derivatización es un anglicismo técnico que describe una técnica utilizada en química que consiste en transformar un compuesto químico en un producto que posee un estructura química similar, llamado derivatizadoo derivativo.
Por lo general, se aprovecha un grupo funcional específico del compuesto parental en la reacción de derivatización transformando el educto en un derivado que posee una reactividad química, solubilidad, punto de ebullición, punto de fusión, estado de agregación o polaridad diferentes a las originales. Estas nuevas propiedades químicas pueden ser utilizadas para la cuantificación o separación del educto.
Las técnicas de derivatización se emplean con frecuencia en análisis químico de mezclas complejas y en métodos de análisis superficial, por ejemplo en espectroscopía de fotoelectrones por rayos X donde los nuevos átomos incorporados marcan a grupos característicos.
Reacciones de derivatización[editar]
Existen varias características deseables para una reacción de derivatización:
- La reacción es confiable y procede hasta completarse. Ya que a menor cantidad de material de partida sin reaccionar, es más fácil llevar a cabo el análisis. Además, esto permite que se utilicen pequeñas cantidades de analito.
- La reacción es de tipo general, permitiendo un amplio rango de sustratos, pero aun así específica de un único grupo funcional, reduciendo las interferencias innecesarias.
- El producto es relativamente estable, y no produce productos de degradación en un período de tiempo razonablemente corto, facilitando el análisis.
Algunos ejemplos de buenas reacciones de derivatización son la formación de ésteres y amidas por medio de cloruros de acilo.
Análisis cualitativo clásico de compuestos orgánicos[editar]
El análisis cualitativo clásico de compuestos orgánicos por lo general involucra el hacer reaccionar una muestra desconocida con varios reactivos; un test positivo por lo general involucra un cambio en la apariencia, color, precipitación, etc.
Estas pruebas pueden ser extendidas para obtener productos en cantidades menores a un gramo. Estos productos pueden ser purificados por recristalización, y luego medir sus puntos de fusión. Un ejemplo de este tipo de análisis es el de formación de 2,4-dinitrofenilhidrazonas a partir de cetonas y 2,4-dinitrofenilhidracina.
Luego, consultando una referencia apropiada, tal como por ejemplo las tablas de Vogel, puede deducirse la identidad del material de partida. El uso de derivados (derivatizados) es un método tradicionalmente utilizado para determinar o confirmar la identidad de una sustancia desconocida. Sin embargo, debido al amplio rango de compuestos que se conocen actualmente, es poco realista el pensar en hacer uso de una de estas tablas para ser exhaustivo. Las técnicas modernas de espectroscopía y espectrometría han convertido a las técnicas de análisis históricas en obsoletas para todos los propósitos excepto los pedagógicos.
Para cromatografía gaseosa[editar]
Los grupos polares N-H y O-H en los cuales un determinado enlace con el hidrógeno puede ser convertido en un grupo relativamente no polar de un compuesto relativamente no volátil. El producto resultante, puede ser menos polar, y por lo tanto más volátil, permitiendo el análisis por medio de cromatografía gaseosa. Para este propósito se utilizan con frecuencia grupos sililo no polares y voluminosos.1
Agentes de derivatización quirales[editar]
Los agentes de derivatización quirales reaccionan con enantiómeros para producir diastereómeros. Ya que los diastereómeros poseen propiedades físicas diferentes, estos pueden luego ser analizados por HPLC y espectroscopía de resonancia magnética nuclear.
DERIVATIZACIÓN EN EL ANÁLISIS DE AMINOÁCIDOS
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El desarrollo del análisis de aminoácidos empezó en 1820 cuando Braconnot aisló la glicina de un hidrolizado de gelatina1. En 1848 Mulder demostró que la glicina contenía nitrógeno2 y en 1883 Kjeldhal propuso un método para la determinación precisa de nitrógeno contenido en una muestra de proteínas o aminoácidos3.  A partir de 1910 la mayoría de los aminoácidos han sido aislados y se han descrito sus estructuras. A medida que aumentaba el número de aminoácidos fue posible agruparlos en base a características químicas comunes. En esa época se descubrió que todos los aminoácidos tienen la misma fórmula general y difieren solamente por la estructura química de sus cadenas laterales.El análisis de aminoácidos efectuados a principios de 1900 eran muy laboriosos, a veces de semanas de duración. A medida que se descubría el contenido en aminoácidos de un número de proteínas, la información exacta no siempre se podía obtener dada la instrumentación disponible en la época4. La introducción de la cromatografía abrió nuevas vías para el análisis de los aminoácidos. Martin y Synge aportaron el primer ejemplo mediante cromatografía de partición, que separaba los acetil derivados de ciertos aminoácidos5. En este método se establece un equilibrio entre dos fases líquidas. Se mezcla gel de sílice en una solución de agua y un indicador. La mezcla se empaca en una columna como fase estacionaria. Los aminoácidos acetilados se disuelven en un disolvente creando la fase móvil. Los ácidos se introducen en la misma columna y los acetil derivados migran a diferentes velocidades. La separación se hace visible por el cambio de las bandas de color del indicador. Aunque este método separaba con éxito los los ácidos mono-carboxílicos y mono-amino no resultaba práctico para otros tipos de aminoácidos. Más tarde Martin et al. usaron filtros de papel como alternativa a la gel de sílice, desarrollando un método de cromatografía sobre papel que todavía se utiliza hoy en día. Los aminoácidos se disuelven en butanol y se dejan permear el el papel de filtro durante un determinado período de tiempo. El papel se seca y se trata con una solución diluida de ninhidrina (2,2-dihidroxi-1,3-idandiona). Las marcas coloreadas se miden y se comparan con los valores establecidos para esas condiciones experimentales. Estas separaciones eran sólo semi-cuantitativas, mientras que la cromatografía en columna tenía potencial para desarrollar métodos cuantitativos, pero la separación era imperfecta. La introducción de la cromatografía de intercambio iónico resolvió esos problemas, permitiendo la separación en columna de los aminoácidos sin derivatización previa 6,7. Las mejores separaciones se obtuvieron con resinas polisulfónicas (como Dowex50)8. Las modificaciones de los procedimientos han mejorado las separaciones de aminoácidos. Las características de la resina, el tamaño y temperatura de la columna, el pH de los tampones y la fuerza iónica han ido siendo modificadas para mejorar la resolución de mezclas de aminoácidos y obtener separaciones específicas. La cuantificación se ha mejorado enormemente mediante reacciones post-columna con nihidrina y con o-ftalaldehído (OPA) para mejorar la sensibilidad analítica. | |
| Desarrollos en el Análisis de Aminoácidos | |
| Las mejoras en el análisis de aminoácidos se han basado en el sistema analítico y en la instrumentación. Se han desarrollado procesos analíticos que, en función del pH del tampón o de la fuerza iónica, permiten desplazar los aminoácidos en bandas discretas. Los sistemas tamponados son compatibles con el análisis de los aminoácidos (en una o dos columnas) presentes en hidrolizados de proteínas o fluidos fisiológicos y se controlan por el contra-ión usado (Na o Li) y el gradiente de cambio de tampón introducido en la resina9-15. El tamponante más usado, el citrato resulta adecuado para soluciones por debajo de pH 716. Desafortunadamente para trabajo a alta sensibilidad el ácido cítrico contribuye significativamente a la contaminación de los aminoácidos, por lo que para obtener análisis consistentes es esencial usar reactivos de alta pureza para la preparación de tampones. Existen otras alternativas a la separación de aminoácidos por intercambio iónico: puesto que este tipo de análisis es una de las herramientas básicas en la química de las proteínas, se requieren métodos más rápidos y sensibles para la separación y cuantificación17. Dos de los métodos más usados actualmente se basan en derivatización pre-columna y cromatografía de Fase Reversa: la formación de derivados dansil18-19 o OPA20-24. Ambos métodos ofrecen mayor sensibilidad y análisis más cortos que las técnicas post-columna. Otros métodos incluyen derivatización de aminoácidos con fenilisotiocianato (PITC) y la separación y cuantificación de los derivados feniltiocarbonilo resultantes vía HPLC. Estos derivados son lo suficientemente estables como para no requerir técnicas de derivatización en línea. | |
| Preparación de las Muestras | |
La extracción y purificación de las proteínas juegan un papel importante en la determinación de aminoácidos. Estos métodos se basan en una o más de sus propiedades físicas (p. ej. solubilidad, tamaño molecular, carga, polaridad e interacciones específicas covalentes o no covalentes. Las técnicas más usadas en la separación de péptidos y proteínas incluyen:
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| Técnica | Propiedades Explotadas de las Moléculas de Péptidos |
| Centrifugación | Solubilidad |
| Cromatografía de Exclusión por Tamaño | Tamaño |
| Cromatografía de Intercambio Iónico | Carga, y en parte polaridad |
| Electroforesis en Papel | Carga y Tamaño |
| Cromatografía en Papel | Polaridad |
| Electroforesis de Capa Fina | Carga y Tamaño |
| Cromatografía de Capa Fina | Polaridad |
| Electroforesis de Gel en Poliacrilamida | Carga y Tamaño |
| HPLC | Polaridad |
| Cromatografía de Gases | Volatilidad de los derivados |
| Extracción Selectiva | Polaridad, y en parte interacciones específicas |
| Cromatografía de Afinidad | Interacciones específicas |
| Cromatografía covalente o de enlace irreversible | Formación de enlaces disulfuro; reactividad de homoserina lactona |
| Hidrólisis | |
| La mayoría de las muestra de proteínas requieren algún tipo de tratamiento químico antes de que los aminoácidos que las componen sean adecuados para el análisis. Las proteínas y los péptidos han de hidrolizarse a aminoácidos libres y en general se usan ácidos, usualmente HCl, para este fin. Un procedimiento de hidrólisis simplificado se basa en el reflujo de la proteína con un exceso de HCl, y la eliminación del exceso bajo vacío20. La proteína liofilizada se suspende en Ácido Clorhídrico 6N de ebullición constante y se introduce en el tupo de hidrólisis. La muestra se congela sumergiendo el tubo en hielo seco y acetona. Antes de ser cerrado, el tubo se trata con vacío para evitar la formación de ácido cístico, sulfóxido de metionina y clorotirosina27. Este procedimiento minimiza la descomposición de la S-carboximetilcisteína reducida y analiza las proteínas S-carboximetiladas. La hidrólisis se hace a 110ºC (con un control estricto de la temperatura) durante 20-70h según el método de Moore y Stein28. Tras hidrólisis, el HCl residual se elimina en rotavapor. El residuo se disuelve en agua y llevado a pH adecuado en función de la columna de análisis28.
descafeinización o descafeinación es el acto de quitar la cafeína del café, mate, cacao, té y otros materiales que contengan cafeína. (Mientras que gaseosas sin cafeína son de vez en cuando mencionados como "descafeinados", están preparados simplemente eliminando a la cafeína de sus fórmulas de fabricación).
El café contiene más de 400 sustancias químicas que le dan el gusto y el aroma a la bebida final, esto en la práctica quiere decir que ningún proceso físico o reacción química quitarán sólo la cafeína dejando otras sustancias químicas en sus concentraciones originales.
Proceso[editar]
El proceso de descafeinizacion puede realizarse con tres métodos diferentes:
Tratamiento con agua[editar]
Los granos de café humedecidos se empapan en agua mezclada con extracto de café verde al que se le ha reducido previamente la cafeína, aunque también se realiza el lavado solamente con agua. Un fenómeno de ósmosis atrae la cafeína de la alta concentración de los granos a la baja concentración del disolvente. Los granos ya descafeinados se secan con aire caliente. En cuanto al agua con la cafeína disuelta, se bombea ésta a través de un filtro de carbón activo que absorbe la cafeína, pero deja otros compuestos adicionales que añaden sabor al café, así ya está lista para utilizarse con nuevos granos. Es el agua mezclada con extracto de café verde que se nombraba al inicio.
Método del cloruro de metileno[editar]
Este método emplea cloruro de metileno como disolvente químico. Los granos verdes se humedecen en agua para que la superficie del grano se vuelva porosa, y se dejan en remojo en cloruro de metileno hasta que la cafeína se haya disuelto. El disolvente se elimina mediante un evaporador y después se lavan los granos. Después de ello se secan con aire caliente. El cloruro de metileno se reutiliza para posteriores procesos de descafeinado.
Tratamiento con dióxido de carbono[editar]
Se hace circular dióxido de carbono entre los granos, dentro de tambores que funcionan a una presión de 250 a 300 atmósferas. A estas presiones, el CO2 adquiere propiedades únicas que le confieren una viscosidad similar a la de un líquido y la capacidad de difusión de un gas, lo que le permite penetrar en los granos y disolver la cafeína. El CO2 rico en cafeína se canaliza a través de un filtro de carbón vegetal que la absorbe, permitiendo que éste vuelva al circuito y a los tambores. Los granos ya descafeinados se secan con aire caliente.
De los tres procesos el lavado con cloruro de metileno es el más utilizado por su relación coste/resultado, no obstante los cafés descafeinados de alta calidad sufren un proceso de descafeinado por dióxido de carbono.
Para su realización se suelen usar frutos de la variedad Coffea arabica cultivados a gran altitud (SHG en su denominación en inglés) por su baja concentración en cafeína en relación a otras variedades como Coffea canephora que pueden contener el doble de cafeína.
Historia[editar]
Friedlieb Ferdinand Runge realizó el primer aislamiento de la cafeína pura a partir de los granos de café en 1820. Lo hizo esto después de que el poeta Goethe se lo pidiese después de ver su trabajo sobre el extracto de belladona.1 Aunque Runge pudo aislar el compuesto, no aprendió mucho en cuanto a la química de la propia cafeína, ni intentó utilizar el proceso comercialmente para producir el café descafeinado.
El primer proceso comercialmente acertado de la descafeinización fue inventado por el comerciante alemán Ludwig Roselius y algunos compañeros de trabajo en 1903 y luego patentado en 1906.2 En 1903, Ludwig tropezó accidentalmente con este método cuando una carga suya de granos de café se empapó con agua de mar y perdió gran parte de su cafeína sin perder mucho gusto.3 El proceso original de descafeinización implicaba el tratamiento de los granos de café con vapor de diversos ácidos o bases, y luego usando bencenopara eliminar la cafeína.4 El café descafeinado de esta manera se vendió como Kaffee HAG por la empresa Kaffee Handels-Aktien-Gesellschaft (Compañía de comercio de café) en la mayor parte de Europa, como Café Sanka en Francia y más tarde como café de la marca Sanka en los Estados Unidos. Café HAG y Sanka son marcas mundiales de Kraft Foods. Debido a los problemas de salud relacionados con el benceno (que se reconoce hoy como un carcinógeno5), el benceno ya no se utiliza como un disolvente comercialmente.
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