Efecto de los surfactantes en la formación de complejos de inclusión - Alva Ensastegui, Julio Cesar (Universidad Autónoma Metropolitana, 2018)
This doctoral thesis research work describes the results of the interactions observed during formation of an inclusion complex in the presence of three surfactants, namely: sodium dodecyl sulphate, SDS, hexadecyltrimethylammonium bromide, CTAB, and Triton X-100, TX100. The inclusion complex was formed from beta cyclodextrin, βCD, that acted as host of quercetin, Q, which in turn was the guest. The aim of this research work was to elucidate the mechanism under which an inclusion complex, like the one stated above, is made to interact with any of the surfactants above; the literature reports two possible cases: the first proposes that the surfactant breaks the complex only to give way to another one, βCD-Surfactant, thus liberating the Q molecule, that had been included in the βCD. The second case proposes that the inclusion complex will interact with the surfactant to give rise to a ternary complex and that, depending on the concentration of the surfactant used, there will form pre-micellar structures (monomers, dimers, trimers, and others) or micelles adhered to this inclusion complex. The results obtained in this research corroborate the first case, where the surfactant ruptures the Q-βCD inclusion complex to form a new inclusion complex, βCDSurfactant, thereby setting the Q free. If the surfactant concentration is smaller than the βCD concentration, the Q-βCD complex will be formed also, but conversely, the arising complex will be that of Q with the surfactant micelles, Q-MSurfactant. For either case it is worthy of mention that a smaller or greater surfactant concentration than that of the βCD, a βCD-Surfactant complex will form, in which the hydrophobic part of the surfactant (the tail) will be located partly within the βCD cavity, and since it is longer than the βCD, another part of it will protrude from the said cavity; thus, this new complex formed will adsorb on the solution surface. onsequently, from these interactions, the value of the critical micellar concentration, CMC, (the surfactant concentration needed to form the micelle) is affected because its value will increase with increasing βCD concentration. Another consequence derived from the interactions mentioned is shown by the surfactant micelle size, since this parameter diminishes with increasing βCD concentration. This is so because the micelles typically exhibit weak bonds, can be readily malleable. These results can be applicable to other molecules having lower molecular weight different to that of Q, namely: pharmaceuticals, flavonoids, xii tannins, neurotransmitters, and others due to competitivity arising between formation of a βCD-Surfactant inclusion complex, that is much greater than that of formation of a molecule-βCD complex, where the molecule must be organic with a low molecular weight, as stated above, in order to apply the criteria mentioned. The results of this research can certainly be applied in pharmaceutics, since once the molecule-βCD complex has been formed, it can release the molecule of interest in a controlled fashion upon addition of some surfactant. In Chapter 1 the three surfactants are characterized together with their interactions with Q, in water as solvent, in order to compare the parameters determined, namely: CMC, binding constant and micelle size with those reported in the literature; also, an indirect method was proposed to estimate the CMC. Chapter 2 proceeded to do the same analyses as before, although using now ClO4- at pH 4 as solvent, which diminished the CMC in SDS; further, an equation was proposed to estimate the supramolecular complexes constant having a stoichiometry different from 1:1. Chapter 3 presents the Q-βCD complex characterization that leads to formation of two inclusion complexes with stoichiometries 1:1 and 1:3 (the second complex has not been reported yet). Chapter 4 shows the assessment of the CMC value of each surfactant in the presence of βCD, thus demonstrating that the CMC value for each surfactant augments with increasing βCD concentration, because the surfactant forms a βCD-Surfactant inclusion complex, apart from the fact that the size of the micelles formed by SDS and TX100 is reduced due to the presence of these new complexes formed. Chapter 5 shows the estimation of the Q-MSurfactante binding complex constant in the presence of the βCD-Surfactant complex, which displayed a greater value that when CTAB and TX100 were used. Finally, Chapter 6 shows the determination of the βCD-Surfactant complex binding constant that rendered greater values compared to those obtained from the Q-βCD complex, thus clarifying that the βCD displays greater affinity for the surfactant than for the Q; En este trabajo de tesis doctoral, se describen los resultados de las interacciones debidas a la formación de un complejo de inclusión en presencia de tres surfactantes: dodecilsulfato de sodio, SDS, bromuro de hexadeciltrimetilamonio, CTAB, y tritón X-100, TX100. El complejo de inclusión fue formado a partir de beta ciclodextrina, βCD, que actuó como anfitrión de la quercetina, Q, que actúo como huésped. La finalidad de esta investigación es dilucidar el mecanismo correcto cuándo un complejo de inclusión, como el mencionado anteriormente, se hace interaccionar con alguno de los surfactantes antes mencionados, ya que, se encuentran investigaciones que reportan dos casos posibles: el primer caso propone que, el surfactante rompe dicho complejo para dar lugar a un nuevo complejo, βCD-Surfactante, dejando libre a la molécula de Q, que antes estaba incluida en la βCD y el segundo caso propone que, el complejo de inclusión interaccionará con el surfactante para formar un complejo ternario. Los resultados obtenidos en este trabajo de investigación corroboran el primer caso, donde el surfactante rompe el complejo de inclusión Q-βCD para formar un nuevo complejo de inclusión, βCD-Surfactante, dejando libre a la Q. Además, si la concentración del surfactante es menor que la concentración de la βCD se tendrá también formado el complejo Q-βCD, pero, cuando la concentración de surfactante es mayor que la concentración de βCD, se tendrá formado también el complejo formado por la Q con las micelas del surfactante, Q-MSurfactante. Cabe resaltar que, en ambos casos cuando la concentración del surfactante es menor o mayor a la concentración de la βCD, se formará el complejo βCD-Surfactante, en el cual, la parte hidrofóbica del surfactante (cola) estará dentro de la cavidad de la βCD y al ser más larga la cola del surfactante que la altura de la βCD, una parte de esta permanecerá fuera de la cavidad de la βCD, por lo tanto, este nuevo complejo formado se adsorberá en la superficie de la solución como lo hace el surfactante solo. Como consecuencia de estas interacciones, el valor de la concentración micelar crítica, CMC, (concentración del surfactante necesaria para que se forme la micela) se ve afectada, debido a que, conforme se aumente la concentración de la βCD el valor de la CMC también aumentará. Otra consecuencia debido a estas interacciones es evidenciada en el tamaño de la micela de surfactante, debido a que este parámetro disminuye con el aumente de la concentración de la βCD, esto es debido a que las micelas se caracterizan por estar formadas por medio de enlaces débiles, los cuales pueden ser fácilmente maleables. Estos resultados pueden ser aplicables a otras moléculas de bajo peso molecular diferentes a la Q, como pueden ser: fármacos, flavonoides, taninos, neurotransmisores, etc., debido a que la competitividad que se da entre la formación de un complejo de inclusión βCD-Surfactante es mucho mayor que la formación de algún complejo molécula-βCD, donde la molécula a usar debe ser orgánica y de bajo peso molecular como las que se mencionaron anteriormente, para que puedan ser aplicados dichos criterios. Los resultados de esta investigación podrían tener aplicaciones en el área de la farmacéutica, ya que, una vez formado el complejo molécula-βCD, se podría liberar a la molécula de interés de manera controlada al agregar algún surfactante. En el capítulo 1 se muestra la caracterización de los tres surfactantes y las interacciones con la Q, usando como disolvente agua, con la finalidad de comparar los parámetros determinados, como: CMC, constante de unión y tamaño de la micela con los reportados en la literatura, además, se propuso un método indirecto para el cálculo de la CMC. En el capítulo 2 se muestra el mismo análisis que en el capítulo anterior, pero en este caso se usó como disolvente ClO4- pH 4, obteniendo como resultado una disminución en el valor de CMC del SDS, además, se propone una ecuación para el cálculo de la constante de complejos supramoleculares con estequiometría diferente a la 1:1. En el capítulo 3 se muestra la caracterización del complejo Q-βCD, obteniendo la formación de dos complejos de inclusión con estequiometrías 1:1 y 1:3 (el segundo complejo no se ha reportado hasta el momento). En el capítulo 4 se muestra la determinación del valor de CMC de cada surfactante en presencia de la βCD, demostrando que el valor de CMC de cada surfactante aumenta con el incremento de la concentración de βCD, debido a que, el surfactante forma un complejo de inclusión βCD-Surfactante, además, el tamaño de la micela formada por el SDS y TX100 reducen su tamaño debido a la presencia de estos nuevos complejos formados. Después, en el capítulo 5 se muestra el cálculo del valor de la constante de unión del complejo Q-MSurfactante en presencia del complejo βCD-Surfactante, dando un valor mayor cuando se usó el CTAB y TX100. Finalmente, en el capítulo 6 se determinan las constantes de unión de los complejos βCD-Surfactante, dando como resultados, valores más grandes comparados con el valor obtenido para el complejo Q-βCD (capítulo 3), demostrando que efectivamente la βCD tiene mayor afinidad por el surfactante que por la Q