WO2014096474A1 - Colorimetric method for the detection of the cyanide anion - Google Patents

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WO2014096474A1
WO2014096474A1 PCT/ES2013/000276 ES2013000276W WO2014096474A1 WO 2014096474 A1 WO2014096474 A1 WO 2014096474A1 ES 2013000276 W ES2013000276 W ES 2013000276W WO 2014096474 A1 WO2014096474 A1 WO 2014096474A1
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compound
detection
cyanide
anion
colorimetric detection
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PCT/ES2013/000276
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Ana María COSTERO NIETO
Raul GOTOR CANDEL
Margarita PARRA ÁLVAREZ
Salvador GIL GRAU
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Universitat De València
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    • C07C225/22Compounds containing amino groups and doubly—bound oxygen atoms bound to the same carbon skeleton, at least one of the doubly—bound oxygen atoms not being part of a —CHO group, e.g. amino ketones having amino groups bound to carbon atoms of six-membered aromatic rings of the carbon skeleton
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    • C07C2601/12Systems containing only non-condensed rings with a six-membered ring
    • C07C2601/14The ring being saturated

Definitions

  • the invention relates to the use of a chromogenic compound called compound 1 for the colorimetric detection of cyanide anion (CN) both in its gaseous form, from the hydrogen cyanide compound (HCN), and in solution.
  • Cyanide anion (CN) is considered an extremely dangerous compound both in physiological systems and in the environment. Its toxicity in physiological systems is due to its binding to the active center of the cytochrome oxidase enzyme, with the consequent inhibition of the electron transport chain in mitochondria [Yu-Chu Yang J. A. B., et al. Chem. Rev. 1992, 92, p.1792]. Intoxication can occur both by ingestion and through the skin. Cyanide-containing salts are common chemical compounds originated not only from industrial wastes, but also from biological sources and can appear as contaminants in water. Cyanide is also used in many chemical processes in industries such as petrochemicals, gold mining, electroplating, photographic, iron manufacturing, synthetic fibers, herbicides and jewelry, among others. Waste from these processes is partly responsible for cyanide contamination.
  • HCN hydrogen cyanide
  • AC group of blood agents
  • Hydrogen cyanide was used in World War II as a weapon of mass destruction (under the name of Zyklon B), and the ease of its preparation makes it potentially dangerous as it can be used in terrorist attacks.
  • Colorimetric sensors are especially interesting due to their speed, low cost and the possibility of detecting the naked eye avoiding the use of expensive equipment or difficult portability.
  • the present invention describes the use of a chromogenic compound, designated throughout the present invention interchangeably, compound 1 or chromogenic compound 1, capable of detecting both cyanide anion from HCN in gaseous state with great selectivity and specificity , as the cyanide anion in solution.
  • Compound 1 is known in the state of the art [Gotor, R. et al, Chemistry European Journal, 2011, 43, p.
  • the present invention discloses the use of said compound 1 in the monitoring of water samples for human and / or animal consumption, as well as industrial wastes, showing a high recognition specificity of the cyanide anion in solution and the cyanide anion in gas form, the detection limits also being reached through the use of said compound 1, well below the values considered dangerous for humans.
  • An embodiment of the present invention describes the use of chromogenic compound 1 for the colorimetric detection of cyanide anion, either in its gaseous state, from the detection of gaseous HCN, or in solution.
  • CN detection " from the HCN in gas form, it is necessary that the compound 1 be deposited on a solid base, preferably of a basic nature.
  • Basic support systems are necessary to: a) deprotonate hydrogen cyanide to the cyanide anion and b) prevent the formation of the dipole or zwitterionic form (electrically neutral form but which has positive and negative charges on different atoms) non-reactive compound 1 .
  • Another of the objects described in the present invention relates to a cyanide anion colorimetric detection device, either from the HCN in gaseous form, or in solution, comprising the chromogenic compound 1, said compound being deposited on a solid support, preferably of a basic nature, when the CN " anion from the HCN in gaseous form is specifically detected.
  • Another object described in the present invention refers to a method of detecting cyanide anion, either in gaseous form, or in solution by means of the device described in the present invention for said purpose.
  • the term “device” or “colorimetric detection device” used interchangeably throughout this document refers to any electronic device, kit, reagent, buffer, test medium, test strip, support or similar capable of housing or understanding the compound described in the present invention. Description of the figures.
  • FIG. 1 UV spectrum of free compound 1 (solid line) at a concentration of 1x10 "5 M dissolved in H 2 0: MeCN (99: 1) and at a pH: 10.6, and in the presence of 1000 equivalents of CN " (line dotted).
  • the arrows indicate the Amáx at which chromogenic compound 1 absorbs, free and in the presence of CN " .
  • the wavelength ( ⁇ ) expressed in nm is represented on the abscissa axis.
  • the expressed absorbance is represented on the ordinate axis. in arbitrary units (ua).
  • Figure 4 Graph of the relative transmittance ((A 0 -A) / A 0 ) x100, expressed as a percentage, of different samples of compound 1, only (blank) or in the presence of the different anions indicated.
  • the temperature at which said reaction has taken place is 20 ° C.
  • the color changes (gray scale in black and white figures) of different solutions of chromogenic compound 1 (2 ml volume 99: 1 water. 10 "5 M acetonitrile buffered at pH 10.6 are observed. with Borax / HCI), after the addition of 1000 equivalents of the indicated interfering anions.
  • the interfering anions used, from left to right are: white (compound 1), compound 1 + F “ , compound 1 + CI “ , compound 1 + Bf, compound 1 + CN “ , compound 1 + HS “ , compound 1 + SCN, compound 1 + AcO " , and compound 1 + HP0 2” .
  • the anions were added in 20 ⁇ cu aliquots of 1 M aqueous solutions, as salts of sodium: F “ , CI “ , HS “ , HP0 2” and AcO " and as potassium salts the other anions: CN “ , SCN and HP0 4 2 " .
  • FIG. 5 Graph of the absorption kinetics at 563 nm of compound 1 in water: acetonitrile (99: 1) in the presence of 1000 equivalents of KCN (solid line) or 1000 equivalents of NaSH (dotted line). The time expressed in hours is represented on the abscissa axis. The absorbance at 563 nm expressed in arbitrary units (a.u.) is represented on the ordinate axis.
  • the anions F “ , CI “ , SH “ , HP0 2” , AcO “ and OH “ were added as Sodium salts and the remainder as potassium salts
  • the compound 3 is shown in the lower picture together with the different interfering anions mentioned above after exposure to 25 nm UV light for 2 minutes.
  • FIG. 7 Test strips for the detection of cyanide anion, from the gaseous HCN compound. Each of the strips is composed of different concentrations of compound 1 adsorbed onto a sheet of aminated silica. The concentrations of compound 1 from top to bottom are: 5-10 "3 , 5-10 " 4 , 5-10 "5 and 5 10 " 6 nmol.
  • Figure 8 Analysis of color differences (gray scale in black and white figures) observed in different samples of compound 1 at different concentrations (25, 2.5 and 0.25 ⁇ / cm 2 ) and in the presence of different interfering anions: HCN, H 2 S, CO, HCI and NH 3 .
  • One of the objects of the present invention refers to the use of compound 1 for the colorimetric detection of cyanide anion (CN).
  • compound 1 in a preferred embodiment of the use of compound 1 as described in the present invention, it is characterized in that the cyanide anion can be detected both in its gaseous state, from the HCN compound in the form of gas, and in solution.
  • said compound 1 is deposited on a solid support, preferably of a basic nature and said solid support being selected from any of the following: Hydromed / Cs 2 C0 3 , polyethylene oxide / Cs 2 C0 3 , Si0 2 treated with K 2 C0 3 and aminated silica, aminated silica being preferred as solid support.
  • Another object described in the present invention relates, as we have said previously, to the use of compound 1 for the colorimetric detection of cyanide (CN) in solution.
  • said solution is carried out in any of the solvents selected from: water, ethanol, DMSO or CH 3 CN, being preferred as solvent the water.
  • the chromogenic compounds 1, 2 and 3, described in the present invention have a ⁇ -electronic system called "push-pull” that absorbs visible light and generates strongly colored species.
  • This change causes a rupture of the "push-pull” system which extinguishes its absorption in the visible with the consequent disappearance of the color, giving rise, preferably, as described in the present invention, to compounds 4, 5 and 6, which They lack coloration (Scheme 1).
  • Scheme 1 Scheme of the reaction that occurs for the detection of cyanide anion.
  • the chromogenic chemosensors 1, 2 or 3 suffer a nucleophilic attack by cyanide that eliminates the conjugation between the aromatic rings, which causes the initial color to die out.
  • Another object described in the present invention relates to a cyanide anion colorimetric detection device comprising the compound 1 described in the present invention.
  • the device described in the present invention is capable of detecting the cyanide anion both in the gaseous state, from the HCN compound, and in solution.
  • the device of the invention when used for the colorimetric detection of cyanide anion in the gaseous state (HCN), is characterized in that said compound 1 is deposited on a solid support, preferably of a nature basic and said solid support being selected from any of the following: Hydromed / Cs 2 CC> 3, polyethylene oxide / Cs 2 C0 3 , Si0 2 treated with K 2 C0 3 and aminated silica, the animated solid silica support being preferred .
  • the device of the invention when used for the colorimetric detection of cyanide anion in solution is characterized in that the compound 1 is dissolved in any of the solvents selected from: water, ethanol, DMSO or CH 3 CN , water being preferred as solvent.
  • Another object described in the present invention refers to a device for detecting cyanide anion in solution comprising compound 2 or compound 3.
  • said device is characterized in that compounds 2 or 3 are dissolved in any of the solvents selected from: water, ethanol, DMSO or CH 3 CN, water being preferred as solvent.
  • Another of the objects described in the present invention refers to a method of colorimetric detection of the cyanide anion by the use of the compound 1 or the device comprising it and which is used for said purpose, as described in the present invention.
  • the cyanide anion colorimetric detection method is characterized in that it detects said cyanide anion both in its gaseous form, from the gaseous HCN compound, and in solution.
  • the method of colorimetric detection of the CN anion " in solution is characterized in that the optimum pH for colorimetric detection of CN " ranges from 8.5 to 10.6, the pH value of 10.6 being preferred.
  • the method of colorimetric detection of CN anion " in solution is characterized in that the optimum temperature for colorimetric detection of CN " varies between 10-60 ° C, with a temperature of 20 ° C being preferred.
  • the cyanide anion colorimetric detection method is characterized in that compound 1, as well as compounds 2 and 3 or the device comprising both compound 1, and compounds 2 and 3, each separately, can be regenerated by irradiating them with UV light.
  • IR infrared
  • NMR nuclear magnetic resonance
  • HRMS high resolution mass spectrometry
  • the present invention therefore describes the first cyanide chemodosimeter capable of producing a selective signal, even in the presence of sulfhydryl anions.
  • the same tests were performed, but using the chromogenic compounds of formulas 2 and 3 in the presence of 1000 equivalents of the interfering anions: F, Cl “ , Br “ , CN “ , HS “ , SCN “ , AcO “ and HP0 2 " .
  • the results show that the addition of cyanide and hydrogen sulphide anions eliminate color immediately, while in the presence of the other anions there are no color changes.
  • Low spectrometry Sample resolution confirmed that the cyanide and hydrogen sulphide anions had been added to compounds 2 and 3.
  • Example 4 Regeneration of compound 1. Samples of compound 1 were prepared, treated with potassium cyanide and, after complete discoloration, were placed under the irradiation of a 50 watt UV lamp at 254 nm. Under these conditions, said samples recover the color after 2 minutes of irradiation. The UV-vis spectrum of the regenerated sample shows a complete recovery of the absorbance intensity, which confirms the success of the regeneration process. As the cyanide remains in the solution, the reaction reverts to the leuco-cyanide species and the sample slowly discolors again. To avoid this problem, cyanide must be removed from the solution for example by passing the solution through a column packed with sand and iron (Fe) [Ghosh RS, et al., Water Environ. Res. 1999, 71, p. 1217].
  • Fe sand and iron
  • chromogenic compounds 2 and 3 have been shown to be suitable for rapid and selective detection of CN “ or SH " in solution, while compound 1 is capable of detecting the presence of CN anions " in solution quantitatively and more selective than compounds 2 and 3.
  • Example 5 Detection of hydrogen cyanide (CN) anion from HCN in the gaseous state by using compound 1.
  • silica strips were hung inside a 500 ml flask along with a small vial containing different amounts of KCN.
  • the strip is preferably placed in the lower part of the flask since at the working temperature (approximately 20 ° C), hydrogen cyanide is denser than air.
  • the system is closed with a septum and sulfuric acid is added to the salt by means of a syringe with a long needle.
  • the colored spots on the silica plate begin to disappear. The number of red spots that remain depends on the amount of HCN generated and therefore on the amount of CN " gaseous anion detected.
  • Compound 1 is also capable of regenerating, in the presence of UV light, in this type of systems, in the same way as in the case of the detection of CN ' in solution, whereby the colored stain of the silica strips is regenerates
  • the gaseous cyanide anion forming part of the HCN compound in the form of gas, is very dangerous for humans.
  • the average population can tolerate a concentration of approximately 50 ppm for 20 min-1 hour without subsequent effects, while a concentration of 546 ppm is fatal after a period of 10 minutes [Ballantyne B. Clin Toxicol, 1988, 26, p. 325].
  • the use of the compound 1 on a base formed by compounds of a basic nature, preferably, on a base of aminated silica, for the detection of the gaseous cyanide anion, forming part of the HCN compound in the form of gas, is capable of reaching a LOD of 2 ppm after 3 minutes of exposure, which means that it can detect hydrocyanic acid before it is dangerous to humans.
  • Example 6 Comparative analysis of different interfering gases for the detection of gaseous HCN by compound 1.
  • the interfering gases HCI and NH 3 do not cause any change in the color of the sensor, compound 1.
  • the color is the same as that of the target, although the ammonia partially extends the spot in the siliceous support.
  • CO and H 2 S do change the color of the sensor but in a different way than HCN does.
  • the RGB color coordinates were 179, 120, 126, which translates into a brown color at 30 minutes that evolves to green after 24 hours.
  • H 2 S cannot be considered an interference because the sensor acquires a clear blue color (RGB 175, 170, 176).
  • the chromogenic compounds 1, 2 and 3, as described in the present invention, can therefore be used as chemical sensors to detect cyanide in aqueous medium.
  • Compound 1 shows a much more selective behavior than compounds 2 and 3 in recognizing this anion, being able to easily discriminate between the cyanide anion and hydrogen sulfide.
  • chromogenic compounds 2 and 3 are more reactive than compound 1 and for this reason they are less selective, giving rise to the same reaction both in the presence of cyanide and in the presence of hydrogen sulfide, although the photochemical behavior of the products of obtained reaction allows to distinguish between both.
  • the compound 1 can also be regenerated after the detection process of the cyanide anion in solution, by irradiation with UV light, so it can be used continuously.
  • the present invention shows that by using compound 1, cyanide anion from HCN can be detected in the gaseous state, said anion forming part of the gaseous HCN compound.
  • the aminated silica is the one that has resulted in better results when used as a support. Prepared test strips can be regenerated, so they can be reused continuously.
  • the detection limits for the cyanide anion in the gaseous state reached with this system are below the values considered dangerous for humans.

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Abstract

The invention relates to the use of a chromogenic compound, called compound 1, for the detection of the cyanide anion (CN), both in a gaseous state, from the HCN compound, and in a solution, preferably in an aqueous solution. The invention also relates to the methods for the detection of said molecule in both states, by means of the use of compound 1, and to the devices used to carry out said methods, comprising the chromogenic compound 1.

Description

MÉTODO COLORIMÉTRICO DE DETECCIÓN DEL ANIÓN CIANURO  COLORIMETRIC METHOD OF DETECTION OF THE CYANIDE ANION
CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención versa sobre el uso de un compuesto cromogénico denominado compuesto 1 para la detección colorimétrica de anión cianuro (CN ) tanto en su forma gaseosa, a partir del compuesto cianuro de hidrógeno (HCN), como en disolución. FIELD OF THE INVENTION The invention relates to the use of a chromogenic compound called compound 1 for the colorimetric detection of cyanide anion (CN) both in its gaseous form, from the hydrogen cyanide compound (HCN), and in solution.
ESTADO DE LA TÉCNICA STATE OF THE TECHNIQUE
El anión cianuro (CN ) está considerado un compuesto extremadamente peligroso tanto en sistemas fisiológicos como en el medio ambiente. Su toxicidad en sistemas fisiológicos es debida a que se enlaza al centro activo de la enzima citocromo-oxidasa, con la consiguiente inhibición de la cadena de transporte de electrones en las mitocondrias [Yu-Chu Yang J. A. B., et al. Chem. Rev. 1992, 92, p.1792]. La intoxicación puede producirse tanto por ingestión como a través de la piel. Las sales que contienen cianuro son compuestos químicos comunes originados no sólo de desechos industriales, sino también de fuentes biológicas y pueden aparecer como contaminantes en agua. El cianuro, además, se utiliza en muchos procesos químicos en industrias tales como la petroquímica, la minería de oro, la galvanoplastia, la fotográfica, la manufacturación del hierro, las fibras sintéticas, los herbicidas y la joyería, entre otras. Los desechos de estos procesos son en parte responsables de la contaminación por cianuro. Cyanide anion (CN) is considered an extremely dangerous compound both in physiological systems and in the environment. Its toxicity in physiological systems is due to its binding to the active center of the cytochrome oxidase enzyme, with the consequent inhibition of the electron transport chain in mitochondria [Yu-Chu Yang J. A. B., et al. Chem. Rev. 1992, 92, p.1792]. Intoxication can occur both by ingestion and through the skin. Cyanide-containing salts are common chemical compounds originated not only from industrial wastes, but also from biological sources and can appear as contaminants in water. Cyanide is also used in many chemical processes in industries such as petrochemicals, gold mining, electroplating, photographic, iron manufacturing, synthetic fibers, herbicides and jewelry, among others. Waste from these processes is partly responsible for cyanide contamination.
La forma gaseosa del anión cianuro, es decir, el cianuro de hidrógeno (HCN), es a su vez una molécula muy peligrosa y está incluida en la categoría de gases de guerra, dentro del grupo de agentes sanguíneos (AC). El cianuro de hidrógeno fue usado en la segunda guerra mundial como arma de destrucción masiva (bajo el nombre de Zyklon B), y la facilidad de su preparación lo hace potencialmente peligroso ya que puede ser usado en ataques terroristas. El hecho de que, tanto el anión cianuro en disolución, como el cianuro de hidrógeno en estado gaseoso, sean moléculas además de contaminantes, tóxicas para la salud, hace necesario el desarrollo de métodos eficaces para la detección de las mismas. The gaseous form of cyanide anion, that is, hydrogen cyanide (HCN), is in turn a very dangerous molecule and is included in the category of war gases, within the group of blood agents (AC). Hydrogen cyanide was used in World War II as a weapon of mass destruction (under the name of Zyklon B), and the ease of its preparation makes it potentially dangerous as it can be used in terrorist attacks. The fact that both the cyanide anion in solution, and the hydrogen cyanide in the gaseous state, are molecules in addition to pollutants, toxic to health, necessitates the development of effective methods for their detection.
Existen, en el estado de la técnica, numerosos métodos para la detección de cianuro en muestras líquidas. Entre dichos métodos de detección destacan los sensores There are, in the state of the art, numerous methods for the detection of cyanide in liquid samples. These detection methods include sensors
i electroquímicos [Shan D., et al., Anal. Chem. 2004, 76, p.178; Lindsay A. E., et al., Anal. Chim. Acta 2006, 558, p.158], los polímeros [Shiraishi Y., et al. ACS Appl. Mater. Interfaces,i electrochemicals [Shan D., et al., Anal. Chem. 2004, 76, p.178; Lindsay AE, et al., Anal. Chim. Acta 2006, 558, p.158], polymers [Shiraishi Y., et al. ACS Appl. Mater. Interfaces,
2011 , 3, p.4649; Vallejos S., Chem. Commun. 2010, 46, p.7951], las nanopartículas de oro [Kim H. J., et al., Chem. Commun. 2011 , 47, p.28865], CdSe quantum dots [Jin W. J., et al., Chem. Commun. 2005, p.883; Touceda-Varela A., et al., Chem. Commun. 2008, p.1998], complejos de coordinación [Kim Y.-H., et al., Chem. Commun., 2002, p.512; Liu H., et al., Tetrahedron 2005, 61 , p. 8095; Chow C.F., et al., Inorg. Chem. 2004, 43, p. 8387; Zelder F.H.,et al., Inorg. Chem. 2008, 47, p. 1264; Zeng Q., et al., Chem. Commun. 2008, p. 10947], y los quimiosensores fluorogénicos y cromogénicos [Xu Z., et al., Chem. Soc. Rev. 2010, 39, p. 127; Isaad J. et al., Tetrahedron, 2011 , 67, p. 4939; Lin Y.D., et al., Tetrahedron,2011, 3, p.4649; Vallejos S., Chem. Commun. 2010, 46, p.7951], gold nanoparticles [Kim H. J., et al., Chem. Commun. 2011, 47, p.28865], CdSe quantum dots [Jin W. J., et al., Chem. Commun. 2005, p.883; Touceda-Varela A., et al., Chem. Commun. 2008, p.1998], coordination complexes [Kim Y.-H., et al., Chem. Commun., 2002, p.512; Liu H., et al., Tetrahedron 2005, 61, p. 8095; Chow C.F., et al., Inorg. Chem. 2004, 43, p. 8387; Zelder F.H., et al., Inorg. Chem. 2008, 47, p. 1264; Zeng Q., et al., Chem. Commun. 2008, p. 10947], and the fluorogenic and chromogenic chemosensors [Xu Z., et al., Chem. Soc. Rev. 2010, 39, p. 127; Isaad J. et al., Tetrahedron, 2011, 67, p. 4939; Lin Y.D., et al., Tetrahedron,
2012, 68, p. 2523; Guliyev R., et al., Org. Lett. 2012, 14, p. 1528; Dong M. et al., Org. Lett. 2012, 14, p. 130; Sumiya S., et al., Tetrahedron, 2012, 68, p. 690]. Los sensores colorimétricos son especialmente interesantes debido a su rapidez, bajo coste y a la posibilidad de efectuar la detección a simple vista evitando el uso de equipamiento costoso o de difícil portabilidad. 2012, 68, p. 2523; Guliyev R., et al., Org. Lett. 2012, 14, p. 1528; Dong M. et al., Org. Lett. 2012, 14, p. 130; Sumiya S., et al., Tetrahedron, 2012, 68, p. 690]. Colorimetric sensors are especially interesting due to their speed, low cost and the possibility of detecting the naked eye avoiding the use of expensive equipment or difficult portability.
El uso y diseño de sensores colorimétricos para la detección de cianuro en medios líquidos se ha visto favorecido por la alta reactividad que presenta dicho anión hacia los átomos de carbono electrófilos [García F., et al., Chem. Commun. 2005, p. 2790; Zhang X., et al., Sens. Actuators, B, 2008, 129, p. 15211]. La electrofilia de los compuestos de la familia de los tri- aril-carbocationes puede ser regulada mediante la modificación de los grupos funcionales de los anillos aromáticos y así, una elección específica de dichos grupos funcionales, puede conducir a que el átomo carbocatiónico presente la electrofilia adecuada para el anión cianuro [Afkhami A., et al., Sens. Actuators, B, 2007, 122, p. 437; Kaur P., et al., Inorg. Chem. Commun. 2009, 12, p. 272]. En el estado de la técnica existen quimio-dosímetros o quimio-sensores del anión cianuro en disolución que utilizan dicha estrategia, empleando para ello una molécula comercial como por ejemplo, cristal violeta o metil violeta. Sin embargo muchos de dichos quimio-dosímetros no muestran selectividad a la detección del anión cianuro en presencia de otros aniones contaminantes, como por ejemplo, en presencia del anión bisulfuro (HS ), que es uno de los interferentes más importantes para la detección de CN" mediante dicha técnica. The use and design of colorimetric sensors for the detection of cyanide in liquid media has been favored by the high reactivity of said anion towards electrophilic carbon atoms [García F., et al., Chem. Commun. 2005, p. 2790; Zhang X., et al., Sens. Actuators, B, 2008, 129, p. 15211]. The electrophilia of the compounds of the triaryl-carbocation family can be regulated by modifying the functional groups of the aromatic rings and thus, a specific choice of said functional groups, can lead to the carbocationic atom presenting the electrophilia suitable for cyanide anion [Afkhami A., et al., Sens. Actuators, B, 2007, 122, p. 437; Kaur P., et al., Inorg. Chem. Commun. 2009, 12, p. 272]. In the state of the art there are chemo-dosimeters or chemo-sensors of the cyanide anion in solution that use said strategy, using for this a commercial molecule such as, for example, violet or methyl violet crystal. However, many of these chemo dosimeters do not show selectivity to the detection of the cyanide anion in the presence of other contaminating anions, such as in the presence of the bisulfide anion (HS), which is one of the most important interferents for the detection of CN " by said technique.
Por otro lado, apenas existen en el estado de la técnica métodos o sensores colorimétricos específicos, que presenten selectividad y sensibilidad para la detección del anión cianuro procedente de HCN en estado gaseoso [Feng L, et al., Anal. Chem. 2010, 82, p. 9433; Yang M., et al., Sens. Actuators, B, 2011 , 155, p. 6929]. Los métodos y sistemas utilizados en el estado de la técnica para la detección de HCN en fase gaseosa llevan a cabo dicha detección a través de una vía indirecta, haciendo uso de un indicador de pH que detecta el HCI generado por la reacción del HCN con HgCI2 [ Petrusevski, V. M. et al. The Chemical Education Journal (CEJ), Vol. 9, No. 1 (Serial No. 16), 2006]. Además, los compuestos cromogénicos o quimio-sensores utilizados para la detección del anión cianuro en disolución no pueden utilizarse para la detección del anión cianuro procedente del HCN en estado gaseoso, ya que dichos compuestos, al depositarlos sobre un soporte adecuado para la detección de la fase gaseosa de dicho anión, se descompondrían y perderían su coloración, no sirviendo por lo tanto para la detección cromogénica de CN" procedente del HCN en fase gaseosa. On the other hand, there are hardly any specific colorimetric methods or sensors in the state of the art that have selectivity and sensitivity for the detection of cyanide anion from HCN in the gaseous state [Feng L, et al., Anal. Chem. 2010, 82, p. 9433; Yang M., et al., Sens. Actuators, B, 2011, 155, p. 6929]. The methods and systems used in the state of the art for the detection of HCN in the gas phase carry out said detection through an indirect route, using a pH indicator that detects the HCI generated by the reaction of HCN with HgCI 2 [Petrusevski, VM et al. The Chemical Education Journal (CEJ), Vol. 9, No. 1 (Serial No. 16), 2006]. In addition, the chromogenic compounds or chemo-sensors used for the detection of the cyanide anion in solution cannot be used for the detection of the cyanide anion from the HCN in the gaseous state, since said compounds, when deposited on a suitable support for the detection of the gas phase of said anion, would decompose and lose their coloration, thus not serving for the chromogenic detection of CN " from the gas phase HCN.
Para solventar los problemas de selectividad existentes en el estado de la técnica respecto a los métodos de detección colorimétrica del anión cianuro en disolución en el estado de la técnica, así como para proveer un nuevo método colorimétrico para la detección del anión cianuro procedente del HCN en estado gaseoso, la presente invención describe el uso de un compuesto cromogénico, denominado a lo largo de la presente invención indistintamente, compuesto 1 o compuesto cromogénico 1, capaz de detectar con una gran selectividad y especificidad tanto el anión cianuro procedente del HCN en estado gaseoso, como el anión cianuro en disolución. El compuesto 1 es conocido en el estado de la técnica [Gotor, R. et al, Chemistry European Journal, 2011 , 43, p. 1 1994], pero no su uso para la detección de cianuro, ni en disolución, ni en su forma gaseosa. Por lo tanto, la presente invención divulga el uso de dicho compuesto 1 en la monitorización de muestras de agua para consumo humano y/o animal, así como desechos industriales, mostrando una alta especificidad de reconocimiento del anión cianuro en disolución y del anión cianuro en forma de gas, estando además los límites de detección alcanzados mediante el uso de dicho compuesto 1 , muy por debajo de los valores que se consideran peligrosos para el ser humano. To solve the problems of selectivity existing in the state of the art with respect to the methods of colorimetric detection of the cyanide anion in solution in the state of the art, as well as to provide a new colorimetric method for the detection of the cyanide anion from HCN in gaseous state, the present invention describes the use of a chromogenic compound, designated throughout the present invention interchangeably, compound 1 or chromogenic compound 1, capable of detecting both cyanide anion from HCN in gaseous state with great selectivity and specificity , as the cyanide anion in solution. Compound 1 is known in the state of the art [Gotor, R. et al, Chemistry European Journal, 2011, 43, p. 1 1994], but not its use for the detection of cyanide, neither in solution, nor in its gaseous form. Therefore, the present invention discloses the use of said compound 1 in the monitoring of water samples for human and / or animal consumption, as well as industrial wastes, showing a high recognition specificity of the cyanide anion in solution and the cyanide anion in gas form, the detection limits also being reached through the use of said compound 1, well below the values considered dangerous for humans.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN DESCRIPTION OF THE INVENTION
Breve descripción de la invención Brief Description of the Invention
Una forma de realización de la presente invención describe el uso del compuesto cromogénico 1 para la detección colorimétrica del anión cianuro, bien en su estado gaseoso, a partir de la detección de HCN gaseoso, bien en disolución. Para la detección del CN" procedente del HCN en forma de gas, es necesario que el compuesto 1 esté depositado sobre una base sólida, preferentemente de naturaleza básica. Los sistemas de soporte básicos son necesarios para: a) desprotonar el cianuro de hidrógeno al anión cianuro y b) evitar la formación de la forma dipolar o zwitterionica (forma eléctricamente neutra pero que tiene cargas positivas y negativas sobre átomos diferentes) no reactiva del compuesto 1. An embodiment of the present invention describes the use of chromogenic compound 1 for the colorimetric detection of cyanide anion, either in its gaseous state, from the detection of gaseous HCN, or in solution. For CN detection " from the HCN in gas form, it is necessary that the compound 1 be deposited on a solid base, preferably of a basic nature. Basic support systems are necessary to: a) deprotonate hydrogen cyanide to the cyanide anion and b) prevent the formation of the dipole or zwitterionic form (electrically neutral form but which has positive and negative charges on different atoms) non-reactive compound 1 .
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Compuesto cromogénico 1 Chromogenic Compound 1
Otro de los objetos descritos en la presente invención se refiere a un dispositivo de detección colorimétrica del anión cianuro, bien procedente del HCN en forma gaseosa, bien en disolución, que comprende el compuesto cromogénico 1, estando dicho compuesto depositado sobre un soporte sólido, preferentemente de naturaleza básica, cuando se detecta específicamente el anión CN" procedente del HCN en forma gaseosa. Another of the objects described in the present invention relates to a cyanide anion colorimetric detection device, either from the HCN in gaseous form, or in solution, comprising the chromogenic compound 1, said compound being deposited on a solid support, preferably of a basic nature, when the CN " anion from the HCN in gaseous form is specifically detected.
Otro de los objetos descritos en la presente invención hace referencia a un método de detección del anión cianuro, bien en forma gaseosa, bien en disolución mediante el dispositivo descrito en la presente invención para dicho fin. Another object described in the present invention refers to a method of detecting cyanide anion, either in gaseous form, or in solution by means of the device described in the present invention for said purpose.
A efectos de la presente invención, el término "dispositivo" o "dispositivo de detección colorimétrica" utilizados indistintamente a lo largo del presente documento se refiere a cualquier, dispositivo electrónico, kit, reactivo, tampón, medio de ensayo, tira reactiva, soporte o similar capaz de albergar o comprender el compuesto descrito en la presente invención. Descripción de las figuras. For the purposes of the present invention, the term "device" or "colorimetric detection device" used interchangeably throughout this document refers to any electronic device, kit, reagent, buffer, test medium, test strip, support or similar capable of housing or understanding the compound described in the present invention. Description of the figures.
Figura 1. Espectro UV del compuesto 1 libre (línea continua) a una concentración de 1x10"5 M disuelto en H20:MeCN (99:1) y a un pH:10.6, y en presencia de 1000 equivalentes de CN" (línea punteada). Las flechas indican la Amáx a la que absorbe el compuesto cromogénico 1 , libre y en presencia de CN". En el eje de abscisas se representa la longitud de onda (λ) expresada en nm. En el eje de ordenadas se representa la absorbancia expresada en unidades arbitrarias (u.a.). Figure 1. UV spectrum of free compound 1 (solid line) at a concentration of 1x10 "5 M dissolved in H 2 0: MeCN (99: 1) and at a pH: 10.6, and in the presence of 1000 equivalents of CN " (line dotted). The arrows indicate the Amáx at which chromogenic compound 1 absorbs, free and in the presence of CN " . The wavelength (λ) expressed in nm is represented on the abscissa axis. The expressed absorbance is represented on the ordinate axis. in arbitrary units (ua).
Figura 2. Gráfica de la cinética del compuesto 1 en presencia de 1000 equivalentes de KCN a diferentes pHs. En el eje de abscisas se muestran los distintos valores de pH analizados. En el eje de ordenadas se muestra la velocidad de extinción del pico de absorbancia a una λ= 563 nm. Figure 2. Graph of the kinetics of compound 1 in the presence of 1000 equivalents of KCN at different pHs. The different analyzed pH values are shown on the abscissa axis. The extinction rate of the absorbance peak at a λ = 563 nm is shown on the ordinate axis.
Figura 3. Gráfica de la cinética del compuesto 1 en presencia de 1000 equivalentes de KCN a diversas temperaturas. En el eje de abscisas se muestran los distintos valores de temperatura analizados. En el eje de ordenadas se muestra la velocidad de extinción del pico de absorbancia a una λ= 563 nm.  Figure 3. Graph of the kinetics of compound 1 in the presence of 1000 equivalents of KCN at various temperatures. The different analyzed temperature values are shown on the abscissa axis. The extinction rate of the absorbance peak at a λ = 563 nm is shown on the ordinate axis.
Figura 4. Gráfica de la transmitancia relativa ((A0-A)/A0)x100, expresada en forma de porcentaje, de diferentes muestras del compuesto 1 , sólo (blanco) o en presencia de los diferentes aniones indicados. La temperatura a la que ha tenido lugar dicha reacción es de 20°C. En la parte inferior de la figura se observan los cambios de color (escala de grises en las figuras en blanco y negro) de diferentes disoluciones del compuesto cromogénico 1 (2 mi volumen 99:1 agua.acetonitrilo 10"5 M tamponado a pH 10.6 con Borax/HCI), tras la adición de 1000 equivalentes de los aniones interferentes indicados. Los aniones interferentes utilizados, de izquierda a derecha son: blanco (compuesto 1), compuesto 1+F", compuesto 1 +CI", compuesto 1 +Bf, compuesto 1+CN", compuesto 1 +HS", compuesto 1 +SCN , compuesto 1 +AcO", y compuesto 1+HP0 2". Los aniones fueron añadidos en alícuotas de 20 μΐ de disoluciones acuosas 1 M, como sales de sodio: F", CI", HS", HP0 2" y AcO" y como sales de potasio el resto de aniones: CN", SCN y HP04 2". Figure 4. Graph of the relative transmittance ((A 0 -A) / A 0 ) x100, expressed as a percentage, of different samples of compound 1, only (blank) or in the presence of the different anions indicated. The temperature at which said reaction has taken place is 20 ° C. In the lower part of the figure, the color changes (gray scale in black and white figures) of different solutions of chromogenic compound 1 (2 ml volume 99: 1 water. 10 "5 M acetonitrile buffered at pH 10.6 are observed. with Borax / HCI), after the addition of 1000 equivalents of the indicated interfering anions. The interfering anions used, from left to right are: white (compound 1), compound 1 + F " , compound 1 + CI " , compound 1 + Bf, compound 1 + CN " , compound 1 + HS " , compound 1 + SCN, compound 1 + AcO " , and compound 1 + HP0 2" . The anions were added in 20 μcu aliquots of 1 M aqueous solutions, as salts of sodium: F " , CI " , HS " , HP0 2" and AcO " and as potassium salts the other anions: CN " , SCN and HP0 4 2 " .
Figura 5. Gráfica de la cinética de absorción a 563 nm del compuesto 1 en agua:acetonitrilo (99:1) en presencia de 1000 equivalentes de KCN (línea continua) o de 1000 equivalentes de NaSH (línea punteada). En el eje de abscisas se representa el tiempo expresado en horas. En el eje de ordenadas se representa la absorbancia a 563 nm expresada en unidades arbitrarias (a.u.). Figure 5. Graph of the absorption kinetics at 563 nm of compound 1 in water: acetonitrile (99: 1) in the presence of 1000 equivalents of KCN (solid line) or 1000 equivalents of NaSH (dotted line). The time expressed in hours is represented on the abscissa axis. The absorbance at 563 nm expressed in arbitrary units (a.u.) is represented on the ordinate axis.
Figura 6. En la fotografía superior se muestra el cambio de color (escala de grises en las figuras en blanco y negro) del compuesto 3 o metil violeta (2ml 10"5 M agua:acetonitrilo 99:1 pH 10.6 con Borax/HCI), tras la adición de 1000 equivalentes de diferentes aniones. De izquierda a derecha los aniones interferentes utilizados son: control (Compuesto 3), Compuesto 3+F", Compuesto 3+CI", Compuesto 3+Br', Compuesto 3+CN"' Compuesto 3+SH", Compuesto 3+SCN", Compuesto 3+ HP0 2", Compuesto 3+ OAc", Compuesto 3+OH". Los aniones fueron añadidos en alícuotas de 20 ml_ de disoluciones 1 M. Los aniones F", CI", SH", HP0 2", AcO" y OH" fueron añadidos como sales de sodio y el resto como sales de potasio. En la fotografía inferior se muestran el compuesto 3 junto con los diferentes aniones interferentes mencionados arriba tras la exposición a la luz UV25 nm durante 2 minutos. Figure 6. The color change is shown in the upper photo (grayscale in the black and white figures) of compound 3 or methyl violet (2ml 10 " 5M water: acetonitrile 99: 1 pH 10.6 with Borax / HCI), after the addition of 1000 equivalents of different anions. From left to right the interfering anions used they are: control (Compound 3), Compound 3 + F " , Compound 3 + CI " , Compound 3 + Br ' , Compound 3 + CN " ' Compound 3 + SH " , Compound 3 + SCN " , Compound 3+ HP0 2" , Compound 3+ OAc " , Compound 3 + OH " . The anions were added in 20 ml aliquots of 1 M solutions. The anions F " , CI " , SH " , HP0 2" , AcO " and OH " were added as Sodium salts and the remainder as potassium salts The compound 3 is shown in the lower picture together with the different interfering anions mentioned above after exposure to 25 nm UV light for 2 minutes.
Figura 7. Tiras reactivas para la detección de anión cianuro, a partir del compuesto HCN gaseoso. Cada una de las tiras está compuesta por diferentes concentraciones de compuesto 1 adsorbidas sobre una lámina de sílice aminada. Las concentraciones del compuesto 1 de arriba abajo son: 5-10"3, 5-10"4, 5-10"5 y 5 10"6 nmol. Figure 7. Test strips for the detection of cyanide anion, from the gaseous HCN compound. Each of the strips is composed of different concentrations of compound 1 adsorbed onto a sheet of aminated silica. The concentrations of compound 1 from top to bottom are: 5-10 "3 , 5-10 " 4 , 5-10 "5 and 5 10 " 6 nmol.
Figura 8. Análisis de las diferencias de color (escala de grises en las figuras en blanco y negro) observadas en diferentes muestras del compuesto 1 a diferentes concentraciones (25, 2.5 y 0.25 μηηοΙ/cm2) y en presencia de diferentes aniones interferentes: HCN, H2S, CO, HCI y NH3. Figure 8. Analysis of color differences (gray scale in black and white figures) observed in different samples of compound 1 at different concentrations (25, 2.5 and 0.25 μηηοΙ / cm 2 ) and in the presence of different interfering anions: HCN, H 2 S, CO, HCI and NH 3 .
Figura 9. Modificación de la componente azul de los colores (escala de grises en las figuras en blanco y negro) del compuesto 1 en presencia de un exceso de los aniones interferentes: HCN, H2S, CO, HCI y NH3. Figure 9. Modification of the blue component of the colors (gray scale in black and white figures) of compound 1 in the presence of an excess of the interfering anions: HCN, H 2 S, CO, HCI and NH 3 .
Descripción detallada de la invención Uno de los objetos de la presente invención hace referencia al uso del compuesto 1 para la detección colorimétrica del anión cianuro (CN ). DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION One of the objects of the present invention refers to the use of compound 1 for the colorimetric detection of cyanide anion (CN).
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Compuesto 1.  Compound 1
En una realización preferida del uso del compuesto 1 según se describe en la presente invención, se caracteriza por que el anión cianuro puede ser detectado tanto en su estado gaseoso, a partir del compuesto HCN en forma de gas, como en disolución. In a preferred embodiment of the use of compound 1 as described in the present invention, it is characterized in that the cyanide anion can be detected both in its gaseous state, from the HCN compound in the form of gas, and in solution.
En otra realización preferida del uso del compuesto 1 para la detección del anión cianuro procedente del HCN en estado gaseoso (HCN), dicho compuesto 1 está depositado sobre un soporte sólido, preferentemente de naturaleza básica y seleccionándose dicho soporte sólido entre cualquiera de los siguientes: Hydromed/Cs2C03, óxido de polietileno/Cs2C03, Si02 tratada con K2C03 y sílice aminada, siendo preferido como soporte sólido la sílice aminada. In another preferred embodiment of the use of compound 1 for the detection of cyanide anion from HCN in the gaseous state (HCN), said compound 1 is deposited on a solid support, preferably of a basic nature and said solid support being selected from any of the following: Hydromed / Cs 2 C0 3 , polyethylene oxide / Cs 2 C0 3 , Si0 2 treated with K 2 C0 3 and aminated silica, aminated silica being preferred as solid support.
Otro de los objetos descritos en la presente invención se refiere, como hemos dicho previamente, al uso del compuesto 1 para la detección colorimétrica de cianuro (CN ) en disolución. En una realización preferida del uso del compuesto 1 para la detección colorimétrica de anión cianuro (CN ) en disolución, dicha disolución se lleva a cabo en cualquiera de los disolventes seleccionados de entre: agua, etanol, DMSO o CH3CN, siendo preferido como disolvente el agua. Another object described in the present invention relates, as we have said previously, to the use of compound 1 for the colorimetric detection of cyanide (CN) in solution. In a preferred embodiment of the use of compound 1 for the colorimetric detection of cyanide anion (CN) in solution, said solution is carried out in any of the solvents selected from: water, ethanol, DMSO or CH 3 CN, being preferred as solvent the water.
Además del uso del compuesto 1 para la detección colorimétrica del anión cianuro en disolución, la presente invención describe el uso de los compuesto 2 y 3 descritos aquí, también para la detección colorimétrica de dicho anión en disolución. i_
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In addition to the use of compound 1 for the colorimetric detection of cyanide anion in solution, the present invention describes the use of compounds 2 and 3 described herein, also for the colorimetric detection of said anion in solution. i_
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Compuesto 3  Compound 3
Los compuestos cromogénicos 1 , 2 y 3, descritos en la presente invención, presentan un sistema π-electrónico denominado "push-pull" que absorbe luz visible y genera especies fuertemente coloreadas. En presencia de cianuro, se produce una adición nucleofílica al átomo central de dichos compuestos 1 , 2 y 3, que lo convierte en un carbono con hibridación sp3, lo que provoca una interrupción de la conjugación. Este cambio provoca una ruptura del sistema "push-pull" lo que extingue su absorción en el visible con la consiguiente desaparición del color, dando lugar, preferentemente, según se describe en la presente invención, a los compuestos 4, 5 y 6, que carecen de coloración (Esquema 1 ). The chromogenic compounds 1, 2 and 3, described in the present invention, have a π-electronic system called "push-pull" that absorbs visible light and generates strongly colored species. In the presence of cyanide, a nucleophilic addition to the central atom of said compounds 1, 2 and 3, which converts it into a carbon with sp 3 hybridization, which causes an interruption of conjugation. This change causes a rupture of the "push-pull" system which extinguishes its absorption in the visible with the consequent disappearance of the color, giving rise, preferably, as described in the present invention, to compounds 4, 5 and 6, which They lack coloration (Scheme 1).
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Compuesto 1 R=NMe2, X=0 Compuesto 4 R=NMe2, X=0 Compound 1 R = NMe 2 , X = 0 Compound 4 R = NMe 2 , X = 0
Compuesto 2 R=H, X=0 Compuesto 5 R=H, X=0  Compound 2 R = H, X = 0 Compound 5 R = H, X = 0
Compuesto 3 R=NMe2, X= NMe Compuesto 6 R=NMe2, X=NMe Compound 3 R = NMe 2 , X = NMe Compound 6 R = NMe 2 , X = NMe
Esquema 1. Esquema de la reacción que ocurre para la detección del anión cianuro. Los compuestos quimiosensores cromogénicos 1 , 2 o 3 sufren un ataque nucleofílico por parte del cianuro que elimina la conjugación entre los anillos aromáticos, lo que provoca la extinción del color inicial. Scheme 1. Scheme of the reaction that occurs for the detection of cyanide anion. The chromogenic chemosensors 1, 2 or 3 suffer a nucleophilic attack by cyanide that eliminates the conjugation between the aromatic rings, which causes the initial color to die out.
Otro de los objetos descritos en la presente invención se refiere a un dispositivo de detección colorimétrica del anión cianuro que comprende el compuesto 1 descrito en la presente invención. Another object described in the present invention relates to a cyanide anion colorimetric detection device comprising the compound 1 described in the present invention.
En una realización preferida, el dispositivo descrito en la presente invención es capaz de detectar el anión cianuro tanto en estado gaseoso, a partir del compuesto HCN, como en disolución. In a preferred embodiment, the device described in the present invention is capable of detecting the cyanide anion both in the gaseous state, from the HCN compound, and in solution.
En otra realización preferida, el dispositivo de la invención, cuando se utiliza para la detección colorimétrica de anión cianuro en estado gaseoso (HCN) se caracteriza por que dicho compuesto 1 está depositado sobre un soporte sólido, preferentemente de naturaleza básica y seleccionándose dicho soporte sólido de entre cualquiera de los siguientes: Hydromed/Cs2CC>3, óxido de polietileno/Cs2C03, Si02 tratada con K2C03 y sílice aminada, siendo preferido el soporte sólido de sílice animada. En otra realización preferida, el dispositivo de la invención, cuando se utiliza para la detección colorimétrica de anión cianuro en disolución se caracteriza por que el compuesto 1 se disuelve en cualquiera de los disolventes seleccionados de entre: agua, etanol, DMSO o CH3CN, siendo preferido como disolvente el agua. Otro objeto descrito en la presente invención hace referencia a un dispositivo para la detección del anión cianuro en disolución que comprende el compuesto 2 o el compuesto 3. En una realización preferida, dicho dispositivo se caracteriza por que los compuestos 2 o 3 se disuelven en cualquiera de los disolventes seleccionados de entre: agua, etanol, DMSO o CH3CN, siendo preferido como disolvente el agua. In another preferred embodiment, the device of the invention, when used for the colorimetric detection of cyanide anion in the gaseous state (HCN), is characterized in that said compound 1 is deposited on a solid support, preferably of a nature basic and said solid support being selected from any of the following: Hydromed / Cs 2 CC> 3, polyethylene oxide / Cs 2 C0 3 , Si0 2 treated with K 2 C0 3 and aminated silica, the animated solid silica support being preferred . In another preferred embodiment, the device of the invention, when used for the colorimetric detection of cyanide anion in solution is characterized in that the compound 1 is dissolved in any of the solvents selected from: water, ethanol, DMSO or CH 3 CN , water being preferred as solvent. Another object described in the present invention refers to a device for detecting cyanide anion in solution comprising compound 2 or compound 3. In a preferred embodiment, said device is characterized in that compounds 2 or 3 are dissolved in any of the solvents selected from: water, ethanol, DMSO or CH 3 CN, water being preferred as solvent.
Otro de los objetos descritos en la presente invención hace referencia a un método de detección colorimétrica del anión cianuro mediante el uso del compuesto 1 o del dispositivo que lo comprende y que se utiliza para dicho fin, según se describe en la presente invención. Another of the objects described in the present invention refers to a method of colorimetric detection of the cyanide anion by the use of the compound 1 or the device comprising it and which is used for said purpose, as described in the present invention.
En una realización preferida el método de detección colorimétrica del anión cianuro se caracteriza por que detecta dicho anión cianuro tanto en su forma gaseosa, a partir del compuesto HCN gaseoso, como en disolución. En una realización preferida, el método de detección colorimétrica del anión CN" en disolución se caracteriza por que el pH óptimo para la detección colorimétrica de CN" varía entre 8.5 a 10.6, siendo preferido el valor de pH de 10.6. In a preferred embodiment, the cyanide anion colorimetric detection method is characterized in that it detects said cyanide anion both in its gaseous form, from the gaseous HCN compound, and in solution. In a preferred embodiment, the method of colorimetric detection of the CN anion " in solution is characterized in that the optimum pH for colorimetric detection of CN " ranges from 8.5 to 10.6, the pH value of 10.6 being preferred.
En otra realización preferida, el método de detección colorimétrica del anión CN" en disolución se caracteriza por que la temperatura óptima para la detección colorimétrica de CN" varía entre 10-60°C, siendo preferida una temperatura de 20°C. In another preferred embodiment, the method of colorimetric detection of CN anion " in solution is characterized in that the optimum temperature for colorimetric detection of CN " varies between 10-60 ° C, with a temperature of 20 ° C being preferred.
Con la finalidad de poder reutilizar los compuestos 1 , 2 y 3 para la detección de CN' repetidas veces, se desarrolló un método simple y rápido de regeneración de los mismos. Dicho método está basado en la disociación foto-iónica bajo luz ultravioleta que experimentan los compuestos como el compuesto 4. El mecanismo más común de dicha reacción fotoquímica implica la ruptura heterolítica del enlace C-C (cianuro-sensor) (Esquema 2). In order to be able to reuse compounds 1, 2 and 3 for the detection of CN ' repeatedly, a simple and rapid method of regenerating them was developed. This method is based on photo-ionic dissociation under ultraviolet light that The compounds experience as compound 4. The most common mechanism of said photochemical reaction involves the heterolytic rupture of the CC bond (cyanide-sensor) (Scheme 2).
Esquema 2. Reacción reversible del compuesto 1 y cianuro en presencia de luz UV254nm- Reversible reaction Scheme 2. Compound 1 and cyanide in the presence of UV light 25 4nm-
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Por lo tanto, en otra realización preferida, el método de detección colorimétrica del anión cianuro se caracteriza por que el compuesto 1 , así como los compuestos 2 y 3 o el dispositivo que comprende tanto al compuesto 1 , como a los compuestos 2 y 3, cada uno por separado, pueden ser regenerados mediante la irradiación de los mismos con luz UV. Therefore, in another preferred embodiment, the cyanide anion colorimetric detection method is characterized in that compound 1, as well as compounds 2 and 3 or the device comprising both compound 1, and compounds 2 and 3, each separately, can be regenerated by irradiating them with UV light.
Los ejemplos que se describen a continuación tienen como objetivo ilustrar la presente invención, pero sin limitar el alcance de la misma. The examples described below are intended to illustrate the present invention, but without limiting the scope thereof.
Ejemplo 1. Síntesis de los compuestos cromogénicos 1 y 2. Example 1. Synthesis of chromogenic compounds 1 and 2.
El procedimiento de síntesis del compuesto cromogénico 1 descrito en la presente invención se realizó mediante litiación del compuesto 4-bromofenol en presencia de 2 equivalentes de butil-litio, seguido de adición de la cetona de Michier. La extracción en medio ácido provoca la deshidratación del carbinol in situ y rinde directamente el compuesto cromogénico 1 (Esquema 3). The synthesis procedure of the chromogenic compound 1 described in the present invention was carried out by lithiation of the 4-bromophenol compound in the presence of 2 equivalents of butyllithium, followed by the addition of Michier ketone. Extraction in acidic medium causes dehydration of carbinol in situ and directly yields chromogenic compound 1 (Scheme 3).
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Compuesto 1 Compound 1
Esquema 3. Síntesis del compuesto cromogénico 1 Scheme 3. Synthesis of chromogenic compound 1
Mediante el procedimiento de síntesis del compuesto 1 descrito en la presente invención, también se pueden sintetizar otros compuestos capaces de detectar el anión CN" en disolución. Entre estos compuestos que se pueden sintetizar mediante dicho procedimiento está el compuesto cromogénico 2 descrito en la presente invención. La síntesis de dicho compuesto 2 se realizó también mediante litiación del compuesto 4-bromofenol en presencia de 2 equivalentes de butil-litio, seguido de adición de 4-dimetilaminobenzofenona. De la misma manera que para la síntesis del compuesto 1 , la extracción de dicho compuesto 2 en medio ácido provoca la deshidratacíón del carbinol in situ y rinde directamente el compuesto cromogénico 2 (Esquema 4). By means of the synthesis procedure of the compound 1 described in the present invention, other compounds capable of detecting the CN anion " in solution can also be synthesized. Among these compounds that can be synthesized by said process is the chromogenic compound 2 described in the present invention. The synthesis of said compound 2 was also carried out by lithiation of the compound 4-bromophenol in the presence of 2 equivalents of butyl lithium, followed by the addition of 4-dimethylaminobenzophenone In the same manner as for the synthesis of compound 1, the extraction of said compound 2 in acidic medium causes dehydration of carbinol in situ and directly yields the chromogenic compound 2 (Scheme 4).
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Compuesto 2 Esquema 4. Síntesis del compuesto cromogénico 2. Ejemplo 2. Detección de anión cianuro (CN ) en disolución. Compound 2 Scheme 4. Synthesis of chromogenic compound 2. Example 2. Detection of cyanide anion (CN) in solution.
Para detectar el anión cianuro en disolución, se partió de una disolución de 10"5 M del compuesto 1 en acetonitrilo. Dicha disolución muestra una banda de absorción en el UV centrada a una Amáx = 507 nm (ε = 29800 mol"1cm"1). Al añadir a dicha disolución 20 μΐ_ de una disolución 1 M de cianuro potásico (KCN) en agua, esa banda principal desaparece y el espectro UV-Vis muestra un máximo de absorción a una Amáx = 272 nm (ε=34800 mol"1cm"1) (Figura 1). Con el fin de clarificar el mecanismo de reacción y demostrar que el cianuro se adicionaba al carbono electrófilo, se preparó el compuesto 4 de forma alternativa por reacción del compuesto 1 con KCN a 80°C en acetonitrilo. El compuesto aislado fue identificado de forma inequívoca como el compuesto 4 mediante diferentes técnicas: espectroscopia infrarroja (IR), resonancia magnética nuclear (NMR) y espectrometría de masas de alta resolución (HRMS). Así, el espectro obtenido mediante la técnica de espectroscopia infrarroja mostró una banda de absorción a 2239 cm"1 característica del grupo nitrilo mientras que el espectro de 1H-NMR mostró las señales esperadas para los grupos metilo y para los grupos aromáticos, con constantes de acoplamiento para los dobletes aromáticos (J = 8.7 Hz) que descartan un posible ataque al carbono carbonílico. En el espectro de 13C-NMR, el átomo de carbono central experimenta un apantallamiento (Δδ « 15 ppm) atribuible al nitrilo adyacente. De la misma manera, la estructura del compuesto 4 es compatible con los datos obtenidos mediante la técnica HRMS, por lo que queda claramente demostrado que el compuesto obtenido de la reacción del compuesto 1 con KCN en acetonitrilo, es el compuesto 4. A continuación se procedió a la detección del anión CN" en diferentes disolventes mediante el uso del compuesto 1 , para así obtener las condiciones óptimas para la detección de dicho anión. Los disolventes utilizados fueron: H20, EtOH, DMSO, CH3CN THF, CHCI3, CH2CI2, Et20 y tolueno. El compuesto 1 presentó capacidad sensora, es decir, detectó claramente la presencia del anión CN", en H20, EtOH, DMSO y CH3CN. Por el contrario, en THF, CHCI3, CH2CI2, Et20 o tolueno, apenas se observaron cambios de color o la velocidad de detección fue muy lenta. To detect the cyanide anion in solution, a 10 " 5M solution of compound 1 in acetonitrile was started. This solution shows a UV absorption band centered at A max = 507 nm (ε = 29800 mol " 1 cm "1 ). By adding 20 μΐ_ of a 1 M solution of potassium cyanide (KCN) in water to that solution, that main band disappears and the UV-Vis spectrum shows a maximum absorption at A max = 272 nm (ε = 34800 mol "1 cm " 1 ) (Figure 1) In order to clarify the reaction mechanism and demonstrate that cyanide was added to the electrophilic carbon, compound 4 was prepared alternatively by reaction of compound 1 with KCN at 80 Acetonitrile ° C. The isolated compound was unequivocally identified as compound 4 by different techniques: infrared (IR) spectroscopy, nuclear magnetic resonance (NMR) and high resolution mass spectrometry (HRMS), thus, the spectrum obtained by the spec technique Infrared troscopy showed an absorption band at 2239 cm "1 characteristic of the nitrile group while the 1 H-NMR spectrum showed the expected signals for methyl groups and for aromatic groups, with coupling constants for aromatic doublets (J = 8.7 Hz) that rule out a possible attack on carbonyl carbon. In the 13 C-NMR spectrum, the central carbon atom undergoes a screening (Δδ "15 ppm) attributable to the adjacent nitrile. In the same way, the structure of compound 4 is compatible with the data obtained by the HRMS technique, so it is clearly demonstrated that the compound obtained from the reaction of compound 1 with KCN in acetonitrile, is compound 4. Next, proceeded to detect the CN anion " in different solvents by using compound 1, in order to obtain the optimal conditions for the detection of said anion. The solvents used were: H 2 0, EtOH, DMSO, CH 3 CN THF, CHCI 3 , CH 2 CI 2 , Et 2 0 and toluene: Compound 1 exhibited sensing capacity, that is, clearly detected the presence of the CN anion " , in H 2 0, EtOH, DMSO and CH 3 CN. In contrast, in THF, CHCI 3 , CH 2 CI 2 , Et 2 0 or toluene, hardly any color changes were observed or the detection rate was very slow.
Como consecuencia de los buenos resultados obtenidos utilizando como disolvente agua se procedió a desarrollar los estudios de detección del anión CN" en dicho medio. Para ello se partió de disoluciones básicas del compuesto 1 en agua. Dichas disoluciones muestran un máximo de absorción a una Amáx = 563 nm (ε = 36600 M"1cm"1) que desaparece al añadir KCN, al tiempo que aparece un nuevo máximo de absorción a una Amáx = 227 nm (ε = 51800 M"1cm"1) (Figura 1 ). Del mismo modo, los compuestos 2 y 3 fueron disueltos en medio acuoso básico y los máximos de absorción que muestran son a una Amáx = 583 nm (ε = 85500 M"1cm"1) y a una Amáx = 581 nm (ε = 65910 M"1cm"1), respectivamente; en ambos casos esa banda desaparece en presencia de cianuro. Por lo tanto, dado que el compuesto 1 puede disolverse en agua, este hecho permite que el compuesto 1 pueda utilizarse para la detección del anión CN" en muestras de agua y detectar así si las mismas están o no contaminadas con la presencia del anión CN", permitiendo o no su uso para el consumo humano. De la misma manera, los compuestos 2 y 3 descritos en la presente invención, también pueden ser utilizados para la detección del anión CN" en muestras de agua. As a result of the good results obtained using water as a solvent, the CN " anion detection studies were carried out in said medium. To that end, basic solutions of compound 1 in water were started. These solutions show a maximum absorption at A max = 563 nm (ε = 36600 M "1 cm " 1 ) that disappears when KCN is added, while a new maximum absorption appears at A max = 227 nm (ε = 51800 M "1 cm "1 ) (Figure 1). Similarly, compounds 2 and 3 were dissolved in basic aqueous medium and the absorption maximums they show are at A m max = 583 nm (ε = 85500 M "1 cm " 1 ) and at A max = 581 nm ( ε = 65910 M "1 cm " 1 ), respectively; in both cases that band disappears in the presence of cyanide. Therefore, since compound 1 can be dissolved in water, this fact allows compound 1 to be used for the detection of CN anion " in water samples and thus detect whether or not they are contaminated with the presence of CN anion. " , allowing or not its use for human consumption. In the same way, compounds 2 and 3 described in the present invention can also be used for the detection of CN " anion in water samples.
Para la obtención del pH óptimo necesario en la detección de anión CN", se llevaron a cabo diferentes estudios cinéticos en función del pH. Para ello, se prepararon disoluciones 10"5 M del compuesto 1 en agua:acetonitrilo (99:1 ) tamponadas a pH 8.4, 9.5, 10.6 y 1 1.2 mediante disoluciones tampón de Borax/HCI a una temperatura de 20°C. Alícuotas de 2 mi de cada disolución fueron tratadas con 20 μΐ_ de una disolución acuosa 1 M de KCN. A continuación, se midió la velocidad de extinción del pico de absorbancia a la A de 563 nm (Figura 2). Todas las curvas obtenidas cuadraron con cinéticas de primer orden. Al representar ln[(A0- A)/A0] (siendo A0 la absorbancia inicial de la disolución y A la absorbancia a diferentes tiempos tras la adición del anión) frente al tiempo, la pendiente de las funciones ajustadas nos proporcionó las constantes de velocidad (kr). Al representar esas constantes frente al pH (Figura 2), se observó el aumento en dichas constantes de velocidad kr en el intervalo de pH 8.5 a 10.6, donde kr es máxima (/ΤφΗ
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s"1). Estos datos son consistentes con el valor del logaritmo negativo de la constante de basicidad (pKb) para el cianuro (4.69): a pH 9.5 el 61 % de cianuro está presente en la disolución mientras que a pH 10.6, casi el 95% está disociado. Si se aumenta aun más el pH, la velocidad de reacción decae debido a la pérdida del carácter electrofílico del sensor. A pH 10.6, el compuesto 1 tiene un tiempo de vida media h a 20°C en presencia de cianuro.
To obtain the optimum pH required in the detection of CN " anion, different kinetic studies were carried out as a function of pH. For this, 10 " 5 M solutions of compound 1 in water were prepared: acetonitrile (99: 1) buffered at pH 8.4, 9.5, 10.6 and 1 1.2 using Borax / HCI buffer solutions at a temperature of 20 ° C. 2 ml aliquots of each solution were treated with 20 μΐ of a 1 M aqueous solution of KCN. Next, the extinction rate of the absorbance peak at A of 563 nm was measured (Figure 2). All the curves obtained squared with first-order kinetics. When representing ln [(A 0 - A) / A 0 ] (where A 0 is the initial absorbance of the solution and A the absorbance at different times after the addition of the anion) versus time, the slope of the adjusted functions gave us the speed constants (k r ). When representing these constants against pH (Figure 2), the increase in said speed constants kr was observed in the range of pH 8.5 to 10.6, where k r is maximum (/ Τφ Η
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s "1 ). These data are consistent with the negative logarithm value of the basicity constant (pK b ) for cyanide (4.69): at pH 9.5 61% of cyanide is present in the solution while at pH 10.6, almost 95% is dissociated.If the pH is increased further, the reaction rate drops due to the loss of the sensor's electrophilic character.At pH 10.6, compound 1 has a half-life at 20 ° C in the presence of cyanide.
Para disminuir los tiempos de detección del anión cianuro en disolución, se realizaron experimentos cinéticos a diferentes temperaturas (Figura 3). Siguiendo un procedimiento similar al seguido para el análisis del pH óptimo, pero en condiciones termostatizadas, se determinaron las constantes de velocidad a diferentes temperaturas. Además, las gráficas de Arrehnius (ln(/cr) vs T1) de estos datos nos permitieron obtener la energía de activación del proceso Ea= 23.029 kJmol" . De los resultados obtenidos y mostrados en la Figura 3 se pone de manifiesto que la temperatura óptima para la detección del cianuro es de 20°C. To decrease the detection times of the cyanide anion in solution, kinetic experiments were carried out at different temperatures (Figure 3). Following a procedure similar to that followed for the analysis of the optimum pH, but under thermostated conditions, the speed constants were determined at different temperatures. In addition, the Arrehnius graphs (ln (/ c r ) vs T 1 ) of this data allowed us to obtain the activation energy of the process E a = 23.029 kJmol " . From the results obtained and shown in Figure 3 it is shown that the optimum temperature for the detection of cyanide is 20 ° C.
Una vez obtenidas las condiciones de pH y temperatura óptimas para la detección del anión CN" en disolución, preferentemente en agua, se procedió a testar el sistema frente a potenciales aniones interferentes. Para ello, se añadieron 1000 equivalentes de los aniones F, Cl", Br", CN", HS", SCN", AcO" y HP04 2" a alícuotas de 2 mi de una disolución 10"5 M del compuesto 1 en agua:acetonitrilo (99:1) (pH 10.6 Borax/HCI), a una temperatura de 20°C. En cada muestra se midió la intensidad de la absorción a λ=563 nm. Mientras que el cianuro elimina el 97% del color, diversos aniones (F, Cl", Br", AcO", HP0 2") mostraron una respuesta mínima (por debajo del 4%) y los aniones interferentes más comunes, que son el HS" y el SCN", sólo disminuyeron el color en un 27% el anión HS" y en un 6% el anión SCN", incluso tras 24 h de reacción (Figura 4). Para evitar la aparición de falsos positivos debidos al anión HS", se procedió a realizar una comparación cinética entre dos muestras del compuesto 1 a las que se añadieron: a) 1000 equivalentes del anión CN", y b) 1000 equivalentes del anión HS". La constante de velocidad del compuesto 1 en presencia del anión HS" (k{ HS ~ = 5.67x10"6 s" ) resultó lo suficientemente inferior a la constante de velocidad del compuesto 1 en presencia del anión CN" (k{CN 'lk{HS ' =17.9) como para discriminar interferencias debidas al HS" (Figura 5). Once the optimum pH and temperature conditions were obtained for the detection of the CN anion " in solution, preferably in water, the system was tested against potential interfering anions. To this end, 1000 equivalents of the anions F, Cl " were added. , Br " , CN " , HS " , SCN " , AcO " and HP0 4 2" to 2 ml aliquots of a 10 "5 M solution of compound 1 in water: acetonitrile (99: 1) (pH 10.6 Borax / HCI ), at a temperature of 20 ° C. In each sample the intensity of absorption at λ = 563 nm was measured, while cyanide eliminates 97% of the color, various anions (F, Cl " , Br " , AcO " , HP0 2 " ) showed a minimum response (below 4%) and the most common interfering anions, which are HS " and SCN " , only decreased color by 27% HS anion " and 6% the anion SCN ", even after 24 h of reaction (Figure 4). to avoid the occurrence of false positives due to anion HS", we proceeded to make a comparison n kinetics between two samples of compound 1 to which were added: a) 1000 CN anion equivalents ", and b) anion equivalent 1000 HS". The velocity constant of compound 1 in the presence of HS anion " (k {HS ~ = 5.67x10 " 6 s " ) was sufficiently inferior to the velocity constant of compound 1 in the presence of CN anion " (k {CN ' lk {HS ' = 17.9) to discriminate interference due to HS " (Figure 5).
La presente invención, describe por tanto el primer quimiodosímetro de cianuro capaz de producir una señal selectiva, incluso en presencia de aniones sulfhidrilo. En paralelo a los experimentos mostrados con el compuesto 1 , se realizaron los mismos ensayos, pero utilizando los compuestos cromogénicos de fórmulas 2 y 3 en presencia de 1000 equivalentes de los aniones interferentes: F, Cl", Br", CN", HS", SCN", AcO" y HP0 2". Los resultados obtenidos ponen de manifiesto que la adición de aniones cianuro e hidrogenosulfuro eliminan el color de inmediato, mientras que en presencia del resto de aniones no se producen cambios de color. La espectrometría de baja resolución de las muestras confirmó que los aniones cianuro e hidrogenosulfuro se habían adicionado a los compuestos 2 y 3. La mayor velocidad en la detección de cianuro que mostraron estos compuestos cromogénicos 2 y 3 en comparación con el compuesto 1 , les confiere ventaja desde el punto de vista de la sensibilidad, pero los compuestos 2 y 3 son tan reactivos que el propio anión hidrogenosulfuro se convierte en un interferente potencial, restando especificidad al método de detección. The present invention therefore describes the first cyanide chemodosimeter capable of producing a selective signal, even in the presence of sulfhydryl anions. In parallel to the experiments shown with compound 1, the same tests were performed, but using the chromogenic compounds of formulas 2 and 3 in the presence of 1000 equivalents of the interfering anions: F, Cl " , Br " , CN " , HS " , SCN " , AcO " and HP0 2 " . The results show that the addition of cyanide and hydrogen sulphide anions eliminate color immediately, while in the presence of the other anions there are no color changes. Low spectrometry Sample resolution confirmed that the cyanide and hydrogen sulphide anions had been added to compounds 2 and 3. The higher cyanide detection rate shown by these chromogenic compounds 2 and 3 compared to compound 1, gives them an advantage from the point of sensitivity, but compounds 2 and 3 are so reactive that The hydrogen sulfide anion itself becomes a potential interference, subtracting specificity from the detection method.
Ejemplo 3. Límites de detección (LOD) del anión CN" mediante el uso del compuesto 1. Example 3. Detection limits (LOD) of CN anion " by using compound 1.
Para averiguar los límites de detección del anión CN" en disolución, específicamente en disolución acuosa, mediante el compuesto cromogénico 1 descrito en la presente invención, se testó la capacidad de detección del mismo a una concentración de CN" muy baja, específicamente a un nivel de pocas partes por millón (ppm). Para ello, se añadieron diversas concentraciones de KCN a disoluciones 10"5 M en agua:acetonitrilo 99:1 (pH 10.6 Borax/HCI) del compuesto 1 y se midió la extinción de la absorbancia a λ=563 nm. Los limites de detección se establecieron de acuerdo con la fórmula S > pb|ank - 3σ [Zhu M., et al., Org. Lett., 2008, 10, p. 1481]. Los resultados obtenidos ponen de manifiesto que el compuesto quimiosensor 1 dio lugar a una señal colorimétrica después de la adición de 0.65 ppm de KCN tras 10 min. Si dicha mezcla de reacción se mantiene durante 60 minutos, se pueden alcanzar un LOD de 165 partes por billón (ppb). Ambos valores de detección de CN" obtenidos mediante el uso del compuesto 1 , están por debajo de los indicados por la EPA (Environmental Protection Agency, en sus siglas en inglés) para el agua potable, que es de 0.8 ppm [EPA safe drinking agua http://agua.epa.gov/drink/contaminants]. To determine the limits of detection of the CN anion " in solution, specifically in aqueous solution, by means of the chromogenic compound 1 described in the present invention, its detection capacity was tested at a very low concentration of CN " , specifically at a level few parts per million (ppm). For this, various concentrations of KCN were added to 10 "5 M solutions in water: 99: 1 acetonitrile (pH 10.6 Borax / HCI) of compound 1 and the absorbance extinction was measured at λ = 563 nm. The detection limits were established according to the formula S> p b | ank -3σ [Zhu M., et al., Org. Lett., 2008, 10, p. 1481]. The results obtained show that the chemosensing compound 1 gave instead of a colorimetric signal after the addition of 0.65 ppm of KCN after 10 min. If said reaction mixture is maintained for 60 minutes, an LOD of 165 parts per billion (ppb) can be achieved. Both CN detection values " obtained through the use of compound 1, are below those indicated by the EPA (Environmental Protection Agency) for drinking water, which is 0.8 ppm [EPA safe drinking water http: //agua.epa .gov / drink / contaminants].
Los límites de detección de CN" en disolución acuosa mediante el uso de los compuestos 2 y 3, siguiendo el mismo protocolo que para el compuesto 1 , resultaron ser de 300 y 400 ppb respectivamente, con una respuesta inmediata pero con unos límites de detección muy superiores a los límites de detección obtenidos mediante el uso compuesto 1. The limits of detection of CN " in aqueous solution through the use of compounds 2 and 3, following the same protocol as for compound 1, were found to be 300 and 400 ppb respectively, with an immediate response but with very limited detection limits. exceeding the detection limits obtained by using compound 1.
Ejemplo 4. Regeneración del compuesto 1. Muestras del compuesto 1 fueron preparadas, tratadas con cianuro potásico y, tras la completa decoloración, se colocaron bajo la irradiación de una lámpara UV de 50 vatios a 254 nm. Bajo estas condiciones dichas muestras recuperan el color tras 2 minutos de irradiación. El espectro UV-vis de la muestra regenerada pone de manifiesto una recuperación completa de la intensidad de absorbancia, lo que confirma el éxito del proceso de regeneración. Como el cianuro permanece en la disolución, la reacción revierte a la especie leuco-cianuro y la muestra se decolora de nuevo lentamente. Para evitar este problema, el cianuro debe ser eliminado de la disolución por ejemplo pasando la disolución a través de una columna empaquetada con arena y hierro (Fe) [Ghosh R.S., et al., Agua Environ. Res. 1999, 71 , p. 1217]. Example 4. Regeneration of compound 1. Samples of compound 1 were prepared, treated with potassium cyanide and, after complete discoloration, were placed under the irradiation of a 50 watt UV lamp at 254 nm. Under these conditions, said samples recover the color after 2 minutes of irradiation. The UV-vis spectrum of the regenerated sample shows a complete recovery of the absorbance intensity, which confirms the success of the regeneration process. As the cyanide remains in the solution, the reaction reverts to the leuco-cyanide species and the sample slowly discolors again. To avoid this problem, cyanide must be removed from the solution for example by passing the solution through a column packed with sand and iron (Fe) [Ghosh RS, et al., Water Environ. Res. 1999, 71, p. 1217].
Un comportamiento similar se observa cuando se utilizan los compuestos 2 y 3 para la detección del anión cianuro. Además, dicho método puede ser usado para discriminar entre la detección del anión cianuro y la detección del anión hidrogenosulfuro, ya que mientras que la decoloración en presencia de cianuro se hace reversible al irradiar con luz UV a 254 nm, el leuco-hidrogenosulfuro no recupera el color al irradiar con dicha luz UV [Tachikawa T., et al., J. Photopoly. Sci. Tec. 2003, 16, p. 187] (Figura 6). A similar behavior is observed when compounds 2 and 3 are used for the detection of cyanide anion. In addition, said method can be used to discriminate between the detection of the cyanide anion and the detection of the hydrogen sulphide anion, since while the discoloration in the presence of cyanide is reversible by irradiating with UV light at 254 nm, the leuco-hydrogen sulphide does not recover the color when irradiated with said UV light [Tachikawa T., et al., J. Photopoly. Sci. Tec. 2003, 16, p. 187] (Figure 6).
En consecuencia, los compuestos cromogénicos 2 y 3 han demostrado ser adecuados para la detección rápida y selectiva de CN" o SH" en disolución, mientras que el compuesto 1 es capaz de detectar la presencia de aniones CN" en disolución de modo cuantitativo y más selectivo que los compuestos 2 y 3. Consequently, chromogenic compounds 2 and 3 have been shown to be suitable for rapid and selective detection of CN " or SH " in solution, while compound 1 is capable of detecting the presence of CN anions " in solution quantitatively and more selective than compounds 2 and 3.
Ejemplo 5. Detección del anión cianuro (CN ) cianuro de hidrógeno procedente del HCN en estado gaseoso mediante el uso del compuesto 1. Example 5. Detection of hydrogen cyanide (CN) anion from HCN in the gaseous state by using compound 1.
Para estudiar la capacidad del compuesto 1 para reconocer el anión cianuro procedente del HCN en su estado gaseoso, se han desarrollado diversos sistemas de soporte. Entre los sistemas desarrollados, fueron los polímeros Hydromed/Cs2C03 y óxido de polietileno/Cs2C03, Si02 tratada con K2C03 y sílice aminada los que mostraron los mejores resultados para la detección de HCN en estado gaseoso. De todos ellos, la sílice aminada resultó el soporte más simple y barato al tiempo que mostraba una buena respuesta de forma rápida, selectiva y adecuada. Para demostrar la eficacia del compuesto 1 en la detección del anión cianuro gaseoso, formando parte del compuesto HCN, se tomaron 5 μΙ_ de disoluciones acuosas 10'3, 10"4, 10" 5 y 10"6 M, del compuesto 1 y se depositaron sobre placas de sílica aminada en forma de un sistema de cuatro gotas con una separación de 1 cm entre cada una de las gotas (Figura 7). La cantidad de compuesto 1 en cada gota es de 5x10'3, 5x10'4, 5x10"5, 5x10"6 nmol respectivamente. La superficie de la tira de sílice que no contenía las gotas del compuesto 1 fue enmascarada con una capa de film de polietileno para evitar la absorción del gas en áreas donde no se desea. Estas tiras de sílice se colgaron dentro de un matraz de 500 mi junto con un pequeño vial conteniendo diferentes cantidades de KCN. La tira se coloca preferentemente en la parte inferior del matraz ya que a la temperatura de trabajo (aproximadamente unos 20°C), el cianuro de hidrogeno es más denso que el aire. Se cierra el sistema con un septum y se añade ácido sulfúrico a la sal por medio de una jeringa con una larga aguja. Según se va formando el HCN, las manchas de colores sobre la placa de sílice comienzan a desaparecer. El número de manchas rojas que quedan depende de la cantidad de HCN generada y por lo tanto de la cantidad de anión CN" gaseoso detectado. To study the ability of compound 1 to recognize cyanide anion from HCN in its gaseous state, various support systems have been developed. Among the systems developed, it was the polymers Hydromed / Cs 2 C0 3 and polyethylene oxide / Cs 2 C0 3 , Si0 2 treated with K 2 C0 3 and aminated silica which showed the best results for the detection of HCN in the gaseous state. Of all of them, the aminated silica was the simplest and cheapest support while showing a good response quickly, selectively and appropriately. To demonstrate the efficacy of compound 1 in the detection of the gaseous cyanide anion, as part of the HCN compound, 5 μΙ of aqueous solutions 10 '3 , 10 "4 , 10 " 5 and 10 "6 M, of compound 1 were taken and deposited on plates of aminated silica in the form of a system of four drops with a separation of 1 cm between each of the drops (Figure 7) The amount of compound 1 in each drop is 5x10 '3 , 5x10 ' 4 , 5x10 "5 , 5x10 " 6 nmol respectively. The surface of the silica strip that did not contain the drops of compound 1 It was masked with a layer of polyethylene film to prevent gas absorption in areas where it is not desired. These silica strips were hung inside a 500 ml flask along with a small vial containing different amounts of KCN. The strip is preferably placed in the lower part of the flask since at the working temperature (approximately 20 ° C), hydrogen cyanide is denser than air. The system is closed with a septum and sulfuric acid is added to the salt by means of a syringe with a long needle. As the HCN is formed, the colored spots on the silica plate begin to disappear. The number of red spots that remain depends on the amount of HCN generated and therefore on the amount of CN " gaseous anion detected.
El compuesto 1 es también capaz de regenerarse, en presencia de luz UV, en este tipo de sistemas, de la misma manera que en el caso de la detección de CN' en disolución, con lo que la mancha coloreada de las tiras de sílice se regenera. Compound 1 is also capable of regenerating, in the presence of UV light, in this type of systems, in the same way as in the case of the detection of CN ' in solution, whereby the colored stain of the silica strips is regenerates
Como se ha comentado previamente, el anión cianuro gaseoso, formando parte del compuesto HCN en forma de gas, es muy peligroso para el ser humano. La población media puede tolerar una concentración de aproximadamente 50 ppm durante 20 min-1 hora sin efectos posteriores, mientras que una concentración de 546 ppm es fatal tras un periodo de 10 minutos [Ballantyne B. Clin Toxicol, 1988, 26, p. 325]. El uso del compuesto 1 sobre una base formada por compuestos de naturaleza básica, preferentemente, sobre una base de sílice aminada, para la detección del anión cianuro gaseoso, formando parte del compuesto HCN en forma de gas, es capaz de alcanzar un LOD de 2 ppm tras 3 minutos de exposición, lo que significa que puede detectar ácido cianhídrico antes de que resulte peligroso para el ser humano. As previously mentioned, the gaseous cyanide anion, forming part of the HCN compound in the form of gas, is very dangerous for humans. The average population can tolerate a concentration of approximately 50 ppm for 20 min-1 hour without subsequent effects, while a concentration of 546 ppm is fatal after a period of 10 minutes [Ballantyne B. Clin Toxicol, 1988, 26, p. 325]. The use of the compound 1 on a base formed by compounds of a basic nature, preferably, on a base of aminated silica, for the detection of the gaseous cyanide anion, forming part of the HCN compound in the form of gas, is capable of reaching a LOD of 2 ppm after 3 minutes of exposure, which means that it can detect hydrocyanic acid before it is dangerous to humans.
Ejemplo 6. Análisis comparativo de diferentes gases interferentes para la detección de HCN gaseoso mediante el compuesto 1. Example 6. Comparative analysis of different interfering gases for the detection of gaseous HCN by compound 1.
Para demostrar la capacidad del compuesto 1 para la detección del anión CN" procedente del HCN gaseoso, específicamente a partir del compuesto HCN en forma de gas, se llevaron a cabo experimentos de detección de dicho anión en forma gaseosa en presencia de diferentes gases que podrían actuar como interferentes en dicha detección. En este sentido, las tiras de sílice aminada se pusieron en contacto con 60 ppm de cloruro de hidrógeno (HCI), amoniaco (NH3), monóxido de carbono (CO) y sulfuro de hidrógeno (H2S) en un recipiente de 500 mi de volumen. El cloruro de hidrógeno y el amoniaco se inyectaron en el sistema como soluciones acuosas al 37% y 32% respectivamente y el monóxido de carbono fue obtenido comercialmente (Sigma-Aldrich). Por su parte, el sulfuro de hidrógeno se generó in situ por adición de ácido sulfúrico a hidrógeno sulfuro de sodio. Tras 30 minutos de exposición, las tiras reactivas de sílice aminada se extrajeron de la atmósfera contaminada, se escanearon en un escáner comercial (HP LaserJet M1005) y se compararon las diferencias de color (Figura 8). To demonstrate the ability of compound 1 for the detection of CN " anion from the gaseous HCN, specifically from the HCN compound in the form of gas, experiments were performed to detect said anion in gaseous form in the presence of different gases that could act as interfering in said detection In this sense, the aminated silica strips were contacted with 60 ppm of hydrogen chloride (HCI), ammonia (NH 3 ), carbon monoxide (CO) and hydrogen sulfide (H 2 S) in a 500 ml volume vessel. Hydrogen chloride and ammonia were injected into the system as 37% and 32% aqueous solutions respectively and carbon monoxide was obtained commercially (Sigma-Aldrich). On the other hand, hydrogen sulfide was generated in situ by the addition of sulfuric acid to sodium hydrogen sulfide. After 30 minutes of exposure, the aminated silica test strips were removed from the contaminated atmosphere, scanned on a commercial scanner (HP LaserJet M1005) and the color differences were compared (Figure 8).
Como puede observarse en la Figura 8, los gases interferentes HCI y NH3 no originan ningún cambio en el color del sensor, compuesto 1. Visualmente el color es el mismo que el del blanco, si bien, el amoniaco extiende parcialmente la mancha en el soporte silíceo. El CO y el H2S sí modifican el color del sensor pero de una manera distinta a como lo hace el HCN. En el caso del monóxido de carbono, las coordenadas de color RGB fueron 179, 120, 126, lo que se traduce en un color marrón a los 30 minutos que evoluciona a verde al cabo de 24 horas. Por otra parte, el H2S no puede ser considerado un interferente ya que el sensor adquiere un claro color azul (RGB 175, 170, 176). As can be seen in Figure 8, the interfering gases HCI and NH 3 do not cause any change in the color of the sensor, compound 1. Visually the color is the same as that of the target, although the ammonia partially extends the spot in the siliceous support. CO and H 2 S do change the color of the sensor but in a different way than HCN does. In the case of carbon monoxide, the RGB color coordinates were 179, 120, 126, which translates into a brown color at 30 minutes that evolves to green after 24 hours. On the other hand, H 2 S cannot be considered an interference because the sensor acquires a clear blue color (RGB 175, 170, 176).
Si se analiza exclusivamente la coordenada azul del color, se puede observar que se muestra una diferencia mayor, ya que sólo el HCN da lugar a un incremento de dicha coordenada como puede verse en la Figura 9. If the blue color coordinate is analyzed exclusively, it can be seen that a greater difference is shown, since only HCN results in an increase in said coordinate as can be seen in Figure 9.
Los compuestos cromogénicos 1 , 2 y 3, según se describen en la presente invención, pueden, por tanto, ser usados como sensores químicos para detectar cianuro en medio acuoso. El compuesto 1 muestra un comportamiento mucho más selectivo que los compuestos 2 y 3 en el reconocimiento de este anión, siendo capaz de discriminar fácilmente entre el anión cianuro y el sulfuro de hidrógeno. Es más, los compuestos cromogénicos 2 y 3 son más reactivos que el compuesto 1 y por esta razón son menos selectivos dando lugar a la misma reacción tanto en presencia de cianuro como en presencia de hidrógeno sulfuro si bien, el comportamiento fotoquímico de los productos de reacción obtenidos permite distinguir entre ambos. El pH y la temperatura óptimas para la detección del anión cianuro medíante el compuesto 1 descrito en la presente invención son un valor de pH = 10.6 y una temperatura de 20°C. El compuesto 1 puede además regenerarse tras el proceso de detección del anión cianuro en disolución, mediante irradiación con luz UV por lo que puede usarse en forma continua. Por otra parte, la presente invención pone de manifiesto que mediante el uso del compuesto 1 se puede detectar anión cianuro procedente del HCN en estado gaseoso, formando parte dicho anión del compuesto HCN gaseoso. De los soportes estudiados, la sílice aminada es el que ha dado lugar a mejores resultados cuando se emplea como soporte. Las tiras reactivas preparadas pueden ser regeneradas con lo que se pueden reutilizar de forma continua. Los límites de detección para el anión cianuro en estado gaseoso alcanzados con este sistema están por debajo de los valores que se consideran peligrosos para el ser humano. The chromogenic compounds 1, 2 and 3, as described in the present invention, can therefore be used as chemical sensors to detect cyanide in aqueous medium. Compound 1 shows a much more selective behavior than compounds 2 and 3 in recognizing this anion, being able to easily discriminate between the cyanide anion and hydrogen sulfide. Moreover, chromogenic compounds 2 and 3 are more reactive than compound 1 and for this reason they are less selective, giving rise to the same reaction both in the presence of cyanide and in the presence of hydrogen sulfide, although the photochemical behavior of the products of obtained reaction allows to distinguish between both. The optimum pH and temperature for the detection of the cyanide anion through the compound 1 described in the present invention are a pH value = 10.6 and a temperature of 20 ° C. The compound 1 can also be regenerated after the detection process of the cyanide anion in solution, by irradiation with UV light, so it can be used continuously. On the other hand, the present invention shows that by using compound 1, cyanide anion from HCN can be detected in the gaseous state, said anion forming part of the gaseous HCN compound. Of the supports studied, the aminated silica is the one that has resulted in better results when used as a support. Prepared test strips can be regenerated, so they can be reused continuously. The detection limits for the cyanide anion in the gaseous state reached with this system are below the values considered dangerous for humans.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Uso del compuesto 1 para la detección colorimétrica del anión cianuro (CN ) 1. Use of compound 1 for the colorimetric detection of cyanide anion (CN)
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Compuesto 1. Compound 1
2. Uso del compuesto 1 para la detección colorimétrica de CN" según la reivindicación 1 caracterizado por que dicha detección se lleva a cabo a partir del compuesto cianuro de hidrógeno gaseoso (HCN). 2. Use of compound 1 for the colorimetric detection of CN " according to claim 1, characterized in that said detection is carried out from the compound hydrogen gas cyanide (HCN).
3. Uso del compuesto 1 para la detección colorimétrica de CN" según la reivindicación 2 donde el compuesto 1 está depositado sobre un soporte sólido de naturaleza básica. 3. Use of compound 1 for the colorimetric detection of CN " according to claim 2 wherein compound 1 is deposited on a solid support of a basic nature.
4. Uso del compuesto 1 para la detección colorimétrica de CN" según la reivindicación 3 donde el soporte sólido se selecciona de entre cualquiera de los siguientes: Hydromed/Cs2C03, óxido de polietileno/Cs2C03, Si02 tratada con K2C03 y sílice aminada. 4. Use of compound 1 for the colorimetric detection of CN " according to claim 3 wherein the solid support is selected from any of the following: Hydromed / Cs 2 C0 3 , polyethylene oxide / Cs 2 C0 3 , Si0 2 treated with K 2 C0 3 and aminated silica.
5. Uso del compuesto 1 para la detección colorimétrica de CN" según la reivindicación 4 donde el soporte sólido es una sílice aminada. 5. Use of compound 1 for the colorimetric detection of CN " according to claim 4 wherein the solid support is an aminated silica.
6. Uso del compuesto 1 para la detección colorimétrica de CN" según la reivindicación 1 donde el anión cianuro se encuentra en disolución. 6. Use of compound 1 for the colorimetric detection of CN " according to claim 1 wherein the cyanide anion is in solution.
7. Uso del compuesto 1 para la detección colorimétrica de CN" según la reivindicación 6 donde la disolución se realiza en cualquiera de los disolventes seleccionados de entre: agua, etanol, DMSO o CH3CN. 7. Use of compound 1 for the colorimetric detection of CN " according to claim 6 wherein the dissolution is carried out in any of the solvents selected from: water, ethanol, DMSO or CH 3 CN.
8. Uso del compuesto 1 para la detección colorimétrica de CN" según la reivindicación 7 donde el disolvente es agua. 8. Use of compound 1 for the colorimetric detection of CN " according to claim 7 wherein the solvent is water.
9. Dispositivo de detección colorimétrica del anión cianuro (CN ) que comprende el compuesto 1. 9. Colorimetric cyanide anion (CN) detection device comprising compound 1.
10. Dispositivo de detección colorimétrica de CN' según la reivindicación 9 caracterizado por que dicha detección se lleva a cabo a partir del compuesto cianuro de hidrógeno gaseoso (HCN). 10. The CN ' colorimetric detection device according to claim 9, characterized in that said detection is carried out from the gaseous hydrogen cyanide compound (HCN).
11. Dispositivo de detección colorimétrica de CN" según la reivindicación 10 donde el compuesto 1 está depositado sobre un soporte sólido de naturaleza básica. 11. CN " colorimetric detection device according to claim 10 wherein the compound 1 is deposited on a solid support of a basic nature.
12. Dispositivo de detección colorimétrica de CN" según la reivindicación 11 donde el soporte sólido se selecciona de entre cualquiera de los siguientes: Hydromed/Cs2C03, óxido de poliet¡leno/Cs2C03, S¡02 tratada con K2C03 y sílice aminada. 12. CN " colorimetric detection device according to claim 11 wherein the solid support is selected from any of the following: Hydromed / Cs 2 C0 3 , polyethylene oxide / Cs 2 C0 3 , S¡0 2 treated with K 2 C0 3 and aminated silica.
13. Dispositivo de detección colorimétrica de CN" según la reivindicación 12 donde el soporte sólido es una sílice aminada. 13. CN " colorimetric detection device according to claim 12 wherein the solid support is an aminated silica.
14. Dispositivo de detección colorimétrica de CN" según la reivindicación 9 donde el anión cianuro se encuentra en disolución. 14. CN " colorimetric detection device according to claim 9 wherein the cyanide anion is in solution.
15. Dispositivo de detección colorimétrica de CN" según la reivindicación 14 donde la disolución se realiza en cualquiera de los disolventes seleccionados de entre: agua, etanol, DMSO o CH3CN. 15. CN " colorimetric detection device according to claim 14 wherein the dissolution is carried out in any of the solvents selected from: water, ethanol, DMSO or CH 3 CN.
16. Dispositivo de detección colorimétrica de CN" según la reivindicación 15 donde el disolvente es agua. 16. CN " colorimetric detection device according to claim 15 wherein the solvent is water.
17. Método de detección colorimétrica del anión cianuro (CN ) mediante el uso del compuesto 1 , según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 o del dispositivo que lo comprende según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 16. 17. Colorimetric detection method of cyanide anion (CN) by using compound 1 according to any one of claims 1 to 8 or the device comprising it according to any of claims 9 to 16.
18. Método de detección colorimétrica de CN" según la reivindicación 17 donde el pH óptimo para la detección colorimétrica del anión cianuro en disolución varía entre 8.5 a 10.6. 18. The method of colorimetric detection of CN " according to claim 17 wherein the optimum pH for the colorimetric detection of the cyanide anion in solution ranges from 8.5 to 10.6.
19. Método de detección colorimétrica de CN" según la reivindicación 18 donde el pH óptimo es 10.6. 19. Colorimetric CN detection method " according to claim 18 wherein the optimum pH is 10.6.
20. Método de detección colorimétrica de CN" según cualquiera de las reivindicaciones 17 a 19 donde la temperatura óptima para la detección colorimétrica del anión cianuro en disolución varía entre 10-60°C. 20. Colorimetric detection method of CN " according to any of claims 17 to 19 wherein the optimum temperature for the colorimetric detection of the cyanide anion in solution varies between 10-60 ° C.
21. Método de detección colorimétrica de CN" según la reivindicación 20 donde la temperatura óptima es 20°C. 21. Colorimetric detection method of CN " according to claim 20 wherein the optimum temperature is 20 ° C.
22. Método de detección colorimétrica de CN" según cualquiera de las reivindicaciones 17-21 donde el compuesto 1 o el dispositivo que lo comprende se regeneran mediante irradiación con luz UV. 22. Colorimetric detection method of CN " according to any of claims 17-21 wherein the compound 1 or the device comprising it is regenerated by irradiation with UV light.
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