint Committee On Powder Diffraction Standards
M Molaridad
21
______________________________
CAPIacuteTULO I
INTRODUCCIOacuteN
______________________________
CAPIacuteTULO I INTRODUCCIOacuteN
22
1 INTRODUCCIOacuteN
El praseodimio pertenece al grupo de los lantaacutenidos que muestran propiedades
quiacutemicas muy similares entre ellos derivadas de su configuracioacuten electroacutenica
caracterizados por la presencia de orbitales 4f parcialmente llenos Incluso se
consideran parecidos al grupo de los elementos actiacutenidos El praseodimio es un
elemento metaacutelico con siacutembolo Pr nuacutemero atoacutemico 59 y peso atoacutemico 140907
gmol El isoacutetopo estable 141Pr constituye el 100 del elemento en la naturaleza
Este lemento puede ser encontrado en ceramicos para dar el color amarillo En
mezcla con otros lantanidos se usan como proyectores de luz Su uso sigue
aumentando debido al hecho de que es uacutetil para producir magnetos de alto poder
entre otros Sobre todo se esta empleando en la mitigacioacuten de cancer Es
peligroso en el ambiente cuando se tiran estos dispositivos despues de cumplir su
funcioacuten por lo que se acumularaacute gradualmente en los suelos y en el agua De ahiacute
la importancia de estudiar las reacciones de hidrolisis
La utilizacioacuten de la 2 hidroxipropil-β-ciclodextrina (2HPβCD) en este trabajo de
investigacioacuten es fundamental debido a que es un agente de formacioacuten de
complejos de inclusioacuten para aumentar la solubilidad acuosa debido a que las
ciclodextrinas (CDs) se comportan como nano contenedores capaces de
encapsular moleacuteculas hidroacutefobas de tamantildeo apropiado y solubilizarlas en agua
propiedad que se aprovecha para determinar las constantes de hidroacutelisis del
praseodimio
Por lo cual el objetivo principal de este trabajo de investigacioacuten y en ausencia de
datos fundamentales de la interaccioacuten Ln3+-CDs sustituidas fue preparar el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Ademaacutes determinar el pCH de precipitacioacuten la
zona no saturada y saturada del Pr-2HPβCD que permiten determinar la constante
de hidroacutelisis del complejo de inclusioacuten praseodimio-2hidroxipropil-β-ciclodextrina
(Pr-2HPβCD) en medio 2 M de NaClO4 a 303 K por titulacioacuten espectrofotomeacutetrica
y potenciomeacutetrica
23
______________________________
CAPIacuteTULO II
FUNDAMENTO
______________________________
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
24
2 FUNDAMENTO
21 LOS LANTANIDOS
Los lantaacutenidos (tierras raras) forman un grupo de 17 elementos quiacutemicos que
muestran propiedades singulares derivadas de su configuracioacuten electroacutenica Estaacuten
caracterizados por la presencia de orbitales 4f parcialmente llenos [1] Los
nuacutemeros atoacutemicos de estos elementos van de 41 hasta 71 (Ce-Lu)
La configuracioacuten electroacutenica de los iones Ln3+ es 4fn5s25p6 (n= 0-14) Los orbitales
4f son orbitales internos con respecto a los 5s y 5p por lo cual estaacuten maacutes
cercanos al nuacutecleo Los orbitales 5s y 5p protegen a los electrones 4f de
interacciones externas determinando las propiedades de los iones Ln3+ [1] o
conducta quiacutemica debido a la pequentildea diferencia de energiacutea que distingue a los
electrones 4f de los electrones 5d [23]
Las tierras raras como grupo constituyen el 0008 en peso de la corteza
terrestre Los minerales que contienen lantaacutenidos son la monacita la bastnasita
la xenotima la gadolinita la alanita y la euxenita los cuales ocurren en las
regiones de rocas iacutegneas [4]
Los elementos de las tierras raras en soluciones acuosas son acuocationes que
tienen asociado un cierto nuacutemero de moleacuteculas de agua en la esfera de
coordinacioacuten primaria [1] Las aplicaciones de los lantaacutenidos se iniciaron
praacutecticamente a mediados del siglo XIX por ejemplo en los encendedores
despueacutes empezaron a utilizarse en los vidrios oacutepticos como reactivos de
desplazamiento en resonancia magneacutetica nuclear en quiacutemica orgaacutenica en
bioquiacutemica en cataacutelisis en componentes oacutepticos y electroacutenicos en los
superconductores de alta temperatura y en medicina como materiales
intensificadores de rayos X como agentes de relajamiento para teacutecnicas de
imagen en resonancia magneacutetica nuclear y desde luego como radioisoacutetopos para
aplicaciones farmaceacuteuticas Su utilidad en medicina y en la industria aumentoacute al
aplicarse las propiedades luminiscentes de sus complejos en el
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
25
fluoroinmunoensayo la fluorescencia retardada los electrodos sensoriales
luminiscentes etc [5]
22 PRASEODIMIO
El praseodimio metaacutelico (siacutembolo Pr No Atoacutemico 59) es amarillento y forma una
capa de oacutexido cuando se expone al aire huacutemedo Es un isotopo estable con masa
de 140907 y abunda en la naturaleza en un 100 [6] fue descubierto por el
austriaco Auer Von Welsbach en 1885 [7] Este elemento tiene dos estados de
oxidacioacuten +3 y +4 El Pr3+ con configuracioacuten electroacutenica [54Xe]4f2 Presenta
propiedades fisicoquiacutemicas que pueden magnificarse al formar complejos con
ligantes orgaacutenicos El ion metaacutelico luminece en el visible y en el infrarrojo cercano
[68 y 9]
23 CICLODEXTRINAS (CDs)
La celulosa y el almidoacuten son dos poliacutemeros de glucosa principales que se
producen a partir de la fotosiacutentesis considerados como importantes fuentes de
energiacutea renovables de la tierra al hidrolizarse el almidoacuten por efecto de la enzima
ciclomaltodextrin-glucano-transferasa (CGT) da origen a las dextrinas ciacuteclicas Por
lo tanto las ciclodextrinas son oligoacutemeros ciacuteclicos [1011] se obtienen durante la
degradacioacuten enzimaacutetica del almidoacuten y consisten en una serie de oligosacaacuteridos
ciacuteclicos formados por 6 (α) 7 (β) y 8 (γ) unidades de α-D-glucosa (Figura 1)
[1213] poseen estructura semejante entre ellas pero sus propiedades son
diferentes (Tabla 1)
Figura 1 Estructura de α β y γ ciclodextrinas
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
26
Tabla 1 Propiedades fisicoquiacutemicas de los diferentes tipos de ciclodextrinas naturales [11]
α-CD β-CD γ-CD
Uniones de glucosa 6 7 8 Diaacutemetro interno (nm) 047-053 060-065 075-083 Profundidad de la cavidad (nm)
079 079 079
pK valor 123 122 121 Solubilidad en agua 125 185 232 PM (DA) 972 1135 1297 Volumen de cavidad (aprox)
174 262 427
Agua cristalina ( ww) 102 133-45 813-177 Interaccioacuten hidrofoacutebica CD-cavidad CD-cavidad CD-cavidad Puente de hidrogeno Glucosa-OH Glucosa-OH Glucosa-OH ∆Hdeg (solucioacuten) kcalmol 767 831 773 ∆Sdeg (solucioacuten) cal(mol K) 138 117 147
(mg mml-1 25deg C) (106 pm3)
Las ciclodextrinas como materiales polihidroxilados han sido objeto de una amplia
variedad de reacciones La reaccioacuten maacutes estudiada es el ataque electrofiacutelico al
grupo OH de su estructura [14] La cavidad interior de las ciclodextrinas es
hidrofobica por lo que estos compuestos son capaces de albergar moleacuteculas
hidroacutefobas maacutes pequentildeas para formar complejos ldquoanfitrioacuten-hueacutespedldquo en los que la
moleacutecula hueacutesped queda encapsulada por la ciclodextrina [1315] De acuerdo a
estas caracteriacutesticas son capaces de formar complejos de inclusioacuten por medio de
enlaces no covalentes los cuales estabilizan a una gran variedad de moleacuteculas
[16] Las ciclodextrinas pueden formar compuestos cristalinos a partir de
moleacuteculas orgaacutenicas hueacutesped en estado soacutelido liacutequido e incluso gaseoso En
consecuencia las moleacuteculas insolubles en agua pueden llegar a ser
completamente solubles mediante un tratamiento con disoluciones acuosas de
ciclodextrina sin que se produzca modificacioacuten quiacutemica alguna en la moleacutecula
hueacutesped ya que no se origina ninguacuten enlace covalente durante la interaccioacuten
entre la ciclodextrina y la moleacutecula insoluble en agua [1315]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
27
La importancia que las ciclodextrinas estaacuten cobrando en la actualidad se observa
en el raacutepido desarrollo de su mercado sobre todo en el constante nuacutemero de
trabajos de investigacioacuten patentes y conferencias que estaacuten teniendo lugar en
estos uacuteltimos antildeos [17] el mayor porcentaje de ciclodextrinas usadas
comercialmente corresponde a la alimentacioacuten [18] y a la cosmeacutetica y aseo
personal [19] Las ciclodextrinas se utilizan para enmascarar olores y sabores
desagradables disminuyen la incompatibilidad faacutermaco-excipiente mejoran la
estabilidad fiacutesica y quiacutemica de compuestos volaacutetiles y de principios activos que
sean hidrolizables oxidables o fotosensibles para convertir faacutermacos liacutequidos en
soacutelidos para su formulacioacuten en tabletas y una muy importante para incrementar la
solubilidad en agua y la velocidad de disolucioacuten de faacutermacos poco solubles
Factores que aumentaraacuten la biodisponibilidad existiendo la posibilidad de reducir
la dosis asiacute como mejorar la absorcioacuten percutaacutenea y rectal al reducirse el caraacutecter
hidrofoacutebico del faacutermaco [20]
Se puede mejorar la solubilidad de determinados compuestos como el retinol
empleado en formulaciones anti-envejecimiento al tiempo que los complejos con
ciclodextrina son maacutes estables a la reaccioacuten de oxidacioacuten y a la accioacuten de la
radiacioacuten ultravioleta Sin embargo es indudable que el mayor esfuerzo en
investigacioacuten estaacute relacionado con su potencial aplicacioacuten farmaceacuteutica [2122]
24 β-CICLODEXTRINA
La beta ciclodextrina es la maacutes empleada por sus caracteriacutesticas y propiedades de
estructura que presenta Las ciclodextrinas se forman mediante unidades de
glucopiranosa las cuales contienen 3 grupos de hidroxilos libres cada una la β-
ciclodextrina (Figura 1) posee 21 hidroxilos los cuales pueden ser modificados por
sustitucioacuten de los aacutetomos H u OH por diferentes grupos tales como hidroxialkil
amino alquil etc A partir de las CDs naturales se han sintetizado otros tipos de
CDs llamadas derivadas o modificadas El objetivo de obtener los derivados de las
CDs puede ser el aumento de solubilidad y estabilidad en el agua o mejorar la
encapsulacioacuten de la moleacutecula hueacutesped en su cavidad hidrofobica de la CD
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
28
25 2-HIDROXIPROPIL-β-CICLODEXTRINA
Entre los derivados de la β-ciclodextrina se encuentran las heterogeacuteneas amorfas
y altamente solubles como son la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Figura 2) y la
metil- β-ciclodextrina
La hidroxilpropil beta ciclodextrina (2HPβCD) que es una ciclodextrina sustituida
se obtiene de una solucioacuten base de la beta ciclo dextrina solubilizada con oacutexido de
propileno resultando un sistema isomerico cuya sustitucioacuten puede darse en las
posiciones 1 2 o 3 con solubilidad mayor a 500 mgmL en agua y a temperatura
ambiente La alquilacioacuten o hidroxialquilacioacuten de las ciclodextrinas afectan las
propiedades fisicoquiacutemicas de los derivados incluyendo la habilidad para formar
complejos farmaceacuteuticos y no es toacutexica despueacutes de una administracioacuten oral en
dosis menores a 500 mgkg por viacutea intravenosa [24 25]
Figura 2 2HPβCD
La complejacioacuten del praseodimio con la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina se obtiene el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con el fin de observar la influencia de la
solubilidad y estabilidad del praseodimio
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
29
26 HIDROacuteLISIS
La hidroacutelisis es decir la reaccioacuten de una especie tal como un ion metaacutelico con
los iones del agua asiacute como las reacciones redox y la formacioacuten de complejos con
los iones carbonato son algunas de las reacciones criacuteticas que controlan el
comportamiento de los lantaacutenidos en soluciones acuosas [12] en donde las
moleacuteculas de la sustancia son divididas en el agua
Las reacciones de hidroacutelisis dependen fuertemente del medio en que se efectuacutean
como son la fuerza ioacutenica el pH del medio la concentracioacuten del elemento y la
temperatura son paraacutemetros que rigen esas reacciones
Las reacciones de hidroacutelisis del praseodimio se muestran a continuacioacuten asiacute como
su constante de equilibrio de acuerdo a la ley de accioacuten de masas (Tabla 2)
Tabla 2 Reacciones de hidroacutelisis del praseodimio y constantes de equilibrio
Equilibrio Quiacutemico Constante de equilibrio
1 1198751199033+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)2+ + 119867+ 1198701119867 =
[119875119903(119874119867)2+][119867+]
[1198751199033+]
2 119875119903 (119874119867)2+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)2+ + 119867+
11987012119867 =[119875119903(119874119867)2
+][119867+]
[119875119903 (119874119867)2+]
3 119875119903 (119874119867)2+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)3
0 + 119867+ 11987013119867 =
[119875119903(119874119867)3+][119867+]
[119875119903(119874119867)2+]
4 119875119903 (119874119867)119899minus1+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)119899
0 + 119867+ 1198701119899119867 =
[119875119903(119874119867)119899+][119867+]
[119875119903(119874119867)119899minus1+ ]
5 1198751199033+ + 2119867119875120573119862119863 + 1198672119874 1198751199032119867119875120573119862119863(119874119867)2+ + 119867+ 11987011199011199032119867119875119861119862119863 =[119875119903 minus 2119867119875120573119862119863]
[1198751199033+]
De acuerdo con la ley de accioacuten de masas se pueden definir las constantes de
equilibrio (K) como K1H K12H K13H K1nH y K1Pr2HBCD Y con base en ellas se
pueden definir las constantes globales o acumulativas de hidroacutelisis
β1OH = K1H β12OH = [K1H][K12H] β13OH = [K1H][K12H][K13H]helliphelliphellip
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
30
Se entiende como constantes de Broumlnsted a las ecuaciones de la ley de accioacuten de
masas en las cuales el teacutermino de H+ aparece como actividad y las demaacutes especies
aparecen en teacuterminos de concentracioacuten
Las reacciones de hidroacutelisis se afectan cuando cambian las condiciones en las que
se llevan a cabo Una de esas condiciones a la que se le ha puesto atencioacuten
aunque hasta ahora no la suficiente es la fuerza ioacutenica Por lo general los trabajos
dedicados a la determinacioacuten de las constantes de hidroacutelisis se han efectuado en
medios de fuerza ioacutenica baja consideradas como soluciones ideales
Sin embargo para los medios tales como el agua de mar y otros de fuerza ioacutenica
maacutes elevada por ejemplo las minas de sal para almacenamiento de desechos
radiactivos se encuentran pocos datos en la literatura [25]
27 FUERZA IOacuteNICA
El comportamiento de los iones en una disolucioacuten depende de la composicioacuten
ioacutenica total de la misma la cual se expresa por su fuerza ioacutenica [26]
119868 =1
2sum 119862119894119885119894
2 Ec 1)
Donde
I = fuerza ioacutenica Ci = concentracioacuten molar de los iones existentes y Z
i = carga
ioacutenica de los iones existentes
La caracteriacutestica fundamental de las sales que se adicionan a un medio para
imponer la fuerza ioacutenica es que sean inertes pues no deben tomar parte en el
equilibrio quiacutemico [27] El aacutecido percloacuterico es el aacutecido maacutes fuerte en solucioacuten
acuosa por lo tanto el ion perclorato es una base deacutebil maacutes que los iones cloruro
y muestra muy poca tendencia a unirse a iones hidroacutegeno Lo mismo puede
decirse acerca de su tendencia a reaccionar con iones metaacutelicos que pueden
considerarse como aacutecidos de Lewis En la mayoriacutea de los percloratos metaacutelicos en
solucioacuten el ion metaacutelico se encuentra en forma hidratada siempre y cuando la
solucioacuten sea suficientemente aacutecida para que no se produzca la formacioacuten de
hidroxo complejos [28]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
31
La fuerza ioacutenica juega un papel de gran importancia en el pH Feldman en 1956
observoacute que el pH de una solucioacuten buffer 005 M de ftalato aacutecido de potasio
cambioacute desde 400 en fuerza ioacutenica cero hasta 357 en fuerza ioacutenica 2 M de KCl
Feldman explicoacute que el pH disminuye debido a que el coeficiente de actividad
cambia y por lo tanto hay mayor disociacioacuten de ftalato aacutecido de potasio [29] En la
literatura se han reportado diversos estudios de las constantes de estabilidad del
praseodimio en fuerza ioacutenica 2M (Tabla 3) donde se han empleado diferentes
condiciones de temperatura fuerza ioacutenica y diferentes meacutetodos donde se han
obtenido valores diferentes de la constante de estabilidad del praseodimio
Tabla 3 Datos de la literatura sobre la primera constante de hidroacutelisis (log β1) del praseodimio
Medio Meacutetodo Molaridad Log +β1 T K Referencia
NaCl ESTP 2 -874plusmn006 303 De la Cruz et al 2013
NaCl ES 2 -894plusmn002 303 Loacutepez et al 2010 NaCl SQUAD 2 -894plusmn003 303 Gonzales et al
2009 NaCl SQUAD 2 -891plusmn019 303 Gonzales et al
2009 NaCl ES 2 -877plusmn003 303 Gonzales et al
2009 NaClO4 TP 2 -838plusmn002 303 Loacutepez et al2005
NaCl TP 2 -876plusmn002 303 Loacutepez et al2005 NaCl TP 1 -858plusmn002 303 Ramirez et al
2004 NaClO4HClO4 ESTP 07 -862plusmn006 298 Klungness y
byrne2002 LiClO4 TP 3 -874plusmn003 303 Ciavata et al
1989 NaClO4 TP 3 -956plusmn003 298 Burkov et al
1982 NR RE 0 -81 298 Baes y Mesmer
1976 LiClO4 ED 02 -71plusmn007 298 Guillaumont et
al 1971 NaClO4 Ba(OH)2
TP 03002 -945 298 Frlova et al 1966
NaClO4 LiClO4
TP 3 -85 298 Tobias y Garrett1956
TP Titulacioacuten potenciomeacutetrica ES Espectrofotomeacutetrica RE Relacioacuten empiacuterica ED Extraccioacuten con
disolvente T K Temperatura
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
32
Sin embargo solo se ha podido determinar el valor de la primera constante de
estabilidad en este estudio se pretende conocer el valor de varias especies
aprovechando el aumento de solubilidad que ofrecen las ciclodextrinas
28 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACIOacuteN
281 MICROSCOPIacuteA ELECTROacuteNICA DE BARRIDO (MEB)
La superficie de un soacutelido puesto en contacto con un liacutequido o con un gas difiere
sustancialmente en su interior tanto en su composicioacuten quiacutemica como en sus
propiedades fiacutesicas a la de la inicial La caracterizacioacuten de estas propiedades de
superficie es de vital importancia en numerosos campos que incluyen la cataacutelisis
heterogeacutenea la tecnologiacutea de partiacuteculas delgadas semiconductoras los
mecanismos de corrosioacuten y adhesioacuten la actividad de las superficies metaacutelicas las
caracteriacutesticas de la dureza y los estudios sobre el comportamiento y las funciones
de las membranas bioloacutegicas [30]
En muchos campos de la quiacutemica de las ciencias de los materiales de la geologiacutea
y de la biologiacutea es cada vez de maacutes importancia el conocimiento detallado de la
naturaleza fiacutesica de las superficies de los soacutelidos Normalmente la informacioacuten se
obtiene sobre las superficies con una resolucioacuten considerablemente elevada
mediante tres teacutecnicas la microscopia electroacutenica de barrido (MEB) microscopia
de barrido de efecto tuacutenel y microscopia de fuerzas atoacutemicas [31] El microscopio
electroacutenico de barrido (MEB) es un instrumento para obtener fotografiacuteas
tridimensionales debido a que tiene una alta resolucioacuten y una gran profundidad de
campo En las fotografiacuteas se puede apreciar la estructura de muestras
microscoacutepicas detallando de manera extraordinaria sus caracteriacutesticas
morfoloacutegicas y topograacuteficas [32] de distintos materiales
Un instrumento que se ha desarrollado para el anaacutelisis de muestras a traveacutes del
microscopio electroacutenico de barrido es el analizador EDS (espectroacutemetro de
dispersioacuten de energiacutea) de rayos X el cual identifica la distribucioacuten cuantitativa y
cualitativa de elementos quiacutemicos que se encuentran presentes en la muestra
mostrando graacuteficas e imaacutegenes relacionadas con esa distribucioacuten Es pertinente
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
33
sentildealar que el analizador EDS de rayos X identifica y evaluacutea el contenido de
elementos quiacutemicos desde el carbono al uranio en superficies planas o secciones
finas de las muestras en todo tipo de material (bioloacutegico e inerte) [33]
282 ESPECTROSCOPIA DE ABSORCION ULTRAVIOLETA-VISIBLE (UV-
VIS)
Una de las teacutecnicas instrumentales maacutes utilizadas en la deteccioacuten de complejos de
inclusioacuten con CDs es la espectroscopia de absorcioacuten UV-VIS Es una teacutecnica
versaacutetil de amplia aplicacioacuten de manejo sencillo y preciso Debido a que la
mayoriacutea de las moleacuteculas orgaacutenicas absorben en la regioacuten UV o visible del
espectro donde experimentan variaciones en las posiciones de los maacuteximos de
absorcioacuten (cualitativas) o en el valor del coeficiente de absorcioacuten molar
(cuantitativas) tras la formacioacuten del complejo con CDs Como existen numerosas
moleacuteculas orgaacutenicas deacutebilmente solubles en agua son difiacuteciles de analizar por
esta teacutecnica espectrofotomeacutetrica Sin embargo la inclusioacuten conlleva a la
solubilizacioacuten permitiendo obtener el espectro de absorcioacuten en solucioacuten acuosa
que podriacutea producir variaciones en su espectro en solventes de baja polaridad
comparables con respecto a otros solventes maacutes polares [34]
La espectroscopia UV-Vis (en el rango de longitudes de onda del ultravioleta y
visible) se basa en el anaacutelisis de la cantidad de radiacioacuten electromagneacutetica que
puede absorber o transmitir una muestra [35] Cuando la radiacioacuten
electromagneacutetica interacciona con la materia se produce absorcioacuten de radiacioacuten
Si la frecuencia de esta radiacioacuten corresponde a la energiacutea necesaria para elevar
el sistema a un nivel de energiacutea superior se produce el estado excitado [36] De
acuerdo con este fenoacutemeno cada sustancia poseeraacute una longitud de onda de
maacutexima absorcioacuten que la caracteriza cualitativamente [35] Esta
espectrofotometriacutea utiliza radiaciones del campo UV de 80 a 400 nm
principalmente de 200 a 400 nm (UV cercano) y de luz visible de 400 a 800 nm
por lo que es de gran utilidad para caracterizar las soluciones en la regioacuten
ultravioleta-visible del espectro [37]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
34
283 DIFRACCIOacuteN DE RAYOS X (DRX)
Es una de las teacutecnicas de caracterizacioacuten maacutes potentes y maacutes comuacutenmente
utilizadas para el anaacutelisis estructural de cristales Sus caracteriacutesticas principales
son consecuencia de ser una ldquosondardquo electromagneacutetica de la materia con una
longitud de onda de magnitud muy parecida al espaciado interplanar de los soacutelidos
[38] Constituye la metodologiacutea maacutes apropiada para realizar el anaacutelisis de la
estructura cristalina del complejo [39] No obstante los diagramas de difraccioacuten
son una prueba concluyente para demostrar la inclusioacuten ya que el difractograma
del complejo es diferente al que se obtiene tras superponer los difractogramas de
la moleacutecula encapsulada y el de las CDs aisladas [40]
La interaccioacuten entre el vector eleacutectrico de la radiacioacuten X y los electrones de la
materia que atraviesa da lugar a una dispersioacuten Cuando los rayos X son
dispersados por el entorno ordenado de un cristal tienen lugar interferencias
(constructivas y destructivas) entre los rayos dispersados ya que las distancias
entre los centros de dispersioacuten son del mismo orden de magnitud que la longitud
de onda de la radiacioacuten El resultado es la difraccioacuten [41] Cuando las CDs
naturales o el hueacutesped cristalino son sometidas a la difractometriacutea de rayos X
eacutestos presentan un patroacuten de difraccioacuten de alta intensidad debido a su
cristalinidad Por el contrario si el complejo de inclusioacuten se forma va a mostrar un
patroacuten de tipo halo [42] con picos difusos y anchos caracteriacutesticos de un
compuesto amorfo Esta teacutecnica es sumamente uacutetil para verificar la formacioacuten de
complejos de inclusioacuten en el caso de hueacutespedes liacutequidos En efecto ya que estos
no presentan ninguacuten patroacuten de difraccioacuten si son incluidos se va a obtener un
difractograma con un patroacuten bien definido [43]
284 ESPECTROSCOPIA DE INFRARROJO (IR)
La aplicacioacuten del meacutetodo de infrarrojo se limita a aquellos hueacutespedes que tienen
ciertas bandas de absorcioacuten caracteriacutesticas como los grupos carbonilo hidroxilo o
C-H u otros que permitan evaluar si existen diferencias entre los espectros del
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
35
hueacutesped libre y encapsulado [42] Cuando se produce la encapsulacioacuten del
compuesto hueacutesped se produce un corrimiento o disminucioacuten de la intensidad de
ciertas bandas caracteriacutesticas del espectro correspondiente al hueacutesped Sin
embargo dichos cambios son muy sutiles debido a que el hueacutesped representa un
5-10 del peso total del complejo por lo cual requiere una interpretacioacuten
cuidadosa del espectro [44]
285 ESPECTROSCOPIA RAMAN
La espectroscopia Raman mide la intensidad de la radiacioacuten como una funcioacuten de
la frecuencia (o del nuacutemero de onda) [45] Esta teacutecnica es complementaria del IR y
la informacioacuten que aporta es semejante Las bandas se desplazan y se modifican
como consecuencia del proceso de inclusioacuten [46] Los espectros Raman se
obtienen al irradiar una muestra con una potente fuente laser de radiacioacuten
monocromaacutetica visible o infrarroja Durante la radiacioacuten se registra el espectro de
la radiacioacuten dispersada en un cierto aacutengulo (por lo general 90 deg) con un
espectroacutemetro adecuado [47] Las bandas se desplazan y se modifican como
consecuencia del proceso de inclusioacuten Probablemente la espectroscopia Raman
resulta de mayor utilidad en el caso de complejos en medios liacutequidos donde la
presencia de soluciones acuosas no supone un obstaacuteculo como ocurre en el caso
de la espectroscopia IR [48]
29 TITULACIOacuteN ESPECTROFOTOMEacuteTRICA
El meacutetodo espectrofotomeacutetrico es un meacutetodo analiacutetico el cual por medio de un
espectrofotoacutemetro permite comparar la radiacioacuten electromagneacutetica de una
sustancia en funcioacuten de su concentracioacuten desconocida y una concentracioacuten
conocida de la misma sustancia y evaluar el momento de reaccioacuten de un aacutecido y
una base mediante la absorcioacuten de radiacioacuten electromagneacutetica de la sustancia a
cierta longitud de onda fija permite determinar el punto final de la titulacioacuten La
medicioacuten de absorbancia se realiza en cada adicioacuten del titulante asiacute se
construyen graficas de absorbancia en funcioacuten del pCH de cada aliacutecuota de adicioacuten
del titulante (Figura 3) donde se observara la zona saturada y no saturada Estas
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
36
dos zonas nos permitiraacuten determinar el punto de inicio de precipitacioacuten del
lantaacutenido
Figura 3 Ilustracioacuten de un diagrama general de pLn(c)-pCH
El punto de precipitacioacuten (pCH) se utiliza para delimitar el intervalo de la zona no
saturada Este intervalo se utiliza en un programa de coacutemputo como
SUPERQUAD que se emplea para determinar constantes de equilibrio
210 MEacuteTODO POTENCIOMEacuteTRICO
Es el meacutetodo maacutes estudiado para determinar constantes de hidroacutelisis por su
sencillez y exactitud el meacutetodo se basa en la titulacioacuten de una solucioacuten de
concentracioacuten conocida de base (o aacutecido) con un aacutecido fuerte (o base fuerte) la
reaccioacuten se puede seguir por ejemplo con electrodos de vidrio y calomel
conectados a un potencioacutemetro [49] de los datos obtenidos de la titulacioacuten se
construye una graacutefica de titulacioacuten de pH en funcioacuten del volumen adicionado del
titulante (Figura 4)
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
37
Figura 4 Ilustracioacuten de una valoracioacuten potenciomeacutetricas directa con su primera derivada (∆pCH∆V)
El teacutermino pH se aplica habitualmente al logaritmo inverso de la concentracioacuten del
ion hidronio sin embargo cuando la fuerza ioacutenica es alta y el electrodo del
indicador es sensible al pH es importante diferenciar entre el logaritmo inverso de
la concentracioacuten de los iones hidronio (pCH) y el valor del pH experimental La
concentracioacuten de los iones hidronio (o de OH-) en el equilibrio y la composicioacuten de
una solucioacuten dada permiten calcular la razoacuten molar de los iones OH- unidos al ion
metaacutelico en solucioacuten un grupo de valores de [H+] y la concentracioacuten inicial del
metal son los datos necesarios para determinar las constantes de hidroacutelisis [49]
Se alimentan los datos de la zona no saturada y volumen del titulante adicionado a
la valoracioacuten potenciomeacutetrica al programa de coacutemputo SUPERQUAD y asiacute poder
determinar las constantes de hidroacutelisis del Pr
211 PROGRAMA DE COacuteMPUTO SUPERQUAD
El programa de coacutemputo SUPERQUAD fue creado por Gans Sabatini y Vacca
escrito en lenguaje fortran calcula las constantes de equilibrio en sistemas
multicomponentes y multireaccionantes Esas constantes se calculan con la base
de un modelo quiacutemico el cual debe incluir la estequiometria y los valores
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
38
estimados de las constantes globales de formacioacuten de cada una de las especies
presentes durante la valoracioacuten Se aplica reiteradamente el meacutetodo de miacutenimos
cuadrados a las diferencias que se generan en los potenciales experimentales de
las celdas menos los calculados por el propio programa Para alcanzar el miacutenimo
de estas diferencias se aplica el algoritmo de Marquadt Por uacuteltimo en el archivo
de salida del programa SUPERQUAD se obtienen los valores calculados y un
anaacutelisis estadiacutestico de los datos [25]
39
______________________________
CAPIacuteTULO III
HIPOacuteTESIS
______________________________
CAPIacuteTULO III HIPOacuteTESIS
40
3 HIPOacuteTESIS
La 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina aumentaraacute la solubilidad del praseodimio de
esta manera permitiraacute determinar varias especies quiacutemicas de hidroacutelisis de este
elemento en medio 2 M de NaClO4 a 30 degC
41
______________________________
CAPIacuteTULO IV
OBJETIVOS
______________________________
CAPIacuteTULO IV OBJETIVOS
42
4 OBJETIVOS
Objetivo general
Estudiar el comportamiento quiacutemico en solucioacuten acuosa del compuesto de
inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por medio de la
determinacioacuten de las constantes de hidroacutelisis en 2 M de NaClO4 a 30 degC
Objetivos especiacuteficos
Obtener el compuesto de inclusioacuten del praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina
Determinar las constantes de la hidroacutelisis de las especies quiacutemicas de
praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en 2 M de
NaClO4 y a 30 degC por el meacutetodo espectrofotomeacutetrico y el meacutetodo
potenciomeacutetrico
Determinar la constante de hidroacutelisis del compuesto de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en 2 M de NaClO4 y a 30 degC
por el meacutetodo espectrofotomeacutetrico y el meacutetodo potenciomeacutetrico
43
______________________________
CAPIacuteTULO V
METODOLOGIacuteA
______________________________
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
44
5 METODOLOGIacuteA
El diagrama de flujo (Figura 5) muestra el resumen de las actividades del
desarrollo experimental que se siguioacute en el estudio del praseodimio en presencia
de la 2HPβCD
Figura 5 Diagrama de flujo
INICIO
Preparacioacuten de las soluciones de 2M de NaClO4 PrCl3xH2O 2HPβCD y
Pr-2HPβCD
Preparacioacuten de precipitados PrCl3H2O 2HPβCD y Pr-
2HPβCD
Irradiacioacuten Gamma
Caracterizacioacuten de reactivos y el complejo de
inclusioacuten
UV-Vis
MEB y EDS
DRX
EspectroscopiaIR
Espectroscopia Raman
Efecto de concentracioacuten
Solubilidad
Efecto de temperatura
Efecto de tiempo
Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Meacutetodo grafico
Valoraciones potenciomeacutetricas
Determinacioacuten de constantes
de hidroacutelisis con el programa de
coacutemputo SUPERQUAD
Anaacutelisis de
resultados
FIN
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
45
La descripcioacuten de cada una de las etapas de este diagrama se muestra
enseguida
Los reactivos empleados en este trabajo fueron de grado analiacutetico Para la
preparacioacuten de las soluciones y lavado del material del laboratorio se usoacute agua
destilada
51 Preparacioacuten de la solucioacuten de la 2-hidroxipropyl- βeta-ciclodextrina
La solucioacuten del derivado de la beta ciclodextrina se preparoacute a partir de la 2-
hydroxipropyl-βeta-ciclodextrina [(C6H9O5)7-(C3H7O)45] de peso molecular 1396
gmol (anhidro) de Sigma-Aldrich Chem Company Inc el cual se disolvioacute con
agua destilada y agitacioacuten constante La concentracioacuten fue de 02389 M
52 Preparacioacuten de solucioacuten de praseodimio
La solucioacuten de praseodimio se preparoacute a partir del oacutexido de praseodimio (Pr6O11)
de Sigma-Aldrich Chem Company Inc El oacutexido se tratoacute con HCl concentrado el
precipitado resultante se diluyoacute en agua destilada y se evaporoacute hasta sequedad
este proceso se hizo tres veces Finalmente se diluyoacute con una solucioacuten de HCl de
pH 3 Esta solucioacuten se valoroacute con EDTA naranja de xilenol y piridina para
determinar la concentracioacuten la cual fue de 048 M
53 Preparacioacuten del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina
El complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina (Pr-
2HPβCD) se preparoacute a partir de las soluciones de la 2-hydroxipropyl-βeta-
ciclodextrina 02389 M y de la solucioacuten de praseodimio 048 M en la relacioacuten molar
11 La concentracioacuten del complejo de inclusioacuten fue de 0005 M Esta solucioacuten se
evaporoacute lentamente a sequedad en una parrilla de calentamiento Corning PC-351
Hot Plate-Stirrer durante 45 minutos El precipitado resultante se secoacute en una
estufa Lab Line Instruments Inc (Melrose Park Illinois) a 45-50degC durante 2
horas Varias fracciones de este precipitado se emplearon para determinar la
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
46
morfologiacutea la espectroscopia de infrarrojos difraccioacuten de rayos X y Raman
Tambieacuten se caracterizaron las muestras de PrCl3 XH2O y 2HPβCD
54 Determinacioacuten de las curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por UV-Vis
Para cuantificar praseodimio por espectrofotometriacutea UV-Vis se determinaron las
curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD para ello se
realizaron diluciones a diferentes concentraciones de PrCl3 XH2O manteniendo
constante la concentracioacuten de la 2HPβCD Los datos se muestran en la Tabla 4
Tabla 4 Diferentes concentraciones de praseodimio con 2HPβCD constante para determinar las curvas de calibracioacuten
Pr (ml) H2O
(ml)
2HPβCD
(ml)
Concentraciones
Pr2HPβCD [M]
00004 1999 2 00001 00025
00010 1998 2 000025 00025
00041 1995 2 0001 00025
00104 1989 2 00025 00025
00208 1979 2 0005 00025
00416 1958 2 001 00025
0104 1895 2 0025 00025
0260 1739 2 00625 00025
0520 1479 2 0125 00025
1041 0958 2 025 00025
125 075 2 03 00025
Las disoluciones se midieron en el espectroacutemetro UV-Vis marca Perkin Elmer
Lambda 10 en un intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
47
55 Estudio de la influencia de las relaciones molares de las soluciones del
complejo de inclusioacuten
Para determinar la influencia de la 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se prepararon las relaciones molares de PrCl3
XH2O y de 2HPβCD Los datos se muestran en la Tabla 5
Tabla 5 Relaciones molares 2HPβCD Pr
Relacioacuten 2HPβCDPr
2HPβCD (ml)
H2O (ml)
Pr (ml)
Concentraciones 2HPβCDPr [M]
051 0010 199 2 000125 00025
11 0020 1979 2 000250 00025
21 0041 1958 2 000500 00025
31 0062 1937 2 000750 00025
41 0083 1916 2 001000 00025
51 0104 1895 2 001250 00025
81 0167 1832 2 002000 00025
101 0209 1790 2 002500 00025
151 0313 1686 2 003750 00025
181 0376 1623 2 004500 00025
241 0502 1497 2 006000 00025
Las relaciones molares se prepararon a partir de las soluciones de PrCl3 XH2O
048 M y de la 2HPβCD 02389 M
Las disoluciones se midieron en el espectroacutemetro UV-Vis marca Perkin Elmer
Lambda 10 en un intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
56 Efecto de la Radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Para observar el efecto de la radiacioacuten gamma del Cobalto-60 (Co60) en el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se prepararon 6 soluciones de 10 ml del
complejo de inclusioacuten en relacioacuten molar 11 de concentracioacuten 0005 M de cada una
de ellas y soluciones de los reactivos PrCl3 XH2O y 2HPβCD en las mismas
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
48
condiciones Tambieacuten se prepararon 6 muestras soacutelidas de Pr-2HPβCD
(precipitado) PrCl3 XH2O y 2HPβCD de 02 g cada una
Cada una de estas muestras fue colocada en un vial de 20 ml luego se selloacute con
bolsa de plaacutestico y se irradiaron a diferentes dosis en el irradiador LGI-01
TRANSELEKTRO del ININ con una razoacuten de dosis de 103716 Gyh En la
posicioacuten de irradiacioacuten VICKRAD se colocaron tres muestras liacutequidas y tres
soacutelidas de la misma manera en la posicioacuten de irradiacioacuten GAMMACELL tres
muestras liacutequidas y tres soacutelidas En ambos casos cuando se alcanza la dosis
requerida (por ejemplo 1 Gy) una muestra se retira o se saca de la posicioacuten de
irradiacioacuten y asiacute sucesivamente se continuacutea hasta alcanzar la dosis maacutexima de
irradiacioacuten requerida Los datos se muestran en la Tabla 6
Tabla 6 Dosis de irradiacioacuten de Co60 aplicadas a las muestras en solucioacuten y soacutelidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 2HPβCD y PrCl3 XH2O en la instalacioacuten VICKRAD y GAMMACELL del irradiador
LGI-01 TRANSELEKTRO del ININ
1ra Serie Instalacioacuten VICKRAD
No Muestras soacutelidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
No Muestras liacutequidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
1 (a) 1 Gy 4 (1i) 1 Gy 2 (b) 10 Gy 5 (2i) 10 Gy
3 (c) 100 Gy 6 (3i) 100 Gy
2da Serie Instalacioacuten GAMMACELL
No Muestras soacutelidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
No Muestras liacutequidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
1 (d) 05 KGy 4 (4i) 05 KGy
2 (e) 5 KGy 5 (5i) 5 KGy
3 (f) 10 KGy 6 (6i) 10 KGy
Las muestras liacutequidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD PrCl3-XH2O y
2HPβCD irradiadas se evaporaron a sequedad para realizar el anaacutelisis de
caracterizacioacuten
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
49
57 Caracterizacioacuten del compuesto de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina
571 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB)
Para realizar este anaacutelisis se emplearon fracciones de cada uno de los reactivos
PrCl3 XH2O 2HPβCD el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD irradiado Cada una de las fracciones se colocaron en un
porta muestras de aluminio Se recubrieron con una capa de oro para que las
muestras fueran conductoras El anaacutelisis morfoloacutegico se realizoacute en un microscopio
JSM-1600 y JSM-6610LV acoplados a una sonda de espectroscopia de difraccioacuten
de rayos X con el software de los equipos se obtuvo el anaacutelisis elemental
realizado por EDS (Energy Dispersion of X ray Espectrosocopy) que proporcionoacute
informacioacuten cualitativa y cuantitativa de las muestras analizadas
572 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX)
Este anaacutelisis se realizoacute con el difractoacutemetro de polvos SIEMENS D-5000 con
aacutenodo de cobre λ = 15406 Ǻ y un barrido de 25-80 en 2ɵ Para ello se colocaron
en un porta muestras fracciones de cada una de las muestras PrCl3 XH2O
2HPβCD Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado En cada una de estas muestras se
hizo incidir un haz de rayos X De esta manera se obtuvieron graacuteficas de
intensidad en funcioacuten del aacutengulo de difraccioacuten Los resultados se compararon con
las tarjetas de los patrones reportados por el Joint Committee on Powder
Diffraction Standards (JCPDS)
573 Anaacutelisis por espectroscopia de infrarrojo (IR)
Se realizoacute la espectroscopia de infrarrojo de las muestras de PrCl3 XH2O
2HPβCD Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado con el espectroacutemetro Nicolet
Magna-IRTM spectrometer 550 FTIR en un intervalo de 450-4000 cm-1 Las
muestras se prepararon con un estaacutendar de KBr mediante el meacutetodo de
dispersioacuten de pastilla para su anaacutelisis
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
50
574 Anaacutelisis por espectroscopia Raman
Se realizoacute la espectroscopia Raman de las muestras de PrCl3 XH2O 2HPβCD
Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado con el equipo Raman LabRamHR JovynIvon-
Horiba Una fraccioacuten de cada una de las muestras se colocaron en un porta
muestras conectado a un microscopio y se hizo incidir un rayo laacuteser de un
microacutemetro de diaacutemetro Como resultado se obtuvo una graacutefica de intensidad
Raman contra el desplazamiento Raman Los espectros Raman de las muestras
fueron obtenidos en un intervalo de 0 a 1700 cm-1
58 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-βeta-ciclodextrina
581 Efecto de temperatura
En un tubo de ensaye se le adicionoacute 2 ml de agua destilada a 20 0C En un bantildeo
mariacutea a la temperatura de 20 0C se colocoacute el tubo de ensaye con 2 ml de agua
destilada y se le adicionoacute poco a poco la muestra del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD (05 g previamente pesada) Se agitoacute manualmente de manera
constante hasta observar la formacioacuten de precipitado (Pr-2HPβCD) en el fondo
del tubo de ensaye
Este proceso tambieacuten se realizoacute a las temperaturas de 35 42 50 y 60degC El
residuo del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD que ya no se adicionoacute en el tubo de
ensaye se pesoacute y por diferencia con el peso inicial (05 g) se determinoacute los
gramos solubilizados del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Los datos se
muestran en la Tabla 7
Con los resultados obtenidos se graficoacute la temperatura en funcioacuten de la cantidad
de complejo de inclusioacuten solubilizado
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
51
Tabla 7 Cantidad de complejo solubilizado a diferentes temperaturas en 2 ml de agua destilada
Pr-2HPβCD (g)
H2O
(ml)
Temp (degC) del H2O
Pr-2HPβCD solubilizados (g)
1 05 2 20 01866 2 05 2 35 02472 3 05 2 42 03014 4 05 2 50 03461 5 05 2 60 03628
582 Efecto del tiempo
En un tubo de ensaye se le adicionoacute 2 ml de agua destilada a temperatura
ambiente Se le adicionoacute la muestra del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD (01001
g previamente pesada) se registroacute el tiempo (inicial) y se agitoacute manualmente de
manera constante hasta observar la formacioacuten de precipitado (Pr-2HPβCD) en el
fondo del tubo de ensaye Se registroacute el tiempo (final) cuando el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD se solubilizoacute completamente Este proceso se realizoacute 5
veces La determinacioacuten del tiempo de solubilizacioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD es la diferencia entre el tiempo inicial y final Los datos se muestran en la
Tabla 8 Con los resultados obtenidos se graficoacute los gramos solubilizados del
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en funcioacuten del tiempo
Tabla 8 Cantidades de complejo Pr-2HPβCD y agua destilada en cada tubo de ensaye
Pr-2HPβCD
(g)
H2O
(ml) Tiempo (seg)
1 01001 2 161
2 01005 2 163
3 01011 2 167
4 01018 2 169
5 01026 2 170
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
52
59 Determinacioacuten de la curva de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4
Para corregir el pH experimental en el medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 se
preparoacute una solucioacuten de NaOH al 50 pesovolumen A partir de esta solucioacuten se
preparoacute una solucioacuten de hidroacutexido de sodio a una concentracioacuten de 1 N en una
caja de guantes con atmosfera de nitroacutegeno Esta solucioacuten se valoroacute con ftalato
aacutecido de potasio y fenolftaleiacutena para determinar su concentracioacuten Con esta
solucioacuten de NaOH 1 N se prepararon soluciones de 01 001 y 0001 M y a estas
mismas concentraciones con HCl 1N titrisol ambas en medio de fuerza ioacutenica 2 M
de NaClO4 La medicioacuten de pH de estas soluciones (pH experimental) se
realizaron con un electrodo de vidrio AgClAg Radiometer XG200 con agitacioacuten
constante a temperatura de 30 degC controlada por un bantildeo de agua circulante
ldquoPolyscience Circulatiorrdquo modelo 12101-10 Se mantuvo una atmosfera de
nitroacutegeno en la celda potenciomeacutetrica de doble pared Se midioacute el pH 3 veces de
cada solucioacuten el mismo diacutea y durante tres diacuteas consecutivos Se promediaron los
datos obtenidos y se trazoacute una graacutefica que permitioacute realizar la relacioacuten entre el
logaritmo inverso de la concentracioacuten de los iones hidrogeno (pCH) y el pH
experimental
510 Valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Se realizaron valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD con hidroacutexido de sodio en fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 para ello se
colocoacute en una celda de reaccioacuten 10 ml de 2 M de NaClO4 de pH 3 21 microL de la
solucioacuten de 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina de concentracioacuten 02389 M y 105
microL de la solucioacuten de PrCl3 XH2O de concentracioacuten 048 M para tener una
concentracioacuten inicial de 000025 M del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Se
midioacute el pH se tomoacute una aliacutecuota de 3 ml y se midioacute su absorbancia con el
espectrofotoacutemetro UV-Vis Perkin Elmer Lambda 10 en un intervalo de longitud de
onda de 200 a 700 nm Como blanco se empleoacute agua destilada Los 3 ml de
solucioacuten medida por UV-Vis se regresaron a la celda de reaccioacuten Posteriormente
se adicionaron aliacutecuotas de una solucioacuten de 00025 M de NaOH en 2 M de
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
53
NaClO4 Se repitioacute varias veces el proceso de tomar una aliacutecuota en la celda de
reaccioacuten a la celda de cuarzo y medir la absorbancia del complejo de inclusioacuten de
tal manera que el pH incrementara de 02 en 02 hasta alcanzar un pH de 9 o 10
aproximadamente En todo el proceso se mantuvo una temperatura de 30 degC y
una atmoacutesfera de nitroacutegeno constante en la celda
Con los datos de pH y absorbancia a una longitud de onda de 210 nm obtenidos
se graficaron los valores de la absorbancia en funcioacuten del pCH para determinar el
pCH de precipitacioacuten la zona no saturada y la zona saturada
511 Valoraciones potenciomeacutetricas directas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Con el sistema de titulacioacuten automaacutetica que consiste de un potencioacutemetro
Radiometer TIM900 Titrilab de un electrodo combinado de vidriondashAgClAg y una
bureta automaacutetica de 20 ml se realizaron valoraciones potenciomeacutetricas directas
Para lo cual se colocoacute en la celda de reaccioacuten 10 ml de 2 M de NaClO4 de pH 3
21 microL de la solucioacuten de 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina de concentracioacuten 02389
M y 105 microL de la solucioacuten de PrCl3 XH2O de concentracioacuten 048 M para tener
una concentracioacuten inicial de 000025 M del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Esta solucioacuten se valoroacute con NaOH 00025 M en 2 M de NaClO4 a una temperatura
de 30 degC flujo de nitroacutegeno y agitacioacuten constante Con los datos de pH y volumen
de NaOH se graficaron los valores de pCH en funcioacuten del volumen de NaOH El
intervalo de pCH de la zona no saturada se determinoacute despueacutes de que el aacutecido fue
neutralizado y el pCH final se determinoacute con el pCH de precipitacioacuten obtenido en la
titulacioacuten espectrofotomeacutetrica Este intervalo de pCH de la zona no saturada se
emplearon en el programa de computo SUPERQUAD para determinar los valores
de las constantes de hidroacutelisis del praseodimio y del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
54
______________________________
CAPIacuteTULO VI
RESULTADOS
______________________________
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
55
6 RESULTADOS
61 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 6 muestra los espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes
concentraciones en presencia de 2HPβCD 00025 M determinados en el intervalo
de longitud de onda de 200 a 700 nm En ellos se observa que cuando aumenta
la concentracioacuten del praseodimio en presencia de 2HPβCD aumenta el tamantildeo de
las bandas La 2HPβCD no presenta bandas de absorcioacuten en toda la regioacuten de
200-700 nm
Figura 6 Espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes concentraciones en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
A partir de la Figura 6 y de acuerdo al tamantildeo de las bandas de absorcioacuten de los
espectros UV-Vis en funcioacuten de la concentracioacuten del praseodimio se establecen
tres regiones de intereacutes En la regioacuten de longitud de onda de 200-225 nm la banda
de absorcioacuten maacutexima del praseodimio se encuentra en 215 nm para
concentraciones bajas en la regioacuten de 440-490 nm se encuentran las bandas de
absorcioacuten de 444 469 nm y 482 nm para concentraciones intermedias y
finalmente en la regioacuten de 558-600 nm se encuentran las bandas de absorcioacuten de
200 300 400 500 600 700
00
05
10
15
20
25
30
Ab
so
rban
cia
Longitu de onda (cm-1)
000011MPr
0000251MPr
00011MPr
000251MPr
00051MPr
001MPr
0025MPr
006251MPr
01251MPr
0251MPr
031MPr
00025M2HPBCD
00025MPr
1
2
3
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
56
5885 nm para cuantificar concentraciones altas de praseodimio en presencia de la
2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Figura 7 y Tabla 9) En la Figura 7 se muestran las
rectas de calibracioacuten para cuantificar praseodimio Estas rectas de calibracioacuten fueron
determinadas con los datos de los valores de absorbancia de cada banda de
absorcioacuten de la Figura 6 en funcioacuten de la concentracioacuten del praseodimio
Figura 7 Rectas de calibracioacuten de las bandas de absorcioacuten del praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
Tabla 9 Ecuaciones de calibracioacuten del praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
obtenidos por UV-Vis
Intervalo de longitud de onda de UV-Vis
200-250 nm 400-500 nm 560-620 nm
Bandas de 215 nm 444 nm 469 nm 482 nm 5885 nm
absorcioacuten
Ecuaciones de
calibracioacuten
A= 26554[Pr] + 00527
A = 513[Pr] + 00127
A = 21698[Pr] + 00123
A = 15912[Pr] + 00128
A = 00783[Pr] + 00103
Rsup2 = 09949 Rsup2 = 09992 Rsup2 = 09958 Rsup2 = 09917 Rsup2 = 09769
Doacutende nm= nanoacutemetros A= Absorbancia [Pr (III)]= Concentracioacuten del Praseodimio R = Coeficiente de
correlacioacuten
000 005 010 015 020 025 030
00
02
04
06
08
10
12
14
16
y=15912 x +00128
R2=09917
y=00783 x +00103
R2=09769
y=21698 x +00123
R2=09958
y=513 x +00127
R2=09992
215 nm
444 nm
469 nm
482 nm
5885 nm
Abso
rbancia
[Pr] M
y=26554 x +00527
R2=09949
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
57
En la Tabla 9 se muestran los datos de las ecuaciones de calibracion para
determinar praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina por
espectroscopiacutea UV-Vis
Estas consideraciones tienen una limitacioacuten ya que se debe tomar en cuenta que
el intervalo oacuteptimo para medir la absorbancia con fines de anaacutelisis cuantitativo
estaacute entre 002ndash15
62 Efecto de la concentracioacuten de la 2HPβCD en el praseodimio por
espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 8 muestra los espectros de absorcioacuten del praseodimio a concentracioacuten
constante (00025 M) en presencia de 2HPβCD a diferentes concentraciones
determinados en el intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
Figura 8 Espectro de absorcioacuten UV-Vis del praseodimio a concentracioacuten constante en presencia de la 2HPβCD a diferentes concentraciones En el detalle central se muestra la ampliacioacuten de la banda de
absorcioacuten 215 nm
En los espectros de absorcioacuten del praseodimio de la Figura 8 se observa que
cuando aumenta la concentracioacuten de 2HPβCD aumenta ligeramente el tamantildeo de
200 300 400 500 600 700
00
02
04
Ab
so
rbancia
Longitud de onda (cm-1)
00025MPr
00025M2HPBCD
051M
11M
21M
31M
41M
51M
81M
101M
151M
181M
241M1
2 3
200 205 210 215 220 225 230
00
01
02
03
04
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
1
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
58
las bandas de absorcioacuten del praseodimio En el detalle central de la Figura 8 se
aprecia maacutes adecuadamente este efecto
Con estas observaciones se muestra que la 2HPβCD aumenta la solubilidad del
praseodimio debido a este aumento ligero en el tamantildeo de las bandas de
absorcioacuten del praseodimio de la Figura 8
63 Efecto de la radiacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD por
espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 9 muestra los espectros de absorcioacuten determinados en el intervalo de
longitud de onda de 200 a 700 nm del 2HPβCD 2HPβCD irradiado PrCl3XH2O
PrCl3XH2O irradiado el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y el complejo de
inclusioacuten Pr-2-HP-β-CD irradiado Las irradiaciones se realizaron a 10000 Gy
Figura 9 Espectro UV-Vis de las muestras irradiadas en solucioacuten del complejo Pr-2HPβCD PrCl3 y 2HPβCD
Como se observa en la Figura 9 el efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de
inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Pr-2HPβCD) mostraron que
cuando el complejo de inclusioacuten es irradiado a 10 000 Gy se observaron ligeros
200 300 400 500 600 700
00
02
04
06
08
10
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
00025 M 2HPBCD
Pr 00025 M
Pr-2HPBCD
2HPBCD 10 KGY
PrCl3-XH2O 10 KGy
Pr-2HPBCD 10 KGy
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
59
cambios comparado con el complejo de inclusioacuten no irradiado Esto se puede
deber a que probablemente el complejo empieza a descomponerse
62 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB)
La Figura 10 muestra las imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las
muestras 2HPβCD 2HPβCD irradiada PrCl3XH2O PrCl3XH2O irradiada Pr-
2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy
a) c) e)c
b) d) f)
Figura 10 Imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las muestras a) 2HPβCD b) 2HPβCD irradiada c) PrCl3XH2O d) PrCl3XH2O irradiada e) Pr-2HPβCD y f) Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy
La 2HPβCD mostroacute partiacuteculas esfeacutericas de diversos tamantildeos con una superficie
lisa en su interior se observan cavidades dentro de las partiacuteculas pareciera que
se desprenden esferas maacutes pequentildeas El PrCl3XH2O mostroacute una superficie
rugosa las partiacuteculas se ven fundidas debido probablemente a que el material es
higroscoacutepico y tiende a hidratarse faacutecilmente El complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
muestra una morfologiacutea diferente a los reactivos precursores ya que se presentan
partiacuteculas en forma de rocas de diferentes dimensiones ademaacutes se observan
aglomeraciones de partiacuteculas Las imaacutegenes de las muestras irradiadas a una
dosis de 10 KGy conservan su morfologiacutea a excepcioacuten de PrCl3XH2O irradiada y
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
60
Pr-2HPβCD irradiada muestran pequentildeos cambios Sus partiacuteculas se ven un poco
maacutes fundidas probablemente se deba al efecto de la radiacioacuten
La composicioacuten quiacutemica elemental de las muestras 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD se muestran en la Tabla 10 determinado por el anaacutelisis elemental (EDS)
Tabla 10 Anaacutelisis EDS de las muestras de PrCl3 2-HPβCD y Pr-2HPβCD
Elemento Atoacutemico
Pr Cl O C
PrCl3 1233 plusmn 207 3595 plusmn 666 5171 plusmn 871 -----
2HPβCD ----- ----- 4159 plusmn 22 584 plusmn 22
Pr-2HPβCD 097 plusmn061 248 plusmn 143 3619plusmn 422 6034 plusmn 478
Todas las muestras presentan los elementos de su composicioacuten quiacutemica La
presencia de Pr Cl C y O en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD confirman la
interaccioacuten de 2HPβCD PrCl3XH2O para la formacioacuten del complejo de inclusioacuten
como se muestras en la Tabla 10
63 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX)
En la Figura 11 se muestran los difractogramas de 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD determinado por Difraccioacuten de Rayos X Los difractogramas de rayos X
de la Figura 11 muestran diferencias entre ellas El difractograma del PrCl3XH2O
presenta reflexiones de alta intensidad comparado con las otras muestras debido
a su naturaleza cristalina del praseodimio El difractograma de la 2HPβCD es de
estructura amorfa caracteriacutestica de los compuestos de carbono
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
61
Figura 11 Difraccioacuten de rayos X de PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD
El difractograma del compuesto de inclusioacuten Pr-2HPβCD muestra una
combinacioacuten de reflexiones de las muestras de PrCl3XH2O y 2HPβCD debido a la
formacioacuten de eacuteste complejo de inclusioacuten aunque predomina el de la 2HPβCD
Se comparoacute el difractograma de la muestra de PrCl3XH2O con la tarjeta del patroacuten
reportado por el Joint Committee on Powder Diffraction Standards (JCPDS) PDF
84-2188 Aqua Praseodymium Chloride Ambos difractogramas coinciden
adecuadamente
Los difractogramas de las muestras irradiadas a diferentes dosis mostraron que en
el intervalo de dosis de 1-500 Gy las muestras no sufren cambios Sin embargo
cuando el complejo de inclusioacuten es irradiado a 5000 y 10 000 Gy se observaron
ligeros cambios en sus inflexiones comparados con las muestras no irradiadas
Probablemente las muestras empiezan a descomponerse
64 Espectroscopia de infrarrojo (IR)
En la Figura 12 se muestra los espectros de infrarrojo de la 2HPβCD PrCl3XH2O
y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
62
Figura 12 Espectros de infrarrojo de las muestra 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-2HPβCD
El espectro infrarrojo de la muestra de PrCl3XH2O presenta la banda de absorcioacuten
a 341434 cm-1 correspondiente a moleacuteculas de agua de hidratacioacuten y la banda de
absorcioacuten a 67003 cm-1 debido a las uniones praseodimio con cloruros El
espectro infrarrojo de la muestra de la 2HPβCD presenta bandas de absorcioacuten a
331508 cm-1 [OH] 292046 cm-1 [CH2] 115183 cm-1 [C-C] 108000 cm-1 [C-O] y
102306 cm-1 [O-H]
Tabla 11 Grupos funcionales del PrCl3XH2O 2HPβCD y del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Compuesto [OH] [CH2] [C-C] [C-O] [O-H] [Cl3]
PrCl3XH2O 341434 67003
2HPβCD 331508 292046 115183 108000 102306
Pr-2HPβCD 329688 292645 115247 108028 102514
120723[PrCl3XH2O-Pr-2HPβCD] -11746
120723[2HPβCD-Pr-2HPβCD] -182 599 064 028 208
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
63
En la Tabla 11 se muestran los datos de las bandas de absorcioacuten de las muestras
de 2HPβCD PrCl3XH2O y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y los valores
de los desplazamientos observados Los valores de desplazamiento indican la
formacioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Las bandas de absorcioacuten de las
muestras irradiadas a diferentes dosis mostraron que en el intervalo de dosis de 1-
500 Gy las muestras no sufren cambios Cuando las muestras son irradiados a
5000 y 10 000 Gy se observaron ligeros cambios en la intensidad de la bandas de
absorcioacuten
65 Espectroscopia Raman
Figura 13 Espectros Raman de la muestra PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD
La Figura 13 muestra los espectros Raman de las muestras 2HPβCD PrCl3XH2O
y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Se realizaron 100 adquisiciones de
cada uno de las muestras Los resultados son el promedio de estas Los espectros
Raman de la Figura 13 muestran diferencias entre ellas
El espectro Raman del PrCl3XH2O muestra un pico intenso a 19278 cm-1 Este
pico se observa en el espectro Raman del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD a
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
64
23814 cm-1 y es de intensidad menor Las bandas de la 2HPβCD (44336 47805
84780 94691 126575 133270 145854 cm-1) algunas desaparecen y otras se
desplazan en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Esto indica la formacioacuten del
complejo de inclusioacuten
Al comparar los espectros Raman de las muestras irradiadas a diferentes dosis
mostraron que en el intervalo de dosis de 1-500 Gy no sufren cambios Sin
embargo en el intervalo de 5000 a 10000 Gys se observa la presencia de una
banda que no se encuentra en las muestras no irradiadas Probablemente las
muestras empiezan a descomponerse
66 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-βeta-ciclodextrina
661 Efecto de temperatura
La Figura 14 muestra el efecto de temperatura sobre la solubilidad del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD
Figura 14 Efecto de temperatura en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
20 30 40 50 60
018
020
022
024
026
028
030
032
034
036
038
g P
r-2H
PB
CD
Temperatura degC
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
65
La Figura muestra que conforme la temperatura va aumentando la solubilidad de
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta Es decir a la temperatura 20 degC se
solubilizan 01866 g del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD mientras que a 60 degC
se solubilizan 03628 g
662 Efecto de tiempo
La Figura 15 muestra el efecto del tiempo sobre la solubilidad del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD
Se observoacute que conforme el tiempo va aumentando la solubilidad de complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta Con esto se determinoacute que la dilucioacuten de 01 gr de
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 ml de agua destilada se lleva a cabo en
un tiempo 170 segundos
Figura 15 Efecto de tiempo en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
01000 01005 01010 01015 01020 01025 01030
160
162
164
166
168
170
Tie
mpo (
segundos)
g Pr-2HPBCD
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
66
67 Recta de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4
Se realizaron las mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de
2 M de NaClO4 Los datos se muestran en la Tabla 12
Tabla 12 Mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de 2 M de NaClO4
Concentracioacuten (M)
pCH pH
exp 1 pH
exp 2 pH
exp 3 pH
exp 4 pH
exp 5 pH exp prom
HCl 0001 3 2359 2205 2333 2402 2329 23256
001 2 1173 1172 1207 1228 1268 12096
01 1 0508 0248 0253 0352 0361 03444
NaOH 0001 11 9987 9994 9926 10009 9994 9982
001 12 10947 10876 10959 10876 10849 109014
01 13 11612 1156 11604 11552 11516 115688
Se graficaron los datos de pH (experimental) promedio en funcioacuten del pCH (teoacuterico)
se tiene la Figura 16
Figura 16 Recta de calibracioacuten del pCH como una funcioacuten del pH en el medio 2 M de NaClO4
0 2 4 6 8 10 12 14
0
2
4
6
8
10
12
pC
H
pH
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
67
La ecuacioacuten de la recta de calibracioacuten es
pCH= 105108 (plusmn00063) pH + 06352 (plusmn00669) R2= 09995
Esta ecuacioacuten permitioacute corregir todos los datos de pH experimental de este
trabajo
68 Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Se realizaron valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD en medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 a 30 deg C en atmoacutesfera inerte
Se obtuvieron espectros de absorcioacuten UV-Vis en el intervalo de longitud de onda
de 200 a 700 nm En la Figura 17 se muestra los espectros de absorcioacuten de cada
una de las aliacutecuotas del praseodimio en presencia de la 2HPβCD en el intervalo de
longitud de onda de 200 a 230 nm
Figura 17 Espectros de absorcioacuten UV-Vis de la valoracioacuten espectrofotomeacutetrica del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con NaOH 00025 M en el medio 2M de NaClO4
200 210 220 230
00
01
02
03
04
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
68
Se graficaron los datos de absorbancia a la longitud de onda de 215 nm de la Figura
17 y los valores de pCH correspondientes se obtuvo la Figura 18
Figura 18 Curva de valoracioacuten espectrofotomeacutetrica (absorbancia en funcioacuten del pCH) y la primera derivada del praseodimio en presencia de la 2HPβCD a longitud de onda de 215 nm
La derivada de la curva de la Figura 18 permitioacute determinar el pCH de precipitacioacuten
(maacutexima inflexioacuten) el cual fue de 812 A partir de este pCH se determinoacute la zona
no saturada (lado izquierdo de la curva) y saturada (lado derecho de la curva)
69 Titulaciones potenciomeacutetricas
Se realizaron valoraciones potenciomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
con NaOH en medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 a 30 degC en atmosfera inerte
Se obtuvo la Figura 19 La valoracioacuten potenciomeacutetrica del Pr-2HPβCD inicio en
medio acido por medio de la primera derivada y su inflexioacuten de la curva se
determinoacute el pCH inicial (pCH= 656) el valor de pCH final se determinoacute con el valor
de la primera derivada (pCHpp= 812) de la Figura 18 (punto de inicio de
precipitacioacuten del PrCl3XH2O)
4 5 6 7 8 9 10
025
030
035
040
045
050
055
060
pCH
Ab
so
rban
cia
-01
00
01
02
03
04
05
06
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
69
Figura 19 Curva de valoracioacuten potenciomeacutetrica directa de 25x10-4 M del praseodimio en presencia de la 2HPβCD con 25x10-3 de NaOH en 2 M de NaClO4 a 30 degC en atmosfera libre de CO2 y primera
derivada de la curva Detalle central (zona no saturada)
Con estos dos valores se determinoacute el intervalo de la zona no saturada que se
muestra en el detalle central de la Figura 19 empleado para el caacutelculo de la
primera constante de hidrolisis del praseodimio y del complejo del praseodimio en
presencia de la 2HPβCD
610 Refinamientos
A partir del detalle central de la Figura 19 (zona no saturada) los datos de
volumen pCH concentracioacuten del titulado y titulante y un modelo quiacutemico propuesto
con la estequiometria se alimentaron al programa de computo SUPERQUAD y
mediante refinamiento computacional se determinaron los valores de la constante
de hidrolisis de las especies quiacutemicas del praseodimio y del complejo de inclusioacuten
Pr-2HPβCD que se muestran en la Tabla 13
0 5 10 15 20
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
ml adicionados de NaOH
pC
H
0
2
4
6
8
10
00 01 02 03 04 05 06 07
64
66
68
70
72
74
76
78
80
82
pC
H
ml adicionados de NaOH
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
70
Tabla 13 Constantes de hidroacutelisis del Pr y el pCH de precipitacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 M de NaClO4 obtenidos mediante meacutetodo potenciomeacutetrico y el programa SUPERQUAD a
30 degC
Equilibrio Quiacutemico
logβ1
POTENCIOMETRICO
(SUPERQUAD)
Intervalo
(pCH)
No
puntos
ESPECTROFOTOMETRICO
pCH de pp
Meacutetodo GRAFICO
Pr3++ H2O Pr(OH)2++ H+ -862plusmn0007 656-812 33 812
Pr(OH)2++H2O Pr(OH)2++H+ -1710plusmn003
Pr(OH)2++H2O Pr(OH)3+H+ -2586plusmn001
Pr3++2HPβCD+H2O Pr-
2HPβCD-(OH)2++H+
-509plusmn007
En la Tabla 13 anterior se muestra el valor de pCH de precipitacioacuten obtenido por el
meacutetodo espectrofotomeacutetrico (meacutetodo graacutefico) que fue de 812 Los valores de las
constantes de hidrolisis de las especies quiacutemicas del praseodimio fueron-
logβ1OH=-862plusmn0007-logβ22OH=-1710plusmn003-logβ33OH=-2586plusmn001 y del complejo
de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-509plusmn007 obtenidos por el meacutetodo
potenciomeacutetrico empleando el programa de computo SUPERQUAD
71
______________________________
CONCLUSIONES
______________________________
CONCLUSIONES
72
CONCLUSIONES
bull Se observaron 3 zonas de absorcioacuten caracteriacutesticas del praseodimio
situadas a una longitud de onda de 215 nm 3 bandas de absorcioacuten en 444
nm 469 nm y 482 nm y en 5885 nm se determinaron para cada banda las
rectas de calibracioacuten
bull Se demostroacute la inclusioacuten del praseodimio en la 2HPβCD y el efecto de la
radiacioacuten gamma en los reactivos (PrCl3XH2O 2HPβCD) y el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD satisfactoriamente mediante las diferentes teacutecnicas de
caracterizacioacuten y anaacutelisis empleadas (MEB UV-Vis DRX Espectroscopia
Infrarrojo y Espectroscopia Raman)
bull El efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-β-ciclodextrina (Pr-2HP-β-CD) mostroacute que en el intervalo de
dosis de 1-500 Gy no sufren cambios Sin embargo cuando es irradiado a
5000 y 10 000 Gy se observaron ligeros cambios Esto se puede deber a
que probablemente el complejo empieza a descomponerse
bull La solubilidad de complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta en funcioacuten del
aumento de la temperatura
bull Conforme el tiempo va aumentando la solubilidad de complejo de inclusioacuten
Pr-2HPβCD aumenta
bull El valor de la primera constante de hidrolisis del praseodimio obtenido fue-
logβ1OH=-862plusmn0007 y del complejo de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-
509plusmn007
73
______________________________
RECOMENDACIONES
______________________________
RECOMENDACIONES
74
bull El complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se debe preparar con diferentes
meacutetodos para elegir el maacutes adecuado de acuerdo a su rendimiento
quiacutemico y asegurar su formacioacuten
bull Comparar la zona no saturada de complejo de Inclusioacuten del Pr-2HPβCD
Pr-2βCD y la del praseodimio sin complejo para observar el efecto de la
solubilidad y estabilidad
bull Determinar las constantes de hidrolisis del praseodimio y del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD irradiado con radiacioacuten gamma de Co60 y comparar
con la de complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD no irradiado
75
______________________________
GLOSARIO
______________________________
GLOSARIO
76
GLOSARIO
1 Absorbancia
Se define como la relacioacuten (logariacutetmica) entre la intensidad de la luz que incide
sobre una muestra y la intensidad de esa misma luz que es transmitida a traveacutes de
esa muestra Cuando una luz de una longitud de onda determinada seleccionada
por un filtro incide sobre una muestra parte de esa luz es absorbida La luz no
absorbida pasa a traveacutes de la muestra y es recogida por un detector colocado en
el otro lado del pocillo de la micro placa frente a la fuente de luz
2 Algoritmo de Marquadt
Es un proceso iterativo de convergencia que a traveacutes de la teacutecnica de los miacutenimos
cuadrados ponderados permite encontrar los paraacutemetros de las ecuaciones de
funciones no lineales
3 Complejo de inclusioacuten
Mezcla cristalina en la que las moleacuteculas de un componente estaacuten contenidas
dentro de la red cristalina del otro
4 Confinamiento de residuos
Lugar totalmente seguro controlado y construido con el propoacutesito de disponer
residuos peligrosos instalados en un lugar retirado de la poblacioacuten con el objetivo
de disminuir riesgos de caraacutecter natural y humano
5 Curva de calibracioacuten
Representacioacuten graacutefica de una sentildeal que se mide en funcioacuten de la concentracioacuten
de un analito La calibracioacuten incluye la seleccioacuten de un modelo para estimar los
paraacutemetros que permitan determinar la linealidad de esa curva Y en
consecuencia la capacidad de un meacutetodo analiacutetico para obtener resultados que
sean directamente proporcionales a la concentracioacuten de un compuesto en una
muestra dentro de un determinado intervalo de trabajo
GLOSARIO
77
6 Desechos radiactivos
Residuo o subproductos que contiene varios elementos quiacutemicos radiactivos que
no tiene un fin praacutectico
7 Especies quiacutemicas
En quiacutemica el teacutermino especie quiacutemica se usa comuacutenmente para referirse de
forma geneacuterica a aacutetomos moleacuteculas iones radicales etc que sean el objeto de
consideracioacuten o estudio
8 Estabilidad
Una sustancia es estable si no es particularmente reactivo en el ambiente o
durante uso normal y mantiene sus propiedades uacutetiles en la escala de tiempo de
su durabilidad esperada y por lo que se dice que el material es inestable si se
corroe descompone polimeriza quema o explota bajo las condiciones anticipadas
de uso o condiciones ambientales normales
9 Fisioacuten nuclear
Reaccioacuten en la cual un nuacutecleo se bombardea con neutrones se convierte en
inestable y se descompone en dos nuacutecleos y tamantildeos son del mismo orden de
magnitud con gran desprendimiento de energiacutea y la emisioacuten de dos o tres
neutrones los cuales a su vez ocasionar maacutes fisiones al interaccionar con nuevos
nuacutecleos fisionables que emitiraacuten nuevos neutrones y asiacute sucesivamente
10 Fuerza ioacutenica
Propiedad de una solucioacuten que depende de la concentracioacuten total de iones en la
solucioacuten asiacute como de la carga de dichos iones
11 Isoacutetopo
Nucleiacutedos pertenecientes a un mismo elemento quiacutemico pero que se diferencian
entre el nuacutemero de neutrones de cada uno
GLOSARIO
78
12 Lenguaje fortran
Es un lenguaje de programacioacuten de alto nivel de propoacutesito general procedimental
e imperativo que estaacute especialmente adaptado al caacutelculo numeacuterico y a la
computacioacuten cientiacutefica
13 Lgi-01 TRANSELEKTRO (LGI-01)
Equipo de irradiacioacuten integrado por un cuerpo ciliacutendrico de plomo que sirve de
blindaje una jaula ciliacutendrica que contiene los laacutepices de Co60 un eacutembolo moacutevil con
una cavidad (caacutemara de exposicioacuten) una consola de mando y un cronoacutemetro para
establecer el tiempo de irradiacioacuten La caacutemara de exposicioacuten alberga a las
muestras para la irradiacioacuten un sistema electromecaacutenico baja el depoacutesito de las
muestras hasta la fuente de radiacioacuten que consta de 48 laacutepices de los cuales 12
contiene Co60 y el resto estaacuten vaciacuteos
14 Longitud de onda
Es la distancia real que recorre una perturbacioacuten (onda) en un determinado
intervalo de tiempo Ese intervalo de tiempo es el transcurrido entre dos maacuteximos
consecutivos de alguna propiedad fiacutesica de la onda
15 Medio acuoso
Medio o disolucioacuten acuosa se refiere a que una mezcla de disolventes el
disolvente mayoritario es agua Las disoluciones acuosas tienen una gran
importancia en la biologiacutea desde los laboratorios de ciencia baacutesica hasta la
quiacutemica de la vida pasando por la quiacutemica industrial Por la vasta cantidad y
variedad de sustancias que son solubles en agua esta se denomina a veces
disolvente universal
16 pCH
Es el logaritmo inverso de la concentracioacuten de los iones hidroacutegeno
17 pH
Es una medida del pH experimental de este trabajo
GLOSARIO
79
18 Precursores
Sustancia indispensable o necesaria para producir otra mediante los compuestos
quiacutemicos que constituyen una primera etapa en un proceso quiacutemico y actuacutean
como sustrato en las etapas posteriores
19 Radiacioacuten gamma
Es un tipo de radiacioacuten electromagneacutetica constituida por fotones se produce por
elementos radiactivos o procesos subatoacutemicos como la aniquilacioacuten de un par
positroacuten-electroacuten Los rayos gamma constituyen un tipo de radiacioacuten ionizante
capaz de penetrar en la materia maacutes profundamente que la radiacioacuten α y la β
pueden causar graves dantildeos a las ceacutelulas se usan para esterilizar equipos
meacutedicos y alimentos
20 Reacciones de hidroacutelisis
Reacciones quiacutemicas entre una moleacutecula de agua y cualquier otra especie
quiacutemica en la cual la moleacutecula de agua se divide y sus aacutetomos forman parte de
otra especie quiacutemica
21 Relacioacuten molar
Factor de conversioacuten cuyo fin es convertir en una reaccioacuten quiacutemica la cantidad de
moles de una sustancia a la cantidad correspondiente de moles de otra sustancia
La sustancia de partida se expresa en gramos y la sustancia deseada en moles
22 Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Se denomina valoracioacuten espectrofotomeacutetrica al procedimiento por el cual se
determina el punto final de una titulacioacuten utilizando las medidas de absorbancia a
una longitud de onda fija Para simplificar la teacutecnica se selecciona una longitud de
onda donde solamente uno de los componentes de la muestra absorba
80
______________________________
REFERENCIAS CITADAS
______________________________
REFERENCIAS CITADAS
81
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producto de solubilidad de ln (OH)3 y el efecto de los iones cloruro sobre la
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IacuteNDICE
XVI
69 Titulaciones potenciomeacutetricas 68
610 Refinamientos 69
CONCLUSIONES 71
RECOMENDACIONES 73
GLOSARIO 75
REFERENCIAS CITADAS 80
IacuteNDICE
XVII
IacuteNDICE DE FIGURAS
Figura 1 Estructura de α β y γ ciclodextrinas 25
Figura 2 2HPβCD 28
Figura 3 Ilustracioacuten de un diagrama general de pLn(c)-pCH 36
Figura 4 Ilustracioacuten de una valoracioacuten potenciomeacutetricas directa con su primera
derivada (∆pCH∆V) 37
Figura 5 Diagrama de flujo 44
Figura 6 Espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes concentraciones en
presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina 55
Figura 7 Rectas de calibracioacuten de las bandas de absorcioacuten del praseodimio en
presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina 56
Figura 8 Espectro de absorcioacuten UV-Vis del praseodimio a concentracioacuten
constante en presencia de la 2HPβCD a diferentes concentraciones 57
Figura 9 Espectro UV-Vis de las muestras irradiadas en solucioacuten del complejo Pr-
2HPβCD PrCl3 y 2HPβCD 58
Figura 10 Imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las muestras a)
2HPβCD b) 2HPβCD irradiada c) PrCl3XH2O d) PrCl3XH2O irradiada e) Pr-
2HPβCD y f) Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy 59
Figura 11 Difraccioacuten de rayos X de PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD 61
Figura 12 Espectros de infrarrojo de las muestra 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD 62
Figura 13 Espectros Raman de la muestra PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD 63
Figura 14 Efecto de temperatura en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD 64
Figura 15 Efecto de tiempo en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD 65
Figura 16 Recta de calibracioacuten del pCH como una funcioacuten del pH en el medio 2 M
de NaClO4 66
Figura 17 Espectros de absorcioacuten UV-Vis de la valoracioacuten espectrofotomeacutetrica del
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con NaOH 00025 M en el medio 2M de
NaClO4 67
IacuteNDICE
XVIII
Figura 18 Curva de valoracioacuten espectrofotomeacutetrica (absorbancia en funcioacuten del
pCH) y la primera derivada del praseodimio en presencia de la 2HPβCD a longitud
de onda de 210 nm 68
Figura 19 Curva de valoracioacuten potenciomeacutetrica directa de 25x10-4 M del
praseodimio en presencia de la 2HPβCD con 25x10-3 de NaOH en 2 M de NaClO4
a 30 degC en atmosfera libre de CO2 y primera derivada de la curva 69
IacuteNDICE
XIX
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Propiedades fisicoquiacutemicas de los diferentes tipos de ciclodextrinas
naturales 26
Tabla 2 Reacciones de hidroacutelisis del praseodimio y constantes de equilibrio 29
Tabla 3 Datos de la literatura sobre la primera constante de hidroacutelisis (log β1) del
praseodimio 31
Tabla 4 Diferentes concentraciones de praseodimio con 2HPβCD constante para
determinar las curvas de calibracioacuten 46
Tabla 5 Relaciones molares 2HPβCD Pr 47
Tabla 6 Dosis de irradiacioacuten de Co60 aplicadas a las muestras en solucioacuten y
soacutelidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 2HPβCD y PrCl3 XH2O en la
instalacioacuten VICKRAD y GAMMACELL del irradiador LGI-01 TRANSELEKTRO del
ININ 48
Tabla 7 Cantidad de complejo solubilizado a diferentes temperaturas en 2 ml de
agua destilada 51
Tabla 8 Cantidades de complejo Pr-2HPβCD y agua destilada en cada tubo de
ensaye 51
Tabla 9 Ecuaciones de calibracioacuten del praseodimio en presencia de la 2-
hidroxipropil-β-ciclodextrina obtenidos por UV-Vis 56
Tabla 10 Anaacutelisis EDS de las muestras de PrCl3 2-HPβCD y Pr-2HPβCD 60
Tabla 11 Grupos funcionales del PrCl3XH2O 2HPβCD y del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD 62
Tabla 12 Mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de 2 M de
NaClO4 66
Tabla 13 Constantes de hidroacutelisis del Pr y el pCH de precipitacioacuten en el complejo
de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 M de NaClO4 obtenidos mediante meacutetodo
potenciomeacutetrico y el programa SUPERQUAD a 30 degC 70
ABREVIATURAS
XX
ABREVIATURAS
Pr praseodimio
2HPβCD 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
CDs Ciclodextrinas
CD Ciclodextrina
Ln Lantaacutenidos
Pr-2HPβCD praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Pr-2βCD praseodimio-2-βeta-ciclodextrina
CGT ciclomaltodextrin-glucano-transferasa
TP Titulacioacuten potenciomeacutetrica
ES Titulacioacuten espectrofotomeacutetrica
RE Relacioacuten empiacuterica
ED Extraccioacuten con disolvente
MEB Microscopiacutea electroacutenica de barrido
EDS Espectroacutemetro de dispersioacuten de energiacutea de rayos X
UV-VIS Ultravioleta-Visible
DRX Difraccioacuten de rayos X
IR Infrarrojo
EDTA Acido tetracetico etilen diamina
Co60 Cobalto-60
JCPDS Joint Committee On Powder Diffraction Standards
M Molaridad
21
______________________________
CAPIacuteTULO I
INTRODUCCIOacuteN
______________________________
CAPIacuteTULO I INTRODUCCIOacuteN
22
1 INTRODUCCIOacuteN
El praseodimio pertenece al grupo de los lantaacutenidos que muestran propiedades
quiacutemicas muy similares entre ellos derivadas de su configuracioacuten electroacutenica
caracterizados por la presencia de orbitales 4f parcialmente llenos Incluso se
consideran parecidos al grupo de los elementos actiacutenidos El praseodimio es un
elemento metaacutelico con siacutembolo Pr nuacutemero atoacutemico 59 y peso atoacutemico 140907
gmol El isoacutetopo estable 141Pr constituye el 100 del elemento en la naturaleza
Este lemento puede ser encontrado en ceramicos para dar el color amarillo En
mezcla con otros lantanidos se usan como proyectores de luz Su uso sigue
aumentando debido al hecho de que es uacutetil para producir magnetos de alto poder
entre otros Sobre todo se esta empleando en la mitigacioacuten de cancer Es
peligroso en el ambiente cuando se tiran estos dispositivos despues de cumplir su
funcioacuten por lo que se acumularaacute gradualmente en los suelos y en el agua De ahiacute
la importancia de estudiar las reacciones de hidrolisis
La utilizacioacuten de la 2 hidroxipropil-β-ciclodextrina (2HPβCD) en este trabajo de
investigacioacuten es fundamental debido a que es un agente de formacioacuten de
complejos de inclusioacuten para aumentar la solubilidad acuosa debido a que las
ciclodextrinas (CDs) se comportan como nano contenedores capaces de
encapsular moleacuteculas hidroacutefobas de tamantildeo apropiado y solubilizarlas en agua
propiedad que se aprovecha para determinar las constantes de hidroacutelisis del
praseodimio
Por lo cual el objetivo principal de este trabajo de investigacioacuten y en ausencia de
datos fundamentales de la interaccioacuten Ln3+-CDs sustituidas fue preparar el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Ademaacutes determinar el pCH de precipitacioacuten la
zona no saturada y saturada del Pr-2HPβCD que permiten determinar la constante
de hidroacutelisis del complejo de inclusioacuten praseodimio-2hidroxipropil-β-ciclodextrina
(Pr-2HPβCD) en medio 2 M de NaClO4 a 303 K por titulacioacuten espectrofotomeacutetrica
y potenciomeacutetrica
23
______________________________
CAPIacuteTULO II
FUNDAMENTO
______________________________
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
24
2 FUNDAMENTO
21 LOS LANTANIDOS
Los lantaacutenidos (tierras raras) forman un grupo de 17 elementos quiacutemicos que
muestran propiedades singulares derivadas de su configuracioacuten electroacutenica Estaacuten
caracterizados por la presencia de orbitales 4f parcialmente llenos [1] Los
nuacutemeros atoacutemicos de estos elementos van de 41 hasta 71 (Ce-Lu)
La configuracioacuten electroacutenica de los iones Ln3+ es 4fn5s25p6 (n= 0-14) Los orbitales
4f son orbitales internos con respecto a los 5s y 5p por lo cual estaacuten maacutes
cercanos al nuacutecleo Los orbitales 5s y 5p protegen a los electrones 4f de
interacciones externas determinando las propiedades de los iones Ln3+ [1] o
conducta quiacutemica debido a la pequentildea diferencia de energiacutea que distingue a los
electrones 4f de los electrones 5d [23]
Las tierras raras como grupo constituyen el 0008 en peso de la corteza
terrestre Los minerales que contienen lantaacutenidos son la monacita la bastnasita
la xenotima la gadolinita la alanita y la euxenita los cuales ocurren en las
regiones de rocas iacutegneas [4]
Los elementos de las tierras raras en soluciones acuosas son acuocationes que
tienen asociado un cierto nuacutemero de moleacuteculas de agua en la esfera de
coordinacioacuten primaria [1] Las aplicaciones de los lantaacutenidos se iniciaron
praacutecticamente a mediados del siglo XIX por ejemplo en los encendedores
despueacutes empezaron a utilizarse en los vidrios oacutepticos como reactivos de
desplazamiento en resonancia magneacutetica nuclear en quiacutemica orgaacutenica en
bioquiacutemica en cataacutelisis en componentes oacutepticos y electroacutenicos en los
superconductores de alta temperatura y en medicina como materiales
intensificadores de rayos X como agentes de relajamiento para teacutecnicas de
imagen en resonancia magneacutetica nuclear y desde luego como radioisoacutetopos para
aplicaciones farmaceacuteuticas Su utilidad en medicina y en la industria aumentoacute al
aplicarse las propiedades luminiscentes de sus complejos en el
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
25
fluoroinmunoensayo la fluorescencia retardada los electrodos sensoriales
luminiscentes etc [5]
22 PRASEODIMIO
El praseodimio metaacutelico (siacutembolo Pr No Atoacutemico 59) es amarillento y forma una
capa de oacutexido cuando se expone al aire huacutemedo Es un isotopo estable con masa
de 140907 y abunda en la naturaleza en un 100 [6] fue descubierto por el
austriaco Auer Von Welsbach en 1885 [7] Este elemento tiene dos estados de
oxidacioacuten +3 y +4 El Pr3+ con configuracioacuten electroacutenica [54Xe]4f2 Presenta
propiedades fisicoquiacutemicas que pueden magnificarse al formar complejos con
ligantes orgaacutenicos El ion metaacutelico luminece en el visible y en el infrarrojo cercano
[68 y 9]
23 CICLODEXTRINAS (CDs)
La celulosa y el almidoacuten son dos poliacutemeros de glucosa principales que se
producen a partir de la fotosiacutentesis considerados como importantes fuentes de
energiacutea renovables de la tierra al hidrolizarse el almidoacuten por efecto de la enzima
ciclomaltodextrin-glucano-transferasa (CGT) da origen a las dextrinas ciacuteclicas Por
lo tanto las ciclodextrinas son oligoacutemeros ciacuteclicos [1011] se obtienen durante la
degradacioacuten enzimaacutetica del almidoacuten y consisten en una serie de oligosacaacuteridos
ciacuteclicos formados por 6 (α) 7 (β) y 8 (γ) unidades de α-D-glucosa (Figura 1)
[1213] poseen estructura semejante entre ellas pero sus propiedades son
diferentes (Tabla 1)
Figura 1 Estructura de α β y γ ciclodextrinas
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
26
Tabla 1 Propiedades fisicoquiacutemicas de los diferentes tipos de ciclodextrinas naturales [11]
α-CD β-CD γ-CD
Uniones de glucosa 6 7 8 Diaacutemetro interno (nm) 047-053 060-065 075-083 Profundidad de la cavidad (nm)
079 079 079
pK valor 123 122 121 Solubilidad en agua 125 185 232 PM (DA) 972 1135 1297 Volumen de cavidad (aprox)
174 262 427
Agua cristalina ( ww) 102 133-45 813-177 Interaccioacuten hidrofoacutebica CD-cavidad CD-cavidad CD-cavidad Puente de hidrogeno Glucosa-OH Glucosa-OH Glucosa-OH ∆Hdeg (solucioacuten) kcalmol 767 831 773 ∆Sdeg (solucioacuten) cal(mol K) 138 117 147
(mg mml-1 25deg C) (106 pm3)
Las ciclodextrinas como materiales polihidroxilados han sido objeto de una amplia
variedad de reacciones La reaccioacuten maacutes estudiada es el ataque electrofiacutelico al
grupo OH de su estructura [14] La cavidad interior de las ciclodextrinas es
hidrofobica por lo que estos compuestos son capaces de albergar moleacuteculas
hidroacutefobas maacutes pequentildeas para formar complejos ldquoanfitrioacuten-hueacutespedldquo en los que la
moleacutecula hueacutesped queda encapsulada por la ciclodextrina [1315] De acuerdo a
estas caracteriacutesticas son capaces de formar complejos de inclusioacuten por medio de
enlaces no covalentes los cuales estabilizan a una gran variedad de moleacuteculas
[16] Las ciclodextrinas pueden formar compuestos cristalinos a partir de
moleacuteculas orgaacutenicas hueacutesped en estado soacutelido liacutequido e incluso gaseoso En
consecuencia las moleacuteculas insolubles en agua pueden llegar a ser
completamente solubles mediante un tratamiento con disoluciones acuosas de
ciclodextrina sin que se produzca modificacioacuten quiacutemica alguna en la moleacutecula
hueacutesped ya que no se origina ninguacuten enlace covalente durante la interaccioacuten
entre la ciclodextrina y la moleacutecula insoluble en agua [1315]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
27
La importancia que las ciclodextrinas estaacuten cobrando en la actualidad se observa
en el raacutepido desarrollo de su mercado sobre todo en el constante nuacutemero de
trabajos de investigacioacuten patentes y conferencias que estaacuten teniendo lugar en
estos uacuteltimos antildeos [17] el mayor porcentaje de ciclodextrinas usadas
comercialmente corresponde a la alimentacioacuten [18] y a la cosmeacutetica y aseo
personal [19] Las ciclodextrinas se utilizan para enmascarar olores y sabores
desagradables disminuyen la incompatibilidad faacutermaco-excipiente mejoran la
estabilidad fiacutesica y quiacutemica de compuestos volaacutetiles y de principios activos que
sean hidrolizables oxidables o fotosensibles para convertir faacutermacos liacutequidos en
soacutelidos para su formulacioacuten en tabletas y una muy importante para incrementar la
solubilidad en agua y la velocidad de disolucioacuten de faacutermacos poco solubles
Factores que aumentaraacuten la biodisponibilidad existiendo la posibilidad de reducir
la dosis asiacute como mejorar la absorcioacuten percutaacutenea y rectal al reducirse el caraacutecter
hidrofoacutebico del faacutermaco [20]
Se puede mejorar la solubilidad de determinados compuestos como el retinol
empleado en formulaciones anti-envejecimiento al tiempo que los complejos con
ciclodextrina son maacutes estables a la reaccioacuten de oxidacioacuten y a la accioacuten de la
radiacioacuten ultravioleta Sin embargo es indudable que el mayor esfuerzo en
investigacioacuten estaacute relacionado con su potencial aplicacioacuten farmaceacuteutica [2122]
24 β-CICLODEXTRINA
La beta ciclodextrina es la maacutes empleada por sus caracteriacutesticas y propiedades de
estructura que presenta Las ciclodextrinas se forman mediante unidades de
glucopiranosa las cuales contienen 3 grupos de hidroxilos libres cada una la β-
ciclodextrina (Figura 1) posee 21 hidroxilos los cuales pueden ser modificados por
sustitucioacuten de los aacutetomos H u OH por diferentes grupos tales como hidroxialkil
amino alquil etc A partir de las CDs naturales se han sintetizado otros tipos de
CDs llamadas derivadas o modificadas El objetivo de obtener los derivados de las
CDs puede ser el aumento de solubilidad y estabilidad en el agua o mejorar la
encapsulacioacuten de la moleacutecula hueacutesped en su cavidad hidrofobica de la CD
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
28
25 2-HIDROXIPROPIL-β-CICLODEXTRINA
Entre los derivados de la β-ciclodextrina se encuentran las heterogeacuteneas amorfas
y altamente solubles como son la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Figura 2) y la
metil- β-ciclodextrina
La hidroxilpropil beta ciclodextrina (2HPβCD) que es una ciclodextrina sustituida
se obtiene de una solucioacuten base de la beta ciclo dextrina solubilizada con oacutexido de
propileno resultando un sistema isomerico cuya sustitucioacuten puede darse en las
posiciones 1 2 o 3 con solubilidad mayor a 500 mgmL en agua y a temperatura
ambiente La alquilacioacuten o hidroxialquilacioacuten de las ciclodextrinas afectan las
propiedades fisicoquiacutemicas de los derivados incluyendo la habilidad para formar
complejos farmaceacuteuticos y no es toacutexica despueacutes de una administracioacuten oral en
dosis menores a 500 mgkg por viacutea intravenosa [24 25]
Figura 2 2HPβCD
La complejacioacuten del praseodimio con la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina se obtiene el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con el fin de observar la influencia de la
solubilidad y estabilidad del praseodimio
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
29
26 HIDROacuteLISIS
La hidroacutelisis es decir la reaccioacuten de una especie tal como un ion metaacutelico con
los iones del agua asiacute como las reacciones redox y la formacioacuten de complejos con
los iones carbonato son algunas de las reacciones criacuteticas que controlan el
comportamiento de los lantaacutenidos en soluciones acuosas [12] en donde las
moleacuteculas de la sustancia son divididas en el agua
Las reacciones de hidroacutelisis dependen fuertemente del medio en que se efectuacutean
como son la fuerza ioacutenica el pH del medio la concentracioacuten del elemento y la
temperatura son paraacutemetros que rigen esas reacciones
Las reacciones de hidroacutelisis del praseodimio se muestran a continuacioacuten asiacute como
su constante de equilibrio de acuerdo a la ley de accioacuten de masas (Tabla 2)
Tabla 2 Reacciones de hidroacutelisis del praseodimio y constantes de equilibrio
Equilibrio Quiacutemico Constante de equilibrio
1 1198751199033+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)2+ + 119867+ 1198701119867 =
[119875119903(119874119867)2+][119867+]
[1198751199033+]
2 119875119903 (119874119867)2+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)2+ + 119867+
11987012119867 =[119875119903(119874119867)2
+][119867+]
[119875119903 (119874119867)2+]
3 119875119903 (119874119867)2+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)3
0 + 119867+ 11987013119867 =
[119875119903(119874119867)3+][119867+]
[119875119903(119874119867)2+]
4 119875119903 (119874119867)119899minus1+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)119899
0 + 119867+ 1198701119899119867 =
[119875119903(119874119867)119899+][119867+]
[119875119903(119874119867)119899minus1+ ]
5 1198751199033+ + 2119867119875120573119862119863 + 1198672119874 1198751199032119867119875120573119862119863(119874119867)2+ + 119867+ 11987011199011199032119867119875119861119862119863 =[119875119903 minus 2119867119875120573119862119863]
[1198751199033+]
De acuerdo con la ley de accioacuten de masas se pueden definir las constantes de
equilibrio (K) como K1H K12H K13H K1nH y K1Pr2HBCD Y con base en ellas se
pueden definir las constantes globales o acumulativas de hidroacutelisis
β1OH = K1H β12OH = [K1H][K12H] β13OH = [K1H][K12H][K13H]helliphelliphellip
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
30
Se entiende como constantes de Broumlnsted a las ecuaciones de la ley de accioacuten de
masas en las cuales el teacutermino de H+ aparece como actividad y las demaacutes especies
aparecen en teacuterminos de concentracioacuten
Las reacciones de hidroacutelisis se afectan cuando cambian las condiciones en las que
se llevan a cabo Una de esas condiciones a la que se le ha puesto atencioacuten
aunque hasta ahora no la suficiente es la fuerza ioacutenica Por lo general los trabajos
dedicados a la determinacioacuten de las constantes de hidroacutelisis se han efectuado en
medios de fuerza ioacutenica baja consideradas como soluciones ideales
Sin embargo para los medios tales como el agua de mar y otros de fuerza ioacutenica
maacutes elevada por ejemplo las minas de sal para almacenamiento de desechos
radiactivos se encuentran pocos datos en la literatura [25]
27 FUERZA IOacuteNICA
El comportamiento de los iones en una disolucioacuten depende de la composicioacuten
ioacutenica total de la misma la cual se expresa por su fuerza ioacutenica [26]
119868 =1
2sum 119862119894119885119894
2 Ec 1)
Donde
I = fuerza ioacutenica Ci = concentracioacuten molar de los iones existentes y Z
i = carga
ioacutenica de los iones existentes
La caracteriacutestica fundamental de las sales que se adicionan a un medio para
imponer la fuerza ioacutenica es que sean inertes pues no deben tomar parte en el
equilibrio quiacutemico [27] El aacutecido percloacuterico es el aacutecido maacutes fuerte en solucioacuten
acuosa por lo tanto el ion perclorato es una base deacutebil maacutes que los iones cloruro
y muestra muy poca tendencia a unirse a iones hidroacutegeno Lo mismo puede
decirse acerca de su tendencia a reaccionar con iones metaacutelicos que pueden
considerarse como aacutecidos de Lewis En la mayoriacutea de los percloratos metaacutelicos en
solucioacuten el ion metaacutelico se encuentra en forma hidratada siempre y cuando la
solucioacuten sea suficientemente aacutecida para que no se produzca la formacioacuten de
hidroxo complejos [28]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
31
La fuerza ioacutenica juega un papel de gran importancia en el pH Feldman en 1956
observoacute que el pH de una solucioacuten buffer 005 M de ftalato aacutecido de potasio
cambioacute desde 400 en fuerza ioacutenica cero hasta 357 en fuerza ioacutenica 2 M de KCl
Feldman explicoacute que el pH disminuye debido a que el coeficiente de actividad
cambia y por lo tanto hay mayor disociacioacuten de ftalato aacutecido de potasio [29] En la
literatura se han reportado diversos estudios de las constantes de estabilidad del
praseodimio en fuerza ioacutenica 2M (Tabla 3) donde se han empleado diferentes
condiciones de temperatura fuerza ioacutenica y diferentes meacutetodos donde se han
obtenido valores diferentes de la constante de estabilidad del praseodimio
Tabla 3 Datos de la literatura sobre la primera constante de hidroacutelisis (log β1) del praseodimio
Medio Meacutetodo Molaridad Log +β1 T K Referencia
NaCl ESTP 2 -874plusmn006 303 De la Cruz et al 2013
NaCl ES 2 -894plusmn002 303 Loacutepez et al 2010 NaCl SQUAD 2 -894plusmn003 303 Gonzales et al
2009 NaCl SQUAD 2 -891plusmn019 303 Gonzales et al
2009 NaCl ES 2 -877plusmn003 303 Gonzales et al
2009 NaClO4 TP 2 -838plusmn002 303 Loacutepez et al2005
NaCl TP 2 -876plusmn002 303 Loacutepez et al2005 NaCl TP 1 -858plusmn002 303 Ramirez et al
2004 NaClO4HClO4 ESTP 07 -862plusmn006 298 Klungness y
byrne2002 LiClO4 TP 3 -874plusmn003 303 Ciavata et al
1989 NaClO4 TP 3 -956plusmn003 298 Burkov et al
1982 NR RE 0 -81 298 Baes y Mesmer
1976 LiClO4 ED 02 -71plusmn007 298 Guillaumont et
al 1971 NaClO4 Ba(OH)2
TP 03002 -945 298 Frlova et al 1966
NaClO4 LiClO4
TP 3 -85 298 Tobias y Garrett1956
TP Titulacioacuten potenciomeacutetrica ES Espectrofotomeacutetrica RE Relacioacuten empiacuterica ED Extraccioacuten con
disolvente T K Temperatura
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
32
Sin embargo solo se ha podido determinar el valor de la primera constante de
estabilidad en este estudio se pretende conocer el valor de varias especies
aprovechando el aumento de solubilidad que ofrecen las ciclodextrinas
28 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACIOacuteN
281 MICROSCOPIacuteA ELECTROacuteNICA DE BARRIDO (MEB)
La superficie de un soacutelido puesto en contacto con un liacutequido o con un gas difiere
sustancialmente en su interior tanto en su composicioacuten quiacutemica como en sus
propiedades fiacutesicas a la de la inicial La caracterizacioacuten de estas propiedades de
superficie es de vital importancia en numerosos campos que incluyen la cataacutelisis
heterogeacutenea la tecnologiacutea de partiacuteculas delgadas semiconductoras los
mecanismos de corrosioacuten y adhesioacuten la actividad de las superficies metaacutelicas las
caracteriacutesticas de la dureza y los estudios sobre el comportamiento y las funciones
de las membranas bioloacutegicas [30]
En muchos campos de la quiacutemica de las ciencias de los materiales de la geologiacutea
y de la biologiacutea es cada vez de maacutes importancia el conocimiento detallado de la
naturaleza fiacutesica de las superficies de los soacutelidos Normalmente la informacioacuten se
obtiene sobre las superficies con una resolucioacuten considerablemente elevada
mediante tres teacutecnicas la microscopia electroacutenica de barrido (MEB) microscopia
de barrido de efecto tuacutenel y microscopia de fuerzas atoacutemicas [31] El microscopio
electroacutenico de barrido (MEB) es un instrumento para obtener fotografiacuteas
tridimensionales debido a que tiene una alta resolucioacuten y una gran profundidad de
campo En las fotografiacuteas se puede apreciar la estructura de muestras
microscoacutepicas detallando de manera extraordinaria sus caracteriacutesticas
morfoloacutegicas y topograacuteficas [32] de distintos materiales
Un instrumento que se ha desarrollado para el anaacutelisis de muestras a traveacutes del
microscopio electroacutenico de barrido es el analizador EDS (espectroacutemetro de
dispersioacuten de energiacutea) de rayos X el cual identifica la distribucioacuten cuantitativa y
cualitativa de elementos quiacutemicos que se encuentran presentes en la muestra
mostrando graacuteficas e imaacutegenes relacionadas con esa distribucioacuten Es pertinente
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
33
sentildealar que el analizador EDS de rayos X identifica y evaluacutea el contenido de
elementos quiacutemicos desde el carbono al uranio en superficies planas o secciones
finas de las muestras en todo tipo de material (bioloacutegico e inerte) [33]
282 ESPECTROSCOPIA DE ABSORCION ULTRAVIOLETA-VISIBLE (UV-
VIS)
Una de las teacutecnicas instrumentales maacutes utilizadas en la deteccioacuten de complejos de
inclusioacuten con CDs es la espectroscopia de absorcioacuten UV-VIS Es una teacutecnica
versaacutetil de amplia aplicacioacuten de manejo sencillo y preciso Debido a que la
mayoriacutea de las moleacuteculas orgaacutenicas absorben en la regioacuten UV o visible del
espectro donde experimentan variaciones en las posiciones de los maacuteximos de
absorcioacuten (cualitativas) o en el valor del coeficiente de absorcioacuten molar
(cuantitativas) tras la formacioacuten del complejo con CDs Como existen numerosas
moleacuteculas orgaacutenicas deacutebilmente solubles en agua son difiacuteciles de analizar por
esta teacutecnica espectrofotomeacutetrica Sin embargo la inclusioacuten conlleva a la
solubilizacioacuten permitiendo obtener el espectro de absorcioacuten en solucioacuten acuosa
que podriacutea producir variaciones en su espectro en solventes de baja polaridad
comparables con respecto a otros solventes maacutes polares [34]
La espectroscopia UV-Vis (en el rango de longitudes de onda del ultravioleta y
visible) se basa en el anaacutelisis de la cantidad de radiacioacuten electromagneacutetica que
puede absorber o transmitir una muestra [35] Cuando la radiacioacuten
electromagneacutetica interacciona con la materia se produce absorcioacuten de radiacioacuten
Si la frecuencia de esta radiacioacuten corresponde a la energiacutea necesaria para elevar
el sistema a un nivel de energiacutea superior se produce el estado excitado [36] De
acuerdo con este fenoacutemeno cada sustancia poseeraacute una longitud de onda de
maacutexima absorcioacuten que la caracteriza cualitativamente [35] Esta
espectrofotometriacutea utiliza radiaciones del campo UV de 80 a 400 nm
principalmente de 200 a 400 nm (UV cercano) y de luz visible de 400 a 800 nm
por lo que es de gran utilidad para caracterizar las soluciones en la regioacuten
ultravioleta-visible del espectro [37]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
34
283 DIFRACCIOacuteN DE RAYOS X (DRX)
Es una de las teacutecnicas de caracterizacioacuten maacutes potentes y maacutes comuacutenmente
utilizadas para el anaacutelisis estructural de cristales Sus caracteriacutesticas principales
son consecuencia de ser una ldquosondardquo electromagneacutetica de la materia con una
longitud de onda de magnitud muy parecida al espaciado interplanar de los soacutelidos
[38] Constituye la metodologiacutea maacutes apropiada para realizar el anaacutelisis de la
estructura cristalina del complejo [39] No obstante los diagramas de difraccioacuten
son una prueba concluyente para demostrar la inclusioacuten ya que el difractograma
del complejo es diferente al que se obtiene tras superponer los difractogramas de
la moleacutecula encapsulada y el de las CDs aisladas [40]
La interaccioacuten entre el vector eleacutectrico de la radiacioacuten X y los electrones de la
materia que atraviesa da lugar a una dispersioacuten Cuando los rayos X son
dispersados por el entorno ordenado de un cristal tienen lugar interferencias
(constructivas y destructivas) entre los rayos dispersados ya que las distancias
entre los centros de dispersioacuten son del mismo orden de magnitud que la longitud
de onda de la radiacioacuten El resultado es la difraccioacuten [41] Cuando las CDs
naturales o el hueacutesped cristalino son sometidas a la difractometriacutea de rayos X
eacutestos presentan un patroacuten de difraccioacuten de alta intensidad debido a su
cristalinidad Por el contrario si el complejo de inclusioacuten se forma va a mostrar un
patroacuten de tipo halo [42] con picos difusos y anchos caracteriacutesticos de un
compuesto amorfo Esta teacutecnica es sumamente uacutetil para verificar la formacioacuten de
complejos de inclusioacuten en el caso de hueacutespedes liacutequidos En efecto ya que estos
no presentan ninguacuten patroacuten de difraccioacuten si son incluidos se va a obtener un
difractograma con un patroacuten bien definido [43]
284 ESPECTROSCOPIA DE INFRARROJO (IR)
La aplicacioacuten del meacutetodo de infrarrojo se limita a aquellos hueacutespedes que tienen
ciertas bandas de absorcioacuten caracteriacutesticas como los grupos carbonilo hidroxilo o
C-H u otros que permitan evaluar si existen diferencias entre los espectros del
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
35
hueacutesped libre y encapsulado [42] Cuando se produce la encapsulacioacuten del
compuesto hueacutesped se produce un corrimiento o disminucioacuten de la intensidad de
ciertas bandas caracteriacutesticas del espectro correspondiente al hueacutesped Sin
embargo dichos cambios son muy sutiles debido a que el hueacutesped representa un
5-10 del peso total del complejo por lo cual requiere una interpretacioacuten
cuidadosa del espectro [44]
285 ESPECTROSCOPIA RAMAN
La espectroscopia Raman mide la intensidad de la radiacioacuten como una funcioacuten de
la frecuencia (o del nuacutemero de onda) [45] Esta teacutecnica es complementaria del IR y
la informacioacuten que aporta es semejante Las bandas se desplazan y se modifican
como consecuencia del proceso de inclusioacuten [46] Los espectros Raman se
obtienen al irradiar una muestra con una potente fuente laser de radiacioacuten
monocromaacutetica visible o infrarroja Durante la radiacioacuten se registra el espectro de
la radiacioacuten dispersada en un cierto aacutengulo (por lo general 90 deg) con un
espectroacutemetro adecuado [47] Las bandas se desplazan y se modifican como
consecuencia del proceso de inclusioacuten Probablemente la espectroscopia Raman
resulta de mayor utilidad en el caso de complejos en medios liacutequidos donde la
presencia de soluciones acuosas no supone un obstaacuteculo como ocurre en el caso
de la espectroscopia IR [48]
29 TITULACIOacuteN ESPECTROFOTOMEacuteTRICA
El meacutetodo espectrofotomeacutetrico es un meacutetodo analiacutetico el cual por medio de un
espectrofotoacutemetro permite comparar la radiacioacuten electromagneacutetica de una
sustancia en funcioacuten de su concentracioacuten desconocida y una concentracioacuten
conocida de la misma sustancia y evaluar el momento de reaccioacuten de un aacutecido y
una base mediante la absorcioacuten de radiacioacuten electromagneacutetica de la sustancia a
cierta longitud de onda fija permite determinar el punto final de la titulacioacuten La
medicioacuten de absorbancia se realiza en cada adicioacuten del titulante asiacute se
construyen graficas de absorbancia en funcioacuten del pCH de cada aliacutecuota de adicioacuten
del titulante (Figura 3) donde se observara la zona saturada y no saturada Estas
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
36
dos zonas nos permitiraacuten determinar el punto de inicio de precipitacioacuten del
lantaacutenido
Figura 3 Ilustracioacuten de un diagrama general de pLn(c)-pCH
El punto de precipitacioacuten (pCH) se utiliza para delimitar el intervalo de la zona no
saturada Este intervalo se utiliza en un programa de coacutemputo como
SUPERQUAD que se emplea para determinar constantes de equilibrio
210 MEacuteTODO POTENCIOMEacuteTRICO
Es el meacutetodo maacutes estudiado para determinar constantes de hidroacutelisis por su
sencillez y exactitud el meacutetodo se basa en la titulacioacuten de una solucioacuten de
concentracioacuten conocida de base (o aacutecido) con un aacutecido fuerte (o base fuerte) la
reaccioacuten se puede seguir por ejemplo con electrodos de vidrio y calomel
conectados a un potencioacutemetro [49] de los datos obtenidos de la titulacioacuten se
construye una graacutefica de titulacioacuten de pH en funcioacuten del volumen adicionado del
titulante (Figura 4)
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
37
Figura 4 Ilustracioacuten de una valoracioacuten potenciomeacutetricas directa con su primera derivada (∆pCH∆V)
El teacutermino pH se aplica habitualmente al logaritmo inverso de la concentracioacuten del
ion hidronio sin embargo cuando la fuerza ioacutenica es alta y el electrodo del
indicador es sensible al pH es importante diferenciar entre el logaritmo inverso de
la concentracioacuten de los iones hidronio (pCH) y el valor del pH experimental La
concentracioacuten de los iones hidronio (o de OH-) en el equilibrio y la composicioacuten de
una solucioacuten dada permiten calcular la razoacuten molar de los iones OH- unidos al ion
metaacutelico en solucioacuten un grupo de valores de [H+] y la concentracioacuten inicial del
metal son los datos necesarios para determinar las constantes de hidroacutelisis [49]
Se alimentan los datos de la zona no saturada y volumen del titulante adicionado a
la valoracioacuten potenciomeacutetrica al programa de coacutemputo SUPERQUAD y asiacute poder
determinar las constantes de hidroacutelisis del Pr
211 PROGRAMA DE COacuteMPUTO SUPERQUAD
El programa de coacutemputo SUPERQUAD fue creado por Gans Sabatini y Vacca
escrito en lenguaje fortran calcula las constantes de equilibrio en sistemas
multicomponentes y multireaccionantes Esas constantes se calculan con la base
de un modelo quiacutemico el cual debe incluir la estequiometria y los valores
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
38
estimados de las constantes globales de formacioacuten de cada una de las especies
presentes durante la valoracioacuten Se aplica reiteradamente el meacutetodo de miacutenimos
cuadrados a las diferencias que se generan en los potenciales experimentales de
las celdas menos los calculados por el propio programa Para alcanzar el miacutenimo
de estas diferencias se aplica el algoritmo de Marquadt Por uacuteltimo en el archivo
de salida del programa SUPERQUAD se obtienen los valores calculados y un
anaacutelisis estadiacutestico de los datos [25]
39
______________________________
CAPIacuteTULO III
HIPOacuteTESIS
______________________________
CAPIacuteTULO III HIPOacuteTESIS
40
3 HIPOacuteTESIS
La 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina aumentaraacute la solubilidad del praseodimio de
esta manera permitiraacute determinar varias especies quiacutemicas de hidroacutelisis de este
elemento en medio 2 M de NaClO4 a 30 degC
41
______________________________
CAPIacuteTULO IV
OBJETIVOS
______________________________
CAPIacuteTULO IV OBJETIVOS
42
4 OBJETIVOS
Objetivo general
Estudiar el comportamiento quiacutemico en solucioacuten acuosa del compuesto de
inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por medio de la
determinacioacuten de las constantes de hidroacutelisis en 2 M de NaClO4 a 30 degC
Objetivos especiacuteficos
Obtener el compuesto de inclusioacuten del praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina
Determinar las constantes de la hidroacutelisis de las especies quiacutemicas de
praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en 2 M de
NaClO4 y a 30 degC por el meacutetodo espectrofotomeacutetrico y el meacutetodo
potenciomeacutetrico
Determinar la constante de hidroacutelisis del compuesto de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en 2 M de NaClO4 y a 30 degC
por el meacutetodo espectrofotomeacutetrico y el meacutetodo potenciomeacutetrico
43
______________________________
CAPIacuteTULO V
METODOLOGIacuteA
______________________________
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
44
5 METODOLOGIacuteA
El diagrama de flujo (Figura 5) muestra el resumen de las actividades del
desarrollo experimental que se siguioacute en el estudio del praseodimio en presencia
de la 2HPβCD
Figura 5 Diagrama de flujo
INICIO
Preparacioacuten de las soluciones de 2M de NaClO4 PrCl3xH2O 2HPβCD y
Pr-2HPβCD
Preparacioacuten de precipitados PrCl3H2O 2HPβCD y Pr-
2HPβCD
Irradiacioacuten Gamma
Caracterizacioacuten de reactivos y el complejo de
inclusioacuten
UV-Vis
MEB y EDS
DRX
EspectroscopiaIR
Espectroscopia Raman
Efecto de concentracioacuten
Solubilidad
Efecto de temperatura
Efecto de tiempo
Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Meacutetodo grafico
Valoraciones potenciomeacutetricas
Determinacioacuten de constantes
de hidroacutelisis con el programa de
coacutemputo SUPERQUAD
Anaacutelisis de
resultados
FIN
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
45
La descripcioacuten de cada una de las etapas de este diagrama se muestra
enseguida
Los reactivos empleados en este trabajo fueron de grado analiacutetico Para la
preparacioacuten de las soluciones y lavado del material del laboratorio se usoacute agua
destilada
51 Preparacioacuten de la solucioacuten de la 2-hidroxipropyl- βeta-ciclodextrina
La solucioacuten del derivado de la beta ciclodextrina se preparoacute a partir de la 2-
hydroxipropyl-βeta-ciclodextrina [(C6H9O5)7-(C3H7O)45] de peso molecular 1396
gmol (anhidro) de Sigma-Aldrich Chem Company Inc el cual se disolvioacute con
agua destilada y agitacioacuten constante La concentracioacuten fue de 02389 M
52 Preparacioacuten de solucioacuten de praseodimio
La solucioacuten de praseodimio se preparoacute a partir del oacutexido de praseodimio (Pr6O11)
de Sigma-Aldrich Chem Company Inc El oacutexido se tratoacute con HCl concentrado el
precipitado resultante se diluyoacute en agua destilada y se evaporoacute hasta sequedad
este proceso se hizo tres veces Finalmente se diluyoacute con una solucioacuten de HCl de
pH 3 Esta solucioacuten se valoroacute con EDTA naranja de xilenol y piridina para
determinar la concentracioacuten la cual fue de 048 M
53 Preparacioacuten del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina
El complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina (Pr-
2HPβCD) se preparoacute a partir de las soluciones de la 2-hydroxipropyl-βeta-
ciclodextrina 02389 M y de la solucioacuten de praseodimio 048 M en la relacioacuten molar
11 La concentracioacuten del complejo de inclusioacuten fue de 0005 M Esta solucioacuten se
evaporoacute lentamente a sequedad en una parrilla de calentamiento Corning PC-351
Hot Plate-Stirrer durante 45 minutos El precipitado resultante se secoacute en una
estufa Lab Line Instruments Inc (Melrose Park Illinois) a 45-50degC durante 2
horas Varias fracciones de este precipitado se emplearon para determinar la
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
46
morfologiacutea la espectroscopia de infrarrojos difraccioacuten de rayos X y Raman
Tambieacuten se caracterizaron las muestras de PrCl3 XH2O y 2HPβCD
54 Determinacioacuten de las curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por UV-Vis
Para cuantificar praseodimio por espectrofotometriacutea UV-Vis se determinaron las
curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD para ello se
realizaron diluciones a diferentes concentraciones de PrCl3 XH2O manteniendo
constante la concentracioacuten de la 2HPβCD Los datos se muestran en la Tabla 4
Tabla 4 Diferentes concentraciones de praseodimio con 2HPβCD constante para determinar las curvas de calibracioacuten
Pr (ml) H2O
(ml)
2HPβCD
(ml)
Concentraciones
Pr2HPβCD [M]
00004 1999 2 00001 00025
00010 1998 2 000025 00025
00041 1995 2 0001 00025
00104 1989 2 00025 00025
00208 1979 2 0005 00025
00416 1958 2 001 00025
0104 1895 2 0025 00025
0260 1739 2 00625 00025
0520 1479 2 0125 00025
1041 0958 2 025 00025
125 075 2 03 00025
Las disoluciones se midieron en el espectroacutemetro UV-Vis marca Perkin Elmer
Lambda 10 en un intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
47
55 Estudio de la influencia de las relaciones molares de las soluciones del
complejo de inclusioacuten
Para determinar la influencia de la 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se prepararon las relaciones molares de PrCl3
XH2O y de 2HPβCD Los datos se muestran en la Tabla 5
Tabla 5 Relaciones molares 2HPβCD Pr
Relacioacuten 2HPβCDPr
2HPβCD (ml)
H2O (ml)
Pr (ml)
Concentraciones 2HPβCDPr [M]
051 0010 199 2 000125 00025
11 0020 1979 2 000250 00025
21 0041 1958 2 000500 00025
31 0062 1937 2 000750 00025
41 0083 1916 2 001000 00025
51 0104 1895 2 001250 00025
81 0167 1832 2 002000 00025
101 0209 1790 2 002500 00025
151 0313 1686 2 003750 00025
181 0376 1623 2 004500 00025
241 0502 1497 2 006000 00025
Las relaciones molares se prepararon a partir de las soluciones de PrCl3 XH2O
048 M y de la 2HPβCD 02389 M
Las disoluciones se midieron en el espectroacutemetro UV-Vis marca Perkin Elmer
Lambda 10 en un intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
56 Efecto de la Radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Para observar el efecto de la radiacioacuten gamma del Cobalto-60 (Co60) en el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se prepararon 6 soluciones de 10 ml del
complejo de inclusioacuten en relacioacuten molar 11 de concentracioacuten 0005 M de cada una
de ellas y soluciones de los reactivos PrCl3 XH2O y 2HPβCD en las mismas
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
48
condiciones Tambieacuten se prepararon 6 muestras soacutelidas de Pr-2HPβCD
(precipitado) PrCl3 XH2O y 2HPβCD de 02 g cada una
Cada una de estas muestras fue colocada en un vial de 20 ml luego se selloacute con
bolsa de plaacutestico y se irradiaron a diferentes dosis en el irradiador LGI-01
TRANSELEKTRO del ININ con una razoacuten de dosis de 103716 Gyh En la
posicioacuten de irradiacioacuten VICKRAD se colocaron tres muestras liacutequidas y tres
soacutelidas de la misma manera en la posicioacuten de irradiacioacuten GAMMACELL tres
muestras liacutequidas y tres soacutelidas En ambos casos cuando se alcanza la dosis
requerida (por ejemplo 1 Gy) una muestra se retira o se saca de la posicioacuten de
irradiacioacuten y asiacute sucesivamente se continuacutea hasta alcanzar la dosis maacutexima de
irradiacioacuten requerida Los datos se muestran en la Tabla 6
Tabla 6 Dosis de irradiacioacuten de Co60 aplicadas a las muestras en solucioacuten y soacutelidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 2HPβCD y PrCl3 XH2O en la instalacioacuten VICKRAD y GAMMACELL del irradiador
LGI-01 TRANSELEKTRO del ININ
1ra Serie Instalacioacuten VICKRAD
No Muestras soacutelidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
No Muestras liacutequidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
1 (a) 1 Gy 4 (1i) 1 Gy 2 (b) 10 Gy 5 (2i) 10 Gy
3 (c) 100 Gy 6 (3i) 100 Gy
2da Serie Instalacioacuten GAMMACELL
No Muestras soacutelidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
No Muestras liacutequidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
1 (d) 05 KGy 4 (4i) 05 KGy
2 (e) 5 KGy 5 (5i) 5 KGy
3 (f) 10 KGy 6 (6i) 10 KGy
Las muestras liacutequidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD PrCl3-XH2O y
2HPβCD irradiadas se evaporaron a sequedad para realizar el anaacutelisis de
caracterizacioacuten
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
49
57 Caracterizacioacuten del compuesto de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina
571 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB)
Para realizar este anaacutelisis se emplearon fracciones de cada uno de los reactivos
PrCl3 XH2O 2HPβCD el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD irradiado Cada una de las fracciones se colocaron en un
porta muestras de aluminio Se recubrieron con una capa de oro para que las
muestras fueran conductoras El anaacutelisis morfoloacutegico se realizoacute en un microscopio
JSM-1600 y JSM-6610LV acoplados a una sonda de espectroscopia de difraccioacuten
de rayos X con el software de los equipos se obtuvo el anaacutelisis elemental
realizado por EDS (Energy Dispersion of X ray Espectrosocopy) que proporcionoacute
informacioacuten cualitativa y cuantitativa de las muestras analizadas
572 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX)
Este anaacutelisis se realizoacute con el difractoacutemetro de polvos SIEMENS D-5000 con
aacutenodo de cobre λ = 15406 Ǻ y un barrido de 25-80 en 2ɵ Para ello se colocaron
en un porta muestras fracciones de cada una de las muestras PrCl3 XH2O
2HPβCD Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado En cada una de estas muestras se
hizo incidir un haz de rayos X De esta manera se obtuvieron graacuteficas de
intensidad en funcioacuten del aacutengulo de difraccioacuten Los resultados se compararon con
las tarjetas de los patrones reportados por el Joint Committee on Powder
Diffraction Standards (JCPDS)
573 Anaacutelisis por espectroscopia de infrarrojo (IR)
Se realizoacute la espectroscopia de infrarrojo de las muestras de PrCl3 XH2O
2HPβCD Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado con el espectroacutemetro Nicolet
Magna-IRTM spectrometer 550 FTIR en un intervalo de 450-4000 cm-1 Las
muestras se prepararon con un estaacutendar de KBr mediante el meacutetodo de
dispersioacuten de pastilla para su anaacutelisis
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
50
574 Anaacutelisis por espectroscopia Raman
Se realizoacute la espectroscopia Raman de las muestras de PrCl3 XH2O 2HPβCD
Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado con el equipo Raman LabRamHR JovynIvon-
Horiba Una fraccioacuten de cada una de las muestras se colocaron en un porta
muestras conectado a un microscopio y se hizo incidir un rayo laacuteser de un
microacutemetro de diaacutemetro Como resultado se obtuvo una graacutefica de intensidad
Raman contra el desplazamiento Raman Los espectros Raman de las muestras
fueron obtenidos en un intervalo de 0 a 1700 cm-1
58 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-βeta-ciclodextrina
581 Efecto de temperatura
En un tubo de ensaye se le adicionoacute 2 ml de agua destilada a 20 0C En un bantildeo
mariacutea a la temperatura de 20 0C se colocoacute el tubo de ensaye con 2 ml de agua
destilada y se le adicionoacute poco a poco la muestra del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD (05 g previamente pesada) Se agitoacute manualmente de manera
constante hasta observar la formacioacuten de precipitado (Pr-2HPβCD) en el fondo
del tubo de ensaye
Este proceso tambieacuten se realizoacute a las temperaturas de 35 42 50 y 60degC El
residuo del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD que ya no se adicionoacute en el tubo de
ensaye se pesoacute y por diferencia con el peso inicial (05 g) se determinoacute los
gramos solubilizados del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Los datos se
muestran en la Tabla 7
Con los resultados obtenidos se graficoacute la temperatura en funcioacuten de la cantidad
de complejo de inclusioacuten solubilizado
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
51
Tabla 7 Cantidad de complejo solubilizado a diferentes temperaturas en 2 ml de agua destilada
Pr-2HPβCD (g)
H2O
(ml)
Temp (degC) del H2O
Pr-2HPβCD solubilizados (g)
1 05 2 20 01866 2 05 2 35 02472 3 05 2 42 03014 4 05 2 50 03461 5 05 2 60 03628
582 Efecto del tiempo
En un tubo de ensaye se le adicionoacute 2 ml de agua destilada a temperatura
ambiente Se le adicionoacute la muestra del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD (01001
g previamente pesada) se registroacute el tiempo (inicial) y se agitoacute manualmente de
manera constante hasta observar la formacioacuten de precipitado (Pr-2HPβCD) en el
fondo del tubo de ensaye Se registroacute el tiempo (final) cuando el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD se solubilizoacute completamente Este proceso se realizoacute 5
veces La determinacioacuten del tiempo de solubilizacioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD es la diferencia entre el tiempo inicial y final Los datos se muestran en la
Tabla 8 Con los resultados obtenidos se graficoacute los gramos solubilizados del
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en funcioacuten del tiempo
Tabla 8 Cantidades de complejo Pr-2HPβCD y agua destilada en cada tubo de ensaye
Pr-2HPβCD
(g)
H2O
(ml) Tiempo (seg)
1 01001 2 161
2 01005 2 163
3 01011 2 167
4 01018 2 169
5 01026 2 170
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
52
59 Determinacioacuten de la curva de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4
Para corregir el pH experimental en el medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 se
preparoacute una solucioacuten de NaOH al 50 pesovolumen A partir de esta solucioacuten se
preparoacute una solucioacuten de hidroacutexido de sodio a una concentracioacuten de 1 N en una
caja de guantes con atmosfera de nitroacutegeno Esta solucioacuten se valoroacute con ftalato
aacutecido de potasio y fenolftaleiacutena para determinar su concentracioacuten Con esta
solucioacuten de NaOH 1 N se prepararon soluciones de 01 001 y 0001 M y a estas
mismas concentraciones con HCl 1N titrisol ambas en medio de fuerza ioacutenica 2 M
de NaClO4 La medicioacuten de pH de estas soluciones (pH experimental) se
realizaron con un electrodo de vidrio AgClAg Radiometer XG200 con agitacioacuten
constante a temperatura de 30 degC controlada por un bantildeo de agua circulante
ldquoPolyscience Circulatiorrdquo modelo 12101-10 Se mantuvo una atmosfera de
nitroacutegeno en la celda potenciomeacutetrica de doble pared Se midioacute el pH 3 veces de
cada solucioacuten el mismo diacutea y durante tres diacuteas consecutivos Se promediaron los
datos obtenidos y se trazoacute una graacutefica que permitioacute realizar la relacioacuten entre el
logaritmo inverso de la concentracioacuten de los iones hidrogeno (pCH) y el pH
experimental
510 Valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Se realizaron valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD con hidroacutexido de sodio en fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 para ello se
colocoacute en una celda de reaccioacuten 10 ml de 2 M de NaClO4 de pH 3 21 microL de la
solucioacuten de 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina de concentracioacuten 02389 M y 105
microL de la solucioacuten de PrCl3 XH2O de concentracioacuten 048 M para tener una
concentracioacuten inicial de 000025 M del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Se
midioacute el pH se tomoacute una aliacutecuota de 3 ml y se midioacute su absorbancia con el
espectrofotoacutemetro UV-Vis Perkin Elmer Lambda 10 en un intervalo de longitud de
onda de 200 a 700 nm Como blanco se empleoacute agua destilada Los 3 ml de
solucioacuten medida por UV-Vis se regresaron a la celda de reaccioacuten Posteriormente
se adicionaron aliacutecuotas de una solucioacuten de 00025 M de NaOH en 2 M de
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
53
NaClO4 Se repitioacute varias veces el proceso de tomar una aliacutecuota en la celda de
reaccioacuten a la celda de cuarzo y medir la absorbancia del complejo de inclusioacuten de
tal manera que el pH incrementara de 02 en 02 hasta alcanzar un pH de 9 o 10
aproximadamente En todo el proceso se mantuvo una temperatura de 30 degC y
una atmoacutesfera de nitroacutegeno constante en la celda
Con los datos de pH y absorbancia a una longitud de onda de 210 nm obtenidos
se graficaron los valores de la absorbancia en funcioacuten del pCH para determinar el
pCH de precipitacioacuten la zona no saturada y la zona saturada
511 Valoraciones potenciomeacutetricas directas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Con el sistema de titulacioacuten automaacutetica que consiste de un potencioacutemetro
Radiometer TIM900 Titrilab de un electrodo combinado de vidriondashAgClAg y una
bureta automaacutetica de 20 ml se realizaron valoraciones potenciomeacutetricas directas
Para lo cual se colocoacute en la celda de reaccioacuten 10 ml de 2 M de NaClO4 de pH 3
21 microL de la solucioacuten de 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina de concentracioacuten 02389
M y 105 microL de la solucioacuten de PrCl3 XH2O de concentracioacuten 048 M para tener
una concentracioacuten inicial de 000025 M del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Esta solucioacuten se valoroacute con NaOH 00025 M en 2 M de NaClO4 a una temperatura
de 30 degC flujo de nitroacutegeno y agitacioacuten constante Con los datos de pH y volumen
de NaOH se graficaron los valores de pCH en funcioacuten del volumen de NaOH El
intervalo de pCH de la zona no saturada se determinoacute despueacutes de que el aacutecido fue
neutralizado y el pCH final se determinoacute con el pCH de precipitacioacuten obtenido en la
titulacioacuten espectrofotomeacutetrica Este intervalo de pCH de la zona no saturada se
emplearon en el programa de computo SUPERQUAD para determinar los valores
de las constantes de hidroacutelisis del praseodimio y del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
54
______________________________
CAPIacuteTULO VI
RESULTADOS
______________________________
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
55
6 RESULTADOS
61 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 6 muestra los espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes
concentraciones en presencia de 2HPβCD 00025 M determinados en el intervalo
de longitud de onda de 200 a 700 nm En ellos se observa que cuando aumenta
la concentracioacuten del praseodimio en presencia de 2HPβCD aumenta el tamantildeo de
las bandas La 2HPβCD no presenta bandas de absorcioacuten en toda la regioacuten de
200-700 nm
Figura 6 Espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes concentraciones en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
A partir de la Figura 6 y de acuerdo al tamantildeo de las bandas de absorcioacuten de los
espectros UV-Vis en funcioacuten de la concentracioacuten del praseodimio se establecen
tres regiones de intereacutes En la regioacuten de longitud de onda de 200-225 nm la banda
de absorcioacuten maacutexima del praseodimio se encuentra en 215 nm para
concentraciones bajas en la regioacuten de 440-490 nm se encuentran las bandas de
absorcioacuten de 444 469 nm y 482 nm para concentraciones intermedias y
finalmente en la regioacuten de 558-600 nm se encuentran las bandas de absorcioacuten de
200 300 400 500 600 700
00
05
10
15
20
25
30
Ab
so
rban
cia
Longitu de onda (cm-1)
000011MPr
0000251MPr
00011MPr
000251MPr
00051MPr
001MPr
0025MPr
006251MPr
01251MPr
0251MPr
031MPr
00025M2HPBCD
00025MPr
1
2
3
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
56
5885 nm para cuantificar concentraciones altas de praseodimio en presencia de la
2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Figura 7 y Tabla 9) En la Figura 7 se muestran las
rectas de calibracioacuten para cuantificar praseodimio Estas rectas de calibracioacuten fueron
determinadas con los datos de los valores de absorbancia de cada banda de
absorcioacuten de la Figura 6 en funcioacuten de la concentracioacuten del praseodimio
Figura 7 Rectas de calibracioacuten de las bandas de absorcioacuten del praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
Tabla 9 Ecuaciones de calibracioacuten del praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
obtenidos por UV-Vis
Intervalo de longitud de onda de UV-Vis
200-250 nm 400-500 nm 560-620 nm
Bandas de 215 nm 444 nm 469 nm 482 nm 5885 nm
absorcioacuten
Ecuaciones de
calibracioacuten
A= 26554[Pr] + 00527
A = 513[Pr] + 00127
A = 21698[Pr] + 00123
A = 15912[Pr] + 00128
A = 00783[Pr] + 00103
Rsup2 = 09949 Rsup2 = 09992 Rsup2 = 09958 Rsup2 = 09917 Rsup2 = 09769
Doacutende nm= nanoacutemetros A= Absorbancia [Pr (III)]= Concentracioacuten del Praseodimio R = Coeficiente de
correlacioacuten
000 005 010 015 020 025 030
00
02
04
06
08
10
12
14
16
y=15912 x +00128
R2=09917
y=00783 x +00103
R2=09769
y=21698 x +00123
R2=09958
y=513 x +00127
R2=09992
215 nm
444 nm
469 nm
482 nm
5885 nm
Abso
rbancia
[Pr] M
y=26554 x +00527
R2=09949
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
57
En la Tabla 9 se muestran los datos de las ecuaciones de calibracion para
determinar praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina por
espectroscopiacutea UV-Vis
Estas consideraciones tienen una limitacioacuten ya que se debe tomar en cuenta que
el intervalo oacuteptimo para medir la absorbancia con fines de anaacutelisis cuantitativo
estaacute entre 002ndash15
62 Efecto de la concentracioacuten de la 2HPβCD en el praseodimio por
espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 8 muestra los espectros de absorcioacuten del praseodimio a concentracioacuten
constante (00025 M) en presencia de 2HPβCD a diferentes concentraciones
determinados en el intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
Figura 8 Espectro de absorcioacuten UV-Vis del praseodimio a concentracioacuten constante en presencia de la 2HPβCD a diferentes concentraciones En el detalle central se muestra la ampliacioacuten de la banda de
absorcioacuten 215 nm
En los espectros de absorcioacuten del praseodimio de la Figura 8 se observa que
cuando aumenta la concentracioacuten de 2HPβCD aumenta ligeramente el tamantildeo de
200 300 400 500 600 700
00
02
04
Ab
so
rbancia
Longitud de onda (cm-1)
00025MPr
00025M2HPBCD
051M
11M
21M
31M
41M
51M
81M
101M
151M
181M
241M1
2 3
200 205 210 215 220 225 230
00
01
02
03
04
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
1
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
58
las bandas de absorcioacuten del praseodimio En el detalle central de la Figura 8 se
aprecia maacutes adecuadamente este efecto
Con estas observaciones se muestra que la 2HPβCD aumenta la solubilidad del
praseodimio debido a este aumento ligero en el tamantildeo de las bandas de
absorcioacuten del praseodimio de la Figura 8
63 Efecto de la radiacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD por
espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 9 muestra los espectros de absorcioacuten determinados en el intervalo de
longitud de onda de 200 a 700 nm del 2HPβCD 2HPβCD irradiado PrCl3XH2O
PrCl3XH2O irradiado el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y el complejo de
inclusioacuten Pr-2-HP-β-CD irradiado Las irradiaciones se realizaron a 10000 Gy
Figura 9 Espectro UV-Vis de las muestras irradiadas en solucioacuten del complejo Pr-2HPβCD PrCl3 y 2HPβCD
Como se observa en la Figura 9 el efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de
inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Pr-2HPβCD) mostraron que
cuando el complejo de inclusioacuten es irradiado a 10 000 Gy se observaron ligeros
200 300 400 500 600 700
00
02
04
06
08
10
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
00025 M 2HPBCD
Pr 00025 M
Pr-2HPBCD
2HPBCD 10 KGY
PrCl3-XH2O 10 KGy
Pr-2HPBCD 10 KGy
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
59
cambios comparado con el complejo de inclusioacuten no irradiado Esto se puede
deber a que probablemente el complejo empieza a descomponerse
62 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB)
La Figura 10 muestra las imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las
muestras 2HPβCD 2HPβCD irradiada PrCl3XH2O PrCl3XH2O irradiada Pr-
2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy
a) c) e)c
b) d) f)
Figura 10 Imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las muestras a) 2HPβCD b) 2HPβCD irradiada c) PrCl3XH2O d) PrCl3XH2O irradiada e) Pr-2HPβCD y f) Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy
La 2HPβCD mostroacute partiacuteculas esfeacutericas de diversos tamantildeos con una superficie
lisa en su interior se observan cavidades dentro de las partiacuteculas pareciera que
se desprenden esferas maacutes pequentildeas El PrCl3XH2O mostroacute una superficie
rugosa las partiacuteculas se ven fundidas debido probablemente a que el material es
higroscoacutepico y tiende a hidratarse faacutecilmente El complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
muestra una morfologiacutea diferente a los reactivos precursores ya que se presentan
partiacuteculas en forma de rocas de diferentes dimensiones ademaacutes se observan
aglomeraciones de partiacuteculas Las imaacutegenes de las muestras irradiadas a una
dosis de 10 KGy conservan su morfologiacutea a excepcioacuten de PrCl3XH2O irradiada y
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
60
Pr-2HPβCD irradiada muestran pequentildeos cambios Sus partiacuteculas se ven un poco
maacutes fundidas probablemente se deba al efecto de la radiacioacuten
La composicioacuten quiacutemica elemental de las muestras 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD se muestran en la Tabla 10 determinado por el anaacutelisis elemental (EDS)
Tabla 10 Anaacutelisis EDS de las muestras de PrCl3 2-HPβCD y Pr-2HPβCD
Elemento Atoacutemico
Pr Cl O C
PrCl3 1233 plusmn 207 3595 plusmn 666 5171 plusmn 871 -----
2HPβCD ----- ----- 4159 plusmn 22 584 plusmn 22
Pr-2HPβCD 097 plusmn061 248 plusmn 143 3619plusmn 422 6034 plusmn 478
Todas las muestras presentan los elementos de su composicioacuten quiacutemica La
presencia de Pr Cl C y O en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD confirman la
interaccioacuten de 2HPβCD PrCl3XH2O para la formacioacuten del complejo de inclusioacuten
como se muestras en la Tabla 10
63 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX)
En la Figura 11 se muestran los difractogramas de 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD determinado por Difraccioacuten de Rayos X Los difractogramas de rayos X
de la Figura 11 muestran diferencias entre ellas El difractograma del PrCl3XH2O
presenta reflexiones de alta intensidad comparado con las otras muestras debido
a su naturaleza cristalina del praseodimio El difractograma de la 2HPβCD es de
estructura amorfa caracteriacutestica de los compuestos de carbono
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
61
Figura 11 Difraccioacuten de rayos X de PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD
El difractograma del compuesto de inclusioacuten Pr-2HPβCD muestra una
combinacioacuten de reflexiones de las muestras de PrCl3XH2O y 2HPβCD debido a la
formacioacuten de eacuteste complejo de inclusioacuten aunque predomina el de la 2HPβCD
Se comparoacute el difractograma de la muestra de PrCl3XH2O con la tarjeta del patroacuten
reportado por el Joint Committee on Powder Diffraction Standards (JCPDS) PDF
84-2188 Aqua Praseodymium Chloride Ambos difractogramas coinciden
adecuadamente
Los difractogramas de las muestras irradiadas a diferentes dosis mostraron que en
el intervalo de dosis de 1-500 Gy las muestras no sufren cambios Sin embargo
cuando el complejo de inclusioacuten es irradiado a 5000 y 10 000 Gy se observaron
ligeros cambios en sus inflexiones comparados con las muestras no irradiadas
Probablemente las muestras empiezan a descomponerse
64 Espectroscopia de infrarrojo (IR)
En la Figura 12 se muestra los espectros de infrarrojo de la 2HPβCD PrCl3XH2O
y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
62
Figura 12 Espectros de infrarrojo de las muestra 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-2HPβCD
El espectro infrarrojo de la muestra de PrCl3XH2O presenta la banda de absorcioacuten
a 341434 cm-1 correspondiente a moleacuteculas de agua de hidratacioacuten y la banda de
absorcioacuten a 67003 cm-1 debido a las uniones praseodimio con cloruros El
espectro infrarrojo de la muestra de la 2HPβCD presenta bandas de absorcioacuten a
331508 cm-1 [OH] 292046 cm-1 [CH2] 115183 cm-1 [C-C] 108000 cm-1 [C-O] y
102306 cm-1 [O-H]
Tabla 11 Grupos funcionales del PrCl3XH2O 2HPβCD y del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Compuesto [OH] [CH2] [C-C] [C-O] [O-H] [Cl3]
PrCl3XH2O 341434 67003
2HPβCD 331508 292046 115183 108000 102306
Pr-2HPβCD 329688 292645 115247 108028 102514
120723[PrCl3XH2O-Pr-2HPβCD] -11746
120723[2HPβCD-Pr-2HPβCD] -182 599 064 028 208
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
63
En la Tabla 11 se muestran los datos de las bandas de absorcioacuten de las muestras
de 2HPβCD PrCl3XH2O y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y los valores
de los desplazamientos observados Los valores de desplazamiento indican la
formacioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Las bandas de absorcioacuten de las
muestras irradiadas a diferentes dosis mostraron que en el intervalo de dosis de 1-
500 Gy las muestras no sufren cambios Cuando las muestras son irradiados a
5000 y 10 000 Gy se observaron ligeros cambios en la intensidad de la bandas de
absorcioacuten
65 Espectroscopia Raman
Figura 13 Espectros Raman de la muestra PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD
La Figura 13 muestra los espectros Raman de las muestras 2HPβCD PrCl3XH2O
y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Se realizaron 100 adquisiciones de
cada uno de las muestras Los resultados son el promedio de estas Los espectros
Raman de la Figura 13 muestran diferencias entre ellas
El espectro Raman del PrCl3XH2O muestra un pico intenso a 19278 cm-1 Este
pico se observa en el espectro Raman del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD a
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
64
23814 cm-1 y es de intensidad menor Las bandas de la 2HPβCD (44336 47805
84780 94691 126575 133270 145854 cm-1) algunas desaparecen y otras se
desplazan en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Esto indica la formacioacuten del
complejo de inclusioacuten
Al comparar los espectros Raman de las muestras irradiadas a diferentes dosis
mostraron que en el intervalo de dosis de 1-500 Gy no sufren cambios Sin
embargo en el intervalo de 5000 a 10000 Gys se observa la presencia de una
banda que no se encuentra en las muestras no irradiadas Probablemente las
muestras empiezan a descomponerse
66 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-βeta-ciclodextrina
661 Efecto de temperatura
La Figura 14 muestra el efecto de temperatura sobre la solubilidad del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD
Figura 14 Efecto de temperatura en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
20 30 40 50 60
018
020
022
024
026
028
030
032
034
036
038
g P
r-2H
PB
CD
Temperatura degC
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
65
La Figura muestra que conforme la temperatura va aumentando la solubilidad de
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta Es decir a la temperatura 20 degC se
solubilizan 01866 g del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD mientras que a 60 degC
se solubilizan 03628 g
662 Efecto de tiempo
La Figura 15 muestra el efecto del tiempo sobre la solubilidad del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD
Se observoacute que conforme el tiempo va aumentando la solubilidad de complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta Con esto se determinoacute que la dilucioacuten de 01 gr de
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 ml de agua destilada se lleva a cabo en
un tiempo 170 segundos
Figura 15 Efecto de tiempo en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
01000 01005 01010 01015 01020 01025 01030
160
162
164
166
168
170
Tie
mpo (
segundos)
g Pr-2HPBCD
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
66
67 Recta de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4
Se realizaron las mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de
2 M de NaClO4 Los datos se muestran en la Tabla 12
Tabla 12 Mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de 2 M de NaClO4
Concentracioacuten (M)
pCH pH
exp 1 pH
exp 2 pH
exp 3 pH
exp 4 pH
exp 5 pH exp prom
HCl 0001 3 2359 2205 2333 2402 2329 23256
001 2 1173 1172 1207 1228 1268 12096
01 1 0508 0248 0253 0352 0361 03444
NaOH 0001 11 9987 9994 9926 10009 9994 9982
001 12 10947 10876 10959 10876 10849 109014
01 13 11612 1156 11604 11552 11516 115688
Se graficaron los datos de pH (experimental) promedio en funcioacuten del pCH (teoacuterico)
se tiene la Figura 16
Figura 16 Recta de calibracioacuten del pCH como una funcioacuten del pH en el medio 2 M de NaClO4
0 2 4 6 8 10 12 14
0
2
4
6
8
10
12
pC
H
pH
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
67
La ecuacioacuten de la recta de calibracioacuten es
pCH= 105108 (plusmn00063) pH + 06352 (plusmn00669) R2= 09995
Esta ecuacioacuten permitioacute corregir todos los datos de pH experimental de este
trabajo
68 Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Se realizaron valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD en medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 a 30 deg C en atmoacutesfera inerte
Se obtuvieron espectros de absorcioacuten UV-Vis en el intervalo de longitud de onda
de 200 a 700 nm En la Figura 17 se muestra los espectros de absorcioacuten de cada
una de las aliacutecuotas del praseodimio en presencia de la 2HPβCD en el intervalo de
longitud de onda de 200 a 230 nm
Figura 17 Espectros de absorcioacuten UV-Vis de la valoracioacuten espectrofotomeacutetrica del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con NaOH 00025 M en el medio 2M de NaClO4
200 210 220 230
00
01
02
03
04
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
68
Se graficaron los datos de absorbancia a la longitud de onda de 215 nm de la Figura
17 y los valores de pCH correspondientes se obtuvo la Figura 18
Figura 18 Curva de valoracioacuten espectrofotomeacutetrica (absorbancia en funcioacuten del pCH) y la primera derivada del praseodimio en presencia de la 2HPβCD a longitud de onda de 215 nm
La derivada de la curva de la Figura 18 permitioacute determinar el pCH de precipitacioacuten
(maacutexima inflexioacuten) el cual fue de 812 A partir de este pCH se determinoacute la zona
no saturada (lado izquierdo de la curva) y saturada (lado derecho de la curva)
69 Titulaciones potenciomeacutetricas
Se realizaron valoraciones potenciomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
con NaOH en medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 a 30 degC en atmosfera inerte
Se obtuvo la Figura 19 La valoracioacuten potenciomeacutetrica del Pr-2HPβCD inicio en
medio acido por medio de la primera derivada y su inflexioacuten de la curva se
determinoacute el pCH inicial (pCH= 656) el valor de pCH final se determinoacute con el valor
de la primera derivada (pCHpp= 812) de la Figura 18 (punto de inicio de
precipitacioacuten del PrCl3XH2O)
4 5 6 7 8 9 10
025
030
035
040
045
050
055
060
pCH
Ab
so
rban
cia
-01
00
01
02
03
04
05
06
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
69
Figura 19 Curva de valoracioacuten potenciomeacutetrica directa de 25x10-4 M del praseodimio en presencia de la 2HPβCD con 25x10-3 de NaOH en 2 M de NaClO4 a 30 degC en atmosfera libre de CO2 y primera
derivada de la curva Detalle central (zona no saturada)
Con estos dos valores se determinoacute el intervalo de la zona no saturada que se
muestra en el detalle central de la Figura 19 empleado para el caacutelculo de la
primera constante de hidrolisis del praseodimio y del complejo del praseodimio en
presencia de la 2HPβCD
610 Refinamientos
A partir del detalle central de la Figura 19 (zona no saturada) los datos de
volumen pCH concentracioacuten del titulado y titulante y un modelo quiacutemico propuesto
con la estequiometria se alimentaron al programa de computo SUPERQUAD y
mediante refinamiento computacional se determinaron los valores de la constante
de hidrolisis de las especies quiacutemicas del praseodimio y del complejo de inclusioacuten
Pr-2HPβCD que se muestran en la Tabla 13
0 5 10 15 20
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
ml adicionados de NaOH
pC
H
0
2
4
6
8
10
00 01 02 03 04 05 06 07
64
66
68
70
72
74
76
78
80
82
pC
H
ml adicionados de NaOH
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
70
Tabla 13 Constantes de hidroacutelisis del Pr y el pCH de precipitacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 M de NaClO4 obtenidos mediante meacutetodo potenciomeacutetrico y el programa SUPERQUAD a
30 degC
Equilibrio Quiacutemico
logβ1
POTENCIOMETRICO
(SUPERQUAD)
Intervalo
(pCH)
No
puntos
ESPECTROFOTOMETRICO
pCH de pp
Meacutetodo GRAFICO
Pr3++ H2O Pr(OH)2++ H+ -862plusmn0007 656-812 33 812
Pr(OH)2++H2O Pr(OH)2++H+ -1710plusmn003
Pr(OH)2++H2O Pr(OH)3+H+ -2586plusmn001
Pr3++2HPβCD+H2O Pr-
2HPβCD-(OH)2++H+
-509plusmn007
En la Tabla 13 anterior se muestra el valor de pCH de precipitacioacuten obtenido por el
meacutetodo espectrofotomeacutetrico (meacutetodo graacutefico) que fue de 812 Los valores de las
constantes de hidrolisis de las especies quiacutemicas del praseodimio fueron-
logβ1OH=-862plusmn0007-logβ22OH=-1710plusmn003-logβ33OH=-2586plusmn001 y del complejo
de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-509plusmn007 obtenidos por el meacutetodo
potenciomeacutetrico empleando el programa de computo SUPERQUAD
71
______________________________
CONCLUSIONES
______________________________
CONCLUSIONES
72
CONCLUSIONES
bull Se observaron 3 zonas de absorcioacuten caracteriacutesticas del praseodimio
situadas a una longitud de onda de 215 nm 3 bandas de absorcioacuten en 444
nm 469 nm y 482 nm y en 5885 nm se determinaron para cada banda las
rectas de calibracioacuten
bull Se demostroacute la inclusioacuten del praseodimio en la 2HPβCD y el efecto de la
radiacioacuten gamma en los reactivos (PrCl3XH2O 2HPβCD) y el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD satisfactoriamente mediante las diferentes teacutecnicas de
caracterizacioacuten y anaacutelisis empleadas (MEB UV-Vis DRX Espectroscopia
Infrarrojo y Espectroscopia Raman)
bull El efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-β-ciclodextrina (Pr-2HP-β-CD) mostroacute que en el intervalo de
dosis de 1-500 Gy no sufren cambios Sin embargo cuando es irradiado a
5000 y 10 000 Gy se observaron ligeros cambios Esto se puede deber a
que probablemente el complejo empieza a descomponerse
bull La solubilidad de complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta en funcioacuten del
aumento de la temperatura
bull Conforme el tiempo va aumentando la solubilidad de complejo de inclusioacuten
Pr-2HPβCD aumenta
bull El valor de la primera constante de hidrolisis del praseodimio obtenido fue-
logβ1OH=-862plusmn0007 y del complejo de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-
509plusmn007
73
______________________________
RECOMENDACIONES
______________________________
RECOMENDACIONES
74
bull El complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se debe preparar con diferentes
meacutetodos para elegir el maacutes adecuado de acuerdo a su rendimiento
quiacutemico y asegurar su formacioacuten
bull Comparar la zona no saturada de complejo de Inclusioacuten del Pr-2HPβCD
Pr-2βCD y la del praseodimio sin complejo para observar el efecto de la
solubilidad y estabilidad
bull Determinar las constantes de hidrolisis del praseodimio y del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD irradiado con radiacioacuten gamma de Co60 y comparar
con la de complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD no irradiado
75
______________________________
GLOSARIO
______________________________
GLOSARIO
76
GLOSARIO
1 Absorbancia
Se define como la relacioacuten (logariacutetmica) entre la intensidad de la luz que incide
sobre una muestra y la intensidad de esa misma luz que es transmitida a traveacutes de
esa muestra Cuando una luz de una longitud de onda determinada seleccionada
por un filtro incide sobre una muestra parte de esa luz es absorbida La luz no
absorbida pasa a traveacutes de la muestra y es recogida por un detector colocado en
el otro lado del pocillo de la micro placa frente a la fuente de luz
2 Algoritmo de Marquadt
Es un proceso iterativo de convergencia que a traveacutes de la teacutecnica de los miacutenimos
cuadrados ponderados permite encontrar los paraacutemetros de las ecuaciones de
funciones no lineales
3 Complejo de inclusioacuten
Mezcla cristalina en la que las moleacuteculas de un componente estaacuten contenidas
dentro de la red cristalina del otro
4 Confinamiento de residuos
Lugar totalmente seguro controlado y construido con el propoacutesito de disponer
residuos peligrosos instalados en un lugar retirado de la poblacioacuten con el objetivo
de disminuir riesgos de caraacutecter natural y humano
5 Curva de calibracioacuten
Representacioacuten graacutefica de una sentildeal que se mide en funcioacuten de la concentracioacuten
de un analito La calibracioacuten incluye la seleccioacuten de un modelo para estimar los
paraacutemetros que permitan determinar la linealidad de esa curva Y en
consecuencia la capacidad de un meacutetodo analiacutetico para obtener resultados que
sean directamente proporcionales a la concentracioacuten de un compuesto en una
muestra dentro de un determinado intervalo de trabajo
GLOSARIO
77
6 Desechos radiactivos
Residuo o subproductos que contiene varios elementos quiacutemicos radiactivos que
no tiene un fin praacutectico
7 Especies quiacutemicas
En quiacutemica el teacutermino especie quiacutemica se usa comuacutenmente para referirse de
forma geneacuterica a aacutetomos moleacuteculas iones radicales etc que sean el objeto de
consideracioacuten o estudio
8 Estabilidad
Una sustancia es estable si no es particularmente reactivo en el ambiente o
durante uso normal y mantiene sus propiedades uacutetiles en la escala de tiempo de
su durabilidad esperada y por lo que se dice que el material es inestable si se
corroe descompone polimeriza quema o explota bajo las condiciones anticipadas
de uso o condiciones ambientales normales
9 Fisioacuten nuclear
Reaccioacuten en la cual un nuacutecleo se bombardea con neutrones se convierte en
inestable y se descompone en dos nuacutecleos y tamantildeos son del mismo orden de
magnitud con gran desprendimiento de energiacutea y la emisioacuten de dos o tres
neutrones los cuales a su vez ocasionar maacutes fisiones al interaccionar con nuevos
nuacutecleos fisionables que emitiraacuten nuevos neutrones y asiacute sucesivamente
10 Fuerza ioacutenica
Propiedad de una solucioacuten que depende de la concentracioacuten total de iones en la
solucioacuten asiacute como de la carga de dichos iones
11 Isoacutetopo
Nucleiacutedos pertenecientes a un mismo elemento quiacutemico pero que se diferencian
entre el nuacutemero de neutrones de cada uno
GLOSARIO
78
12 Lenguaje fortran
Es un lenguaje de programacioacuten de alto nivel de propoacutesito general procedimental
e imperativo que estaacute especialmente adaptado al caacutelculo numeacuterico y a la
computacioacuten cientiacutefica
13 Lgi-01 TRANSELEKTRO (LGI-01)
Equipo de irradiacioacuten integrado por un cuerpo ciliacutendrico de plomo que sirve de
blindaje una jaula ciliacutendrica que contiene los laacutepices de Co60 un eacutembolo moacutevil con
una cavidad (caacutemara de exposicioacuten) una consola de mando y un cronoacutemetro para
establecer el tiempo de irradiacioacuten La caacutemara de exposicioacuten alberga a las
muestras para la irradiacioacuten un sistema electromecaacutenico baja el depoacutesito de las
muestras hasta la fuente de radiacioacuten que consta de 48 laacutepices de los cuales 12
contiene Co60 y el resto estaacuten vaciacuteos
14 Longitud de onda
Es la distancia real que recorre una perturbacioacuten (onda) en un determinado
intervalo de tiempo Ese intervalo de tiempo es el transcurrido entre dos maacuteximos
consecutivos de alguna propiedad fiacutesica de la onda
15 Medio acuoso
Medio o disolucioacuten acuosa se refiere a que una mezcla de disolventes el
disolvente mayoritario es agua Las disoluciones acuosas tienen una gran
importancia en la biologiacutea desde los laboratorios de ciencia baacutesica hasta la
quiacutemica de la vida pasando por la quiacutemica industrial Por la vasta cantidad y
variedad de sustancias que son solubles en agua esta se denomina a veces
disolvente universal
16 pCH
Es el logaritmo inverso de la concentracioacuten de los iones hidroacutegeno
17 pH
Es una medida del pH experimental de este trabajo
GLOSARIO
79
18 Precursores
Sustancia indispensable o necesaria para producir otra mediante los compuestos
quiacutemicos que constituyen una primera etapa en un proceso quiacutemico y actuacutean
como sustrato en las etapas posteriores
19 Radiacioacuten gamma
Es un tipo de radiacioacuten electromagneacutetica constituida por fotones se produce por
elementos radiactivos o procesos subatoacutemicos como la aniquilacioacuten de un par
positroacuten-electroacuten Los rayos gamma constituyen un tipo de radiacioacuten ionizante
capaz de penetrar en la materia maacutes profundamente que la radiacioacuten α y la β
pueden causar graves dantildeos a las ceacutelulas se usan para esterilizar equipos
meacutedicos y alimentos
20 Reacciones de hidroacutelisis
Reacciones quiacutemicas entre una moleacutecula de agua y cualquier otra especie
quiacutemica en la cual la moleacutecula de agua se divide y sus aacutetomos forman parte de
otra especie quiacutemica
21 Relacioacuten molar
Factor de conversioacuten cuyo fin es convertir en una reaccioacuten quiacutemica la cantidad de
moles de una sustancia a la cantidad correspondiente de moles de otra sustancia
La sustancia de partida se expresa en gramos y la sustancia deseada en moles
22 Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Se denomina valoracioacuten espectrofotomeacutetrica al procedimiento por el cual se
determina el punto final de una titulacioacuten utilizando las medidas de absorbancia a
una longitud de onda fija Para simplificar la teacutecnica se selecciona una longitud de
onda donde solamente uno de los componentes de la muestra absorba
80
______________________________
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IacuteNDICE
XVII
IacuteNDICE DE FIGURAS
Figura 1 Estructura de α β y γ ciclodextrinas 25
Figura 2 2HPβCD 28
Figura 3 Ilustracioacuten de un diagrama general de pLn(c)-pCH 36
Figura 4 Ilustracioacuten de una valoracioacuten potenciomeacutetricas directa con su primera
derivada (∆pCH∆V) 37
Figura 5 Diagrama de flujo 44
Figura 6 Espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes concentraciones en
presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina 55
Figura 7 Rectas de calibracioacuten de las bandas de absorcioacuten del praseodimio en
presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina 56
Figura 8 Espectro de absorcioacuten UV-Vis del praseodimio a concentracioacuten
constante en presencia de la 2HPβCD a diferentes concentraciones 57
Figura 9 Espectro UV-Vis de las muestras irradiadas en solucioacuten del complejo Pr-
2HPβCD PrCl3 y 2HPβCD 58
Figura 10 Imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las muestras a)
2HPβCD b) 2HPβCD irradiada c) PrCl3XH2O d) PrCl3XH2O irradiada e) Pr-
2HPβCD y f) Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy 59
Figura 11 Difraccioacuten de rayos X de PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD 61
Figura 12 Espectros de infrarrojo de las muestra 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD 62
Figura 13 Espectros Raman de la muestra PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD 63
Figura 14 Efecto de temperatura en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD 64
Figura 15 Efecto de tiempo en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD 65
Figura 16 Recta de calibracioacuten del pCH como una funcioacuten del pH en el medio 2 M
de NaClO4 66
Figura 17 Espectros de absorcioacuten UV-Vis de la valoracioacuten espectrofotomeacutetrica del
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con NaOH 00025 M en el medio 2M de
NaClO4 67
IacuteNDICE
XVIII
Figura 18 Curva de valoracioacuten espectrofotomeacutetrica (absorbancia en funcioacuten del
pCH) y la primera derivada del praseodimio en presencia de la 2HPβCD a longitud
de onda de 210 nm 68
Figura 19 Curva de valoracioacuten potenciomeacutetrica directa de 25x10-4 M del
praseodimio en presencia de la 2HPβCD con 25x10-3 de NaOH en 2 M de NaClO4
a 30 degC en atmosfera libre de CO2 y primera derivada de la curva 69
IacuteNDICE
XIX
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Propiedades fisicoquiacutemicas de los diferentes tipos de ciclodextrinas
naturales 26
Tabla 2 Reacciones de hidroacutelisis del praseodimio y constantes de equilibrio 29
Tabla 3 Datos de la literatura sobre la primera constante de hidroacutelisis (log β1) del
praseodimio 31
Tabla 4 Diferentes concentraciones de praseodimio con 2HPβCD constante para
determinar las curvas de calibracioacuten 46
Tabla 5 Relaciones molares 2HPβCD Pr 47
Tabla 6 Dosis de irradiacioacuten de Co60 aplicadas a las muestras en solucioacuten y
soacutelidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 2HPβCD y PrCl3 XH2O en la
instalacioacuten VICKRAD y GAMMACELL del irradiador LGI-01 TRANSELEKTRO del
ININ 48
Tabla 7 Cantidad de complejo solubilizado a diferentes temperaturas en 2 ml de
agua destilada 51
Tabla 8 Cantidades de complejo Pr-2HPβCD y agua destilada en cada tubo de
ensaye 51
Tabla 9 Ecuaciones de calibracioacuten del praseodimio en presencia de la 2-
hidroxipropil-β-ciclodextrina obtenidos por UV-Vis 56
Tabla 10 Anaacutelisis EDS de las muestras de PrCl3 2-HPβCD y Pr-2HPβCD 60
Tabla 11 Grupos funcionales del PrCl3XH2O 2HPβCD y del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD 62
Tabla 12 Mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de 2 M de
NaClO4 66
Tabla 13 Constantes de hidroacutelisis del Pr y el pCH de precipitacioacuten en el complejo
de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 M de NaClO4 obtenidos mediante meacutetodo
potenciomeacutetrico y el programa SUPERQUAD a 30 degC 70
ABREVIATURAS
XX
ABREVIATURAS
Pr praseodimio
2HPβCD 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
CDs Ciclodextrinas
CD Ciclodextrina
Ln Lantaacutenidos
Pr-2HPβCD praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Pr-2βCD praseodimio-2-βeta-ciclodextrina
CGT ciclomaltodextrin-glucano-transferasa
TP Titulacioacuten potenciomeacutetrica
ES Titulacioacuten espectrofotomeacutetrica
RE Relacioacuten empiacuterica
ED Extraccioacuten con disolvente
MEB Microscopiacutea electroacutenica de barrido
EDS Espectroacutemetro de dispersioacuten de energiacutea de rayos X
UV-VIS Ultravioleta-Visible
DRX Difraccioacuten de rayos X
IR Infrarrojo
EDTA Acido tetracetico etilen diamina
Co60 Cobalto-60
JCPDS Joint Committee On Powder Diffraction Standards
M Molaridad
21
______________________________
CAPIacuteTULO I
INTRODUCCIOacuteN
______________________________
CAPIacuteTULO I INTRODUCCIOacuteN
22
1 INTRODUCCIOacuteN
El praseodimio pertenece al grupo de los lantaacutenidos que muestran propiedades
quiacutemicas muy similares entre ellos derivadas de su configuracioacuten electroacutenica
caracterizados por la presencia de orbitales 4f parcialmente llenos Incluso se
consideran parecidos al grupo de los elementos actiacutenidos El praseodimio es un
elemento metaacutelico con siacutembolo Pr nuacutemero atoacutemico 59 y peso atoacutemico 140907
gmol El isoacutetopo estable 141Pr constituye el 100 del elemento en la naturaleza
Este lemento puede ser encontrado en ceramicos para dar el color amarillo En
mezcla con otros lantanidos se usan como proyectores de luz Su uso sigue
aumentando debido al hecho de que es uacutetil para producir magnetos de alto poder
entre otros Sobre todo se esta empleando en la mitigacioacuten de cancer Es
peligroso en el ambiente cuando se tiran estos dispositivos despues de cumplir su
funcioacuten por lo que se acumularaacute gradualmente en los suelos y en el agua De ahiacute
la importancia de estudiar las reacciones de hidrolisis
La utilizacioacuten de la 2 hidroxipropil-β-ciclodextrina (2HPβCD) en este trabajo de
investigacioacuten es fundamental debido a que es un agente de formacioacuten de
complejos de inclusioacuten para aumentar la solubilidad acuosa debido a que las
ciclodextrinas (CDs) se comportan como nano contenedores capaces de
encapsular moleacuteculas hidroacutefobas de tamantildeo apropiado y solubilizarlas en agua
propiedad que se aprovecha para determinar las constantes de hidroacutelisis del
praseodimio
Por lo cual el objetivo principal de este trabajo de investigacioacuten y en ausencia de
datos fundamentales de la interaccioacuten Ln3+-CDs sustituidas fue preparar el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Ademaacutes determinar el pCH de precipitacioacuten la
zona no saturada y saturada del Pr-2HPβCD que permiten determinar la constante
de hidroacutelisis del complejo de inclusioacuten praseodimio-2hidroxipropil-β-ciclodextrina
(Pr-2HPβCD) en medio 2 M de NaClO4 a 303 K por titulacioacuten espectrofotomeacutetrica
y potenciomeacutetrica
23
______________________________
CAPIacuteTULO II
FUNDAMENTO
______________________________
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
24
2 FUNDAMENTO
21 LOS LANTANIDOS
Los lantaacutenidos (tierras raras) forman un grupo de 17 elementos quiacutemicos que
muestran propiedades singulares derivadas de su configuracioacuten electroacutenica Estaacuten
caracterizados por la presencia de orbitales 4f parcialmente llenos [1] Los
nuacutemeros atoacutemicos de estos elementos van de 41 hasta 71 (Ce-Lu)
La configuracioacuten electroacutenica de los iones Ln3+ es 4fn5s25p6 (n= 0-14) Los orbitales
4f son orbitales internos con respecto a los 5s y 5p por lo cual estaacuten maacutes
cercanos al nuacutecleo Los orbitales 5s y 5p protegen a los electrones 4f de
interacciones externas determinando las propiedades de los iones Ln3+ [1] o
conducta quiacutemica debido a la pequentildea diferencia de energiacutea que distingue a los
electrones 4f de los electrones 5d [23]
Las tierras raras como grupo constituyen el 0008 en peso de la corteza
terrestre Los minerales que contienen lantaacutenidos son la monacita la bastnasita
la xenotima la gadolinita la alanita y la euxenita los cuales ocurren en las
regiones de rocas iacutegneas [4]
Los elementos de las tierras raras en soluciones acuosas son acuocationes que
tienen asociado un cierto nuacutemero de moleacuteculas de agua en la esfera de
coordinacioacuten primaria [1] Las aplicaciones de los lantaacutenidos se iniciaron
praacutecticamente a mediados del siglo XIX por ejemplo en los encendedores
despueacutes empezaron a utilizarse en los vidrios oacutepticos como reactivos de
desplazamiento en resonancia magneacutetica nuclear en quiacutemica orgaacutenica en
bioquiacutemica en cataacutelisis en componentes oacutepticos y electroacutenicos en los
superconductores de alta temperatura y en medicina como materiales
intensificadores de rayos X como agentes de relajamiento para teacutecnicas de
imagen en resonancia magneacutetica nuclear y desde luego como radioisoacutetopos para
aplicaciones farmaceacuteuticas Su utilidad en medicina y en la industria aumentoacute al
aplicarse las propiedades luminiscentes de sus complejos en el
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
25
fluoroinmunoensayo la fluorescencia retardada los electrodos sensoriales
luminiscentes etc [5]
22 PRASEODIMIO
El praseodimio metaacutelico (siacutembolo Pr No Atoacutemico 59) es amarillento y forma una
capa de oacutexido cuando se expone al aire huacutemedo Es un isotopo estable con masa
de 140907 y abunda en la naturaleza en un 100 [6] fue descubierto por el
austriaco Auer Von Welsbach en 1885 [7] Este elemento tiene dos estados de
oxidacioacuten +3 y +4 El Pr3+ con configuracioacuten electroacutenica [54Xe]4f2 Presenta
propiedades fisicoquiacutemicas que pueden magnificarse al formar complejos con
ligantes orgaacutenicos El ion metaacutelico luminece en el visible y en el infrarrojo cercano
[68 y 9]
23 CICLODEXTRINAS (CDs)
La celulosa y el almidoacuten son dos poliacutemeros de glucosa principales que se
producen a partir de la fotosiacutentesis considerados como importantes fuentes de
energiacutea renovables de la tierra al hidrolizarse el almidoacuten por efecto de la enzima
ciclomaltodextrin-glucano-transferasa (CGT) da origen a las dextrinas ciacuteclicas Por
lo tanto las ciclodextrinas son oligoacutemeros ciacuteclicos [1011] se obtienen durante la
degradacioacuten enzimaacutetica del almidoacuten y consisten en una serie de oligosacaacuteridos
ciacuteclicos formados por 6 (α) 7 (β) y 8 (γ) unidades de α-D-glucosa (Figura 1)
[1213] poseen estructura semejante entre ellas pero sus propiedades son
diferentes (Tabla 1)
Figura 1 Estructura de α β y γ ciclodextrinas
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
26
Tabla 1 Propiedades fisicoquiacutemicas de los diferentes tipos de ciclodextrinas naturales [11]
α-CD β-CD γ-CD
Uniones de glucosa 6 7 8 Diaacutemetro interno (nm) 047-053 060-065 075-083 Profundidad de la cavidad (nm)
079 079 079
pK valor 123 122 121 Solubilidad en agua 125 185 232 PM (DA) 972 1135 1297 Volumen de cavidad (aprox)
174 262 427
Agua cristalina ( ww) 102 133-45 813-177 Interaccioacuten hidrofoacutebica CD-cavidad CD-cavidad CD-cavidad Puente de hidrogeno Glucosa-OH Glucosa-OH Glucosa-OH ∆Hdeg (solucioacuten) kcalmol 767 831 773 ∆Sdeg (solucioacuten) cal(mol K) 138 117 147
(mg mml-1 25deg C) (106 pm3)
Las ciclodextrinas como materiales polihidroxilados han sido objeto de una amplia
variedad de reacciones La reaccioacuten maacutes estudiada es el ataque electrofiacutelico al
grupo OH de su estructura [14] La cavidad interior de las ciclodextrinas es
hidrofobica por lo que estos compuestos son capaces de albergar moleacuteculas
hidroacutefobas maacutes pequentildeas para formar complejos ldquoanfitrioacuten-hueacutespedldquo en los que la
moleacutecula hueacutesped queda encapsulada por la ciclodextrina [1315] De acuerdo a
estas caracteriacutesticas son capaces de formar complejos de inclusioacuten por medio de
enlaces no covalentes los cuales estabilizan a una gran variedad de moleacuteculas
[16] Las ciclodextrinas pueden formar compuestos cristalinos a partir de
moleacuteculas orgaacutenicas hueacutesped en estado soacutelido liacutequido e incluso gaseoso En
consecuencia las moleacuteculas insolubles en agua pueden llegar a ser
completamente solubles mediante un tratamiento con disoluciones acuosas de
ciclodextrina sin que se produzca modificacioacuten quiacutemica alguna en la moleacutecula
hueacutesped ya que no se origina ninguacuten enlace covalente durante la interaccioacuten
entre la ciclodextrina y la moleacutecula insoluble en agua [1315]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
27
La importancia que las ciclodextrinas estaacuten cobrando en la actualidad se observa
en el raacutepido desarrollo de su mercado sobre todo en el constante nuacutemero de
trabajos de investigacioacuten patentes y conferencias que estaacuten teniendo lugar en
estos uacuteltimos antildeos [17] el mayor porcentaje de ciclodextrinas usadas
comercialmente corresponde a la alimentacioacuten [18] y a la cosmeacutetica y aseo
personal [19] Las ciclodextrinas se utilizan para enmascarar olores y sabores
desagradables disminuyen la incompatibilidad faacutermaco-excipiente mejoran la
estabilidad fiacutesica y quiacutemica de compuestos volaacutetiles y de principios activos que
sean hidrolizables oxidables o fotosensibles para convertir faacutermacos liacutequidos en
soacutelidos para su formulacioacuten en tabletas y una muy importante para incrementar la
solubilidad en agua y la velocidad de disolucioacuten de faacutermacos poco solubles
Factores que aumentaraacuten la biodisponibilidad existiendo la posibilidad de reducir
la dosis asiacute como mejorar la absorcioacuten percutaacutenea y rectal al reducirse el caraacutecter
hidrofoacutebico del faacutermaco [20]
Se puede mejorar la solubilidad de determinados compuestos como el retinol
empleado en formulaciones anti-envejecimiento al tiempo que los complejos con
ciclodextrina son maacutes estables a la reaccioacuten de oxidacioacuten y a la accioacuten de la
radiacioacuten ultravioleta Sin embargo es indudable que el mayor esfuerzo en
investigacioacuten estaacute relacionado con su potencial aplicacioacuten farmaceacuteutica [2122]
24 β-CICLODEXTRINA
La beta ciclodextrina es la maacutes empleada por sus caracteriacutesticas y propiedades de
estructura que presenta Las ciclodextrinas se forman mediante unidades de
glucopiranosa las cuales contienen 3 grupos de hidroxilos libres cada una la β-
ciclodextrina (Figura 1) posee 21 hidroxilos los cuales pueden ser modificados por
sustitucioacuten de los aacutetomos H u OH por diferentes grupos tales como hidroxialkil
amino alquil etc A partir de las CDs naturales se han sintetizado otros tipos de
CDs llamadas derivadas o modificadas El objetivo de obtener los derivados de las
CDs puede ser el aumento de solubilidad y estabilidad en el agua o mejorar la
encapsulacioacuten de la moleacutecula hueacutesped en su cavidad hidrofobica de la CD
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
28
25 2-HIDROXIPROPIL-β-CICLODEXTRINA
Entre los derivados de la β-ciclodextrina se encuentran las heterogeacuteneas amorfas
y altamente solubles como son la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Figura 2) y la
metil- β-ciclodextrina
La hidroxilpropil beta ciclodextrina (2HPβCD) que es una ciclodextrina sustituida
se obtiene de una solucioacuten base de la beta ciclo dextrina solubilizada con oacutexido de
propileno resultando un sistema isomerico cuya sustitucioacuten puede darse en las
posiciones 1 2 o 3 con solubilidad mayor a 500 mgmL en agua y a temperatura
ambiente La alquilacioacuten o hidroxialquilacioacuten de las ciclodextrinas afectan las
propiedades fisicoquiacutemicas de los derivados incluyendo la habilidad para formar
complejos farmaceacuteuticos y no es toacutexica despueacutes de una administracioacuten oral en
dosis menores a 500 mgkg por viacutea intravenosa [24 25]
Figura 2 2HPβCD
La complejacioacuten del praseodimio con la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina se obtiene el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con el fin de observar la influencia de la
solubilidad y estabilidad del praseodimio
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
29
26 HIDROacuteLISIS
La hidroacutelisis es decir la reaccioacuten de una especie tal como un ion metaacutelico con
los iones del agua asiacute como las reacciones redox y la formacioacuten de complejos con
los iones carbonato son algunas de las reacciones criacuteticas que controlan el
comportamiento de los lantaacutenidos en soluciones acuosas [12] en donde las
moleacuteculas de la sustancia son divididas en el agua
Las reacciones de hidroacutelisis dependen fuertemente del medio en que se efectuacutean
como son la fuerza ioacutenica el pH del medio la concentracioacuten del elemento y la
temperatura son paraacutemetros que rigen esas reacciones
Las reacciones de hidroacutelisis del praseodimio se muestran a continuacioacuten asiacute como
su constante de equilibrio de acuerdo a la ley de accioacuten de masas (Tabla 2)
Tabla 2 Reacciones de hidroacutelisis del praseodimio y constantes de equilibrio
Equilibrio Quiacutemico Constante de equilibrio
1 1198751199033+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)2+ + 119867+ 1198701119867 =
[119875119903(119874119867)2+][119867+]
[1198751199033+]
2 119875119903 (119874119867)2+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)2+ + 119867+
11987012119867 =[119875119903(119874119867)2
+][119867+]
[119875119903 (119874119867)2+]
3 119875119903 (119874119867)2+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)3
0 + 119867+ 11987013119867 =
[119875119903(119874119867)3+][119867+]
[119875119903(119874119867)2+]
4 119875119903 (119874119867)119899minus1+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)119899
0 + 119867+ 1198701119899119867 =
[119875119903(119874119867)119899+][119867+]
[119875119903(119874119867)119899minus1+ ]
5 1198751199033+ + 2119867119875120573119862119863 + 1198672119874 1198751199032119867119875120573119862119863(119874119867)2+ + 119867+ 11987011199011199032119867119875119861119862119863 =[119875119903 minus 2119867119875120573119862119863]
[1198751199033+]
De acuerdo con la ley de accioacuten de masas se pueden definir las constantes de
equilibrio (K) como K1H K12H K13H K1nH y K1Pr2HBCD Y con base en ellas se
pueden definir las constantes globales o acumulativas de hidroacutelisis
β1OH = K1H β12OH = [K1H][K12H] β13OH = [K1H][K12H][K13H]helliphelliphellip
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
30
Se entiende como constantes de Broumlnsted a las ecuaciones de la ley de accioacuten de
masas en las cuales el teacutermino de H+ aparece como actividad y las demaacutes especies
aparecen en teacuterminos de concentracioacuten
Las reacciones de hidroacutelisis se afectan cuando cambian las condiciones en las que
se llevan a cabo Una de esas condiciones a la que se le ha puesto atencioacuten
aunque hasta ahora no la suficiente es la fuerza ioacutenica Por lo general los trabajos
dedicados a la determinacioacuten de las constantes de hidroacutelisis se han efectuado en
medios de fuerza ioacutenica baja consideradas como soluciones ideales
Sin embargo para los medios tales como el agua de mar y otros de fuerza ioacutenica
maacutes elevada por ejemplo las minas de sal para almacenamiento de desechos
radiactivos se encuentran pocos datos en la literatura [25]
27 FUERZA IOacuteNICA
El comportamiento de los iones en una disolucioacuten depende de la composicioacuten
ioacutenica total de la misma la cual se expresa por su fuerza ioacutenica [26]
119868 =1
2sum 119862119894119885119894
2 Ec 1)
Donde
I = fuerza ioacutenica Ci = concentracioacuten molar de los iones existentes y Z
i = carga
ioacutenica de los iones existentes
La caracteriacutestica fundamental de las sales que se adicionan a un medio para
imponer la fuerza ioacutenica es que sean inertes pues no deben tomar parte en el
equilibrio quiacutemico [27] El aacutecido percloacuterico es el aacutecido maacutes fuerte en solucioacuten
acuosa por lo tanto el ion perclorato es una base deacutebil maacutes que los iones cloruro
y muestra muy poca tendencia a unirse a iones hidroacutegeno Lo mismo puede
decirse acerca de su tendencia a reaccionar con iones metaacutelicos que pueden
considerarse como aacutecidos de Lewis En la mayoriacutea de los percloratos metaacutelicos en
solucioacuten el ion metaacutelico se encuentra en forma hidratada siempre y cuando la
solucioacuten sea suficientemente aacutecida para que no se produzca la formacioacuten de
hidroxo complejos [28]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
31
La fuerza ioacutenica juega un papel de gran importancia en el pH Feldman en 1956
observoacute que el pH de una solucioacuten buffer 005 M de ftalato aacutecido de potasio
cambioacute desde 400 en fuerza ioacutenica cero hasta 357 en fuerza ioacutenica 2 M de KCl
Feldman explicoacute que el pH disminuye debido a que el coeficiente de actividad
cambia y por lo tanto hay mayor disociacioacuten de ftalato aacutecido de potasio [29] En la
literatura se han reportado diversos estudios de las constantes de estabilidad del
praseodimio en fuerza ioacutenica 2M (Tabla 3) donde se han empleado diferentes
condiciones de temperatura fuerza ioacutenica y diferentes meacutetodos donde se han
obtenido valores diferentes de la constante de estabilidad del praseodimio
Tabla 3 Datos de la literatura sobre la primera constante de hidroacutelisis (log β1) del praseodimio
Medio Meacutetodo Molaridad Log +β1 T K Referencia
NaCl ESTP 2 -874plusmn006 303 De la Cruz et al 2013
NaCl ES 2 -894plusmn002 303 Loacutepez et al 2010 NaCl SQUAD 2 -894plusmn003 303 Gonzales et al
2009 NaCl SQUAD 2 -891plusmn019 303 Gonzales et al
2009 NaCl ES 2 -877plusmn003 303 Gonzales et al
2009 NaClO4 TP 2 -838plusmn002 303 Loacutepez et al2005
NaCl TP 2 -876plusmn002 303 Loacutepez et al2005 NaCl TP 1 -858plusmn002 303 Ramirez et al
2004 NaClO4HClO4 ESTP 07 -862plusmn006 298 Klungness y
byrne2002 LiClO4 TP 3 -874plusmn003 303 Ciavata et al
1989 NaClO4 TP 3 -956plusmn003 298 Burkov et al
1982 NR RE 0 -81 298 Baes y Mesmer
1976 LiClO4 ED 02 -71plusmn007 298 Guillaumont et
al 1971 NaClO4 Ba(OH)2
TP 03002 -945 298 Frlova et al 1966
NaClO4 LiClO4
TP 3 -85 298 Tobias y Garrett1956
TP Titulacioacuten potenciomeacutetrica ES Espectrofotomeacutetrica RE Relacioacuten empiacuterica ED Extraccioacuten con
disolvente T K Temperatura
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
32
Sin embargo solo se ha podido determinar el valor de la primera constante de
estabilidad en este estudio se pretende conocer el valor de varias especies
aprovechando el aumento de solubilidad que ofrecen las ciclodextrinas
28 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACIOacuteN
281 MICROSCOPIacuteA ELECTROacuteNICA DE BARRIDO (MEB)
La superficie de un soacutelido puesto en contacto con un liacutequido o con un gas difiere
sustancialmente en su interior tanto en su composicioacuten quiacutemica como en sus
propiedades fiacutesicas a la de la inicial La caracterizacioacuten de estas propiedades de
superficie es de vital importancia en numerosos campos que incluyen la cataacutelisis
heterogeacutenea la tecnologiacutea de partiacuteculas delgadas semiconductoras los
mecanismos de corrosioacuten y adhesioacuten la actividad de las superficies metaacutelicas las
caracteriacutesticas de la dureza y los estudios sobre el comportamiento y las funciones
de las membranas bioloacutegicas [30]
En muchos campos de la quiacutemica de las ciencias de los materiales de la geologiacutea
y de la biologiacutea es cada vez de maacutes importancia el conocimiento detallado de la
naturaleza fiacutesica de las superficies de los soacutelidos Normalmente la informacioacuten se
obtiene sobre las superficies con una resolucioacuten considerablemente elevada
mediante tres teacutecnicas la microscopia electroacutenica de barrido (MEB) microscopia
de barrido de efecto tuacutenel y microscopia de fuerzas atoacutemicas [31] El microscopio
electroacutenico de barrido (MEB) es un instrumento para obtener fotografiacuteas
tridimensionales debido a que tiene una alta resolucioacuten y una gran profundidad de
campo En las fotografiacuteas se puede apreciar la estructura de muestras
microscoacutepicas detallando de manera extraordinaria sus caracteriacutesticas
morfoloacutegicas y topograacuteficas [32] de distintos materiales
Un instrumento que se ha desarrollado para el anaacutelisis de muestras a traveacutes del
microscopio electroacutenico de barrido es el analizador EDS (espectroacutemetro de
dispersioacuten de energiacutea) de rayos X el cual identifica la distribucioacuten cuantitativa y
cualitativa de elementos quiacutemicos que se encuentran presentes en la muestra
mostrando graacuteficas e imaacutegenes relacionadas con esa distribucioacuten Es pertinente
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
33
sentildealar que el analizador EDS de rayos X identifica y evaluacutea el contenido de
elementos quiacutemicos desde el carbono al uranio en superficies planas o secciones
finas de las muestras en todo tipo de material (bioloacutegico e inerte) [33]
282 ESPECTROSCOPIA DE ABSORCION ULTRAVIOLETA-VISIBLE (UV-
VIS)
Una de las teacutecnicas instrumentales maacutes utilizadas en la deteccioacuten de complejos de
inclusioacuten con CDs es la espectroscopia de absorcioacuten UV-VIS Es una teacutecnica
versaacutetil de amplia aplicacioacuten de manejo sencillo y preciso Debido a que la
mayoriacutea de las moleacuteculas orgaacutenicas absorben en la regioacuten UV o visible del
espectro donde experimentan variaciones en las posiciones de los maacuteximos de
absorcioacuten (cualitativas) o en el valor del coeficiente de absorcioacuten molar
(cuantitativas) tras la formacioacuten del complejo con CDs Como existen numerosas
moleacuteculas orgaacutenicas deacutebilmente solubles en agua son difiacuteciles de analizar por
esta teacutecnica espectrofotomeacutetrica Sin embargo la inclusioacuten conlleva a la
solubilizacioacuten permitiendo obtener el espectro de absorcioacuten en solucioacuten acuosa
que podriacutea producir variaciones en su espectro en solventes de baja polaridad
comparables con respecto a otros solventes maacutes polares [34]
La espectroscopia UV-Vis (en el rango de longitudes de onda del ultravioleta y
visible) se basa en el anaacutelisis de la cantidad de radiacioacuten electromagneacutetica que
puede absorber o transmitir una muestra [35] Cuando la radiacioacuten
electromagneacutetica interacciona con la materia se produce absorcioacuten de radiacioacuten
Si la frecuencia de esta radiacioacuten corresponde a la energiacutea necesaria para elevar
el sistema a un nivel de energiacutea superior se produce el estado excitado [36] De
acuerdo con este fenoacutemeno cada sustancia poseeraacute una longitud de onda de
maacutexima absorcioacuten que la caracteriza cualitativamente [35] Esta
espectrofotometriacutea utiliza radiaciones del campo UV de 80 a 400 nm
principalmente de 200 a 400 nm (UV cercano) y de luz visible de 400 a 800 nm
por lo que es de gran utilidad para caracterizar las soluciones en la regioacuten
ultravioleta-visible del espectro [37]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
34
283 DIFRACCIOacuteN DE RAYOS X (DRX)
Es una de las teacutecnicas de caracterizacioacuten maacutes potentes y maacutes comuacutenmente
utilizadas para el anaacutelisis estructural de cristales Sus caracteriacutesticas principales
son consecuencia de ser una ldquosondardquo electromagneacutetica de la materia con una
longitud de onda de magnitud muy parecida al espaciado interplanar de los soacutelidos
[38] Constituye la metodologiacutea maacutes apropiada para realizar el anaacutelisis de la
estructura cristalina del complejo [39] No obstante los diagramas de difraccioacuten
son una prueba concluyente para demostrar la inclusioacuten ya que el difractograma
del complejo es diferente al que se obtiene tras superponer los difractogramas de
la moleacutecula encapsulada y el de las CDs aisladas [40]
La interaccioacuten entre el vector eleacutectrico de la radiacioacuten X y los electrones de la
materia que atraviesa da lugar a una dispersioacuten Cuando los rayos X son
dispersados por el entorno ordenado de un cristal tienen lugar interferencias
(constructivas y destructivas) entre los rayos dispersados ya que las distancias
entre los centros de dispersioacuten son del mismo orden de magnitud que la longitud
de onda de la radiacioacuten El resultado es la difraccioacuten [41] Cuando las CDs
naturales o el hueacutesped cristalino son sometidas a la difractometriacutea de rayos X
eacutestos presentan un patroacuten de difraccioacuten de alta intensidad debido a su
cristalinidad Por el contrario si el complejo de inclusioacuten se forma va a mostrar un
patroacuten de tipo halo [42] con picos difusos y anchos caracteriacutesticos de un
compuesto amorfo Esta teacutecnica es sumamente uacutetil para verificar la formacioacuten de
complejos de inclusioacuten en el caso de hueacutespedes liacutequidos En efecto ya que estos
no presentan ninguacuten patroacuten de difraccioacuten si son incluidos se va a obtener un
difractograma con un patroacuten bien definido [43]
284 ESPECTROSCOPIA DE INFRARROJO (IR)
La aplicacioacuten del meacutetodo de infrarrojo se limita a aquellos hueacutespedes que tienen
ciertas bandas de absorcioacuten caracteriacutesticas como los grupos carbonilo hidroxilo o
C-H u otros que permitan evaluar si existen diferencias entre los espectros del
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
35
hueacutesped libre y encapsulado [42] Cuando se produce la encapsulacioacuten del
compuesto hueacutesped se produce un corrimiento o disminucioacuten de la intensidad de
ciertas bandas caracteriacutesticas del espectro correspondiente al hueacutesped Sin
embargo dichos cambios son muy sutiles debido a que el hueacutesped representa un
5-10 del peso total del complejo por lo cual requiere una interpretacioacuten
cuidadosa del espectro [44]
285 ESPECTROSCOPIA RAMAN
La espectroscopia Raman mide la intensidad de la radiacioacuten como una funcioacuten de
la frecuencia (o del nuacutemero de onda) [45] Esta teacutecnica es complementaria del IR y
la informacioacuten que aporta es semejante Las bandas se desplazan y se modifican
como consecuencia del proceso de inclusioacuten [46] Los espectros Raman se
obtienen al irradiar una muestra con una potente fuente laser de radiacioacuten
monocromaacutetica visible o infrarroja Durante la radiacioacuten se registra el espectro de
la radiacioacuten dispersada en un cierto aacutengulo (por lo general 90 deg) con un
espectroacutemetro adecuado [47] Las bandas se desplazan y se modifican como
consecuencia del proceso de inclusioacuten Probablemente la espectroscopia Raman
resulta de mayor utilidad en el caso de complejos en medios liacutequidos donde la
presencia de soluciones acuosas no supone un obstaacuteculo como ocurre en el caso
de la espectroscopia IR [48]
29 TITULACIOacuteN ESPECTROFOTOMEacuteTRICA
El meacutetodo espectrofotomeacutetrico es un meacutetodo analiacutetico el cual por medio de un
espectrofotoacutemetro permite comparar la radiacioacuten electromagneacutetica de una
sustancia en funcioacuten de su concentracioacuten desconocida y una concentracioacuten
conocida de la misma sustancia y evaluar el momento de reaccioacuten de un aacutecido y
una base mediante la absorcioacuten de radiacioacuten electromagneacutetica de la sustancia a
cierta longitud de onda fija permite determinar el punto final de la titulacioacuten La
medicioacuten de absorbancia se realiza en cada adicioacuten del titulante asiacute se
construyen graficas de absorbancia en funcioacuten del pCH de cada aliacutecuota de adicioacuten
del titulante (Figura 3) donde se observara la zona saturada y no saturada Estas
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
36
dos zonas nos permitiraacuten determinar el punto de inicio de precipitacioacuten del
lantaacutenido
Figura 3 Ilustracioacuten de un diagrama general de pLn(c)-pCH
El punto de precipitacioacuten (pCH) se utiliza para delimitar el intervalo de la zona no
saturada Este intervalo se utiliza en un programa de coacutemputo como
SUPERQUAD que se emplea para determinar constantes de equilibrio
210 MEacuteTODO POTENCIOMEacuteTRICO
Es el meacutetodo maacutes estudiado para determinar constantes de hidroacutelisis por su
sencillez y exactitud el meacutetodo se basa en la titulacioacuten de una solucioacuten de
concentracioacuten conocida de base (o aacutecido) con un aacutecido fuerte (o base fuerte) la
reaccioacuten se puede seguir por ejemplo con electrodos de vidrio y calomel
conectados a un potencioacutemetro [49] de los datos obtenidos de la titulacioacuten se
construye una graacutefica de titulacioacuten de pH en funcioacuten del volumen adicionado del
titulante (Figura 4)
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
37
Figura 4 Ilustracioacuten de una valoracioacuten potenciomeacutetricas directa con su primera derivada (∆pCH∆V)
El teacutermino pH se aplica habitualmente al logaritmo inverso de la concentracioacuten del
ion hidronio sin embargo cuando la fuerza ioacutenica es alta y el electrodo del
indicador es sensible al pH es importante diferenciar entre el logaritmo inverso de
la concentracioacuten de los iones hidronio (pCH) y el valor del pH experimental La
concentracioacuten de los iones hidronio (o de OH-) en el equilibrio y la composicioacuten de
una solucioacuten dada permiten calcular la razoacuten molar de los iones OH- unidos al ion
metaacutelico en solucioacuten un grupo de valores de [H+] y la concentracioacuten inicial del
metal son los datos necesarios para determinar las constantes de hidroacutelisis [49]
Se alimentan los datos de la zona no saturada y volumen del titulante adicionado a
la valoracioacuten potenciomeacutetrica al programa de coacutemputo SUPERQUAD y asiacute poder
determinar las constantes de hidroacutelisis del Pr
211 PROGRAMA DE COacuteMPUTO SUPERQUAD
El programa de coacutemputo SUPERQUAD fue creado por Gans Sabatini y Vacca
escrito en lenguaje fortran calcula las constantes de equilibrio en sistemas
multicomponentes y multireaccionantes Esas constantes se calculan con la base
de un modelo quiacutemico el cual debe incluir la estequiometria y los valores
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
38
estimados de las constantes globales de formacioacuten de cada una de las especies
presentes durante la valoracioacuten Se aplica reiteradamente el meacutetodo de miacutenimos
cuadrados a las diferencias que se generan en los potenciales experimentales de
las celdas menos los calculados por el propio programa Para alcanzar el miacutenimo
de estas diferencias se aplica el algoritmo de Marquadt Por uacuteltimo en el archivo
de salida del programa SUPERQUAD se obtienen los valores calculados y un
anaacutelisis estadiacutestico de los datos [25]
39
______________________________
CAPIacuteTULO III
HIPOacuteTESIS
______________________________
CAPIacuteTULO III HIPOacuteTESIS
40
3 HIPOacuteTESIS
La 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina aumentaraacute la solubilidad del praseodimio de
esta manera permitiraacute determinar varias especies quiacutemicas de hidroacutelisis de este
elemento en medio 2 M de NaClO4 a 30 degC
41
______________________________
CAPIacuteTULO IV
OBJETIVOS
______________________________
CAPIacuteTULO IV OBJETIVOS
42
4 OBJETIVOS
Objetivo general
Estudiar el comportamiento quiacutemico en solucioacuten acuosa del compuesto de
inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por medio de la
determinacioacuten de las constantes de hidroacutelisis en 2 M de NaClO4 a 30 degC
Objetivos especiacuteficos
Obtener el compuesto de inclusioacuten del praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina
Determinar las constantes de la hidroacutelisis de las especies quiacutemicas de
praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en 2 M de
NaClO4 y a 30 degC por el meacutetodo espectrofotomeacutetrico y el meacutetodo
potenciomeacutetrico
Determinar la constante de hidroacutelisis del compuesto de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en 2 M de NaClO4 y a 30 degC
por el meacutetodo espectrofotomeacutetrico y el meacutetodo potenciomeacutetrico
43
______________________________
CAPIacuteTULO V
METODOLOGIacuteA
______________________________
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
44
5 METODOLOGIacuteA
El diagrama de flujo (Figura 5) muestra el resumen de las actividades del
desarrollo experimental que se siguioacute en el estudio del praseodimio en presencia
de la 2HPβCD
Figura 5 Diagrama de flujo
INICIO
Preparacioacuten de las soluciones de 2M de NaClO4 PrCl3xH2O 2HPβCD y
Pr-2HPβCD
Preparacioacuten de precipitados PrCl3H2O 2HPβCD y Pr-
2HPβCD
Irradiacioacuten Gamma
Caracterizacioacuten de reactivos y el complejo de
inclusioacuten
UV-Vis
MEB y EDS
DRX
EspectroscopiaIR
Espectroscopia Raman
Efecto de concentracioacuten
Solubilidad
Efecto de temperatura
Efecto de tiempo
Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Meacutetodo grafico
Valoraciones potenciomeacutetricas
Determinacioacuten de constantes
de hidroacutelisis con el programa de
coacutemputo SUPERQUAD
Anaacutelisis de
resultados
FIN
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
45
La descripcioacuten de cada una de las etapas de este diagrama se muestra
enseguida
Los reactivos empleados en este trabajo fueron de grado analiacutetico Para la
preparacioacuten de las soluciones y lavado del material del laboratorio se usoacute agua
destilada
51 Preparacioacuten de la solucioacuten de la 2-hidroxipropyl- βeta-ciclodextrina
La solucioacuten del derivado de la beta ciclodextrina se preparoacute a partir de la 2-
hydroxipropyl-βeta-ciclodextrina [(C6H9O5)7-(C3H7O)45] de peso molecular 1396
gmol (anhidro) de Sigma-Aldrich Chem Company Inc el cual se disolvioacute con
agua destilada y agitacioacuten constante La concentracioacuten fue de 02389 M
52 Preparacioacuten de solucioacuten de praseodimio
La solucioacuten de praseodimio se preparoacute a partir del oacutexido de praseodimio (Pr6O11)
de Sigma-Aldrich Chem Company Inc El oacutexido se tratoacute con HCl concentrado el
precipitado resultante se diluyoacute en agua destilada y se evaporoacute hasta sequedad
este proceso se hizo tres veces Finalmente se diluyoacute con una solucioacuten de HCl de
pH 3 Esta solucioacuten se valoroacute con EDTA naranja de xilenol y piridina para
determinar la concentracioacuten la cual fue de 048 M
53 Preparacioacuten del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina
El complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina (Pr-
2HPβCD) se preparoacute a partir de las soluciones de la 2-hydroxipropyl-βeta-
ciclodextrina 02389 M y de la solucioacuten de praseodimio 048 M en la relacioacuten molar
11 La concentracioacuten del complejo de inclusioacuten fue de 0005 M Esta solucioacuten se
evaporoacute lentamente a sequedad en una parrilla de calentamiento Corning PC-351
Hot Plate-Stirrer durante 45 minutos El precipitado resultante se secoacute en una
estufa Lab Line Instruments Inc (Melrose Park Illinois) a 45-50degC durante 2
horas Varias fracciones de este precipitado se emplearon para determinar la
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
46
morfologiacutea la espectroscopia de infrarrojos difraccioacuten de rayos X y Raman
Tambieacuten se caracterizaron las muestras de PrCl3 XH2O y 2HPβCD
54 Determinacioacuten de las curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por UV-Vis
Para cuantificar praseodimio por espectrofotometriacutea UV-Vis se determinaron las
curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD para ello se
realizaron diluciones a diferentes concentraciones de PrCl3 XH2O manteniendo
constante la concentracioacuten de la 2HPβCD Los datos se muestran en la Tabla 4
Tabla 4 Diferentes concentraciones de praseodimio con 2HPβCD constante para determinar las curvas de calibracioacuten
Pr (ml) H2O
(ml)
2HPβCD
(ml)
Concentraciones
Pr2HPβCD [M]
00004 1999 2 00001 00025
00010 1998 2 000025 00025
00041 1995 2 0001 00025
00104 1989 2 00025 00025
00208 1979 2 0005 00025
00416 1958 2 001 00025
0104 1895 2 0025 00025
0260 1739 2 00625 00025
0520 1479 2 0125 00025
1041 0958 2 025 00025
125 075 2 03 00025
Las disoluciones se midieron en el espectroacutemetro UV-Vis marca Perkin Elmer
Lambda 10 en un intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
47
55 Estudio de la influencia de las relaciones molares de las soluciones del
complejo de inclusioacuten
Para determinar la influencia de la 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se prepararon las relaciones molares de PrCl3
XH2O y de 2HPβCD Los datos se muestran en la Tabla 5
Tabla 5 Relaciones molares 2HPβCD Pr
Relacioacuten 2HPβCDPr
2HPβCD (ml)
H2O (ml)
Pr (ml)
Concentraciones 2HPβCDPr [M]
051 0010 199 2 000125 00025
11 0020 1979 2 000250 00025
21 0041 1958 2 000500 00025
31 0062 1937 2 000750 00025
41 0083 1916 2 001000 00025
51 0104 1895 2 001250 00025
81 0167 1832 2 002000 00025
101 0209 1790 2 002500 00025
151 0313 1686 2 003750 00025
181 0376 1623 2 004500 00025
241 0502 1497 2 006000 00025
Las relaciones molares se prepararon a partir de las soluciones de PrCl3 XH2O
048 M y de la 2HPβCD 02389 M
Las disoluciones se midieron en el espectroacutemetro UV-Vis marca Perkin Elmer
Lambda 10 en un intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
56 Efecto de la Radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Para observar el efecto de la radiacioacuten gamma del Cobalto-60 (Co60) en el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se prepararon 6 soluciones de 10 ml del
complejo de inclusioacuten en relacioacuten molar 11 de concentracioacuten 0005 M de cada una
de ellas y soluciones de los reactivos PrCl3 XH2O y 2HPβCD en las mismas
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
48
condiciones Tambieacuten se prepararon 6 muestras soacutelidas de Pr-2HPβCD
(precipitado) PrCl3 XH2O y 2HPβCD de 02 g cada una
Cada una de estas muestras fue colocada en un vial de 20 ml luego se selloacute con
bolsa de plaacutestico y se irradiaron a diferentes dosis en el irradiador LGI-01
TRANSELEKTRO del ININ con una razoacuten de dosis de 103716 Gyh En la
posicioacuten de irradiacioacuten VICKRAD se colocaron tres muestras liacutequidas y tres
soacutelidas de la misma manera en la posicioacuten de irradiacioacuten GAMMACELL tres
muestras liacutequidas y tres soacutelidas En ambos casos cuando se alcanza la dosis
requerida (por ejemplo 1 Gy) una muestra se retira o se saca de la posicioacuten de
irradiacioacuten y asiacute sucesivamente se continuacutea hasta alcanzar la dosis maacutexima de
irradiacioacuten requerida Los datos se muestran en la Tabla 6
Tabla 6 Dosis de irradiacioacuten de Co60 aplicadas a las muestras en solucioacuten y soacutelidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 2HPβCD y PrCl3 XH2O en la instalacioacuten VICKRAD y GAMMACELL del irradiador
LGI-01 TRANSELEKTRO del ININ
1ra Serie Instalacioacuten VICKRAD
No Muestras soacutelidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
No Muestras liacutequidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
1 (a) 1 Gy 4 (1i) 1 Gy 2 (b) 10 Gy 5 (2i) 10 Gy
3 (c) 100 Gy 6 (3i) 100 Gy
2da Serie Instalacioacuten GAMMACELL
No Muestras soacutelidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
No Muestras liacutequidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
1 (d) 05 KGy 4 (4i) 05 KGy
2 (e) 5 KGy 5 (5i) 5 KGy
3 (f) 10 KGy 6 (6i) 10 KGy
Las muestras liacutequidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD PrCl3-XH2O y
2HPβCD irradiadas se evaporaron a sequedad para realizar el anaacutelisis de
caracterizacioacuten
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
49
57 Caracterizacioacuten del compuesto de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina
571 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB)
Para realizar este anaacutelisis se emplearon fracciones de cada uno de los reactivos
PrCl3 XH2O 2HPβCD el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD irradiado Cada una de las fracciones se colocaron en un
porta muestras de aluminio Se recubrieron con una capa de oro para que las
muestras fueran conductoras El anaacutelisis morfoloacutegico se realizoacute en un microscopio
JSM-1600 y JSM-6610LV acoplados a una sonda de espectroscopia de difraccioacuten
de rayos X con el software de los equipos se obtuvo el anaacutelisis elemental
realizado por EDS (Energy Dispersion of X ray Espectrosocopy) que proporcionoacute
informacioacuten cualitativa y cuantitativa de las muestras analizadas
572 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX)
Este anaacutelisis se realizoacute con el difractoacutemetro de polvos SIEMENS D-5000 con
aacutenodo de cobre λ = 15406 Ǻ y un barrido de 25-80 en 2ɵ Para ello se colocaron
en un porta muestras fracciones de cada una de las muestras PrCl3 XH2O
2HPβCD Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado En cada una de estas muestras se
hizo incidir un haz de rayos X De esta manera se obtuvieron graacuteficas de
intensidad en funcioacuten del aacutengulo de difraccioacuten Los resultados se compararon con
las tarjetas de los patrones reportados por el Joint Committee on Powder
Diffraction Standards (JCPDS)
573 Anaacutelisis por espectroscopia de infrarrojo (IR)
Se realizoacute la espectroscopia de infrarrojo de las muestras de PrCl3 XH2O
2HPβCD Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado con el espectroacutemetro Nicolet
Magna-IRTM spectrometer 550 FTIR en un intervalo de 450-4000 cm-1 Las
muestras se prepararon con un estaacutendar de KBr mediante el meacutetodo de
dispersioacuten de pastilla para su anaacutelisis
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
50
574 Anaacutelisis por espectroscopia Raman
Se realizoacute la espectroscopia Raman de las muestras de PrCl3 XH2O 2HPβCD
Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado con el equipo Raman LabRamHR JovynIvon-
Horiba Una fraccioacuten de cada una de las muestras se colocaron en un porta
muestras conectado a un microscopio y se hizo incidir un rayo laacuteser de un
microacutemetro de diaacutemetro Como resultado se obtuvo una graacutefica de intensidad
Raman contra el desplazamiento Raman Los espectros Raman de las muestras
fueron obtenidos en un intervalo de 0 a 1700 cm-1
58 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-βeta-ciclodextrina
581 Efecto de temperatura
En un tubo de ensaye se le adicionoacute 2 ml de agua destilada a 20 0C En un bantildeo
mariacutea a la temperatura de 20 0C se colocoacute el tubo de ensaye con 2 ml de agua
destilada y se le adicionoacute poco a poco la muestra del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD (05 g previamente pesada) Se agitoacute manualmente de manera
constante hasta observar la formacioacuten de precipitado (Pr-2HPβCD) en el fondo
del tubo de ensaye
Este proceso tambieacuten se realizoacute a las temperaturas de 35 42 50 y 60degC El
residuo del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD que ya no se adicionoacute en el tubo de
ensaye se pesoacute y por diferencia con el peso inicial (05 g) se determinoacute los
gramos solubilizados del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Los datos se
muestran en la Tabla 7
Con los resultados obtenidos se graficoacute la temperatura en funcioacuten de la cantidad
de complejo de inclusioacuten solubilizado
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
51
Tabla 7 Cantidad de complejo solubilizado a diferentes temperaturas en 2 ml de agua destilada
Pr-2HPβCD (g)
H2O
(ml)
Temp (degC) del H2O
Pr-2HPβCD solubilizados (g)
1 05 2 20 01866 2 05 2 35 02472 3 05 2 42 03014 4 05 2 50 03461 5 05 2 60 03628
582 Efecto del tiempo
En un tubo de ensaye se le adicionoacute 2 ml de agua destilada a temperatura
ambiente Se le adicionoacute la muestra del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD (01001
g previamente pesada) se registroacute el tiempo (inicial) y se agitoacute manualmente de
manera constante hasta observar la formacioacuten de precipitado (Pr-2HPβCD) en el
fondo del tubo de ensaye Se registroacute el tiempo (final) cuando el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD se solubilizoacute completamente Este proceso se realizoacute 5
veces La determinacioacuten del tiempo de solubilizacioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD es la diferencia entre el tiempo inicial y final Los datos se muestran en la
Tabla 8 Con los resultados obtenidos se graficoacute los gramos solubilizados del
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en funcioacuten del tiempo
Tabla 8 Cantidades de complejo Pr-2HPβCD y agua destilada en cada tubo de ensaye
Pr-2HPβCD
(g)
H2O
(ml) Tiempo (seg)
1 01001 2 161
2 01005 2 163
3 01011 2 167
4 01018 2 169
5 01026 2 170
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
52
59 Determinacioacuten de la curva de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4
Para corregir el pH experimental en el medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 se
preparoacute una solucioacuten de NaOH al 50 pesovolumen A partir de esta solucioacuten se
preparoacute una solucioacuten de hidroacutexido de sodio a una concentracioacuten de 1 N en una
caja de guantes con atmosfera de nitroacutegeno Esta solucioacuten se valoroacute con ftalato
aacutecido de potasio y fenolftaleiacutena para determinar su concentracioacuten Con esta
solucioacuten de NaOH 1 N se prepararon soluciones de 01 001 y 0001 M y a estas
mismas concentraciones con HCl 1N titrisol ambas en medio de fuerza ioacutenica 2 M
de NaClO4 La medicioacuten de pH de estas soluciones (pH experimental) se
realizaron con un electrodo de vidrio AgClAg Radiometer XG200 con agitacioacuten
constante a temperatura de 30 degC controlada por un bantildeo de agua circulante
ldquoPolyscience Circulatiorrdquo modelo 12101-10 Se mantuvo una atmosfera de
nitroacutegeno en la celda potenciomeacutetrica de doble pared Se midioacute el pH 3 veces de
cada solucioacuten el mismo diacutea y durante tres diacuteas consecutivos Se promediaron los
datos obtenidos y se trazoacute una graacutefica que permitioacute realizar la relacioacuten entre el
logaritmo inverso de la concentracioacuten de los iones hidrogeno (pCH) y el pH
experimental
510 Valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Se realizaron valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD con hidroacutexido de sodio en fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 para ello se
colocoacute en una celda de reaccioacuten 10 ml de 2 M de NaClO4 de pH 3 21 microL de la
solucioacuten de 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina de concentracioacuten 02389 M y 105
microL de la solucioacuten de PrCl3 XH2O de concentracioacuten 048 M para tener una
concentracioacuten inicial de 000025 M del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Se
midioacute el pH se tomoacute una aliacutecuota de 3 ml y se midioacute su absorbancia con el
espectrofotoacutemetro UV-Vis Perkin Elmer Lambda 10 en un intervalo de longitud de
onda de 200 a 700 nm Como blanco se empleoacute agua destilada Los 3 ml de
solucioacuten medida por UV-Vis se regresaron a la celda de reaccioacuten Posteriormente
se adicionaron aliacutecuotas de una solucioacuten de 00025 M de NaOH en 2 M de
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
53
NaClO4 Se repitioacute varias veces el proceso de tomar una aliacutecuota en la celda de
reaccioacuten a la celda de cuarzo y medir la absorbancia del complejo de inclusioacuten de
tal manera que el pH incrementara de 02 en 02 hasta alcanzar un pH de 9 o 10
aproximadamente En todo el proceso se mantuvo una temperatura de 30 degC y
una atmoacutesfera de nitroacutegeno constante en la celda
Con los datos de pH y absorbancia a una longitud de onda de 210 nm obtenidos
se graficaron los valores de la absorbancia en funcioacuten del pCH para determinar el
pCH de precipitacioacuten la zona no saturada y la zona saturada
511 Valoraciones potenciomeacutetricas directas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Con el sistema de titulacioacuten automaacutetica que consiste de un potencioacutemetro
Radiometer TIM900 Titrilab de un electrodo combinado de vidriondashAgClAg y una
bureta automaacutetica de 20 ml se realizaron valoraciones potenciomeacutetricas directas
Para lo cual se colocoacute en la celda de reaccioacuten 10 ml de 2 M de NaClO4 de pH 3
21 microL de la solucioacuten de 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina de concentracioacuten 02389
M y 105 microL de la solucioacuten de PrCl3 XH2O de concentracioacuten 048 M para tener
una concentracioacuten inicial de 000025 M del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Esta solucioacuten se valoroacute con NaOH 00025 M en 2 M de NaClO4 a una temperatura
de 30 degC flujo de nitroacutegeno y agitacioacuten constante Con los datos de pH y volumen
de NaOH se graficaron los valores de pCH en funcioacuten del volumen de NaOH El
intervalo de pCH de la zona no saturada se determinoacute despueacutes de que el aacutecido fue
neutralizado y el pCH final se determinoacute con el pCH de precipitacioacuten obtenido en la
titulacioacuten espectrofotomeacutetrica Este intervalo de pCH de la zona no saturada se
emplearon en el programa de computo SUPERQUAD para determinar los valores
de las constantes de hidroacutelisis del praseodimio y del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
54
______________________________
CAPIacuteTULO VI
RESULTADOS
______________________________
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
55
6 RESULTADOS
61 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 6 muestra los espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes
concentraciones en presencia de 2HPβCD 00025 M determinados en el intervalo
de longitud de onda de 200 a 700 nm En ellos se observa que cuando aumenta
la concentracioacuten del praseodimio en presencia de 2HPβCD aumenta el tamantildeo de
las bandas La 2HPβCD no presenta bandas de absorcioacuten en toda la regioacuten de
200-700 nm
Figura 6 Espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes concentraciones en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
A partir de la Figura 6 y de acuerdo al tamantildeo de las bandas de absorcioacuten de los
espectros UV-Vis en funcioacuten de la concentracioacuten del praseodimio se establecen
tres regiones de intereacutes En la regioacuten de longitud de onda de 200-225 nm la banda
de absorcioacuten maacutexima del praseodimio se encuentra en 215 nm para
concentraciones bajas en la regioacuten de 440-490 nm se encuentran las bandas de
absorcioacuten de 444 469 nm y 482 nm para concentraciones intermedias y
finalmente en la regioacuten de 558-600 nm se encuentran las bandas de absorcioacuten de
200 300 400 500 600 700
00
05
10
15
20
25
30
Ab
so
rban
cia
Longitu de onda (cm-1)
000011MPr
0000251MPr
00011MPr
000251MPr
00051MPr
001MPr
0025MPr
006251MPr
01251MPr
0251MPr
031MPr
00025M2HPBCD
00025MPr
1
2
3
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
56
5885 nm para cuantificar concentraciones altas de praseodimio en presencia de la
2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Figura 7 y Tabla 9) En la Figura 7 se muestran las
rectas de calibracioacuten para cuantificar praseodimio Estas rectas de calibracioacuten fueron
determinadas con los datos de los valores de absorbancia de cada banda de
absorcioacuten de la Figura 6 en funcioacuten de la concentracioacuten del praseodimio
Figura 7 Rectas de calibracioacuten de las bandas de absorcioacuten del praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
Tabla 9 Ecuaciones de calibracioacuten del praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
obtenidos por UV-Vis
Intervalo de longitud de onda de UV-Vis
200-250 nm 400-500 nm 560-620 nm
Bandas de 215 nm 444 nm 469 nm 482 nm 5885 nm
absorcioacuten
Ecuaciones de
calibracioacuten
A= 26554[Pr] + 00527
A = 513[Pr] + 00127
A = 21698[Pr] + 00123
A = 15912[Pr] + 00128
A = 00783[Pr] + 00103
Rsup2 = 09949 Rsup2 = 09992 Rsup2 = 09958 Rsup2 = 09917 Rsup2 = 09769
Doacutende nm= nanoacutemetros A= Absorbancia [Pr (III)]= Concentracioacuten del Praseodimio R = Coeficiente de
correlacioacuten
000 005 010 015 020 025 030
00
02
04
06
08
10
12
14
16
y=15912 x +00128
R2=09917
y=00783 x +00103
R2=09769
y=21698 x +00123
R2=09958
y=513 x +00127
R2=09992
215 nm
444 nm
469 nm
482 nm
5885 nm
Abso
rbancia
[Pr] M
y=26554 x +00527
R2=09949
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
57
En la Tabla 9 se muestran los datos de las ecuaciones de calibracion para
determinar praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina por
espectroscopiacutea UV-Vis
Estas consideraciones tienen una limitacioacuten ya que se debe tomar en cuenta que
el intervalo oacuteptimo para medir la absorbancia con fines de anaacutelisis cuantitativo
estaacute entre 002ndash15
62 Efecto de la concentracioacuten de la 2HPβCD en el praseodimio por
espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 8 muestra los espectros de absorcioacuten del praseodimio a concentracioacuten
constante (00025 M) en presencia de 2HPβCD a diferentes concentraciones
determinados en el intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
Figura 8 Espectro de absorcioacuten UV-Vis del praseodimio a concentracioacuten constante en presencia de la 2HPβCD a diferentes concentraciones En el detalle central se muestra la ampliacioacuten de la banda de
absorcioacuten 215 nm
En los espectros de absorcioacuten del praseodimio de la Figura 8 se observa que
cuando aumenta la concentracioacuten de 2HPβCD aumenta ligeramente el tamantildeo de
200 300 400 500 600 700
00
02
04
Ab
so
rbancia
Longitud de onda (cm-1)
00025MPr
00025M2HPBCD
051M
11M
21M
31M
41M
51M
81M
101M
151M
181M
241M1
2 3
200 205 210 215 220 225 230
00
01
02
03
04
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
1
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
58
las bandas de absorcioacuten del praseodimio En el detalle central de la Figura 8 se
aprecia maacutes adecuadamente este efecto
Con estas observaciones se muestra que la 2HPβCD aumenta la solubilidad del
praseodimio debido a este aumento ligero en el tamantildeo de las bandas de
absorcioacuten del praseodimio de la Figura 8
63 Efecto de la radiacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD por
espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 9 muestra los espectros de absorcioacuten determinados en el intervalo de
longitud de onda de 200 a 700 nm del 2HPβCD 2HPβCD irradiado PrCl3XH2O
PrCl3XH2O irradiado el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y el complejo de
inclusioacuten Pr-2-HP-β-CD irradiado Las irradiaciones se realizaron a 10000 Gy
Figura 9 Espectro UV-Vis de las muestras irradiadas en solucioacuten del complejo Pr-2HPβCD PrCl3 y 2HPβCD
Como se observa en la Figura 9 el efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de
inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Pr-2HPβCD) mostraron que
cuando el complejo de inclusioacuten es irradiado a 10 000 Gy se observaron ligeros
200 300 400 500 600 700
00
02
04
06
08
10
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
00025 M 2HPBCD
Pr 00025 M
Pr-2HPBCD
2HPBCD 10 KGY
PrCl3-XH2O 10 KGy
Pr-2HPBCD 10 KGy
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
59
cambios comparado con el complejo de inclusioacuten no irradiado Esto se puede
deber a que probablemente el complejo empieza a descomponerse
62 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB)
La Figura 10 muestra las imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las
muestras 2HPβCD 2HPβCD irradiada PrCl3XH2O PrCl3XH2O irradiada Pr-
2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy
a) c) e)c
b) d) f)
Figura 10 Imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las muestras a) 2HPβCD b) 2HPβCD irradiada c) PrCl3XH2O d) PrCl3XH2O irradiada e) Pr-2HPβCD y f) Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy
La 2HPβCD mostroacute partiacuteculas esfeacutericas de diversos tamantildeos con una superficie
lisa en su interior se observan cavidades dentro de las partiacuteculas pareciera que
se desprenden esferas maacutes pequentildeas El PrCl3XH2O mostroacute una superficie
rugosa las partiacuteculas se ven fundidas debido probablemente a que el material es
higroscoacutepico y tiende a hidratarse faacutecilmente El complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
muestra una morfologiacutea diferente a los reactivos precursores ya que se presentan
partiacuteculas en forma de rocas de diferentes dimensiones ademaacutes se observan
aglomeraciones de partiacuteculas Las imaacutegenes de las muestras irradiadas a una
dosis de 10 KGy conservan su morfologiacutea a excepcioacuten de PrCl3XH2O irradiada y
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
60
Pr-2HPβCD irradiada muestran pequentildeos cambios Sus partiacuteculas se ven un poco
maacutes fundidas probablemente se deba al efecto de la radiacioacuten
La composicioacuten quiacutemica elemental de las muestras 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD se muestran en la Tabla 10 determinado por el anaacutelisis elemental (EDS)
Tabla 10 Anaacutelisis EDS de las muestras de PrCl3 2-HPβCD y Pr-2HPβCD
Elemento Atoacutemico
Pr Cl O C
PrCl3 1233 plusmn 207 3595 plusmn 666 5171 plusmn 871 -----
2HPβCD ----- ----- 4159 plusmn 22 584 plusmn 22
Pr-2HPβCD 097 plusmn061 248 plusmn 143 3619plusmn 422 6034 plusmn 478
Todas las muestras presentan los elementos de su composicioacuten quiacutemica La
presencia de Pr Cl C y O en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD confirman la
interaccioacuten de 2HPβCD PrCl3XH2O para la formacioacuten del complejo de inclusioacuten
como se muestras en la Tabla 10
63 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX)
En la Figura 11 se muestran los difractogramas de 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD determinado por Difraccioacuten de Rayos X Los difractogramas de rayos X
de la Figura 11 muestran diferencias entre ellas El difractograma del PrCl3XH2O
presenta reflexiones de alta intensidad comparado con las otras muestras debido
a su naturaleza cristalina del praseodimio El difractograma de la 2HPβCD es de
estructura amorfa caracteriacutestica de los compuestos de carbono
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
61
Figura 11 Difraccioacuten de rayos X de PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD
El difractograma del compuesto de inclusioacuten Pr-2HPβCD muestra una
combinacioacuten de reflexiones de las muestras de PrCl3XH2O y 2HPβCD debido a la
formacioacuten de eacuteste complejo de inclusioacuten aunque predomina el de la 2HPβCD
Se comparoacute el difractograma de la muestra de PrCl3XH2O con la tarjeta del patroacuten
reportado por el Joint Committee on Powder Diffraction Standards (JCPDS) PDF
84-2188 Aqua Praseodymium Chloride Ambos difractogramas coinciden
adecuadamente
Los difractogramas de las muestras irradiadas a diferentes dosis mostraron que en
el intervalo de dosis de 1-500 Gy las muestras no sufren cambios Sin embargo
cuando el complejo de inclusioacuten es irradiado a 5000 y 10 000 Gy se observaron
ligeros cambios en sus inflexiones comparados con las muestras no irradiadas
Probablemente las muestras empiezan a descomponerse
64 Espectroscopia de infrarrojo (IR)
En la Figura 12 se muestra los espectros de infrarrojo de la 2HPβCD PrCl3XH2O
y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
62
Figura 12 Espectros de infrarrojo de las muestra 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-2HPβCD
El espectro infrarrojo de la muestra de PrCl3XH2O presenta la banda de absorcioacuten
a 341434 cm-1 correspondiente a moleacuteculas de agua de hidratacioacuten y la banda de
absorcioacuten a 67003 cm-1 debido a las uniones praseodimio con cloruros El
espectro infrarrojo de la muestra de la 2HPβCD presenta bandas de absorcioacuten a
331508 cm-1 [OH] 292046 cm-1 [CH2] 115183 cm-1 [C-C] 108000 cm-1 [C-O] y
102306 cm-1 [O-H]
Tabla 11 Grupos funcionales del PrCl3XH2O 2HPβCD y del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Compuesto [OH] [CH2] [C-C] [C-O] [O-H] [Cl3]
PrCl3XH2O 341434 67003
2HPβCD 331508 292046 115183 108000 102306
Pr-2HPβCD 329688 292645 115247 108028 102514
120723[PrCl3XH2O-Pr-2HPβCD] -11746
120723[2HPβCD-Pr-2HPβCD] -182 599 064 028 208
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
63
En la Tabla 11 se muestran los datos de las bandas de absorcioacuten de las muestras
de 2HPβCD PrCl3XH2O y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y los valores
de los desplazamientos observados Los valores de desplazamiento indican la
formacioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Las bandas de absorcioacuten de las
muestras irradiadas a diferentes dosis mostraron que en el intervalo de dosis de 1-
500 Gy las muestras no sufren cambios Cuando las muestras son irradiados a
5000 y 10 000 Gy se observaron ligeros cambios en la intensidad de la bandas de
absorcioacuten
65 Espectroscopia Raman
Figura 13 Espectros Raman de la muestra PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD
La Figura 13 muestra los espectros Raman de las muestras 2HPβCD PrCl3XH2O
y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Se realizaron 100 adquisiciones de
cada uno de las muestras Los resultados son el promedio de estas Los espectros
Raman de la Figura 13 muestran diferencias entre ellas
El espectro Raman del PrCl3XH2O muestra un pico intenso a 19278 cm-1 Este
pico se observa en el espectro Raman del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD a
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
64
23814 cm-1 y es de intensidad menor Las bandas de la 2HPβCD (44336 47805
84780 94691 126575 133270 145854 cm-1) algunas desaparecen y otras se
desplazan en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Esto indica la formacioacuten del
complejo de inclusioacuten
Al comparar los espectros Raman de las muestras irradiadas a diferentes dosis
mostraron que en el intervalo de dosis de 1-500 Gy no sufren cambios Sin
embargo en el intervalo de 5000 a 10000 Gys se observa la presencia de una
banda que no se encuentra en las muestras no irradiadas Probablemente las
muestras empiezan a descomponerse
66 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-βeta-ciclodextrina
661 Efecto de temperatura
La Figura 14 muestra el efecto de temperatura sobre la solubilidad del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD
Figura 14 Efecto de temperatura en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
20 30 40 50 60
018
020
022
024
026
028
030
032
034
036
038
g P
r-2H
PB
CD
Temperatura degC
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
65
La Figura muestra que conforme la temperatura va aumentando la solubilidad de
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta Es decir a la temperatura 20 degC se
solubilizan 01866 g del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD mientras que a 60 degC
se solubilizan 03628 g
662 Efecto de tiempo
La Figura 15 muestra el efecto del tiempo sobre la solubilidad del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD
Se observoacute que conforme el tiempo va aumentando la solubilidad de complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta Con esto se determinoacute que la dilucioacuten de 01 gr de
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 ml de agua destilada se lleva a cabo en
un tiempo 170 segundos
Figura 15 Efecto de tiempo en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
01000 01005 01010 01015 01020 01025 01030
160
162
164
166
168
170
Tie
mpo (
segundos)
g Pr-2HPBCD
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
66
67 Recta de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4
Se realizaron las mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de
2 M de NaClO4 Los datos se muestran en la Tabla 12
Tabla 12 Mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de 2 M de NaClO4
Concentracioacuten (M)
pCH pH
exp 1 pH
exp 2 pH
exp 3 pH
exp 4 pH
exp 5 pH exp prom
HCl 0001 3 2359 2205 2333 2402 2329 23256
001 2 1173 1172 1207 1228 1268 12096
01 1 0508 0248 0253 0352 0361 03444
NaOH 0001 11 9987 9994 9926 10009 9994 9982
001 12 10947 10876 10959 10876 10849 109014
01 13 11612 1156 11604 11552 11516 115688
Se graficaron los datos de pH (experimental) promedio en funcioacuten del pCH (teoacuterico)
se tiene la Figura 16
Figura 16 Recta de calibracioacuten del pCH como una funcioacuten del pH en el medio 2 M de NaClO4
0 2 4 6 8 10 12 14
0
2
4
6
8
10
12
pC
H
pH
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
67
La ecuacioacuten de la recta de calibracioacuten es
pCH= 105108 (plusmn00063) pH + 06352 (plusmn00669) R2= 09995
Esta ecuacioacuten permitioacute corregir todos los datos de pH experimental de este
trabajo
68 Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Se realizaron valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD en medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 a 30 deg C en atmoacutesfera inerte
Se obtuvieron espectros de absorcioacuten UV-Vis en el intervalo de longitud de onda
de 200 a 700 nm En la Figura 17 se muestra los espectros de absorcioacuten de cada
una de las aliacutecuotas del praseodimio en presencia de la 2HPβCD en el intervalo de
longitud de onda de 200 a 230 nm
Figura 17 Espectros de absorcioacuten UV-Vis de la valoracioacuten espectrofotomeacutetrica del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con NaOH 00025 M en el medio 2M de NaClO4
200 210 220 230
00
01
02
03
04
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
68
Se graficaron los datos de absorbancia a la longitud de onda de 215 nm de la Figura
17 y los valores de pCH correspondientes se obtuvo la Figura 18
Figura 18 Curva de valoracioacuten espectrofotomeacutetrica (absorbancia en funcioacuten del pCH) y la primera derivada del praseodimio en presencia de la 2HPβCD a longitud de onda de 215 nm
La derivada de la curva de la Figura 18 permitioacute determinar el pCH de precipitacioacuten
(maacutexima inflexioacuten) el cual fue de 812 A partir de este pCH se determinoacute la zona
no saturada (lado izquierdo de la curva) y saturada (lado derecho de la curva)
69 Titulaciones potenciomeacutetricas
Se realizaron valoraciones potenciomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
con NaOH en medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 a 30 degC en atmosfera inerte
Se obtuvo la Figura 19 La valoracioacuten potenciomeacutetrica del Pr-2HPβCD inicio en
medio acido por medio de la primera derivada y su inflexioacuten de la curva se
determinoacute el pCH inicial (pCH= 656) el valor de pCH final se determinoacute con el valor
de la primera derivada (pCHpp= 812) de la Figura 18 (punto de inicio de
precipitacioacuten del PrCl3XH2O)
4 5 6 7 8 9 10
025
030
035
040
045
050
055
060
pCH
Ab
so
rban
cia
-01
00
01
02
03
04
05
06
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
69
Figura 19 Curva de valoracioacuten potenciomeacutetrica directa de 25x10-4 M del praseodimio en presencia de la 2HPβCD con 25x10-3 de NaOH en 2 M de NaClO4 a 30 degC en atmosfera libre de CO2 y primera
derivada de la curva Detalle central (zona no saturada)
Con estos dos valores se determinoacute el intervalo de la zona no saturada que se
muestra en el detalle central de la Figura 19 empleado para el caacutelculo de la
primera constante de hidrolisis del praseodimio y del complejo del praseodimio en
presencia de la 2HPβCD
610 Refinamientos
A partir del detalle central de la Figura 19 (zona no saturada) los datos de
volumen pCH concentracioacuten del titulado y titulante y un modelo quiacutemico propuesto
con la estequiometria se alimentaron al programa de computo SUPERQUAD y
mediante refinamiento computacional se determinaron los valores de la constante
de hidrolisis de las especies quiacutemicas del praseodimio y del complejo de inclusioacuten
Pr-2HPβCD que se muestran en la Tabla 13
0 5 10 15 20
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
ml adicionados de NaOH
pC
H
0
2
4
6
8
10
00 01 02 03 04 05 06 07
64
66
68
70
72
74
76
78
80
82
pC
H
ml adicionados de NaOH
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
70
Tabla 13 Constantes de hidroacutelisis del Pr y el pCH de precipitacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 M de NaClO4 obtenidos mediante meacutetodo potenciomeacutetrico y el programa SUPERQUAD a
30 degC
Equilibrio Quiacutemico
logβ1
POTENCIOMETRICO
(SUPERQUAD)
Intervalo
(pCH)
No
puntos
ESPECTROFOTOMETRICO
pCH de pp
Meacutetodo GRAFICO
Pr3++ H2O Pr(OH)2++ H+ -862plusmn0007 656-812 33 812
Pr(OH)2++H2O Pr(OH)2++H+ -1710plusmn003
Pr(OH)2++H2O Pr(OH)3+H+ -2586plusmn001
Pr3++2HPβCD+H2O Pr-
2HPβCD-(OH)2++H+
-509plusmn007
En la Tabla 13 anterior se muestra el valor de pCH de precipitacioacuten obtenido por el
meacutetodo espectrofotomeacutetrico (meacutetodo graacutefico) que fue de 812 Los valores de las
constantes de hidrolisis de las especies quiacutemicas del praseodimio fueron-
logβ1OH=-862plusmn0007-logβ22OH=-1710plusmn003-logβ33OH=-2586plusmn001 y del complejo
de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-509plusmn007 obtenidos por el meacutetodo
potenciomeacutetrico empleando el programa de computo SUPERQUAD
71
______________________________
CONCLUSIONES
______________________________
CONCLUSIONES
72
CONCLUSIONES
bull Se observaron 3 zonas de absorcioacuten caracteriacutesticas del praseodimio
situadas a una longitud de onda de 215 nm 3 bandas de absorcioacuten en 444
nm 469 nm y 482 nm y en 5885 nm se determinaron para cada banda las
rectas de calibracioacuten
bull Se demostroacute la inclusioacuten del praseodimio en la 2HPβCD y el efecto de la
radiacioacuten gamma en los reactivos (PrCl3XH2O 2HPβCD) y el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD satisfactoriamente mediante las diferentes teacutecnicas de
caracterizacioacuten y anaacutelisis empleadas (MEB UV-Vis DRX Espectroscopia
Infrarrojo y Espectroscopia Raman)
bull El efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-β-ciclodextrina (Pr-2HP-β-CD) mostroacute que en el intervalo de
dosis de 1-500 Gy no sufren cambios Sin embargo cuando es irradiado a
5000 y 10 000 Gy se observaron ligeros cambios Esto se puede deber a
que probablemente el complejo empieza a descomponerse
bull La solubilidad de complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta en funcioacuten del
aumento de la temperatura
bull Conforme el tiempo va aumentando la solubilidad de complejo de inclusioacuten
Pr-2HPβCD aumenta
bull El valor de la primera constante de hidrolisis del praseodimio obtenido fue-
logβ1OH=-862plusmn0007 y del complejo de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-
509plusmn007
73
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RECOMENDACIONES
______________________________
RECOMENDACIONES
74
bull El complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se debe preparar con diferentes
meacutetodos para elegir el maacutes adecuado de acuerdo a su rendimiento
quiacutemico y asegurar su formacioacuten
bull Comparar la zona no saturada de complejo de Inclusioacuten del Pr-2HPβCD
Pr-2βCD y la del praseodimio sin complejo para observar el efecto de la
solubilidad y estabilidad
bull Determinar las constantes de hidrolisis del praseodimio y del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD irradiado con radiacioacuten gamma de Co60 y comparar
con la de complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD no irradiado
75
______________________________
GLOSARIO
______________________________
GLOSARIO
76
GLOSARIO
1 Absorbancia
Se define como la relacioacuten (logariacutetmica) entre la intensidad de la luz que incide
sobre una muestra y la intensidad de esa misma luz que es transmitida a traveacutes de
esa muestra Cuando una luz de una longitud de onda determinada seleccionada
por un filtro incide sobre una muestra parte de esa luz es absorbida La luz no
absorbida pasa a traveacutes de la muestra y es recogida por un detector colocado en
el otro lado del pocillo de la micro placa frente a la fuente de luz
2 Algoritmo de Marquadt
Es un proceso iterativo de convergencia que a traveacutes de la teacutecnica de los miacutenimos
cuadrados ponderados permite encontrar los paraacutemetros de las ecuaciones de
funciones no lineales
3 Complejo de inclusioacuten
Mezcla cristalina en la que las moleacuteculas de un componente estaacuten contenidas
dentro de la red cristalina del otro
4 Confinamiento de residuos
Lugar totalmente seguro controlado y construido con el propoacutesito de disponer
residuos peligrosos instalados en un lugar retirado de la poblacioacuten con el objetivo
de disminuir riesgos de caraacutecter natural y humano
5 Curva de calibracioacuten
Representacioacuten graacutefica de una sentildeal que se mide en funcioacuten de la concentracioacuten
de un analito La calibracioacuten incluye la seleccioacuten de un modelo para estimar los
paraacutemetros que permitan determinar la linealidad de esa curva Y en
consecuencia la capacidad de un meacutetodo analiacutetico para obtener resultados que
sean directamente proporcionales a la concentracioacuten de un compuesto en una
muestra dentro de un determinado intervalo de trabajo
GLOSARIO
77
6 Desechos radiactivos
Residuo o subproductos que contiene varios elementos quiacutemicos radiactivos que
no tiene un fin praacutectico
7 Especies quiacutemicas
En quiacutemica el teacutermino especie quiacutemica se usa comuacutenmente para referirse de
forma geneacuterica a aacutetomos moleacuteculas iones radicales etc que sean el objeto de
consideracioacuten o estudio
8 Estabilidad
Una sustancia es estable si no es particularmente reactivo en el ambiente o
durante uso normal y mantiene sus propiedades uacutetiles en la escala de tiempo de
su durabilidad esperada y por lo que se dice que el material es inestable si se
corroe descompone polimeriza quema o explota bajo las condiciones anticipadas
de uso o condiciones ambientales normales
9 Fisioacuten nuclear
Reaccioacuten en la cual un nuacutecleo se bombardea con neutrones se convierte en
inestable y se descompone en dos nuacutecleos y tamantildeos son del mismo orden de
magnitud con gran desprendimiento de energiacutea y la emisioacuten de dos o tres
neutrones los cuales a su vez ocasionar maacutes fisiones al interaccionar con nuevos
nuacutecleos fisionables que emitiraacuten nuevos neutrones y asiacute sucesivamente
10 Fuerza ioacutenica
Propiedad de una solucioacuten que depende de la concentracioacuten total de iones en la
solucioacuten asiacute como de la carga de dichos iones
11 Isoacutetopo
Nucleiacutedos pertenecientes a un mismo elemento quiacutemico pero que se diferencian
entre el nuacutemero de neutrones de cada uno
GLOSARIO
78
12 Lenguaje fortran
Es un lenguaje de programacioacuten de alto nivel de propoacutesito general procedimental
e imperativo que estaacute especialmente adaptado al caacutelculo numeacuterico y a la
computacioacuten cientiacutefica
13 Lgi-01 TRANSELEKTRO (LGI-01)
Equipo de irradiacioacuten integrado por un cuerpo ciliacutendrico de plomo que sirve de
blindaje una jaula ciliacutendrica que contiene los laacutepices de Co60 un eacutembolo moacutevil con
una cavidad (caacutemara de exposicioacuten) una consola de mando y un cronoacutemetro para
establecer el tiempo de irradiacioacuten La caacutemara de exposicioacuten alberga a las
muestras para la irradiacioacuten un sistema electromecaacutenico baja el depoacutesito de las
muestras hasta la fuente de radiacioacuten que consta de 48 laacutepices de los cuales 12
contiene Co60 y el resto estaacuten vaciacuteos
14 Longitud de onda
Es la distancia real que recorre una perturbacioacuten (onda) en un determinado
intervalo de tiempo Ese intervalo de tiempo es el transcurrido entre dos maacuteximos
consecutivos de alguna propiedad fiacutesica de la onda
15 Medio acuoso
Medio o disolucioacuten acuosa se refiere a que una mezcla de disolventes el
disolvente mayoritario es agua Las disoluciones acuosas tienen una gran
importancia en la biologiacutea desde los laboratorios de ciencia baacutesica hasta la
quiacutemica de la vida pasando por la quiacutemica industrial Por la vasta cantidad y
variedad de sustancias que son solubles en agua esta se denomina a veces
disolvente universal
16 pCH
Es el logaritmo inverso de la concentracioacuten de los iones hidroacutegeno
17 pH
Es una medida del pH experimental de este trabajo
GLOSARIO
79
18 Precursores
Sustancia indispensable o necesaria para producir otra mediante los compuestos
quiacutemicos que constituyen una primera etapa en un proceso quiacutemico y actuacutean
como sustrato en las etapas posteriores
19 Radiacioacuten gamma
Es un tipo de radiacioacuten electromagneacutetica constituida por fotones se produce por
elementos radiactivos o procesos subatoacutemicos como la aniquilacioacuten de un par
positroacuten-electroacuten Los rayos gamma constituyen un tipo de radiacioacuten ionizante
capaz de penetrar en la materia maacutes profundamente que la radiacioacuten α y la β
pueden causar graves dantildeos a las ceacutelulas se usan para esterilizar equipos
meacutedicos y alimentos
20 Reacciones de hidroacutelisis
Reacciones quiacutemicas entre una moleacutecula de agua y cualquier otra especie
quiacutemica en la cual la moleacutecula de agua se divide y sus aacutetomos forman parte de
otra especie quiacutemica
21 Relacioacuten molar
Factor de conversioacuten cuyo fin es convertir en una reaccioacuten quiacutemica la cantidad de
moles de una sustancia a la cantidad correspondiente de moles de otra sustancia
La sustancia de partida se expresa en gramos y la sustancia deseada en moles
22 Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Se denomina valoracioacuten espectrofotomeacutetrica al procedimiento por el cual se
determina el punto final de una titulacioacuten utilizando las medidas de absorbancia a
una longitud de onda fija Para simplificar la teacutecnica se selecciona una longitud de
onda donde solamente uno de los componentes de la muestra absorba
80
______________________________
REFERENCIAS CITADAS
______________________________
REFERENCIAS CITADAS
81
REFERENCIAS CITADAS
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producto de solubilidad de ln (OH)3 y el efecto de los iones cloruro sobre la
hidroacutelisis de lantano praseodimio y lutecio en soluciones acuosas de fuerza
ioacutenica 2 molar pp 21
IacuteNDICE
XVIII
Figura 18 Curva de valoracioacuten espectrofotomeacutetrica (absorbancia en funcioacuten del
pCH) y la primera derivada del praseodimio en presencia de la 2HPβCD a longitud
de onda de 210 nm 68
Figura 19 Curva de valoracioacuten potenciomeacutetrica directa de 25x10-4 M del
praseodimio en presencia de la 2HPβCD con 25x10-3 de NaOH en 2 M de NaClO4
a 30 degC en atmosfera libre de CO2 y primera derivada de la curva 69
IacuteNDICE
XIX
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Propiedades fisicoquiacutemicas de los diferentes tipos de ciclodextrinas
naturales 26
Tabla 2 Reacciones de hidroacutelisis del praseodimio y constantes de equilibrio 29
Tabla 3 Datos de la literatura sobre la primera constante de hidroacutelisis (log β1) del
praseodimio 31
Tabla 4 Diferentes concentraciones de praseodimio con 2HPβCD constante para
determinar las curvas de calibracioacuten 46
Tabla 5 Relaciones molares 2HPβCD Pr 47
Tabla 6 Dosis de irradiacioacuten de Co60 aplicadas a las muestras en solucioacuten y
soacutelidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 2HPβCD y PrCl3 XH2O en la
instalacioacuten VICKRAD y GAMMACELL del irradiador LGI-01 TRANSELEKTRO del
ININ 48
Tabla 7 Cantidad de complejo solubilizado a diferentes temperaturas en 2 ml de
agua destilada 51
Tabla 8 Cantidades de complejo Pr-2HPβCD y agua destilada en cada tubo de
ensaye 51
Tabla 9 Ecuaciones de calibracioacuten del praseodimio en presencia de la 2-
hidroxipropil-β-ciclodextrina obtenidos por UV-Vis 56
Tabla 10 Anaacutelisis EDS de las muestras de PrCl3 2-HPβCD y Pr-2HPβCD 60
Tabla 11 Grupos funcionales del PrCl3XH2O 2HPβCD y del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD 62
Tabla 12 Mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de 2 M de
NaClO4 66
Tabla 13 Constantes de hidroacutelisis del Pr y el pCH de precipitacioacuten en el complejo
de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 M de NaClO4 obtenidos mediante meacutetodo
potenciomeacutetrico y el programa SUPERQUAD a 30 degC 70
ABREVIATURAS
XX
ABREVIATURAS
Pr praseodimio
2HPβCD 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
CDs Ciclodextrinas
CD Ciclodextrina
Ln Lantaacutenidos
Pr-2HPβCD praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Pr-2βCD praseodimio-2-βeta-ciclodextrina
CGT ciclomaltodextrin-glucano-transferasa
TP Titulacioacuten potenciomeacutetrica
ES Titulacioacuten espectrofotomeacutetrica
RE Relacioacuten empiacuterica
ED Extraccioacuten con disolvente
MEB Microscopiacutea electroacutenica de barrido
EDS Espectroacutemetro de dispersioacuten de energiacutea de rayos X
UV-VIS Ultravioleta-Visible
DRX Difraccioacuten de rayos X
IR Infrarrojo
EDTA Acido tetracetico etilen diamina
Co60 Cobalto-60
JCPDS Joint Committee On Powder Diffraction Standards
M Molaridad
21
______________________________
CAPIacuteTULO I
INTRODUCCIOacuteN
______________________________
CAPIacuteTULO I INTRODUCCIOacuteN
22
1 INTRODUCCIOacuteN
El praseodimio pertenece al grupo de los lantaacutenidos que muestran propiedades
quiacutemicas muy similares entre ellos derivadas de su configuracioacuten electroacutenica
caracterizados por la presencia de orbitales 4f parcialmente llenos Incluso se
consideran parecidos al grupo de los elementos actiacutenidos El praseodimio es un
elemento metaacutelico con siacutembolo Pr nuacutemero atoacutemico 59 y peso atoacutemico 140907
gmol El isoacutetopo estable 141Pr constituye el 100 del elemento en la naturaleza
Este lemento puede ser encontrado en ceramicos para dar el color amarillo En
mezcla con otros lantanidos se usan como proyectores de luz Su uso sigue
aumentando debido al hecho de que es uacutetil para producir magnetos de alto poder
entre otros Sobre todo se esta empleando en la mitigacioacuten de cancer Es
peligroso en el ambiente cuando se tiran estos dispositivos despues de cumplir su
funcioacuten por lo que se acumularaacute gradualmente en los suelos y en el agua De ahiacute
la importancia de estudiar las reacciones de hidrolisis
La utilizacioacuten de la 2 hidroxipropil-β-ciclodextrina (2HPβCD) en este trabajo de
investigacioacuten es fundamental debido a que es un agente de formacioacuten de
complejos de inclusioacuten para aumentar la solubilidad acuosa debido a que las
ciclodextrinas (CDs) se comportan como nano contenedores capaces de
encapsular moleacuteculas hidroacutefobas de tamantildeo apropiado y solubilizarlas en agua
propiedad que se aprovecha para determinar las constantes de hidroacutelisis del
praseodimio
Por lo cual el objetivo principal de este trabajo de investigacioacuten y en ausencia de
datos fundamentales de la interaccioacuten Ln3+-CDs sustituidas fue preparar el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Ademaacutes determinar el pCH de precipitacioacuten la
zona no saturada y saturada del Pr-2HPβCD que permiten determinar la constante
de hidroacutelisis del complejo de inclusioacuten praseodimio-2hidroxipropil-β-ciclodextrina
(Pr-2HPβCD) en medio 2 M de NaClO4 a 303 K por titulacioacuten espectrofotomeacutetrica
y potenciomeacutetrica
23
______________________________
CAPIacuteTULO II
FUNDAMENTO
______________________________
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
24
2 FUNDAMENTO
21 LOS LANTANIDOS
Los lantaacutenidos (tierras raras) forman un grupo de 17 elementos quiacutemicos que
muestran propiedades singulares derivadas de su configuracioacuten electroacutenica Estaacuten
caracterizados por la presencia de orbitales 4f parcialmente llenos [1] Los
nuacutemeros atoacutemicos de estos elementos van de 41 hasta 71 (Ce-Lu)
La configuracioacuten electroacutenica de los iones Ln3+ es 4fn5s25p6 (n= 0-14) Los orbitales
4f son orbitales internos con respecto a los 5s y 5p por lo cual estaacuten maacutes
cercanos al nuacutecleo Los orbitales 5s y 5p protegen a los electrones 4f de
interacciones externas determinando las propiedades de los iones Ln3+ [1] o
conducta quiacutemica debido a la pequentildea diferencia de energiacutea que distingue a los
electrones 4f de los electrones 5d [23]
Las tierras raras como grupo constituyen el 0008 en peso de la corteza
terrestre Los minerales que contienen lantaacutenidos son la monacita la bastnasita
la xenotima la gadolinita la alanita y la euxenita los cuales ocurren en las
regiones de rocas iacutegneas [4]
Los elementos de las tierras raras en soluciones acuosas son acuocationes que
tienen asociado un cierto nuacutemero de moleacuteculas de agua en la esfera de
coordinacioacuten primaria [1] Las aplicaciones de los lantaacutenidos se iniciaron
praacutecticamente a mediados del siglo XIX por ejemplo en los encendedores
despueacutes empezaron a utilizarse en los vidrios oacutepticos como reactivos de
desplazamiento en resonancia magneacutetica nuclear en quiacutemica orgaacutenica en
bioquiacutemica en cataacutelisis en componentes oacutepticos y electroacutenicos en los
superconductores de alta temperatura y en medicina como materiales
intensificadores de rayos X como agentes de relajamiento para teacutecnicas de
imagen en resonancia magneacutetica nuclear y desde luego como radioisoacutetopos para
aplicaciones farmaceacuteuticas Su utilidad en medicina y en la industria aumentoacute al
aplicarse las propiedades luminiscentes de sus complejos en el
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
25
fluoroinmunoensayo la fluorescencia retardada los electrodos sensoriales
luminiscentes etc [5]
22 PRASEODIMIO
El praseodimio metaacutelico (siacutembolo Pr No Atoacutemico 59) es amarillento y forma una
capa de oacutexido cuando se expone al aire huacutemedo Es un isotopo estable con masa
de 140907 y abunda en la naturaleza en un 100 [6] fue descubierto por el
austriaco Auer Von Welsbach en 1885 [7] Este elemento tiene dos estados de
oxidacioacuten +3 y +4 El Pr3+ con configuracioacuten electroacutenica [54Xe]4f2 Presenta
propiedades fisicoquiacutemicas que pueden magnificarse al formar complejos con
ligantes orgaacutenicos El ion metaacutelico luminece en el visible y en el infrarrojo cercano
[68 y 9]
23 CICLODEXTRINAS (CDs)
La celulosa y el almidoacuten son dos poliacutemeros de glucosa principales que se
producen a partir de la fotosiacutentesis considerados como importantes fuentes de
energiacutea renovables de la tierra al hidrolizarse el almidoacuten por efecto de la enzima
ciclomaltodextrin-glucano-transferasa (CGT) da origen a las dextrinas ciacuteclicas Por
lo tanto las ciclodextrinas son oligoacutemeros ciacuteclicos [1011] se obtienen durante la
degradacioacuten enzimaacutetica del almidoacuten y consisten en una serie de oligosacaacuteridos
ciacuteclicos formados por 6 (α) 7 (β) y 8 (γ) unidades de α-D-glucosa (Figura 1)
[1213] poseen estructura semejante entre ellas pero sus propiedades son
diferentes (Tabla 1)
Figura 1 Estructura de α β y γ ciclodextrinas
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
26
Tabla 1 Propiedades fisicoquiacutemicas de los diferentes tipos de ciclodextrinas naturales [11]
α-CD β-CD γ-CD
Uniones de glucosa 6 7 8 Diaacutemetro interno (nm) 047-053 060-065 075-083 Profundidad de la cavidad (nm)
079 079 079
pK valor 123 122 121 Solubilidad en agua 125 185 232 PM (DA) 972 1135 1297 Volumen de cavidad (aprox)
174 262 427
Agua cristalina ( ww) 102 133-45 813-177 Interaccioacuten hidrofoacutebica CD-cavidad CD-cavidad CD-cavidad Puente de hidrogeno Glucosa-OH Glucosa-OH Glucosa-OH ∆Hdeg (solucioacuten) kcalmol 767 831 773 ∆Sdeg (solucioacuten) cal(mol K) 138 117 147
(mg mml-1 25deg C) (106 pm3)
Las ciclodextrinas como materiales polihidroxilados han sido objeto de una amplia
variedad de reacciones La reaccioacuten maacutes estudiada es el ataque electrofiacutelico al
grupo OH de su estructura [14] La cavidad interior de las ciclodextrinas es
hidrofobica por lo que estos compuestos son capaces de albergar moleacuteculas
hidroacutefobas maacutes pequentildeas para formar complejos ldquoanfitrioacuten-hueacutespedldquo en los que la
moleacutecula hueacutesped queda encapsulada por la ciclodextrina [1315] De acuerdo a
estas caracteriacutesticas son capaces de formar complejos de inclusioacuten por medio de
enlaces no covalentes los cuales estabilizan a una gran variedad de moleacuteculas
[16] Las ciclodextrinas pueden formar compuestos cristalinos a partir de
moleacuteculas orgaacutenicas hueacutesped en estado soacutelido liacutequido e incluso gaseoso En
consecuencia las moleacuteculas insolubles en agua pueden llegar a ser
completamente solubles mediante un tratamiento con disoluciones acuosas de
ciclodextrina sin que se produzca modificacioacuten quiacutemica alguna en la moleacutecula
hueacutesped ya que no se origina ninguacuten enlace covalente durante la interaccioacuten
entre la ciclodextrina y la moleacutecula insoluble en agua [1315]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
27
La importancia que las ciclodextrinas estaacuten cobrando en la actualidad se observa
en el raacutepido desarrollo de su mercado sobre todo en el constante nuacutemero de
trabajos de investigacioacuten patentes y conferencias que estaacuten teniendo lugar en
estos uacuteltimos antildeos [17] el mayor porcentaje de ciclodextrinas usadas
comercialmente corresponde a la alimentacioacuten [18] y a la cosmeacutetica y aseo
personal [19] Las ciclodextrinas se utilizan para enmascarar olores y sabores
desagradables disminuyen la incompatibilidad faacutermaco-excipiente mejoran la
estabilidad fiacutesica y quiacutemica de compuestos volaacutetiles y de principios activos que
sean hidrolizables oxidables o fotosensibles para convertir faacutermacos liacutequidos en
soacutelidos para su formulacioacuten en tabletas y una muy importante para incrementar la
solubilidad en agua y la velocidad de disolucioacuten de faacutermacos poco solubles
Factores que aumentaraacuten la biodisponibilidad existiendo la posibilidad de reducir
la dosis asiacute como mejorar la absorcioacuten percutaacutenea y rectal al reducirse el caraacutecter
hidrofoacutebico del faacutermaco [20]
Se puede mejorar la solubilidad de determinados compuestos como el retinol
empleado en formulaciones anti-envejecimiento al tiempo que los complejos con
ciclodextrina son maacutes estables a la reaccioacuten de oxidacioacuten y a la accioacuten de la
radiacioacuten ultravioleta Sin embargo es indudable que el mayor esfuerzo en
investigacioacuten estaacute relacionado con su potencial aplicacioacuten farmaceacuteutica [2122]
24 β-CICLODEXTRINA
La beta ciclodextrina es la maacutes empleada por sus caracteriacutesticas y propiedades de
estructura que presenta Las ciclodextrinas se forman mediante unidades de
glucopiranosa las cuales contienen 3 grupos de hidroxilos libres cada una la β-
ciclodextrina (Figura 1) posee 21 hidroxilos los cuales pueden ser modificados por
sustitucioacuten de los aacutetomos H u OH por diferentes grupos tales como hidroxialkil
amino alquil etc A partir de las CDs naturales se han sintetizado otros tipos de
CDs llamadas derivadas o modificadas El objetivo de obtener los derivados de las
CDs puede ser el aumento de solubilidad y estabilidad en el agua o mejorar la
encapsulacioacuten de la moleacutecula hueacutesped en su cavidad hidrofobica de la CD
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
28
25 2-HIDROXIPROPIL-β-CICLODEXTRINA
Entre los derivados de la β-ciclodextrina se encuentran las heterogeacuteneas amorfas
y altamente solubles como son la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Figura 2) y la
metil- β-ciclodextrina
La hidroxilpropil beta ciclodextrina (2HPβCD) que es una ciclodextrina sustituida
se obtiene de una solucioacuten base de la beta ciclo dextrina solubilizada con oacutexido de
propileno resultando un sistema isomerico cuya sustitucioacuten puede darse en las
posiciones 1 2 o 3 con solubilidad mayor a 500 mgmL en agua y a temperatura
ambiente La alquilacioacuten o hidroxialquilacioacuten de las ciclodextrinas afectan las
propiedades fisicoquiacutemicas de los derivados incluyendo la habilidad para formar
complejos farmaceacuteuticos y no es toacutexica despueacutes de una administracioacuten oral en
dosis menores a 500 mgkg por viacutea intravenosa [24 25]
Figura 2 2HPβCD
La complejacioacuten del praseodimio con la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina se obtiene el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con el fin de observar la influencia de la
solubilidad y estabilidad del praseodimio
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
29
26 HIDROacuteLISIS
La hidroacutelisis es decir la reaccioacuten de una especie tal como un ion metaacutelico con
los iones del agua asiacute como las reacciones redox y la formacioacuten de complejos con
los iones carbonato son algunas de las reacciones criacuteticas que controlan el
comportamiento de los lantaacutenidos en soluciones acuosas [12] en donde las
moleacuteculas de la sustancia son divididas en el agua
Las reacciones de hidroacutelisis dependen fuertemente del medio en que se efectuacutean
como son la fuerza ioacutenica el pH del medio la concentracioacuten del elemento y la
temperatura son paraacutemetros que rigen esas reacciones
Las reacciones de hidroacutelisis del praseodimio se muestran a continuacioacuten asiacute como
su constante de equilibrio de acuerdo a la ley de accioacuten de masas (Tabla 2)
Tabla 2 Reacciones de hidroacutelisis del praseodimio y constantes de equilibrio
Equilibrio Quiacutemico Constante de equilibrio
1 1198751199033+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)2+ + 119867+ 1198701119867 =
[119875119903(119874119867)2+][119867+]
[1198751199033+]
2 119875119903 (119874119867)2+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)2+ + 119867+
11987012119867 =[119875119903(119874119867)2
+][119867+]
[119875119903 (119874119867)2+]
3 119875119903 (119874119867)2+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)3
0 + 119867+ 11987013119867 =
[119875119903(119874119867)3+][119867+]
[119875119903(119874119867)2+]
4 119875119903 (119874119867)119899minus1+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)119899
0 + 119867+ 1198701119899119867 =
[119875119903(119874119867)119899+][119867+]
[119875119903(119874119867)119899minus1+ ]
5 1198751199033+ + 2119867119875120573119862119863 + 1198672119874 1198751199032119867119875120573119862119863(119874119867)2+ + 119867+ 11987011199011199032119867119875119861119862119863 =[119875119903 minus 2119867119875120573119862119863]
[1198751199033+]
De acuerdo con la ley de accioacuten de masas se pueden definir las constantes de
equilibrio (K) como K1H K12H K13H K1nH y K1Pr2HBCD Y con base en ellas se
pueden definir las constantes globales o acumulativas de hidroacutelisis
β1OH = K1H β12OH = [K1H][K12H] β13OH = [K1H][K12H][K13H]helliphelliphellip
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
30
Se entiende como constantes de Broumlnsted a las ecuaciones de la ley de accioacuten de
masas en las cuales el teacutermino de H+ aparece como actividad y las demaacutes especies
aparecen en teacuterminos de concentracioacuten
Las reacciones de hidroacutelisis se afectan cuando cambian las condiciones en las que
se llevan a cabo Una de esas condiciones a la que se le ha puesto atencioacuten
aunque hasta ahora no la suficiente es la fuerza ioacutenica Por lo general los trabajos
dedicados a la determinacioacuten de las constantes de hidroacutelisis se han efectuado en
medios de fuerza ioacutenica baja consideradas como soluciones ideales
Sin embargo para los medios tales como el agua de mar y otros de fuerza ioacutenica
maacutes elevada por ejemplo las minas de sal para almacenamiento de desechos
radiactivos se encuentran pocos datos en la literatura [25]
27 FUERZA IOacuteNICA
El comportamiento de los iones en una disolucioacuten depende de la composicioacuten
ioacutenica total de la misma la cual se expresa por su fuerza ioacutenica [26]
119868 =1
2sum 119862119894119885119894
2 Ec 1)
Donde
I = fuerza ioacutenica Ci = concentracioacuten molar de los iones existentes y Z
i = carga
ioacutenica de los iones existentes
La caracteriacutestica fundamental de las sales que se adicionan a un medio para
imponer la fuerza ioacutenica es que sean inertes pues no deben tomar parte en el
equilibrio quiacutemico [27] El aacutecido percloacuterico es el aacutecido maacutes fuerte en solucioacuten
acuosa por lo tanto el ion perclorato es una base deacutebil maacutes que los iones cloruro
y muestra muy poca tendencia a unirse a iones hidroacutegeno Lo mismo puede
decirse acerca de su tendencia a reaccionar con iones metaacutelicos que pueden
considerarse como aacutecidos de Lewis En la mayoriacutea de los percloratos metaacutelicos en
solucioacuten el ion metaacutelico se encuentra en forma hidratada siempre y cuando la
solucioacuten sea suficientemente aacutecida para que no se produzca la formacioacuten de
hidroxo complejos [28]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
31
La fuerza ioacutenica juega un papel de gran importancia en el pH Feldman en 1956
observoacute que el pH de una solucioacuten buffer 005 M de ftalato aacutecido de potasio
cambioacute desde 400 en fuerza ioacutenica cero hasta 357 en fuerza ioacutenica 2 M de KCl
Feldman explicoacute que el pH disminuye debido a que el coeficiente de actividad
cambia y por lo tanto hay mayor disociacioacuten de ftalato aacutecido de potasio [29] En la
literatura se han reportado diversos estudios de las constantes de estabilidad del
praseodimio en fuerza ioacutenica 2M (Tabla 3) donde se han empleado diferentes
condiciones de temperatura fuerza ioacutenica y diferentes meacutetodos donde se han
obtenido valores diferentes de la constante de estabilidad del praseodimio
Tabla 3 Datos de la literatura sobre la primera constante de hidroacutelisis (log β1) del praseodimio
Medio Meacutetodo Molaridad Log +β1 T K Referencia
NaCl ESTP 2 -874plusmn006 303 De la Cruz et al 2013
NaCl ES 2 -894plusmn002 303 Loacutepez et al 2010 NaCl SQUAD 2 -894plusmn003 303 Gonzales et al
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2009 NaCl ES 2 -877plusmn003 303 Gonzales et al
2009 NaClO4 TP 2 -838plusmn002 303 Loacutepez et al2005
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TP 3 -85 298 Tobias y Garrett1956
TP Titulacioacuten potenciomeacutetrica ES Espectrofotomeacutetrica RE Relacioacuten empiacuterica ED Extraccioacuten con
disolvente T K Temperatura
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
32
Sin embargo solo se ha podido determinar el valor de la primera constante de
estabilidad en este estudio se pretende conocer el valor de varias especies
aprovechando el aumento de solubilidad que ofrecen las ciclodextrinas
28 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACIOacuteN
281 MICROSCOPIacuteA ELECTROacuteNICA DE BARRIDO (MEB)
La superficie de un soacutelido puesto en contacto con un liacutequido o con un gas difiere
sustancialmente en su interior tanto en su composicioacuten quiacutemica como en sus
propiedades fiacutesicas a la de la inicial La caracterizacioacuten de estas propiedades de
superficie es de vital importancia en numerosos campos que incluyen la cataacutelisis
heterogeacutenea la tecnologiacutea de partiacuteculas delgadas semiconductoras los
mecanismos de corrosioacuten y adhesioacuten la actividad de las superficies metaacutelicas las
caracteriacutesticas de la dureza y los estudios sobre el comportamiento y las funciones
de las membranas bioloacutegicas [30]
En muchos campos de la quiacutemica de las ciencias de los materiales de la geologiacutea
y de la biologiacutea es cada vez de maacutes importancia el conocimiento detallado de la
naturaleza fiacutesica de las superficies de los soacutelidos Normalmente la informacioacuten se
obtiene sobre las superficies con una resolucioacuten considerablemente elevada
mediante tres teacutecnicas la microscopia electroacutenica de barrido (MEB) microscopia
de barrido de efecto tuacutenel y microscopia de fuerzas atoacutemicas [31] El microscopio
electroacutenico de barrido (MEB) es un instrumento para obtener fotografiacuteas
tridimensionales debido a que tiene una alta resolucioacuten y una gran profundidad de
campo En las fotografiacuteas se puede apreciar la estructura de muestras
microscoacutepicas detallando de manera extraordinaria sus caracteriacutesticas
morfoloacutegicas y topograacuteficas [32] de distintos materiales
Un instrumento que se ha desarrollado para el anaacutelisis de muestras a traveacutes del
microscopio electroacutenico de barrido es el analizador EDS (espectroacutemetro de
dispersioacuten de energiacutea) de rayos X el cual identifica la distribucioacuten cuantitativa y
cualitativa de elementos quiacutemicos que se encuentran presentes en la muestra
mostrando graacuteficas e imaacutegenes relacionadas con esa distribucioacuten Es pertinente
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
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sentildealar que el analizador EDS de rayos X identifica y evaluacutea el contenido de
elementos quiacutemicos desde el carbono al uranio en superficies planas o secciones
finas de las muestras en todo tipo de material (bioloacutegico e inerte) [33]
282 ESPECTROSCOPIA DE ABSORCION ULTRAVIOLETA-VISIBLE (UV-
VIS)
Una de las teacutecnicas instrumentales maacutes utilizadas en la deteccioacuten de complejos de
inclusioacuten con CDs es la espectroscopia de absorcioacuten UV-VIS Es una teacutecnica
versaacutetil de amplia aplicacioacuten de manejo sencillo y preciso Debido a que la
mayoriacutea de las moleacuteculas orgaacutenicas absorben en la regioacuten UV o visible del
espectro donde experimentan variaciones en las posiciones de los maacuteximos de
absorcioacuten (cualitativas) o en el valor del coeficiente de absorcioacuten molar
(cuantitativas) tras la formacioacuten del complejo con CDs Como existen numerosas
moleacuteculas orgaacutenicas deacutebilmente solubles en agua son difiacuteciles de analizar por
esta teacutecnica espectrofotomeacutetrica Sin embargo la inclusioacuten conlleva a la
solubilizacioacuten permitiendo obtener el espectro de absorcioacuten en solucioacuten acuosa
que podriacutea producir variaciones en su espectro en solventes de baja polaridad
comparables con respecto a otros solventes maacutes polares [34]
La espectroscopia UV-Vis (en el rango de longitudes de onda del ultravioleta y
visible) se basa en el anaacutelisis de la cantidad de radiacioacuten electromagneacutetica que
puede absorber o transmitir una muestra [35] Cuando la radiacioacuten
electromagneacutetica interacciona con la materia se produce absorcioacuten de radiacioacuten
Si la frecuencia de esta radiacioacuten corresponde a la energiacutea necesaria para elevar
el sistema a un nivel de energiacutea superior se produce el estado excitado [36] De
acuerdo con este fenoacutemeno cada sustancia poseeraacute una longitud de onda de
maacutexima absorcioacuten que la caracteriza cualitativamente [35] Esta
espectrofotometriacutea utiliza radiaciones del campo UV de 80 a 400 nm
principalmente de 200 a 400 nm (UV cercano) y de luz visible de 400 a 800 nm
por lo que es de gran utilidad para caracterizar las soluciones en la regioacuten
ultravioleta-visible del espectro [37]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
34
283 DIFRACCIOacuteN DE RAYOS X (DRX)
Es una de las teacutecnicas de caracterizacioacuten maacutes potentes y maacutes comuacutenmente
utilizadas para el anaacutelisis estructural de cristales Sus caracteriacutesticas principales
son consecuencia de ser una ldquosondardquo electromagneacutetica de la materia con una
longitud de onda de magnitud muy parecida al espaciado interplanar de los soacutelidos
[38] Constituye la metodologiacutea maacutes apropiada para realizar el anaacutelisis de la
estructura cristalina del complejo [39] No obstante los diagramas de difraccioacuten
son una prueba concluyente para demostrar la inclusioacuten ya que el difractograma
del complejo es diferente al que se obtiene tras superponer los difractogramas de
la moleacutecula encapsulada y el de las CDs aisladas [40]
La interaccioacuten entre el vector eleacutectrico de la radiacioacuten X y los electrones de la
materia que atraviesa da lugar a una dispersioacuten Cuando los rayos X son
dispersados por el entorno ordenado de un cristal tienen lugar interferencias
(constructivas y destructivas) entre los rayos dispersados ya que las distancias
entre los centros de dispersioacuten son del mismo orden de magnitud que la longitud
de onda de la radiacioacuten El resultado es la difraccioacuten [41] Cuando las CDs
naturales o el hueacutesped cristalino son sometidas a la difractometriacutea de rayos X
eacutestos presentan un patroacuten de difraccioacuten de alta intensidad debido a su
cristalinidad Por el contrario si el complejo de inclusioacuten se forma va a mostrar un
patroacuten de tipo halo [42] con picos difusos y anchos caracteriacutesticos de un
compuesto amorfo Esta teacutecnica es sumamente uacutetil para verificar la formacioacuten de
complejos de inclusioacuten en el caso de hueacutespedes liacutequidos En efecto ya que estos
no presentan ninguacuten patroacuten de difraccioacuten si son incluidos se va a obtener un
difractograma con un patroacuten bien definido [43]
284 ESPECTROSCOPIA DE INFRARROJO (IR)
La aplicacioacuten del meacutetodo de infrarrojo se limita a aquellos hueacutespedes que tienen
ciertas bandas de absorcioacuten caracteriacutesticas como los grupos carbonilo hidroxilo o
C-H u otros que permitan evaluar si existen diferencias entre los espectros del
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
35
hueacutesped libre y encapsulado [42] Cuando se produce la encapsulacioacuten del
compuesto hueacutesped se produce un corrimiento o disminucioacuten de la intensidad de
ciertas bandas caracteriacutesticas del espectro correspondiente al hueacutesped Sin
embargo dichos cambios son muy sutiles debido a que el hueacutesped representa un
5-10 del peso total del complejo por lo cual requiere una interpretacioacuten
cuidadosa del espectro [44]
285 ESPECTROSCOPIA RAMAN
La espectroscopia Raman mide la intensidad de la radiacioacuten como una funcioacuten de
la frecuencia (o del nuacutemero de onda) [45] Esta teacutecnica es complementaria del IR y
la informacioacuten que aporta es semejante Las bandas se desplazan y se modifican
como consecuencia del proceso de inclusioacuten [46] Los espectros Raman se
obtienen al irradiar una muestra con una potente fuente laser de radiacioacuten
monocromaacutetica visible o infrarroja Durante la radiacioacuten se registra el espectro de
la radiacioacuten dispersada en un cierto aacutengulo (por lo general 90 deg) con un
espectroacutemetro adecuado [47] Las bandas se desplazan y se modifican como
consecuencia del proceso de inclusioacuten Probablemente la espectroscopia Raman
resulta de mayor utilidad en el caso de complejos en medios liacutequidos donde la
presencia de soluciones acuosas no supone un obstaacuteculo como ocurre en el caso
de la espectroscopia IR [48]
29 TITULACIOacuteN ESPECTROFOTOMEacuteTRICA
El meacutetodo espectrofotomeacutetrico es un meacutetodo analiacutetico el cual por medio de un
espectrofotoacutemetro permite comparar la radiacioacuten electromagneacutetica de una
sustancia en funcioacuten de su concentracioacuten desconocida y una concentracioacuten
conocida de la misma sustancia y evaluar el momento de reaccioacuten de un aacutecido y
una base mediante la absorcioacuten de radiacioacuten electromagneacutetica de la sustancia a
cierta longitud de onda fija permite determinar el punto final de la titulacioacuten La
medicioacuten de absorbancia se realiza en cada adicioacuten del titulante asiacute se
construyen graficas de absorbancia en funcioacuten del pCH de cada aliacutecuota de adicioacuten
del titulante (Figura 3) donde se observara la zona saturada y no saturada Estas
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
36
dos zonas nos permitiraacuten determinar el punto de inicio de precipitacioacuten del
lantaacutenido
Figura 3 Ilustracioacuten de un diagrama general de pLn(c)-pCH
El punto de precipitacioacuten (pCH) se utiliza para delimitar el intervalo de la zona no
saturada Este intervalo se utiliza en un programa de coacutemputo como
SUPERQUAD que se emplea para determinar constantes de equilibrio
210 MEacuteTODO POTENCIOMEacuteTRICO
Es el meacutetodo maacutes estudiado para determinar constantes de hidroacutelisis por su
sencillez y exactitud el meacutetodo se basa en la titulacioacuten de una solucioacuten de
concentracioacuten conocida de base (o aacutecido) con un aacutecido fuerte (o base fuerte) la
reaccioacuten se puede seguir por ejemplo con electrodos de vidrio y calomel
conectados a un potencioacutemetro [49] de los datos obtenidos de la titulacioacuten se
construye una graacutefica de titulacioacuten de pH en funcioacuten del volumen adicionado del
titulante (Figura 4)
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
37
Figura 4 Ilustracioacuten de una valoracioacuten potenciomeacutetricas directa con su primera derivada (∆pCH∆V)
El teacutermino pH se aplica habitualmente al logaritmo inverso de la concentracioacuten del
ion hidronio sin embargo cuando la fuerza ioacutenica es alta y el electrodo del
indicador es sensible al pH es importante diferenciar entre el logaritmo inverso de
la concentracioacuten de los iones hidronio (pCH) y el valor del pH experimental La
concentracioacuten de los iones hidronio (o de OH-) en el equilibrio y la composicioacuten de
una solucioacuten dada permiten calcular la razoacuten molar de los iones OH- unidos al ion
metaacutelico en solucioacuten un grupo de valores de [H+] y la concentracioacuten inicial del
metal son los datos necesarios para determinar las constantes de hidroacutelisis [49]
Se alimentan los datos de la zona no saturada y volumen del titulante adicionado a
la valoracioacuten potenciomeacutetrica al programa de coacutemputo SUPERQUAD y asiacute poder
determinar las constantes de hidroacutelisis del Pr
211 PROGRAMA DE COacuteMPUTO SUPERQUAD
El programa de coacutemputo SUPERQUAD fue creado por Gans Sabatini y Vacca
escrito en lenguaje fortran calcula las constantes de equilibrio en sistemas
multicomponentes y multireaccionantes Esas constantes se calculan con la base
de un modelo quiacutemico el cual debe incluir la estequiometria y los valores
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
38
estimados de las constantes globales de formacioacuten de cada una de las especies
presentes durante la valoracioacuten Se aplica reiteradamente el meacutetodo de miacutenimos
cuadrados a las diferencias que se generan en los potenciales experimentales de
las celdas menos los calculados por el propio programa Para alcanzar el miacutenimo
de estas diferencias se aplica el algoritmo de Marquadt Por uacuteltimo en el archivo
de salida del programa SUPERQUAD se obtienen los valores calculados y un
anaacutelisis estadiacutestico de los datos [25]
39
______________________________
CAPIacuteTULO III
HIPOacuteTESIS
______________________________
CAPIacuteTULO III HIPOacuteTESIS
40
3 HIPOacuteTESIS
La 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina aumentaraacute la solubilidad del praseodimio de
esta manera permitiraacute determinar varias especies quiacutemicas de hidroacutelisis de este
elemento en medio 2 M de NaClO4 a 30 degC
41
______________________________
CAPIacuteTULO IV
OBJETIVOS
______________________________
CAPIacuteTULO IV OBJETIVOS
42
4 OBJETIVOS
Objetivo general
Estudiar el comportamiento quiacutemico en solucioacuten acuosa del compuesto de
inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por medio de la
determinacioacuten de las constantes de hidroacutelisis en 2 M de NaClO4 a 30 degC
Objetivos especiacuteficos
Obtener el compuesto de inclusioacuten del praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina
Determinar las constantes de la hidroacutelisis de las especies quiacutemicas de
praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en 2 M de
NaClO4 y a 30 degC por el meacutetodo espectrofotomeacutetrico y el meacutetodo
potenciomeacutetrico
Determinar la constante de hidroacutelisis del compuesto de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en 2 M de NaClO4 y a 30 degC
por el meacutetodo espectrofotomeacutetrico y el meacutetodo potenciomeacutetrico
43
______________________________
CAPIacuteTULO V
METODOLOGIacuteA
______________________________
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
44
5 METODOLOGIacuteA
El diagrama de flujo (Figura 5) muestra el resumen de las actividades del
desarrollo experimental que se siguioacute en el estudio del praseodimio en presencia
de la 2HPβCD
Figura 5 Diagrama de flujo
INICIO
Preparacioacuten de las soluciones de 2M de NaClO4 PrCl3xH2O 2HPβCD y
Pr-2HPβCD
Preparacioacuten de precipitados PrCl3H2O 2HPβCD y Pr-
2HPβCD
Irradiacioacuten Gamma
Caracterizacioacuten de reactivos y el complejo de
inclusioacuten
UV-Vis
MEB y EDS
DRX
EspectroscopiaIR
Espectroscopia Raman
Efecto de concentracioacuten
Solubilidad
Efecto de temperatura
Efecto de tiempo
Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Meacutetodo grafico
Valoraciones potenciomeacutetricas
Determinacioacuten de constantes
de hidroacutelisis con el programa de
coacutemputo SUPERQUAD
Anaacutelisis de
resultados
FIN
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
45
La descripcioacuten de cada una de las etapas de este diagrama se muestra
enseguida
Los reactivos empleados en este trabajo fueron de grado analiacutetico Para la
preparacioacuten de las soluciones y lavado del material del laboratorio se usoacute agua
destilada
51 Preparacioacuten de la solucioacuten de la 2-hidroxipropyl- βeta-ciclodextrina
La solucioacuten del derivado de la beta ciclodextrina se preparoacute a partir de la 2-
hydroxipropyl-βeta-ciclodextrina [(C6H9O5)7-(C3H7O)45] de peso molecular 1396
gmol (anhidro) de Sigma-Aldrich Chem Company Inc el cual se disolvioacute con
agua destilada y agitacioacuten constante La concentracioacuten fue de 02389 M
52 Preparacioacuten de solucioacuten de praseodimio
La solucioacuten de praseodimio se preparoacute a partir del oacutexido de praseodimio (Pr6O11)
de Sigma-Aldrich Chem Company Inc El oacutexido se tratoacute con HCl concentrado el
precipitado resultante se diluyoacute en agua destilada y se evaporoacute hasta sequedad
este proceso se hizo tres veces Finalmente se diluyoacute con una solucioacuten de HCl de
pH 3 Esta solucioacuten se valoroacute con EDTA naranja de xilenol y piridina para
determinar la concentracioacuten la cual fue de 048 M
53 Preparacioacuten del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina
El complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina (Pr-
2HPβCD) se preparoacute a partir de las soluciones de la 2-hydroxipropyl-βeta-
ciclodextrina 02389 M y de la solucioacuten de praseodimio 048 M en la relacioacuten molar
11 La concentracioacuten del complejo de inclusioacuten fue de 0005 M Esta solucioacuten se
evaporoacute lentamente a sequedad en una parrilla de calentamiento Corning PC-351
Hot Plate-Stirrer durante 45 minutos El precipitado resultante se secoacute en una
estufa Lab Line Instruments Inc (Melrose Park Illinois) a 45-50degC durante 2
horas Varias fracciones de este precipitado se emplearon para determinar la
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
46
morfologiacutea la espectroscopia de infrarrojos difraccioacuten de rayos X y Raman
Tambieacuten se caracterizaron las muestras de PrCl3 XH2O y 2HPβCD
54 Determinacioacuten de las curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por UV-Vis
Para cuantificar praseodimio por espectrofotometriacutea UV-Vis se determinaron las
curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD para ello se
realizaron diluciones a diferentes concentraciones de PrCl3 XH2O manteniendo
constante la concentracioacuten de la 2HPβCD Los datos se muestran en la Tabla 4
Tabla 4 Diferentes concentraciones de praseodimio con 2HPβCD constante para determinar las curvas de calibracioacuten
Pr (ml) H2O
(ml)
2HPβCD
(ml)
Concentraciones
Pr2HPβCD [M]
00004 1999 2 00001 00025
00010 1998 2 000025 00025
00041 1995 2 0001 00025
00104 1989 2 00025 00025
00208 1979 2 0005 00025
00416 1958 2 001 00025
0104 1895 2 0025 00025
0260 1739 2 00625 00025
0520 1479 2 0125 00025
1041 0958 2 025 00025
125 075 2 03 00025
Las disoluciones se midieron en el espectroacutemetro UV-Vis marca Perkin Elmer
Lambda 10 en un intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
47
55 Estudio de la influencia de las relaciones molares de las soluciones del
complejo de inclusioacuten
Para determinar la influencia de la 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se prepararon las relaciones molares de PrCl3
XH2O y de 2HPβCD Los datos se muestran en la Tabla 5
Tabla 5 Relaciones molares 2HPβCD Pr
Relacioacuten 2HPβCDPr
2HPβCD (ml)
H2O (ml)
Pr (ml)
Concentraciones 2HPβCDPr [M]
051 0010 199 2 000125 00025
11 0020 1979 2 000250 00025
21 0041 1958 2 000500 00025
31 0062 1937 2 000750 00025
41 0083 1916 2 001000 00025
51 0104 1895 2 001250 00025
81 0167 1832 2 002000 00025
101 0209 1790 2 002500 00025
151 0313 1686 2 003750 00025
181 0376 1623 2 004500 00025
241 0502 1497 2 006000 00025
Las relaciones molares se prepararon a partir de las soluciones de PrCl3 XH2O
048 M y de la 2HPβCD 02389 M
Las disoluciones se midieron en el espectroacutemetro UV-Vis marca Perkin Elmer
Lambda 10 en un intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
56 Efecto de la Radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Para observar el efecto de la radiacioacuten gamma del Cobalto-60 (Co60) en el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se prepararon 6 soluciones de 10 ml del
complejo de inclusioacuten en relacioacuten molar 11 de concentracioacuten 0005 M de cada una
de ellas y soluciones de los reactivos PrCl3 XH2O y 2HPβCD en las mismas
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
48
condiciones Tambieacuten se prepararon 6 muestras soacutelidas de Pr-2HPβCD
(precipitado) PrCl3 XH2O y 2HPβCD de 02 g cada una
Cada una de estas muestras fue colocada en un vial de 20 ml luego se selloacute con
bolsa de plaacutestico y se irradiaron a diferentes dosis en el irradiador LGI-01
TRANSELEKTRO del ININ con una razoacuten de dosis de 103716 Gyh En la
posicioacuten de irradiacioacuten VICKRAD se colocaron tres muestras liacutequidas y tres
soacutelidas de la misma manera en la posicioacuten de irradiacioacuten GAMMACELL tres
muestras liacutequidas y tres soacutelidas En ambos casos cuando se alcanza la dosis
requerida (por ejemplo 1 Gy) una muestra se retira o se saca de la posicioacuten de
irradiacioacuten y asiacute sucesivamente se continuacutea hasta alcanzar la dosis maacutexima de
irradiacioacuten requerida Los datos se muestran en la Tabla 6
Tabla 6 Dosis de irradiacioacuten de Co60 aplicadas a las muestras en solucioacuten y soacutelidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 2HPβCD y PrCl3 XH2O en la instalacioacuten VICKRAD y GAMMACELL del irradiador
LGI-01 TRANSELEKTRO del ININ
1ra Serie Instalacioacuten VICKRAD
No Muestras soacutelidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
No Muestras liacutequidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
1 (a) 1 Gy 4 (1i) 1 Gy 2 (b) 10 Gy 5 (2i) 10 Gy
3 (c) 100 Gy 6 (3i) 100 Gy
2da Serie Instalacioacuten GAMMACELL
No Muestras soacutelidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
No Muestras liacutequidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
1 (d) 05 KGy 4 (4i) 05 KGy
2 (e) 5 KGy 5 (5i) 5 KGy
3 (f) 10 KGy 6 (6i) 10 KGy
Las muestras liacutequidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD PrCl3-XH2O y
2HPβCD irradiadas se evaporaron a sequedad para realizar el anaacutelisis de
caracterizacioacuten
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
49
57 Caracterizacioacuten del compuesto de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina
571 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB)
Para realizar este anaacutelisis se emplearon fracciones de cada uno de los reactivos
PrCl3 XH2O 2HPβCD el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD irradiado Cada una de las fracciones se colocaron en un
porta muestras de aluminio Se recubrieron con una capa de oro para que las
muestras fueran conductoras El anaacutelisis morfoloacutegico se realizoacute en un microscopio
JSM-1600 y JSM-6610LV acoplados a una sonda de espectroscopia de difraccioacuten
de rayos X con el software de los equipos se obtuvo el anaacutelisis elemental
realizado por EDS (Energy Dispersion of X ray Espectrosocopy) que proporcionoacute
informacioacuten cualitativa y cuantitativa de las muestras analizadas
572 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX)
Este anaacutelisis se realizoacute con el difractoacutemetro de polvos SIEMENS D-5000 con
aacutenodo de cobre λ = 15406 Ǻ y un barrido de 25-80 en 2ɵ Para ello se colocaron
en un porta muestras fracciones de cada una de las muestras PrCl3 XH2O
2HPβCD Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado En cada una de estas muestras se
hizo incidir un haz de rayos X De esta manera se obtuvieron graacuteficas de
intensidad en funcioacuten del aacutengulo de difraccioacuten Los resultados se compararon con
las tarjetas de los patrones reportados por el Joint Committee on Powder
Diffraction Standards (JCPDS)
573 Anaacutelisis por espectroscopia de infrarrojo (IR)
Se realizoacute la espectroscopia de infrarrojo de las muestras de PrCl3 XH2O
2HPβCD Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado con el espectroacutemetro Nicolet
Magna-IRTM spectrometer 550 FTIR en un intervalo de 450-4000 cm-1 Las
muestras se prepararon con un estaacutendar de KBr mediante el meacutetodo de
dispersioacuten de pastilla para su anaacutelisis
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
50
574 Anaacutelisis por espectroscopia Raman
Se realizoacute la espectroscopia Raman de las muestras de PrCl3 XH2O 2HPβCD
Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado con el equipo Raman LabRamHR JovynIvon-
Horiba Una fraccioacuten de cada una de las muestras se colocaron en un porta
muestras conectado a un microscopio y se hizo incidir un rayo laacuteser de un
microacutemetro de diaacutemetro Como resultado se obtuvo una graacutefica de intensidad
Raman contra el desplazamiento Raman Los espectros Raman de las muestras
fueron obtenidos en un intervalo de 0 a 1700 cm-1
58 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-βeta-ciclodextrina
581 Efecto de temperatura
En un tubo de ensaye se le adicionoacute 2 ml de agua destilada a 20 0C En un bantildeo
mariacutea a la temperatura de 20 0C se colocoacute el tubo de ensaye con 2 ml de agua
destilada y se le adicionoacute poco a poco la muestra del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD (05 g previamente pesada) Se agitoacute manualmente de manera
constante hasta observar la formacioacuten de precipitado (Pr-2HPβCD) en el fondo
del tubo de ensaye
Este proceso tambieacuten se realizoacute a las temperaturas de 35 42 50 y 60degC El
residuo del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD que ya no se adicionoacute en el tubo de
ensaye se pesoacute y por diferencia con el peso inicial (05 g) se determinoacute los
gramos solubilizados del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Los datos se
muestran en la Tabla 7
Con los resultados obtenidos se graficoacute la temperatura en funcioacuten de la cantidad
de complejo de inclusioacuten solubilizado
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
51
Tabla 7 Cantidad de complejo solubilizado a diferentes temperaturas en 2 ml de agua destilada
Pr-2HPβCD (g)
H2O
(ml)
Temp (degC) del H2O
Pr-2HPβCD solubilizados (g)
1 05 2 20 01866 2 05 2 35 02472 3 05 2 42 03014 4 05 2 50 03461 5 05 2 60 03628
582 Efecto del tiempo
En un tubo de ensaye se le adicionoacute 2 ml de agua destilada a temperatura
ambiente Se le adicionoacute la muestra del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD (01001
g previamente pesada) se registroacute el tiempo (inicial) y se agitoacute manualmente de
manera constante hasta observar la formacioacuten de precipitado (Pr-2HPβCD) en el
fondo del tubo de ensaye Se registroacute el tiempo (final) cuando el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD se solubilizoacute completamente Este proceso se realizoacute 5
veces La determinacioacuten del tiempo de solubilizacioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD es la diferencia entre el tiempo inicial y final Los datos se muestran en la
Tabla 8 Con los resultados obtenidos se graficoacute los gramos solubilizados del
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en funcioacuten del tiempo
Tabla 8 Cantidades de complejo Pr-2HPβCD y agua destilada en cada tubo de ensaye
Pr-2HPβCD
(g)
H2O
(ml) Tiempo (seg)
1 01001 2 161
2 01005 2 163
3 01011 2 167
4 01018 2 169
5 01026 2 170
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
52
59 Determinacioacuten de la curva de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4
Para corregir el pH experimental en el medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 se
preparoacute una solucioacuten de NaOH al 50 pesovolumen A partir de esta solucioacuten se
preparoacute una solucioacuten de hidroacutexido de sodio a una concentracioacuten de 1 N en una
caja de guantes con atmosfera de nitroacutegeno Esta solucioacuten se valoroacute con ftalato
aacutecido de potasio y fenolftaleiacutena para determinar su concentracioacuten Con esta
solucioacuten de NaOH 1 N se prepararon soluciones de 01 001 y 0001 M y a estas
mismas concentraciones con HCl 1N titrisol ambas en medio de fuerza ioacutenica 2 M
de NaClO4 La medicioacuten de pH de estas soluciones (pH experimental) se
realizaron con un electrodo de vidrio AgClAg Radiometer XG200 con agitacioacuten
constante a temperatura de 30 degC controlada por un bantildeo de agua circulante
ldquoPolyscience Circulatiorrdquo modelo 12101-10 Se mantuvo una atmosfera de
nitroacutegeno en la celda potenciomeacutetrica de doble pared Se midioacute el pH 3 veces de
cada solucioacuten el mismo diacutea y durante tres diacuteas consecutivos Se promediaron los
datos obtenidos y se trazoacute una graacutefica que permitioacute realizar la relacioacuten entre el
logaritmo inverso de la concentracioacuten de los iones hidrogeno (pCH) y el pH
experimental
510 Valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Se realizaron valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD con hidroacutexido de sodio en fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 para ello se
colocoacute en una celda de reaccioacuten 10 ml de 2 M de NaClO4 de pH 3 21 microL de la
solucioacuten de 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina de concentracioacuten 02389 M y 105
microL de la solucioacuten de PrCl3 XH2O de concentracioacuten 048 M para tener una
concentracioacuten inicial de 000025 M del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Se
midioacute el pH se tomoacute una aliacutecuota de 3 ml y se midioacute su absorbancia con el
espectrofotoacutemetro UV-Vis Perkin Elmer Lambda 10 en un intervalo de longitud de
onda de 200 a 700 nm Como blanco se empleoacute agua destilada Los 3 ml de
solucioacuten medida por UV-Vis se regresaron a la celda de reaccioacuten Posteriormente
se adicionaron aliacutecuotas de una solucioacuten de 00025 M de NaOH en 2 M de
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
53
NaClO4 Se repitioacute varias veces el proceso de tomar una aliacutecuota en la celda de
reaccioacuten a la celda de cuarzo y medir la absorbancia del complejo de inclusioacuten de
tal manera que el pH incrementara de 02 en 02 hasta alcanzar un pH de 9 o 10
aproximadamente En todo el proceso se mantuvo una temperatura de 30 degC y
una atmoacutesfera de nitroacutegeno constante en la celda
Con los datos de pH y absorbancia a una longitud de onda de 210 nm obtenidos
se graficaron los valores de la absorbancia en funcioacuten del pCH para determinar el
pCH de precipitacioacuten la zona no saturada y la zona saturada
511 Valoraciones potenciomeacutetricas directas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Con el sistema de titulacioacuten automaacutetica que consiste de un potencioacutemetro
Radiometer TIM900 Titrilab de un electrodo combinado de vidriondashAgClAg y una
bureta automaacutetica de 20 ml se realizaron valoraciones potenciomeacutetricas directas
Para lo cual se colocoacute en la celda de reaccioacuten 10 ml de 2 M de NaClO4 de pH 3
21 microL de la solucioacuten de 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina de concentracioacuten 02389
M y 105 microL de la solucioacuten de PrCl3 XH2O de concentracioacuten 048 M para tener
una concentracioacuten inicial de 000025 M del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Esta solucioacuten se valoroacute con NaOH 00025 M en 2 M de NaClO4 a una temperatura
de 30 degC flujo de nitroacutegeno y agitacioacuten constante Con los datos de pH y volumen
de NaOH se graficaron los valores de pCH en funcioacuten del volumen de NaOH El
intervalo de pCH de la zona no saturada se determinoacute despueacutes de que el aacutecido fue
neutralizado y el pCH final se determinoacute con el pCH de precipitacioacuten obtenido en la
titulacioacuten espectrofotomeacutetrica Este intervalo de pCH de la zona no saturada se
emplearon en el programa de computo SUPERQUAD para determinar los valores
de las constantes de hidroacutelisis del praseodimio y del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
54
______________________________
CAPIacuteTULO VI
RESULTADOS
______________________________
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
55
6 RESULTADOS
61 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 6 muestra los espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes
concentraciones en presencia de 2HPβCD 00025 M determinados en el intervalo
de longitud de onda de 200 a 700 nm En ellos se observa que cuando aumenta
la concentracioacuten del praseodimio en presencia de 2HPβCD aumenta el tamantildeo de
las bandas La 2HPβCD no presenta bandas de absorcioacuten en toda la regioacuten de
200-700 nm
Figura 6 Espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes concentraciones en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
A partir de la Figura 6 y de acuerdo al tamantildeo de las bandas de absorcioacuten de los
espectros UV-Vis en funcioacuten de la concentracioacuten del praseodimio se establecen
tres regiones de intereacutes En la regioacuten de longitud de onda de 200-225 nm la banda
de absorcioacuten maacutexima del praseodimio se encuentra en 215 nm para
concentraciones bajas en la regioacuten de 440-490 nm se encuentran las bandas de
absorcioacuten de 444 469 nm y 482 nm para concentraciones intermedias y
finalmente en la regioacuten de 558-600 nm se encuentran las bandas de absorcioacuten de
200 300 400 500 600 700
00
05
10
15
20
25
30
Ab
so
rban
cia
Longitu de onda (cm-1)
000011MPr
0000251MPr
00011MPr
000251MPr
00051MPr
001MPr
0025MPr
006251MPr
01251MPr
0251MPr
031MPr
00025M2HPBCD
00025MPr
1
2
3
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
56
5885 nm para cuantificar concentraciones altas de praseodimio en presencia de la
2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Figura 7 y Tabla 9) En la Figura 7 se muestran las
rectas de calibracioacuten para cuantificar praseodimio Estas rectas de calibracioacuten fueron
determinadas con los datos de los valores de absorbancia de cada banda de
absorcioacuten de la Figura 6 en funcioacuten de la concentracioacuten del praseodimio
Figura 7 Rectas de calibracioacuten de las bandas de absorcioacuten del praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
Tabla 9 Ecuaciones de calibracioacuten del praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
obtenidos por UV-Vis
Intervalo de longitud de onda de UV-Vis
200-250 nm 400-500 nm 560-620 nm
Bandas de 215 nm 444 nm 469 nm 482 nm 5885 nm
absorcioacuten
Ecuaciones de
calibracioacuten
A= 26554[Pr] + 00527
A = 513[Pr] + 00127
A = 21698[Pr] + 00123
A = 15912[Pr] + 00128
A = 00783[Pr] + 00103
Rsup2 = 09949 Rsup2 = 09992 Rsup2 = 09958 Rsup2 = 09917 Rsup2 = 09769
Doacutende nm= nanoacutemetros A= Absorbancia [Pr (III)]= Concentracioacuten del Praseodimio R = Coeficiente de
correlacioacuten
000 005 010 015 020 025 030
00
02
04
06
08
10
12
14
16
y=15912 x +00128
R2=09917
y=00783 x +00103
R2=09769
y=21698 x +00123
R2=09958
y=513 x +00127
R2=09992
215 nm
444 nm
469 nm
482 nm
5885 nm
Abso
rbancia
[Pr] M
y=26554 x +00527
R2=09949
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
57
En la Tabla 9 se muestran los datos de las ecuaciones de calibracion para
determinar praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina por
espectroscopiacutea UV-Vis
Estas consideraciones tienen una limitacioacuten ya que se debe tomar en cuenta que
el intervalo oacuteptimo para medir la absorbancia con fines de anaacutelisis cuantitativo
estaacute entre 002ndash15
62 Efecto de la concentracioacuten de la 2HPβCD en el praseodimio por
espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 8 muestra los espectros de absorcioacuten del praseodimio a concentracioacuten
constante (00025 M) en presencia de 2HPβCD a diferentes concentraciones
determinados en el intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
Figura 8 Espectro de absorcioacuten UV-Vis del praseodimio a concentracioacuten constante en presencia de la 2HPβCD a diferentes concentraciones En el detalle central se muestra la ampliacioacuten de la banda de
absorcioacuten 215 nm
En los espectros de absorcioacuten del praseodimio de la Figura 8 se observa que
cuando aumenta la concentracioacuten de 2HPβCD aumenta ligeramente el tamantildeo de
200 300 400 500 600 700
00
02
04
Ab
so
rbancia
Longitud de onda (cm-1)
00025MPr
00025M2HPBCD
051M
11M
21M
31M
41M
51M
81M
101M
151M
181M
241M1
2 3
200 205 210 215 220 225 230
00
01
02
03
04
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
1
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
58
las bandas de absorcioacuten del praseodimio En el detalle central de la Figura 8 se
aprecia maacutes adecuadamente este efecto
Con estas observaciones se muestra que la 2HPβCD aumenta la solubilidad del
praseodimio debido a este aumento ligero en el tamantildeo de las bandas de
absorcioacuten del praseodimio de la Figura 8
63 Efecto de la radiacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD por
espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 9 muestra los espectros de absorcioacuten determinados en el intervalo de
longitud de onda de 200 a 700 nm del 2HPβCD 2HPβCD irradiado PrCl3XH2O
PrCl3XH2O irradiado el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y el complejo de
inclusioacuten Pr-2-HP-β-CD irradiado Las irradiaciones se realizaron a 10000 Gy
Figura 9 Espectro UV-Vis de las muestras irradiadas en solucioacuten del complejo Pr-2HPβCD PrCl3 y 2HPβCD
Como se observa en la Figura 9 el efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de
inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Pr-2HPβCD) mostraron que
cuando el complejo de inclusioacuten es irradiado a 10 000 Gy se observaron ligeros
200 300 400 500 600 700
00
02
04
06
08
10
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
00025 M 2HPBCD
Pr 00025 M
Pr-2HPBCD
2HPBCD 10 KGY
PrCl3-XH2O 10 KGy
Pr-2HPBCD 10 KGy
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
59
cambios comparado con el complejo de inclusioacuten no irradiado Esto se puede
deber a que probablemente el complejo empieza a descomponerse
62 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB)
La Figura 10 muestra las imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las
muestras 2HPβCD 2HPβCD irradiada PrCl3XH2O PrCl3XH2O irradiada Pr-
2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy
a) c) e)c
b) d) f)
Figura 10 Imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las muestras a) 2HPβCD b) 2HPβCD irradiada c) PrCl3XH2O d) PrCl3XH2O irradiada e) Pr-2HPβCD y f) Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy
La 2HPβCD mostroacute partiacuteculas esfeacutericas de diversos tamantildeos con una superficie
lisa en su interior se observan cavidades dentro de las partiacuteculas pareciera que
se desprenden esferas maacutes pequentildeas El PrCl3XH2O mostroacute una superficie
rugosa las partiacuteculas se ven fundidas debido probablemente a que el material es
higroscoacutepico y tiende a hidratarse faacutecilmente El complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
muestra una morfologiacutea diferente a los reactivos precursores ya que se presentan
partiacuteculas en forma de rocas de diferentes dimensiones ademaacutes se observan
aglomeraciones de partiacuteculas Las imaacutegenes de las muestras irradiadas a una
dosis de 10 KGy conservan su morfologiacutea a excepcioacuten de PrCl3XH2O irradiada y
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
60
Pr-2HPβCD irradiada muestran pequentildeos cambios Sus partiacuteculas se ven un poco
maacutes fundidas probablemente se deba al efecto de la radiacioacuten
La composicioacuten quiacutemica elemental de las muestras 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD se muestran en la Tabla 10 determinado por el anaacutelisis elemental (EDS)
Tabla 10 Anaacutelisis EDS de las muestras de PrCl3 2-HPβCD y Pr-2HPβCD
Elemento Atoacutemico
Pr Cl O C
PrCl3 1233 plusmn 207 3595 plusmn 666 5171 plusmn 871 -----
2HPβCD ----- ----- 4159 plusmn 22 584 plusmn 22
Pr-2HPβCD 097 plusmn061 248 plusmn 143 3619plusmn 422 6034 plusmn 478
Todas las muestras presentan los elementos de su composicioacuten quiacutemica La
presencia de Pr Cl C y O en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD confirman la
interaccioacuten de 2HPβCD PrCl3XH2O para la formacioacuten del complejo de inclusioacuten
como se muestras en la Tabla 10
63 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX)
En la Figura 11 se muestran los difractogramas de 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD determinado por Difraccioacuten de Rayos X Los difractogramas de rayos X
de la Figura 11 muestran diferencias entre ellas El difractograma del PrCl3XH2O
presenta reflexiones de alta intensidad comparado con las otras muestras debido
a su naturaleza cristalina del praseodimio El difractograma de la 2HPβCD es de
estructura amorfa caracteriacutestica de los compuestos de carbono
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
61
Figura 11 Difraccioacuten de rayos X de PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD
El difractograma del compuesto de inclusioacuten Pr-2HPβCD muestra una
combinacioacuten de reflexiones de las muestras de PrCl3XH2O y 2HPβCD debido a la
formacioacuten de eacuteste complejo de inclusioacuten aunque predomina el de la 2HPβCD
Se comparoacute el difractograma de la muestra de PrCl3XH2O con la tarjeta del patroacuten
reportado por el Joint Committee on Powder Diffraction Standards (JCPDS) PDF
84-2188 Aqua Praseodymium Chloride Ambos difractogramas coinciden
adecuadamente
Los difractogramas de las muestras irradiadas a diferentes dosis mostraron que en
el intervalo de dosis de 1-500 Gy las muestras no sufren cambios Sin embargo
cuando el complejo de inclusioacuten es irradiado a 5000 y 10 000 Gy se observaron
ligeros cambios en sus inflexiones comparados con las muestras no irradiadas
Probablemente las muestras empiezan a descomponerse
64 Espectroscopia de infrarrojo (IR)
En la Figura 12 se muestra los espectros de infrarrojo de la 2HPβCD PrCl3XH2O
y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
62
Figura 12 Espectros de infrarrojo de las muestra 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-2HPβCD
El espectro infrarrojo de la muestra de PrCl3XH2O presenta la banda de absorcioacuten
a 341434 cm-1 correspondiente a moleacuteculas de agua de hidratacioacuten y la banda de
absorcioacuten a 67003 cm-1 debido a las uniones praseodimio con cloruros El
espectro infrarrojo de la muestra de la 2HPβCD presenta bandas de absorcioacuten a
331508 cm-1 [OH] 292046 cm-1 [CH2] 115183 cm-1 [C-C] 108000 cm-1 [C-O] y
102306 cm-1 [O-H]
Tabla 11 Grupos funcionales del PrCl3XH2O 2HPβCD y del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Compuesto [OH] [CH2] [C-C] [C-O] [O-H] [Cl3]
PrCl3XH2O 341434 67003
2HPβCD 331508 292046 115183 108000 102306
Pr-2HPβCD 329688 292645 115247 108028 102514
120723[PrCl3XH2O-Pr-2HPβCD] -11746
120723[2HPβCD-Pr-2HPβCD] -182 599 064 028 208
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
63
En la Tabla 11 se muestran los datos de las bandas de absorcioacuten de las muestras
de 2HPβCD PrCl3XH2O y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y los valores
de los desplazamientos observados Los valores de desplazamiento indican la
formacioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Las bandas de absorcioacuten de las
muestras irradiadas a diferentes dosis mostraron que en el intervalo de dosis de 1-
500 Gy las muestras no sufren cambios Cuando las muestras son irradiados a
5000 y 10 000 Gy se observaron ligeros cambios en la intensidad de la bandas de
absorcioacuten
65 Espectroscopia Raman
Figura 13 Espectros Raman de la muestra PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD
La Figura 13 muestra los espectros Raman de las muestras 2HPβCD PrCl3XH2O
y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Se realizaron 100 adquisiciones de
cada uno de las muestras Los resultados son el promedio de estas Los espectros
Raman de la Figura 13 muestran diferencias entre ellas
El espectro Raman del PrCl3XH2O muestra un pico intenso a 19278 cm-1 Este
pico se observa en el espectro Raman del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD a
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
64
23814 cm-1 y es de intensidad menor Las bandas de la 2HPβCD (44336 47805
84780 94691 126575 133270 145854 cm-1) algunas desaparecen y otras se
desplazan en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Esto indica la formacioacuten del
complejo de inclusioacuten
Al comparar los espectros Raman de las muestras irradiadas a diferentes dosis
mostraron que en el intervalo de dosis de 1-500 Gy no sufren cambios Sin
embargo en el intervalo de 5000 a 10000 Gys se observa la presencia de una
banda que no se encuentra en las muestras no irradiadas Probablemente las
muestras empiezan a descomponerse
66 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-βeta-ciclodextrina
661 Efecto de temperatura
La Figura 14 muestra el efecto de temperatura sobre la solubilidad del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD
Figura 14 Efecto de temperatura en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
20 30 40 50 60
018
020
022
024
026
028
030
032
034
036
038
g P
r-2H
PB
CD
Temperatura degC
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
65
La Figura muestra que conforme la temperatura va aumentando la solubilidad de
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta Es decir a la temperatura 20 degC se
solubilizan 01866 g del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD mientras que a 60 degC
se solubilizan 03628 g
662 Efecto de tiempo
La Figura 15 muestra el efecto del tiempo sobre la solubilidad del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD
Se observoacute que conforme el tiempo va aumentando la solubilidad de complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta Con esto se determinoacute que la dilucioacuten de 01 gr de
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 ml de agua destilada se lleva a cabo en
un tiempo 170 segundos
Figura 15 Efecto de tiempo en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
01000 01005 01010 01015 01020 01025 01030
160
162
164
166
168
170
Tie
mpo (
segundos)
g Pr-2HPBCD
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
66
67 Recta de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4
Se realizaron las mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de
2 M de NaClO4 Los datos se muestran en la Tabla 12
Tabla 12 Mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de 2 M de NaClO4
Concentracioacuten (M)
pCH pH
exp 1 pH
exp 2 pH
exp 3 pH
exp 4 pH
exp 5 pH exp prom
HCl 0001 3 2359 2205 2333 2402 2329 23256
001 2 1173 1172 1207 1228 1268 12096
01 1 0508 0248 0253 0352 0361 03444
NaOH 0001 11 9987 9994 9926 10009 9994 9982
001 12 10947 10876 10959 10876 10849 109014
01 13 11612 1156 11604 11552 11516 115688
Se graficaron los datos de pH (experimental) promedio en funcioacuten del pCH (teoacuterico)
se tiene la Figura 16
Figura 16 Recta de calibracioacuten del pCH como una funcioacuten del pH en el medio 2 M de NaClO4
0 2 4 6 8 10 12 14
0
2
4
6
8
10
12
pC
H
pH
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
67
La ecuacioacuten de la recta de calibracioacuten es
pCH= 105108 (plusmn00063) pH + 06352 (plusmn00669) R2= 09995
Esta ecuacioacuten permitioacute corregir todos los datos de pH experimental de este
trabajo
68 Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Se realizaron valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD en medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 a 30 deg C en atmoacutesfera inerte
Se obtuvieron espectros de absorcioacuten UV-Vis en el intervalo de longitud de onda
de 200 a 700 nm En la Figura 17 se muestra los espectros de absorcioacuten de cada
una de las aliacutecuotas del praseodimio en presencia de la 2HPβCD en el intervalo de
longitud de onda de 200 a 230 nm
Figura 17 Espectros de absorcioacuten UV-Vis de la valoracioacuten espectrofotomeacutetrica del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con NaOH 00025 M en el medio 2M de NaClO4
200 210 220 230
00
01
02
03
04
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
68
Se graficaron los datos de absorbancia a la longitud de onda de 215 nm de la Figura
17 y los valores de pCH correspondientes se obtuvo la Figura 18
Figura 18 Curva de valoracioacuten espectrofotomeacutetrica (absorbancia en funcioacuten del pCH) y la primera derivada del praseodimio en presencia de la 2HPβCD a longitud de onda de 215 nm
La derivada de la curva de la Figura 18 permitioacute determinar el pCH de precipitacioacuten
(maacutexima inflexioacuten) el cual fue de 812 A partir de este pCH se determinoacute la zona
no saturada (lado izquierdo de la curva) y saturada (lado derecho de la curva)
69 Titulaciones potenciomeacutetricas
Se realizaron valoraciones potenciomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
con NaOH en medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 a 30 degC en atmosfera inerte
Se obtuvo la Figura 19 La valoracioacuten potenciomeacutetrica del Pr-2HPβCD inicio en
medio acido por medio de la primera derivada y su inflexioacuten de la curva se
determinoacute el pCH inicial (pCH= 656) el valor de pCH final se determinoacute con el valor
de la primera derivada (pCHpp= 812) de la Figura 18 (punto de inicio de
precipitacioacuten del PrCl3XH2O)
4 5 6 7 8 9 10
025
030
035
040
045
050
055
060
pCH
Ab
so
rban
cia
-01
00
01
02
03
04
05
06
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
69
Figura 19 Curva de valoracioacuten potenciomeacutetrica directa de 25x10-4 M del praseodimio en presencia de la 2HPβCD con 25x10-3 de NaOH en 2 M de NaClO4 a 30 degC en atmosfera libre de CO2 y primera
derivada de la curva Detalle central (zona no saturada)
Con estos dos valores se determinoacute el intervalo de la zona no saturada que se
muestra en el detalle central de la Figura 19 empleado para el caacutelculo de la
primera constante de hidrolisis del praseodimio y del complejo del praseodimio en
presencia de la 2HPβCD
610 Refinamientos
A partir del detalle central de la Figura 19 (zona no saturada) los datos de
volumen pCH concentracioacuten del titulado y titulante y un modelo quiacutemico propuesto
con la estequiometria se alimentaron al programa de computo SUPERQUAD y
mediante refinamiento computacional se determinaron los valores de la constante
de hidrolisis de las especies quiacutemicas del praseodimio y del complejo de inclusioacuten
Pr-2HPβCD que se muestran en la Tabla 13
0 5 10 15 20
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
ml adicionados de NaOH
pC
H
0
2
4
6
8
10
00 01 02 03 04 05 06 07
64
66
68
70
72
74
76
78
80
82
pC
H
ml adicionados de NaOH
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
70
Tabla 13 Constantes de hidroacutelisis del Pr y el pCH de precipitacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 M de NaClO4 obtenidos mediante meacutetodo potenciomeacutetrico y el programa SUPERQUAD a
30 degC
Equilibrio Quiacutemico
logβ1
POTENCIOMETRICO
(SUPERQUAD)
Intervalo
(pCH)
No
puntos
ESPECTROFOTOMETRICO
pCH de pp
Meacutetodo GRAFICO
Pr3++ H2O Pr(OH)2++ H+ -862plusmn0007 656-812 33 812
Pr(OH)2++H2O Pr(OH)2++H+ -1710plusmn003
Pr(OH)2++H2O Pr(OH)3+H+ -2586plusmn001
Pr3++2HPβCD+H2O Pr-
2HPβCD-(OH)2++H+
-509plusmn007
En la Tabla 13 anterior se muestra el valor de pCH de precipitacioacuten obtenido por el
meacutetodo espectrofotomeacutetrico (meacutetodo graacutefico) que fue de 812 Los valores de las
constantes de hidrolisis de las especies quiacutemicas del praseodimio fueron-
logβ1OH=-862plusmn0007-logβ22OH=-1710plusmn003-logβ33OH=-2586plusmn001 y del complejo
de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-509plusmn007 obtenidos por el meacutetodo
potenciomeacutetrico empleando el programa de computo SUPERQUAD
71
______________________________
CONCLUSIONES
______________________________
CONCLUSIONES
72
CONCLUSIONES
bull Se observaron 3 zonas de absorcioacuten caracteriacutesticas del praseodimio
situadas a una longitud de onda de 215 nm 3 bandas de absorcioacuten en 444
nm 469 nm y 482 nm y en 5885 nm se determinaron para cada banda las
rectas de calibracioacuten
bull Se demostroacute la inclusioacuten del praseodimio en la 2HPβCD y el efecto de la
radiacioacuten gamma en los reactivos (PrCl3XH2O 2HPβCD) y el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD satisfactoriamente mediante las diferentes teacutecnicas de
caracterizacioacuten y anaacutelisis empleadas (MEB UV-Vis DRX Espectroscopia
Infrarrojo y Espectroscopia Raman)
bull El efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-β-ciclodextrina (Pr-2HP-β-CD) mostroacute que en el intervalo de
dosis de 1-500 Gy no sufren cambios Sin embargo cuando es irradiado a
5000 y 10 000 Gy se observaron ligeros cambios Esto se puede deber a
que probablemente el complejo empieza a descomponerse
bull La solubilidad de complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta en funcioacuten del
aumento de la temperatura
bull Conforme el tiempo va aumentando la solubilidad de complejo de inclusioacuten
Pr-2HPβCD aumenta
bull El valor de la primera constante de hidrolisis del praseodimio obtenido fue-
logβ1OH=-862plusmn0007 y del complejo de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-
509plusmn007
73
______________________________
RECOMENDACIONES
______________________________
RECOMENDACIONES
74
bull El complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se debe preparar con diferentes
meacutetodos para elegir el maacutes adecuado de acuerdo a su rendimiento
quiacutemico y asegurar su formacioacuten
bull Comparar la zona no saturada de complejo de Inclusioacuten del Pr-2HPβCD
Pr-2βCD y la del praseodimio sin complejo para observar el efecto de la
solubilidad y estabilidad
bull Determinar las constantes de hidrolisis del praseodimio y del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD irradiado con radiacioacuten gamma de Co60 y comparar
con la de complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD no irradiado
75
______________________________
GLOSARIO
______________________________
GLOSARIO
76
GLOSARIO
1 Absorbancia
Se define como la relacioacuten (logariacutetmica) entre la intensidad de la luz que incide
sobre una muestra y la intensidad de esa misma luz que es transmitida a traveacutes de
esa muestra Cuando una luz de una longitud de onda determinada seleccionada
por un filtro incide sobre una muestra parte de esa luz es absorbida La luz no
absorbida pasa a traveacutes de la muestra y es recogida por un detector colocado en
el otro lado del pocillo de la micro placa frente a la fuente de luz
2 Algoritmo de Marquadt
Es un proceso iterativo de convergencia que a traveacutes de la teacutecnica de los miacutenimos
cuadrados ponderados permite encontrar los paraacutemetros de las ecuaciones de
funciones no lineales
3 Complejo de inclusioacuten
Mezcla cristalina en la que las moleacuteculas de un componente estaacuten contenidas
dentro de la red cristalina del otro
4 Confinamiento de residuos
Lugar totalmente seguro controlado y construido con el propoacutesito de disponer
residuos peligrosos instalados en un lugar retirado de la poblacioacuten con el objetivo
de disminuir riesgos de caraacutecter natural y humano
5 Curva de calibracioacuten
Representacioacuten graacutefica de una sentildeal que se mide en funcioacuten de la concentracioacuten
de un analito La calibracioacuten incluye la seleccioacuten de un modelo para estimar los
paraacutemetros que permitan determinar la linealidad de esa curva Y en
consecuencia la capacidad de un meacutetodo analiacutetico para obtener resultados que
sean directamente proporcionales a la concentracioacuten de un compuesto en una
muestra dentro de un determinado intervalo de trabajo
GLOSARIO
77
6 Desechos radiactivos
Residuo o subproductos que contiene varios elementos quiacutemicos radiactivos que
no tiene un fin praacutectico
7 Especies quiacutemicas
En quiacutemica el teacutermino especie quiacutemica se usa comuacutenmente para referirse de
forma geneacuterica a aacutetomos moleacuteculas iones radicales etc que sean el objeto de
consideracioacuten o estudio
8 Estabilidad
Una sustancia es estable si no es particularmente reactivo en el ambiente o
durante uso normal y mantiene sus propiedades uacutetiles en la escala de tiempo de
su durabilidad esperada y por lo que se dice que el material es inestable si se
corroe descompone polimeriza quema o explota bajo las condiciones anticipadas
de uso o condiciones ambientales normales
9 Fisioacuten nuclear
Reaccioacuten en la cual un nuacutecleo se bombardea con neutrones se convierte en
inestable y se descompone en dos nuacutecleos y tamantildeos son del mismo orden de
magnitud con gran desprendimiento de energiacutea y la emisioacuten de dos o tres
neutrones los cuales a su vez ocasionar maacutes fisiones al interaccionar con nuevos
nuacutecleos fisionables que emitiraacuten nuevos neutrones y asiacute sucesivamente
10 Fuerza ioacutenica
Propiedad de una solucioacuten que depende de la concentracioacuten total de iones en la
solucioacuten asiacute como de la carga de dichos iones
11 Isoacutetopo
Nucleiacutedos pertenecientes a un mismo elemento quiacutemico pero que se diferencian
entre el nuacutemero de neutrones de cada uno
GLOSARIO
78
12 Lenguaje fortran
Es un lenguaje de programacioacuten de alto nivel de propoacutesito general procedimental
e imperativo que estaacute especialmente adaptado al caacutelculo numeacuterico y a la
computacioacuten cientiacutefica
13 Lgi-01 TRANSELEKTRO (LGI-01)
Equipo de irradiacioacuten integrado por un cuerpo ciliacutendrico de plomo que sirve de
blindaje una jaula ciliacutendrica que contiene los laacutepices de Co60 un eacutembolo moacutevil con
una cavidad (caacutemara de exposicioacuten) una consola de mando y un cronoacutemetro para
establecer el tiempo de irradiacioacuten La caacutemara de exposicioacuten alberga a las
muestras para la irradiacioacuten un sistema electromecaacutenico baja el depoacutesito de las
muestras hasta la fuente de radiacioacuten que consta de 48 laacutepices de los cuales 12
contiene Co60 y el resto estaacuten vaciacuteos
14 Longitud de onda
Es la distancia real que recorre una perturbacioacuten (onda) en un determinado
intervalo de tiempo Ese intervalo de tiempo es el transcurrido entre dos maacuteximos
consecutivos de alguna propiedad fiacutesica de la onda
15 Medio acuoso
Medio o disolucioacuten acuosa se refiere a que una mezcla de disolventes el
disolvente mayoritario es agua Las disoluciones acuosas tienen una gran
importancia en la biologiacutea desde los laboratorios de ciencia baacutesica hasta la
quiacutemica de la vida pasando por la quiacutemica industrial Por la vasta cantidad y
variedad de sustancias que son solubles en agua esta se denomina a veces
disolvente universal
16 pCH
Es el logaritmo inverso de la concentracioacuten de los iones hidroacutegeno
17 pH
Es una medida del pH experimental de este trabajo
GLOSARIO
79
18 Precursores
Sustancia indispensable o necesaria para producir otra mediante los compuestos
quiacutemicos que constituyen una primera etapa en un proceso quiacutemico y actuacutean
como sustrato en las etapas posteriores
19 Radiacioacuten gamma
Es un tipo de radiacioacuten electromagneacutetica constituida por fotones se produce por
elementos radiactivos o procesos subatoacutemicos como la aniquilacioacuten de un par
positroacuten-electroacuten Los rayos gamma constituyen un tipo de radiacioacuten ionizante
capaz de penetrar en la materia maacutes profundamente que la radiacioacuten α y la β
pueden causar graves dantildeos a las ceacutelulas se usan para esterilizar equipos
meacutedicos y alimentos
20 Reacciones de hidroacutelisis
Reacciones quiacutemicas entre una moleacutecula de agua y cualquier otra especie
quiacutemica en la cual la moleacutecula de agua se divide y sus aacutetomos forman parte de
otra especie quiacutemica
21 Relacioacuten molar
Factor de conversioacuten cuyo fin es convertir en una reaccioacuten quiacutemica la cantidad de
moles de una sustancia a la cantidad correspondiente de moles de otra sustancia
La sustancia de partida se expresa en gramos y la sustancia deseada en moles
22 Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Se denomina valoracioacuten espectrofotomeacutetrica al procedimiento por el cual se
determina el punto final de una titulacioacuten utilizando las medidas de absorbancia a
una longitud de onda fija Para simplificar la teacutecnica se selecciona una longitud de
onda donde solamente uno de los componentes de la muestra absorba
80
______________________________
REFERENCIAS CITADAS
______________________________
REFERENCIAS CITADAS
81
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producto de solubilidad de ln (OH)3 y el efecto de los iones cloruro sobre la
hidroacutelisis de lantano praseodimio y lutecio en soluciones acuosas de fuerza
ioacutenica 2 molar pp 21
IacuteNDICE
XIX
IacuteNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Propiedades fisicoquiacutemicas de los diferentes tipos de ciclodextrinas
naturales 26
Tabla 2 Reacciones de hidroacutelisis del praseodimio y constantes de equilibrio 29
Tabla 3 Datos de la literatura sobre la primera constante de hidroacutelisis (log β1) del
praseodimio 31
Tabla 4 Diferentes concentraciones de praseodimio con 2HPβCD constante para
determinar las curvas de calibracioacuten 46
Tabla 5 Relaciones molares 2HPβCD Pr 47
Tabla 6 Dosis de irradiacioacuten de Co60 aplicadas a las muestras en solucioacuten y
soacutelidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 2HPβCD y PrCl3 XH2O en la
instalacioacuten VICKRAD y GAMMACELL del irradiador LGI-01 TRANSELEKTRO del
ININ 48
Tabla 7 Cantidad de complejo solubilizado a diferentes temperaturas en 2 ml de
agua destilada 51
Tabla 8 Cantidades de complejo Pr-2HPβCD y agua destilada en cada tubo de
ensaye 51
Tabla 9 Ecuaciones de calibracioacuten del praseodimio en presencia de la 2-
hidroxipropil-β-ciclodextrina obtenidos por UV-Vis 56
Tabla 10 Anaacutelisis EDS de las muestras de PrCl3 2-HPβCD y Pr-2HPβCD 60
Tabla 11 Grupos funcionales del PrCl3XH2O 2HPβCD y del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD 62
Tabla 12 Mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de 2 M de
NaClO4 66
Tabla 13 Constantes de hidroacutelisis del Pr y el pCH de precipitacioacuten en el complejo
de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 M de NaClO4 obtenidos mediante meacutetodo
potenciomeacutetrico y el programa SUPERQUAD a 30 degC 70
ABREVIATURAS
XX
ABREVIATURAS
Pr praseodimio
2HPβCD 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
CDs Ciclodextrinas
CD Ciclodextrina
Ln Lantaacutenidos
Pr-2HPβCD praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Pr-2βCD praseodimio-2-βeta-ciclodextrina
CGT ciclomaltodextrin-glucano-transferasa
TP Titulacioacuten potenciomeacutetrica
ES Titulacioacuten espectrofotomeacutetrica
RE Relacioacuten empiacuterica
ED Extraccioacuten con disolvente
MEB Microscopiacutea electroacutenica de barrido
EDS Espectroacutemetro de dispersioacuten de energiacutea de rayos X
UV-VIS Ultravioleta-Visible
DRX Difraccioacuten de rayos X
IR Infrarrojo
EDTA Acido tetracetico etilen diamina
Co60 Cobalto-60
JCPDS Joint Committee On Powder Diffraction Standards
M Molaridad
21
______________________________
CAPIacuteTULO I
INTRODUCCIOacuteN
______________________________
CAPIacuteTULO I INTRODUCCIOacuteN
22
1 INTRODUCCIOacuteN
El praseodimio pertenece al grupo de los lantaacutenidos que muestran propiedades
quiacutemicas muy similares entre ellos derivadas de su configuracioacuten electroacutenica
caracterizados por la presencia de orbitales 4f parcialmente llenos Incluso se
consideran parecidos al grupo de los elementos actiacutenidos El praseodimio es un
elemento metaacutelico con siacutembolo Pr nuacutemero atoacutemico 59 y peso atoacutemico 140907
gmol El isoacutetopo estable 141Pr constituye el 100 del elemento en la naturaleza
Este lemento puede ser encontrado en ceramicos para dar el color amarillo En
mezcla con otros lantanidos se usan como proyectores de luz Su uso sigue
aumentando debido al hecho de que es uacutetil para producir magnetos de alto poder
entre otros Sobre todo se esta empleando en la mitigacioacuten de cancer Es
peligroso en el ambiente cuando se tiran estos dispositivos despues de cumplir su
funcioacuten por lo que se acumularaacute gradualmente en los suelos y en el agua De ahiacute
la importancia de estudiar las reacciones de hidrolisis
La utilizacioacuten de la 2 hidroxipropil-β-ciclodextrina (2HPβCD) en este trabajo de
investigacioacuten es fundamental debido a que es un agente de formacioacuten de
complejos de inclusioacuten para aumentar la solubilidad acuosa debido a que las
ciclodextrinas (CDs) se comportan como nano contenedores capaces de
encapsular moleacuteculas hidroacutefobas de tamantildeo apropiado y solubilizarlas en agua
propiedad que se aprovecha para determinar las constantes de hidroacutelisis del
praseodimio
Por lo cual el objetivo principal de este trabajo de investigacioacuten y en ausencia de
datos fundamentales de la interaccioacuten Ln3+-CDs sustituidas fue preparar el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Ademaacutes determinar el pCH de precipitacioacuten la
zona no saturada y saturada del Pr-2HPβCD que permiten determinar la constante
de hidroacutelisis del complejo de inclusioacuten praseodimio-2hidroxipropil-β-ciclodextrina
(Pr-2HPβCD) en medio 2 M de NaClO4 a 303 K por titulacioacuten espectrofotomeacutetrica
y potenciomeacutetrica
23
______________________________
CAPIacuteTULO II
FUNDAMENTO
______________________________
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
24
2 FUNDAMENTO
21 LOS LANTANIDOS
Los lantaacutenidos (tierras raras) forman un grupo de 17 elementos quiacutemicos que
muestran propiedades singulares derivadas de su configuracioacuten electroacutenica Estaacuten
caracterizados por la presencia de orbitales 4f parcialmente llenos [1] Los
nuacutemeros atoacutemicos de estos elementos van de 41 hasta 71 (Ce-Lu)
La configuracioacuten electroacutenica de los iones Ln3+ es 4fn5s25p6 (n= 0-14) Los orbitales
4f son orbitales internos con respecto a los 5s y 5p por lo cual estaacuten maacutes
cercanos al nuacutecleo Los orbitales 5s y 5p protegen a los electrones 4f de
interacciones externas determinando las propiedades de los iones Ln3+ [1] o
conducta quiacutemica debido a la pequentildea diferencia de energiacutea que distingue a los
electrones 4f de los electrones 5d [23]
Las tierras raras como grupo constituyen el 0008 en peso de la corteza
terrestre Los minerales que contienen lantaacutenidos son la monacita la bastnasita
la xenotima la gadolinita la alanita y la euxenita los cuales ocurren en las
regiones de rocas iacutegneas [4]
Los elementos de las tierras raras en soluciones acuosas son acuocationes que
tienen asociado un cierto nuacutemero de moleacuteculas de agua en la esfera de
coordinacioacuten primaria [1] Las aplicaciones de los lantaacutenidos se iniciaron
praacutecticamente a mediados del siglo XIX por ejemplo en los encendedores
despueacutes empezaron a utilizarse en los vidrios oacutepticos como reactivos de
desplazamiento en resonancia magneacutetica nuclear en quiacutemica orgaacutenica en
bioquiacutemica en cataacutelisis en componentes oacutepticos y electroacutenicos en los
superconductores de alta temperatura y en medicina como materiales
intensificadores de rayos X como agentes de relajamiento para teacutecnicas de
imagen en resonancia magneacutetica nuclear y desde luego como radioisoacutetopos para
aplicaciones farmaceacuteuticas Su utilidad en medicina y en la industria aumentoacute al
aplicarse las propiedades luminiscentes de sus complejos en el
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
25
fluoroinmunoensayo la fluorescencia retardada los electrodos sensoriales
luminiscentes etc [5]
22 PRASEODIMIO
El praseodimio metaacutelico (siacutembolo Pr No Atoacutemico 59) es amarillento y forma una
capa de oacutexido cuando se expone al aire huacutemedo Es un isotopo estable con masa
de 140907 y abunda en la naturaleza en un 100 [6] fue descubierto por el
austriaco Auer Von Welsbach en 1885 [7] Este elemento tiene dos estados de
oxidacioacuten +3 y +4 El Pr3+ con configuracioacuten electroacutenica [54Xe]4f2 Presenta
propiedades fisicoquiacutemicas que pueden magnificarse al formar complejos con
ligantes orgaacutenicos El ion metaacutelico luminece en el visible y en el infrarrojo cercano
[68 y 9]
23 CICLODEXTRINAS (CDs)
La celulosa y el almidoacuten son dos poliacutemeros de glucosa principales que se
producen a partir de la fotosiacutentesis considerados como importantes fuentes de
energiacutea renovables de la tierra al hidrolizarse el almidoacuten por efecto de la enzima
ciclomaltodextrin-glucano-transferasa (CGT) da origen a las dextrinas ciacuteclicas Por
lo tanto las ciclodextrinas son oligoacutemeros ciacuteclicos [1011] se obtienen durante la
degradacioacuten enzimaacutetica del almidoacuten y consisten en una serie de oligosacaacuteridos
ciacuteclicos formados por 6 (α) 7 (β) y 8 (γ) unidades de α-D-glucosa (Figura 1)
[1213] poseen estructura semejante entre ellas pero sus propiedades son
diferentes (Tabla 1)
Figura 1 Estructura de α β y γ ciclodextrinas
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
26
Tabla 1 Propiedades fisicoquiacutemicas de los diferentes tipos de ciclodextrinas naturales [11]
α-CD β-CD γ-CD
Uniones de glucosa 6 7 8 Diaacutemetro interno (nm) 047-053 060-065 075-083 Profundidad de la cavidad (nm)
079 079 079
pK valor 123 122 121 Solubilidad en agua 125 185 232 PM (DA) 972 1135 1297 Volumen de cavidad (aprox)
174 262 427
Agua cristalina ( ww) 102 133-45 813-177 Interaccioacuten hidrofoacutebica CD-cavidad CD-cavidad CD-cavidad Puente de hidrogeno Glucosa-OH Glucosa-OH Glucosa-OH ∆Hdeg (solucioacuten) kcalmol 767 831 773 ∆Sdeg (solucioacuten) cal(mol K) 138 117 147
(mg mml-1 25deg C) (106 pm3)
Las ciclodextrinas como materiales polihidroxilados han sido objeto de una amplia
variedad de reacciones La reaccioacuten maacutes estudiada es el ataque electrofiacutelico al
grupo OH de su estructura [14] La cavidad interior de las ciclodextrinas es
hidrofobica por lo que estos compuestos son capaces de albergar moleacuteculas
hidroacutefobas maacutes pequentildeas para formar complejos ldquoanfitrioacuten-hueacutespedldquo en los que la
moleacutecula hueacutesped queda encapsulada por la ciclodextrina [1315] De acuerdo a
estas caracteriacutesticas son capaces de formar complejos de inclusioacuten por medio de
enlaces no covalentes los cuales estabilizan a una gran variedad de moleacuteculas
[16] Las ciclodextrinas pueden formar compuestos cristalinos a partir de
moleacuteculas orgaacutenicas hueacutesped en estado soacutelido liacutequido e incluso gaseoso En
consecuencia las moleacuteculas insolubles en agua pueden llegar a ser
completamente solubles mediante un tratamiento con disoluciones acuosas de
ciclodextrina sin que se produzca modificacioacuten quiacutemica alguna en la moleacutecula
hueacutesped ya que no se origina ninguacuten enlace covalente durante la interaccioacuten
entre la ciclodextrina y la moleacutecula insoluble en agua [1315]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
27
La importancia que las ciclodextrinas estaacuten cobrando en la actualidad se observa
en el raacutepido desarrollo de su mercado sobre todo en el constante nuacutemero de
trabajos de investigacioacuten patentes y conferencias que estaacuten teniendo lugar en
estos uacuteltimos antildeos [17] el mayor porcentaje de ciclodextrinas usadas
comercialmente corresponde a la alimentacioacuten [18] y a la cosmeacutetica y aseo
personal [19] Las ciclodextrinas se utilizan para enmascarar olores y sabores
desagradables disminuyen la incompatibilidad faacutermaco-excipiente mejoran la
estabilidad fiacutesica y quiacutemica de compuestos volaacutetiles y de principios activos que
sean hidrolizables oxidables o fotosensibles para convertir faacutermacos liacutequidos en
soacutelidos para su formulacioacuten en tabletas y una muy importante para incrementar la
solubilidad en agua y la velocidad de disolucioacuten de faacutermacos poco solubles
Factores que aumentaraacuten la biodisponibilidad existiendo la posibilidad de reducir
la dosis asiacute como mejorar la absorcioacuten percutaacutenea y rectal al reducirse el caraacutecter
hidrofoacutebico del faacutermaco [20]
Se puede mejorar la solubilidad de determinados compuestos como el retinol
empleado en formulaciones anti-envejecimiento al tiempo que los complejos con
ciclodextrina son maacutes estables a la reaccioacuten de oxidacioacuten y a la accioacuten de la
radiacioacuten ultravioleta Sin embargo es indudable que el mayor esfuerzo en
investigacioacuten estaacute relacionado con su potencial aplicacioacuten farmaceacuteutica [2122]
24 β-CICLODEXTRINA
La beta ciclodextrina es la maacutes empleada por sus caracteriacutesticas y propiedades de
estructura que presenta Las ciclodextrinas se forman mediante unidades de
glucopiranosa las cuales contienen 3 grupos de hidroxilos libres cada una la β-
ciclodextrina (Figura 1) posee 21 hidroxilos los cuales pueden ser modificados por
sustitucioacuten de los aacutetomos H u OH por diferentes grupos tales como hidroxialkil
amino alquil etc A partir de las CDs naturales se han sintetizado otros tipos de
CDs llamadas derivadas o modificadas El objetivo de obtener los derivados de las
CDs puede ser el aumento de solubilidad y estabilidad en el agua o mejorar la
encapsulacioacuten de la moleacutecula hueacutesped en su cavidad hidrofobica de la CD
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
28
25 2-HIDROXIPROPIL-β-CICLODEXTRINA
Entre los derivados de la β-ciclodextrina se encuentran las heterogeacuteneas amorfas
y altamente solubles como son la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Figura 2) y la
metil- β-ciclodextrina
La hidroxilpropil beta ciclodextrina (2HPβCD) que es una ciclodextrina sustituida
se obtiene de una solucioacuten base de la beta ciclo dextrina solubilizada con oacutexido de
propileno resultando un sistema isomerico cuya sustitucioacuten puede darse en las
posiciones 1 2 o 3 con solubilidad mayor a 500 mgmL en agua y a temperatura
ambiente La alquilacioacuten o hidroxialquilacioacuten de las ciclodextrinas afectan las
propiedades fisicoquiacutemicas de los derivados incluyendo la habilidad para formar
complejos farmaceacuteuticos y no es toacutexica despueacutes de una administracioacuten oral en
dosis menores a 500 mgkg por viacutea intravenosa [24 25]
Figura 2 2HPβCD
La complejacioacuten del praseodimio con la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina se obtiene el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con el fin de observar la influencia de la
solubilidad y estabilidad del praseodimio
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
29
26 HIDROacuteLISIS
La hidroacutelisis es decir la reaccioacuten de una especie tal como un ion metaacutelico con
los iones del agua asiacute como las reacciones redox y la formacioacuten de complejos con
los iones carbonato son algunas de las reacciones criacuteticas que controlan el
comportamiento de los lantaacutenidos en soluciones acuosas [12] en donde las
moleacuteculas de la sustancia son divididas en el agua
Las reacciones de hidroacutelisis dependen fuertemente del medio en que se efectuacutean
como son la fuerza ioacutenica el pH del medio la concentracioacuten del elemento y la
temperatura son paraacutemetros que rigen esas reacciones
Las reacciones de hidroacutelisis del praseodimio se muestran a continuacioacuten asiacute como
su constante de equilibrio de acuerdo a la ley de accioacuten de masas (Tabla 2)
Tabla 2 Reacciones de hidroacutelisis del praseodimio y constantes de equilibrio
Equilibrio Quiacutemico Constante de equilibrio
1 1198751199033+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)2+ + 119867+ 1198701119867 =
[119875119903(119874119867)2+][119867+]
[1198751199033+]
2 119875119903 (119874119867)2+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)2+ + 119867+
11987012119867 =[119875119903(119874119867)2
+][119867+]
[119875119903 (119874119867)2+]
3 119875119903 (119874119867)2+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)3
0 + 119867+ 11987013119867 =
[119875119903(119874119867)3+][119867+]
[119875119903(119874119867)2+]
4 119875119903 (119874119867)119899minus1+ + 1198672119874 119875119903 (119874119867)119899
0 + 119867+ 1198701119899119867 =
[119875119903(119874119867)119899+][119867+]
[119875119903(119874119867)119899minus1+ ]
5 1198751199033+ + 2119867119875120573119862119863 + 1198672119874 1198751199032119867119875120573119862119863(119874119867)2+ + 119867+ 11987011199011199032119867119875119861119862119863 =[119875119903 minus 2119867119875120573119862119863]
[1198751199033+]
De acuerdo con la ley de accioacuten de masas se pueden definir las constantes de
equilibrio (K) como K1H K12H K13H K1nH y K1Pr2HBCD Y con base en ellas se
pueden definir las constantes globales o acumulativas de hidroacutelisis
β1OH = K1H β12OH = [K1H][K12H] β13OH = [K1H][K12H][K13H]helliphelliphellip
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
30
Se entiende como constantes de Broumlnsted a las ecuaciones de la ley de accioacuten de
masas en las cuales el teacutermino de H+ aparece como actividad y las demaacutes especies
aparecen en teacuterminos de concentracioacuten
Las reacciones de hidroacutelisis se afectan cuando cambian las condiciones en las que
se llevan a cabo Una de esas condiciones a la que se le ha puesto atencioacuten
aunque hasta ahora no la suficiente es la fuerza ioacutenica Por lo general los trabajos
dedicados a la determinacioacuten de las constantes de hidroacutelisis se han efectuado en
medios de fuerza ioacutenica baja consideradas como soluciones ideales
Sin embargo para los medios tales como el agua de mar y otros de fuerza ioacutenica
maacutes elevada por ejemplo las minas de sal para almacenamiento de desechos
radiactivos se encuentran pocos datos en la literatura [25]
27 FUERZA IOacuteNICA
El comportamiento de los iones en una disolucioacuten depende de la composicioacuten
ioacutenica total de la misma la cual se expresa por su fuerza ioacutenica [26]
119868 =1
2sum 119862119894119885119894
2 Ec 1)
Donde
I = fuerza ioacutenica Ci = concentracioacuten molar de los iones existentes y Z
i = carga
ioacutenica de los iones existentes
La caracteriacutestica fundamental de las sales que se adicionan a un medio para
imponer la fuerza ioacutenica es que sean inertes pues no deben tomar parte en el
equilibrio quiacutemico [27] El aacutecido percloacuterico es el aacutecido maacutes fuerte en solucioacuten
acuosa por lo tanto el ion perclorato es una base deacutebil maacutes que los iones cloruro
y muestra muy poca tendencia a unirse a iones hidroacutegeno Lo mismo puede
decirse acerca de su tendencia a reaccionar con iones metaacutelicos que pueden
considerarse como aacutecidos de Lewis En la mayoriacutea de los percloratos metaacutelicos en
solucioacuten el ion metaacutelico se encuentra en forma hidratada siempre y cuando la
solucioacuten sea suficientemente aacutecida para que no se produzca la formacioacuten de
hidroxo complejos [28]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
31
La fuerza ioacutenica juega un papel de gran importancia en el pH Feldman en 1956
observoacute que el pH de una solucioacuten buffer 005 M de ftalato aacutecido de potasio
cambioacute desde 400 en fuerza ioacutenica cero hasta 357 en fuerza ioacutenica 2 M de KCl
Feldman explicoacute que el pH disminuye debido a que el coeficiente de actividad
cambia y por lo tanto hay mayor disociacioacuten de ftalato aacutecido de potasio [29] En la
literatura se han reportado diversos estudios de las constantes de estabilidad del
praseodimio en fuerza ioacutenica 2M (Tabla 3) donde se han empleado diferentes
condiciones de temperatura fuerza ioacutenica y diferentes meacutetodos donde se han
obtenido valores diferentes de la constante de estabilidad del praseodimio
Tabla 3 Datos de la literatura sobre la primera constante de hidroacutelisis (log β1) del praseodimio
Medio Meacutetodo Molaridad Log +β1 T K Referencia
NaCl ESTP 2 -874plusmn006 303 De la Cruz et al 2013
NaCl ES 2 -894plusmn002 303 Loacutepez et al 2010 NaCl SQUAD 2 -894plusmn003 303 Gonzales et al
2009 NaCl SQUAD 2 -891plusmn019 303 Gonzales et al
2009 NaCl ES 2 -877plusmn003 303 Gonzales et al
2009 NaClO4 TP 2 -838plusmn002 303 Loacutepez et al2005
NaCl TP 2 -876plusmn002 303 Loacutepez et al2005 NaCl TP 1 -858plusmn002 303 Ramirez et al
2004 NaClO4HClO4 ESTP 07 -862plusmn006 298 Klungness y
byrne2002 LiClO4 TP 3 -874plusmn003 303 Ciavata et al
1989 NaClO4 TP 3 -956plusmn003 298 Burkov et al
1982 NR RE 0 -81 298 Baes y Mesmer
1976 LiClO4 ED 02 -71plusmn007 298 Guillaumont et
al 1971 NaClO4 Ba(OH)2
TP 03002 -945 298 Frlova et al 1966
NaClO4 LiClO4
TP 3 -85 298 Tobias y Garrett1956
TP Titulacioacuten potenciomeacutetrica ES Espectrofotomeacutetrica RE Relacioacuten empiacuterica ED Extraccioacuten con
disolvente T K Temperatura
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
32
Sin embargo solo se ha podido determinar el valor de la primera constante de
estabilidad en este estudio se pretende conocer el valor de varias especies
aprovechando el aumento de solubilidad que ofrecen las ciclodextrinas
28 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACIOacuteN
281 MICROSCOPIacuteA ELECTROacuteNICA DE BARRIDO (MEB)
La superficie de un soacutelido puesto en contacto con un liacutequido o con un gas difiere
sustancialmente en su interior tanto en su composicioacuten quiacutemica como en sus
propiedades fiacutesicas a la de la inicial La caracterizacioacuten de estas propiedades de
superficie es de vital importancia en numerosos campos que incluyen la cataacutelisis
heterogeacutenea la tecnologiacutea de partiacuteculas delgadas semiconductoras los
mecanismos de corrosioacuten y adhesioacuten la actividad de las superficies metaacutelicas las
caracteriacutesticas de la dureza y los estudios sobre el comportamiento y las funciones
de las membranas bioloacutegicas [30]
En muchos campos de la quiacutemica de las ciencias de los materiales de la geologiacutea
y de la biologiacutea es cada vez de maacutes importancia el conocimiento detallado de la
naturaleza fiacutesica de las superficies de los soacutelidos Normalmente la informacioacuten se
obtiene sobre las superficies con una resolucioacuten considerablemente elevada
mediante tres teacutecnicas la microscopia electroacutenica de barrido (MEB) microscopia
de barrido de efecto tuacutenel y microscopia de fuerzas atoacutemicas [31] El microscopio
electroacutenico de barrido (MEB) es un instrumento para obtener fotografiacuteas
tridimensionales debido a que tiene una alta resolucioacuten y una gran profundidad de
campo En las fotografiacuteas se puede apreciar la estructura de muestras
microscoacutepicas detallando de manera extraordinaria sus caracteriacutesticas
morfoloacutegicas y topograacuteficas [32] de distintos materiales
Un instrumento que se ha desarrollado para el anaacutelisis de muestras a traveacutes del
microscopio electroacutenico de barrido es el analizador EDS (espectroacutemetro de
dispersioacuten de energiacutea) de rayos X el cual identifica la distribucioacuten cuantitativa y
cualitativa de elementos quiacutemicos que se encuentran presentes en la muestra
mostrando graacuteficas e imaacutegenes relacionadas con esa distribucioacuten Es pertinente
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
33
sentildealar que el analizador EDS de rayos X identifica y evaluacutea el contenido de
elementos quiacutemicos desde el carbono al uranio en superficies planas o secciones
finas de las muestras en todo tipo de material (bioloacutegico e inerte) [33]
282 ESPECTROSCOPIA DE ABSORCION ULTRAVIOLETA-VISIBLE (UV-
VIS)
Una de las teacutecnicas instrumentales maacutes utilizadas en la deteccioacuten de complejos de
inclusioacuten con CDs es la espectroscopia de absorcioacuten UV-VIS Es una teacutecnica
versaacutetil de amplia aplicacioacuten de manejo sencillo y preciso Debido a que la
mayoriacutea de las moleacuteculas orgaacutenicas absorben en la regioacuten UV o visible del
espectro donde experimentan variaciones en las posiciones de los maacuteximos de
absorcioacuten (cualitativas) o en el valor del coeficiente de absorcioacuten molar
(cuantitativas) tras la formacioacuten del complejo con CDs Como existen numerosas
moleacuteculas orgaacutenicas deacutebilmente solubles en agua son difiacuteciles de analizar por
esta teacutecnica espectrofotomeacutetrica Sin embargo la inclusioacuten conlleva a la
solubilizacioacuten permitiendo obtener el espectro de absorcioacuten en solucioacuten acuosa
que podriacutea producir variaciones en su espectro en solventes de baja polaridad
comparables con respecto a otros solventes maacutes polares [34]
La espectroscopia UV-Vis (en el rango de longitudes de onda del ultravioleta y
visible) se basa en el anaacutelisis de la cantidad de radiacioacuten electromagneacutetica que
puede absorber o transmitir una muestra [35] Cuando la radiacioacuten
electromagneacutetica interacciona con la materia se produce absorcioacuten de radiacioacuten
Si la frecuencia de esta radiacioacuten corresponde a la energiacutea necesaria para elevar
el sistema a un nivel de energiacutea superior se produce el estado excitado [36] De
acuerdo con este fenoacutemeno cada sustancia poseeraacute una longitud de onda de
maacutexima absorcioacuten que la caracteriza cualitativamente [35] Esta
espectrofotometriacutea utiliza radiaciones del campo UV de 80 a 400 nm
principalmente de 200 a 400 nm (UV cercano) y de luz visible de 400 a 800 nm
por lo que es de gran utilidad para caracterizar las soluciones en la regioacuten
ultravioleta-visible del espectro [37]
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
34
283 DIFRACCIOacuteN DE RAYOS X (DRX)
Es una de las teacutecnicas de caracterizacioacuten maacutes potentes y maacutes comuacutenmente
utilizadas para el anaacutelisis estructural de cristales Sus caracteriacutesticas principales
son consecuencia de ser una ldquosondardquo electromagneacutetica de la materia con una
longitud de onda de magnitud muy parecida al espaciado interplanar de los soacutelidos
[38] Constituye la metodologiacutea maacutes apropiada para realizar el anaacutelisis de la
estructura cristalina del complejo [39] No obstante los diagramas de difraccioacuten
son una prueba concluyente para demostrar la inclusioacuten ya que el difractograma
del complejo es diferente al que se obtiene tras superponer los difractogramas de
la moleacutecula encapsulada y el de las CDs aisladas [40]
La interaccioacuten entre el vector eleacutectrico de la radiacioacuten X y los electrones de la
materia que atraviesa da lugar a una dispersioacuten Cuando los rayos X son
dispersados por el entorno ordenado de un cristal tienen lugar interferencias
(constructivas y destructivas) entre los rayos dispersados ya que las distancias
entre los centros de dispersioacuten son del mismo orden de magnitud que la longitud
de onda de la radiacioacuten El resultado es la difraccioacuten [41] Cuando las CDs
naturales o el hueacutesped cristalino son sometidas a la difractometriacutea de rayos X
eacutestos presentan un patroacuten de difraccioacuten de alta intensidad debido a su
cristalinidad Por el contrario si el complejo de inclusioacuten se forma va a mostrar un
patroacuten de tipo halo [42] con picos difusos y anchos caracteriacutesticos de un
compuesto amorfo Esta teacutecnica es sumamente uacutetil para verificar la formacioacuten de
complejos de inclusioacuten en el caso de hueacutespedes liacutequidos En efecto ya que estos
no presentan ninguacuten patroacuten de difraccioacuten si son incluidos se va a obtener un
difractograma con un patroacuten bien definido [43]
284 ESPECTROSCOPIA DE INFRARROJO (IR)
La aplicacioacuten del meacutetodo de infrarrojo se limita a aquellos hueacutespedes que tienen
ciertas bandas de absorcioacuten caracteriacutesticas como los grupos carbonilo hidroxilo o
C-H u otros que permitan evaluar si existen diferencias entre los espectros del
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
35
hueacutesped libre y encapsulado [42] Cuando se produce la encapsulacioacuten del
compuesto hueacutesped se produce un corrimiento o disminucioacuten de la intensidad de
ciertas bandas caracteriacutesticas del espectro correspondiente al hueacutesped Sin
embargo dichos cambios son muy sutiles debido a que el hueacutesped representa un
5-10 del peso total del complejo por lo cual requiere una interpretacioacuten
cuidadosa del espectro [44]
285 ESPECTROSCOPIA RAMAN
La espectroscopia Raman mide la intensidad de la radiacioacuten como una funcioacuten de
la frecuencia (o del nuacutemero de onda) [45] Esta teacutecnica es complementaria del IR y
la informacioacuten que aporta es semejante Las bandas se desplazan y se modifican
como consecuencia del proceso de inclusioacuten [46] Los espectros Raman se
obtienen al irradiar una muestra con una potente fuente laser de radiacioacuten
monocromaacutetica visible o infrarroja Durante la radiacioacuten se registra el espectro de
la radiacioacuten dispersada en un cierto aacutengulo (por lo general 90 deg) con un
espectroacutemetro adecuado [47] Las bandas se desplazan y se modifican como
consecuencia del proceso de inclusioacuten Probablemente la espectroscopia Raman
resulta de mayor utilidad en el caso de complejos en medios liacutequidos donde la
presencia de soluciones acuosas no supone un obstaacuteculo como ocurre en el caso
de la espectroscopia IR [48]
29 TITULACIOacuteN ESPECTROFOTOMEacuteTRICA
El meacutetodo espectrofotomeacutetrico es un meacutetodo analiacutetico el cual por medio de un
espectrofotoacutemetro permite comparar la radiacioacuten electromagneacutetica de una
sustancia en funcioacuten de su concentracioacuten desconocida y una concentracioacuten
conocida de la misma sustancia y evaluar el momento de reaccioacuten de un aacutecido y
una base mediante la absorcioacuten de radiacioacuten electromagneacutetica de la sustancia a
cierta longitud de onda fija permite determinar el punto final de la titulacioacuten La
medicioacuten de absorbancia se realiza en cada adicioacuten del titulante asiacute se
construyen graficas de absorbancia en funcioacuten del pCH de cada aliacutecuota de adicioacuten
del titulante (Figura 3) donde se observara la zona saturada y no saturada Estas
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
36
dos zonas nos permitiraacuten determinar el punto de inicio de precipitacioacuten del
lantaacutenido
Figura 3 Ilustracioacuten de un diagrama general de pLn(c)-pCH
El punto de precipitacioacuten (pCH) se utiliza para delimitar el intervalo de la zona no
saturada Este intervalo se utiliza en un programa de coacutemputo como
SUPERQUAD que se emplea para determinar constantes de equilibrio
210 MEacuteTODO POTENCIOMEacuteTRICO
Es el meacutetodo maacutes estudiado para determinar constantes de hidroacutelisis por su
sencillez y exactitud el meacutetodo se basa en la titulacioacuten de una solucioacuten de
concentracioacuten conocida de base (o aacutecido) con un aacutecido fuerte (o base fuerte) la
reaccioacuten se puede seguir por ejemplo con electrodos de vidrio y calomel
conectados a un potencioacutemetro [49] de los datos obtenidos de la titulacioacuten se
construye una graacutefica de titulacioacuten de pH en funcioacuten del volumen adicionado del
titulante (Figura 4)
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
37
Figura 4 Ilustracioacuten de una valoracioacuten potenciomeacutetricas directa con su primera derivada (∆pCH∆V)
El teacutermino pH se aplica habitualmente al logaritmo inverso de la concentracioacuten del
ion hidronio sin embargo cuando la fuerza ioacutenica es alta y el electrodo del
indicador es sensible al pH es importante diferenciar entre el logaritmo inverso de
la concentracioacuten de los iones hidronio (pCH) y el valor del pH experimental La
concentracioacuten de los iones hidronio (o de OH-) en el equilibrio y la composicioacuten de
una solucioacuten dada permiten calcular la razoacuten molar de los iones OH- unidos al ion
metaacutelico en solucioacuten un grupo de valores de [H+] y la concentracioacuten inicial del
metal son los datos necesarios para determinar las constantes de hidroacutelisis [49]
Se alimentan los datos de la zona no saturada y volumen del titulante adicionado a
la valoracioacuten potenciomeacutetrica al programa de coacutemputo SUPERQUAD y asiacute poder
determinar las constantes de hidroacutelisis del Pr
211 PROGRAMA DE COacuteMPUTO SUPERQUAD
El programa de coacutemputo SUPERQUAD fue creado por Gans Sabatini y Vacca
escrito en lenguaje fortran calcula las constantes de equilibrio en sistemas
multicomponentes y multireaccionantes Esas constantes se calculan con la base
de un modelo quiacutemico el cual debe incluir la estequiometria y los valores
CAPIacuteTULO II FUNDAMENTO
38
estimados de las constantes globales de formacioacuten de cada una de las especies
presentes durante la valoracioacuten Se aplica reiteradamente el meacutetodo de miacutenimos
cuadrados a las diferencias que se generan en los potenciales experimentales de
las celdas menos los calculados por el propio programa Para alcanzar el miacutenimo
de estas diferencias se aplica el algoritmo de Marquadt Por uacuteltimo en el archivo
de salida del programa SUPERQUAD se obtienen los valores calculados y un
anaacutelisis estadiacutestico de los datos [25]
39
______________________________
CAPIacuteTULO III
HIPOacuteTESIS
______________________________
CAPIacuteTULO III HIPOacuteTESIS
40
3 HIPOacuteTESIS
La 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina aumentaraacute la solubilidad del praseodimio de
esta manera permitiraacute determinar varias especies quiacutemicas de hidroacutelisis de este
elemento en medio 2 M de NaClO4 a 30 degC
41
______________________________
CAPIacuteTULO IV
OBJETIVOS
______________________________
CAPIacuteTULO IV OBJETIVOS
42
4 OBJETIVOS
Objetivo general
Estudiar el comportamiento quiacutemico en solucioacuten acuosa del compuesto de
inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por medio de la
determinacioacuten de las constantes de hidroacutelisis en 2 M de NaClO4 a 30 degC
Objetivos especiacuteficos
Obtener el compuesto de inclusioacuten del praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina
Determinar las constantes de la hidroacutelisis de las especies quiacutemicas de
praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en 2 M de
NaClO4 y a 30 degC por el meacutetodo espectrofotomeacutetrico y el meacutetodo
potenciomeacutetrico
Determinar la constante de hidroacutelisis del compuesto de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en 2 M de NaClO4 y a 30 degC
por el meacutetodo espectrofotomeacutetrico y el meacutetodo potenciomeacutetrico
43
______________________________
CAPIacuteTULO V
METODOLOGIacuteA
______________________________
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
44
5 METODOLOGIacuteA
El diagrama de flujo (Figura 5) muestra el resumen de las actividades del
desarrollo experimental que se siguioacute en el estudio del praseodimio en presencia
de la 2HPβCD
Figura 5 Diagrama de flujo
INICIO
Preparacioacuten de las soluciones de 2M de NaClO4 PrCl3xH2O 2HPβCD y
Pr-2HPβCD
Preparacioacuten de precipitados PrCl3H2O 2HPβCD y Pr-
2HPβCD
Irradiacioacuten Gamma
Caracterizacioacuten de reactivos y el complejo de
inclusioacuten
UV-Vis
MEB y EDS
DRX
EspectroscopiaIR
Espectroscopia Raman
Efecto de concentracioacuten
Solubilidad
Efecto de temperatura
Efecto de tiempo
Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Meacutetodo grafico
Valoraciones potenciomeacutetricas
Determinacioacuten de constantes
de hidroacutelisis con el programa de
coacutemputo SUPERQUAD
Anaacutelisis de
resultados
FIN
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
45
La descripcioacuten de cada una de las etapas de este diagrama se muestra
enseguida
Los reactivos empleados en este trabajo fueron de grado analiacutetico Para la
preparacioacuten de las soluciones y lavado del material del laboratorio se usoacute agua
destilada
51 Preparacioacuten de la solucioacuten de la 2-hidroxipropyl- βeta-ciclodextrina
La solucioacuten del derivado de la beta ciclodextrina se preparoacute a partir de la 2-
hydroxipropyl-βeta-ciclodextrina [(C6H9O5)7-(C3H7O)45] de peso molecular 1396
gmol (anhidro) de Sigma-Aldrich Chem Company Inc el cual se disolvioacute con
agua destilada y agitacioacuten constante La concentracioacuten fue de 02389 M
52 Preparacioacuten de solucioacuten de praseodimio
La solucioacuten de praseodimio se preparoacute a partir del oacutexido de praseodimio (Pr6O11)
de Sigma-Aldrich Chem Company Inc El oacutexido se tratoacute con HCl concentrado el
precipitado resultante se diluyoacute en agua destilada y se evaporoacute hasta sequedad
este proceso se hizo tres veces Finalmente se diluyoacute con una solucioacuten de HCl de
pH 3 Esta solucioacuten se valoroacute con EDTA naranja de xilenol y piridina para
determinar la concentracioacuten la cual fue de 048 M
53 Preparacioacuten del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-
ciclodextrina
El complejo de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina (Pr-
2HPβCD) se preparoacute a partir de las soluciones de la 2-hydroxipropyl-βeta-
ciclodextrina 02389 M y de la solucioacuten de praseodimio 048 M en la relacioacuten molar
11 La concentracioacuten del complejo de inclusioacuten fue de 0005 M Esta solucioacuten se
evaporoacute lentamente a sequedad en una parrilla de calentamiento Corning PC-351
Hot Plate-Stirrer durante 45 minutos El precipitado resultante se secoacute en una
estufa Lab Line Instruments Inc (Melrose Park Illinois) a 45-50degC durante 2
horas Varias fracciones de este precipitado se emplearon para determinar la
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
46
morfologiacutea la espectroscopia de infrarrojos difraccioacuten de rayos X y Raman
Tambieacuten se caracterizaron las muestras de PrCl3 XH2O y 2HPβCD
54 Determinacioacuten de las curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina por UV-Vis
Para cuantificar praseodimio por espectrofotometriacutea UV-Vis se determinaron las
curvas de calibracioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD para ello se
realizaron diluciones a diferentes concentraciones de PrCl3 XH2O manteniendo
constante la concentracioacuten de la 2HPβCD Los datos se muestran en la Tabla 4
Tabla 4 Diferentes concentraciones de praseodimio con 2HPβCD constante para determinar las curvas de calibracioacuten
Pr (ml) H2O
(ml)
2HPβCD
(ml)
Concentraciones
Pr2HPβCD [M]
00004 1999 2 00001 00025
00010 1998 2 000025 00025
00041 1995 2 0001 00025
00104 1989 2 00025 00025
00208 1979 2 0005 00025
00416 1958 2 001 00025
0104 1895 2 0025 00025
0260 1739 2 00625 00025
0520 1479 2 0125 00025
1041 0958 2 025 00025
125 075 2 03 00025
Las disoluciones se midieron en el espectroacutemetro UV-Vis marca Perkin Elmer
Lambda 10 en un intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
47
55 Estudio de la influencia de las relaciones molares de las soluciones del
complejo de inclusioacuten
Para determinar la influencia de la 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina en el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se prepararon las relaciones molares de PrCl3
XH2O y de 2HPβCD Los datos se muestran en la Tabla 5
Tabla 5 Relaciones molares 2HPβCD Pr
Relacioacuten 2HPβCDPr
2HPβCD (ml)
H2O (ml)
Pr (ml)
Concentraciones 2HPβCDPr [M]
051 0010 199 2 000125 00025
11 0020 1979 2 000250 00025
21 0041 1958 2 000500 00025
31 0062 1937 2 000750 00025
41 0083 1916 2 001000 00025
51 0104 1895 2 001250 00025
81 0167 1832 2 002000 00025
101 0209 1790 2 002500 00025
151 0313 1686 2 003750 00025
181 0376 1623 2 004500 00025
241 0502 1497 2 006000 00025
Las relaciones molares se prepararon a partir de las soluciones de PrCl3 XH2O
048 M y de la 2HPβCD 02389 M
Las disoluciones se midieron en el espectroacutemetro UV-Vis marca Perkin Elmer
Lambda 10 en un intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
56 Efecto de la Radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Para observar el efecto de la radiacioacuten gamma del Cobalto-60 (Co60) en el
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se prepararon 6 soluciones de 10 ml del
complejo de inclusioacuten en relacioacuten molar 11 de concentracioacuten 0005 M de cada una
de ellas y soluciones de los reactivos PrCl3 XH2O y 2HPβCD en las mismas
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
48
condiciones Tambieacuten se prepararon 6 muestras soacutelidas de Pr-2HPβCD
(precipitado) PrCl3 XH2O y 2HPβCD de 02 g cada una
Cada una de estas muestras fue colocada en un vial de 20 ml luego se selloacute con
bolsa de plaacutestico y se irradiaron a diferentes dosis en el irradiador LGI-01
TRANSELEKTRO del ININ con una razoacuten de dosis de 103716 Gyh En la
posicioacuten de irradiacioacuten VICKRAD se colocaron tres muestras liacutequidas y tres
soacutelidas de la misma manera en la posicioacuten de irradiacioacuten GAMMACELL tres
muestras liacutequidas y tres soacutelidas En ambos casos cuando se alcanza la dosis
requerida (por ejemplo 1 Gy) una muestra se retira o se saca de la posicioacuten de
irradiacioacuten y asiacute sucesivamente se continuacutea hasta alcanzar la dosis maacutexima de
irradiacioacuten requerida Los datos se muestran en la Tabla 6
Tabla 6 Dosis de irradiacioacuten de Co60 aplicadas a las muestras en solucioacuten y soacutelidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD 2HPβCD y PrCl3 XH2O en la instalacioacuten VICKRAD y GAMMACELL del irradiador
LGI-01 TRANSELEKTRO del ININ
1ra Serie Instalacioacuten VICKRAD
No Muestras soacutelidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
No Muestras liacutequidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
1 (a) 1 Gy 4 (1i) 1 Gy 2 (b) 10 Gy 5 (2i) 10 Gy
3 (c) 100 Gy 6 (3i) 100 Gy
2da Serie Instalacioacuten GAMMACELL
No Muestras soacutelidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
No Muestras liacutequidas
Dosis de radiacioacuten aplicada
1 (d) 05 KGy 4 (4i) 05 KGy
2 (e) 5 KGy 5 (5i) 5 KGy
3 (f) 10 KGy 6 (6i) 10 KGy
Las muestras liacutequidas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD PrCl3-XH2O y
2HPβCD irradiadas se evaporaron a sequedad para realizar el anaacutelisis de
caracterizacioacuten
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
49
57 Caracterizacioacuten del compuesto de inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-
βeta-ciclodextrina
571 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB)
Para realizar este anaacutelisis se emplearon fracciones de cada uno de los reactivos
PrCl3 XH2O 2HPβCD el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD irradiado Cada una de las fracciones se colocaron en un
porta muestras de aluminio Se recubrieron con una capa de oro para que las
muestras fueran conductoras El anaacutelisis morfoloacutegico se realizoacute en un microscopio
JSM-1600 y JSM-6610LV acoplados a una sonda de espectroscopia de difraccioacuten
de rayos X con el software de los equipos se obtuvo el anaacutelisis elemental
realizado por EDS (Energy Dispersion of X ray Espectrosocopy) que proporcionoacute
informacioacuten cualitativa y cuantitativa de las muestras analizadas
572 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX)
Este anaacutelisis se realizoacute con el difractoacutemetro de polvos SIEMENS D-5000 con
aacutenodo de cobre λ = 15406 Ǻ y un barrido de 25-80 en 2ɵ Para ello se colocaron
en un porta muestras fracciones de cada una de las muestras PrCl3 XH2O
2HPβCD Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado En cada una de estas muestras se
hizo incidir un haz de rayos X De esta manera se obtuvieron graacuteficas de
intensidad en funcioacuten del aacutengulo de difraccioacuten Los resultados se compararon con
las tarjetas de los patrones reportados por el Joint Committee on Powder
Diffraction Standards (JCPDS)
573 Anaacutelisis por espectroscopia de infrarrojo (IR)
Se realizoacute la espectroscopia de infrarrojo de las muestras de PrCl3 XH2O
2HPβCD Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado con el espectroacutemetro Nicolet
Magna-IRTM spectrometer 550 FTIR en un intervalo de 450-4000 cm-1 Las
muestras se prepararon con un estaacutendar de KBr mediante el meacutetodo de
dispersioacuten de pastilla para su anaacutelisis
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
50
574 Anaacutelisis por espectroscopia Raman
Se realizoacute la espectroscopia Raman de las muestras de PrCl3 XH2O 2HPβCD
Pr-2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiado con el equipo Raman LabRamHR JovynIvon-
Horiba Una fraccioacuten de cada una de las muestras se colocaron en un porta
muestras conectado a un microscopio y se hizo incidir un rayo laacuteser de un
microacutemetro de diaacutemetro Como resultado se obtuvo una graacutefica de intensidad
Raman contra el desplazamiento Raman Los espectros Raman de las muestras
fueron obtenidos en un intervalo de 0 a 1700 cm-1
58 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-βeta-ciclodextrina
581 Efecto de temperatura
En un tubo de ensaye se le adicionoacute 2 ml de agua destilada a 20 0C En un bantildeo
mariacutea a la temperatura de 20 0C se colocoacute el tubo de ensaye con 2 ml de agua
destilada y se le adicionoacute poco a poco la muestra del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD (05 g previamente pesada) Se agitoacute manualmente de manera
constante hasta observar la formacioacuten de precipitado (Pr-2HPβCD) en el fondo
del tubo de ensaye
Este proceso tambieacuten se realizoacute a las temperaturas de 35 42 50 y 60degC El
residuo del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD que ya no se adicionoacute en el tubo de
ensaye se pesoacute y por diferencia con el peso inicial (05 g) se determinoacute los
gramos solubilizados del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Los datos se
muestran en la Tabla 7
Con los resultados obtenidos se graficoacute la temperatura en funcioacuten de la cantidad
de complejo de inclusioacuten solubilizado
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
51
Tabla 7 Cantidad de complejo solubilizado a diferentes temperaturas en 2 ml de agua destilada
Pr-2HPβCD (g)
H2O
(ml)
Temp (degC) del H2O
Pr-2HPβCD solubilizados (g)
1 05 2 20 01866 2 05 2 35 02472 3 05 2 42 03014 4 05 2 50 03461 5 05 2 60 03628
582 Efecto del tiempo
En un tubo de ensaye se le adicionoacute 2 ml de agua destilada a temperatura
ambiente Se le adicionoacute la muestra del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD (01001
g previamente pesada) se registroacute el tiempo (inicial) y se agitoacute manualmente de
manera constante hasta observar la formacioacuten de precipitado (Pr-2HPβCD) en el
fondo del tubo de ensaye Se registroacute el tiempo (final) cuando el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD se solubilizoacute completamente Este proceso se realizoacute 5
veces La determinacioacuten del tiempo de solubilizacioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD es la diferencia entre el tiempo inicial y final Los datos se muestran en la
Tabla 8 Con los resultados obtenidos se graficoacute los gramos solubilizados del
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en funcioacuten del tiempo
Tabla 8 Cantidades de complejo Pr-2HPβCD y agua destilada en cada tubo de ensaye
Pr-2HPβCD
(g)
H2O
(ml) Tiempo (seg)
1 01001 2 161
2 01005 2 163
3 01011 2 167
4 01018 2 169
5 01026 2 170
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
52
59 Determinacioacuten de la curva de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4
Para corregir el pH experimental en el medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 se
preparoacute una solucioacuten de NaOH al 50 pesovolumen A partir de esta solucioacuten se
preparoacute una solucioacuten de hidroacutexido de sodio a una concentracioacuten de 1 N en una
caja de guantes con atmosfera de nitroacutegeno Esta solucioacuten se valoroacute con ftalato
aacutecido de potasio y fenolftaleiacutena para determinar su concentracioacuten Con esta
solucioacuten de NaOH 1 N se prepararon soluciones de 01 001 y 0001 M y a estas
mismas concentraciones con HCl 1N titrisol ambas en medio de fuerza ioacutenica 2 M
de NaClO4 La medicioacuten de pH de estas soluciones (pH experimental) se
realizaron con un electrodo de vidrio AgClAg Radiometer XG200 con agitacioacuten
constante a temperatura de 30 degC controlada por un bantildeo de agua circulante
ldquoPolyscience Circulatiorrdquo modelo 12101-10 Se mantuvo una atmosfera de
nitroacutegeno en la celda potenciomeacutetrica de doble pared Se midioacute el pH 3 veces de
cada solucioacuten el mismo diacutea y durante tres diacuteas consecutivos Se promediaron los
datos obtenidos y se trazoacute una graacutefica que permitioacute realizar la relacioacuten entre el
logaritmo inverso de la concentracioacuten de los iones hidrogeno (pCH) y el pH
experimental
510 Valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Se realizaron valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD con hidroacutexido de sodio en fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 para ello se
colocoacute en una celda de reaccioacuten 10 ml de 2 M de NaClO4 de pH 3 21 microL de la
solucioacuten de 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina de concentracioacuten 02389 M y 105
microL de la solucioacuten de PrCl3 XH2O de concentracioacuten 048 M para tener una
concentracioacuten inicial de 000025 M del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Se
midioacute el pH se tomoacute una aliacutecuota de 3 ml y se midioacute su absorbancia con el
espectrofotoacutemetro UV-Vis Perkin Elmer Lambda 10 en un intervalo de longitud de
onda de 200 a 700 nm Como blanco se empleoacute agua destilada Los 3 ml de
solucioacuten medida por UV-Vis se regresaron a la celda de reaccioacuten Posteriormente
se adicionaron aliacutecuotas de una solucioacuten de 00025 M de NaOH en 2 M de
CAPIacuteTULO V METODOLOGIacuteA
53
NaClO4 Se repitioacute varias veces el proceso de tomar una aliacutecuota en la celda de
reaccioacuten a la celda de cuarzo y medir la absorbancia del complejo de inclusioacuten de
tal manera que el pH incrementara de 02 en 02 hasta alcanzar un pH de 9 o 10
aproximadamente En todo el proceso se mantuvo una temperatura de 30 degC y
una atmoacutesfera de nitroacutegeno constante en la celda
Con los datos de pH y absorbancia a una longitud de onda de 210 nm obtenidos
se graficaron los valores de la absorbancia en funcioacuten del pCH para determinar el
pCH de precipitacioacuten la zona no saturada y la zona saturada
511 Valoraciones potenciomeacutetricas directas del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
Con el sistema de titulacioacuten automaacutetica que consiste de un potencioacutemetro
Radiometer TIM900 Titrilab de un electrodo combinado de vidriondashAgClAg y una
bureta automaacutetica de 20 ml se realizaron valoraciones potenciomeacutetricas directas
Para lo cual se colocoacute en la celda de reaccioacuten 10 ml de 2 M de NaClO4 de pH 3
21 microL de la solucioacuten de 2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina de concentracioacuten 02389
M y 105 microL de la solucioacuten de PrCl3 XH2O de concentracioacuten 048 M para tener
una concentracioacuten inicial de 000025 M del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Esta solucioacuten se valoroacute con NaOH 00025 M en 2 M de NaClO4 a una temperatura
de 30 degC flujo de nitroacutegeno y agitacioacuten constante Con los datos de pH y volumen
de NaOH se graficaron los valores de pCH en funcioacuten del volumen de NaOH El
intervalo de pCH de la zona no saturada se determinoacute despueacutes de que el aacutecido fue
neutralizado y el pCH final se determinoacute con el pCH de precipitacioacuten obtenido en la
titulacioacuten espectrofotomeacutetrica Este intervalo de pCH de la zona no saturada se
emplearon en el programa de computo SUPERQUAD para determinar los valores
de las constantes de hidroacutelisis del praseodimio y del complejo de inclusioacuten
praseodimio-2-hidroxipropyl-βeta-ciclodextrina
54
______________________________
CAPIacuteTULO VI
RESULTADOS
______________________________
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
55
6 RESULTADOS
61 Anaacutelisis por espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 6 muestra los espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes
concentraciones en presencia de 2HPβCD 00025 M determinados en el intervalo
de longitud de onda de 200 a 700 nm En ellos se observa que cuando aumenta
la concentracioacuten del praseodimio en presencia de 2HPβCD aumenta el tamantildeo de
las bandas La 2HPβCD no presenta bandas de absorcioacuten en toda la regioacuten de
200-700 nm
Figura 6 Espectros de absorcioacuten del praseodimio a diferentes concentraciones en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
A partir de la Figura 6 y de acuerdo al tamantildeo de las bandas de absorcioacuten de los
espectros UV-Vis en funcioacuten de la concentracioacuten del praseodimio se establecen
tres regiones de intereacutes En la regioacuten de longitud de onda de 200-225 nm la banda
de absorcioacuten maacutexima del praseodimio se encuentra en 215 nm para
concentraciones bajas en la regioacuten de 440-490 nm se encuentran las bandas de
absorcioacuten de 444 469 nm y 482 nm para concentraciones intermedias y
finalmente en la regioacuten de 558-600 nm se encuentran las bandas de absorcioacuten de
200 300 400 500 600 700
00
05
10
15
20
25
30
Ab
so
rban
cia
Longitu de onda (cm-1)
000011MPr
0000251MPr
00011MPr
000251MPr
00051MPr
001MPr
0025MPr
006251MPr
01251MPr
0251MPr
031MPr
00025M2HPBCD
00025MPr
1
2
3
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
56
5885 nm para cuantificar concentraciones altas de praseodimio en presencia de la
2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Figura 7 y Tabla 9) En la Figura 7 se muestran las
rectas de calibracioacuten para cuantificar praseodimio Estas rectas de calibracioacuten fueron
determinadas con los datos de los valores de absorbancia de cada banda de
absorcioacuten de la Figura 6 en funcioacuten de la concentracioacuten del praseodimio
Figura 7 Rectas de calibracioacuten de las bandas de absorcioacuten del praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
Tabla 9 Ecuaciones de calibracioacuten del praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina
obtenidos por UV-Vis
Intervalo de longitud de onda de UV-Vis
200-250 nm 400-500 nm 560-620 nm
Bandas de 215 nm 444 nm 469 nm 482 nm 5885 nm
absorcioacuten
Ecuaciones de
calibracioacuten
A= 26554[Pr] + 00527
A = 513[Pr] + 00127
A = 21698[Pr] + 00123
A = 15912[Pr] + 00128
A = 00783[Pr] + 00103
Rsup2 = 09949 Rsup2 = 09992 Rsup2 = 09958 Rsup2 = 09917 Rsup2 = 09769
Doacutende nm= nanoacutemetros A= Absorbancia [Pr (III)]= Concentracioacuten del Praseodimio R = Coeficiente de
correlacioacuten
000 005 010 015 020 025 030
00
02
04
06
08
10
12
14
16
y=15912 x +00128
R2=09917
y=00783 x +00103
R2=09769
y=21698 x +00123
R2=09958
y=513 x +00127
R2=09992
215 nm
444 nm
469 nm
482 nm
5885 nm
Abso
rbancia
[Pr] M
y=26554 x +00527
R2=09949
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
57
En la Tabla 9 se muestran los datos de las ecuaciones de calibracion para
determinar praseodimio en presencia de la 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina por
espectroscopiacutea UV-Vis
Estas consideraciones tienen una limitacioacuten ya que se debe tomar en cuenta que
el intervalo oacuteptimo para medir la absorbancia con fines de anaacutelisis cuantitativo
estaacute entre 002ndash15
62 Efecto de la concentracioacuten de la 2HPβCD en el praseodimio por
espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 8 muestra los espectros de absorcioacuten del praseodimio a concentracioacuten
constante (00025 M) en presencia de 2HPβCD a diferentes concentraciones
determinados en el intervalo de longitud de onda de 200 a 700 nm
Figura 8 Espectro de absorcioacuten UV-Vis del praseodimio a concentracioacuten constante en presencia de la 2HPβCD a diferentes concentraciones En el detalle central se muestra la ampliacioacuten de la banda de
absorcioacuten 215 nm
En los espectros de absorcioacuten del praseodimio de la Figura 8 se observa que
cuando aumenta la concentracioacuten de 2HPβCD aumenta ligeramente el tamantildeo de
200 300 400 500 600 700
00
02
04
Ab
so
rbancia
Longitud de onda (cm-1)
00025MPr
00025M2HPBCD
051M
11M
21M
31M
41M
51M
81M
101M
151M
181M
241M1
2 3
200 205 210 215 220 225 230
00
01
02
03
04
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
1
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
58
las bandas de absorcioacuten del praseodimio En el detalle central de la Figura 8 se
aprecia maacutes adecuadamente este efecto
Con estas observaciones se muestra que la 2HPβCD aumenta la solubilidad del
praseodimio debido a este aumento ligero en el tamantildeo de las bandas de
absorcioacuten del praseodimio de la Figura 8
63 Efecto de la radiacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD por
espectrofotometriacutea Ultravioleta-Visible (UV-Vis)
La Figura 9 muestra los espectros de absorcioacuten determinados en el intervalo de
longitud de onda de 200 a 700 nm del 2HPβCD 2HPβCD irradiado PrCl3XH2O
PrCl3XH2O irradiado el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y el complejo de
inclusioacuten Pr-2-HP-β-CD irradiado Las irradiaciones se realizaron a 10000 Gy
Figura 9 Espectro UV-Vis de las muestras irradiadas en solucioacuten del complejo Pr-2HPβCD PrCl3 y 2HPβCD
Como se observa en la Figura 9 el efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de
inclusioacuten praseodimio-2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (Pr-2HPβCD) mostraron que
cuando el complejo de inclusioacuten es irradiado a 10 000 Gy se observaron ligeros
200 300 400 500 600 700
00
02
04
06
08
10
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
00025 M 2HPBCD
Pr 00025 M
Pr-2HPBCD
2HPBCD 10 KGY
PrCl3-XH2O 10 KGy
Pr-2HPBCD 10 KGy
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
59
cambios comparado con el complejo de inclusioacuten no irradiado Esto se puede
deber a que probablemente el complejo empieza a descomponerse
62 Anaacutelisis por microscopia electroacutenica de barrido (MEB)
La Figura 10 muestra las imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las
muestras 2HPβCD 2HPβCD irradiada PrCl3XH2O PrCl3XH2O irradiada Pr-
2HPβCD y Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy
a) c) e)c
b) d) f)
Figura 10 Imaacutegenes de microscopiacutea electroacutenica de barrido de las muestras a) 2HPβCD b) 2HPβCD irradiada c) PrCl3XH2O d) PrCl3XH2O irradiada e) Pr-2HPβCD y f) Pr-2HPβCD irradiada a 10 KGy
La 2HPβCD mostroacute partiacuteculas esfeacutericas de diversos tamantildeos con una superficie
lisa en su interior se observan cavidades dentro de las partiacuteculas pareciera que
se desprenden esferas maacutes pequentildeas El PrCl3XH2O mostroacute una superficie
rugosa las partiacuteculas se ven fundidas debido probablemente a que el material es
higroscoacutepico y tiende a hidratarse faacutecilmente El complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
muestra una morfologiacutea diferente a los reactivos precursores ya que se presentan
partiacuteculas en forma de rocas de diferentes dimensiones ademaacutes se observan
aglomeraciones de partiacuteculas Las imaacutegenes de las muestras irradiadas a una
dosis de 10 KGy conservan su morfologiacutea a excepcioacuten de PrCl3XH2O irradiada y
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
60
Pr-2HPβCD irradiada muestran pequentildeos cambios Sus partiacuteculas se ven un poco
maacutes fundidas probablemente se deba al efecto de la radiacioacuten
La composicioacuten quiacutemica elemental de las muestras 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD se muestran en la Tabla 10 determinado por el anaacutelisis elemental (EDS)
Tabla 10 Anaacutelisis EDS de las muestras de PrCl3 2-HPβCD y Pr-2HPβCD
Elemento Atoacutemico
Pr Cl O C
PrCl3 1233 plusmn 207 3595 plusmn 666 5171 plusmn 871 -----
2HPβCD ----- ----- 4159 plusmn 22 584 plusmn 22
Pr-2HPβCD 097 plusmn061 248 plusmn 143 3619plusmn 422 6034 plusmn 478
Todas las muestras presentan los elementos de su composicioacuten quiacutemica La
presencia de Pr Cl C y O en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD confirman la
interaccioacuten de 2HPβCD PrCl3XH2O para la formacioacuten del complejo de inclusioacuten
como se muestras en la Tabla 10
63 Anaacutelisis por difraccioacuten de rayos X (DRX)
En la Figura 11 se muestran los difractogramas de 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-
2HPβCD determinado por Difraccioacuten de Rayos X Los difractogramas de rayos X
de la Figura 11 muestran diferencias entre ellas El difractograma del PrCl3XH2O
presenta reflexiones de alta intensidad comparado con las otras muestras debido
a su naturaleza cristalina del praseodimio El difractograma de la 2HPβCD es de
estructura amorfa caracteriacutestica de los compuestos de carbono
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
61
Figura 11 Difraccioacuten de rayos X de PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD
El difractograma del compuesto de inclusioacuten Pr-2HPβCD muestra una
combinacioacuten de reflexiones de las muestras de PrCl3XH2O y 2HPβCD debido a la
formacioacuten de eacuteste complejo de inclusioacuten aunque predomina el de la 2HPβCD
Se comparoacute el difractograma de la muestra de PrCl3XH2O con la tarjeta del patroacuten
reportado por el Joint Committee on Powder Diffraction Standards (JCPDS) PDF
84-2188 Aqua Praseodymium Chloride Ambos difractogramas coinciden
adecuadamente
Los difractogramas de las muestras irradiadas a diferentes dosis mostraron que en
el intervalo de dosis de 1-500 Gy las muestras no sufren cambios Sin embargo
cuando el complejo de inclusioacuten es irradiado a 5000 y 10 000 Gy se observaron
ligeros cambios en sus inflexiones comparados con las muestras no irradiadas
Probablemente las muestras empiezan a descomponerse
64 Espectroscopia de infrarrojo (IR)
En la Figura 12 se muestra los espectros de infrarrojo de la 2HPβCD PrCl3XH2O
y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
62
Figura 12 Espectros de infrarrojo de las muestra 2HPβCD PrCl3XH2O y Pr-2HPβCD
El espectro infrarrojo de la muestra de PrCl3XH2O presenta la banda de absorcioacuten
a 341434 cm-1 correspondiente a moleacuteculas de agua de hidratacioacuten y la banda de
absorcioacuten a 67003 cm-1 debido a las uniones praseodimio con cloruros El
espectro infrarrojo de la muestra de la 2HPβCD presenta bandas de absorcioacuten a
331508 cm-1 [OH] 292046 cm-1 [CH2] 115183 cm-1 [C-C] 108000 cm-1 [C-O] y
102306 cm-1 [O-H]
Tabla 11 Grupos funcionales del PrCl3XH2O 2HPβCD y del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
Compuesto [OH] [CH2] [C-C] [C-O] [O-H] [Cl3]
PrCl3XH2O 341434 67003
2HPβCD 331508 292046 115183 108000 102306
Pr-2HPβCD 329688 292645 115247 108028 102514
120723[PrCl3XH2O-Pr-2HPβCD] -11746
120723[2HPβCD-Pr-2HPβCD] -182 599 064 028 208
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
63
En la Tabla 11 se muestran los datos de las bandas de absorcioacuten de las muestras
de 2HPβCD PrCl3XH2O y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD y los valores
de los desplazamientos observados Los valores de desplazamiento indican la
formacioacuten del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Las bandas de absorcioacuten de las
muestras irradiadas a diferentes dosis mostraron que en el intervalo de dosis de 1-
500 Gy las muestras no sufren cambios Cuando las muestras son irradiados a
5000 y 10 000 Gy se observaron ligeros cambios en la intensidad de la bandas de
absorcioacuten
65 Espectroscopia Raman
Figura 13 Espectros Raman de la muestra PrCl3XH2O 2HPβCD y Pr-2HPβCD
La Figura 13 muestra los espectros Raman de las muestras 2HPβCD PrCl3XH2O
y la del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Se realizaron 100 adquisiciones de
cada uno de las muestras Los resultados son el promedio de estas Los espectros
Raman de la Figura 13 muestran diferencias entre ellas
El espectro Raman del PrCl3XH2O muestra un pico intenso a 19278 cm-1 Este
pico se observa en el espectro Raman del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD a
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
64
23814 cm-1 y es de intensidad menor Las bandas de la 2HPβCD (44336 47805
84780 94691 126575 133270 145854 cm-1) algunas desaparecen y otras se
desplazan en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD Esto indica la formacioacuten del
complejo de inclusioacuten
Al comparar los espectros Raman de las muestras irradiadas a diferentes dosis
mostraron que en el intervalo de dosis de 1-500 Gy no sufren cambios Sin
embargo en el intervalo de 5000 a 10000 Gys se observa la presencia de una
banda que no se encuentra en las muestras no irradiadas Probablemente las
muestras empiezan a descomponerse
66 Anaacutelisis de solubilidad del complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-βeta-ciclodextrina
661 Efecto de temperatura
La Figura 14 muestra el efecto de temperatura sobre la solubilidad del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD
Figura 14 Efecto de temperatura en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
20 30 40 50 60
018
020
022
024
026
028
030
032
034
036
038
g P
r-2H
PB
CD
Temperatura degC
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
65
La Figura muestra que conforme la temperatura va aumentando la solubilidad de
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta Es decir a la temperatura 20 degC se
solubilizan 01866 g del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD mientras que a 60 degC
se solubilizan 03628 g
662 Efecto de tiempo
La Figura 15 muestra el efecto del tiempo sobre la solubilidad del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD
Se observoacute que conforme el tiempo va aumentando la solubilidad de complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta Con esto se determinoacute que la dilucioacuten de 01 gr de
complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 ml de agua destilada se lleva a cabo en
un tiempo 170 segundos
Figura 15 Efecto de tiempo en la solubilidad del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
01000 01005 01010 01015 01020 01025 01030
160
162
164
166
168
170
Tie
mpo (
segundos)
g Pr-2HPBCD
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
66
67 Recta de calibracioacuten del electrodo en 2 M de NaClO4
Se realizaron las mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de
2 M de NaClO4 Los datos se muestran en la Tabla 12
Tabla 12 Mediciones de pH de las soluciones de HCl y NaOH en medio de 2 M de NaClO4
Concentracioacuten (M)
pCH pH
exp 1 pH
exp 2 pH
exp 3 pH
exp 4 pH
exp 5 pH exp prom
HCl 0001 3 2359 2205 2333 2402 2329 23256
001 2 1173 1172 1207 1228 1268 12096
01 1 0508 0248 0253 0352 0361 03444
NaOH 0001 11 9987 9994 9926 10009 9994 9982
001 12 10947 10876 10959 10876 10849 109014
01 13 11612 1156 11604 11552 11516 115688
Se graficaron los datos de pH (experimental) promedio en funcioacuten del pCH (teoacuterico)
se tiene la Figura 16
Figura 16 Recta de calibracioacuten del pCH como una funcioacuten del pH en el medio 2 M de NaClO4
0 2 4 6 8 10 12 14
0
2
4
6
8
10
12
pC
H
pH
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
67
La ecuacioacuten de la recta de calibracioacuten es
pCH= 105108 (plusmn00063) pH + 06352 (plusmn00669) R2= 09995
Esta ecuacioacuten permitioacute corregir todos los datos de pH experimental de este
trabajo
68 Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Se realizaron valoraciones espectrofotomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-
2HPβCD en medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 a 30 deg C en atmoacutesfera inerte
Se obtuvieron espectros de absorcioacuten UV-Vis en el intervalo de longitud de onda
de 200 a 700 nm En la Figura 17 se muestra los espectros de absorcioacuten de cada
una de las aliacutecuotas del praseodimio en presencia de la 2HPβCD en el intervalo de
longitud de onda de 200 a 230 nm
Figura 17 Espectros de absorcioacuten UV-Vis de la valoracioacuten espectrofotomeacutetrica del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD con NaOH 00025 M en el medio 2M de NaClO4
200 210 220 230
00
01
02
03
04
Absorb
ancia
Longitud de onda (nm)
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
68
Se graficaron los datos de absorbancia a la longitud de onda de 215 nm de la Figura
17 y los valores de pCH correspondientes se obtuvo la Figura 18
Figura 18 Curva de valoracioacuten espectrofotomeacutetrica (absorbancia en funcioacuten del pCH) y la primera derivada del praseodimio en presencia de la 2HPβCD a longitud de onda de 215 nm
La derivada de la curva de la Figura 18 permitioacute determinar el pCH de precipitacioacuten
(maacutexima inflexioacuten) el cual fue de 812 A partir de este pCH se determinoacute la zona
no saturada (lado izquierdo de la curva) y saturada (lado derecho de la curva)
69 Titulaciones potenciomeacutetricas
Se realizaron valoraciones potenciomeacutetricas del complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD
con NaOH en medio de fuerza ioacutenica 2 M de NaClO4 a 30 degC en atmosfera inerte
Se obtuvo la Figura 19 La valoracioacuten potenciomeacutetrica del Pr-2HPβCD inicio en
medio acido por medio de la primera derivada y su inflexioacuten de la curva se
determinoacute el pCH inicial (pCH= 656) el valor de pCH final se determinoacute con el valor
de la primera derivada (pCHpp= 812) de la Figura 18 (punto de inicio de
precipitacioacuten del PrCl3XH2O)
4 5 6 7 8 9 10
025
030
035
040
045
050
055
060
pCH
Ab
so
rban
cia
-01
00
01
02
03
04
05
06
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
69
Figura 19 Curva de valoracioacuten potenciomeacutetrica directa de 25x10-4 M del praseodimio en presencia de la 2HPβCD con 25x10-3 de NaOH en 2 M de NaClO4 a 30 degC en atmosfera libre de CO2 y primera
derivada de la curva Detalle central (zona no saturada)
Con estos dos valores se determinoacute el intervalo de la zona no saturada que se
muestra en el detalle central de la Figura 19 empleado para el caacutelculo de la
primera constante de hidrolisis del praseodimio y del complejo del praseodimio en
presencia de la 2HPβCD
610 Refinamientos
A partir del detalle central de la Figura 19 (zona no saturada) los datos de
volumen pCH concentracioacuten del titulado y titulante y un modelo quiacutemico propuesto
con la estequiometria se alimentaron al programa de computo SUPERQUAD y
mediante refinamiento computacional se determinaron los valores de la constante
de hidrolisis de las especies quiacutemicas del praseodimio y del complejo de inclusioacuten
Pr-2HPβCD que se muestran en la Tabla 13
0 5 10 15 20
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
ml adicionados de NaOH
pC
H
0
2
4
6
8
10
00 01 02 03 04 05 06 07
64
66
68
70
72
74
76
78
80
82
pC
H
ml adicionados de NaOH
CAPIacuteTULO VI RESULTADOS
70
Tabla 13 Constantes de hidroacutelisis del Pr y el pCH de precipitacioacuten en el complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD en 2 M de NaClO4 obtenidos mediante meacutetodo potenciomeacutetrico y el programa SUPERQUAD a
30 degC
Equilibrio Quiacutemico
logβ1
POTENCIOMETRICO
(SUPERQUAD)
Intervalo
(pCH)
No
puntos
ESPECTROFOTOMETRICO
pCH de pp
Meacutetodo GRAFICO
Pr3++ H2O Pr(OH)2++ H+ -862plusmn0007 656-812 33 812
Pr(OH)2++H2O Pr(OH)2++H+ -1710plusmn003
Pr(OH)2++H2O Pr(OH)3+H+ -2586plusmn001
Pr3++2HPβCD+H2O Pr-
2HPβCD-(OH)2++H+
-509plusmn007
En la Tabla 13 anterior se muestra el valor de pCH de precipitacioacuten obtenido por el
meacutetodo espectrofotomeacutetrico (meacutetodo graacutefico) que fue de 812 Los valores de las
constantes de hidrolisis de las especies quiacutemicas del praseodimio fueron-
logβ1OH=-862plusmn0007-logβ22OH=-1710plusmn003-logβ33OH=-2586plusmn001 y del complejo
de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-509plusmn007 obtenidos por el meacutetodo
potenciomeacutetrico empleando el programa de computo SUPERQUAD
71
______________________________
CONCLUSIONES
______________________________
CONCLUSIONES
72
CONCLUSIONES
bull Se observaron 3 zonas de absorcioacuten caracteriacutesticas del praseodimio
situadas a una longitud de onda de 215 nm 3 bandas de absorcioacuten en 444
nm 469 nm y 482 nm y en 5885 nm se determinaron para cada banda las
rectas de calibracioacuten
bull Se demostroacute la inclusioacuten del praseodimio en la 2HPβCD y el efecto de la
radiacioacuten gamma en los reactivos (PrCl3XH2O 2HPβCD) y el complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD satisfactoriamente mediante las diferentes teacutecnicas de
caracterizacioacuten y anaacutelisis empleadas (MEB UV-Vis DRX Espectroscopia
Infrarrojo y Espectroscopia Raman)
bull El efecto de la radiacioacuten gamma en el complejo de inclusioacuten praseodimio-2-
hidroxipropil-β-ciclodextrina (Pr-2HP-β-CD) mostroacute que en el intervalo de
dosis de 1-500 Gy no sufren cambios Sin embargo cuando es irradiado a
5000 y 10 000 Gy se observaron ligeros cambios Esto se puede deber a
que probablemente el complejo empieza a descomponerse
bull La solubilidad de complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD aumenta en funcioacuten del
aumento de la temperatura
bull Conforme el tiempo va aumentando la solubilidad de complejo de inclusioacuten
Pr-2HPβCD aumenta
bull El valor de la primera constante de hidrolisis del praseodimio obtenido fue-
logβ1OH=-862plusmn0007 y del complejo de inclusioacuten fue -logβPr2HPBCD=-
509plusmn007
73
______________________________
RECOMENDACIONES
______________________________
RECOMENDACIONES
74
bull El complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD se debe preparar con diferentes
meacutetodos para elegir el maacutes adecuado de acuerdo a su rendimiento
quiacutemico y asegurar su formacioacuten
bull Comparar la zona no saturada de complejo de Inclusioacuten del Pr-2HPβCD
Pr-2βCD y la del praseodimio sin complejo para observar el efecto de la
solubilidad y estabilidad
bull Determinar las constantes de hidrolisis del praseodimio y del complejo de
inclusioacuten Pr-2HPβCD irradiado con radiacioacuten gamma de Co60 y comparar
con la de complejo de inclusioacuten Pr-2HPβCD no irradiado
75
______________________________
GLOSARIO
______________________________
GLOSARIO
76
GLOSARIO
1 Absorbancia
Se define como la relacioacuten (logariacutetmica) entre la intensidad de la luz que incide
sobre una muestra y la intensidad de esa misma luz que es transmitida a traveacutes de
esa muestra Cuando una luz de una longitud de onda determinada seleccionada
por un filtro incide sobre una muestra parte de esa luz es absorbida La luz no
absorbida pasa a traveacutes de la muestra y es recogida por un detector colocado en
el otro lado del pocillo de la micro placa frente a la fuente de luz
2 Algoritmo de Marquadt
Es un proceso iterativo de convergencia que a traveacutes de la teacutecnica de los miacutenimos
cuadrados ponderados permite encontrar los paraacutemetros de las ecuaciones de
funciones no lineales
3 Complejo de inclusioacuten
Mezcla cristalina en la que las moleacuteculas de un componente estaacuten contenidas
dentro de la red cristalina del otro
4 Confinamiento de residuos
Lugar totalmente seguro controlado y construido con el propoacutesito de disponer
residuos peligrosos instalados en un lugar retirado de la poblacioacuten con el objetivo
de disminuir riesgos de caraacutecter natural y humano
5 Curva de calibracioacuten
Representacioacuten graacutefica de una sentildeal que se mide en funcioacuten de la concentracioacuten
de un analito La calibracioacuten incluye la seleccioacuten de un modelo para estimar los
paraacutemetros que permitan determinar la linealidad de esa curva Y en
consecuencia la capacidad de un meacutetodo analiacutetico para obtener resultados que
sean directamente proporcionales a la concentracioacuten de un compuesto en una
muestra dentro de un determinado intervalo de trabajo
GLOSARIO
77
6 Desechos radiactivos
Residuo o subproductos que contiene varios elementos quiacutemicos radiactivos que
no tiene un fin praacutectico
7 Especies quiacutemicas
En quiacutemica el teacutermino especie quiacutemica se usa comuacutenmente para referirse de
forma geneacuterica a aacutetomos moleacuteculas iones radicales etc que sean el objeto de
consideracioacuten o estudio
8 Estabilidad
Una sustancia es estable si no es particularmente reactivo en el ambiente o
durante uso normal y mantiene sus propiedades uacutetiles en la escala de tiempo de
su durabilidad esperada y por lo que se dice que el material es inestable si se
corroe descompone polimeriza quema o explota bajo las condiciones anticipadas
de uso o condiciones ambientales normales
9 Fisioacuten nuclear
Reaccioacuten en la cual un nuacutecleo se bombardea con neutrones se convierte en
inestable y se descompone en dos nuacutecleos y tamantildeos son del mismo orden de
magnitud con gran desprendimiento de energiacutea y la emisioacuten de dos o tres
neutrones los cuales a su vez ocasionar maacutes fisiones al interaccionar con nuevos
nuacutecleos fisionables que emitiraacuten nuevos neutrones y asiacute sucesivamente
10 Fuerza ioacutenica
Propiedad de una solucioacuten que depende de la concentracioacuten total de iones en la
solucioacuten asiacute como de la carga de dichos iones
11 Isoacutetopo
Nucleiacutedos pertenecientes a un mismo elemento quiacutemico pero que se diferencian
entre el nuacutemero de neutrones de cada uno
GLOSARIO
78
12 Lenguaje fortran
Es un lenguaje de programacioacuten de alto nivel de propoacutesito general procedimental
e imperativo que estaacute especialmente adaptado al caacutelculo numeacuterico y a la
computacioacuten cientiacutefica
13 Lgi-01 TRANSELEKTRO (LGI-01)
Equipo de irradiacioacuten integrado por un cuerpo ciliacutendrico de plomo que sirve de
blindaje una jaula ciliacutendrica que contiene los laacutepices de Co60 un eacutembolo moacutevil con
una cavidad (caacutemara de exposicioacuten) una consola de mando y un cronoacutemetro para
establecer el tiempo de irradiacioacuten La caacutemara de exposicioacuten alberga a las
muestras para la irradiacioacuten un sistema electromecaacutenico baja el depoacutesito de las
muestras hasta la fuente de radiacioacuten que consta de 48 laacutepices de los cuales 12
contiene Co60 y el resto estaacuten vaciacuteos
14 Longitud de onda
Es la distancia real que recorre una perturbacioacuten (onda) en un determinado
intervalo de tiempo Ese intervalo de tiempo es el transcurrido entre dos maacuteximos
consecutivos de alguna propiedad fiacutesica de la onda
15 Medio acuoso
Medio o disolucioacuten acuosa se refiere a que una mezcla de disolventes el
disolvente mayoritario es agua Las disoluciones acuosas tienen una gran
importancia en la biologiacutea desde los laboratorios de ciencia baacutesica hasta la
quiacutemica de la vida pasando por la quiacutemica industrial Por la vasta cantidad y
variedad de sustancias que son solubles en agua esta se denomina a veces
disolvente universal
16 pCH
Es el logaritmo inverso de la concentracioacuten de los iones hidroacutegeno
17 pH
Es una medida del pH experimental de este trabajo
GLOSARIO
79
18 Precursores
Sustancia indispensable o necesaria para producir otra mediante los compuestos
quiacutemicos que constituyen una primera etapa en un proceso quiacutemico y actuacutean
como sustrato en las etapas posteriores
19 Radiacioacuten gamma
Es un tipo de radiacioacuten electromagneacutetica constituida por fotones se produce por
elementos radiactivos o procesos subatoacutemicos como la aniquilacioacuten de un par
positroacuten-electroacuten Los rayos gamma constituyen un tipo de radiacioacuten ionizante
capaz de penetrar en la materia maacutes profundamente que la radiacioacuten α y la β
pueden causar graves dantildeos a las ceacutelulas se usan para esterilizar equipos
meacutedicos y alimentos
20 Reacciones de hidroacutelisis
Reacciones quiacutemicas entre una moleacutecula de agua y cualquier otra especie
quiacutemica en la cual la moleacutecula de agua se divide y sus aacutetomos forman parte de
otra especie quiacutemica
21 Relacioacuten molar
Factor de conversioacuten cuyo fin es convertir en una reaccioacuten quiacutemica la cantidad de
moles de una sustancia a la cantidad correspondiente de moles de otra sustancia
La sustancia de partida se expresa en gramos y la sustancia deseada en moles
22 Valoraciones espectrofotomeacutetricas
Se denomina valoracioacuten espectrofotomeacutetrica al procedimiento por el cual se
determina el punto final de una titulacioacuten utilizando las medidas de absorbancia a
una longitud de onda fija Para simplificar la teacutecnica se selecciona una longitud de
onda donde solamente uno de los componentes de la muestra absorba
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