UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS ZONA XALAPA

PROGRAMA EDUCATIVO: INGENIERÍA QUÍMICA “ESTUDIO DE LA OXIDACIÓN ELECTROQUÍMICA EN DIFERENTES MEDIOS APRÓTICOS DE CURCUMINA OBTENIDA A PARTIR DE CURCUMA LONGA Y DE SU ASOCIACIÓN CON β-CICLODEXTRINA” TESIS

Que para Acreditar la Experiencia Educativa Experiencia Recepcional.

P r e s e n t a: “ENRIQUE JAVIER SORIANO CASTILLO” Asesor: Dra. MAGALI SALAS REYES UNIDAD DE SERVICIOS DE APOYO EN RESOLUCIÓN ANALÍTICA (SARA)

Xalapa, Ver., Diciembre 2014

El presente trabajo se realizó en el Laboratorio de Fisicoquímica y Productos Naturales de la Unidad de Servicios de Apoyo en Resolución Analítica (SARA) de la Universidad Veracruzana, bajo la dirección de la Dra. Magali Salas Reyes con el apoyo económico del proyecto CB2009-134275-Q otorgado por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACyT).

A mi Familia por todo su Apoyo, Amor y Comprensión.

Agradecimientos A la Dra. Magali Salas Reyes por todo su apoyo, importantes enseñanzas e infinita paciencia para la elaboración de esta tesis además por haberme permitido conocer y trabajar en investigación.

A mis sinodales Mtra. María del Socorro Vicarte Palmeros y Mtro. Ulises Ernesto Hernández Valdés por su interés y disposición, así como sus observaciones y correcciones.

A los maestros de la Universidad Veracruzana en La Facultada de ciencias Químicas, quienes me formaron como un profesionista.

A los miembros de la Unidad de Servicios de Apoyo en Resolución Analítica (SARA) por todo su apoyo para desarrollar este trabajo de investigación.

A mis compañeros del laboratorio, Analilia, Edna, Efraín Erick, Evelin, Héctor, Iván, Omar y Yamileth por ayudarme cada vez que lo necesitaba y por hacer más amena la elaboración de esta tesis en el laboratorio.

A mis amigos y compañeros de la facultad de Ciencias Químicas, por la grata experiencia de convivir con ustedes durante esta etapa de mi vida.

A la Universidad Veracruzana por ser la institución que me formó, profesional y humanamente.

Muchas Gracias

Contenido. Resumen……………………………………………………………….……..i Abreviaturas………………………………………...…………………..……ii 1. Antecedentes………………………………………………………....1 1.1

Curcumina…………………………………………………..….1

1.1.1 Actividades Biológicas y Aplicación a Nivel Industrial…………………………………………………….2 1.1.2 Estudios sobre la actividad antioxidante de la curcumina…………………………………………………...3 1.2

Estudios electroquímicos de sistemas antioxidantes……..4

1.3

Ciclodextrinas…………………………………………………..8

1.3.1 Características físico-Químicas de las Ciclodextrinas....9 1.3.2 Uso de Ciclodextrinas en la formación de supramoléculas ………………………………….…….…10 2. Objetivos……………………………………………………..………13 2.1 Objetivos Específicos…………………………………………..13 3. Justificación………………………………………………………….14 4. Hipótesis……………………………………………………………..15 5. Metodología………………………………………………..………..16 5.1

Instrumentación, celda y electrodos ………………..……..16

5.2

Reactivos………………………………………………...……16

5.3

Experimentación electroquímica………………………17

6. Resultados y Discusión…………………………………………….18 6.1. Análisis del comportamiento electroquímico del sistema curcumina en medios apróticos……………………………………18 6.1.1 Análisis de la oxidación electroquímica de curcumina en ACN …………………………………...…………………..18 6.1.2 Análisis de la oxidación electroquímica de curcumina en DMF .………………….……………………………….…..24 6.1.3 Análisis de la oxidación electroquímica de curcumina en DMSO………………………………………………………31 6.2. Análisis voltamperométrico de curcumina en presencia de β-Ciclodextrina…………………………………………………37 7. Conclusiones……………………………………………………...…42 8. Referencias………………………………………………………….45 9. Apéndice A ………………………………………………………….52 9.1

Fundamentos de Electroquímica.…………………………..52

9.2

Voltamperometría de barrido lineal………...………………53

9.3

Voltamperometría Cíclica…………………………………...54

9.3.1 Voltamperometría Cíclica: Experimentación………..…57

Índice de Figuras Figura 1.1; Estructura química de la Curcumina……………………………….1 Figura 1.2; Representación del equilibrio ceto-enolico de la curcumina……2 Figura 1.3; Estructura química del Trolox……………….………………....…..4 Figura 1.4; Estructura química del ácido Ferúlico y del ácido Cafeico………4 Figura 1.5; Estructura química del Catecol y Guayacol.................................5 Figura 1.6; Estructura química de la Mangiferina……………….………….….8 Figura 1.7; Representación esquemática de α, β y γ – Ciclodextrina……….8 Figura 1.8; Estructura de la Ciclodextrina………………………………..……10 Figura 1.9; Estructura química del PBEAF…………………….……………...27 Figura 6.1.1 Voltametría Cíclica en Acetonitrilo + 0.1M Bu4NPF6 sobre ⁄ grafito vidriado (3 mm ϕ) a 0.1 de Curcumina ⁄ ………………………………………………………....18 Figura 6.1.2 Voltametría Cíclica en Acetonitrilo + 0.1M Bu4NPF6 sobre ⁄ grafito vidriado (3 mm ϕ) a 0.1 de Curcumina ⁄ …………………………………………………………20 Figura 6.1.3 Voltametría Cíclica a diferentes velocidades de barrido en Acetonitrilo + 0.1M Bu4NPF6 sobre grafito vidriado (3 mm ϕ) de Curcumina ⁄ ……………………………………………21 Figura 6.1.4-A-B.; Grafico que muestra la dependencia de la corriente variación de la raíz cuadrada de la velocidad de barrido de la curcumina………………………………………………………………....21 Figura 6.1.5 Voltametría Cíclica en N-N-Dimetilformamida + 0.1M Bu4NPF6 ⁄ de Curcumina sobre grafito vidriado (3 mm ϕ) 0.1 ⁄ ………………………………………………………....24

Figura 6.1.6 Voltametría Cíclica en N-N-Dimetilformamida + 0.1M Bu4NPF6 ⁄ de Curcumina sobre grafito vidriado (3 mm ϕ) a 0.1 ⁄ . a) Voltametría a un mayor intervalo b) Ciclo 1, c) Ciclo 2, d) Ciclo 3, e) Ciclo 4……………………………………………26 Figura 6.1.7 Voltametría Cíclica a distintas velocidades de barrido en N-NDimetilformamida + 0.1M Bu4NPF6 sobre grafito vidriado (3 mm ϕ) de Curcumina ⁄ …………………………...………...…27 Figura 6.1.8 Voltametría Cíclica en N-N-Dimetilformamida + 0.1M Bu4NPF6 sobre grafito vidriado (3 mm ϕ) a 0.1 ⁄ de PBEAF 2 mM…………28 Figura 6.1.9 Voltametría Cíclica en N-N- Dimetilformamida + 0.1M Bu4NPF6 sobre grafito vidriado (3 mm ϕ) a 0.1 ⁄ de PBEAF 2 mM…………29 Figura 6.1.10 - A) - B) Voltametría Cíclica a distintas velocidades de barrido en N-N- Dimetilformamida + 0.1M Bu4NPF6 sobre grafito vidriado (3 mm ϕ) de PBEAF 2 mM……………………………………………..…..30 Figura 6.1.11 Voltametría Cíclica en Dimetilsulfóxido + 0.1M Bu4NPF6 ⁄ de Curcumina sobre grafito vidriado (3 mm ϕ) a 0.2 ⁄ ……………………………………………………...….32 Figura 6.1.12 Voltametría Cíclica en Dimetilsulfóxido + 0.1M Bu4NPF6 sobre grafito vidriado (3 mm ϕ) a 0.1 ⁄ de Curcumina ⁄ . a) Ciclo 1 & b ) Ciclo 2…………………..………………………………33 Figura 6.1.13 Voltametría Cíclica en Dimetilsulfóxido + 0.1M Bu4NPF6 sobre grafito vidriado (3 mm ϕ) a 0.2 ⁄ de PBEAF 2 mM. a) Ciclo 1, b) Ciclo 3, c) Ciclo 6, d) Ciclo 9 y e) Ciclo 15………..………….…….34 Figura 6.1.14 Voltametría Cíclica en Dimetilsulfóxido + 0.1M Bu4NPF6 sobre Grafito vidriado (3 mm ϕ) a 0.2 ⁄ de PBEAF 2 mM. a) Ciclo 1, b) Ciclo 15 y c) Ciclo 18 hacia la Reducción…………..……..….35 Figura 6.2.1 Voltametría Cíclica a diferentes velocidades de barrido en N-NDimetilformamida + 0.1M Bu4NPF6 + 0.05M β-Ciclodextrina sobre grafito vidriado (3 mm ϕ) de Curcumina ⁄ . a) 50 mV/sec, b) 100 mV/sec, c) 200 mV/sec & d) 500 mV/sec…………..37

Figura 6.2.2 Voltametría Cíclica a diferentes velocidades de barrido en N-NDimetilformamida + 0.1M Bu4NPF6 + 0.05M β-Ciclodextrina sobre grafito vidriado (3 mm ϕ) de Curcumina ⁄ . a) Sin βCD a 200 mV/sec b) Con β-CD a 200 mV/sec, c) Sin β-CD a 500 mV/sec, d) Con β-CD a 500 mV/sec…………………………………..38

Figura 6.2.3 Voltametría Cíclica en N-N-Dimetilformamida + 0.1M Bu4NPF6 + diferentes concentraciones de β-Ciclodextrina sobre grafito vidriado (3 mm ϕ) a 0.1 ⁄ de PBEAF 2mM. a) sin β-CD, b) Concentración de β-CD 1mM, c) Concentración de β-CD 4mM, d) Concentración de β-CD 10mM, e) Concentración de β-CD 20mM, f) Concentración de β-CD 40mM…………………………….…………………………………40 Figura 6.2.4 Voltametría Cíclica a diferentes velocidades de barrido en Dimetilsulfóxido + 0.1M Bu4NPF6 + 0.05M β-Ciclodextrina, sobre grafito vidriado (3 mm ϕ) de Curcumina ⁄ . a) sin β-CD a 200 mV/sec b) sin β-CD a 500 mV/sec, c) con β-CD a 200 mV/sec, d) Con β-CD a 500 mV/sec……………………………………………..41 Figura 9.1 Barrido lineal de potencial…………………………………………53 Figura 9.2 Señal de excitación potencial-tiempo triangular utilizada en Voltamperometría cíclica….…………………………...……………..…54 Figura 9.3 Cambio del potencial en función del tiempo en un experimento de Voltamperometría cíclica…………………..…………………….….55 Figura 9.4; Magnitudes de un voltamperograma cíclico de acuerdo al convenio planteado por la IUPAC……………………………..……….56 Figura 9.5; Celda convencional de 3 electrodos A) Electrodo de trabajo (disco de carbón vítreo 3mm ϕ), B) Electrodo de referencia de Ag/AgCl C) Electrodo auxiliar (malla de Pt) D) Burbujeador de Nitrógeno de alta pureza………………………………………………..58 Figura 9.6; Celda convencional de 3 electrodos con la muestra con Curcumina ⁄ + 0.1M Bu4NPF6 en A) ACN, B) DMF y C) DMF con β-Ciclodextrina………………………..……….…….….59 Tabla 1.1 Propiedades fisicoquímicas de las Ciclodextrinas…………………9 Esquema 6.1 Mecanismo propuesto de electro-oxidación de la curcumina en ACN…………………………………………………………………....40

Resumen La curcumina, es un compuesto poli-fenólico encontrado en el rizoma de la planta de cúrcuma longa, recientemente ha tenido un gran interés debido a su amplia actividad biológica, en particular a su actividad antioxidante y a sus aplicaciones en la industria alimentaria donde se añade como estabilizador o como un colorante natural y por ello se hace necesario estudiar sus propiedades de oxidación a fin de evaluar si factores como el disolventes u especies que pueden usarse como medios encapsulantes en este tipo de sistemas afectan sus propiedades de oxidación.

Por lo anterior en este trabajo se reporta, el estudio del comportamiento electroquímico a través de la técnica de Voltamperometría cíclica del sistema curcumina a partir de Cúrcuma longa en diferentes medios de oxidación polares como lo es Acetonitrilo (ACN), N-N-Dimetilformamida (DMF) y Dimetilsulfóxido (DMSO), así como el estudio de la oxidación de la cúrcuma en un medio encapsulante como lo es la Ciclodextrina.

A partir de este estudio y dada la disponibilidad del compuesto surge el interés de evaluar el comportamiento electroquímico del sistema bis éster pentano derivado del ácido Ferúlico, así que también se reporta en este trabajo por primera vez el comportamiento electroquímico de éste sistema en DMF y DMSO. También es analizada la electro-oxidación del éste bis-éster en DMF en presencia de Ciclodextrina, en donde fue posible evidenciar la existencia de la asociación con éste encapsulante.

i

Abreviaturas.

α-CD; Alfa Ciclodextrina. ACN; Acetonitrilo. Ag / AgCl; Potencial del Electrodo de referencia de Plata / Cloruro de plata. β-CD; Beta Ciclodextrina. Bu4NPF6; Hexafluorofosfato de Tetrabutilamonio. γ-CD; Gamma Ciclodextrina. DMF; N-N-Dimetilformamida. DMSO; Dimetilsulfóxido. Eλ; Potencial de inversión. ECE; Proceso Electroquímico – Químico – Electroquímico. E / V; Potencial del Electrodo de trabajo. ; Potencial de pico catódico. ; Potencial de pico anódico. Φ; Diámetro del disco de carbón vítreo del electrodo de trabajo. I / μA; Intensidad de Corriente. Ip; intensidad de corriente de los picos. PBEAF; Pentil bis-éster derivado del ácido ferúlico.

ii

1.

Antecedentes. 1.1. Curcumina. La Cúrcuma longa, conocida comúnmente también cómo Azafrán de la

India, es una planta principalmente cultivada en la India, en el sureste Asiático y en China. Pertenece al reino Plantae, a la división Magnóliophyta, a la clase Liliopsida, al orden Zingiberales, a la familia Zingiberaceae, al género Cúrcuma y a la especie Cúrcuma longa. El rizoma de esta planta contiene de un 3-5% de pigmentos amarillos que contiene una mezcla de “curcuminoides”, los cuales son análogos químicos del componente principal, curcumina. (Chattopadhyay, et al, 2004). La curcumina (Figura 1.1), es el componente bio-activo primario polifenólico principal de la planta de cúrcuma longa.

O

O

O

OH

O

OH

Figura 1.1; Estructura química de la curcumina, 1,7-bis(4-hidroxi-3-metoxifenil)-1,6heptadieno-3,5-diona.

La estructura de la curcumina está conformada por un grupo β–dicetona en el centro, que puede estar en la forma ceto o enol, y cada lado está un grupo fenol que tiene unido al anillo aromático un grupo hidroxilo (-OH) y un grupo metoxilo (O-CH3), ligados a través de una cadena hidrocarbonatada. La β - dicetona está formado por dos grupos carbonilo cuando está en la forma "ceto" o por un grupo carbonilo normal y otro con un hidrógeno unido al grupo carbonilo cuando está en la forma enol (figura 1.2). A este equilibrio se llama tautomerismo ceto - enólico, los tautómeros son isómeros que difieren entre si únicamente en la posición de un átomo o grupo de átomos. (Barzegar, 2012).

1

Figura 1.2 Representación del equilibrio ceto-enólico de la curcumina.

1.1.1 Actividades Biológicas y Aplicación a Nivel Industrial. Posee una amplia gama de interesantes propiedades químico biológicas, como actividades anti-oxidantes, anti-inflamatorias, anti-virales, anti-bacterianas, anti-fúngicas y anti-tumorales (Mohan, et al, 2012; Sampaio, et al, 2014).

En la industria alimentaria se añade en gelatinas comerciales como estabilizador o como un colorante natural en quesos, encurtidos, mostaza, cereales, sopas, helados y yogures, en sustitución de colorantes artificiales. (Mohan, et al, 2012; Sampaio, et al, 2014).

Además de impartir color y aroma a los alimentos, otra acción importante de la curcumina es evitar que la oxidación resultante de aceites y grasas durante el almacenamiento y calentamiento a través de la inhibición de la formación de radicales libres dañinos. También la curcumina posee un buen efecto de conservación, ya comprobado en algunos alimentos (Revarkar & Sen 1975; Jayaprakasha,et al., 2005; Wang Y., et al., 2012).

2

Un aspecto importante a destacar es el hecho que la curcumina tiene muchas propiedades interesantes que le dan una gran potencialidad de aplicaciones, y por ello, resulta pertinente llevar a cabo estudios encaminados a caracterizar aquellas propiedades químicas que están relacionadas con su propiedad antioxidante, como lo es su facilidad de oxidación y como se puede ver afectada ésta en diferentes medios. También, dado que la curcumina es poco soluble en medios acuosos, es necesario explorar la posibilidad de encontrar transportadores químicos que favorezcan su solubilidad en este medio ya que su aprovechamiento a nivel industrial es limitado en agua y a su inestabilidad en condiciones alcalinas, tratamiento térmico, luz, presencia de iones metálicos, enzimas, oxígeno y ácido ascórbico (Baglole, et al, 2005; Sampaio, et al, 2014).

1.1.2 Estudios sobre la actividad antioxidante de la curcumina. El sitio de la reactividad de la curcumina con los radicales libres es polémica entre los científicos. Algunos estudios se han centrado en los dos anillos fenólicos, mientras que otros han señalado la posible participación de la fracción β-dicetona en la acción antioxidante de la curcumina (Barzegar, 2012).

Los datos obtenidos por Barzegar, 2012 confirmaron que la actividad antioxidante del isómero-enol de la curcumina no sólo es más alta que el isómeroceto, sino también más que el Trolox (Figura 1.3). Encontraron que los dos -OH fenólicos juegan un papel importante en la actividad antioxidante de los dos tautómeros de la curcumina, cada uno de los isómeros ceto y enol es capaz de reducir al menos dos radicales libres por los dos posibles sitios de O-H fenólicos, donde el isómero ceto de la curcumina reacciona por el mecanismo de transferencia de átomo de H, mientras que el isómero enol tiene la tendencia a reaccionar predominantemente por transferencia de electrones, pero en ambos casos reaccionan con los radicales libres reduciéndolos.

3

HO

O

OH O

Figura 1.3 Estructura Quimica del Trolox (6-hidroxi-2,5,7,8-tetrametilcroman-2-acido carboxílico).

La neutralización de radicales libres es la principal estrategia para inhibir la aparición y el crecimiento de células cancerosas. La inactivación de los radicales libres cancerígenos, que inducen procesos bioquímicos implicados en la respuesta inflamatoria, podría ser el principal mecanismo anti-cancerígeno químico de antioxidantes tales como la curcumina (Barzegar, 2012).

1.2. Estudios

electroquímicos

de

sistemas

antioxidantes. El estudio electroquímico de sistemas antioxidantes como lo son sistemas de tipo fenólico como el ácido ferúlico, cafeico y sus derivados, permite determinar sus propiedades redox entre las cuales se encuentra su habilidad para donar electrones medida a través del potencial de pico anódico, así como el número de electrones transferidos durante la oxidación (Chevion, et al., 2000). O

a)

O

b)

O

HO

OH

HO

OH

HO

Figura 1.4 Estructura química del ácido ferúlico a) y del ácido cafeico b).

4

Salas, Hernández, Domínguez, González, Astudillo,

Navarro, Martínez,

Velázquez, & Cruz, 2011 estudiaron la oxidación electroquímica a través de la técnica de

Voltametría cíclica (ver apéndice) de una variedad de sistemas

derivados del ácido cafeico y ferúlico, así como de catecol y guayacol (sus correspondientes unidades electro-activas) en medios apróticos. Los resultados revelaron que el ácido ferúlico y el guayacol en ACN y DMSO, siguen un mecanismo de oxidación electroquímico-químico-electroquímico (ECE por sus siglas en inglés), que implica la pérdida de un electrón seguido de una reacción de desprotonación rápida y, finalmente, la pérdida de un segundo electrón de los sistemas que llega hasta la formación de una o-quinona como producto final de oxidación. En el caso de sistemas de tipo amida, derivadas del ácido ferúlico fue observada la unión química entre las especies electro-generadas en la oxidación y la superficie del electrodo de trabajo, que en ese caso fue grafito vidriado. También fue reportado que el disolvente afecta el comportamiento electroquímico del ácido ferúlico y guayacol.

Por otro lado se ha documentado ampliamente en la literatura que sistemas tipo éster o amida derivados de ácidos hidroxicinámicos como el ácido cafeico y ferúlico poseen una mayor actividad antioxidante y que además la unidad estructural responsable de esta actividad es la unidad catecol y guayacol (Figura 1.5) (Salas, et al., 2011) .

A)

OH

B)

OH

OH

O

Figura 1.5 Estructura química de A) Catecol y B) Guayacol .

5

Por lo anterior, se han llevado acabo también trabajos encaminados a estudiar la oxidación electroquímica de sistemas tipo éster y amida derivados de dichos ácidos que posean 2 o más unidades catecol o guayacol.(Guillén, et al. 2014; Sánchez A., Guillén R., et al. 2014; Sánchez A, Martínez O., et al. 2014)

Ejemplo de ello son los trabajos reportados por nuestro grupo de investigación en donde se han llevado a cabo estudios de nuevos derivados sintetizados tipo ester y amida con topología bis. En un primer trabajo reportado con sistemas bis-amidas derivadas de ácido ferúlico, la oxidación electroquímica reveló que el sistema amida y más la topología bis juegan un papel importante en el proceso observado de unión química de las especies electro-generadas de la oxidación de éstos sistemas sobre el electrodo de trabajo (quimisorción) ( Sánchez A., Guillén R., et al. 2014).

El posterior estudio de sistemas bis-éster y bis-amida simétricas derivadas del ácido cafeico fue muy interesante encontrar que en el caso de estos sistemas, se observó que el proceso de quimisorción no fue favorecido predominando el mecanismo

ECE.

En

este

trabajo

un resultado

relevante fue

que

el

comportamiento electroquímico fue afectado por la naturaleza de la estructura del conector poniendo en evidencia la importancia que tiene también este fragmento en el mecanismo de oxidación de antioxidantes de este tipo de diseños estructurales.

Finalmente Guillén, Vargas Y., Vargas R., Garza, Salas, Matus, Domínguez 2014 estudiaron el comportamiento electroquímico de algunos derivados ácido ferúlico: tres ésteres con topología bis y un sistema tripodal, así como el éster bencílico monomérico. El comportamiento electroquímico que se observa sugiere la presencia del mecanismo ECE y al igual que en los sistema bis-amida derivados de éste ácido reportados con anterioridad, fue encontrado un fenómeno importante de quimisorción que se incrementa con el número de unidades de ferulato.

6

Una aportación importante que surge de todos éstos trabajos reportados es que tanto el medio en el cual se lleva la oxidación, el tipo de sistema estudiado cafeicos vs ferúlicos, la topología y el tipo de conector presente en sistemas tipo bis son factores importantes a considerar en el estudio de la oxidación de sistemas anti-oxidantes de tipo hidroxicinámico como lo son derivados de los ácidos cafeico y ferúlico.

Por otro lado, recientemente se han reportado trabajos que consideran el uso de moléculas transportadoras para mejorar la biodisponibilidad de sistemas de importancia biológica como lo son los antioxidantes.

En este sentido también se ha hecho necesario los correspondientes estudios para caracterizar los procesos de asociación entre dichas moléculas transportadoras y compuestos antioxidantes y estos trabajos comprenden desde análisis espectroscópicos hasta electroquímicos.

Un ejemplo de lo anterior es el estudio electroquímico reportado por Macías, Aguilar, Pérez, Hernández, Mejía, & Evans, 2011 quienes determinaron las constantes de asociación para los complejos de inclusión formados a partir de α y β - Ciclodextrina y tres ácidos fenólicos, protocatecuico, cafeico y clorogénico, esto mediante simulación computacional de los voltamperogramas cíclicos los cuales fueron ajustados a los voltamperogramas experimentales lo cual permitió determinar la constante de formación para la inclusión de los ácidos fenólicos en las Ciclodextrinas, así como la determinación de parámetros cinéticos y termodinámicos asociados a los procesos de transferencia electrónica de la oxidación.

El comportamiento electroquímico de Mangiferina (Figura 1.6), un compuesto antioxidante natural, fue examinado por Ferreira, Gomes, Méndez, Calvo, Souza, Oliveira, & Caxico, (2010) mediante Voltamperometría cíclica y diferencial en un medio aprótico sobre un electrodo de carbón vítreo sus voltamperogramas

7

mostraron una sola onda anódica irreversible dependiente del pH con corriente controlada por adsorción. OH OH

O

O OH

HO HO OH HO

O

OH

Figura 1.6 Estructura química de la Mangiferina (2-β-D-glucopiranosil-1,3,6,7-tetrahidroxi-9xantona).

1.3. Ciclodextrina. Las Ciclodextrinas se obtienen durante la degradación enzimática del almidón llevada a cabo por la enzima Ciclodextrina Glucanotransferasa

de

Bacillus macerans y consisten en una serie de oligosacáridos cíclicos formados por 6 (α), 7 (β) u 8 (γ) unidades de α-D-[1,4] glucosa, que dan lugar a una estructura molecular toroidal, rígida (Figura 1.7) (Szetjili, 1982).

Figura 1.7 Representación esquemática de α, β, γ – Ciclodextrina.

8

1.3.1 Características Físico-Químicas de las Ciclodextrinas. Las Ciclodextrinas poseen una variedad de propiedades pero una de sus propiedades fisicoquímicas más importantes es su solubilidad. Son solubles en agua y en disolventes polares apróticos como el Dimetilsulfóxido (DMSO) y la Dimetilformamida (DMF) y prácticamente insolubles en una gran parte de disolventes orgánicos comunes como alcoholes, acetona, etc. (Wenz, 1994).

Algunas de las principales características fisicoquímicas que poseen las Ciclodextrinas se encuentran descritas en la siguiente tabla:

α-CD

β-CD

γ-CD

6

7

8

Peso Molecular (g/mol)

972

1135

1297

Solubilidad en Agua a 25°C (g/100 ml)

14.5

1.85

23.2

4.7-5.3

6.0-6.5

7.5-8.3

Profundidad de la cavidad (Å)

7.9

7.9

7.9

Diámetro Exterior (Å)

14.6

15.4

17.5

Volumen de a cavidad (Å3)

174

262

427

12.332

12.202

12.081

ΔH° de ionización (kcal/mol)

8.36

9.98

11.22

ΔS° de ionización (cal/mol°K)

-28.3

-22.4

-17.6

ΔH° de disolución (kcal/mol)

7.67

8.31

7.73

ΔS° de disolución (cal/mol°K)

13.8a

11.7a

14.7a

Propiedades Unidades de Glucopiranosas

Diámetro de la cavidad (Å)

pK a 25°C (en potenciometría)

a

Tabla 1.1 Propiedades fisicoquímicas de las Ciclodextrinas ( fracción Molar) (Connors, 1997; Szetjili, 1998).

9

Dentro de la estructura de las Ciclodextrinas los -OH secundarios se encuentran orientados hacia la boca ancha de la estructura toroidal de los carbonos C-2 y C-3 de cada unidad de glucosa; y al otro lado en la boca estrecha de la estructura, se encuentran los -OH primarios de los C-6, quedando los grupos –CH2OH orientados hacia la superficie externa del cono. Los hidrógenos de los carbonos más apolares de los azúcares (C-3 y C-5) y el oxígeno de los enlaces glucosídicos entre las unidades de glucosa, quedan orientados hacia el interior de la estructura toroidal (Figura 1.8). (Kurkov, Lofsson, 2013; Szejtli, 1982).

Superficie Hidrofóbica Grupos Hidroxilos Secundarios

Grupos Hidroxilos Primarios Superficie Hidrofílica Figura 1.8. Estructura de la Ciclodextrina.

Como consecuencia de que los grupos hidroxilo libres están situados en el exterior de la superficie de los anillos, las Ciclodextrinas son hidrofílicas y solubles en agua y su solubilidad es el resultado de la capacidad de interacción de dichos grupos hidroxilo con el medio acuoso (Martínez, & Gómez, 2007).

2.2.3 Uso de Ciclodextrinas en la formación de supramoléculas. La cavidad interior de las Ciclodextrinas es hidrofóbica, por lo que estos compuestos son capaces de albergar moléculas hidrofóbicas más pequeñas para formar complejos “anfitrión-huésped“, llamados supramoléculas en los que el

10

huésped queda encapsulado por la

Ciclodextrina.

De esta forma, las

Ciclodextrinas pueden formar compuestos cristalinos a partir de moléculas orgánicas huésped en estado sólido, líquido e incluso gaseoso. En consecuencia, moléculas insolubles en agua pueden llegar a ser completamente solubles mediante un tratamiento con disoluciones acuosas de Ciclodextrina, sin que se produzca modificación química alguna en la molécula huésped, ya que no se origina ningún enlace covalente durante la interacción entre la Ciclodextrina y la molécula insoluble en agua. Las Ciclodextrinas son bien conocidas en química supramolecular por su capacidad para incluir selectivamente moléculas-huésped y por ello son usadas como moléculas anfitrión. Asimismo, las Ciclodextrinas interaccionan con compuestos órgano-metálicos como los ferrocenos, arenocomplejos, complejos alílicos y complejos metálicos (Górnas, et al, 2009; Martínez, & Gómez, 2007; Del Valle, 2004; Zhao, et al., 2010).

La inclusión en Ciclodextrinas provocan un profundo efecto en las propiedades físico-químicas de las moléculas huésped, ya que quedan atrapadas dentro de su cavidad lo que logra realizar una serie de modificaciones beneficiosas en las moléculas huésped, estas propiedades son: mejora de la solubilidad de los huéspedes altamente insolubles, la estabilización de los huéspedes, protección contra los efectos de degradación por oxidación, la luz visible o UV y el calor, el control de la volatilidad y sublimación, el aislamiento físico de compuestos incompatibles, separaciones cromatográficas y controlar la liberación de moléculas (fármaco y nutracéuticos). (Del Valle, 2004; Shmid 1989).

En resumen, la característica más interesante de las Ciclodextrinas es su capacidad de formar complejos de inclusión estables con una amplia variedad de compuestos de

distinto

peso

molecular,

tanto de

naturaleza

no

polar

(hidrocarburos), como de naturaleza polar (ácidos carboxílicos y aminas) y con grandes posibilidades de dar lugar a fenómenos de reconocimiento de macromoléculas en sistemas biológicos (Martínez, & Gómez, 2007).

11

La interacción supramolecular de la curcumina y β-Ciclodextrina ya ha sido estudiada por espectrofotometría por Tang, Ma, Wang,

& Zhang, 2002.

Se

estudió el mecanismo de la inclusión sobre la base de las variaciones de pKa, la intensidad de la absorción, y los espectrogramas de infrarrojo. Las conclusiones a las que llegaron muestran que las β-CD reaccionan con la curcumina para formar un complejo 2: 1 anfitrión – huésped con una constante de formación aparente de 5.53 X 105

⁄

.

Sampaio, Moriwaki, Nogueira, Sato, Baesso, Medina, & Matioli, (2014) determinaron que la formación del complejo

curcumina-β-CD aumentó la

solubilidad de la curcumina pura 31 veces, demostró una mayor estabilidad a la luz solar, a las variaciones de pH y a temperaturas de -15 y 4°C, además de que el material mostró una retención de color de aproximadamente del 99% y produjo una gran aceptación sensorial. Las formaciones de los complejos de β-CD-curcumina se caracterizaron por espectroscopia infrarroja de transformada de Fourier, calorimetría diferencial de barrido, análisis termo-gravimétrico (TGA), análisis por microscopio electrónico de barrido y microscopio electrónico de transmisión por Mohan, Jaggi, & Chauhan, 2010. También por la proliferación celular y ensayos por clonación demostraron que el complejo curcumina-β-Ciclodextrina mejorar su eficacia terapéutica en células de cáncer de próstata en comparación con la curcumina libre.

Considerando lo descrito anteriormente en este trabajo se presenta el estudio del comportamiento electroquímico del sistema curcumina de Cúrcuma longa en diferentes medios orgánicos polares para caracterizar su oxidación electroquímica y encontrar si el disolvente juega un papel importante en mecanismo de oxidación.

Además se analiza el proceso de oxidación de la

curcumina en presencia de β-Ciclodextrina en DMF y DMSO, disolventes en los cuales fueron lo suficientemente solubles ambos compuestos.

12

2. Objetivos. El objetivo general de este trabajo es realizar un estudio por medio de técnicas electroquímicas como la Voltamperometría cíclica de la electro-oxidación de curcumina obtenida de Cúrcuma longa en diferentes medios orgánicos polares como ACN, DMF y DMSO, así como analizar su comportamiento electroquímico en presencia de β-Ciclodextrina.

2.1 Objetivos específicos. 

Llevar a cabo los correspondientes registros de los experimento de Voltamperometría cíclica de la curcumina en ACN DMF y DMSO.



Analizar el comportamiento electroquímico de la curcumina de Cúrcuma longa en estos medios.



Llevar a cabo la Voltamperometría cíclica en ausencia y presencia de βCiclodextrina y realizar el correspondiente análisis de su comportamiento electroquímico.

13

3. Justificación.

La curcumina presente en Cúrcuma longa es un antioxidante que tiene importancia en la industria alimenticia y farmacéutica por su potencialidad de aplicación. Por ello, se hace necesario caracterizar su proceso de oxidación y conocer el efecto del medio en su potencial oxidativo para lograr determinar sus alcances reales en cuanto a aplicaciones. También es pertinente conocer las propiedades de la oxidación de la curcumina cuando ésta se encuentra incluida en moléculas transportadoras como las Ciclodextrinas, lo cual proporcionará además de manera indirecta, como se ve afectada su propiedad antioxidante.

14

4. Hipótesis.

A través de técnicas electroquímicas como la Voltamperometría cíclica es posible conocer los mecanismos de oxidación de la curcumina en diferentes medios y también es posible determinar y dar evidencia a partir del comportamiento electroquímico de las asociaciones presentes entre βCiclodextrina y las especies oxidadas de curcumina presente en Cúrcuma longa.

15

5. Metodología.

5.1 Instrumentación, celda y electrodos. La instrumentación electroquímica consistió de un potenciostato VoltaLab40 de Radiometer con compensación de caída Óhmica, el instrumento fue controlado por computadora mediante el programa Voltamaster 32. Para la experimentación se utilizó una celda convencional de 3 electrodos. El electrodo de trabajo utilizado fue un disco de carbón vítreo de 3 mm de diámetro, el cual fue pulido con polvo de alúmina de 1 μm y posteriormente enjuagado en ultra-sonicado con solvente y metanol absoluto; como electrodo auxiliar se utilizó una malla de platino. El electrodo de referencia fue un electrodo de plata/cloruro de plata, el cual se conectó a la solución de trabajo mediante un puente salino con disolvente y electrolito a la misma concentración que la celda.

5.2 Reactivos. Curcumina de Cúrcuma longa (≥ 65% (HPLC)), Acetonitrilo de alta pureza CROMASOLV Plus ≥ 99.9%, N-N-Dimetilformamida CROMASOLV

≥ 99.9%,

Dimetilsulfóxido CROMASOLV ≥ 99.9%, Hexafluorofosfato de Tetrabutilamonio 99%, y β-Ciclodextrina ≥ 97% se obtuvieron de una fuente comercial (SigmaAldrich) y se usó como se recibió.

El compuesto Bis-éster-pentano se sintetizó por el equipo de laboratorio en un trabajo anterior (Vargas Y. 2013).

16

5.3 Experimentación electroquímica. Para evitar la presencia de posibles señales parásitas debido a las impurezas presentes en Cúrcuma longa, en los disolventes ensayados, se determinó que la cantidad adecuada en la cual se registraron señales de oxidación de la curcumina en todos los disolventes fue de 7.36 x 10 -3 g en 10 mL. Por lo que para las mediciones voltamperométricas, se preparó una solución stock, con 0.036 g de la muestra con curcumina en 1 mL y se llevaron 0.2 mL de ésta solución a un matraz de 10 mL, en el cual la concentración final fue de

⁄

de la

muestra con curcumina, la cual también contenía electrolito soporte a una concentración 0.1 M (Hexafluorofosfato de Tetrabutilamonio). Esta última solución, se agregó en la celda equipada con tres electrodos y todos los experimentos de Voltamperometría se realizaron a temperatura ambiente y en atmósfera inerte mediante burbujeo con Nitrógeno de alta pureza e alta. Los datos obtenidos fueron analizados posteriormente utilizando el software Origin 9.0.

17

6. Resultados y Discusión. 6.1 Análisis

del

comportamiento

electroquímico

del

sistema curcumina en medios apróticos. 6.1.1 Análisis de la oxidación electroquímica de curcumina en ACN.

En la Figura 6.1.1, se muestra el gráfico correspondiente al voltamperograma registrado de curcumina

en ACN. Como puede

observarse en el comportamiento voltamperométrico se observan 2 picos de oxidación de naturaleza irreversible dado que no fueron observados en el proceso inverso de reducción ningún pico. El potencial del pico 1.22 V / Ag/AgCl y el pico

es de

se obtiene a 1.66 V/ Ag/AgCl.

70

I / A

II

60

ciclo 1 ciclo 2

50

I I´

40

30

20

10

0

-10

E / V vs Ag/AgCl 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

Figura 6.1.1 Voltametría Cíclica en Acetonitrilo + 0.1M Bu4NPF6 sobre grafito vidriado (3 mm ϕ) a 0.1 ⁄ de Curcumina

⁄

.

.

18

Es importante notar también que antes del pico pre-pico

fue observado un

de oxidación cerca de 1.08 V / Ag/AgCl. Al realizar un segundo

ciclo de oxidación (Figura 6.1.1ciclo 2), se observó la desaparición total del pico

y la disminución significativa del pico . Cabe mencionar que un

tercer ciclo de oxidación ya no pudo ser registrado en el equipo. Este comportamiento, sugiere la existencia de interacciones muy fuertes entre las especies electro-generadas y el electrodo de trabajo que pueden ser de tipo covalente, entre alguna de las especies oxidadas y la superficie de grafito vidriado (quimisorción).

Para obtener más información sobre la naturaleza de cada uno de éstos picos de oxidación y su relación con el proceso de quimisorción se procedió a realizar un nuevo voltamperograma en el cual el potencial de inversión (ver apéndice) sea menor (Eλ =1.4 V/ vs Ag/AgCl) que el experimento de la Figura 6.1.1 ciclo 1 con la finalidad de no registrar el segundo pico de oxidación. El voltamperograma resultante es el 6.1.2, ciclo 1, como puede observarse el pre-pico permaneció en este nuevo experimento y cuando posteriormente se realizaron varios ciclos de oxidación fue observada la disminución del pico principal con el número de ciclos hasta llegar el ciclo 5.

Este comportamiento confirma que desde este nivel de oxidación procede la quimisorción por lo que el electrodo de trabajo se recubre con el sistema curcumina bloqueándose o dicho en otras palabras pasivándose.

19

I / A

50

I ciclo 1 ciclo 2 ciclo 3 ciclo 4 ciclo 5

40

30

I´

20

10

0

E / V vs Ag/AgCl -10 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

Figura 6.1.2 Voltametría Cíclica en Acetonitrilo + 0.1M Bu4NPF6 sobre grafito vidriado (3 mm ϕ) a 0.1 ⁄ de Curcumina

⁄

.

.

Es importante notar también en esta figura que el pre-pico permanece también en este experimento por lo que es posible inferir que la presencia

de

dicha

señal

corresponda

a

un

comportamiento

electroquímico característica de un proceso de oxidación en el que el producto es fuertemente adsorbido (Wopschall, Shain, 1967; Galicia, Gonzalez, 2002;).

Por otro lado, para confirmar la naturaleza de los picos y

, esto es,

si éstos picos obtenidos son resultado de la oxidación de especies que llegan al electrodo mediante un mecanismo difusional y dado que existe una dependencia lineal entre la corriente de pico con la raíz cuadrada de barrido, (Bard, & Faulkner, 2001), se llevó a cabo los correspondientes voltamperogramas a diferentes velocidades de barrido. Estos se muestran en la Figura 6.1.3.

20

180

I / A

II

160

I

140

-1

25 mV s -1 50 mV s -1 100 mV s -1 200 mV s -1 500 mV s

120 100 80

I´

60 40 20 0 -20

E / V vs Ag/AgCl

-40 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

Figura 6.1.3 Voltametría Cíclica a diferentes velocidades de barrido en Acetonitrilo + 0.1M Bu4NPF6 sobre grafito vidriado (3 mm ϕ) de Curcumina

⁄

.

Con basé en estos experimentos posteriormente se graficó la dependencia de la corriente con la raíz cuadrada de la velocidad de barrido. Los gráficos se muestran en las figura 6.1.4-A y 6.1.4-B.

180

I /A 160 p 140 120

180

A

160

Pico I Regresión lineal

140

B

Pico II Regresión lineal

120

100

100

80

80

60

60

40

40

20

Ip/A

1/2

v

/ Vs

-1

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

20

1/2

v

/ Vs

-1

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

Figura 6.1.4-A-B.; Grafico que muestra la dependencia de la corriente variación de la raíz cuadrada de la velocidad de barrido de la curcumina.

21

Como puede observarse se obtiene una dependencia línea para cada uno de los picos con un coeficiente de correlación de 0.999 para el pico y de 0.998 para el pico

.

Este comportamiento confirma que los picos registrados

y

se

originan por especies en solución cuyo mecanismo de transporte es la difusión. Lo que sugiere que estos picos corresponden a procesos separados de oxidación del sistema en solución. Considerando que dichos sistemas tienen 2 unidades de guayacol potencialmente oxidables, estos 2 picos pueden corresponder a la oxidación de cada una de estas unidades vía un mecanismo Electroquímico - Químico - Electroquímico como se ha observado en sistemas con topología bis amida derivadas del ácido cafeico reportadas en nuestro grupo de trabajo (Sánchez, et al., 2014). Este hecho de oxidación separada puede ser muy factible dado que el conector de las 2 unidades oxidables en la curcumina es un sistema dicetónico directamente unido al doble enlace que une a la unidad guayacol.

Al encontrarse presente este tipo de sistema y dado el reconocido equilibrio ceto-enól presente en este conector en la curcumina, hace factible que las 2 unidades guayacol no sean simétricas y por lo tanto sean diferentes sus potenciales de oxidación (Barzegar, 2012). Apoyando esta idea está el hecho que un sistemas bis-éster derivados del ácido ferúlico estudiado por nuestro grupo de investigación en el cual el conector es una cadena hidrocarbonada de 5 unidades sin insaturaciones, presenta un único pico de oxidación (Guillén, et al., 2014).

En conclusión, el sistema curcumina presenta 2 procesos de oxidación

en

ACN

con

diferentes

potenciales

de

oxidación

que

corresponden a cada unidad guayacol presentes en su estructura.

22

En cada uno de estos procesos oxidativos, que proceden en el potencial y

se lleva a cabo la primera etapa de transferencia electrónica

del sistema curcumina al electrodo de trabajo para llevarse a cabo el reconocido paso de desprotonación seguido de un último pasó de transferencia electrónica. Durante este proceso y después de la etapa de desprotonación el radical formado es susceptible de interactuar con la superficie de grafito vidriado dado que éste se encuentra presente en las cercanías del electrodo de trabajo en donde es factible la unión covalente en el carbono α al grupo carbonilo (Petrucci, et al., 2007) como se muestra en el siguiente esquema:

-

Esquema 6.1 Mecanismo propuesto de electro-oxidación de la curcumina en ACN (ECV; electrodo de carbón vítreo).

23

El proceso favorable de la unión de este producto que es fuertemente absorbido, originará el correspondiente pico I´.

6.1.2 Análisis de la oxidación electroquímica de curcumina en DMF. En la figura 6.1.5 se muestra el comportamiento electroquímico de la oxidación de curcumina en DMF. 100 90

I / A

80 70 60 50



40 30



20 10 0

E / V vs Ag / AgCl

-10 -0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

Figura 6.1.5 Voltametría Cíclica en N-N-Dimetilformamida + 0.1M Bu4NPF6 sobre grafito vidriado (3 mm ϕ) 0.1 ⁄ de Curcumina

⁄

.

.

Como puede apreciarse en este caso la corriente de los picos registrados son de menor intensidad en DMF comparados con los registrados en ACN. Esto puede ser explicado considerando el hecho que el mecanismo de transporte dominante que hace que las especies en solución lleguen a las cercanías del electrodo de trabajo es la difusión, lo cual trae como consecuencia que propiedades como la viscosidad del medio afecten la velocidad de difusión. El

24

valor de viscosidad reportado para la DMF es de 0.82 cP (a 25°C) (Abubaker, et al., 2014) y el del ACN es de 0.34 cP (a 25°C) (Lloukhani & Almasi, 2009) considerando éstos valores es posible deducir que en DMF las especies difundirán más lentamente que en ACN, teniendo la consecuencia de que en las cercanías del electrodo lleguen un menor número de especies para oxidarse y se registre una menor corriente en este proceso electroquímico.

También es importante notar que en el caso de DMF la solución con curcumina

presentó una diferente coloración que en el caso de ACN (ver

apéndice sección experimental Figura 9.6. A) - B)). Este hecho sugiere a demás que el sistema curcumina está interaccionando de manera diferente con el disolvente. Si la interacción es más fuerte en DMF es factible que la formación de este complejo, el cual tendrá en conjunto un volumen mayor que la curcumina individual, provoque una disminución en la velocidad de difusión del complejo curcumina-DMF provocando adicionalmente al factor de la viscosidad una disminución en la corriente registrada en la corrida voltamperométrica en este medio.

Siguiendo el análisis del comportamiento voltamperométrico, al igual que en ACN, fueron observados 2 picos de oxidación a 0.84 V/ Ag/AgCl el pico y a 1.12 V/ Ag/AgCl para el pico

. Estos potenciales son menores que los observados en

ACN, lo cual es indicativo que el disolvente DMF favorece el proceso de oxidación para ambas unidades oxidables.

Además fue realizado un siguiente voltamperograma a una ventana de oxidación más alta con la finalidad de verificar la presencia de más picos a potenciales más altos. El voltamperograma correspondiente se muestra en la figura 6.1.6 a) en el cual se registró el experimento hasta 1.6 V / vs Ag/AgCl y como puede observarse no fueron observados más picos. Adicionalmente que esto fue comprobado, fueron registrados varios ciclos de oxidación que se muestran en los gráficos 6.1.6 b)-e).

25

120 110

I / A

100

a) b) c) d) e)

90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

E / V vs Ag/AgCl

-10 -0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

Figura 6.1.6 Voltametría Cíclica en N-N-Dimetilformamida + 0.1M Bu4NPF6 sobre grafito vidriado (3 mm ϕ) a 0.1

⁄ de Curcumina

⁄

. a) Mayor ventana de oxidación b)

Ciclo 1, c) Ciclo 2, d) Ciclo 3, e) Ciclo 4.

De las respuesta obtenidas queda evidenciado la presencia de un proceso de quimisorción menos importante que el observado en ACN dado el mayor número de ciclos registrados en este disolvente para atenuar completamente la señal y considerando el registro de las ondas de oxidación y

.

Al igual que en el caso del estudio de la electro-oxidación de la curcumina en ACN, también fueron realizados para este caso Voltamperometría a diferentes velocidades de barrido para definir la naturaleza de los picos

y

, (figura 6.1.7).

Sin embargo para este medio el potencial de pico no se logró definir de manera adecuada para obtener la dependencia de su corriente con la velocidad de barrido.

26

120

I / A 100

50 mV/sec 100 mV/sec 200 mV/sec 500 mV/sec

80

60

40

20

0

-20 -0.2

E / V vs Ag/AgCl 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

Figura 6.1.7 Voltametría Cíclica a distintas velocidades de barrido en Dimetilformamida + 0.1M Bu4NPF6 sobre grafito vidriado (3 mm ϕ) de Curcumina

N-N⁄

.

Un sistema auxiliar que nos puede permitir obtener más información sobre la oxidación de sistemas de topología bis derivados del ácido ferúlico es el Pentil bis-éster derivado del ácido ferúlico (PBEAF) (Figura 1.9), donde podría ser un sistema en el cual no se presenten procesos de oxidación diferenciados, como es el caso de la curcumina, para que se pueda definir mejor el pico de oxidación en este medio. Por lo que fue registrado también el correspondiente voltamperograma del sistema PBEAF en DMF.

O

O

O

O O

O

HO

OH

Figura 1.9; Estructura química del PBEAF, 1,5-bis-feruloilpentanodiol.

27

Cabe mencionar que este sistema no había sido evaluado anteriormente en DMF por lo que en este trabajo se presenta por primera vez el análisis de su oxidación

electroquímica

en

este

medio.

La

figura

6.1.8

muestra

el

voltamperograma del bis-éster-pentano derivado del ácido ferúlico.

100 90

I / A

80 70 60



50 40 30 20 10 0

E / V vs Ag/AgCl -10 -0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

Figura 6.1.8 Voltametría Cíclica en N-N-Dimetilformamida + 0.1M Bu4NPF6 sobre grafito vidriado (3 mm ϕ) a 0.1 ⁄ de PBEAF 2 mM.

Como puede observarse en este caso, el sistema bis-éster, muestra un único pico

irreversible en 1.18 V / vs Ag/AgCl y pico ancho

en el sentido

inverso del potencial en 0.13 V / vs Ag/AgCl. Este comportamiento, es similar al observado en el ácido ferúlico y cafeico y a sus derivados de tipo mono éster y mono amida por lo que es posible deducir que en este caso procede un mecanismo ECE.

28

También para este sistema fue realzado un segundo ciclo de oxidación y en este caso, fue observada una disminución modesta de la intensidad de corriente del pico de oxidación como se muestra en la figura 6.1.9.

100 90

I / A

80 70

Ciclo 1 Ciclo 2

60 50 40 30 20 10 0

E / V vs Ag/AgCl

-10 -0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

Figura 6.1.9 Voltametría Cíclica en N-N- Dimetilformamida + 0.1M Bu4NPF6 sobre grafito vidriado (3 mm ϕ) a 0.1 ⁄ de PBEAF 2 mM.

Lo cual es indicativo que en este medio el sistema bis-ester pentano derivado del ácido ferúlico procede una quimisorción que no es tan importante como la observada en sistemas bis-amida derivadas del ácido ferúlico reportadas anteriormente (Sánchez A., Guillén R., et al. 2014).

Adicionalmente, fueron realizadas para este sistema voltamperogramas a diferentes velocidades de barrido como se muestra en la Figura 6.1.10-A).

29

100

I / A 100 I /A p

90

90

A)

B)

80

80

70 70

60

60

50

50

40

v

40

1/2

/ Vs

-1

100 mV/sec 200 mV/sec 300 mV/sec 400 mV/sec 500 mV/sec

30 20 10 0

E / V vs Ag/AgCl

-10 -0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

Figura 6.1.10 - A) - B) Voltametría Cíclica a distintas velocidades de barrido en N-NDimetilformamida + 0.1M Bu4NPF6 sobre grafito vidriado (3 mm ϕ) de PBEAF 2 mM.

Como se muestra en el la Figura 6.1.10-B la dependencia lineal de la corriente pico con la raíz de la velocidad de barrido confirma que este pico corresponde a la oxidación de las especies que se encuentran en solución y cuyo transporte es por difusión.

En conclusión, en este caso la oxidación de curcumina en DMF mostró una disminución significativa en la corriente de los picos

y

comparada con lo

observado en ACN de los voltamperogramas registrados, así como un desplazamiento de los potenciales de dichos picos hacia potenciales menos positivos. Este comportamiento en su conjunto es indicativo que en este medio se está llevando a cabo una interacción importante entre la curcumina con el disolvente, que además, tiene un efecto de atenuar el proceso de quimisorción ya que en este medio fueron necesarios un mayor número de ciclos en comparación

30

con la experimentación en ACN, para bloquear completamente la superficie del electrodo en el voltamperograma completo de la curcumina.

Por otro lado, dado la falta de definición de los picos

y

de la curcumina

en este medio fue necesario el registro de un sistema antioxidante de tipo bisderivado del ácido ferúlico para conocer y obtener más información del proceso oxidativo de especies con esta topología en DMF. De estas experimentaciones, utilizando un bis-éster ya disponible sintetizado por nuestro grupo de investigación y considerando que no había sido analizado su electro-oxidación en este medio, fue posible verificar la presencia de un mecanismo de tipo ECE, a partir del comportamiento electroquímico observado en este medio.

6.1.3 Análisis de la oxidación electroquímica de curcumina en DMSO. En

la

Figura

6.1.11,

se

muestra

el

gráfico

correspondiente

al

voltamperograma registrado de curcumina en DMSO. Como se puede observar al igual que en DMF, el comportamiento voltamperométrico se observan 2 picos de oxidación poco definidos de naturaleza irreversible. El potencial del pico aproximadamente 0.73 V / Ag/AgCl y el potencial del pico

es de

está cerca de 1.08 V/

Ag/AgCl.

31

100 90

I / A

80 70 60



50 40 30



20 10 0

E / V vs Ag/AgCl

-10 -0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

Figura 6.1.11 Voltametría Cíclica en Dimetilsulfóxido + 0.1M Bu4NPF6 vidriado (3 mm ϕ) a 0.2 ⁄ de Curcumina

⁄

sobre grafito

.

Los potenciales de oxidación de estas ondas anchas se observa todavía a potenciales menos positivos comparado con lo observado en DMF. Este hecho sugiere una participación del disolvente en el proceso de oxidación de la curcumina que favorece dicho proceso. La medición de sistemas fenólicos antioxidantes “curcumina” en DMSO, se ha explicado este desplazamiento en los picos de oxidación, considerando la formación de puentes de hidrógeno entre el grupo hidroxilo de la unidad guayacol y el oxígeno del DMSO (Astudillo, et al., 2007; Salas, Hernández, et al., 2011). Esta interacción polariza el enlace O-H disminuyendo la energía de disociación y haciendo que el proceso de desprotonación sea más fácil en este medio con respecto a ACN y DMF. Este hecho es factible que suceda en nuestro caso dada la presencia de sistemas fenólicos en la estructura de la curcumina.

32

Adicionalmente, fueron realizados varios ciclos de oxidación y, aunque la intensidad de los picos I y II fue pequeña y poco definida, se observó la pérdida de dichas señales desde el ciclo 2 como que se muestran en los gráficos 6.1.12 a) y b). 100 90

I / A a) b)

80 70 60 50 40 30 20 10 0

E / V vs Ag/AgCl

-10 -0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

Figura 6.1.12 Voltametría Cíclica en Dimetilsulfóxido + 0.1M Bu4NPF6 sobre grafito vidriado ( 3 mm ϕ) a 0.1 ⁄ de Curcumina

⁄

. a) Ciclo 1 & b ) Ciclo 2.

Nuevamente al igual que el análisis en DMF, fue registrado también el correspondiente voltamperograma del sistema puro bis-éster-pentano derivado del ácido ferúlico en DMSO para obtener más información sobre la oxidación de este tipo de antioxidantes con topología bis en este medio.

De igual forma cabe mencionar que este sistema no había sido evaluado en DMSO, así que en este trabajo se presenta por primera vez el análisis de su oxidación

electroquímica

en

este

medio.

La

figura

6.1.13

muestra

el

voltamperograma del PBEAF a varios ciclos de oxidación.

33

60

I / A

50

a) b) c) d) e)

40

30

20

10

0

-10

E / V vs Ag/AgCl 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

Figura 6.1.13 Voltametría Cíclica en Dimetilsulfóxido + 0.1M

1.6

Bu4NPF6 sobre grafito

vidriado (3 mm ϕ) a 0.2 ⁄ de PBEAF 2 mM. a) Ciclo 1, b) Ciclo 3, c) Ciclo 6, d) Ciclo 9 y e) Ciclo 15.

De las respuestas obtenidas queda evidenciada la presencia de un proceso de quimisorción que es mucho menos importante que los encontrados en ACN, dado el elevado número de ciclos registrados en este disolvente para bloquear el electrodo completamente registrando ambos picos de oxidación. Dado, que en el caso del sistema bis-éster pentano derivado del ácido ferúlico se observó con una corriente de pico de oxidación importante (55 A), es posible en este caso realizar un registro del correspondiente voltamperograma hacia potenciales catódicos, una vez bloqueado o funcionalizado el electrodo con la finalidad de verificar si en potenciales que promueven la reducción, existe algún pico de reducción asociado a algún grupo o fragmento estructural presente en el electrodo modificado.

34

En la Figura 6.1.14 se muestran los voltamperogramas del primer ciclo de oxidación del bis-éster pentano derivado del ácido ferúlico figura 6.1.14-a), el voltamperograma

del

ciclo

15

figura

6.1.14-b)

y

el

correspondiente

voltamperograma registrado hacia potenciales catódicos (reducción) figura 6.1.14c). en donde el electrodo modificado se colocó en una celda en la cual sólo contenía disolvente y el electrolito de soporte.

60

I / A 50 40

a) b) c)

30 20 10 0 -10 -20

E / V vs Ag/AgCl -30 -2.2-2.0-1.8-1.6-1.4-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6

Figura 6.1.14 Voltametría Cíclica en Dimetilsulfóxido + 0.1M vidriado (3 mm ϕ) a 0.2

Bu4NPF6 sobre

Grafito

⁄ de PBEAF 2 mM. a) Ciclo 1, b) Ciclo 15 y c) Ciclo 18 hacia la

Reducción.

Es importante denotar que no se observó algún pico en el ciclo hacia la reducción después la pasivación del electrodo de trabajo, lo que comprueba que lo adherido al electrodo durante el proceso de oxidación no es electroquímicamente activo, en otras palabras se forma una película orgánica no conductora sin grupos funcionales reducibles (figura 6.1.14).

35

A partir de éstas experimentaciones es posible concluir que la oxidación de la curcumina presente en Cúrcuma longa por una parte sufre en este disolvente procesos de oxidación separados y que al mismo tiempo también se llevan a cabo procesos de quimisorción. En el caso de la especie pura PBEAF fue evidenciado un comportamiento electroquímico que sugiere la presencia de un mecanismo ECE que se ve más favorecido que la quimisorción observada ya que en éste medio la completa pasivación del electrodo se alcanzó hasta 15 ciclos de oxidación.

36

6.2

Análisis

voltamperométrico

de

curcumina

en

presencia de β-Ciclodextrina en DMF y DMSO. Considerando el hecho que el sistema de -Ciclodextrina fue insoluble en ACN y a que en medio acuoso amortiguador con pH de 7 la cantidad utilizada para las mediciones anteriores de la muestra con curcumina fue insoluble, aún en presencia de β-Ciclodextrina, se discuten en esta sección las experimentaciones de curcumina con este hospedero sólo en DMF y DMSO. En la figura 6.2.1 se muestra el comportamiento voltamperométrico del sistema curcumina en presencia de -Ciclodextrina a diferentes velocidades de barrido.

100

I / A a) b) c) d)

80

60

40

20

0

E / V vs Ag/AgCl -20 -0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

Figura 6.2.1 Voltametría Cíclica a diferentes velocidades de barrido

en N-N-

Dimetilformamida + 0.1M Bu4NPF6 + 0.05M β-Ciclodextrina sobre grafito vidriado (3 mm ϕ) de Curcumina

⁄

. a) 50 mV/sec, b) 100 mV/sec, c) 200 mV/sec & d) 500 mV/sec.

37

La intensidad de pico de oxidación de cada uno de estas velocidades de barrido comparada con las resgistradas en el sistema en ausencia de ciclodextrina no se observan cambios apreciables en sus intensidades. Si se parte de la base que el complejo ciclodextrina-curcumina la velocidad de difusión de ésta especie es más lenta que la curcumina, el comportamiento esperado cuando existe una asociación importante sería observar una importante disminución de la corriente lo cual en esta experimentación no fue claro. Dado que la curcumina es un sistema en el cual se lleva a cabo la oxidación de sus unidades guayacol

en

2

pasos

se

procedió

a

realizar

los

correspondientes

voltamperogramas de curcumina en ausencia y en presencia de -ciclodextrina hasta un potancial de inversión menor al pico

para simplificar el análisis. Estos

voltamperigramas se muestran en la figura 6.2.2.

60 55

I / A

50

a) b) c) d)

45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 -5

E / V vs E Ag/AgCl

-10 -0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Figura 6.2.2 Voltametría Cíclica a diferentes velocidades de barrido

en N-N-

Dimetilformamida + 0.1M Bu4NPF6 + 0.05M β-Ciclodextrina sobre grafito vidriado (3 mm ϕ) de Curcumina

⁄

. a) Sin β-CD a 200 mV/sec b) Con β-CD a 200 mV/sec, c) Sin β-CD a

500 mV/sec, d) Con β-CD a 500 mV/sec.

38

Como puede notarse en esta figura, a las 2 velocidades de barrido registradas y a este nivel de oxidación que corresponde al pico , es posible apreciar una mayor corriente del voltamperograma cuando en la oxidación de curcumina se encuentra β-ciclodextrina. Este resultado es contrario a lo esperado en estas experimentaciones, ya que la formacion de un complejo curcumina y βCiclodextrina tendra una velocidad menor y por lo tanto

el voltamperograma

presentaria una menor corriente de pico.

Particularmente, en este caso es importante señalar que la solución conteniendo el sistema DMF-curcumina-β-ciclodextrina, la solución fue más colorida que la solución en donde sólo había DMF y curcumina. Este hecho, sugiere la existencia de una interacción adicional del disolvente con la β ciclodextrina que es factible dada la presencia de protones relativamente ácidos en la DMF que pueden interactural con los oxígenos del sistema β-dicenoa de la curcumina, así como del grupo carbonilo y amino que a su vez pueden actuar con lo hidrógenos de la ciclodextrina. En su conjunto, el sistema DMF-curcumina-βciclodextrina sería un complejo con uniones muy importantes y por lo tanto sería factible su formación y no sólo el complejo DMF-curcumina .En estas condiciones podría verse favorecida la propia oxidación del grupo amida de la DMF a potenciales cercanos a la oxidación de la curcumina y en consecuencia observarse una contribución en la corriente de este proceso. Esta propuesta es una hipótesis que actualmente se encuentra en investigación de ser comprobada.

Por otro lado, se realizó la correspondiente electrooxidación del sistema bisester en este medio, en este caso es observable un único pico bien definido y con

una

adecuada

intensidad,

se

procedió

también

a

registrar

los

voltamperogramas de éste sistema en presencia de  ciclodextrina a diferentes concentraciones. Los voltamperogramas se muestran en la figura 6.2.3.

39

50

I / A 40

a) b) c) d) e) f)

30

20

10

0

-10

-0.2

E / V vs Ag/AgCl 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

Figura 6.2.3 Voltametría Cíclica en N-N-Dimetilformamida + 0.1M Bu4NPF6 + diferentes concentraciones de β-Ciclodextrina sobre grafito vidriado (3 mm ϕ) a 0.1 ⁄ de PBEAF 2mM. a) sin β-CD, b) Concentración de β-CD 1mM, c) Concentración de β-CD 4mM, d) Concentración de βCD 10mM, e) Concentración de β-CD 20mM, f) Concentración de β-CD 40mM.

Como se puede apreciar de cada uno de los gráficos, contrario al caso de la curcumina, a medida que se fue incrementando la concentración de la ciclodextrina, se aprecia una disminución del correspondiente pico de oxidación del bis-éster. Este comportamiento, es indicativo de la formación de un complejo de asociación, ya que al ser más voluminoso que el bis-éster su velocidad de difusión es más lenta y consecuentemente la cantidad de especie que llega en las cercanía del electrodo de trabajo es menor, provocando con ello un menor registro de corriente.

El contraste en el comportamiento voltamperométrico del sistema PBEAF vs curcumina en presencia de β-ciclodextrina en DMF, demuestra que en el caso de la curcumina, en donde existen el conector β-dicetona en el cual es factible un equilibrio cetoenólico se ve favorecido un complejo ciclodextrina-DMF-curcumina.

40

En el caso del análisis del comportamiento electroquímico de la muestra de curcumina en DMSO, en este medio si pudo apreciarse una ligera disminución de corriente del pico

del voltamperograma a una velocidad de 500 mV/s a la más

alta concentración de  ciclodextrina. El resultado se muestra en la gráfica Figura 6.2.4.

100

I / A

90

a) b) c) d)

80 70 60 50 40 30 20 10 0 -10

E / V vs Ag/AgCl -20 -0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

Figura 6.2.4 Voltametría Cíclica a diferentes velocidades de barrido en Dimetilsulfóxido + 0.1M

Bu4NPF6 + 0.05M β-Ciclodextrina, sobre grafito vidriado (3 mm ϕ) de Curcumina ⁄

. a) sin β-CD a 200 mV/sec b) sin β-CD a 500 mV/sec, c) con β-CD a 200 mV/sec,

d) Con β-CD a 500 mV/sec.

Este comportamiento sugiere que prácticamente la asociación de ciclodextrina con la curcumina presente es poco favorable en este medio. Hasta este nivel de experimentación ya no fue posible tener muestra del sistema bisester puro para obtener más información experimental de las asociaciones de cilcodextrina en este medio.

41

7. Concusiones. A partir de este estudio electroquímico llevado a cabo de curcumina obtenida a partir de Cúrcuma longa en medios apróticos se llegaron a las siguientes conclusiones:



El comportamiento electroquímico encontrado en ACN, DMF y DMSO reveló que cada una de las unidades oxidables del sistema curcumina procede su electro-oxidación a diferentes potenciales lo cual pone en evidencia que en todos estos medios se lleva a cabo de manera importante el equilibrio ceto-enólico del conector de las dos unidades guayacol.



De acuerdo también al comportamiento electroquímico observado en todos los medios, se encuentra la presencia de un mecanismo de tipo electroquímico químico electroquímico (ECE), y que al mismo tiempo también procede una reacción de quimisorción que bloquea o pasiva el electrodo de carbón vítreo de manera más importante en ACN.



En este trabajó también se logró reportar por primera vez el análisis del comportamiento electroquímico de oxidación del sistema bis éster pentano derivado del ácido ferúlico en DMF y DMSO, el cual reveló que el sistema se oxida a través de un mecanismo ECE y en donde procede, al igual que en la curcumina, una reacción de quimisorción que es menos favorecida en DMSO.

42



Finalmente, el estudio electroquímico llevado a cabo de curcumina en presencia de β-Ciclodextrina en DMF y DMSO, reveló que en estos medios, el proceso de asociación no es tan favorecido. En el caso particular de la electro-oxidación en DMF se puso en evidencia que en este medio existe la formación de un complejo de asociación Ciclodextrina-DMF-curcumina. El comportamiento voltamperométrico del sistema PBEAF en presencia de β-Ciclodextrina, se reporta por primera vez y a diferencia del comportamiento con curcumina, se observa un proceso de asociación moderado entre PBEAF-β Ciclodextrina solamente. Sin embargo es importante aclarar que es pertinente realizar más experimentaciones a fin de caracterizar el comportamiento voltamperométrico de curcumina en DMF.

43

Me es pertinente señalar que el desarrollo de esta investigación ha sido importante para mi formación académica como Ingeniero químico, ya que me permitió conocer la aplicación de

técnicas electroquímicas como la Voltamperometría

cíclica para el análisis de procesos de óxido-reducción de sistemas químicos de importancia en industrias como la de alimentos y farmacéutica. En este sentido, el ingeniero químico sería capaz de poder analizar y caracterizar mediante técnicas electroquímicas procesos químicos de tipo redox en donde se ven involucrados pasos de transferencia de electrones heterogénea así como procesos de adsorción sobre superficies de electrodo, los cuales son de gran interés en la industria química. Además, me ha permitido desarrollar nuevos métodos en la búsqueda de información, en la forma de redactar correctamente y aprender a elegir temas o problemas de interés que son fundamentales para mi formación como futuro investigador.

44

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51

9. Apéndice A.

9.1. Fundamentos de Electroquímica. La electroquímica es la rama de la química concerniente a la interrelación de electricidad y sus efectos químicos. De manera general, en electroquímica se llevan a cabo estudios relacionados con la generación de energía eléctrica a través de una reacción química o la promoción de una reacción química por el paso de corriente en una interfase líquida-sólida. El estudio de sistemas químicos por medio de procesos electroquímicos puede tener varias propósitos, por ejemplo, se podrían utilizar estas metodologías para calcular parámetros termodinámicos de las reacciones químicas; también podrían utilizarse para generar una especie intermediaria, como un ion radical, y además estudiar su velocidad de desaparición o sus propiedades espectroscópicas, o bien podrían utilizarse para el análisis cuantitativo de una disolución, determinando las concentraciones de iones metálicos o de sustancias orgánicas. Los métodos electroquímicos permiten estudiar el conjunto de fenómenos asociados con la trasferencia de carga, donde, el conocimiento de estos fenómenos permite establecer el mecanismo de las reacciones electroquímicas.

El estudio de los métodos electroquímicos se refiere a establecer la relación perturbación-respuesta, con el fin de calcular no solo los parámetros relacionados con la trasferencia de carga, sino también una gran abundancia de procesos que incluyen la oxidación y la reducción (Oropeza, Ponce de León, & González, 2000).

Algunas de las técnicas electroquímicas más útiles se basan en el concepto de variar de manera continua el potencial que se aplica a través de la interface electrodo-disolución y medir la corriente resultante.

52

Las dos técnicas voltamperométricas principales son la Voltamperometría de barrido lineal y la Voltamperometría cíclica ya que son de las técnicas electroanalíticas más eficientes para el estudio de mecanismos de reacción (Pingarron, Sanchez, 2003).

La Voltamperometría en disolución no agitada, el modo predominante de trasporte de masa se limita a la difusión y en ausencia de migración y convección, esta variación está determinada matemáticamente por la resolución de las Leyes de Difusión de Fick.

9.2. Voltamperometría de barrido lineal En esta técnica el potencial aplicado se varía linealmente con respecto al tiempo desde un potencial inicial Ei hasta un potencial final Ef, a una velocidad constante:

Figura 9.1 Barrido lineal de potencial.

En esta técnica, generalmente se comienza el barrido de potencial en un valor de Ei el cual no hay electrolisis, es decir, donde solo se detecta corriente residual, realizándose dicho barrido en la dirección apropiada (barrido positivo o negativo), para obtener la respuesta electroanalítica (oxidación o reducción de la especie electro-activa).

53

9.3. Voltamperometría Cíclica. Una de las técnicas más conocidas dentro de la electroquímica es la Voltamperometría cíclica debido a que probablemente es la técnica más eficiente y versátil para el estudio de mecanismos de las reacciones electroquímicas además es de gran utilidad cuando se desea iniciar el estudio electroquímico de un sistema desconocido, y suele ser el primer experimento que se realiza en un estudio electroquímico (Oropeza, Ponce de León, & González, 2000).

Constituye una extensión de la Voltamperometría de barrido lineal, realizándose una inversión en el sentido del barrido de potencial. De este modo se aplica al electrodo indicador una señal de excitación triangular.

Figura 9.2 Señal de excitación potencial-tiempo triangular utilizada en Voltamperometría cíclica.

En donde el potencial se barre linealmente desde un valor inicial E i hasta alcanzar el valor del potencial de inversión (Eλ), al cual se invierte la dirección del barrido hasta alcanzar un potencial final Ef. El potencial de este electrodo se controla con un electrodo de referencia, por ejemplo electrodo saturado de calomel o plata/cloruro de plata. El potencial controlado que se aplica a través de estos dos electrodos se puede considerar como una señal de excitación.

54

Aunque frecuentemente el barrido de potencial se termina después del primer ciclo (Ef), puede continuarse realizando ciclos sucesivos, lo que justifica que se le llame “Voltamperometría cíclica”. Para obtener un voltamperograma cíclico, se mide la corriente que pasa por el electrodo indicador en una disolución sin agitar durante el barrido del potencial (Pingarron, Sanchez, 2003).

Figura 9.3 Cambio del potencial en función del tiempo en un experimento de Voltamperometría cíclica.

El voltamperograma cíclico y se obtiene al graficar la corriente (i) leída del potencial (E), en una curva del tiempo E = f (i) (Baeza, & García 2011).

En la Figura 1.4 se muestra un ejemplo de voltamperograma donde se señalan las magnitudes físicas de este patrón de respuesta, en el ejemplo de una electro-oxidación.

55

Figura 9.4; Magnitudes de un voltamperograma cíclico de acuerdo al convenio planteado por la IUPAC

Dónde: = potencial de pico catódico. = potencial de pico anódico. ⁄

= potencial de medio pico. = intensidad de corriente de pico catódico. = intensidad de corriente de pico anódico. = potencial de media onda.

A partir de la observación de cambios en las intensidades de las I p , y en la posición de los Eap o Ecp es posible comprobar la formación del par redox o si se pierden picos, de conocer si se encuentra presente una reacción química acoplada a la reacción de transferencia electrónica, de esta forma es posible dilucidar mecanismos de reacción. Al variar la velocidad de barrido también se puede estudiar la cinética de las reacciones o bien, detectar la aparición de especies intermedias en procesos redox (Baeza, & García 2011).

56

La ventana de variación del potencial se escoge considerando que los valores de potencial en los que se produce la oxidación o la reducción controladas por difusión de las especies a estudiar se encuentren dentro de este intervalo y que ni el disolvente en la celda ni la sal usada para la conducción de corriente en el sistema, se oxiden o reduzcan.

9.3.1. Voltamperometría Cíclica: Experimentación. El principal instrumento para la Voltamperometría es un potenciostato, que aplica un potencial a la celda electroquímica, y una corriente al convertidor de voltaje, que mide la corriente resultante. Se emplea un sistema de tres electrodos. El potenciostato aplica la diferencia de potencial deseado entre el electrodo de trabajo y un electrodo de referencia.

El electrodo de trabajo es el electrodo en el que se lleva a cabo la electrólisis. La corriente requerida para mantener la electrólisis en el electrodo de trabajo es proporcionada por el electrodo auxiliar. Este arreglo impide que el electrodo de referencia sea sometido a grandes corrientes que podrían cambiar su potencial. En la figura 9.1 se ilustra una celda electroquímica típica.

Los electrodos de referencia empleados en la Voltamperometría cíclica están constituidos por sistemas redox en equilibrio, generalmente es un electrodo de calomel saturado que está constituido por una mezcla de Hg y de Hg 2Cl2 o de Ag/AgCl, que frecuentemente se encuentran separados de la solución mediante un puente que solamente contiene electrolito.

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Figura 9.5; Celda convencional de 3 electrodos A) Electrodo de trabajo (disco de carbón vítreo 3mm ϕ), B) Electrodo de referencia de Ag/AgCl C) Electrodo auxiliar (malla de Pt) D) Burbujeador de Nitrógeno de alta pureza.

El electrodo auxiliar usualmente es un alambre coloidal de platino que se coloca directamente en la solución. Se debe mantener constante la temperatura de la celda.

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A)

B)

C)

Figura 9.6; Celda convencional de 3 electrodos con la muestra con Curcumina ⁄

+ 0.1M Bu4NPF6 en A) ACN, B) DMF y C) DMF con β-Ciclodextrina.

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