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TOMO LXV - Núm. 534 AFINIDAD MARZO-ABRIL 2008

TOMO LXV • Nº 534 • MARZO - ABRIL 2008 • AFINAE 66 (534) 97-176 (2008) • ISSN 0001 - 9704 oiisd mrss174 173 170 100 103 Noticias deEmpresas Novedades Técnicas General Información Generales Artículos Legislación INTERIOR PORTADA 534 16/6/08 08:43 Página 1

INSTRUCTIONS FOR AUTHORS

AFINIDAD accepts review articles, original papers (expe- language should seek assistance from proficient collea- rimental reports as well as theoretical studies) and short gues in order to produce manuscripts that are gramma- communications on all aspects of chemical engineering, tically and linguistically correct. process engineering, chemistry and biotechnology. Full Papers and Short Communications should conform to the format found in international chemistry journals TYPES OF PAPER and include: Title and authors, Abstract, Key words, Description, Results, Acknowledgements and References. 1. Full Papers should include a summary of 100-200 Title and authors: The title should head the manuscript words and 3-6 key words. They should be divided into and should be concise and carefully formulated. sections and should normally not exceed 10 printed Abbreviations and trade names should be avoided. The pages. Each manuscript should have less than 10 ori- title should be followed by the first names and surnames ginal figures and tables. of the authors, and address(es) of the laboratory where the work was carried out. Mark with and asterisk (*) the 2. Review Papers and articles of general interest related author to whom correspondence should be addressed. to chemistry are written and presented by scientists invited by the Editorial Board. The length of this type Abstract and key words: The abstract should summa- of article will depend upon the subject. rize the contents of the paper and should state the major findings and conclusion of the article. Any of the three 3. Short Communications should provide a concise sta- official languages can be used. A list of key words in alp- tement of a preliminary report or significant research habetical orden should be added in order to assist in abs- contribution, should include a summary of not more tract listing and index production. than 50 words and should normally not exceed 4 printed pages, containing no more than 2 figures or tables. Description: The main text should contain the following They will have publication priority. items in the sequence given: 4. Letters to the editor should either be on a topic of – Introduction: This brief statement should describe the scientific concern or give comment upon recently importance of the work in relation to the field, remai- published articles and should not exceed 2 printed ning problems, your hypothesis and the objective of pages. the study. Indicate what has been achieved. – Materials and Methods: This section should provide SUBMISSION OF MANUSCRIPT sufficient information to enable other investigators to repeat the work. The original manuscript plus two copies should be sent to: – Results and Discussion: This section should include all tables, graphs and illustrations necessary to unders- Editor of AFINIDAD tand the study. Results should be presented as conci- Asociación de Químicos e Ingenieros sely as possible. del Instituto Químico de Sarriá Vía Augusta, 390 – Conclusion: Authors must state the main conclusions 08017 Barcelona, Spain of the research and give a clear explanation of their importance and relevance. Authors will receive an immediate acknowledgement of receipt of their paper, followed within 6 months by noti- – References: References should be listed, in the order fication of acceptance or rejection after peer evaluation. in which they are cited in the text, at the end of the arti- Authors will be informed of the reasons should an article. Abbreviation should conform to the Chemical cle be turned down, but not be given the referee’s name. Abstracts Sources Index (CASSI). Papers that are unpu- blished but have been accepted by a journal may be Galley proofs will be sent to the author to whom corres- cited with the journal’s name followed by «in press». In pondence is to be directed (marked on the manuscript all other cases reference must be made to «unpublis- with an asterisk). These should be returned within the hed work» or «personal communication». dates specified, otherwise publication might be delayed. – Acknowledgements: Acknowledgements of financial There are no page charges, 25 offprints of each article support, advice or other kinds of assistance should be are supplied free of charge. Additional offprints can be made at the end of the paper. Acknowledgements ordered at current printing prices. should be kept to a minimum. Upon acceptance of the manuscript, the authors should – Units, nomenclature, formulae, graphs and mathe- be prepared to submit a diskette (3.5’’) bearing the final matical equations: The use of Système International version of the article written in one of the common word d’Unités (SI) is recommended. IUPAC standards should processing programs for PC. This can expedite publica- be observed. Known and accepted scientific abbre- tion. Label the disc with the Art. No., the word processing viations may be used, and special abbreviations should package and the version used. In case of a discrepancy be defined when first mentioned. Equations, formulae between the disc and the manuscript, the latter will be and graphs may be marked with Arabic numerals in taken as a definitive version. Illustrations will be accep- parentheses. ted in TIFF, PCX or BMP formats. Please also submit the illustration as separate files, even if they are incorpora- – Figures and tables: Figures should be submitted on ted into the text of the article. disc and hard copy, printed in black and white, and drawn in indian ink on good quality paper. Black and white photographs are accepted. Coloured photographs GUIDELINES FOR MANUSCRIPT will be considered in exceptional cases. The numbers PREPARATION and letters should be legible after the reduction of the original paper. The figure legends and tables footno- Articles must be in English, Spanish of Catalan, typed tes should be typewritten on a separate sheet. double-spaced throughout on pages of DIN A-4 size lea- ving a margin of 2.5 cm. on each side. All pages must be Authors should take care to assure the illustrations are numbered. Authors who are less familiar with the English received in good condition. TRIPA AFIN 534 13/6/08 12:52 Página 97

REVISTA DE QUIMICA TEORICA Y APLICADA EDITADA POR LA ASOCIACION DE QUIMICOS E INGENIEROS AFINIDAD DEL INSTITUTO QUIMICO DE SARRIA

Edita Redacción, Administración y Publicidad SP - ISSN 0001 - 9704 Asociación de Químicos e Ingenieros Vía Augusta, 390 D.L.B. 460 - 1958 del Instituto Químico de Sarriá 08017 Barcelona © Asociación de Químicos Tel. 93 267 20 12 e Ingenieros del Instituto Químico de Sarriá, 1973 Director Fax: 93 280 42 76 J. Árboles Muntadas afin @ iqs.es http://www.aiqs.es Periodicidad Director Adjunto 6 números año R. Queralt Teixidó, S.I. Coordinación Publicidad Lino Hernández Rué Precios suscripción anual (2008) Consejo Directivo Móvil: 606 211 900 España, Portugal, Países de J.M. Castelló Mestanza [email protected] Latino-América y Filipinas: 37,50 € J. Árboles Muntadas Demás países: 83,20 $ U.S.A. Número suelto (ordinario): 12,60 € Comité de Redacción Fotocomposición, Fotomecánica y CTP A. Barrera Berro S.I. BCN’93 A. Ginebreda Martí Ramón Turró, 100-104 M.A. Pericás Brondo 08005 Barcelona A. Planas Sauter Tel. 93 225 03 26 J.M. Ribó Arboledas Fax 93 221 05 88 L. Victori Companys S.I. [email protected]

SUMARIO

Legislación Española y Comunitaria, publicada en el B.O.E. y en el D.O.U.E. de Diciembre de 2007 a Febrero de 2008, por D.B. Sánchez de Rojas...... 100-102

Obtención de gas de síntesis por tratamiento térmico en microondas de biomasa y biogás, por Y. Fernández, B. Fidalgo, A. Domínguez, J.J. Pis y J.A. Menéndez...... 103-109

Impacto de la contaminación atmosférica sobre el contenido de metales pesados de Talinum triangulare cosechada en huertos urbanos y peri-urbanos, por Tamara de Armas, Débora Castro, Jorge Pino y María Liva...... 110-114

Transformación de arsénico por bacterias aisladas de sedimentos enriquecidos con el metaloide, por C. Mellado, C. Badilla, G. Escalante, V.L. Campos y M.A. Mondaca...... 115-119

Componente natural y antropogénica de la composición química elemental de

las partículas suspendidas (PM2.5) y sus posibles fuentes de emisión, en un sitio de la zona metropolitana de la Ciudad de México, por R.V. Díaz y Elena Rosa Domínguez...... 120-128

Síntesis y caracterización fisicoquímica de circonia promovida con ácido tungs- tofosfórico y ácido bórico utilizada como catalizador en la isomerización de n- pentano, por J.M. Hernández Enríquez, L.A. Cortez Lajas, R. García Alamilla, A. Castillo Mares, G. Sandoval Robles, J.L. Rivera Armenta y L.A. García Serrano...... 129-135

Síntesis de 3,6-diisobutil-3,6-dimetil-1,2,4,5-tetraoxaciclohexano y estudio ciné- tico de su descomposición térmica en solución, por Gladys N. Eyler, Elida E. Álva- rez, Adriana Cañizo y Gastón Barreto...... 136-141

AFINIDAD LXV, 534, Marzo-Abril 2008 97 TRIPA AFIN 534 13/6/08 12:52 Página 98

Estudios preliminares de la descolorización del licor negro procedente del pulpeo Organosolv del bagazo de la caña de azúcar por Trametes versicolor, por Leyanis Mesa, Erenio González y Xavier Gabarell...... 142-147

Síntesis y reactividad deI isoíndigo: Nuevo estudio, por Abdel-Sattar S. Hamad Elgazwy y Saad R. Atta-Allah...... 148-155

Síntesis de nuevas quinoxalinas con actividades farmacológicas esperadas, por M.H. Sherif, M.G. Assy, F. Zahran y A. Khalil...... 156-162

Síntesis, reacciones y caracterización de derivados de 2-metiltionicotinonitrilo, pirazolopiridina y piridopirazolotriazina, por A.M. Abdel-Fattah, M.A.A. Elneairy, M.N. Gouda y F.A. Attaby...... 163-169

Información General...... 170-172

Novedades Técnicas...... 173

Noticias de Empresa...... 174

SUMMARY

Spanish and EU Law published at B.O.E. and D.O.U.E. from December 2007 to February 2008, by D.B. Sánchez de Rojas...... 100-102

Obtaining Synthesis Gas by Heat Treatment in Microwave Biomass and Biogas, by Y. Fernández, B. Fidalgo, A. Domínguez, J.J. Pis and J.A. Menéndez...... 103-109

Impact of the Atmospheric Contamination on the Content of Heavy Metals of Water Leaf (Talinum triangulare) Harvested in Urban and Peri-urban Farmlands, by Tamara de Armas, Débora Castro, Jorge Pino and María Liva...... 110-114

Arsenic transformation by isolated bacteria from sediments enriched with the metalloid, by C. Mellado, C. Badilla, G. Escalante, V.L. Campos and M.A. Mondaca...... 115-119

Natural and Anthropogenic Component of the Chemical Elementary

Composition of the Suspended Particles (PM2.5) and his Possible Emission Sources, at the Metropolitan Zone of the Mexico City, by R.V. Díaz and Elena Rosa Domínguez...... 120-128

Synthesis and physicochemical of promoted zirconia with tungstophosphoric acid and boric acid used as catalyst in the isomerization of n-pentane, by J.M. Hernández Enríquez, L.A. Cortez Lajas, R. García Alamilla, A. Castillo Mares, G. Sandoval Robles, J.L. Rivera Armenta and L.A. García Serrano...... 129-135

Synthesis of 3,6-Diisobutyl-3,6-Dimethyl-1,2,4,5-Tetraoxacyclohexane and the Kinetic Study of its Thermal Decomposition in Solution, by Gladys N. Eyler, Elida E. Álvarez, Adriana Cañizo and Gastón Barreto...... 136-141

Preliminary studies of black liquor decolourization from Organosolv pulping of sugar cane bagasse by Trametes versicolor, by Leyanis Mesa, Erenio González and Xavier Gabarell...... 142-147

Synthesis and Reactivity of Isoindigo: A Revisit, by Abdel-Sattar S. Hamad Elgazwy and Saad R. Atta-Allah...... 148-155

Synthesis of some New Quinoxalines with expected Pharmacological Activities, by M.H. Sherif, M.G. Assy, F. Zahran and A. Khalil...... 156-162

Synthesis, Reactions and Characterization of 2-methylthionicotino-nitrile, Pyrazolopyridine and Pyridopyrazolotriazine Derivatives, by A.M. Abdel-Fattah, M.A.A. Elneairy, M.N. Gouda and F.A. Attaby...... 163-169

98 AFINIDAD LXV, 534, Marzo-Abril 2008 TRIPA AFIN 534 13/6/08 12:52 Página 99

General Information...... 170-172

News Techniques...... 173

News Entreprises...... 174

SUMARI

Legislació Espanyola i Comunitària, publicada al B.O.E. i D.O.U.E. de Desembre 2007 a Febrer de 2008, per D.B. Sánchez de Rojas...... 100-102

Obtenció de gas de síntesi per tractament tèrmic en microones de biomasa i biogàs, per Y. Fernández, B. Fidalgo, A. Domínguez, J.J. Pis i J.A. Menéndez. ... 103-109

Impacte de la contaminació atmosfèrica sobre el contingut de metalls pesants de Talinum triangulare collida en horts urbans i peri-urbans, per Tamara de Armas, Débora Castro, Jorge Pino i María Liva...... 110-114

Transformació d’arsènic per bacteris aïllats de sediments enriquits amb el metal·loide, per C. Mellado, C. Badilla, G. Escalante, V.L. Campos i M.A. Mondaca...... 115-119

Component natural i antropogènic de la composició química elemental de les

partícules en suspensió (PM2.5) i les seves possibles fonts d’emissió, en un indret de la zona metropolitana de la Ciutat de Mèxic, per R.V. Díaz i Elena Rosa Domínguez...... 120-128

Síntesi i caracterització fisicoquímica de zircònia promoguda amb àcid tungsto- fosfòric i àcid bòric utilitzada com a catalitzador en la isomerització de n-pentà, per J.M. Hernández Enríquez, L.A. Cortez Lajas, R. García Alamilla, A. Castillo Mares, G. Sandoval Robles, J.L. Rivera Armenta i L.A. García Serrano...... 129-135

Síntesi de 3,6-diisobutil-3,6-dimetil-1,2,4,5-tetraoxaciclohexà i estudi cinètic de la seva descomposició tèrmica en solució, per Gladys N. Eyler, Elida E. Álvarez, Adriana Cañizo i Gastón Barreto...... 136-141

Estudis preliminars del descoloriment del licor negre procedent del procés Organosolv del bagàs de la canya de sucre per Trametes versicolor, per Leyanis Mesa, Erenio González i Xavier Gabarell...... 142-147

Síntesi i reactivitat de I’isoindi: Nou estudi, per Abdel-Sattar S. Hamad Elgazwy i Saad R. Atta-Allah...... 148-155

Síntesi de noves quinoxalines amb activitats farmacològiques esperades, per M.H. Sherif, M.G. Assy, F. Zahran i A. Khalil...... 156-162

Síntesi, reaccions i caracterització de derivats de 2-metiltionicotinonitril, pirazolopiridina i piridopirazolotriazina, per A.M. Abdel-Fattah, M.A.A. Elneairy, M.N. Gouda i F.A. Attaby...... 163-169

Informació General...... 170-172

Novetats Tècniques...... 173

Notícies d’Empresa...... 174

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LEGISLACIÓN ESPAÑOLA Y COMUNITARIA, PUBLICADA EN EL B.O.E. Y EN EL D.O.U.E. DE DICIEMBRE DE 2007 A FEBRERO DE 2008

D.B. Sánchez de Rojas Ingeniero Forestal

Spanish and EU Law published at B.O.E. and D.O.U.E. from December 2007 to February 2008

Legislació Espanyola i Comunitària, publicada al B.O.E. i D.O.U.E. de Desembre de 2007 a Febrer de 2008

COSMÉTICOS DOUE L 14 de 22/02/07 p. 14 15 REGLAMENTO (CE) No 156/2008 DE LA COMISIÓN de 21 de febrero de 2008 por el que se modifica el Reglamento DOUE L-22 de 25/01/08 p. 21 (CE) no 109/2007 en lo que se refiere al contenido mínimo Corrección de errores de la Directiva 2007/53/CE de la del aditivo para piensos monensina de sodio (Coxidín). Comisión, de 29 de agosto de 2007, por la que se modifica la Directiva 76/768/CEE del Consejo, relativa a los pro- DOUE L 50 de 23/02/08 p. 3 5 ductos cosméticos, a fin de adaptar su anexo III al pro- REGLAMENTO (CE) No 163/2008 DE LA COMISIÓN de 22 greso técnico (Diario Oficial de la Unión Europea L 226 de de febrero de 2008 relativo a la autorización del prepara- 30 de agosto de 2007). do de carbonato de lantano, octahidrato (Lantharenol) como aditivo para la alimentación animal. DOUE L 42 de 16/02/08 p. 43 44 DIRECTIVA 2008/14/CE DE LA COMISIÓN de 15 de febre- DOUE L 50 de 23/02/08 p. 6 7 ro de 2008 por la que se modifica la Directiva 76/768/CEE REGLAMENTO (CE) No 164/2008 DE LA COMISIÓN de 22 del Consejo, relativa a los productos cosméticos, para de febrero de 2008 por el que se modifica el Reglamento adaptar su anexo III al progreso técnico (CE) no 1444/2006 en lo relativo al contenido mínimo del aditivo para la alimentación animal Bacillus subtilis C 3102 (Calsporin).

DOUE L 50 de 23/02/08 p. 8 10 ALIMENTACIÓN ANIMAL REGLAMENTO (CE) No 165/2008 DE LA COMISIÓN de 22 de febrero de 2008 relativo a la autorización de un nuevo uso de 3 fitasa (Natuphos) como aditivo para piensos. DOUE L-37 de 12/02/08 p. 3-8 REGLAMENTO (CE) Nº 121/2008 DE LA COMISIÓN de 11 DOUE L-50 de 23/02/08 p. 11-13 de febrero de 2008 por el que se establece el método de REGLAMENTO (CE) No 166/2008 DE LA COMISIÓN de 22 análisis para la determinación del contenido de almidón de febrero de 2008 relativo a la autorización de un nuevo en las preparaciones del tipo de las utilizadas para la ali- uso del preparado Bacillus cereus var. toyoi (Toyocerina) mentación de los animales (código NC 2309). como aditivo para piensos.

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DOUE L-50 de 23/02/08 p. 14-16 ETIQUETADO DE PRODUCTOS REGLAMENTO (CE) No 167/2008 DE LA COMISIÓN de 22 ALIMENTICIOS de febrero de 2008 relativo a una nueva autorización por diez años para el uso de un coccidiostático como aditivo en la alimentación animal. DOUE L-27 de 31/01/08 p. 12-16 DIRECTIVA 2008/5/CE DE LA COMISIÓN de 30 de enero de 2008 relativa a la indicación en el etiquetado de deter- ALIMENTACIÓN HUMANA minados productos alimenticios de otras menciones obli- gatorias distintas de las previstas en la Directiva 2000/13/CE del Parlamento Europeo y del Consejo (Versión DOUE L-6 de 10/01/08 p. 4-6 codificada). DIRECTIVA 2008/4/CE DE LA COMISIÓN de 9 de enero de 2008 por la que se modifica la Directiva 94/39/CE con res- DOUE L-39 de 13/02/08 p.16-54 pecto a los alimentos previstos para la reducción del ries- REGLAMENTO (CE) Nº 110/2008 DEL PARLAMENTO go de fiebre puerperal. EUROPEO Y DEL CONSEJO de 15 de enero de 2008 relativo a la definición, designación, presentación, etiquetado DOUE L-8 de 11/01/08 p. 15-17 y protección de la indicación geográfica de bebidas espi- DECISIÓN DE LA COMISIÓN de 10 de enero de 2008 por rituosas y por el que se deroga el Reglamento (CEE) nº la que se autoriza la comercialización de bebidas de arroz 1576/89 del Consejo. con fitoesteroles o fitoestanoles añadidos como nuevo ali- mento con arreglo al Reglamento (CE) no 258/97 del Parlamento Europeo y del Consejo [notificada con el núme- ro C(2008) 6] (Los textos en lenguas finesa y sueca son los BIOCIDAS únicos auténticos) (2008/36/CE).

DOUE L-22 de 25/01/08 p. 21 DOUE L- 42 de 16/02/08 p. 45-47 Corrección de errores de la Directiva 2008/4/CE de la DIRECTIVA 2008/15/CE DE LA COMISIÓN de 15 de febre- Comisión, de 9 de enero de 2008, por la que se modifica ro de 2008 por la que se modifica la Directiva 98/8/CE del la Directiva 94/39/CE con respecto a los alimentos pre- Parlamento Europeo y del Consejo de forma que incluya vistos para la reducción del riesgo de fiebre puerperal la clotianidina como sustancia activa en su anexo I (Diario Oficial de la Unión Europea L 6 de 10 de enero de (Biocidas). 2008). DOUE L-42 de 16/02/08 p. 48-50 BOE nº 23 de 26/01/08 p. 4981-2 DIRECTIVA 2008/16/CE DE LA COMISIÓN de 15 de febre- REAL DECRETO 36/2008, de 18 de enero, por el que se ro de 2008 por la que se modifica la Directiva 98/8/CE del modifica la norma general de etiquetado, presentación y Parlamento Europeo y del Consejo de forma que incluya publicidad de los productos alimenticios, aprobada por el el etofenprox como sustancia activa en su anexo I Real Decreto 1334/1999, de 31 de julio, en lo que respec- (Biocidas). ta al etiquetado de determinados productos alimenticios que contienen altramuces y moluscos. BOE nº 52 de 29/02/08 p. 12382-3 BOE nº 23 de 26/01/08 p. 4983-6 ORDEN PRE/507/2008, de 26 de febrero, por la que se incluye la sustancia activa fluoruro de sulfurilo en el ane- CORRECCIÓN de erratas de la Orden SCO/3317/2007, de xo I del Real Decreto 1054/ 2002, de 11 de octubre, por el 8 de noviembre, por la que se modifica el anexo del Real que se regula el proceso de evaluación para el registro, Decreto 2106/1996, de 20 de septiembre, por el que se autorización y comercialización de biocidas. establecen las normas de identidad y pureza de los edul- corantes utilizados en los productos alimenticios.

DOUE L 39 de 13/02/08 p. 8 10 PRODUCTOS ECOLÓGICOS REGLAMENTO (CE) Nº 107/2008 DEL PARLAMENTO EUROPEO Y DEL CONSEJO de 15 de enero de 2008 por el que se modifica el Reglamento (CE) nº 1924/2006 rela- DOUE L-16 de 19/01/08 p. 26-7 tivo a las declaraciones nutricionales y de propiedades DECISIÓN DE LA COMISIÓN de 20 de diciembre de 2007 saludables en los alimentos por lo que se refiere a las com- por la que se modifican las Decisiones 2002/231/CE, petencias de ejecución atribuidas a la Comisión. 2002/255/CE, 2002/272/CE, 2002/371/CE, 2003/200/CE y 2003/287/CE al objeto de prorrogar la vigencia de los cri- DOUE L 39 de 13/02/08 p. 11 13 terios ecológicos para la concesión de la etiqueta ecoló- REGLAMENTO (CE) Nº 108/2008 DEL PARLAMENTO gica comunitaria a determinados productos. [notificada EUROPEO Y DEL CONSEJO de 15 de enero de 2008 por con el número C(2007) 6800] (2008/63/CE). el que se modifica el Reglamento (CE) nº 1925/2006, sobre la adición de vitaminas, minerales y otras sustancias determinadas a los alimentos. EVALUACIÓN DEL RIESGO Y LA ESTRATEGIA DOUE L 39 de 13/02/08 p. 14 15 DE LIMITACIÓN DE SUSTANCIAS REGLAMENTO (CE) Nº 109/2008 DEL PARLAMENTO EUROPEO Y DEL CONSEJO de 15 de enero de 2008 por el que se modifica el Reglamento (CE) nº 1924/2006 rela- DOUE C 34 de 07/02/08 p. 1 33 tivo a las declaraciones nutricionales y de propiedades Comunicación de la Comisión sobre los resultados de la saludables en los alimentos. evaluación del riesgo y la estrategia de limitación de este

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de las sustancias siguientes: piperazina; ciclohexano; dii- NORMAS U.N.E socianato de metilendifenilo;but 2 ino 1,4 diol; metiloxirano; anilina; acrilato de 2 etilhexilo; 1,4 diclorobenceno; 3,5 dinitro 2,6 dimetil-4-terc butilacetofenona; ftalato de di (2 BOE nº 31 de 05/02/08 p. 6377-84 etilhexilo); fenol y 5 terc butil - 2,4,6-2,4,6 trinitro m xileno RESOLUCIÓN de 17 de enero de 2008, de la Dirección (2008/C 34/01). General de Desarrollo Industrial, por la que se publica la relación de normas UNE aprobadas por AENOR durante DOUE L 33 de 07/02/08 p. 8 11 el mes de diciembre de 2007. RECOMENDACIÓN DE LA COMISIÓN de 6 de diciembre de 2007 en materia de medidas de reducción del riesgo de BOE nº 51 de 28/02/08 p. 12275-8 las siguientes sustancias: piperazina; ciclohexano; diiso- RESOLUCIÓN de 7 de enero de 2008, de la Dirección cianato de metilendifenilo; but 2 ino 1,4 diol; metiloxirano; General de Desarrollo Industrial, por la que se publica la anilina; acrilato de 2 etilhexilo; 1,4 diclorobenceno; 3,5 dini- relación de normas UNE aprobadas por AENOR durante tro 2,6 dimetil 4 terc butilacetofenona; ftalato de di (2 etil- el mes de enero de 2008. hexilo); fenol ; 5 terc butil 2,4,6 trinitro m xileno [notificada con el número C(2007) 5901] (2008/98/CE).

CONVENIO DE PERFUMERÍA RESIDUOS DE PLAGUICIDAS BOE nº 47 de 23/02/08 p. 10981-2 DOUE L-36 de 09/02/08 p. 7-15 RESOLUCIÓN de 7 de febrero de 2008, de la Dirección General de Trabajo, por la que se registra y publica la revi- RECOMENDACIÓN DE LA COMISIÓN de 4 de febrero de sión salarial correspondiente al año 2007 y la actualización 2008 relativa a un programa comunitario coordinado de de las tablas salariales del año 2008, del Convenio colec- control para 2008, destinado a garantizar el respeto de los tivo estatal de perfumería y afines. (STANPA). límites máximos de residuos de plaguicidas en los cerea- les y en determinados productos de origen vegetal, así como a los programas nacionales de control para 2009. [notificada con el número C(2008) 369] (2008/103/CE). CONVENIO DE LA INDUSTRIA QUÍMICA DOUE L-50 de 23/02/08 p. 17-50 DIRECTIVA 2008/17/CE DE LA COMISIÓN de 19 de febre- BOE nº 40 de 15/02/08 p. 8511 12 ro de 2008 por la que se modifican determinados anexos RESOLUCIÓN de 31 de enero de 2008, de la Dirección de las Directivas 86/362/CEE, 86/363/CEE y 90/642/CEE General de Trabajo, por la que se registra y publica el Acta del Consejo en lo que respecta a los contenidos máximos de 16 de enero de 2008, donde se recogen los acuerdos de residuos de acefato, acetamiprid, acibenzolar-s-meti- de revisión salarial correspondientes al año 2007 y las lo, aldrín, benalaxil, benomilo, carbendazima, clormecuat, tablas salariales definitivas para dicho año, así como el clortalonil, clorpirifos, clofentezina, ciflutrin, cipermetrina, incremento salarial correspondiente al año 2008 y las nue- ciromazine, dieldrín, dimetoato, ditiocarbamatos, esfen- vas tablas salariales para el mismo del XV Convenio colec- valerato, espiroxamina, famoxadona, fenhexamida, feni- tivo general de la industria química. trotión, fenvalerato, glifosato, indoxacarbo, lambda- cialotrina, mepanipirima, metalaxilo-M, metidatión, metoxifenozida,pimetrozina, piraclostrobina, pirimetanil, tiacloprid, tiofanato-metil y trifloxistrobina. (Residuos pla- IMPUESTOS guicidas)

BOE nº 52 de 29/02/08 p. 12383-12402 DOUE L-23 de 26/01/08 p. 13-14 ORDEN PRE/508/2008, de 26 de febrero, por la que se REGLAMENTO (CE) No 67/2008 DE LA COMISIÓN de 25 modifican los anexos II de los Reales Decretos 569/1990, de enero de 2008 por el que se modifica el Reglamento de 27 de abril y 280/1994, de 18 de febrero, por los que se (CE) no 3199/93 relativo al reconocimiento mutuo de pro- establecen los límites máximos de residuos de plaguici- cedimientos para la desnaturalización completa del alco- das y su control en determinados productos de origen ani- hol a efectos de su exención de los impuestos especiales. mal y vegetal, respectivamente.

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Obtención de gas de síntesis por tratamiento térmico en microondas de biomasa y biogás

Y. Fernández, B. Fidalgo, A. Domínguez, J.J. Pis, J.A. Menéndez* Instituto Nacional del Carbón, CSIC, Apartado 73, 33080 Oviedo, Spain

Obtaining Synthesis Gas by Heat Treatment in Microwave Biomass and Biogas

Obtenció de gas de síntesi per tractament tèrmic en microones de biomasa i biogàs

Recibido: 14 de septiembre de 2007; revisado y aceptado: 30 de octubre de 2007

RESUMEN SUMMARY

En este trabajo se estudia la pirólisis, tanto en microon- This work deals with the conventional and microwave- das como en horno eléctrico, de un residuo procedente assisted pyrolysis of coffee hulls in order to determine de la industria del café, con objeto de comparar la influen- the influence of the pyrolysis method on the characte- cia del calentamiento en las características de las frac- ristics of the pyrolysis products. The high syngas con- ciones resultantes. La alta proporción de gas de sínte- tent obtained in microwave heating (73 vol %) is thought

sis (H2 + CO) obtenida con el microondas (hasta del 73%) to be a result of the fact that self-gasification of the char

es debida al hecho que la auto-gasificación del carboni- with CO2 and the catalytic decomposition of CH4 are favou-

zado con el CO2 liberado y que la descomposición cata- red in microwave. Individual reactions were also studied

lítica de CH4 se ven favorecidas por este tipo de calen- in both heating methods. The conversions were greater tamiento. Así, los experimentos de estas dos últimas for microwave than for conventional heating.

reacciones llevadas a cabo de manera individual, con In the case of methane decomposition, CH4 conversion ambos sistemas de calentamiento, demuestran que se experiences a significant drop due to the formation of dan mayores conversiones en el microondas. coke deposits which reduce catalytic activity. However,

En el caso de la descomposición de CH4, la conversión, when a CH4/CO2 mixture was used, this problem was mini-

que inicialmente alcanza valores próximos al 100%, expe- mized since the CO2 partly removed the carbon deposits rimenta un descenso importante al cabo de pocos minu- formed, providing an “in situ” route for catalyst regene- tos como consecuencia de la formación de depósitos de ration. Results reported in this paper have serve as star- carbono que bloquean los centros activos de la superfi- ting point for the development of a new process for con- cie del catalizador. Sin embargo, una combinación de version of biogas into syngas. ambas reacciones, i.e. reformado de CH4 con CO2, mejo- Key words: Gas synthesis. Microwave. Biogas. ra el proceso de conversión de CH4 a H2, debido a que el

CO2 gasifica los depósitos de carbono generados, permitiendo una regeneración “in situ” del catalizador. Estos resultados han servido como punto de partida para el desarrollo de un nuevo procedimiento que permitiría convertir biogás en gas de síntesis. Palabras clave: Gas de síntesis. Microondas. Biogás. * E-mail: [email protected]

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RESUM En este trabajo, se ha estudiado la posibilidad de obtener gas de síntesis mediante la aplicación de un tratamiento En aquest treball, s’estudia la piròlisi, tant en microones térmico con microondas a un residuo vegetal procedente com en forn elèctric, d’un residu procedent de la indús- de la industria del café (cascarillas del café). Por otra par- tria del cafè, a efectes de comparar la influència de l’este, y con objeto de explicar la inusualmente elevada pro- calfament en les característiques de les fraccions resul- porción de gas de síntesis obtenida con este tratamiento,

tants. L’alta proporció de gas de síntesi (H2 + CO) también se llevaron a cabo estudios de gasificación con obtinguda amb el microones (fins al 73%) es deu al fet CO2 del residuo carbonoso resultante de esta pirólisis, de

que l’autogasificació del carbonitzat amb el CO2 allibe- descomposición de CH4 usando este residuo como cata-

rat i que la descomposició catalítica de CH4 es veuen afa- lizador y una combinación de ambas reacciones, i.e. refor- vorides per aquest tipus d’escalfament. Així, els experi- mado de CH4 con CO2 (reformado seco). ments d’aquestes dues últimes reaccions realitzades individualment, amb ambdós sistemes d’escalfament, demostren que es donen majors conversions emprant el 2. EXPERIMENTAL microones.

En el cas de la descomposició de CH4, la conversió, que Como material de partida se empleó un residuo vegetal inicialment assoleix valors propers al 100%, experi- procedente de la industria del café (cascarillas de café). menta un descens important als pocs minuts com a Este residuo, con un alto contenido en celulosa, fue sumi- conseqüència de la formació de dipòsits de carboni nistrado por la industria cafetera en forma de pellets cilín- que bloquegen els centres actius de la superfície del dricos (aproximadamente 3 mm de diámetro y 2 cm de lon- catalitzador. Tanmateix, en combinar ambdues reac- gitud). La Tabla I muestra las principales características

cions (reformat de CH4 amb CO2) millora el procés de químicas del residuo.

conversió de CH4 a H2, ja que el CO2 gasifica els dipò- sits de carboni generats, permetent una regeneració 2.1. PIRÓLISIS “in situ” del catalitzador. Aquests resultats serveixen Los experimentos de pirólisis se llevaron a cabo, tanto en com a punt de partida per al desenvolupament d’un nou horno eléctrico (HE) como en horno microondas (HM), bajo procediment que permetria convertir biogàs en gas de tres temperaturas de operación: 500, 800 y 1000 ºC. El síntesi. tiempo medio en alcanzar la temperatura fue de 10 min Mots clau: Gas de síntesi. Microones. Biogàs. para el HE y de 5 min para el HM, permaneciendo 15 min más a la temperatura de operación. En todos los casos, se colocaron 15 g de pellets en un reactor de cuarzo (40 cm de longitud y 2 cm de diámetro interno) y se utilizó un –1 1. INTRODUCCIÓN flujo de 60 mL min de N2 como gas de inertización. Los detalles del equipo experimental se han descrito anterior- De entre las fuentes de energía renovables, la biomasa mente(6). ocupa actualmente el primer lugar, a escala mundial, en lo Puesto que la biomasa tiene una alta transparencia a las que se refiere a producción de energía primaria. La valo- microondas, fue necesario mezclar los pellets con un cap- rización energética de la biomasa puede llevarse a cabo tador de energía microondas, para así alcanzar las tem- siguiendo distintos procesos, uno de las cuales, estudia- peraturas de operación(7). Para ello, a la carga mencionado en este trabajo, es la pirólisis. Existe abundante litera- da anteriormente se le añadieron 3 g del carbonizado tura sobre el tema(1-3) y son numerosas las investigaciones obtenido previamente en el HE a 1000 ºC. Puesto que el llevadas a cabo con distintos materiales(4, 5). En los últimos receptor de microondas presentaba un menor tamaño que tiempos, la pirólisis está recibiendo gran atención, ya que los pellets, fue posible llevar a cabo la separación de mane- controlando las variables de operación (temperatura, velo- ra manual. cidad de calentamiento, tiempo de residencia de los volá- Los volátiles que se liberaron de la muestra durante los tiles…y en nuestro caso, el sistema de calentamiento) pue- experimentos de pirólisis, se hicieron pasar a través de de dirigirse el proceso hacia la producción mayoritaria de cinco condensadores consecutivos, situados en baños alguna de las fracciones obtenidas(3). refrigerantes, los tres últimos conteniendo diclorometano.

TABLA I Principales características químicas de las cascarillas de café.

Análisis Inmediato (% masa) Análisis Elemental (% masa)a Humedad Cenizasa Materia volátila C (%) H (%) N(%) S (%) O (%)b

8.2 5.6 77.0 47.3 6.4 2.7 0.3 37.7

Principales componentes inorgánicos de las cenizas (expresado en % en base seca de los óxidos del metal)

K2O CaO MgO SO3 P2O5 SiO2 Fe3O2 MnO CuO ZnO SrO

40.3 29.6 11.3 7.0 5.2 4.7 1.3 0.2 0.2 0.2 0.2

a base seca; b calculado por diferencia.

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La fracción orgánica disuelta en el diclorometano se obtu- donde XCO2 (% volumen) es la conversión del CO2 a un tiem-

vo evaporando el disolvente a 40 ºC. Los gases no con- po dado, y (CO)f (% volumen) y (CO2)f (% volumen) son las densables se recogieron en bolsas Tedlar® de 12 L pro- concentraciones para ambos gases en el gas de salida, vistas de un dispositivo de polipropileno que permitía tomar determinadas por cromatografía de gases. muestras del interior. Los rendimientos de las fracciones sólida y líquida fueron calculados a partir del peso de cada fracción en base seca, 2.3. DESCOMPOSICIÓN DE CH4 mientras que el rendimiento en gases se evaluó por diferencia. El análisis inmediato (humedad, cenizas y materia Los experimentos de descomposición de CH4 se lleva- volátil) y el análisis elemental (C, H, O, N y S) fueron deter- ron a cabo a 800 ºC tanto en HE como en HM, utilizan- minados con una termobalanza LECO-TGA 601 y en un do 13 g del residuo carbonoso (tamaño 1-3 mm) resultante de la pirólisis en HE a 1000 ºC. El flujo empleado equipo LECO CNHS-932, respectivamente. El contenido –1 –1 –1 en oxígeno fue calculado por diferencia. fue de 36 mL min , i.e. velocidad espacial 0.166 L g h , y el tiempo que duró el experimento fue de 130 min. La Se calcularon las densidades reales (dr), a partir de la densidad de He, utilizando un picnómetro de gas AccuPyc 133 conversión de CH4 se calculó a partir de las concentraciones de H2 y CH4 del gas efluente, según la siguiente y las densidades aparentes (da) a partir de la densidad de Hg a 1 atmósfera, utilizando un equipo Autopore IV-9500, ecuación (2): ambos de Micromeritics. Los gases recogidos durante la pirólisis se analizaron en XCH4 = 100 x [(H2)f / 2] / [(CH4)f + (H2)f / 2] (2) un cromatógrafo de gases Perkin-Elmer Sigma 15, pro- visto de un detector de conductividad térmica (TDC). Los gases se inyectaron secuencialmente en dos columnas de donde XCH4 (% volumen) es la conversión de CH4 a un tiem- acero inoxidable. Una de ellas de tamiz molecular 13X po dado, y (H2)f (% volumen) y (CH4)f (% volumen) son las Teknokroma 3FT, 80/100 mallas con unas dimensiones de concentraciones para ambos gases en el gas de salida, 0.90 m de longitud y 1/8” de diámetro, y otra Porapak N determinadas por cromatografía de gases. Tecknokroma 10FT, 60/80 mallas, de 3 m de longitud y 1/8” de diámetro. La temperatura del horno fue de 50 ºC, utili- 2.4. REFORMADO DE CH4 CON CO2 zándose He como gas portador con un flujo de 20 mL min–1. Las temperaturas del inyector y del detector fueron 100 y Los experimentos del reformado de CH4 con CO2 se lle- 150 ºC, respectivamente, y el volumen de muestra inyec- varon a cabo a 800 ºC tanto en HE como en HM, utili- tada fue de 50 µL. Previamente se hizo un calibrado a par- zando diferentes lechos. Por una parte, se emplearon 13 tir de mezclas de gases patrón de composición conocida g del residuo carbonoso (tamaño 1-3 mm) resultante de y similar a la prevista en los gases a analizar. la pirólisis en HE a 1000 ºC, y por otro, 13 g de un carbón activado comercial (Filtracarb FY5) hecho de cáscara de 2.2. GASIFICACIÓN DEL RESIDUO CARBONOSO CON CO2 coco y activado con vapor de agua (tamaño 0.5-2 mm), 2 –1 Los experimentos de gasificación con CO2 se llevaron a con un área superficial de 826 m g (ver Tabla II). Con cabo a 500, 650, 800 y 1000 ºC en HE, y a 300, 350, 400, objeto de simular la composición de un biogás, se empleó 500 y 800 ºC en HM, utilizando 3.5 g del residuo carbonoso una mezcla sintética de gases CH4/CO2 correspondiente (tamaño 1-3 mm) obtenido de la pirólisis en HE a 1000 ºC. a una proporción 1:1. Los flujos empleados fueron de 36 –1 –1 El flujo de CO2 empleado fue de 60 mL min , i.e. velocidad mL min para cada uno de los gases, de manera que el espacial 1.028 L g–1 h–1, y el tiempo total que duró el expe- flujo total fue de 72 mL min–1, i.e. velocidad espacial 0.332 –1 –1 rimento fue de 30 min. La conversión del CO2 se calculó a L g h . El tiempo total del experimento fue de 130 min

partir de las concentraciones de CO y CO2 del gas efluen- para el lecho del carbonizado obtenido en la pirólisis y te, según la siguiente ecuación (1): de 260 min para el lecho de carbón activado. La conver- sión de ambos gases se calculó a partir de las ecuacio-

XCO2 = 100 x [(CO)f / 2] / [(CO2)f + (CO)f / 2] (1) nes (1) y (2).

TABLA II Principales características químicas del carbón activado.

Análisis Inmediato (% masa) Análisis Elemental (% masa)a Humedad Cenizasa Materia volátila C (%) H (%) N(%) S (%) O (%)b

6.7 2.8 3.0 95.7 0.5 0.5 0.2 0.3

Principales componentes inorgánicos de las cenizas (expresado en % en base seca de los óxidos del metal)

SiO2 K2OAl2O3 Fe2O2 CaO Na2O SiO3 MgO TiO2 Ni Co

39.8 25.4 9.06 9.04 6.40 3.01 2.77 2.71 1.18 n.d.c n.d.c

a base seca; b calculado por diferencia; c n.d., no determinado.

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3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN volatilización. Por otra parte, la presencia de menores por- centajes de carbono fijo y de una mayor porosidad en el residuo sólido obtenido en el HM a cualquier temperatu- 3.1. PIRÓLISIS ra, parece indicar que tiene lugar una auto-gasificación del La pirólisis de las cascarillas de café mostró que al aumen- carbonizado y que esto ocurre en mayor medida en HM tar la temperatura se obtiene un mayor rendimiento en que utilizando HE, tal y como se discutirá más adelante. gases y una disminución del residuo carbonoso, mientras En la Tabla IV aparecen reflejadas las características quí- que el rendimiento en líquidos no experimenta variación micas de los aceites resultantes de la pirólisis a distintas apreciable con la temperatura(8). temperaturas. Se aprecia una disminución del contenido Como se observa en la Tabla III, el residuo carbonoso pro- de oxígeno y de la proporción H/C con la temperatura, lo cedente de la pirólisis presenta un incremento en el con- que indica la pérdida de un gran número de grupos fun- tenido de carbono y un disminución de otros elementos, cionales durante la pirólisis, como consecuencia del cra- especialmente de H y O, a medida que aumenta la tem- queo de volátiles, siendo la proporción de ambos pará- peratura, como consecuencia de un mayor grado de des- metros incluso inferior para el caso del HM.

TABLA III Principales características químicas y texturales de los residuos carbonosos procedentes de las pirólisis de pellets de cascarillas de café en HE y HM, a distintas temperaturas.

HE HM

Temperatura (ºC) 500 800 1000 500 800 1000

Análisis Inmediato (%)a Cenizas 20.8 23.4 24.4 20.7 22.6 23.9 Materia Volátil 22.0 13.6 12.3 26.8 20.6 18.6 Carbono fijob 57.2 63.0 63.3 52.5 56.8 57.5

Análisis Elemental ( %)a C (%) 64.0 68.8 69.3 67.3 68.9 69.6 H (%) 2.4 0.6 0.7 2.4 1.4 0.9 N (%) 2.8 2.1 1.6 3.1 3.0 2.6 S (%) 0.3 0.3 0.3 0.3 0.4 0.4 O (%)b 9.7 4.8 3.7 6.2 3.7 2.6 H/C 0.45 0.10 0.12 0.43 0.24 0.16

Propiedades texturales Da (Hg) (mL g-1) 0.925 0.855 0.805 0.762 0.749 0.715 Dr (He) (mL g-1) 1.610 1.609 1.570 1.526 1.568 1.607 Porosidad (%) 42.5 46.9 48.7 50.0 52.2 55.5 BET (m2 g-1) n.d. n.d. 1.4 1.4 25.4 21.8 D.R. Vol. microporos (mm3 g-1) n.d. n.d. 4.6 40.9 42.1 49.8

a base seca; b calculado por diferencia; n.d. no determinado; D.R. Dubinin-Radushkevich.

TABLA IV Análisis elemental y relación H/C de los aceites procedentes de la pirólisis de pellets de cascarillas de café a distintas temperaturas, en HE y en HM.

HE HM

Temperatura (ºC) 500 800 1000 500 800 1000

Análisis Elemental ( %)a C (%) 69.9 69.9 70.5 74.0 74.8 74.4 H (%) 8.7 8.4 8.1 8.4 8.3 8.2 N (%) 6.0 6.6 8.1 8.1 7.8 8.0 S (%) 0.3 0.4 0.6 0.8 0.6 0.6 O (%)b 15.1 14.7 12.7 8.7 8.5 8.8 H/C 1.49 1.44 1.38 1.36 1.33 1.32

a base seca.

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Las características de la fracción gaseosa resultante de los primeras fases del proceso. Por otro lado, el calen- los experimentos de pirólisis pueden verse reflejadas en tamiento con microondas da lugar a la aparición de pun- la Figura 1. De manera general, un aumento de tempera- tos calientes, que podrían ser considerados como “micro-

tura conlleva una disminución substancial de CO2 acom- plasmas”, tanto desde el punto de vista temporal (ya que

pañada de un incremento de H2 y CO. Además, se aprecia solamente duran fracciones de segundo), como espacial

la formación de hidrocarburos ligeros, tales como CH4 y (ya que se localizan en regiones muy pequeñas), con tem-

C2H6, que experimentan un leve descenso con la tempe- peraturas mucho más elevadas que la temperatura media ratura. El efecto de la temperatura en la composición de del material (determinada con un pirómetro óptico(6) ). los gases es similar en ambos sistemas de calentamien- Estos dos hechos hacen que en el HM se vean favoreci- to, pero se aprecian importantes diferencias cuantitativas, das las reacciones heterogéneas (3) y las reacciones sobretodo a bajas temperaturas. Mientras que en el HE el catalíticas heterogéneas (4) entre el residuo carbonoso

CO2 es el gas mayoritario a cualquier temperatura, en el y los gases desprendidos. Una hipótesis similar basada

HM destaca el alto contenido en gas de síntesis (H2 + CO), en la formación de puntos calientes durante el calenta- hasta del 73% a 1000 ºC, lo que unido a los bajos por- miento en microondas aplicado a otros sistemas catalí-

centajes de CO2 y CH4, sugiere que durante la pirólisis se ticos heterogéneos en fase gas ha sido propuesta recien- está produciendo la auto-gasificación del carbonizado con temente(9).

el CO2 liberado (3) y la descomposición catalítica de CH4 (4). Por otro lado, estas reacciones se encontrarían favo- 3.2. GASIFICACIÓN DEL RESIDUO CARBONOSO CON CO2 recidas por el calentamiento en microondas: Con objeto de verificar la hipótesis de la auto-gasifica- –1 C + CO2 ↔ 2CO ∆H298 = 173 kJ mol (3) ción del residuo carbonoso con el CO2 liberado durante la pirólisis(10), se llevó a cabo la reacción (3) de manera –1 CH4 → C + 2H2 ∆H298 = 75.6 kJ mol (4) individual usando ambos sistemas de calentamiento. Para ello se utilizó el residuo carbonoso, el cuál actúa: como Las diferencias encontradas entre las fracciones resul- captador de microondas, como reactivo y como catali- tantes de la pirólisis del residuo en función del disposi- zador, debido al elevado porcentaje en K presente en la tivo empleado, pueden explicarse en base a los distin- materia mineral (ver Tabla I), favoreciendo la conversión (11) tos mecanismos a través de los que se produce el de CO2 a CO . La evolución de la conversión de CO2 con calentamiento. Así, mientras que las microondas calien- respecto al tiempo, reflejados en la Figura 2, demuestra tan directamente el residuo carbonoso –reactivo en (3) y que la reacción (3) se encuentra, en efecto, muy favore- catalizador en (4)–, favoreciendo que la muestra se cida en el HM. De manera general, la conversión mues- encuentre a mayor temperatura que los alrededores, en tra pequeñas variaciones a lo largo del experimento y las el HE el gradiente térmico es opuesto, especialmente en principales diferencias entre ambos tipos de calentamiento cobran mayor importancia a bajas temperaturas.

Así, por ejemplo, la conversión de CO2 en HM a 500 ºC es incluso mayor que la obtenida en HE a 800 ºC. No obs- tante, en el HM la temperatura medida por el pirómetro óptico se corresponde con la temperatura media del material y no con la de los microplasmas, considerada mucho mayor.

Figura 2. Variaciones de la conversión de CO2 con el tiempo bajo calentamiento en HE y en HM. Las temperaturas empleada aparecen indicadas en la leyenda después de las siglas HM y HE.

3.3. DESCOMPOSICIÓN DE CH4

Para explicar el alto contenido de H2 presente en el gas resultante de la pirólisis, se llevó a cabo la reacción (4) de manera individual, utilizando un lecho del residuo carbonoso obtenido en pirólisis previas como captador de micro- Figura 1. Composición de los gases obtenidos de la piró- ondas y como catalizador de la reacción. Este último lisis a diferentes temperaturas, en HE y en HM. aspecto lo prueba el hecho de que experimentos previos

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a 800 ºC en ausencia de carbonizado no dieron lugar a nido en la pirólisis(16) (ver Figura 4), muestran que efectiva-

conversión alguna de CH4. La Figura 3 muestra que la con- mente se produce una mejora de la conversión de CH4 a

versión de CH4 es especialmente alta al comienzo del expe- H2, ya que la curva se mantiene relativamente constante rimento, y que a los pocos minutos, experimenta un fuer- en el transcurso del experimento, siendo ahora claramente descenso hacia valores próximos al 20%. Esto es debido te mayor para el caso del HM. Además, la conversión de

al bloqueo de centros activos de la superficie del catali- CO2 se ve favorecida al introducir la mezcla CH4/CO2 con

zador con los depósitos de carbono generados en la reac- respecto a cuando el CO2 reacciona solo. Este aumento

ción de descomposición. En otros trabajos de nuestro gru- en la conversión de CO2 puede deberse a la mayor reacti- (12) po de investigación , se ha estudiado la naturaleza vidad de ciertos átomos de carbono (carbono-α)(17, 18), pre- heterogénea de estos depósitos, diferenciando entre depó- sentes en los depósitos de carbono procedentes de la des-

sitos de carbón amorfo y nanofilamentos de carbono. Estas composición de CH4, con respecto a los átomos de carbono últimas estructuras solamente aparecieron cuando se contenidos en el residuo carbonoso. empleó calentamiento en microondas, y bajo unas determinadas condiciones de operación.

Figura 4. Variación de las conversiones de CH4 y CO2 a 800 ºC, en HE (símbolos negros) y en HM (símbolos blan- cos), utilizando el residuo carbonoso obtenido en la piró- lisis de cascarillas de café a 1000 ºC en HE.

Figura 3. Variación en la conversión de CH4 a 800 ºC con el tiempo, tanto en HE como en HM. Por otra parte, como se aprecia en la Figura 5, cuando se utiliza un lecho de carbón activado (ver sección 2) se observa que en HE se produce un descenso más pronunciado de las conversiones, ya desde los primeros minutos, esta- bilizándose en torno al 50% para cada uno de los gases de En el caso del HM, la conversión de CH4 es ligeramente superior durante los primeros minutos del experimento, lo la mezcla introducida. Esto es debido a que el carbón acti- que implica una mayor producción de depósitos que con- vado presenta un menor contenido en K, con respecto al ducen a una desactivación más rápida del catalizador, residuo carbonoso, que catalice la reacción de gasifica- como queda reflejado en la curva del HM cuando cae por ción de los depósitos que bloquean los centros activos res- debajo de la del HE. Por lo tanto, el principal problema que ponsables de la descomposición de CH4. Sin embargo, con aparece al utilizar este carbonizado como catalizador de el calentamiento en HM no tiene lugar esa disminución, sino esta reacción, es su rápida pérdida de actividad. Otros que las conversiones de CO2 y CH4, que comienzan próxi- investigadores han encontrado una tendencia similar con mas al 100%, permanecen por encima del 80% durante el el uso de diferentes catalizadores carbonosos para la des- tiempo que dura el experimento, siendo incluso mayor para (13) (14) el CH4 que con respecto a cuando se utiliza el lecho del composición de CH4 (char , carbón activado , negro de carbón(15) ). residuo carbonoso. Esto muestra claramente el efecto favo- rable del calentamiento con microondas.

3.4. REFORMADO DE CH4 CON CO2 Una posible solución al problema de la desactivación del catalizador consistiría en la combinación de las reaccio-

nes (3) y (4), llevando a cabo el reformado de CH4 con CO2 o reformado seco (5):

–1 CH4 + CO2 ↔ 2H2 + 2CO ∆H298 = 260.5 kJ mol (5)

De esta forma los depósitos de carbono generados en la

descomposición de CH4 (o al menos parte de ellos), son

continuamente eliminados con el CO2 para dar CO, mejo-

rando, por tanto, la conversión de CH4 a H2 y obteniéndo-

se así un gas de síntesis (H2 + CO). Para comprobar esta hipótesis se llevó a cabo la reacción (5) de manera indivi-

dual pasando una mezcla CH4/CO2 en relación 50/50 a tra-

vés de distintos lechos que actuaban como captador de Figura 5. Variación de la conversión de CH4 y CO2 a microondas y como catalizador. Por una parte, los resul- 800 ºC, en HE (símbolos negros) y en HM (símbolos blan- tados obtenidos con un lecho del residuo carbonoso obte- cos) utilizando carbón activado.

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Estos resultados han servido como punto de partida para 6. BIBLIOGRAFÍA el desarrollo de un nuevo procedimiento que permitiría (19) convertir biogás en gas de síntesis . Mediante este tra- (1). J.A. Caballero, R. Font, A. Marcilla, J.A. Conesa: J. Anal. tamiento el CH4 del biogás se descompone a H2 sobre un Appl. Pyrol., 40-41, 433, 1997. material carbonoso que actúa como captador de micro- (2). J.A. Conesa, A. Marcilla, R. Moral, J. Moreno-Caselles, ondas y catalizador, el cual, a su vez, se está regeneran- A. Pérez-Espinosa: Thermochim. Acta, 313, 63, 1998. do continuamente por la acción del CO2, también conte- (3). S. Yaman: Energ. Convers. Manage., 45, 651, 2004. nido en el biogás (auto-reformado), que gasifica los (4) . J.M. Encinar, F.J. Beltrán, J.F. González, M.J. Moreno: depósitos de carbono producidos. J. Chem. Technol. Biot., 70, 400, 1997. (5). M.J. Antal, S.G. Allen, X. Dai, B. Shimizu, M.S. Tam, M. Grønli: Ind. Eng. Chem. Res., 39, 4024, 2000. (6) 4. CONCLUSIONES . A. Domínguez, J.A. Menéndez, M. Inguanzo, J.J. Pis: Fuel Process. Technol., 86, 1007, 2005. (7). J.A. Menéndez, M. Inguanzo, J.J. Pis: Water Res., 36, El alto contenido en gas de síntesis (H2 + CO) obtenido en la pirólisis de cascarillas de café en microondas es 3261, 2002. (8) debido a que la auto-gasificación del residuo carbonoso . A. Domínguez, J.A. Menéndez, Y. Fernández, J.J. Pis,

con el CO2 liberado y la descomposición de CH4 se J.M. Valente Nabais, P.J.M. Carrott, M.M.L. Ribeiro Carrott: encuentran favorecidas por este tipo de calentamiento. J. Anal. Appl. Pyrolysis, 79, 128, 2007. Cuando las anteriores reacciones se llevan a cabo de (9). X. Zhang, D.O. Hayward: Inorg. Chim. Acta, 359, 3421, 2006. manera individual, tanto en microondas como en horno (10). J.A. Menéndez, A. Domínguez, Y. Fernández, J.J. Pis: eléctrico, se observa que, mientras que la conversión de Energ. Fuel., 21, 373, 2007. (11) CO2 a CO se mantiene elevada durante todo el tiempo, la . M.J. Height, J.B. Howard, J.W. Tester, J.B. Vander: J. conversión de CH4 experimenta un fuerte descenso a los Phys. Chem., 109, 12337, 2005. pocos minutos como consecuencia del bloqueo de los (12). Y. Fernández, B. Fidalgo, A. Domínguez, A. Arenillas, centros activos de la superficie del catalizador, con los J.A. Menéndez: Carbon, 45, 1706, 2007. depósitos de carbono generados. Sin embargo, cuando (13). Z. Bai, H. Chen, B. Li, W. Li: Int. J. Hydrogen Energ., 31, se combinan ambas reacciones, i.e. reformado de CH4 899, 2006. con CO2, se logra mejorar la conversión de CH4 a H2, ya (14) . M.H. Kim, E.K. Lee, J.H. Jun, S.J. Kong, G.Y. Han, B. que el CO2 gasifica estos depósitos proporcionando una Lee: Int. J. Hydrogen Energ., 29, 187, 2004. regeneración “in situ” del catalizador, siendo mayor en el (15) caso del microondas. . E.K. Lee, S.Y. Lee, G.Y. Han, B.K. Lee, T.-J. Lee, J.H. Jun: Carbon, 42, 2641, 2004. (16). A. Domínguez, Y. Fernández, B. Fidalgo, J.J. Pis, J.A. Menéndez: Energ. Fuel., 21, 2066, 2007. 5. AGRADECIMIENTOS (17). S. Wang, G.Q. Lu: Energy Fuel., 10, 896, 1996. (18). Z.L. Zhang, X.E. Verykios: Catal. Today, 21, 589, 1994. Y. Fernández y B. Fidalgo agradecen al CSIC y al Fondo (19). A. Domínguez, J.A. Menéndez, J.J. Pis, Y. Fernández, Social Europeo la financiación recibida bajo el programa B. Fidalgo: Patente Española (Nº de solicitud: 2007/01512; de becas predoctorales I3P-BDP-2006. Fecha: 01/06/07).

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Impact of the Atmospheric Contamination on the Content of Heavy Metals of Water Leaf (Talinum triangulare) Harvested in Urban and Peri-urban Farmlands

Tamara de Armas1(*), Débora Castro1, Jorge Pino2, María Liva3 1(*) Finlay Institute, Ave. 27 esquina 198, No. 19805. La Lisa, Ciudad de la Habana, CP. 11600, Cuba 2Food Industry Research Institute, Cuba 3Institute of Materials and Reagents. University of Havana, Cuba

Impacto de la contaminación atmosférica sobre el contenido de metales pesados de Talinum triangulare cosechada en huertos urbanos y peri-urbanos

Impacte de la contaminació atmosfèrica sobre el contingut de metalls pesants de Talinum triangulare collida en horts urbans i periurbans

Recibido: 23 de noviembre de 2006; revisado: 23 de septiembre de 2007; aceptado: 24 de octubre de 2007

RESUMEN SUMMARY

Se determinaron los contenidos de cadmio, cobre, The contents of cadmium, copper, manganese, nickel manganeso, níquel y plomo en Talinum triangulare and lead were determined in water leaf (Talinum trian- (Jacq.) Willd. en diferentes huertos urbanos y peri-urba- gulare (Jacq.) Willd.) in different urban and peri-urban nos de La Habana, los cuales fueron clasificados de farmlands from Havana, which were previously classified acuerdo con la contaminación cualitativa del aire con according to the qualitative contamination of the air with el objetivo de evaluar la influencia de la calidad del aire the objective to evaluate the influence of air quality on sobre la concentración de estos metales en la planta. the concentration of these metals in the plant. Las determinaciones de los metales se realizaron por Determinations of these metals were made by atomic espectrometría de absorción atómica usando la soni- absorption spectrometry using sonication with 1 mol·L–1 cación con ácido nítrico a 1 mol·L–1 durante 1 hora para nitric acid during 1 hour to take the sample to aqueous llevar la muestra a fase acuosa. Los valores obtenidos phase. Values obtained ranged from 0,1 to 0,13 ppm for oscilaron entre 0,1 – 0,13 ppm para el cadmio; 0,89 – cadmium; 0,89 – 1,39 ppm for copper; 18,25 – 30,41 ppm 1,39 ppm cobre; 18,25 – 30,41 ppm manganeso; 0,73 for manganese; 0,73 – 1,49 ppm for nickel and 0,52 – 0,7 – 1,49 ppm níquel y 0,52 – 0,70 ppm para el plomo. El ppm for lead. The Principal Component Analysis (PCA) of Análisis de Componentes Principales (ACP) de los the results showed that the grouping of samples accor- resultados mostró que el agrupamiento de las mues- ding to their heavy metals content followed a pattern simi- tras según sus contenidos de metales pesados siguió lar to that of the classification of farmlands as to air pollu- un patrón similar al de la clasificación de los huertos tion, used as criterion to conduct the study and thus PCA según la polución del aire, utilizada como criterio para can be considered as an estimator of the atmospheric realizar el estudio y por lo tanto el ACP puede ser con- contamination by heavy metals of crops for further works. siderado un estimador de la contaminación atmosfé- Key words: Atmospheric pollution. Heavy metals. Talinum rica de los cultivos por metales pesados para traba- triangulare. jos futuros. Palabras claves: Contaminación atmosférica. Metales pesados. Talinum triangulare. * Author for correspondence.

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RESUM A variety of works (Pilegaard and Johnsen, 1984; Aremu and Udoessien, 1990; Srikanth and Raja, 1991; Adeniyi, Es determinen els continguts de cadmi, coure, man- 1996; Puschenreiter, 1999; Ni et al., 2002; Yusuf et al., 2003; ganès, níquel i plom en Talinum triangulare (Jacq.) Finster et al., 2004) reflects the impact environmental con- Willd. en diferents horts urbans i periurbans de l’Ha- tamination by heavy metals is having on urban agricultu- vana, que hom classifica d’acord amb la contamina- re, that is why the objective of this work was to evaluate ció qualitativa de l’aire, amb l’objectiu d’avaluar la the contents of Cd, Cu, Mn, Ni and Pb in water leaf culti- influència de la qualitat de l’aire sobre la concentració vated in urban and peri-urban farmlands of Havana loca- d’aquests metalls en la planta. Les determinacions dels ted in zones of different degree of atmospheric pollution. metalls es realitzen mitjançant espectrometria d’ab- sorció atòmica emprant sonicació amb àcid nítric (1 mol.L-1) durant 1 hora per passar la mostra a fase MATERIALS AND METHODS aquosa. El valors obtinguts oscil·len entre 0,1 i 0,13 ppm per al cadmi; 0,89 – 1,39 ppm per al coure; 18,25 – Sampling 30,41 ppm per al manganès; 0,73 – 1,49 ppm per al níquel, i 0,52 – 0,70 ppm per al plom. L’Anàlisi de To carry out sampling, several urban and peri-urban farm- Components Principals (ACP) dels resultats mostra lands of Havana city were classified into four zones of que l’agrupament de les mostres segons els seus con- atmospheric contamination by the Department of tinguts de metalls pesants segueix un patró similar al Environmental Health from the Cuban Ministry of Health: de la classificació dels horts segons la contaminació high atmospheric contamination zone (H), medium zone de l’aire utilitzada com a criteri per realitzar l’estudi, i (M), low zone (L) and clean zone (C), according to the qua- per tant el ACP es pot considerar un estimador de la lity of the air in which they were located. contaminació atmosfèrica dels cultius per metalls Three farmlands per each of these zones of air contami- pesants per a treballs futurs. nation were sampled for a total of 12 farmlands: 9 urban farmlands (zones of high, medium and low contamination) Mots clau: Contaminació atmosfèrica. Metalls pesants. and 3 peri-urban farmlands (clean zone), during the months Talinum triangulare. of November and December of 2004. The most important considerations taken into account for this classification were: physical-chemical characteristics of different types of pollutants, kind of generating sources, proximity of a INTRODUCTION group of static important sources of contaminants of the air as it is the case of relevant industries and the proximity It is well known that the environmental pollution associa- of some routes of high automotive traffic by light or heavy ted to the increase of industrialization and urbanization vehicles (movable sources of air contamination). The direc- threatens production, quality and security of foods, which tion and frequency of predominant winds and the visual constitutes a danger for human health. apparent opacity of air of Ringelmann´s Smoke Chart were The presence of metallic elements in foods widely varies also considered. depending on technological practices of production and For sampling, current standard for determinating pestici- manufacture, as well as the degree of environmental con- de wastes in agricultural products (NRAG 165: 1979) of tamination (Buchaver and Haghiri, 1973). Vegetal Health from the Ministry of Agriculture was used. Heavy metals are of considerable environmental concern In each farmland, a general sample was randomly taken due to their toxicity and cumulative capacity (Omgbu and from the stonecutters (recommended for less than 5 hec- Kokogbo, 1993; Birley and Lock, 2000). Some metals like tares of crops) avoiding to take from the edges, for a size cadmium, mercury, lead, nickel and bismuth are consi- of representative sample of around 1.5-2 kg of the edible dered highly toxic for human health (Zeeuw and Lock, part of the vegetable. 2000). Metallic pollutants can be accumulated in crops and some Determination of heavy metals species have more bioaccumulation capacity than others as it is the case of leafy vegetables (Buchaver, 1973), in The samples were dried in stove at 100 °C during 24 hours which the absorption of metals from the contaminated irri- (Zurera, et al., 1987) and later ground in a mill Planetarium gating water, the earth through the roots or the air due to Retsech 60 model PM 4 at 60 rpm until the dust obtained the deposition on the foliage of airborne particles and its completely passed through a 60-mesh sieve. subsequent absorption and translocation to different parts For the determination of metals Cd, Cu, Mn, Ni and Pb, an of the plants take place (Zeeuw and Lock, 2000). absorption atomic spectrometer Philips PU 1900 was used Contamination of leafy vegetables by heavy metals pre- working with 65 Pa air pressure, a 22 L/min acetylene flow sent in the atmosphere is influenced by the characteristics and wavelengths 228.8; 324.8; 279.5; 232 and 217nm res- of the species, such as type of tissues of the leaves, their pectively. The treatment used to take the analyte to aque- orientation, as well as their form and size that determine a ous phase was the sonication in ultrasound bath Fungilab –1 greater or smaller area of deposition. On the other hand, with 1 mol.L of nitric acid during 1 hour at room tempe- particle size, wind direction and environmental humidity rature, determining the five elements to each of the 12 sam- are also factors that influence deposition, retention and ples. Determinations were made in triplicate, reporting the absorption of the atmospheric metallic contaminants in the average value in ppm in wet base. plant (Mulgrew and Williams, 2000). A variance analysis of simple classification was carried out Urban and peri-urban agriculture constitutes an important among samples of the different areas of air contamination food source for the populations of many developing coun- for each of the metals. When significant differences were tries. The urban farmlands of the most important cities of found, means were compared by Duncan test of multiple Cuba also have the characteristic of being organic, thus ranks with a 95% confidence. they are called “organoponics” by the population. Here, a To know if there were differences among samples from the variety of vegetables are biologically cultivated (with no 12 farmlands according to their content of heavy metals, use of agrochemicals), among which water leaf (Talinum Principal Components Analysis (PCA) (Hair et al., 1999) was triangulare), a leafy vegetable of African origin until now carried out. To perform the PCA, the starting point was a little -known has extended in the last years. data matrix n x p of p = 5 variables (metallic contaminants)

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and n = 12 farmlands. A matrix R was obtained from an auto-

scaling up one Z; every element Zij (1 ≥ i ≥ n; 1 ≥ j ≥ p) was calculated by standardization of the corresponding element – dij of the original data matrix D, Zij = (dij – dj) / Sj, where dj is the arithmetical mean and Sj is the standard deviation of n elements of the vector j. The matrix R was used as initial matrix in the analysis of main components. For that purpo- se, the program Statistica 6.0 (StatSoft, Tulsa) was used.

RESULTS AND DISCUSSION

Table I shows concentrations of the metallic elements of water leaf from different farmlands and average concentrations and standard deviation of them per each zone of air contamination. From the analysis of variance for every heavy metal, no significant differences among different zones were obtained, except in copper, in which the zone of medium contamination was significantly different from the rest. The multi-variable statistical analysis allows obtaining the Figure 1. Three dimensional plots of score from PCA. distribution and interpretation of many variables of a system as a whole. This approach is important, particularly in data where generally, it is not possible to find differences Legend: when they are analyzed separately. Its use here allows, through determining the concentration of a group of meta- H1, 2, 3: Samples corresponding to three organic farmlands with llic contaminants (variables) in the water leaf, the differen- high air pollution tiation of samples coming from the organic farmlands loca- M1, 2, 3: Samples corresponding to three organic farmlands with ted in zones with different degrees of air contamination, medium air pollution taking into account its possible relation with the heavy L1, 2, 3: Samples corresponding to three organic farmlands with metal content of the vegetable. low air pollution The results of Principal Component Analysis (PCA) appe- C1, 2, 3: Samples corresponding to three organic farmlands with ar in Figure 1, where three groups of samples can be obser- no air pollution

TABLE I Heavy metals concentrations (ppm) in wet base (92% wet) of water leaf from urban and peri-urban organic farmlands with different air pollution.

Metal Zone H Zone M Zone L Zone C

Cadmium 0.14 0.08 0.09 0.09 0.12 0.12 0.09 0.11 0.13 0.11 0.20 0.11 0.13 (0.01) 0.10 (0.02) 0.13 (0.07) 0.10 (0.01)

Copper 1.23 1.42 1.16 0.92 0.92 1.36 0.87 0.71 0.93 1.38 1.22 1.02 1.03 (0.18) 1.39 (0.03) 1.08 (0.19) 0.89 (0.16)

Manganese 17.79 10.51 19.95 16.34 29.10 42.09 13.93 52.81 7.86 24.36 45.62 22.09 18(11) 26 (16) 27 (17) 30 (20)

Nickel 1.26 1.06 0.85 0.81 1.82 1.70 0.87 0.76 1.39 0.79 2.17 0.63 1.49 (0.29) 1.18 (0.47) 1.30 (0.76) 0.73 (0.09)

Lead 0.73 0.45 0.77 0.61 0.70 0.40 0.49 0.61 0.66 0.70 0.42 0.54 0.70 (0.04) 0.52 (0.16) 0.56 (0.19) 0.59 (0.04)

Average values and (standard deviations) appear in bold.

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ved: One involving the samples of the organic farmlands C1, These results of the PCA allowed to know and infer that C2, C3 and L2, differentiated by the first principal component; there is a relationship between the atmospheric contami- another with the samples H1, H2, H3, L1 and M3, differentia- nation as a whole (qualitative criterion) and the heavy metal ted by the second main component and a third correspon- concentration in the air and, at the same time, this is also ding to the rest of the evaluated samples M1, M2 and L3. related to the heavy metal concentration of water leaf, that Thus, the grouping of samples coming from the organic is, although it was impossible to make direct measure- farmlands approximately reproduced the zones of different ments of the concentration of these metals in the air (quan- air contamination where they were located. Nevertheless, titative criterion), which is difficult and expensive and equip- there is overlapping in this case since only three groups of ment was not available, the qualitative criterion used for samples were differentiated while the classification of farmlands was made in four zones of air contamination. It can the classification of the air in zones of high, medium, low be observed in the same figure, that while the samples of and clean, can be considered an estimator of the atmosp- organic farmlands of extreme zones, that is, clean and high heric contamination by heavy metals of edible plants for zones, are well differentiated and they are in two different future works. groups, those corresponding to farmlands with low and medium contamination were inserted in some of these three groups but following a logical sequence in which, for exam- ple, one sample coming from a farmland with low pollution

air (L3) is overlapped with two samples from medium air

pollution and another sample of low pollution zone (L2) overlapped with the three samples of the clean zone group. The only exception in this distribution of the 12 samples stu-

died was L1 which fell into the group in which the samples corresponding to high air contamination are. Paying attention to factors loading (Table II) of each of the main components, Cd and Ni metals contribute more for PC 1; Cu significantly contributes for PC 2, while for PC 3, only Pb contributed. Manganese, being the metal that is in a concentration much greater than the rest of metals (Figure 2) did not contribute to any of the components or its contribution in this distribution was not important, probably because its accumulation as contaminant in the plants is more related to the absorption from the ground than that from the air. As it can be seen in Table III, the first two main components (PC 1 and PC 2) are those of greater explanation of the system variance (67.96 %), whereas PC 3 explains the 17.32 %, for a total of 85.28 % of explanation of total variance, which is a good value given the heterogeneity of heavy Figure 2. Average concentrations of metals Cd, Cu, Mn, Ni metal concentrations of samples from different organic y Pb (mg/kg) in water leaf from urban and peri-urban farm- farmlands (Table I). lands with different air pollution.

TABLE II BIBLIOGRAPHY Loading of the variables on the PCA. Adeniyi, A.: «Determination of cadmium, iron, lead, man- Variable PC 1 PC 2 PC 3 ganese and zinc in water leaf (Talinum triangulare) in dump- sites». Environ. Int. 22(2): 259-262; 1996. Cadmium 0.8583* 0.1753 0.3459 Aremu, C; Udoessien, E.: «Chemical estimation of some Copper 0.2797 0.8740* 0.1615 inorganic elements in selected tropical fruits and vegetable». Nigeria. Fd. Chem.; 37(3): 229-234; 1990. Manganese 0.6588 0.4649 -0.3136 Birley, M.H; Lock, K.: «Health and peri-urban natural resour- Nickel 0.8663* -0.0458 0.2905 ce production». Environ. Urbaniz. 10(1): 89-106; 1999. Lead 0.5282 0.3267 0.7332* Buchauer, M. J.: «Contamination of soil and vegetation near a zinc smelter by zinc, cadmium and lead». Environ. Sci. * significant differences at p < 0.05 Technol., 7:13-15; 1973. Finter, M.E.; Gray, K.A.; Bing, H.J.: «Lead of edibles grown in contaminated residential soils: a field survey». Sci. Tot. TABLE III Environ. 320 (2-3): 245- 257; 2004. Eigenvalues and accumulative percent of total Haghiri, F.: «Cadmium uptake by plants». J. Environ. Qual., variance derived from PCA. 2:93-96; 1973. Hair, J.F.; Anderson, R.E.; Tatham, R.L.; Black, W.C.: «Análisis Multivariante». Madrid: Prentice Hall Iberia, 1999. Total Cumulative PC Eigenvalues Mulgrew, A.; Williams, P.: «Biomonitoring of air quality using Variance (%) Variance (%) plants. II». Heavy Metals. Series Air Hygiene Report No 10. Ms Elfriede Huber (WHO CC). Berlin, Germany, February 1 2.2784 45.57 45.57 2000, 13-59. 2 1.1196 22.39 67.96 Ni, W; Yang, X; Long, X.: «Differences of cadmium absorp- 3 0.8658 17.32 85.28 tion and accumulation in selected vegetable crops. China». J. Environ. Sci. 14(3): 399-405; 2002.

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NRAG-165: 1979. Norma Ramal. Ministerio de la Agricultura. Yusuf, A; Arowolo, T; Bangbose, O.: «Cadmium, cooper «Determinación de residuos de plaguicidas [Determination and nickel levels in vegetable from industrial and residen- of plaguicide remainders]. Técnicas de muestreo. Productos tial areas of Lagos city, Nigeria». Fd. Chem. Toxicol. 41(3): agrícolas en el campo». 375-378; 2003. Omgbu, J.A., Kokogbo, M.A.: «Determination of Zn, Pb, Cn Zeeuw, H; Lock, K. 2000: «La agricultura urbana y peri- and Hg in soils of Ekpan», Nigeria. Environ. Int. 19: 611- urbana, Salud y Medio Ambiente Urbano. IId. Absorción 612; 1993. de metales pesados de suelos, agua y aire contaminados. Pilegoard, K.; Jonhsen, J.: «Heavy metal uptake from air Conferencia electrónica de FAO- ETS/ RUAF sobre la and soil by transplanted plants of Achillea millefolium and Agricultura Urbana y Peri- Urbana». 21 de agosto- 30 de Hordeun vulgare». Ramusen, L. (ed.) Ecolof. Bull. (NER) 36: septiembre del 2000. 97-102; 1984. Zurera, G. Estrada, B. Rineon, F. Pozo, R.: «Lead and cad- Puschenreiter, M.; Hartl, W.; Horak, O.: «Urban agricultu- mium contamination levels in edible vegetables». Bull. re on heavy metal contaminated soils in Eastern Europe Environ, Contam. Toxicol. 38: 805-812; 1987. Lodwig Boltzmarm Institute for Organic Agriculture and Applied Ecology», Viena, 1999. Srikanth, R. y Raja Papi Reddy, S. Lead, «Cadmium and chromium levels in vegetables grown in urban sewage slud- ge-hyderabad», India. Fd. Chem. 40: 229-234; 1991.

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Transformación de arsénico por bacterias aisladas de sedimentos enriquecidos con el metaloide

C. Mellado, C. Badilla, G. Escalante, V.L. Campos, M.A. Mondaca* Departamento de Microbiología, Facultad de Ciencias Biológicas, Universidad de Concepción, Chile, Casilla 160-C

Arsenic transformation by isolated bacteria from sediments enriched with the metalloid

Transformació d’arsènic per bacteris aïllats de sediments enriquits amb el metal·loide

Recibido: 13 de enero de 2007; revisado: 11 de junio de 2007; aceptado: 24 de octubre de 2007

RESUMEN SUMMARY

Las bacterias presentes en ambientes contaminados The bacteria in environments contaminated with arsenic con arsénico son capaces de resistir esta presión are affected, surviving those microorganisms that are ambiental y adaptarse mediante mecanismos de resis- capable of resisting this environmental pressure and to tencia, lo que involucra, entre otros, la oxidación y/o adapt by means of arsenic-resistance mechanisms: the reducción del metaloide. El objetivo del presente tra- oxidation and reduction of the metalloid. The aim of the bajo fue investigar las propiedades redox en bacterias work was to investigate the properties redox in arsenic- tolerantes a arsénico, aisladas de sedimentos natura- tolerant bacteria isolated from natural sediments. The sedi- les. Los sedimentos se obtuvieron del río Camarones ments were obtained from Camarones river (I region, Chile). (I región, Chile). Las muestras se incubaron en medio The samples were incubated in mineral media for 7 days, mineral durante 7 días, a temperatura ambiente. to environment temperature, with agitation. Appropriate Diluciones apropiadas fueron sembradas en agar R2A dilutions of the samples were sowed in agar R2A and incu- e incubaron a 25 ºC, hasta 7 días. Los niveles de tole- bated to 25 ºC, up to 7 days. The tolerance levels for As(III) rancia para cada metal se determinaron mediante dilu- and As (V) were determined by dilution plate. The pro- ción seriada en placa. La propiedad de oxidar o redu- perty of As- oxidizing or As-reducing of the selected bac- cir arsénico se investigó mediante nitrato de plata. Los teria was investigated using nitrate of silver. The results resultados muestran la presencia de bacterias resis- show the presence of As- resistant bacteria with toleran- tentes a arsenito y arseniato, con niveles de tolerancia ce levels to >8mM. We found that 36,84% of the bacteria > 8mM. El 36,84% de las cepas aisladas de sedimen- isolated from arsenic-rich sediments presented arsenia- tos ricos en arsénico presentaron actividades reduc- te reductase activity bigger than 50%. On the other hand, toras (>50%). En cambio, en bacterias aisladas de sedi- in bacteria isolated from sediments with low concentra- mentos con bajas concentraciones del metaloide, la tions of the metalloid, arseniate reductase activity chan- actividad reductora varió entre un 10% y 25%. Se pue- ge among 10% and 25%. This indicated the arsenic selects de concluir que la presencia de arsénico selecciona bacteria witch tolerated high concentrations of arsenic bacterias con la capacidad de tolerar concentraciones across the transformation of As(V) en As(III). altas de arsénico a través de la transformación de As(V) Key word: Arsenic tolerance. Arsenite oxidation. Arsenate en As(III). reduction. Palabras claves: Tolerancia a arsénico. Oxidación de arsenito. Reducción de arseniato. * E-mail: [email protected]

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RESUM Diluciones apropiadas de las muestras se sembraron en agar R2A y se incubaron a 25 ºC hasta 7 días. Para su man- Els bacteris presents en ambients contaminats amb tenimiento se prepararon cultivos en medios líquidos y gli- arsènic són capaces de resistir aquesta pressió ambien- cerol (50%) y se mantuvieron a –70°C. tal i adaptar-se mitjançant mecanismes de resistèn- cia, el que involucra, entre d’altres coses, l’oxidació i/o reducció del metal·loide. L’objectiu del present treball Identificación bacteriana és investigar les propietats redox en bacteris tolerants Las bacterias aisladas se caracterizaron de acuerdo a su a l’arsènic, aïllades de sediments naturals. Els sediments afinidad tintorial mediante la tinción de Gram. Los bacilos s’han obtingut al riu Camarones (I regió, Xile). Les mos- Gram negativos se identificaron de acuerdo a la presen- tres s’incuben en medi mineral durant 7 dies, a tempe- cia de oxidasa y propiedades bioquímicas. ratura ambient. Es sembren dilucions apropiades en agar R2A i s’incuben a 25ºC fins a 7 dies. Els nivells de tolerància per a cada metall es determinen mitjançant Niveles de tolerancias a arsénico dilució seriada en placa. La propietat d’oxidar o reduir arsènic s’investiga emprant nitrat de plata. Els resultats Los niveles de tolerancia se determinaron mediante la téc- mostren la presència de bacteris resistents a arsenit i nica de dilución seriada en placa (NCCL, 1992). Se utilizó arseniat, amb nivells de tolerància > 8mM. El 36,84% de agar Luria adicionado de concentraciones variables de les soques aïllades de sediments rics en arsènic pre- arsenito de sodio o arseniato de sodio, entre 0.1 y 8 mM. senten activitats reductores (>50%). Per contra, en bac- Cada una de las placas se inoculó con diluciones apro- teris aïllats de sediments amb baixes concentracions piadas de cultivos bacterianos de 24 h de incubación. Como del metal·loide, l’activitat reductora varia entre un 10% control, se inocularon placas con Agar Luria, sin arsénico. i un 25%. Es pot concloure que la presència d’arsènic Las placas se incubaron a 25 ºC durante 24 a 48 h y se selecciona bacteris amb la capacitat de tolerar con- observó la presencia de desarrollo bacteriano. (Muller et centracions altes d’arsènic a través de la transforma- al. 2003). ció d’As(V) en As(III).

Mots clau: Tolerància a arsènic. Oxidació d’arsenit. Transformaciones redox Reducció d’arseniat. Las cepas bacterianas seleccionadas se cultivaron en cal- do Luria a 25 ºC, hasta obtener una densidad óptica entre 0.4-0.6 a 600 nm. 1 ml del cultivo fue centrifugado a 1500 INTRODUCCION rpm durante 10 min. El pellet fue lavado dos veces con medio mineral y resuspendido en 1 ml del mismo medio. El arsénico es un metaloide tóxico que se distribuye exten- 100 ul de la suspensión se traspasó a un tubo eppendorf sa, pero irregularmente a nivel de atmósfera, hidrosfera, con 400 ul de medio mineral (pH 7.0) adicionado con As(III) suelos, sedimentos y organismos vivos (Cullen & Reimer, o As(V), 2mM, respectivamente. Luego de incubar a 25 ºC 1989). Las fuentes naturales de arsénico ambiental inclu- durante 24h se agregó a cada tubo 100 ul de AgNO3 0.1 M, yen el volcanismo, la actividad hidrotérmica y la erosión preparado al momento de su uso. Los resultados obteni- de rocas sedimentarias e ígneas (Kulp et al. 2004). La acción dos fueron comparados con un estándar descrito por antropogénica, por su parte, constituye una segunda fuen- Simeonova et al. (2004). te de arsénico en el medio; mediante el uso de compuestos químicos agrícolas, como pesticidas y herbicidas; pre- servativos para madera; materiales colorantes y residuos de la fundición y explotación minera. RESULTADOS En ambientes naturales, el arsénico inorgánico, existe principalmente en dos estados: reducido, bajo la forma de En este estudio se aislaron 27 cepas bacterianas selec- arsenito, como As(III), u oxidado, como [As(V)], en forma cionadas desde sedimentos naturales, 8 cepas prove- de arseniato. Ambos estados son tóxicos para la mayoría nientes de sedimento del río Lauca, utilizadas como control debido a que presenta bajos niveles de arsénico de los organismos. El arsenito, interfiere con los grupos –1 sulfhidrilo de los aminoácidos, pudiendo interrumpir la (90-100 ugL ) y 19 cepas aisladas de sedimento del río Camarones, zona con altas concentraciones del metaloi- estructura de la proteína; mientras que el arseniato, como –1 3– de (1100 ugL ). análogo del fosfato (PO4 ), puede alterar una variedad de procesos celulares que implican su utilización (Tamaki & Las cepas bacterianas, provenientes de sedimento del río Frankenberger, 1992). Lauca, fueron identificadas como bacilos Gram negativos, Los microorganismos han desarrollado diversos meca- no fermentadores, oxidasa positivos, pertenecientes al nismos de resistencia y detoxificación para el arsénico, los género Pseudomonas (100%). Las aisladas de muestra de cuales se basan principalmente en la reducción y oxida- sedimento del río Camarones, correspondieron a bacilos ción del metaloide. Gram negativos fermentadores, oxidasa negativo (81%) y El objetivo del trabajo fue Investigar las propiedades redox no fermentadores, oxidasa positivo (19%). Los fermenta- en bacterias resistentes a arsénico, aisladas desde sedi- dores se identificaron como especies de la familia mentos naturales del río Camarones, I Región. Enterobacteriaceae y del género Enterobacter y Klebsiella. Los no fermentadores, se identificaron como especies correspondientes al género Pseudomonas. MATERIALES Y METODOS A cada una de las cepas seleccionadas se les determinaron los niveles de tolerancia a arsenito y arseniato. Cepas bacterianas Las cepas bacterianas aisladas del río Lauca, presentaron niveles de tolerancia de 2mM y 4mM para As (III) y Las cepas bacterianas fueron aisladas desde sedimentos As (V), respectivamente (Tabla I), mientras que las ais- provenientes del río Camarones, I región, Chile (19º05’ S ladas del río Camarones muestran niveles de tolerancia 70º04’ W) e incubadas en medio mineral durante 7 días, a de 6mM y ≥8mM, para As (III) y As (V) respectivamente temperatura ambiente, con agitación (Macur et al. 2004). (Tabla II ).

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TABLA I Al estudiar las propiedades oxidantes y/o reductoras de las cepas bacterianas ensayadas, se encontró que las bac- Niveles de tolerancia a arsénico de 8 cepas terias aisladas del sedimento del río Lauca no presenta- bacterianas aisladas desde sedimento del río Lauca ron actividades oxidantes y la actividad reductora fue muy (I Región, Chile). bajas, entre 0 y 10% (Tabla III). De 19 bacterias, aisladas del sedimento del río Camarones, sector Illapata, 7 mos- Niveles de tolerancia (mM) traron una actividad reductora parcial, la que varío entre el 50 y 75% y 12 cepas presentaron una débil actividad Cepas As(III) As(V) reductora, entre 10 y 25% (Tabla IV).

LC1 1.0 2.0 LC4 1.0 2.0 LC5 1.0 2.0 LC6 1.0 2.0 LC7 1.0 2.0 LC10 1.0 2.0 LC11 1.0 2.0 LC12 1.0 2.0

TABLA II Niveles de tolerancia de 19 cepas bacterianas aisladas desde sedimentos del río Camarones ( I Región ).

Niveles Tolerancia (mM) Niveles Tolerancia (mM)

Cepas As(III) As(V) Cepas As(III) As(V)

IA1 >8.0 >8.0 IA12 >8.0 >8.0 IA2 >8.0 >8.0 HA1 >8.0 >8.0 IA3 >8.0 >8.0 HA2 >8.0 >8.0 IA4 >8.0 >8.0 HA3 6.0 >8.0 IA5 >8.0 >8.0 HA5 4.0 >8.0 IA6 >8.0 >8.0 HA7 6.0 >8.0 IA8 6.0 >8.0 HA8 6.0 >8.0 IA9 >8.0 >8.0 HA10 4.0 >8.0 IA10 6.0 >8.0 HA11 >8.0 >8.0 A11 6.0 >8.0

TABLA III Detección de actividad arsenito-oxidante y arseniato-reductora de bacilos Gram negativos aislados de sedimento del río Lauca, I región, Chile.

Numero de cepas arsenito oxidante 0-10 10-25 25-50 50-75 75-90 90-100

Incubación Con As(III) 8+

Numero de cepas Arseniato reductasa 0-10 10-25 25-50 50-75 75-90 90-100

Incubación con As(V) 4+ 4+

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TABLA IV Detección de actividad arsenito-oxidante y arseniato-reductora de bacilos Gram negativos aislados de sedimento del río Camarones, I región, Chile.

Numero de cepas arsenito oxidante 0-10 10-25 25-50 50-75 75-90 90-100

Incubación Con As(III) 19 +

Numero de cepas Arseniato reductasa 0-10 10-25 25-50 50-75 75-90 90-100

Incubación con As(V) 1+ + 6 + 8+ 4++

DISCUSIÓN lación del sistema de transporte de fosfato (pit), produ- ciéndose una disminución en la captación de As(V) y por De acuerdo a los resultados obtenidos se observa que, los ende una insensibilidad a la toxicidad del As(V) ((Saltikov niveles de tolerancia a arsénico de las bacterias aisladas and Olson, 2002). de muestras de sedimentos del río Camarones, en com- Diversos autores señalan que en sedimentos anóxicos, paración, con los niveles de tolerancia de bacterias aisla- suelos y sistemas acuáticos subsuperficiales, la reducción das desde sedimentos del río Lauca son mayores (≥8mM). de As(V) es uno de los procesos de resistencia más impor- Las bacterias aisladas de sedimento del río Lauca, serían tante para los microorganismos. En el caso de ambientes sensibles al arsénico, en cambio las aisladas de sedimen- ricos en arsénico, la reducción del arseniato, puede repre- to del río camarones serían resistentes a arsénico, de acuer- sentar un aceptor terminal de electrones para la minerali- do al criterio utilizado por Saltikov y Olson (2002). Estos zación de carbono orgánico (Oremland et al., 2000). resultados están de acuerdo con lo informado por otros Niggemyer et al. (2001), informaron que en bacterias, ais- autores, donde se demuestra que la presencia del meta- ladas de sedimentos ricos en arsénico, predominaban loide selecciona bacterias resistentes (Muller et al. 2003). aquellas cepas bacterianas con capacidad de relacionar En este caso el arsénico estaría ejerciendo una presión el crecimiento con la reducción de As(V) a As(III). Por el selectiva, lo que implica la expresión de genes de resis- contrario, la oxidación de As(III) a As(V), genera la mitad tencia que permiten transformar el metal y de esta mane- de la energía producida por la oxidación de lactato en la ra pueden sobrevivir las bacterias más resistentes reducción de arseniato, de manera que un grupo reduci- (Oremland & Stolz, 2003). do de bacterias utilizarían este mecanismo para favore- La mayoría de las bacterias fue identificada como bacilos cer su crecimiento. Gram negativos pertenecientes a la familia Enterobac- Esto explicaría el hallazgo de un mayor número de cepas teriaceae. La aparente ubicuidad de bacterias entéricas, bacterianas reductoras en los sedimentos del río Camarones. As(V) resistentes, sugiere que la resistencia fisiológica pue- Las propiedades redox que presentan las bacterias, tie- de jugar un rol significativo en el fenotipo observado nen relación con la detoxificación del metaloide y proba- (Saltikov and Olson, 2002). blemente estarían jugando un rol en la especiación quími- Los mecanismos de resistencia para arsénico, descritos ca del arsénico en el ambiente. en bacterias Gram negativas, involucran la oxidación y/o reducción (propiedades redox) del metaloide (Jackson y col. 2003). Al investigar las propiedades redox, se encon- CONCLUSIONES tró que el 36.84% de las bacterias aisladas de sedimentos ricos en arsénico, presentaron actividad reductora. En La presencia de arsénico selecciona bacterias con la capa- cambio, en las bacterias aisladas de sedimentos, con bajas cidad de tolerar concentraciones altas de arsénico a tra- concentraciones de arsénico, no se detectaron activida- vés de la transformación de As (V) en As (III). La capaci- des oxidantes ni reductoras, lo que indicaría que proba- dad de estas bacterias, de oxidar o reducir arsénico, es blemente estas bacterias podrían presentar otros meca- un proceso de detoxificación potencialmente útil para la nismos de resistencia (Silver & Phung, 2005). Como el As(V) descontaminación de aguas residuales y otros desechos es estructuralmente similar al fosfato, en E.coli el As(V) es contaminados con arsénico. captado a través del sistema transportador de fosfato (Willsky and Malamy, 1980). En bacterias Gram negativas, el sistema ars, reduce a As(III) el As(v) intracelular. El As(III) AGRADECIMIENTOS es bombeado fuera de la célula por la bomba unida a mem- brana ArsAB. Alternativamente, fisiológicamente aumen- El presente trabajo fue financiado por el proyecto Fondecyt ta el As(V) como resultado de una disminución en la regu- 1050088 y proyecto DIUC 204.036.027-1.0

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BIBLIOGRAFÍA Muller, D.; Lièvremont, D.; Simeonova, D.; Hubert, J.C. & M.C Lett. 2003: «Arsenite Oxidase aox Genes from a Metal- Ahmann, D.; Roberts, A.; Krumholz, L.; and Morel F. M.: Resistant ß-Proteobacterium». Journal. Bacteriology. 185: «Microbe grows by reducing arsenic». Nature. 371, 750- 135-141. 750 (1994). Oremland, R. S. & J. F. Stolz. 2003: «The Ecology of Anderson, L.; Williams, J. and Hille R.: «The purification Arsenic». Science 300(5621): 939-44. and characterization of arsenite oxidase from Alcaligenes Roberto, F.; Barnes, J. & D. Bruhn. 2002: «Evaluation of a faecalis, a molybdenum-containing hydroxylase». J. Biol. GFP Reporter Gene Construct for Environmental Arsenic Chem. 267, 23674-23682 (1992). Detection». 58:181-188. Cullen, W. and Reimer K.: «Arsenic speciation in the envi- Romero L.; Alonso H.; Espinoza S.; Campano P.; Fanfani ronment». Chem. Rev. 89, 713-764 (1989). L.; Cidu R.; Lorrai M.; Lopez L. & R.E. Ferreyra. 2001: Ehrlich, H. L.: «Bacterial oxidation of As(III) compounds», «Arsenic and boron contamination in the Loa basin (nort- in: W. T. Frankenberger Jr (Ed), Environmental Chemistry hern Chile)». Proceedings WRI-10, Cidu (ed.), Balkema of Arsenic, Marcel Dekker, New York. pp. 313-327 (2002). Publishers-The Netherlands. 1127-1130. Ellis, P.; Conrads, T.; Hille, R.; and Kuhn P.: «Crystal struc- Smith, A.H.; Goycololea, M.; Haque, R. & M. L. Biggs. 1998: ture of the 100 kDa arsenite oxidase from Alcaligenes fae- «Marked increase in bladder and lung cancer mortality in calis in two crystal forms at 1.64 and 2.03 Å». Structure. a region of Northern Chile due to arsenic in drinking water». 9,125-132. (2001). American Journal of Epidemiology. 147: 660-669. Ferguson, J. and Gavis J.: «A review of the arsenic cycle in natural waters». Wat Res. 6: 1259-1274. (1972). Simon, S. & L. Phung. 2005: «Genes and Enzymes Involved in Bacterial Oxidation and Reduction of Inorganic Jackson, C.; Jackson E.; Dugas, S.; Gamble, K. and Williams Arsenic». Applied and Environmental Microbiology. 71(2): S.: «Microbial transformations of arsenite and arsenate in 599–608. natural environments». Recent Research Developments in Microbiology. 7: 103-118. (2003). Simeonova, D.D.; Lievremont, D.; Lagarde, F.; Muller, D.A.; Kulp, T.; Hoeft, S. and Oremland, R.: «Redox Transfor- Groudeva, V.I. & M. C. Lett . 2004: «Microplate screening mations of Arsenic Oxyanions in Periphyton Communities». assay for the detection of arsenite-oxidizing and arsena- Appl Environ Microbiol. 70, 6428-6434. (2004). te-reducing bacteria». FEMS Microbiol Letters. 237(2): 249- 53. Macur, R.; Jackson, C.; Botero, L.; McDermott, T. and Inskeep W.: «Bacterial Populations Associated with the Tamaki, S. & W. T. Jr. Frankenberger. 1992: «Environmental Oxidation and Reduction of Arsenic in an Unsaturated Soil». Biochemistry of Arsenic». Review Environmental Contami- Environ Sc. Techn environ. 38, 104-111 (2004). nation and Toxicology. 124: 79-110. Mansilla, H. D.; Cornejo, L.; Lara, F.; Yañez, J.; Lizama, C. Welch, A.H.; Westjohn, D.B.; Helsel, D.R. and R.B. Wanty. & L. Figueroa. 2002: «Manual de Remoción de Arsénico 2000: «Arsenic in ground water of the United States: por Oxidación Solar, Capítulo 2: Remoción de Arsénico de Occurrence and geochemistry». Ground Water. 38(4), Aguas del río Camarones», Arica, Chile. AICD, OEA. 589pp.

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Componente natural y antropogénica de la composición química elemental de las partículas suspendidas (PM2.5) y sus posibles fuentes de emisión, en un sitio de la zona metropolitana de la Ciudad de México

R. V. Díaz1, Elena Rosa Domínguez2,3 1Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares (ININ), Carretera México Toluca S/N, La Marquesa Ocoyoacac, CP : 52750, Estado de México, México 2 Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas, Cuba, Carretera a Camajuaní km 5 1/2, Santa Clara. CP: 54830. Villa Clara 3Profesor invitado del Instituto Tecnológico de Toluca (ITT), Av. Instituto Tecnológico s/n ExRancho La Virgen, Metepec, México CP: 52140

Natural and Anthropogenic Component of the Chemical Elementary Composition of the Suspended Particles (PM2.5) and his Possible Emission Sources, at the Metropolitan Zone of the Mexico City

Component natural i antropogènic de la composició química elemental de les partícules en suspensió (PM2.5) i les seves possibles fonts d’emissió, en un indret de la zona metropolitana de Ciutat de Mèxic

Recibido: 23 de enero de 2007; revisado: 20 de noviembre de 2007; aceptado: 21 de noviembre de 2007

RESUMEN SUMMARY

El objetivo de este trabajo es determinar el componen- This paper’s objective is to estimate the natural and anth- te natural y antropogénica de la composición química ropogenic component of chemical elementary composi-

elemental de las PM2.5 y sus posibles fuentes de emi- tion of the suspended particles (PM2.5) and her possible emis- sión. Se colectó en un sitio al poniente de la Zona sion sources. For it, a site the west one this zone was Metropolitana de la Ciudad de México. El periodo de sampled. The sample collection period was developed from st colección fue del 1 de Diciembre de 2004 al 31 de Marzo December 1 , 2004, to March 31, 2005, the sample time was de 2005, el tiempo de muestreo fue de 24 horas. Para of 24 hours. For its elemental characterization, the PIXE su caracterización química elemental, se utilizó la téc- (Particle Induced X-Ray Emission) atomic technique, was nica de origen atómico denominada PIXE (Emisión de used, with which 16 elements were determined, allowing Rayos-X Inducidos por Partícula), con la que fueron an elemental characterization not contemplated in the determinadas las concentraciones de hasta 16 ele- current monitoring networks. Natural and anthropogenic mentos. Se calculó su componente natural y antropo- component were calculated. S Cl, V, Ni, Cu, Zn and Pb were génica y se obtuvo S, Cl, V, Ni, Cu, Zn y Pb como los obtained as the elements that shape the component anth- elementos que conforman la componente antropogé- ropogenic and K, Ca, Ti, Cr, Mn and Fe the natural. Of the- nica y K, Ca, Ti, Cr, Mn y Fe la natural. De estos resul- se results were determined the possible emission sources; tados se determinó las posibles fuentes de emisión, el the soil for the natural and the industrial activities and com- suelo para la natural y las actividades industriales y bustion of fossil fuel for the anthropogenic. For what the combustión de combustible fósil para la antropogéni- potential of an analytical technology like PIXE allows to ca. Por lo que el potencial de una técnica analítica como obtain multielementary information, in an operation alone. This information can be correlated to study his behavior PIXE permite obtener datos multielementales, en una and to determine his possible emission sources. With which sola operación. Datos que pueden correlacionarse para it is possible to suggest strategies for to control and in the estudiar su comportamiento y determinar sus posibles possible to eliminate the emission of these elements anth- fuentes de emisión, con lo cual es posible plantear estra- ropogenic to the atmosphere and with it to eliminate or to tegias para controlar y en lo posible eliminar la emisión control the adverse effects to the health of the population. de estos elementos antropogénicos a la atmósfera y con ello eliminar o controlar los efectos adversos a la Key words: PIXE. PM2.5. Air Pollution. Natural component. salud de la población. Anthropogenic component. Enrichment Factor. Mexico.

Palabras clave: PIXE; PM2.5. Contaminación del Aire. Componente Natural. Componente Antropogénica. * Tel.: +52 53 29 72 00 ext 2632 - Fax: +52 53 29 73 32 Factor de Enriquecimiento. México. E-mail: [email protected].

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RESUM muestra en el inventario de emisiones realizado por la Secretaria del Medio Ambiente (SMA).(5) Todas las emana- L’objectiu d’aquest treball és determinar el component ciones producto de las industrias de diversas ramas no natural i l’antropogènic de la composició química ele- pueden dispersarse fácilmente debido a que la ZMCM se

mental de les PM2.5 i les seves possibles fonts d’emis- encuentra localizada dentro de una cuenca cerrada por sió. La presa de mostres es realitzà en un indret a ponent una cadena montañosa formada por las sierras de Ajusco, de la Zona Metropolitana de Ciutat de Mèxic. El perío- Chichinautizn, Nevada, Las Cruces, Guadalupe y Santa de de recollida va ser de l’1 de desembre de 2004 al 31 Catarina que limitan la entrada de vientos que dispersen de març de 2005, amb un temps de mostreig de 24 hores. la contaminación, ocasionando su estancamiento y acu- Per a la caracterització química elemental, s’empra la mulación. Además según lo señala el Sistema de Monitoreo tècnica d’origen atòmic anomenada PIXE (Emissió de Atmosférico (SIMAT) del Gobierno del Distrito Federal, la Raigs-X Induïts per Partícula), amb la que es determi- latitud de la ZMCM es de 19º N, lo que ocasiona que en nen les concentracions de fins a 16 elements. Es cal- esta zona se reciba una fuerte radiación solar que trans- cula el component natural i l’antropogènic, obtenint-se forma los óxidos de nitrógeno e hidrocarburos que se emi- (4, 6) S, Cl, V, Ni, Cu, Zn i Pb com a elements que conformen ten, en altos niveles de ozono. Además esta posición al el component antropogènic, i K, Ca, Ti, Cr, Mn i Fe el centro del país permite que durante el año se tengan sis- natural. Considerant aquests resultats, es determinen temas anticiclónicos, que provocan un cielo despejado, les possibles fonts d’emissió, el sòl per al component ocasionando aumento en la capacidad fotoquímica de la natural i les activitats industrials i la combustió de com- atmósfera. Estos sistemas también provocan que cerca bustibles fòssils per a l’antropogènic. Per tant, el poten- de la superficie del suelo la velocidad de los vientos dis- cial d’una tècnica analítica com PIXE permet obtenir minuya inhibiendo con ello el movimiento vertical y hori- dades multielementals en una sola operació. Les dades zontal del aire, lo que dificulta la dispersión de los conta- es poden correlacionar per estudiar el seu comporta- minantes. Su altitud es de 2 240 metros sobre el nivel del ment i determinar les possibles fonts d’emissió, el que mar situación que provoca formación casi diaria de inver- fa possible plantejar estratègies per controlar, i en el siones térmicas, que impiden la dispersión ascendente de possible eliminar l’emissió d’aquests elements antro- los contaminantes y los concentran cerca del suelo urba- pogènics a l’atmosfera, permetent eliminar o controlar no. Así mismo esta altitud es la responsable de que el con- els efectes adversos per a la salut de la població. tenido de oxigeno en el aire en la ZMCM sea 23% menor que al nivel del mar lo que contribuye a que los procesos Mots clau: PIXE. PM2.5. Contaminació de l’aire. de combustión sean menos eficientes y por consiguiente Component natural. Component antropogènic. Factor emitan una mayor cantidad de contaminantes. Otro res- d’enriquiment. Mèxic. ponsable de los graves eventos de salud de la población es el transporte, el que para el año 2002 contaba con 3 588 290 medios de transporte que circulaban a diario, entre los que 2 712 262 corresponden a automóviles particula- (3, 4) 1. INTRODUCCIÓN res. Siendo entonces, estas características geográficas y cli- máticas de la ZMCM los principales factores de los que El medio ambiente sigue deteriorándose día tras día, la dependen la acumulación y dispersión de los contami- contaminación del aire, el agua y los mares siguen pri- nantes y con ello los responsables de los graves eventos vando a millones de seres humanos de una vida digna. A de salud de la población. pesar de las múltiples cumbres mundiales, como la de Río Entre los distintos contaminantes que son generados a de Janeiro en 1992 y la de Johannesburgo, Sudáfrica 10 diario y que la (EPA) Agencia de Protección Ambiental de años después (2002). En las que entre diversos resultados los Estados Unidos y SMA han considerados como crite- se estableció como principio que “Los seres humanos tie- (7, 8) rio, se encuentran las partículas suspendidas. Entre sus nen derecho a una vida saludable en armonía con la natu- (1) características tal como las describe Manahan se encuen- raleza”. Sin embargo, a pesar de todos estos esfuerzos tra su clasificación por tamaño considerando su diámetro y resultados de buena voluntad no se ha podido lograr (9) aerodinámico, diversos autores como Williams han tra- avances en materia ambiental. (10) tado esta característica de las partículas. En esta clasi- Tal es el caso de ciudades de la República Mexicana como ficación del tamaño de partículas considerando su diá- Monterrey, Guadalajara y la Zona Metropolitana de la metro aerodinámico se encuentran las PM2.5 (Partículas Ciudad de México (ZMCM) de acuerdo a lo que señala la menores o iguales a 2.5 micrómetros) las que por su alto Secretaría del Medio Ambiente Recursos Naturales y Pesca (2) riesgo a la salud son tema actual de muchos investigado- (SEMARNAP). Éstas ciudades presentan graves eventos (11-23) res. de este deterioro ambiental, resultando en problemas de Determinar la concentración gravimétrica de las PM2.5 y salud pública como el que presenta la ZMCM debido, entre considerar ésta como indicador de riesgo a la salud, no es otros, a la contaminación del aire por partícula suspendi- suficiente. Se requiere caracterizar estas PM2.5 con la fina- da. La contaminación del aire de la ZMCM es ocasionada lidad de conocer cual o cuales de sus constituyentes son por diversos factores entre los que se encuentran su oro- responsables del posible efecto a la salud de la población grafía, población, crecimiento, industria, latitud, altitud y que a diario inhala éste contaminante. transporte Su población, cuyo crecimiento desmedido se Por lo que en este trabajo se caracterizan las PM2.5 y se inició desde la época de su conquista por los Españoles, determina su componente antropogénica, responsables suma ya casi 20 millones de habitantes alcanzando una 2 del posibles efecto adverso a la salud de la población. densidad poblacional de 4 500 habitantes/km , según lo señala Instituto Nacional de Geografía e Informática (INE- (3, 4) GI). Este crecimiento ha ocasionado que las industrias 2. MATERIALES Y MÉTODOS que antes se encontraban fuera de la ciudad, en el presente han quedado inmersas en esta gran metrópoli, con 2.1. Selección del Sitio de Estudio lo que las emanaciones a la atmósfera pueden causar mayor daño a la población.(3, 4) Principalmente si conside- La selección del sitio de muestreo se realizó consideran- ramos que estas industrias son las generadoras de los dis- do los registros federales de regulación ambiental de la tintos contaminantes presentes en la atmósfera, según se EPA.(24)

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Entre los criterios de selección fueron tomados en cuen- Delegación Cuajimalpa, México D.F. CP 05260. Esta ta los siguientes: escuela se encuentra en un área urbana, principalmente residencial que se caracteriza por contar con techos construidos de lámina de asbesto. Se ubica sobre la – Ser representativas del área en donde se ubican. Avenida Jesús del Monte que presenta circulación en ambos sentidos y flujo vehicular moderado de autos par- – Proporcionar datos comparables con las demás esta- ticulares, taxis, microbuses, autobuses y camiones de ciones. carga. A 2 Km. al sur de la estación de muestreo se loca- liza la carretera México – Toluca que presenta circula- – Ser útiles por lo menos durante todo el período de tiem- ción en ambos sentidos y alto flujo vehicular de camio- po del estudio. nes de carga y autobuses locales y foráneos. Su tipo de suelo es urbano y su clima templado subhúmedo con llu- – Ser accesibles permanentemente. vias en verano.

– Contar con energía eléctrica segura. 2.2. Colección de Muestras La toma de muestras se realizó considerando la metodo- – Estar acondicionadas para resistir condiciones extremas logía mencionada por Martínez et al., IAEA, Marcelo et al. de temperatura. (30-34) y la EPA. El periodo de toma de muestras se desarro- lló durante la época seca fría, del 01 de Diciembre de 2004 – Libres de árboles y edificios (Se recomienda radio libre al 31 de Marzo de 2005. La frecuencia de muestreo fue un de 10 m. alrededor del sitio de muestreo) día sí un día no. El tiempo de muestreo fue de 24 horas, de la media noche de un día a la media noche del siguien- – Se recomienda 20 m. de distancia del sitio de muestreo te día. Se utilizaron filtros de Nuclepore de 47 mm de diá- a fuentes de emisiones Industriales, comerciales o móvi- metro con tamaño de poro de 0.4 micrómetros para la par- les. tícula PM2.5 y con tamaño de poro de 8 micrómetros para

la partícula denominadas PM10 (partículas con diámetro – Altura de la toma de muestra de 6 a 45 metros. aerodinámico entre 2.5 y 10 micrómetros). El equipo utilizado es un muestreador tipo Gent descrito por Willy Maenhaut et al.(35) Se tomaron un total de 60 muestras con El sitio seleccionado esta ubicado al poniente de la Zona estas características. Metropolitana de la Ciudad de México, tal como se observa en la Figura 1. El sitio fue elegido por encon- 2.3. Gravimetría trarse en el extremo de ésta zona, a una mayor altura (2 750 msnm) en comparación con la altura promedio Para determinar la gravimetría de las muestras se siguió de los demás sitios de la ZMCM que es de 2 240 msnm.(3, la metodología descrita por EPA.(36) Se determinó en el 4) Con baja actividad industrial, con tan solo 324 indus- cuarto limpio del Acelerador Tandetron del ININ, utilizan- trias de diferentes actividades de acuerdo a la infor- do una electrobalanza Modelo Cahn C-35, cuyas carac- mación presentada por INEGI.(25). No presenta influen- terísticas se pueden apreciar en(37). Para ello previamente cia de contaminantes que por dirección del viento, pueda a cada pesaje, tanto para antes del muestreo como pos- venir de zonas industriales como la de Naucalpan y teriormente al mismo, los filtros fueron acondicionados Xalostoc.(26-29) En este sitio no se realizan estudios para de acuerdo a lo señalado por EPA,(34, 36, 38) a una tempera-

las partículas PM2.5 a la fecha de la redacción del pre- tura de 21 grados centígrados y a una humedad relativa sente trabajo y sólo se miden parámetros meteorológi- de 35 % durante un tiempo de 48 horas. Para eliminar la cos por parte del SIMAT. electricidad estática en los filtros se utilizaron neutraliza- El sitio corresponde a la escuela primaria: “Belisario dores de Estática. (210Po), marca NRD Modelo 2U5000. Los Domínguez”, ubicada en calle Monte Encino s/n esquina resultados se presentan en la Tabla 1. con avenida Jesús del Monte, Colonia Jesús del Monte,

Figura 1. Sitio de Muestreo, Cuajimalpa de Morelos de la ZMCM.

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2.4. Análisis Elemental por PIXE Las muestras obtenidas en la zona de Cuajimalpa de Morelos durante la época seca fría 2004-2005, fueron analizadas utilizando la técnica de origen atómico, multielemental, no destructiva, rápida y altamente sen- sitiva,(39-43) denominada PIXE (Emisión de Rayos-X Inducidos por Partícula), y que ha sido ampliamente usada a nivel nacional e internacional para este tipo de estudios tal como se observa en la literatura.(44-47) Para el análisis se utilizó el Acelerador Tandetron de 2 MV del Instituto Nacional de In- vestigaciones Nucleares (Centro Nuclear de México), cuyas características experimentales se señalan en(48 y 49). La calibración de éste sistema PIXE fue realizada usando estándares de alta pureza de la marca Micromatter Co., utilizando las mismas condiciones experimentales con las que se irradiaron las muestras. En la Figura 2 se observa esta curva de calibración. Esta metodología PIXE consiste en que un haz de protones provenientes de un acelerador con una energía suficiente para inte- ractuar con los electrones de las capas o subcapas de los átomos presentes en la muestra en estudio, ocasionan una vacante al expulsar un electrón (ionización). La vacante creada en esta estructura atómica será ocupada inmediatamente por otro electrón de algunas de las capas superiores, en esta transición simultáneamente habrá una emi- sión de energía en forma de radiación elec- tromagnética (emisión), siendo esta radia- ción un rayo-X característico. Los rayos-X así producidos son medidos por un detector semiconductor (Ge-Li), pasan después por la electrónica asociada hasta llegar al sistema multicanal, donde es acumulado dando lugar al espectro característico de Figura 2. Curva Calibración Sistema PIXE. rayos-X, ver Figura 3.

Figura 3. Espectro Característico de rayos X.

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A partir de este espectro característico de rayos-X es posi- C (Z) = Cq(Z) [S / V] (3) ble obtener la caracterización química elemental de la muestra de interés así como su concentración, para ello se utiliza un software denominado AXIL, con el cual se rea- Con: liza el ajuste para determinar el elemento químico correspondiente y su área bajo la curva, que permite obtener la Cq(Z) – Concentración areal en el filtro.

producción de rayos-X (Nx) para cada uno de los elemen- 2 S – Área del filtro (cm ). tos presentes en la muestra. La concentración areal en el filtro Cq(Z) presente en la V – Volumen muestreado (m3). muestra es proporcional al número de rayos-X detectados (Nx) e inversamente proporcional a la carga suministrada Las concentraciones elementales obtenidas con esta meto- a la muestra, es decir: dología, se presentan en la Tabla I.

Cq(Z) = [Nx/ (YR Q)] (1) 2.5. Componente Natural y Antropogénica Donde: Para determinar la componente natural y antropogénica

YR = Es el factor de respuesta que involucra fundamentos se obtiene el factor de enriquecimiento considerando la (50) físicos del arreglo experimental. siguiente expresión;

3 YR = (Ω/4π) σs× /4T (1/q) (2) (X / Fe) aerosol FE = ———————————––––—- Donde: (X / Fe) corteza terrestre

Ω –Ángulo Sólido del detector. σx – Sección transversal de choque para producción de Donde X es la variable para el elemento de interés y Fe rayos-x. es la abundancia de este elemento en la corteza terrestre.(51) Laurier et al. en 1993 ajustaron la escala para con- ξ – Eficiencia del detector. siderar el factor de enriquecimiento de 0 a 10 como natu- T – Transmitancía ral, de 10 a 500 enriquecido y un factor mayor de 500 q – Carga debida a la partícula incidente. altamente enriquecido.(52) Por lo que elementos con un factor mayor o igual a 10 deben ser considerados como Este factor de respuesta se obtiene para cada elemento antropogénicos. Esta metodología ha sido aplicada para con la calibración del sistema.(40) resultados obtenidos por Aldape et al.; Flores et al.; Por lo que utilizando las ecuaciones 1 y 2 se obtiene 3, expre- Miranda et al. en la Ciudad de México.(53-55) En la Figura 4, sión con la cual es posible calcular la concentración de la se presenta el Factor de Enriquecimiento para la zona de composición química elemental de la muestra en µg/m3. estudio.

Figura 4. Factor de Enriquecimiento con referencia al Fe.

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3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN En la misma Tabla I, se observa el número de apariciones en el conjunto de muestras obtenidas. Se presentan su La Tabla I presenta la estadística de los resultados obte- máxima y mínima concentración así como su Limite Mínimo nidos para los análisis a las muestras de Cuajimalpa de de Detección (LMD) que es el mínimo valor que puede ser Morelos de la ZMCM, durante la época seca-fría 2004- medido bajo la técnica de análisis descrita (PIXE). 2005, tanto para la concentración gravimétrica (MGF) como En la gráfica de la Figura 4, se presentan los elementos para la concentración elemental, en la que se puede apre- K, Ca, Ti, Cr, Mn y Fe, que se encuentran entre uno y diez ciar los elementos: S, Cl, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, y que por lo tanto conforman la componente natural de Zn, Br y Pb. Cuajimalpa de Morelos. Con un valor entre 10 y 500 los

TABLA I Estadística descriptiva del análisis a las muestras obtenidas en Cuajimalpa de Morelos de la ZMCM.

ELEMENTO LMD N Mínimo Máximo Promedio Desviación típica

ng/m3 ng/m3

S 24,42 60 60 2011 597 438 Cl 10,68 60 11 127 39 28 K 3,93 60 41 226 96 42 Ca 2,52 60 47 373 128 64 Ti 1,63 60 3 18 9 3 V 1,33 60 2 52 11 11 Cr 1,09 60 1,4 6 2 1 Mn 0,88 60 1.0 5,4 3 1 Fe 0,95 60 36,2 192,4 103 33 Ni 1,56 60 2.0 9,2 3 2 Cu 2,08 60 2,2 13,6 5 2 Zn 2,71 60 2,8 38,3 13 9 Br 7,64 60 7,8 12,6 7 2 Pb 3,62 60 3,7 43,2 11 7 MGF 60 4 31 12 6

MGF.- Masa gravimétrica fina, (µg/m3)

TABLA II Matriz Correlación.

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elementos Cl, V, Ni, Cu, Zn y Pb se consideran como enla determinación del factor de enriquecimiento y a partir riquecidos. El S se presenta con un valor mayor a 500 de éste la componente natural y antropogénica. por lo que se considera como altamente enriquecido. En consecuencia este trabajo permite mostrar el poten- Ambos intervalos, enriquecido y altamente enriqueci- cial de la técnica analítica (PIXE), en la cual es utilizado do, conforman la componente antropogénica, compo- principalmente un acelerador de partículas. Con esta téc- nente responsable de la contaminación de atmósfera de nica es posible obtener datos multielementales en una sola la ZMCM. operación, permitiendo la determinación de la concentra- El S como el Pb son los que presentan valores de enri- ción elemental y poder correlacionarlos con la finalidad de quecimiento más alto, por lo que son los dos elementos determinar sus posibles fuentes de emisión y con ello plan- que deben ser medidos constantemente, procurando el tear estrategias para controlar y en lo posible eliminar ele- control de su emisión a la atmósfera, por lo que determi- mentos antropogénicos que produzcan efectos adversos nar su posible fuente de emisión es importante para ello. a la salud de la población. El S puede ser emitido por las distintas actividades industriales y el Pb por la combustión del diesel y el uso de pinturas. Para determinar el comportamiento elemental y con ello AGRADECIMIENTOS obtener los trazadores que caracterizan las posibles fuentes de emisión, se calculó la matriz de correlación. Ésta se Los autores agradecen al Instituto Nacional de Inves- presenta en la Tabla II. tigaciones Nucleares por el apoyo brindado con el equipo De la matriz de correlación se observa que el S, V y Ni pre- de monitoreo atmosférico y con la infraestructura para el sentan buena correlación y pueden ser asociados a la análisis de las muestras obtenidas. A la Escuela “Belisario combustión de combustible fósil producto de la actividad Domínguez”, de la Delegación Cuajimalpa, de Morelos, industrial y vehicular de la zona. Otro grupo correlacio- México por las facilidades para el uso de sus instalacio- nado lo forman el Ca, Ti, Mn, Fe y pueden ser producto nes para la toma de muestras. A los Doctores Eduardo del suelo. Un tercer grupo correlacionado lo forman el Mn, Ordóñez Regil, Iván Rodríguez Rico, Luis Carlos Longoria Fe, Cu y Zn y estos pueden ser producto de la industria Gándara, Marcos José Solache R., Mateo Lezcano Brito y de producción de hierro-acero y metales no ferrosos. Suilma Marisela Fernández Valverde por sus valiosos Finalmente estos resultados difieren muy poco de los obte- comentarios para la realización de este trabajo. nidos en la misma ZMCM por (Aldape, 199; Miranda, 1992; Aldape, 1999b; Aldape, 1999c). La diferencia observada puede ser justificada debido a que la zona de Cuajimalpa de Morelos se encuentra a una altura de (2750 msnm) mayor que la que presentan los demás sitios de la ZMCM BIBLIOGRAFÍA

(2240 msnm), además de que sus características meteo- (1) . Consejo Consultivo de la ORGANIZACIÓN MUNDIAL DE rológicas varían de acuerdo a lo que señala SIMAT (2006) LA SALUD, 111ª reunión, 2002. Consultado en y no tiene influencia de la zona industrial de la ZMCM debi- www.oms.com, Noviembre 2005. da al acarreo ocasionado por el viento, con lo que se espe- (2) ra que la componente antropogénica presente sea sola- . SEMARNAT, Secretaría de Medio Ambiente y Re- cursos Naturales, México, 2003: «El Medio Ambiente en mente local. México 2002», Consultado en http://www.semarnat.gob.mx, Septiembre 2006. (3). INEGI, Instituto Nacional de Geografía e Informática: «Metrópolis, Sistema para la Consulta del Cuaderno Esta- 4. CONCLUSIONES dístico de la Zona Metropolitana de la Ciudad de México». 2003. Los resultados obtenidos para la composición química ele- (4). INEGI, Instituto Nacional de Geografía e Informática: mental de las Partículas Suspendidas con diámetro aero- «Cuaderno Estadístico de la ZMCM». 2004. Consultado en dinámico menor a 2.5 micrómetros, son los primeros en http://www.inegi.gob.mx/html, Octubre 2005. su tipo de esta zona de Cuajimalpa de Morelos pertene- (5). SMA, Secretaria del Medio Ambiente, 2006: «Inventario ciente a ZMCM, en donde a la fecha la Secretaria del Medio de Emisiones de Contaminantes Tóxicos del Aire en la Ambiente no tiene ubicadas estaciones de muestreo para Zona Metropolitana de la Ciudad de México». En: medir este contaminante (SIMAT, 2006) y no existen tra- http://www.sma.gob.mx,/PDF. Septiembre 2006. bajos al respecto reportados en la literatura. Las (6). SIMAT, Sistema de Monitoreo Atmosférico de la Ciudad concentraciones de la composición química elemental de México, 2006: «Consulta por contaminante». En podrán ser comparadas con las obtenidas en otros sitios http://www.sma.gob.mx,/simat/homecontam.php. de la ZMCM en donde el Sistema de Monitoreo Atmosférico Septiembre 2006. de la Secretaria del Medio Ambiente realiza mediciones en (7). «National Ambient Air Quality Standards for Parti- forma cotidiana a partir del 2003, contando a la fecha con cle Pollutions», May 12th, 2006. Encontrado en: 6 estaciones de muestreo. http:www.epa.gov/air/criteria.html. Acceso Agosto 2006. Es importante mencionar que las mediciones efectuadas (8). «Normas Oficiales Mexicanas, Salud Ambiental», por el SIMAT en ésos 6 puntos consideran sólo la variable Encontrado en http:www.sma.df.gob.mx./simat/pnnor- gravimétrica y en el presente trabajo se mide la variable mas.html. Octubre 2006. gravimétrica y las concentraciones elementales de su com- (9). Manahan, S. E. 1994: «Environmental Chemistry», Lewis posición. Conocer la composición química elemental per- Publisher, sixth edition. mite caracterizar estas partículas suspendidas determi- (10). Williams C. Hinds, 1982: «Uniform Particle Motion». In: nando el riesgo a la salud relacionado con la inhalación Aerosol Technology, Properties, Behavior and Measurement diaria de este contaminante, permitiendo en lo posible tener of Airborne Particles, A John Wiley & Sons, Inc., Pp 39-68. un control adecuado de la emisión de los contaminantes (11). Rosales-Castillo J. A., Torres-Meza V. M., Olaiz – elementales, principalmente si estos son tóxicos. Fernandez G., Borja-Aburto V. H. 2001: «Los Efectos Agudos Para tener un control sobre estos contaminantes se debe de la Contaminación del Aire en la Salud de la Población: conocer qué elementos son de mayor riesgo y cuales son Evidencias de Estudios Epidemiológicos». Salud Pública sus fuentes de emisión, lo que se logra en este trabajo con de México, Vol. 43, No.6, Noviembre – Diciembre.

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Síntesis y caracterización fisicoquímica de circonia promovida con ácido tungstofosfórico y ácido bórico utilizada como catalizador en la isomerización de n-pentano

J.M. Hernández Enríqueza,*, L.A. Cortez Lajasa, R. García Alamillaa, A. Castillo Maresa, G. Sandoval Roblesa, J.L. Rivera Armentaa, L.A. García Serranob aInstituto Tecnológico de Ciudad Madero, División de Estudios de Posgrado e Investigación, Juventino Rosas y Jesús Urueta s/n, Col. Los Mangos, 89440 Cd. Madero Tamaulipas., México bInstituto Politécnico Nacional, Escuela Superior de Ingeniería Textil, Av. Instituto Politécnico Nacional s/n, Edificio #8, Col. Linda Vista, Delegación Gustavo A. Madero, 07738, México D.F., México

Synthesis and physicochemical characterization of promoted zirconia with tungstophosphoric acid and boric acid used as catalyst in the isomerization of n-pentane

Síntesi i caracterització fisicoquímica de zircònia promoguda amb àcid tungstofosfòric i àcid bòric utilitzada com a catalitzador en la isomerització d’n-pentà

Recibido: 21 de mayo de 2007; revisado: 11 de noviembre de 2007; aceptado: 16 de noviembre de 2007

RESUMEN SUMMARY

En este trabajo se muestra la preparación, caracteri- In this work it is presented the preparation, characteri- zación y evaluación de la actividad catalítica de mate- zation and evaluation of the catalytic activity of materials

riales del tipo ZrO2 promovida con ácido tungstofosfó- such as ZrO2 promoted with tungstophosphoric and boric

rico y ácido bórico. El Zr(OH)4 se sintetizó por el método acids. Zr(OH)4 was synthesized by the sol-gel method sol-gel utilizando como precursores al n-butóxido de using precursors such as zirconium n-butoxide and 1- circonio y 1-butanol, manteniendo un pH = 8 durante butanol maintaining a pH = 8 during the synthesis. Zr(OH)4 was impregnated with 15 wt % of the acid agents, calci- la síntesis. El Zr(OH)4 se impregnó con un 15% en peso ned at 600 ºC and impregnated again with 0,5 wt% of pla- del agente ácido, calcinado a 600 ºC e impregnado pos- 3– 3– tinum. It was observed that the [PW12O40] and [BO3] ions teriormente con 0,5% en peso de platino. Se observó 3– 3– remained firmely attached to the ZrO2 surface inhibiting que los iones [PW12O40] y [BO3] permanecen fuerte- the particle growth and delaying the syntherization of the mente enlazados a la superficie de la ZrO2 inhibiendo material and the apparition of the monoclinic phase. Also, el crecimiento de la partícula, retardando la sinteriza- with the incorporation of these dopping agents, the total ción del material y la aparición de la fase monoclínica. acidity of the material increased specially the amount of Además, con la incorporación de estos dopantes se strong acid sites being this type of sites the most abun- incrementó la acidez total del material, específicamente dant in the acidified samples. Acidity developed by the la población de sitios ácidos fuertes, siendo este tipo materials was adequate to catalyse the isomerization de sitios los predominantes en las muestras acidifica- reaction of n-pentane with conversions above 20% and das. La acidez desarrollada por los materiales fue la selectivities toward isopentane in the order of 90%. adecuada para lograr catalizar la reacción de isomeri- Key words: Boric acid. Tungstophosphoric acid. Zirconia. zación de n-pentano con conversiones superiores al Sol-gel. n-pentane isomerization. 20% y selectividades hacia el isopentano que fluctuaron alrededor del 90%. * Autor para la correspondencia: Palabras clave: Ácido bórico. Ácido tungstofosfórico. Tel: +52 833 215-8544, Fax: +52 833 215-8544 Circonia. Sol-gel. Isomerización de n-pentano. E-mail: [email protected]

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RESUM con elementos del grupo IA o por la impregnación del mismo en soportes de elevada área específica. Aunque sales En aquest treball, es mostra la preparació, caracterit- de H3PW12O40 han sido relativamente estudiadas en la iso- (21-25) zació i avaluació de l’activitat catalítica de materials merización de alcanos , los sistemas soportados se han (26, 27) del tipus ZrO2 promoguda amb àcid tungstofosfòric i estudiado inadecuadamente . La adecuada elección del

àcid bòric. Es sintetitza Zr(OH)4 pel mètode sol-gel, uti- soporte representa un paso muy importante en el desa- litzant com a precursors l’n-butòxid de zirconi i 1-buta- rrollo de catalizadores activos soportados. Debido a que

nol, mantenint un pH = 8 durant la síntesi. El Zr(OH)4 se la estructura Keggin del heteropoliácido es responsable impregna amb un 15% en peso de l’agent àcid, calci- de sus propiedades ácidas, es necesario conservar estas nant a 600 ºC i impregnant posteriorment amb 0,5% en especies en la superficie del soporte. Se ha demostrado 3– 3– pes de platí. S’observa que els ions [PW12O40] i [BO3] que la impregnación de H3PW12O40 en soportes fuerte- es mantenen fortament enllaçats a la superfície de la mente básicos (Al2O3, MgO) da como resultado la parcial

ZrO2, inhibint el creixement de la partícula, retardant la o completa destrucción de los iones Keggin y por ende, sinterització del material i l’aparició de la fase mono- una desactivación de los catalizadores durante la iso- clínica. A més, amb la incorporació d’aquests agents merización de n-hexano y la deshidratación de 2-propa- (17, 18, 27, 28) dopants, s’incrementa l’acidesa total del material, espe- nol . Los soportes ácidos o neutros son más con- cíficament la població de punts àcids forts, essent venientes para la preparación de sistemas activos debido aquest tipus de punts els predominants en les mostres a la baja concentración y fuerza de sus sitios básicos. El acidificades. L’acidesa desenvolupada pels materials H3PW12O40 soportado en sistemas prácticamente neutros és l’adequada per aconseguir catalitzar la reacció d’i- como SiO2 o MCM-41 ha mostrado mayor actividad cata- somerització d’n-pentà, amb conversions superiors al lítica en comparación con el sistema no soportado en (28) 20% i selectivitats vers l’isopentà que fluctuen a l’en- reacciones de deshidratación de 2-propanol , prepara- (29) torn del 90%. ción de alquil-fenoles y/o trans-alquilación de tri-iso- propil-benceno(30). También se ha mostrado que la impreg- Mots clau: Àcid bòric. Àcid tungstofosfòric. Zircònia. Sol- nación de H3PW12O40 en alúmina fluorada (F-Al2O3) gel. Isomerització de n-pentà. incrementa la actividad en la isomerización de alcanos en comparación con el sistema no soportado o inclusive 1. INTRODUCCIÓN en comparación con sistemas H3PW12O40/SiO2. Estos resultados son congruentes con estudios que involucran F-

Al2O3 y que demuestran en la misma, la presencia de sitios La reacción de isomerización de parafinas ligeras es muy ácidos Lewis de carácter fuerte, sitios ácidos Brönsted importante en la química del petróleo. Recientemente ha de intensidad media y una baja concentración de sitios adquirido mayor importancia en el proceso de reformación (27) básicos débiles . La ZrO2 y TiO2 también podrían fungir de naftas para mejorar los índices de octano de las gaso- (1) como soportes del H3PW12O40 debido a su débil carácter linas en sustitución de los compuestos aromáticos . Esta (31) básico . reacción se cataliza por materiales ácidos en donde se Por las razones expuestas y tratando de hacer aportacio- involucra la formación de un ión carbonio, producido por (2) nes nuevas a la información ya existente relacionada con la adición de un protón al doble enlace de la olefina , por este tipo de materiales, el presente trabajo propone la sín- lo tanto, la reacción depende de la presencia, número y tesis y caracterización fisicoquímica de circonia promovi- fuerza de los sitios ácidos en el catalizador usado. A par- da con ácido tungstofosfórico y ácido bórico y su utiliza- tir de los estudios de Hino y Arata se conoce que la adi- ción como catalizadores en la isomerización de n-pentano. ción del ión sulfato a la ZrO2 aumenta su acidez intrínse- ca(3). A estos materiales que muestran propiedades ácidas

más fuertes que el ácido sulfúrico puro (H0 = –11.99), se les denominó hace más de una década como materiales (4) 2. MATERIALES Y MÉTODOS superácidos . Al igual que el ión sulfato, el oxoanión tungstato, una vez impregnado sobre la circonia hidratada, gene- (5) 2.1. Síntesis ra sólidos ácidos con H0 ≤ 14.52 . Diversos estudios han

reportado el uso de circonia modificada con iones sulfato La preparación del hidróxido de circonio [Zr(OH)4] se rea- y tungstato en la isomerización de parafinas ligeras(6-12), sin lizó vía sol-gel disolviendo n-butóxido de circonio en 1- embargo, existe poca literatura especializada en informa- butanol, realizando la hidrólisis y condensación del mis-

ción relacionada con la actividad catalítica de ZrO2 dopa- mo mediante la adición por goteo lento de una solución 3– da con iones borato (BO3 ). Básicamente se ha reportado agua/1-butanol y manteniendo un pH = 8 durante la sínte-

la modificación de la fuerza ácida de la ZrO2 estudiando la sis. Posteriormente, el gel se dejó en añejamiento 72 h, se acidez total mediante la aplicación del método de indica- secó a 120 ºC por 24 h y se calcinó a 600 ºC obteniéndo-

dores de Hammett, el cual reporta, para este material, un se ZrO2 (Z600). La impregnación del Zr(OH)4 con ácido (3) valor de H0 = -11.99 . Por otra parte, otro estudio solo pre- tungstofosfórico y ácido bórico se llevó a cabo mediante senta información relacionada con sus propiedades fisi- la técnica de humedad incipiente, adicionando las canti- coquímicas(13). dades necesarias para obtener un 15% en peso del agen- Los heteropoliácidos y sistemas con base en heteropoliá- te ácido presente en el soporte. Los hidróxidos modifica- cidos podrían ser también buenos candidatos para la iso- dos se secaron a 120 ºC por 24 h y posteriormente fueron

merización de parafinas ligeras (C4-C6) debido a que estos calcinados en atmósfera dinámica de aire a 600 ºC duran-

materiales presentan fuertes propiedades ácidas las cua- te 3 h, obteniéndose los soportes ZrO2-H3PW12O40 (ZH600) 3– les son útiles en la activación de alcanos vía formación de y ZrO2-BO3 (ZB600). Para evaluar la actividad catalítica en (14-16) carbocationes . El ácido tungstofosfórico (H3PW12O40) es la isomerización de n-pentano, los soportes obtenidos se el más representativo de la familia de los heteropoliácidos, impregnaron con 0.5 % en peso de platino, utilizando como su estructura es tipo Keggin y los hidrógenos que lo cons- fuente precursora del metal una solución de diamin-dini- tituyen le confieren una fuerza ácida elevada. Sin embar- tro platino II en hidróxido de amonio. Después de la impreg- go, su principal desventaja la representa su baja área espe- nación, los materiales se secaron a 120 ºC por 6 h y se cal- cífica (1-10 m2/g)(17-20). Un incremento en la concentración cinaron en atmósfera dinámica de aire a 500 ºC durante 3

de sitios activos de este material podría lograrse por la h resultando los catalizadores Pt/ZrO2-H3PW12O40 (Pt/ZH600) 3– preparación de sales de heteropoliácido en combinación y Pt/ZrO2-BO3 (Pt/ZB600).

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2.2. Caracterización material, lo que promueve valores altos de área específica, cuatro veces superiores al área obtenida en una circonia pura. La fisisorción de nitrógeno para determinar el área espe- cífica de los materiales se efectuó a la temperatura del 3.2. Análisis térmicos (TGA-DTA) nitrógeno líquido (–196 ºC) en un equipo Quantachrome modelo Autosorb-1; previamente al análisis las muestras Las Figuras 1 y 2 muestran los análisis térmicos gravimé- se desgasificaron durante 2 h a 350 ºC. Los análisis ter- trico y diferencial, respectivamente. El ácido tungstofos-

mogravimétricos y térmicos diferenciales se realizaron en fórico (H3PW12O40) y el ácido bórico (H3BO3) son los mate- una balanza termogravimétrica TA Instruments STD 2960 riales que mayor pérdida de peso reflejaron durante el Simultaneous DSC-TGA; las muestras se analizaron en flu- análisis térmico gravimétrico, observándose una reduc-

jo de aire extraseco (10 ml/min) a una velocidad de calen- ción del 14% peso para el H3PW12O40 y un 45% para el

tamiento de 10 ºC/min, en el intervalo de temperaturas de H3BO3. Las transiciones para estos materiales se encuen- 25 a 900 ºC. Los patrones de difracción de rayos X se obtuvieron en un Difractómetro D800-Advance Bruker AXS el cual utilizó radiación Cu Kα (α = 1.5406 Å) y un monocro- mador de grafito en el haz secundario; las intensidades de las líneas de difracción se obtuvieron en el intervalo de 0- 70º en la escala 2θ, con pasos de 0.02º y 2.4 s por punto. La espectroscopía de infrarrojo (FT-IR) se realizó en un espectrómetro de transformada de Fourier marca Perkin- Elmer modelo Spectrum One con pastillas transparentes conteniendo la muestra a analizar y KBr como aglutinan- te (2% en peso), utilizando un número de barridos de 16 y una resolución de 4 cm–1. El número y la fuerza de los sitios ácidos se determinaron por termodesorción programada

de amoniaco (TPD-NH3), en un equipo In-Situ Research Instruments modelo RIG-100-19. Las reacciones de des- hidratación de 2-propanol se realizaron a 90 ºC, presión atmosférica y WHSV = 10 h–1 para evaluar la acidez y/o basicidad de los materiales. En todas las pruebas de carac- terización se emplearon los soportes sin platino. Figura 1. Análisis térmicos gravimétricos realizados a las 3– 2.3. Actividad catalítica muestras H3BO3, H3PW12O40, ZrO2, ZrO2–H3PW12O40 y ZrO2–BO3 . La reacción de isomerización de n-pentano se llevó a cabo durante 3 h en un reactor tubular de lecho fijo operando a

250 ºC, presión atmosférica, relación de H2/n-C5 = 6 y WHSV –1 = 3 h utilizando los catalizadores Pt/ZrO2-H3PW12O40 y 3– Pt/ZrO2-BO3 . Los catalizadores previos a la reacción se redujeron durante 1 h en atmósfera de hidrógeno a 350 ºC. El análisis de los productos de la reacción, tanto para la deshidratación como en la isomerización de n-pentano, se efectuó en línea acoplando a la instalación de microacti- vidad un cromatógrafo de gases Varian 3400-FID equipado con un detector de ionización de flama.

3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

3.1. Fisisorción de nitrógeno (BET) De acuerdo con los resultados mostrados en la Tabla I, se puede decir que los materiales acidificados presentaron mayor área específica que la circonia pura. Estos resultados indi- 3– can que la interacción de los agentes ácidos ([PW12O40] y Figura 2. Análisis térmicos diferenciales realizados a las 3– 3– BO3 ) con la superficie de la ZrO2 inhibe la sinterización del muestras H3BO3, H3PW12O40, ZrO2, ZrO2–H3PW12O40 y ZrO2–BO3 .

TABLA I Nomenclatura, variables de síntesis y propiedades texturales de los materiales.

Temperatura de Tamaño de Material Agente ácido Área específica (m2/g) calcinación (ºC) cristal (Å)

Z600 600 – 29 162

ZH600 600 H3PW12O40 115 67

ZB600 600 H3BO3 117 65

* Tamaño de cristal determinado por difracción de rayos X

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tran localizadas en el intervalo de temperatura de 50 a 24.12, 28.34, 31.50, 35.38, 40.88, 44.92, 45.62, 50.32 y 55.54º (36) 400 ºC. Para el caso particular del H3BO3, el análisis tér- en la escala 2θ . Por el contrario, para las muestras aci- mico diferencial muestra dos picos endotérmicos ubica- dificadas se encontró presente la fase tetragonal de la cir- dos en 147 y 170 ºC, los cuales pueden estar relacionados conia cuyos ángulos de difracción se localizaron en 30.28, con la pérdida de agua fisisorbida y a la vez, con la des- 35.10, 50.42 y 60.02 en la escala 2θ(36). En ninguno de los composición del material. El comportamiento térmico del dos casos existe la formación de la fase monoclínica o

ácido tungstofosfórico (H3PW12O40) muestra dos picos endo- cúbica de la misma. Estos sólidos son materiales con térmicos a 70 y 195 ºC atribuidos a la eliminación de agua estructuras cristalinas ordenadas, a juzgar por la intensi- fisisorbida y agua estructural contenidas en el heteropo- dad de sus ángulos de difracción. Lo anterior sugiere que liácido(32). La flexión exotérmica localizada a 609 ºC es carac- los tratamientos ácidos a los que se sometieron las mues- terística para este material y se relaciona con la descom- tras no causaron daño a la estructura cristalina de los mate- posición de la estructura Keggin(32). riales. De acuerdo con las intensidades de las líneas de Los análisis térmicos de las muestras calcinadas a 600 ºC difracción, es claro que los agentes dopantes utilizados

presentaron un comportamiento similar. Se observó en el influyeron en el tamaño del cristalito de la ZrO2. La circo- análisis térmico gravimétrico que los materiales no pre- nia no acidificada es el material que presenta el mayor gra- sentaron una pérdida de peso significativa, fluctuando ésta do de cristalinidad, sin embargo, la incorporación de los alrededor de un 5%. La flexión endotérmica para estos oxo-aniones en la circonia retardó la aparición de la fase sólidos catalíticos, muy cerca de los 60 ºC, está asociada monoclínica en ambos casos. con la evacuación de agua fisisorbida en la superficie del (33) sólido , después de este cambio, los materiales se com- 3.4. Espectroscopía de infrarrojo (FT-IR) portan térmicamente estables hasta 900 ºC. Aunque en algunos estudios se considera que la degradación o trans- Los espectros de FT-IR para las circonias modificadas con los agentes ácidos muestran señales en la región de 1350- formación de la estructura Keggin del heteropoliácido –1 (34) 790 cm , donde la circonia pura no muestra flexión algu- (H3PW12O40) soportado en ZrO2 ocurre alrededor de 500 ºC , na (Figura 4). Las bandas situadas alrededor de los 1080, en el presente trabajo no se evidenciaron este tipo de cam- –1 bios, probablemente la diferencia pueda estar relaciona- 970, 867 y 795 cm correspondientes a enlaces P = O, W = O y dos tipos de enlaces W-O-W que identifican la pre- da en la forma de interacción del heteropolianión con la 3– (32) sencia del heteropolianión ([PW12O40] ) en la circonia, per- ZrO2. Ivanov y col., estudiaron el comportamiento térmi- tenecen al material ZH600. La muestra ZB600 presenta co del H3PW12O40 puro y soportado (H3PW12O40/ZrO2), obser- –1 vando que la temperatura de descomposición del hetero- mínimos acentuados alrededor de 1350 y 950 cm que son poliácido se encuentra alrededor de 612 ºC. Sin embargo, característicos de estiramientos B-O. Para el material Z600 se logran definir claramente las bandas en 762, 578 y 532 para el sistema H3PW12O40/ZrO2 no observaron cambios que cm–1 que identifican a la circonia cristalina, obteniéndose fueran atribuidos al heteropoliácido, deduciendo con ello (37) una alta estabilidad térmica del heteropolianión al estar según Babou y col., a partir de los 550 ºC. Se puede observar que estas señales resultan afectadas con la incor- depositado en ZrO2, coincidiendo con los resultados obte- (35) poración del agente ácido disminuyendo su intensidad y nidos en este trabajo. Por otra parte, Hernández y col., –1 han reportado que la descomposición de la estructura cambiando ligeramente de posición a 624 y 514 cm con relación al material ZH600 y a 694 y 619 cm–1 para el caso Keggin del heteropoliácido depositado en ZrO2 ocurre hasta los 700 ºC, logrando observar por difracción de rayos X del material ZB600.

fuertes reflexiones asociadas a una mezcla de WO3 y espe-

cies W18P12O59.

3.3. Difracción de rayos X (DRX) A partir de los espectros de difracción de rayos X de la Figura 3 se puede observar que después de la calcinación a 600 ºC, la muestra que no recibió tratamiento ácido cris- talizó exclusivamente en la estructura monoclínica del óxi- do de circonio, con líneas de difracción muy intensas en

Figura 4. Espectros de FT-IR de los óxidos de circonio sintetizados.

3.5. Termodesorción programada de amoniaco (TPD-NH3) La Tabla II presenta los datos de acidez obtenidos por

TPD-NH3 para los materiales sintetizados. La cantidad de base evacuada en función de la temperatura de calenta- Figura 3. Patrones de DRX de los óxidos de circonio sin- miento ofrece una medida de la distribución y cantidad de tetizados. la fuerza ácida. En general, se puede decir que los mate-

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TABLA II

Distribución ácida de los materiales determinada por TPD-NH3.

Acidez parcial (µmol NH3/g)

Acidez total Débil Intermedia Fuerte Muy fuerte Material (µmol NH3/g) (< 100 ºC) (100-200 °C) (200-400 ºC) (> 400 ºC)

Z600 490 24 113 137 216 ZH600 1020 40 266 469 245 ZB600 890 18 276 534 62

* El intervalo de temperaturas utilizado para establecer la acidez parcial se basó en la clasificación de Yadav y col.(38)

riales sintetizados poseen sitios ácidos superficiales de de acetona, se efectúa sobre sitios básicos(39). En la Tabla intensidad débil, intermedia, fuerte y muy fuerte incluyen- III se puede observar que los materiales ácidos sintetiza-

do entre ellos a la ZrO2 pura, existiendo una mayor con- dos tienen valores de conversión bastante aceptables para centración de sitios ácidos fuertes en los materiales ZH600 el intervalo de temperatura estudiado y sus resultados con-

y ZB600 que fueron modificados con los agentes ácidos cuerdan con lo reportado por TPD-NH3. Resulta evidente

(H3PW12O40 y H3BO3). Se puede observar que la ZrO2 pura que los valores de conversión están en función del grado

adsorbe muy poco NH3, sin embargo, con la incorporación de acidez desarrollado por los materiales, sin embargo, la

de los agentes ácidos, la adsorción de NH3 aumenta en los diferencia en el porcentaje de conversión también puede materiales debido a que se generan más sitios ácidos sobre estar afectada por la estructura porosa desarrollada en su superficie. De los materiales ácidos sintetizados, la cir- ambos soportes. La circonia pura no logra deshidratar al conia modificada con el heteropoliácido (ZH600) presen- alcohol a la misma temperatura de reacción que los mate- ta una densidad de sitios ácidos ligeramente mayor que el riales acidificados. En todos los casos, la selectividad está material impregnado con el ácido bórico (ZB600). orientada hacia la formación de propileno, obteniéndose como subproducto de reacción éter diisopropílico única- 3.6. Deshidratación de 2-propanol mente con el material ZH600. De acuerdo a estos resulta- Los resultados de la reacción de deshidratación de 2-pro- dos se puede afirmar que los materiales sintetizados pre- panol se presentan en la Tabla III. Mediante la selectividad sentaron carácter ácido. Aunque se ha reportado que la (40) de la reacción se dedujo cuales sitios son los dominantes ZrO2 presenta propiedades anfóteras , en este trabajo no en los materiales sintetizados, ya que de acuerdo con la se presentó la formación de acetona, lo cual indica que no literatura, se ha determinado que los productos propileno existen sitios básicos en los materiales o que de llegar a y éter diisopropílico (DIPE) son formados mediante sitios existir éstos, no tienen la suficiente fuerza para dirigir la ácidos (Lewis y Brönsted) y por otro lado, la producción reacción hacia la deshidrogenación del alcohol.

TABLA III Deshidratación de 2-propanol.

Selectividad (%) Material Conversión (%) Propileno Éter

Z600a 9 100 0 ZH600b 91 90 10 ZB600b 11 100 0

Actividad para la deshidratación de 2-propanol evaluada a 160 min Condiciones de reacción: aT = 130 ºC, P = 1 atm, WHSV = 10 h–1 bT = 90 ºC, P = 1 atm, WHSV = 10 h–1

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Figura 6. Perfil de actividad catalítica desarrollado en la Figura 5. Isomerización de n-pentano catalizada por mate- isomerización de n-pentano por materiales a base de 3– 3– riales a base de Pt/ZrO2-H3PW12O40 y Pt/ZrO2-BO3 , T = Pt/ZrO2–H3PW12O40 y Pt/ZrO2–BO3 , T = 250 ºC, P = 1 atm, –1 –1 250 ºC, P = 1 atm, H2/n-C5 = 6, WHSV = 3 h . H2/n-C5 = 6, WHSV = 3 h .

3.7. Isomerización de n-pentano aumentar la acidez total del material, incrementaron la población de sitios ácidos fuertes, observándose que estos La Figura 5 presenta los resultados obtenidos durante la son los sitios ácidos predominantes en las muestras aci- reacción de isomerización de n-pentano. Estos resultados 3– 3– dificadas. Los grupos [PW12O40] y BO3 permanecen fuer- indican que la acidez desarrollada por los materiales per- temente enlazados a la superficie de la ZrO2 inhibiendo el mitió catalizar la reacción con conversiones y selectivida- crecimiento de la partícula, retardando la sinterización del des favorables. El catalizador más activo fue el Pt/ZH600 material y la aparición de la fase monoclínica. La acidez con 40% de conversión y 95% de selectividad hacia el iso- desarrollada por los materiales fue adecuada para lograr pentano, a diferencia del catalizador Pt/ZB600, el cual pre- catalizar la isomerización de n-pentano con conversiones sentó una conversión del hidrocarburo de 20%, pero una superiores al 20% y selectividades hacia el isopentano que selectividad no menos importante hacia el producto de inte- fluctuaron alrededor del 90%. rés del 88%. Lo anterior puede ser explicado con base en la diferencia que existe en la concentración de sitios ácidos fuertes y muy fuertes, que para el material Pt/ZH600, resul- AGRADECIMIENTOS tó de 714 µmol NH3/g, en contraste con el valor obtenido por el catalizador Pt/ZB600, cuya cantidad de amoniaco reteni- Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) da para ese tipo de sitios fue de 596 µmol NH3/g. A lo largo por la beca otorgada 181668, al COSNET por el apoyo eco- de 180 minutos de reacción, la conversión y la selectividad nómico a través del proyecto 479.04P. permanecieron constantes no evidenciándose pérdida de actividad catalítica (Figura 6). El catalizador Pt/Z600, usado como material de referencia, no mostró actividad bajo las BIBLIOGRAFÍA condiciones citadas, lo cual puede estar relacionado con la

baja concentración de sitios ácidos fuertes y muy fuertes (1) . E. Iglesia, D.G. Barton, S.L. Soled, S. Miseo, J.E. (353 µmol NH3/g). Por otro lado, mediante espectroscopía Baumgarner, W.E. Gates, G.A. Fuentes: «Meitzner in de infrarrojo con adsorción de piridina se determinó la natu- Memories of 11th International Congress on Catalysis», 1 raleza de los sitios ácidos en los materiales acidificados, (1996) 533. observándose la presencia de sitios ácidos Lewis y Brönsted (2) a la temperatura de reacción citada. Con base en lo ante- . B.C. Gates: «Catalytic Chemistry», John Wiley & Sons, rior, los autores apoyan la participación de los dos sitios áci- (1992) 52. dos en el mecanismo de reacción, considerando que la adi- (3). K. Arata, H. Matsuhashi, M. Hino, H. Nakamura: Catal. ción del platino ayuda a la regeneración de los sitios ácidos Today, 81 (2003) 17. Brönsted a través de la disociación homolítica de la molé- (4). T. Yamaguchi: Appl. Catal. A, 61 (1990) 165. cula de hidrógeno que ocurre sobre la superficie del mismo, (5) (9) . K. Arata: Adv. Catalysis, 37 (1990) 165. tal como reportan Tomishige y col., . Aunado a esto, el hidró- (6) geno disociado pudo haber inhibido una fuerte concentra- . T. Kimura: Catal. Today, 81 (2003) 57-63. (7) ción local de intermediarios de reacción, evitando con ello . X. Yang, F.C. Jentof, R.E. Jentof, F. Girgsdies, T. Ressler: la polimerización de los mismos y por ende, una eminente Catal. Lett., 81 (2002) 25-31. desactivación, lo cual explica el desempeño estable de los (8). M. Risch, E.E. Wolf: Catal. Today, 62 (2000) 255-268. catalizadores a lo largo de 3 h de reacción (Figura 6). (9). K. Tomishige, A. Okabe, K. Fujimoto: Appl. Catal. A, 194- 195 (2000) 383-393. (10) 4. CONCLUSIONES . J.G. Santiesteban, D.C. Calabro, C.D. Chang, J.C. Vartuli, T.J. Fiebig, R.D. Bastian: J. Catal., 202 (2001) 25-33. (11) El aumento en la acidez total de la ZrO2 fue ocasionado . J.C. Yori, C.L. Pieck, J.M. Parera: Appl. Catal. A, 181 3– por la incorporación de los agentes ácidos ([PW12O40] y (1999) 5-14. 3– (12) BO3 ) a la estructura de la misma, los cuales, además de . M. Hino, K. Arata: Appl. Catal. A, 169 (1998) 151-155.

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(13). L.A. Cortez, J.M. Hernández, A. Castillo, J.L. Rivera, G. (29). I.V. Kozhevnikov, K.R. Kloestra, A. Sinnema, H.W. Sandoval, L.A. García, R. García: Revista Mexicana de Zandbergen, H. Bekkum: J. Mol. Catal. A, 114 (1996) 287. Ingeniería Química, 5 (2006) 321-327. (30). A. Ghanbari-Sianhkali, A. Philippou, J. Dwyer, M.W. (14). M.J. Janik, K.A. Campbell, B.B. Bardin, R.J. Davis, M. Anderson: Appl. Catal. A, 192 (2000) 57. Neurock: Appl. Catal. A, 256 (2003) 51-68. (31). L.R. Pizzio, P. Vázques, M.N. Blanko: Catal. Lett., 77 (15). J. Haber, K. Pamin, L. Matachowski, D. Mucha: Appl. (2001) 233. Catal. A, 256 (2003) 141-152. (32). A.V. Ivanov, T.V. Vasina, V.D. Nissenbaum, L.M. Kustov, (16). Y. He, Y. He: Catal. Today, 74 (2002) 45-51. M.N. Timofeeva, J.I. Houzvicka: Appl. Catal. A, 259 (2004) (17). T. Okuhara, N. Mizuno, M. Misono: Adv. Catal., 41 (1996) 65-72. 113. (33). J. Guzmán, H. Pérez, J. Trejo, T. Viveros: Revista (18). N. Mizuno, M. Misono: Chem. Rev., 98 (1998) 199. Mexicana de Ingeniería Química, 1 (2002) 29-36. (34) (19). I.V. Kozhevnikov: Chem. Rev., 98 (1998) 171. . E. López, J.G. Hernández, I. Schifter, E. Torres, J. (20). I.V. Kozhevnikov: Catal. Rev. Sci. Eng., 37 (1995) 311. Navarrete, A. Gutiérrez, T. López, P.P. Lottici, D. Bersani: (21) Appl. Catal. A, 193 (2000) 215-225. . Y. Liu, K. Na, M. Misono: J. Mol. Catal., 141 (1999) 145. (35) (22) . J.G. Hernández, T. López, D.H. Aguilar, P. Quintana: . T. Suzuki, T. Okuhara: Catal. Lett., 72 (2001) 111. «Emerging Fields» in Sol-Gel Science and Technology, 1 (23) . R. Watanabe, T. Suzuki, T. Okuhara: Catal. Today, 66 (2003) 221-229. (2001) 123. (36). J.A. Wang, M.A. Valenzuela, J. Salmones, A. Vázquez, (24) . C. Travers, N. Essayem, M. Delage, S. Quelen: Catal. A. García, X. Bokhimi: Catal. Today, 68 (2001) 21-30. Today, 65 (2001) 355. (37). F. Babou, G. Coudurier, C. Vedrine: J. Catal., 152 (1995) (25) . N. Essayem, Y.B. Taarit, P.Y. Gayraud, G. Sapaly, C. 341. Naccache: J. Catal., 204 (2001) 157. (38). G.D. Yadav, J.J. Nair: Microporous Mesoporous Mater., (26) . C. Trolliet, G. Coudurier, J.C. Vedrine: Top. Catal., 15 33 (1999) 20. (2001) 73. (39). J.E. Rekoske, M.A. Barteau: J. Catal., 165 (1997) 57-72. (27) . A.V. Ivanov, T.V. Vasina, O.V. Masloboishchicova, E.G. (40). K. Tanabe, M. Misono, Y. Ono, H. Hattori: «New Solids Khelkovskaya-Sergeeva, L.M. Kustov, J.I. Houzvicka: Russ. Acids and Bases», Elsevier, Holanda, (1989) 135-200. Chem. Bull., 49 (2000) 17-26. (28). L.R. Pizzio, C.V. Cáceres, M.N. Blanko: Appl. Catal. A, 167 (1998) 283.

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Síntesis de 3,6-diisobutil-3,6-dimetil- 1,2,4,5-tetraoxaciclohexano y estudio cinético de su descomposición térmica en solución

Gladys N. Eyler*, Elida E. Alvarez, Adriana Cañizo y Gastón Barreto *Area de Química, Facultad de Ingeniería, U.N.C.P.B.A., Av. Del Valle 5737, (B7400JWI) Olavarría, Buenos Aires, Argentina.

Synthesis of 3,6-Diisobutyl-3,6-Dimethyl-1,2,4,5-Tetraoxacyclohexane and the Kinetic Study of its Thermal Decomposition in Solution

Síntesi de 3,6-diisobutil-3,6-dimetil-1,2,4,5-tetraoxaciclohexà i estudi cinètic de la seva descomposició tèrmica en solució

Recibido: 21 de junio de 2007; revisado: 13 de septiembre de 2007; aceptado: 17 de septiembre de 2007

RESUMEN On the other hand, the thermal decomposition reaction of DPMBC has been studied in light petroleum ether from El diperóxido de isobutilmetilcetona (3,6-diisobutil-3,6- 130,0 to 160,0°C. dimetil-1,2,4,5-tetraoxaciclohexano, DPMBC) ha sido pre- Key words: Synthesis. Cyclic diperoxide. Thermolysis. parado por reacción de isobutilcetona, peróxido de hi- drógeno (30%) y ácido sulfúrico (70%) a –15°C. Este compuesto ha sido identificado por CG/EM y usando sus parámetros de retención en Cromatografía Gaseosa a RESUM Temperatura Programada. Se comparan la reactividad, los parámetros termodiná- El diperòxid d’isobutilmetilcetona (3,6-diisobutil-3,6-dime- micos y el índice de retención de DPMBC con las de su til-1,2,4,5-tetraoxaciclohexà, DPMBC) s’ha preparat per isómero, el diperóxido cíclico derivado de terc-butilme- reacció d’isobutilcetona, peròxid de hidrogen (30%) i àcid tilcetona (diperóxido de pinacolona, DPP). sulfúric (70%) a –15°C. Aquest compost s’ha identificat Por otro lado, la reacción de descomposición térmica de per anàlisi CG/EM i usant els seus paràmetres de reten- DPMBC ha sido estudiada en éter de petróleo en el ámbi- ció en Cromatografia Gaseosa a Temperatura Programada. to de temperaturas de 130,0 a 160,0°C. Es compara la reactivitat, els paràmetres termodinàmics Palabras claves: Síntesis. Diperóxidos cíclicos. Termólisis. i l’índex de retenció de DPMBC amb les del seu isòmer, el diperòxid cíclic derivat de terc-butilmetilcetona (diperò- xid de pinacolona, DPP). D’altra banda, s’ha estudiat la SUMMARY reacció de descomposició tèrmica de DPMBC en èter de petroli en el marge de temperatures de 130,0 a 160,0°C. Isobutylmethylketone diperoxide (3,6-diisobutyl-3,6- Mots clau: Síntesi. Diperòxids cíclics. Termòlisis. dimethyl-1,2,4,5-tretraoxacyclohexane, DPMBC) has been prepared by reaction of isobutyl ketone, hydrogen pero- xide (30%) and sulfuric acid (70%) at –15°C. This compound has been identified by GC/MS analysis and using its retention data in Temperature Programmed Gas Chromatography. Some comparison related with the reactivity, thermody- namic parameters and retention index can be done with its isomer, the cyclic diperoxide derived from terbutyl- methylketone. * E-mail: [email protected]

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INTRODUCCIÓN ro de amonio (3 x 15mL) para eliminar el exceso de peró- xido de hidrógeno. Luego se lavó la solución con agua des- La síntesis y el estudio cinético de la descomposición tér- tilada (3 x 15mL) y se secó sobre sulfato de sodio anhidro mica de peróxidos orgánicos han sido objeto de estudio durante aproximadamente 24 horas. de numerosos trabajos de investigación de gran interés, Por último, se llevó a cabo el filtrado de la solución obte- debido a la aplicación de estos compuestos en aspectos nida y se concentró utilizando un evaporador rotativo con biológicos (implicancia de peróxidos en el metabolismo baño de agua. El análisis por cromatografía gaseosa de oxidativo, procesos degenerativos cómo cáncer, actividad la fase etérea permitió constatar la existencia de cuatro antimalárica)(1) y en procesos industriales (iniciadores de productos de reacción. polimerización, desinfectantes, blanqueadores)(2). Estas especies también juegan importantes roles en la contami- Métodos cinéticos nación y en varios aspectos de la ciencia ambiental y tec- (3) Las soluciones de peróxido en éter de petróleo se carga- nológica . Es por ello que resulta de interés incursionar en ron en ampollas de vidrio Pyrex (10 cm de longitud x 6 mm la síntesis de nuevos compuestos y el estudio de su reac- d. e.), degasificadas y cerradas a la llama de un soplete. tividad en solución. Se utilizó como solución inicial el extracto etéreo obteni- La mayoría de los miembros de la familia de los 1,2,4,5- do de la síntesis, agregando naftaleno como patrón inter- tetraoxaciclohexanos sustituidos, de fórmula general: no (PI). La concentración inicial de DPBMC ca. 0,025 M fue determinada por el método del factor de respuesta considerando que la respuesta del detector de ionización de llama es la misma para este peróxido que para su isómero el diperóxido de pinacolona (DPP) con el cual se preparó una solución de concentración conocida con PI. La ter- mólisis en solución se efectuó sumergiendo las ampollas selladas en un baño termostático estabilizado a la temperatura elegida (± 1 ºC) entre 130,0 y 160,0 ºC. Las ampollas fueron extraídas a los tiempos de reacción previamente establecidos y enfriadas inmediatamente en un baño de agua/hielo a fin de detener la reacción de descomposición de peróxido. En todos los casos la solución contenida en la ampolla donde se llevó a cabo la descomposición tér- Figura 1. Estructura general de 1,2,4,5-tetraoxaciclohexanos. mica se inyectó en el cromatógrafo, sin tratamientos previos.

Materiales y métodos instrumentales

donde R1, R2, R3 y R4 son sustituyentes iguales o diferen- El análisis cromatográfico cuantitativo para determinar el tes, pueden obtenerse por oxidación de cetonas alifáticas peróxido remanente en la solución se llevó a cabo con un con peróxido de hidrógeno en medio fuertemente ácido y cromatógrafo de gases marca Konik, modelo KNK 2000 C, a bajas temperaturas(3-6). equipado con un inyector para columna capilar con divi- En la literatura se ha informado(7) que cuando cetonas ali- sión de muestra calentado a 150 ºC, y detector de ioniza- fáticas reaccionan con peróxido de hidrógeno bajo deter- ción de llama (FID) a 250 ºC. Se utilizó una columna capi- minadas condiciones, se forma una mezcla de diferentes lar DB-5 (metilfenilsilicona, 30 m de longitud; 0,32 mm de peróxidos. La completa separación e identificación de d.i. y 0,25 µm de espesor de fase estacionaria). Los análi- todos los peróxidos obtenidos ha sido en general una tarea sis fueron efectuados utilizando nitrógeno como gas por- –1 muy difícultosa. tador (velocidad lineal 29,4 cm s a 60 ºC) y temperatura Wulz y Brune (1971) han sintetizado varios hexalquilhexa- programada (5 min. a 60 ºC, velocidad de calentamiento –1 oxaciclononanos, entre los que se encuentra el 3,6,9-trii- 10 ºC min hasta una temperatura final de 250 ºC). Los sobutil-3,6,9-trimetilhexaoxaciclononano (triperóxido de datos espectrométricos de los productos de la reacción isobutilmetilcetona, TPBMC), con un rendimiento del 12%. entre BMC y peróxido de hidrógeno se obtuvieron a par- Sin embargo, estos autores no informan acerca de la obten- tir del análisis por cromatografía gaseosa en un equipo ción del dímero correspondiente(8). Thermo Quest modelo Trace 2000 equipado con detector El objetivo de este trabajo ha sido la preparación e iden- de espectrometría de masas Finnigan Polaris. Se utilizó un tificación preliminar del diperóxido de metilisobutilcetona inyector para columna capilar con división de muesta (split) (3,6-diisobutil-3,6-dimetil-1,2,4,5-tetraoxaciclohexano, calentado a 150 º C y Helio como gas portador (flujo cons- –1 DPBMC) y el estudio de la reacción de termólisis en solu- tante de 0,5 mL min ). Se utilizó una columna capilar Rtx- ción de éter de petróleo. 5MS ((5 % bifenil – 95 % dimetil polisiloxano, bajo san- grado) de 30 m de longitud, 0,25 mm de d.i. y 0,25 µm de espesor de fase estacionaria. PARTE EXPERIMENTAL

Preparación de DPBMC RESULTADOS Y DISCUSION

En un erlenmeyer enfriado a –15 ºC se colocaron 14g (8,9 Identificación de productos de la síntesis mL) de ácido sulfúrico 70% (vol.) sobre el cual se agrega- ron 6 mL (0,048 mol) de isobutilmetilcetona (BMC), man- El análisis por cromatográfica gaseosa de los productos teniendo el sistema en agitación. A esta mezcla se le adi- de la reacción entre BMC y peróxido de hidrógeno en las cionaron, gota a gota, desde una ampolla de decantación condiciones descriptas permite observar cuatro picos bien y en el transcurso de una hora y media, 5,7 mL de peró- resueltos que corresponden a productos de reacción (tiem- xido de hidrógeno 30% (0,056 mol). Los productos pos de retención tr aproximados 15,77; 16,14; 22,28 y 22,68 orgánicos fueron extraídos con éter de petróleo 35-60 °C minutos). (7) (2 x 20mL). La fase orgánica fue separada en ampolla de Según se describe en la literatura es común que en este decantación y lavada con una solución saturada de cloru- tipo de reacciones se formen entre los productos tanto

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peróxidos cíclicos como acíclicos mono, di o polifuncio- nales. El producto de la reacción, diperóxido de BMC

(DPBMC, R1 = –CH3 y R2 = –CH2 – CH(CH3) –CH3, Figura 1), tendría el mismo número de átomos de C que su isómero el DPP y podría esperarse que también fueran compara-

bles sus tr por CG por lo cual le correspondería uno de los

tr más bajos (15,77 o 16,14, Tabla I).

TABLA I Indices de retención a temperatura programada IT de los productos de reacción entre BMC y peróxido de hidrógeno.

Figura 2. Correlación entre índices de retención cromato- T T tr, min I gráfica a temperatura programada (I ) de diperóxidos y tri- peróxidos cíclicos y el número de átomos de C (datos de 15,77 1303,09 la regresión: pendiente 85,25 y ordenada al origen 354,95, r = 0,997). 16,14 1323,64

22,25 1700,09

22,68 1723,48

16,3a 1335,18

a tr del DPP en las mismas condiciones de análisis del presente trabajo.

Si bien hasta el momento no se ha podido obtener una muestra pura del mencionado compuesto se han realizado algunos ensayos con la mezcla de reacción con el objetivo de efectuar una identificación preliminar del produc- to denominado DPBMC. (9) En un trabajo previo se realizó la identificación de varios Figura 3. Correlación entre índices de retención cromato- diperóxidos y triperóxidos derivados de mezcla de ceto- gráfica a temperatura programada (IT) de diperóxidos cícli- nas, calculando sus índices de retención cromatográfico cos y sus masas molares (Datos de la regresión: pendiente: T (10) a temperatura programada (I ) y correlacionándolos con 6,09 y ordenada al origen: –34,76; r = 0,997). IT de compuestos químicamente puros pertenecientes a las mismas familias (diperóxidos o triperóxidos). En este trabajo se calculan los indices de retención IT para los pro-

ductos de tr ca 16 min (Tabla I) para poder decidir cuál correspondería al DPBMC. Teniendo como referencia que La coincidencia de estos valores (ca.12 C) apoya la pos- diperóxidos isómeros como el de etilmetilcetona (R1=R3= tulación de una estructura de diperóxido para el compuesto

–CH3 y R2=R4= –CH2 CH3) y el obtenido a partir de mezclas de tr 16,14min. Por otro lado, en la Fig. 3 se muestra la T de acetona y dietilcetona (R1=R2= –CH3 y R3=R4= –CH2 CH3) correlación entre los I de diperóxidos cíclicos obtenidos tienen los mismos(9) IT, se comparan los valores de los índi- en la columna DB-5 y sus masas molares(9). T ces obtenidos para los tr ca.16 min con el I de su isóme- Las masas molares calculadas a partir de los datos de Fig. –1 ro el DPP. En la Tabla I se observa que el pico de tr 16,14 3 son 218,15 y 218,51 g mol para DPBMC y DPP, res- min tiene un índice similar al obtenido para DPP por lo cual pectivamente. La masa molar esperada para estos isó- podría asignarse ese pico como el correspondiente al dipe- meros es de 232 g mol–1. La diferencia observada con los róxido preparado en este trabajo. valores esperados se debe a que estos peróxidos tienen Por otro lado, se ha comprobado que existe una correla- sustituyentes ramificados y las gráficas se han realizado ción lineal entre los IT y el número de átomos de C o las con valores experimentales para diperóxidos con sustitu- masas molares de diperóxidos y triperóxidos cíclicos deri- yentes lineales. Seguramente estos compuestos forman vados de cetonas(9). En la Fig 2 se muestra la correlación parte de otra serie homóloga, por lo tanto pertenecerían a existente entre los IT de la serie homóloga de diperóxidos otra recta para la cual aún no hay datos suficientes. y triperóxidos cíclicos con sustituyentes no ramificados. Sería de interés poder realizar un estudio similar con los Los mismos han sido obtenidos en idénticas condiciones otros picos pero no se dispone de peróxidos de referen- experimentales a las de este trabajo. cia suficientes como para hacer correlaciones. Sin embar-

Utilizando los datos de la regresión se calcula el número go, podría descartarse que los picos a tr ca. 22 min corres- de átomos de C para el pico de tr 16,14 min asignado al pondan al triperóxido cíclico dado que según consta en la DPBMC. El valor calculado es de 11,65 C y el esperado literatura(8) este compuesto es un aceite viscoso que se de acuerdo a la estructura del DPBMC es de 12 C. El mis- extrae de la mezcla de reacción utilizando alto vacío (0,05 mo cálculo realizado para el isómero DPP da 11,79 C. Torr) por lo cual podría esperarse que no tenga suficiente

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Figura 4. Espectro del diperóxido de isobutilmetilcetona (DPBMC).

presión de vapor para ser cromatografiado en las condi- siguientes valores de m/z, con sus respectivas abundan- ciones del presente trabajo. Esos otros productos no iden- cias relativas: 39 (37,4), 41 (63,9), 43 (100,0), 57 (40,9),

tificados, incluido el pico a tr 15,77 min, podrían ser com- 58(31,8), 85 (16,4) y 100 (2,7). puestos de naturaleza peroxídica, probablemente con El espectro de DPMBC no muestra ión molecular a m/z estructuras acíclicas. 232. La pérdida de una molécula de oxígeno y posteriores

El análisis por espectrometría de masas del pico a tr 16.14 rupturas α permiten justificar los fragmentos a m/z 43, 85 min asignado a DPBMC (hasta m/z 150; Fig.4) da los y 100 (Ecuación 1).

Ecuación 1

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El ión a m/z : 100 puede sufrir rupturas α para dar un frag- Datos cinéticos mento de m/z: 85 (Ecuación 2), el cual por ruptura pierde CO para dar un ión a m/z: 57; y el ión a m/z 43 (fragmen- Considerando que el compuesto identificado tiene enla- to encontrado(11) para el diperóxido de acetona). ces O-O y dado que en nuestros laboratorios se han obte- El fragmento m/z: 100 se presenta con la estructura aco- nido parámetros cinéticos y de activación de varios dipe- modada para observar mejor el reordenamiento de hidró- róxidos cíclicos se ha efectuado el estudio cinético del geno que puede sufrir (Ecuación 3). Posterior ruptura α compuesto en el mismo solvente de extracción, tal como da por un lado el ión a m/z: 85 y por otro el ión a m/z: 58. ha sido realizado para el diperóxido cíclico de dietilceto- Este último a su vez sufre ruptura α para dar otro ión a m/z: na(12). 43. Teniendo en cuenta que en general los peróxidos de esta Los datos presentados en este trabajo sólo son suficien- familia se descomponen a través de la ruptura homolítica tes para realizar una identificación preliminar de uno de unimolecular del enlace O-O, la presencia de otros pro- los productos de reacción detectados por CG al cual se le ductos de reacción no afectaría el comportamiento ciné- asigna la estructura de diperóxido cíclico de BMC, pero tico del DPBMC en solución. resultan escasos para la identificación del resto de los Las experiencias cinéticas se realizaron a bajas concen- componentes. traciones de DPBMC (ca. 0,025 M) y entre 130 – 160 ºC

Ecuación 2

para minimizar los efectos de procesos de descomposi- ción inducida, demostrándose que la reacción sigue una ley de pseudo primer orden (Tabla II) hasta conversiones de ca. 60 % del diperóxido.

TABLA II Constantes de velocidad de pseudo primer orden para la descomposición térmica de DPBMC (0,025 M) en éter de petróleo a diferentes temperaturas.

6 –1 a Temperatura [ºC] kexp x 10 [s ]r

130,0 3,9 0,9995

140,0 8,5 0,9965

150,0 33,1 0,990

160,0 114,0 0,9995

acoeficiente de correlación obtenido por un método de mínimos cuadrados. Ecuación 3

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TABLA III Parámetros de Activación correspondientes a la termólisis de diferentes peróxidos cíclicos en solución.

#a #a #a 6 ∆H ∆S ∆G kexp x 10 Diperóxido Solvente [kcal mol–1] [cal mol–1 K–1] [kcal mol–1][s–1 ]b Ref.

DPBMC Éter de petróleo 38,8 ± 1,8 12,1 ± 4,6 33,7± 1,8 8,5 Este trabajo

DPDEC Éter de petróleo 36,5 ± 0,9 7,9 ± 2,4 33,2 ± 0,9 20,0 12

DPP Octano 37,5 ± 0,2 12,3 ± 0,5 32,4 ± 0,2 23,2 14

aerrores calculados a partir de un tratamiento de cuadrados mínimos referencia 12. ba 140,0 °C.

El efecto de la temperatura sobre la constante de pseudo AGRADECIMIENTOS primer orden correspondiente a la descomposición térmi- ca de DPBMC puede representarse por la ecuación de Este trabajo de investigación fue financiado por la Facultad Arrhenius (ec. 4) donde la energía de activación está expre- de Ingeniería y por la Secretaría de Ciencia, Arte y l–1 sada en cal mo : Tecnología de la Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. G. P. B. es becario de la –1 ln kexp [s ] = (29,84 ± 4,6) – (38800 ± 1800)/RT (4) Comisión de Investigaciones Científicas de la Provincia de Buenos Aires. A. I. C. es miembro de la carrera de y los errores se han calculado por un tratamiento de cua- Investigador del CONICET. drados mínimos(13). La obtención de los valores de los parámetros de activa- ción (entalpía y entropía de activación, Tabla III) se llevó a cabo mediante la ecuación de Eyring, cuya representación BIBLIOGRAFÍA gráfica es prácticamente lineal (r = –0,992) en un amplio ámbito de temperaturas (30,0 °C). En la Tabla III se pre- (1). Borstnik, K.; Paik, I.; Shapiro,Th.; Posner, G.: Int.l J. sentan los valores de los parámetros termodinámicos para Parasitology 2002, 32, 1661. DPBMC y para otros peróxidos estudiados previamente (2). Cañizo, A.I.; Eyler, G.N.; Morales, G.E.; Cerna, J.R.: J. en solventes de características similares. Phys. Org. Chem. 2004, 17, 215. Puede observarse que los parámetros de activación cal- (3) . Story, P.R.; Denson, D.D.; Bishop, C.E.; Clark Jr., B.C.; culados para los isómeros DPP y DPBMC son práctica- Farine, J.C.: J. Amer. Chem. Soc. 1968, 90, 817. mente coincidentes. Sin embargo su reactividad es dis- (4) tinta, reflejándose esto en el valor de la constante de . McCullough, K.J.; Morgan, A.R.; Nonhebel, P.P.; White, velocidad a 140,0 °C es 2,7 veces mayor para DPP. J.: J. Chem. Res. Synop. 1980, 34M, 601. (5). McCullough, K.J.; Morgan, A.R.; Nonhebel, P.P.; White, J.: J. Chem. Res. Synop. 1981, 35M, 629. CONCLUSIONES (6). Mc Cullough, K.J.; Morgan, A.R.; Nonhebel, P.P.; White, J.: J. Chem. Res. Synop. 1982, 36M, 651. 1. Se ha efectuado la identificación preliminar (por índice (7). Milas, N.A.; Golubovic, A.: J. Amer. Chem. Soc. 1959, de retención cromatográfica y por CG/EM) del diperó- 81, 3361. xido de isobutilmetilcetona como uno de los productos (8) . Wulz, K.; Brune, H. A.: Tetrahedron 1971, 27, 3669. de la reacción entre la isobutilmetilcetona y peróxido (9) de hidrógeno en medio ácido y a bajas temperaturas. . Barreto, G.P.; Cañizo, A.I; Eyler,G.N.: Chromatographia 2006, 63, 261. 2. La reactividad de DPBMC a 140 °C es inferior a la corres- (10). Van Den Dool, H.; Kratz, P. D.: J. Chromatogr. 1963, 11, pondiente a los diperóxidos de pinacolona y de dietil- 463. cetona analizadas en solventes similares. (11). Bertrand, M.; Fliszár, S.; Rousseau, Y.: J. Org.Chem. 1968, 1931. 3. Los valores de los parámetros de activación de la reac- (12). Barreto, G.; Cañizo, A.: Afinidad 2004, 61 (513), 396. ción de termólisis de DPBMC en solución de éter de (13) (12) . Huyberechts, S.; Halleux, A.; Kruys, P.: Bull. Soc. Chim. petróleo son similares a los informados para el dipe- Belg. 1955; 64, 203. róxido de dietilcetona en el mismo solvente y de pina- (14) colona en n-octano(14), por lo que podría postularse que . Cafferata, L.F.R.; Eyler, G.N.; Svartman, E.L.; Cañizo, la etapa determinante de la velocidad de reacción sería A.I. Alvarez, E.E., J. Org. Chem. 1991, 56, 411. la ruptura unimolecular de un enlace peroxídico para dar un birradical, el cual posteriormente sigue des- componiéndose para dar productos.

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Estudios preliminares de la descolorización del licor negro procedente del pulpeo Organosolv del bagazo de la caña de azúcar por Trametes versicolor

Leyanis Mesa1*, Erenio González1, Xavier Gabarrell2 1Centro de Análisis de Procesos. Facultad de Química-Farmacia. Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas (Villa Clara). Cuba 2Departamento de Ingeniería Química. Escuela Técnica Superior de Ingeniería. Universidad Autónoma de Barcelona, 08193 Bellaterra, España

Preliminary studies of black liquor decolourization from Organosolv pulping of sugar cane bagasse by Trametes versicolor

Estudis preliminars del descoloriment del licor negre procedent del procés Organosolv del bagàs de la canya de sucre per Trametes versicolor

Recibido: 9 de julio de 2007; revisado: 16 de octubre de 2007; aceptado: 29 de octubre de 2007

RESUMEN peroxidase (LiP) nor manganese peroxidase (MnP) were detected, nevertheless Trametes versicolor is able to pro- El licor negro generado del proceso Organosolv del baga- duce these enzymes. From the results obtained, it can zo de la caña de azúcar fue tratado con el hongo de be concluded that there is a relationship between lacas- podredumbre blanca Trametes versicolor, para la reali- se production and colour reduction. This correlation res- zación de estudios preliminares de evaluación de la dis- ponds to the equation Y(colour reduction) = 34,77+ 5.533 minución del color, compuestos aromáticos y demanda (lacasse activity). química de oxígeno (DQO). Los estudios se realizaron Key words: Decoulorization. Laccase. Black liquor. en erlenmeyers. Se obtuvieron reducciones de color y Trametes versicolor. compuestos aromáticos en el orden de 90 a 95% y 95% de DQO. En el transcurso del experimento fue detectada la actividad de la lacasa pero no de lignina peroxidasa o manganeso peroxidasa, aunque Trametes versico- RESUM lor es capaz de producir estas enzimas. A partir de los resultados obtenidos, se puede concluir que existe una El licor negre generat pel procés Organosolv del bagàs relación entre la producción de lacasa y la disminución de la canya de sucre es tracta amb el fong de podridura del color. Esta correlación responde a la ecuación Y blanca Trametes versicolor, a efectes de realitzar estu- (reducción de color) = 34,77+ 5,533 (actividad de lacasa). dis preliminars d’avaluació de la disminució del color, Palabras claves: Decolorización. Lacasa. Licor negro. compostos aromàtics i demanda química d’oxigen (DQO). Trametes versicolor. Els estudis es realitzen en erlenmeyers. S’assoleixen reduccions de color i de compostos aromàtics de l’or- dre del 90 al 95%, i del 95% pel que fa a la DQO. En el SUMMARY transcurs de l’experiment es detecta activitat de lacasa, però no de lignina peroxidasa o manganès peroxidasa, Black liquor from sugar cane bagasse Organosolv pro- tot i que Trametes versicolor es capaç de produir aquests cess were treated with the with-rot fungus Trametes ver- enzims. A partir dels resultats obtinguts, es pot concloure sicolor, to do preliminary studies of evaluation to redu- que existeix una relació entre la producció de lacasa i la ce of colour, aromatic compounds and chemical oxygen disminución del color. Aquesta correlació respon a la demand (COD). The studies were made in shake flask. equació Y (reducció de color) = 34,77+ 5,533 (activitat de Reductions in colour and aromatic compounds of 90 to lacasa). 95% and in COD of 95% were acheived. During the expe- Mots clau: Descoloriment. Lacasa. Licor negre. Trametes riment, lacasse activity was detected but neither lignin versicolor.

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INTRODUCCIÓN dio agar con extracto de malta 2% y resembradas perió- dicamente. Las fábricas de pulpa para papel ondulado carecen en general de un tratamiento efectivo del licor negro. Por esta Produccion del inóculo razón, en muchos casos estas industrias vierten el efluente al medio sin ningun tratamiento adecuado provocando La suspensión micelial de Trametes versicolor fue obteni- el deterioro del mismo. Durante la producción de pulpa a da por inoculación de un segmento de 1 cm de diámetro través del pulpeo con etanol (proceso Organosolv), el licor de la zona de crecimiento del hongo en agar malta al 2%, negro obtenido, aunque muy inferiores comparados con en 100 mL de medio de extracto de malta 2% (m/v) en el proceso Kraft, tiene valores de demanda química de oxí- erlenmeyers. Los erlenmeyers fueron incubados a 25 ºC y geno (DQO) superiores a los permitidos para su vertido al con una agitación orbital de 135 rpm. Después de 3 días medio ambiente (González, M., 2004). Esta agua residual la capa de micelio formada se separó del medio de culti- contiene principalmente lignina, un biopolímero aromáti- vo y se trituró con un homogenizador Polytron hasta obte- co, heterogéneo y complejo que protege a las plantas de ner un medio homogenizado. A la suspensión resultante los ataques microbianos y de los insectos, además de jugar se añadió el mismo volumen de solución salina (NaCl 0.8%). un rol estructural muy importante. La biodegradabilidad Se añadió 10 mL de la suspensión de micelio en 90 mL de anaerobia de este licor negro es baja, debido a la presen- medio (85% licor negro). Los erlenmeyers se incubaron a -1 cia de ligninas y sus derivados (Field, 1991; Kortekaas, una temperatura de 25 ºC y una agitación de 135 r · min 1995). La baja biodegradabilidad unido a la toxicidad de durante 5 días. este residual sugieren que un pretratamiento previo a la Todas las muestras fueron esterilizadas a 120 ºC durante digestión anaerobia es necesario para detoxificar y facili- 15 minutos. tar su posterior degradación. Los hongos de podredumbre blanca, degradadores de la Métodos analíticos madera, parecen ser los microorganismos más promiso- rios para tratar estos efluentes, ya que son capaces de La glucosa de la muestra es medida con un analizador de degradar tanto la lignina como otros compuestos fenóli- Glucosa y Lactato Model 2700 de Yellow Spring Instrument. cos, por lo que presuntamente deben permitir detoxificar La absorbancia en el espectro ultravioleta a 280 nm en estos efluentes aumentando su biodegradabilidad por el cubetas de cuarzo de 1 cm, se utiliza para indicar la con- fraccionamiento de compuestos de alto peso molecular centración total de compuestos aromáticos. La absor- (Poggi-Veraldo HM, 1997). bancia en el espectro visible a 440 nm en cubetas de cuar- Varios estudios han demostrado que los efluentes de la zo de 1 cm se utiliza como indicador del color. Las muestras industria del papel pueden ser decolorados por cultivos de agua residual fueron filtradas y diluidas con tampón –3 de hongos de podredumbre blanca. La mayoría de los tetraborato 0,02 mol.dm a pH = 9,1; para obtener absor- trabajos han sido realizados con P. chrysosporium, pero bancias inferiores a 0,8 unidades. otros hongos de podredumbre blanca han sido también La Demanda Química de Oxígeno (DQO) se determina de usados (Jager, 1985; Sundman y Kirk, 1982). Entre estos acuerdo al método propuesto por el Standard Methods. se encuentran Trametes versicolor (Archibald y Paice, (APHA, 1985) 1990; Bergbauer, 1991), Stagonospora gigaspora Las reducciones de DQO, color y compuestos aromáticos (Bergbauer, 1992) y Pleurotus pulmonaris (Masaphy y se calcularon respecto a un control en idénticas condi- Leavon, 1992) que han dado buenos resultados. Estos ciones de temperatura, agitación en el tiempo y posibles hongos son capaces de degradar tanto la lignina como cambios causados por la evaporación del medio: otras sustancias aromáticas. Ellos excretan un sistema enzimático extracelular capaz de degradar completa- Reducción (%) = (C–S)/Ci * 100 mente la lignina presente en el licor negro. Las enzimas más importantes son lacasa, manganeso peroxidasa y Donde: lignina peroxidasa. C: muestra del control no inoculado al tiempo t. Trametes versicolor puede producir tanto lacasa consti- tutiva como inductiva, teniendo similar actividad en ambos S: muestra inoculada al tiempo t. casos, también puede producir peroxidasas tales como Ci: muestra inicial del control no inoculada. lignina peroxidasa (LiP) o Manganeso Peroxidasa (MnP) (Paice, 1993). Es por ello que estos hongos son muy uti- Las muestras y el control son por triplicado. lizados para degradar una amplia variedad de contaminantes (Kapdan, 2000; Robinson, 2001; Kadhim, 1999; Ullah, La toxicidad se determinó en el Microtox System de 2000) como colorantes textiles, fenoles, clorofenoles, hidro- Microbics Corporation, basado en el porcentaje de pérdi- carburos aromaticos policiclicos, entre otros. da de la llama emitida por una bacteria biolumniscente Una de las principales dificultades con estos procesos es (Photobacterium phosphoreum) al ponerla en contacto con la produccion de enzimas en cantidades suficientes que una muestra filtrada a pH 7. El valor de la EC50 medidas a permitan la decolorizacion del licor negro, así como la faci- los 5 minutos y 15 °C representa la concentración efecti- lidad de un tratamiento anaeróbico subsecuente del efluen- va de muestra que causa un 50% de disminución de la luz te. Por este motivo, es necesario en primer lugar la deter- emitida. Las reducciones de EC50 se expresan como: minación de las condiciones óptimas de operación. Por lo que uno de los principales objetivos de este trabajo es pro- (EC50final – EC50inicial )/ EC50inicial ducir Trametes versicolor de una forma que permita niveles adecuados de decoloración, disminucion de compuestos aromáticos y DQO. Pruebas de actividad enzimática MATERIALES Y MÉTODOS Las actividades Lacasa y Manganeso peroxidasa fueron medidas usando una versión (Kaal, Jong y Field, 1993) Microorganismos y condiciones de cultivo modificada del método de Paszczynski et al., (1988) para El microorganismo utilizado es Trametes versicolor la determinación de MnP donde el 2,6 dimetoxifenol (DMP) ATCC 42530, mantenida a 23 °C en placas Petri en me- es oxidado por la lacasa aun en ausencia de un cofactor.

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Por el contrario, la oxidacion por la Manganeso peroxida- derivados de la lignina con alto poder contaminante, por

sa (MnP) requiere la presencia de H2O2 como cofactor y esta razón se decidió también llevar a cabo experimen- Mn2 catalíticamente activo. La unidad de actividad fue defi- tos con este hongo y así evaluar su influencia en la des- nida en términos del número de micromoles de DMP con- colorización del licor negro proveniente del pulpeo con vertidos en litros por minuto. etanol. La actividad Lignina peroxidasa fue determinada por la Los experimentos con Trametes versicolor fueron lleva- oxidación del alcohol veratrílico (Tien M, 1984). La unidad dos a cabo en erlenmeyers en un medio que contenía licor de actividad (AU) fue definida en términos del número de negro en una concentración del 85% con el objetivo de micromoles de alcohol veratrílico convertido por litro por obtener información acerca del crecimiento del hongo en minuto. este medio que contiene el efluente objeto de estudio. En estos experimentos una alta concentración de biomasa se Licor negro obtuvo después de 3 días de incubación. En la figura 1 se muestran los perfiles de comportamien- El licor negro se obtiene a partir del pulpeo con etanol del to de color y compuestos aromáticos con la utilización de bagazo de la caña de azúcar, de una fábrica de papel para T. versicolor. corrugar, de la provincia de Cienfuegos, Cuba. Las carac- Aunque T. versicolor puede producir lacasa, MnP y LiP, terísticas de este licor negro se muestran en la tabla I. solamente la lacasa fue detectada en las condiciones correspondientes a las experiencias. Varios autores han referido problemas con la determinación de la actividad de la LiP. Por ejemplo, Lobarzewski (Lobarzewski et al., 1990) encontró que la lignina, los lignocelulósicos y las lig- TABLA I ninas solubles pueden reaccionar con peroxidasas for- Características del licor negro proveniente mando complejos y reduciendo o eliminando su actividad. del pulpeo con etanol. Daniel (Daniel et al., 1994) demostró que la LiP puede for- mar estos complejos. Archibald (Archibald et al., 1990) arri- bó a una conclusión similar. Parámetro Valor Parámetro Valor Se han diseñado varios experimentos en los que se ha medido la relación existente en diferentes concentracio- Sólidos nes de lignina alcalina y la presencia de la LiP y se ha DQO 7150 sedimentables 4.66 demostrado el efecto inhibitorio de los derivados de ligni- (mg · L–1) na en la actividad de la LiP (Font, X., 1997). PH 7.3 Glucosa (g· L–1) 0.3 En los resultados obtenidos de los trabajos mencionados anteriormente se demostró que la actividad de la LiP es Contenido reducida por la presencia de lignina o derivados de esta. de etanol Compuestos (g · L-1) 4.59 Aromáticos 61.5

Sólidos tot. disueltos 918 Color 4.85 (mg · L–1) a Sólidos tot.

suspendidos < 0.5 Toxicidad (EC50) 3.28% (mg · L–1)

Los licores negros solos no tienen cantidad suficiente de fuentes de carbono y nitrogeno asimilable para permitir el crecimiento, por lo que es necesario suplementar con fuentes adicionales de carbono y nitrógeno. Glucosa y

NH4Cl fueron añadidos al medio para obtener una con- centración final de glucosa de 8 g · L–1 y 2.20 g · L–1 de nitrógeno. Volumen de 11 ml de medio suplementado y 1.17 g · L–1 de buffer 2,2 dimetilsuccinato fueron añadidos b a 85 ml de licor negro diluido. El pH de la solución fue ajus- tado a 4 y se añadió agua destilada hasta un volumen final de 100ml; la solución fue esterelizada a 120 °C por 20 minutos.

RESULTADOS Y DISCUSION

Las experiencias anteriores con T. versicolor han dado buenos resultados. Su estudio es importante por sus posibles aplicaciones biotecnológicas en el pretratamiento biológico de subproductos agrícolas y su potencial utilización en la fabricación de pasta y papel, obten- Figura 1. Reducción en el tiempo de color (a) y compues- ción de piensos mejorados y eliminación de productos tos aromáticos (b).

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De acuerdo a esto, solo la lacasa y MnP pueden ser moni- gos; en una primera etapa se absorbe el colorante y lue- toreadas durante el tratamiento al licor negro, aunque en go este es degradado en el interior del hongo por la enzi- este caso la MnP tampoco pudo ser detectada en los expe- ma. rimentos, lo cual puede deberse a que las condiciones pre- La forma de la curva que relaciona la reducción de los com- sentes de trabajo no corresponden a las óptimas para la puestos aromáticos con la actividad de lacasa, es muy producción de la MnP (Font et al., 2003). similar a la obtenida para el color. La relación no es tan En la figura 3 se muestra la actividad de la lacasa en rela- precisa (R2 = 0.89) porque es evidente que a pesar que los ción con el consumo de glucosa por el T. versicolor, como compuestos aromáticos y el color se comporten en forma se puede observar es un comportamiento típico del meta- similar, no es difícil suponer que no todos los compues- bolismo secundario. tos aromáticos contribuyen de igual forma en el color y tampoco la lacasa ataca a todos los compuestos aromá- ticos por igual. Corroborando lo explicado anteriormente podemos observar la evolución en el tiempo del color y los compuestos aromáticos con la actividad de la lacasa (figura 5), como se aprecia cuando aparece la actividad de la lacasa se produce una marcada reducción en el color y los compuestos aromáticos. Una de las características a destacar de la lacasa, es que se trata de una enzima muy inespecífica (Bourbonais, 1990). Además de actuar sobre los polímeros de lignina, oxida una gran variedad de compuestos de bajo peso molecular con estructuras tan distintas como difenoles (las hidroquinonas y el catecol), monofenoles sustituidos con grupos metoxilo y metilo (2,6-dimetoxifenol, guaya- col, 2,4,6 trimetilfenol), aminas aromáticas secundarias Figura 3. Evolución de la actividad de la lacasa (•) y la (p-anisidina, p-aminobenceno) e incluso polialcoholes glucosa (I). alifáticos secundarios (3,5-ciclohexadien-1,2-diol y 1,4- hexadien-3,4-diol). El valor de la toxicidad final del licor tratado con Trametes versicolor fue 5.4, lo que indica la efectividad de este proceso de biorremediación, ya que se considera un Siendo la lacasa la única enzima detectada y habiéndose efluente con niveles tóxicos cuando los valores se verificado una reducción en el color, podría inferirse que encuentran por debajo de 3; la DQO se redujo en un 95%. la actividad enzimática puede estar conectada con la Estos resultados corresponden a la influencia de facto- reducción del color. La figura 4 muestra la relación exis- res ya discutidos: la actividad de la lacasa presente en tente entre la producción total de lacasa y la reducción de los experimentos realizados y; además, hubo una influen- color. Se encontró que este comportamiento puede ser cia positiva del comportamiento del pH del medio, des- representado por una ecuación lineal, cendió a valores debajo de 3 (datos no mostrados), este parámetro es muy importante debido a que la máxima actividad ligninolítica se evidencia a bajos valores de pH Y (reducción de color) = 34.77+ 5.533X (R2 = 0.9463) (Hatakka, 1997). Los resultados expresados en estos experimentos a un 99% de confianza corresponden a un estado inicial de la investigación, por lo que estas condiciones no han de ser definitivas Esta correlación indica que la reducción del color depen- en todos los experimentos que se podrán llevar a cabo de en gran medida de la actividad enzimática de la laca- posteriormente, pero sí marcan un camino hacia don- sa, lo que corrobora el mecanismo de acción de estos hon- de dirigir los esfuerzos de las siguientes experiencias

Figura 4. Correlación entre la actividad de la lacasa y la Figura 5. T. versicolor (L) Color, (I) Compuestos reducción del color. Aromáticos, (•) Actividad de la lacasa.

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con este hongo, sin perder de vista que el objetivo final González, M. 2004: «Impacto global de una tecnolo- era conseguir información de la biodegradación del licor gíamás limpia en la fabricación de papel para ondular». negro proveniente del pulpeo Organosolv del bagazo Tesis para optar por el grado científico de Doctor en de la caña de azúcar con este hongo para lograr su Ciencias técnicas. Universidad Central de Las Villas. decoloración. Cuba. Los resultados obtenidos en este trabajo con Trametes versicolor muestran que es factible de utilizar en trata- Hatakka, A.; Vares, T.; Bocchini, P. and Galletti, G.C. 1997: mientos biológicos del licor negro del proceso organosolv «Production of lignin-degrading enzymes on solid straw del bagazo de la caña de azúcar. medium», by Phanerochaete chrysosporium and Ceriporiopsis subvermispora and degradation of the lig- nocellulosic substrate. Proc. TAPPI Biol. Sci. Symp., San Francisco, 19-23 October. AGRADECIMIENTOS Jager, A.; Croan, S. and Kirk, TK. 1985: «Production of lig- ninase and degradation of lignin in agitated submerged Los autores agradecen la colaboración de los miembros cultures of Phanerochaete chrysosporium». Appl Environ del laboratorio químico de la papelera «Sergio González» Microbiol 50: 1274-1278. del municipio Abreus, Cienfuegos, Cuba, por la ayuda brin- dada a este proyecto. Esta investigación fue financiada Kaal E.E., Jong de E and Field J.A., 1993: «Stimulation of por el Proyecto IV.15 «El pulpeo con etanol como alter- ligninolytic peroxidase activity by nitrogen in the white rot nativa para incrementar la competitividad de fábricas de fungus Bjerkandera sp». Appl Environm Microbiol 59: 4031- papel mediante su desarrollo prospectivo integrado a 4036. industrias de la caña de azúcar» perteneciente a la Red Cyted. Kadhim, H.; Graham, C.; Barratt, P.; Evans, CS. and Rastall, RA. 1999: «Removal of phenolic compounds in water using Coriolus versicolor grown on wheat bran». Enzyme Microb Technol 24:303-307. BIBLIOGRAFIA Kapdan, IK.; Kargia, F.; McMullan, G. and Marchant, R. 2000: «Effect of environmental conditions on biological APHA. 1985: «Standard Methods for the Examination of decolorization of textiles dyestuff by C. versicolor». Enzyme water and wastewater». APPA, AWWA and WPCF, Microb Technol 26:381-387. Washington, DC. Lobarzewski, J. 1990: «The characteristic and functions of Archibald FS., Paice MG and Jurasek L. 1990: «Deco- the peroxidases from Trametes versicolor in lignin bio- lorization of kraft bleachery effluent chromophores by transformation». J Biotechnol 13:111-117. Coriolus (Trametes) versicolor». Enzyme Microb Technol Masaphy, S. and Leavon, D. 1992: «The effect of lignoce- 12: 846-853. llulose and ligninolytic activity of Pleurotus pulmonaris in Bergbauer, M.; Eggert, C. and Kalnowski, G. 1992: submerged cultures». Appl Microbiol Biotechnol 36:828- «Biotreatment of pulp mill effluents with the Coelomycetus 832. fungus Stagonospora gigaspora». Biotechnol Lett 14:317- Mesa L.; González E. 2004: «Obtención de lignina a par- 322. tir del licor negro procedente del pulpeo con etanol del Bergbauer, M.; Eggert, C. and Kraepelin, G. 1991: bagazo de la caña de azúcar». Revista Cubana de Quí- «Decolorization of chlorinated lignin compounds in a ble- mica. ach plant effluent by the white-rot fungus T versicolor». Paice, M.G.; Reid, I.D.; Bourbonnais, R.; Archibald, F.S. Appl Microbiol Bot 35: 105-109. and Jurasek, L. 1993: «Manganese peroxidase, produced Bourbonnais, R.; de Paice, M.G. 1990: «Oxidation of non- by Trametes versicolor during pulp bleaching, demethy- phenolic substrates. An expanded role for laccase in lig- lates and delignifies kraft pulp». Appl Environ Microb nin biodegradation». FEBS Letters 267. 99-102. 59:260-265. Daniel, G.; Jindrich, V. and Kubatova, E. 1994: «Pyranose Paszczynski A., Crawford R.L., Huynh V.B., 1988:

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Synthesis and Reactivity of Isoindigo: A Revisit

Abdel-Sattar S. Hamad Elgazwy,a* and Saad R. Atta-Allaha aDepartment of Chemistry, Faculty of Science, Ain Shams University, Abbassia 11566, Cairo, Egypt

Síntesis y reactividad del isoíndigo: Nuevo estudio

Síntesi i reactivitat de l’isoindi: Nou estudi

Recibido: 10 de noviembre de 2006; aceptado: 11 de abril de 2007

RESUMEN RESUM

Al mezclar isatina (1) y 2-oxoindol (2) en condiciones de En barrejar isatina (1) i 2-oxoindole (2) en condicions de catálisis ácida, se obtiene una indol-2-ona 3-substituida catàlisi àcida, s’obté una indol-2-ona 3-substituïda (isoin- (isoíndigo) 3 y no la indol-3-ona 2-substituida (indirrubi- di) 3 i no la indol-3-ona 2-substituïda (indirubina) 4. El bio- na) 4. El bioxiindol rinde exclusivamente la d-lactama ter- xiindole rendeix exclusivament la d-lactama termodinà- modinámicamente estable, cis-diastereoisoméricamen- micament estable, cis-diastereoisomèricament pura de te pura de la benzonaftiridin-5,11-diona 6 vía doble la benzonaftiridin-5,11-diona 6 via doble reordenament reordenamiento catalizado por ácido, y se reduce segui- catalitzat per àcid, i es redueix seguidament a diazacrisè damente a diazacriseno (7). El tratamiento del isoíndigo (7). El tractament de l’isoindi (3) amb hidrat d’hidrazina (3) con hidrato de hidrazina da las pirazinas en forma tau- dóna les pirazines en forma tautomèrica 8a ↔ 8b. Es sot- tomérica 8a ↔ 8b. Al someter la isatina (1) a la reacción metre la isatina (1) a la reacció de Witting, s’obtenen les de Witting, se obtienen las 3-ariliden-1,3-dihidroindol-2- 3-ariliden-1,3-dihidroindol-2-ones 10a-c i 11a-c amb bons onas 10a-c y 11a-c con buenos rendimientos. Se docu- rendiments. Es documenta i racionalitza aquesta dico- menta y racionaliza esta dicotomía de comportamiento tomia de comportament de la isatina. de la isatina. Mots clau: Isatina, Isoindi, Indirubina, Diazacrisè. Palabras clave: Isatina, Isoíndigo, Indirrubina, Diaza- criseno.

INTRODUCTION SUMMARY In the last decades, isatin 1 has been an important subs- Isatin (1) and 2-oxoindole (2) mixed in acid-catalyzed con- trate in both pharmaceutical and dyes syntheses(1). Isatin ditions gave a 3-substituted indole-2-one (isoindigo) 3 1 has attracted considerable interest in organic synthesis and not a 2-substituted indole-3-one (indirubin) 4. The and medicinal chemistry for several years(2-7). Recently it bioxindole afforded exclusively the thermodynamically is reported that indole-2,3-dione 1 is useful scaffold for stable cis-diastereoisomerically pure d-lactam of ben- generating potential drug molecule(8, 9). We have previously zonaphthyridine-5,11-dione 6 via two-fold acid-cataly- reported the conversion of isatin 1 into the corresponding zed rearrangements, and was subsequently reduced into γ-lactones(10-12). In this research work, we report here the diazachrysene (7). The treatment of isoindigo (3) with improved studies of the reactivity of isatin 1 with 2-oxoin- hydrazine hydrate gave pyrazines in tautomeric form 8a ↔ 8b. Isatin (1) was treated by Witting reaction to give 3- aylidene-1,3-dihydroindol-2-ones 10a-C/11a-c in good yields. This dichotomy of behaviour of isatin is documented and rationalized. * Tel./Fax.: 002024831836 Key words: Isatin. Isoindigo. Indirubin. Diazachrysene. E-mail: [email protected]

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dole by acid-catalyzed rearrangement. This reaction takes as show in (Scheme 1). Although the expected(13, 14) indiru- place in the presence of acetic/hydrochloric acids to give bin 4 was not detected in the reaction products, isoindigo

di-lactam 6, which was reduced by LiAlH4 into diazachry- 3 was isolated and identified from its spectral characte- sene 7 in 80% yield. To study the reaction of isatin 1 with ristics. IR absorption for C = O, occurred at 1702 cm–1 and 2-oxoindole 2 in acid-catalyzed, an unknown compound not at 1730 cm–1 as was expected for indirubin 4(15). The is formed initially and rearrangements occurs into dimer mass spectral pattern for isoindigo 3 is different from that of bioxindole 3, which makes possible conversion into of indirubin 4(16).

pyrroline formation. This compound 3 reacted with hydra- The UV-VIS spectrum of isoindigo 3 in ethanol shows λmax zine hydrate to give compound 8a ↔ 8b in tautomeric form at (482,363 and 295 nm) which is different from that of indi-

through the Dimroth rearrangement. If proved correctly, rubin 4 λmax at (550,367 and 296 nm) and resembles closely this new compound can be used as synthetic intermedia- that of isoindigo 3(17) as outlined in (Figure 1). In 1H NMR te or as bi-dentate ligand. spectrum of isoindigo 3, one singlet, two doublets and two doublet of doublet resonance signals from the protons in the base unit were observed. The singlet signal at δ 10.98 (s, 2H, 2-NH) ppm was assigned to amide proton H-1 and RESULTS AND DISCUSSION H-1’. The two doublet signal at δ 6.86 and 9.08 ppm was assigned to H-4, H-4’ and H-7, H-7’ respectively with the 2 The reaction mixture of isatin 1 and 2-oxoindole 2 in 1:1 same coupling constant ( JHH = 7.8 Hz). The doublet of dou- mole ratio in the presence of acetic-hydrochloric acids was blet signals at. δ 7.00 and 7.37 ppm was assigned to H-5, 2 studied and proceeded spontaneously in different condi- H-5’ and H-6, H-6’ with the same coupling constant ( JHH = tion at refluxing temperature to afford dimer of isoindigo 3 1.2 and 7.8 Hz).

Scheme 1

Figure 1. UV-VIS spectrum of isoindigo 3 in 50 mg/10 ml of ethanol.

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2 JHH = 8.1 Hz and one multiplet resonance signals at δ 6.79 ppm. Refluxing 5 with 4 N HCl yielded a diastereoisomerically pure δ-

lactam 6 which was treated with LiAlH4 to yield the corresponding hexahydro-diazachrysene 7 in 80% yields as shown in Scheme 2. The stereochemical outcome of the rearrangement of 5 into 6 was investigated by 1H NMR and FAB-GC/MS since two diastereoisomeric structures were com- patible with 6. The trans-isomer possesses a center of symmetry and, therefore, is achiral. The cis-

isomer has a C2 axis and is expected to give diastereoisomers when reacted with an optically pure compound. In the FAB-Mass spectrum of two diastereoisomeric structure of optically inactive 6 show the mixture of trans-isomer and cis-isomer appea- ring at M/z 529 (M+1), 7.51% height as sole product. This revealed that the two isomers were joined through hydrogen bonding as Figure 2. Mass Spectrum of isomeric structure 5 in (Meso and Racemic) form. outlined in Figure 3.

The double bond in Isoindigo 3 was reduced with Zinc in HCl/AcOH yielded a mixture of optically inactive compound 5 in 90% yield as a mixture of the meso and racemic form in a 1:1 ratio due to the integration in NMR and GC/Ms. In the Gc/Ms and FAB-Mass spectrum of isomeric structure of compound 5 show the mixture of optically inactive of meso and racemic form which appeared at M/z 528 (M.+), 10.51% ; 529(M+1), 4.02% (height as sole product. This revealed that the two isomers were joined through hydrogen bonding as outlined in Figure 2. In the 1H NMR spectrum of 5, four singlet, two triplet and one multiplet resonance signals from the protons in the base unit were observed. The two singlet signals with strong down field at δ 10.382 and 10.722 ppm were assigned to NH and the other two singlet signals upper field at δ 4.10 and 4.20 ppm were assigned to H-3 and H-3’. But the two triplet signals with down field at δ 7.07 and 7.21 ppm with the same coupling constant Figure 3. Mass Spectrum of isomeric structure 6 in (Meso and Racemic) form.

Scheme 2

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1 In the H NMR spectrum (CDCl3) of 6 the methine protons (58.871 kcal/mole) – Eminim trans-isomer (6.110 kcal/mole) = +52.761 appeared as a singlet signal but in presence of a chiral sol- kcal/mole. So that, the minimum-energy conformation of vent, it was split into two singlet signals indicating clearly the cis-isomer was +1.8946 kcal/mole and that of the trans- that the ring junction in 6 is cis. In addition, a strong NOE isomer was +6.110 kcal/mole for the two isomeric struc- between H-C(11)/H-C(5) and H-C(10)/H-C(4) in 7 confirmed ture 5. our previous observation(10-12). There’s another piece of evidence to support our assign- Another piece of evidence to support our assignments for ments for the two isomeric structures of 6 in cis-isomer the two isomeric structure of 5 in cis- and trans- isomers and trans-isomer were obtained from the MM2 calcula- were obtained from the MM2 calculations for the minimum tions for the minimum and total steric energy, as illustra- and total steric energy, as illustrated in figures 4 and 5. It ted in (figures 4 and 5). It is important to point out that we is important to point out that we have examined steric ener- have examined steric energies from 86.982 Kcal/mole to gies from 74.239 kcal/mole to the lowest energy structure the lowest energy structure at –14.3628 Kcal/mole over 106 at 1.8946 kcal/mole over 98 iterations for the cis isomeric iterations for the cis isomeric structure 6, as outlined in structure of 5, as illustrated in figures 4. Compared to the figure 4. Compared to the steric energies from (85.006 steric energies from 58.871 kcal/mole to the lowest energy Kcal/mole) to the lowest energy structure at –7.0871 structure at 6.110 kcal/mole over 56 iterations for the trans Kcal/mole over 68 iterations for the trans isomeric struc- isomeric structure 5, as illustrated in (figures 5). The lone ture 6, as outlined in figure 5. The lone pairs into nitrogen pairs into nitrogen and all the Pi system was taken into and all the Pi system were taken into consideration is becau- consideration is because both parameters are incorpora- se both parameters are incorporated into conjugation which ted into conjugation which was effect on the calculations, was effect on the calculations, and also due to high VDW and also due to high VDW interactions, some terms were interactions, some terms were not computed during the not computed during the run. Minimization terminated nor- run. Minimization terminated normally, because the gra- mally, because the gradient norm was less than the dient norm was less than the minimum gradient norm (RMS minimum gradient norm (RMS Gradient = 23.714). Gradient = 43.814). An energy difference of ca. 42KJ/mole Aforementioned data was illustrated that the steric energy was calculated for the two diastereoisomers. The mini- difference was calculated for the two diastereoisomers (cis mum-energy conformation of the cis-isomer was –9.5 and trans-isomers) of 5. KJ/mole and that of the trans isomer +333KJ/mole.

∆ E = Esteric cis-isomer (74.239 kcal/mole) – Esteric trans-isomer (58.871 Aforementioned results was illustrated that the steric energy kcal/mole) = +15.368 kcal/mole. Comparable to the ste- difference was calculated for the two diastereoisomers (cis

ric and minim energy difference of cis-isomer of 5, ∆ E = and trans-isomers) of 6, ∆ E = Esteric cis-isomer (86.982 Kcal/mole)

Esteric cis-isomer (74.239 kcal/mole) – Eminim cis-isomer (1.8946 kcal/mole) – Esteric trans-isomer (85.006 Kcal/mole) = +1.976 kcal/mole. = +72.368 kcal/mole. The steric and minim energy diffe- Comparable the steric and minim energy difference of cis-

rence of trans-isomer was calculated as, ∆ E = Esteric trans-isomer isomer 6, ∆ E = Esteric cis-isomer (86.982 Kcal/mole) – Eminim cis-isomer

Figure 4. MM2 Calculations for Cis-isomer of 5. Figure 5. MM2 Calculations for Trans-isomer of 5.

Steric Energy of Cis-isomer of 5; Minim Energy of Cis-isomer of 5; Steric Energy of Trans-isomer of 5; Minim Energy of Trans-isomer of 5; Stretch: 19.1661 Stretch: 0.6509 Stretch: 18.1357 Stretch: 1.0025 Bend: 71.9267 Bend: 18.4259 Bend: 29.6163 Bend: 19.0339 Stretch-Bend: –4.7866 Stretch-Bend: –0.1962 Stretch-Bend: –3.3080 Stretch-Bend: –0.1758 Torsion: –12.0119 Torsion: –12.5997 Torsion: –12.0332 Torsion: –10.8040 Non-1,4 VDW: –3.9340 Non-1,4 VDW: –4.0620 Non-1,4 VDW: 24.5809 Non-1,4 VDW: –2.3744 1,4 VDW: 4.8203 1,4 VDW: 5.0067 1,4 VDW: 4.9284 1,4 VDW: 4.8022 Dipole/Dipole: –0.9415 Dipole/Dipole: –5.3310 Dipole/Dipole: –3.0487 Dipole/Dipole: –5.3741 Total: 74.2390 Total: 1.8946 Total: 58.8714 Total: 6.1103 Steric Energy: 74.239 Kcal/mole Minim Energy: 1.8946 Kcal/mole Steric Energy: 58.871 Kcal/mole Minim Energy 6.1103 Kcal/mole

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Figure 6. MM2 Calculations for Cis-isomer of 6. Figure 7. MM2 Calculations for Trans-isomer of 6.

Steric Energy of Cis-isomer of 5; Minim Energy of Cis-isomer of 5; Steric Energy of Trans-isomer of 5; Minim Energy of Trans-isomer of 5; Stretch: 5.7932 Stretch: 0.6489 Stretch: 32.3660 Stretch: 1.2442 Bend: 70.3657 Bend: 1.8913 Bend: 57.0838 Bend: 5.1598 Stretch-Bend: –0.5236 Stretch-Bend: –0.0300 Stretch-Bend: –3.5221 Stretch-Bend: 0.1081 Torsion: –2.6498 Torsion: –8.0225 Torsion: –3.3743 Torsion: –7.4410 Non-1,4 VDW: –4.1735 Non-1,4 VDW: –4.3546 Non-1,4 VDW: 2.9607 Non-1,4 VDW: –0.8523 1,4 VDW: 6.4390 1,4 VDW: 5.2416 1,4 VDW: 5.4573 1,4 VDW: 4.2645 Dipole/Dipole: –8.2686 Dipole/Dipole: –9.7374 Dipole/Dipole: –5.9654 Dipole/Dipole: –9.5704 Total: 86.9824 Total: –14.3628 Total: 85.0060 Total: –7.0871 Kcal/mole Steric Energy 86.982 Kcal/mole Minim Energy –14.3628 Kcal/mole Steric Energy: 85.006 Kcal/mole Minim Energy –7.0871 Kcal/mole

(–14.3628 Kcal/mole) = 72.6192 kcal/mole. Compare to the nes 8a and 8b were detected by 1H NMR, exist chemical steric and minim energy difference of trans-isomer ∆ E = shift of (N-H) appear at δ 10.35 ppm for pyridazine (1,2, Esteric trans-isomer (85.006 Kcal/mole) – Eminim trans-isomer (-7.0871 dihydro) ring and not at δ 8,5 ppm for the γ–lactame ring of Kcal/mole) = +77.9189 kcal/mole. So that, the minimum- five member ring. This result was consistent to our pre- energy conformation of the cis-isomer was -14.3628 vious investigation(18). Kcal/mole kcal/mole and that of the trans-isomer was The reactivity of isatin 1 was examined also by the reac- –7.0871 Kcal/mole for two diastereoisomers structure 6. tion of phosphorane compound such as aryltriphenylp- Isoindigo 3 reacted with hydrazine hydrate at room tem- hosphonium chloride 9a-c in the presence nBuLi in hexa- perature to give pyrazines in tautomeric form 8a ↔ 8b in ne through Witting reaction(19) to give compound 45% yield as outlined in Scheme 3, which we planned to 10a-c/11a-c, as shown in (Scheme 4), which was purified use this new compound as bidentate ligand. This pyrazi- by column chromatography to isolate Z-isomer (12, 15,

Scheme 3

Scheme 4

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16%) and E-isomer (27, 74, 77%). The pure E-isomer can (34.24); 132 (15.44); 131 (26.56).; Anal. Calc. for C32H24N4O4; be isolated only by crystallization from chloroform/diethyl (528.57); C 72.71, H 4.57, N 10.59. Found: C 72.60, H 4.73, ether or ethanol in good yield. The 1H NMR spectra of the N 10.41. two isomers (Z- of 10a-c and E- of 11a-c) were in agreement with the product obtained by the reactions of 2- oxoindole 2 and arylaldehydes [a)-aryl = benzyl; b) aryl cis-4b,10b-Dihydrodibenzo[c,h]naphthyridine- = tolyl; c) aryl = anisyl] in (1:1) mole ratio in the presence 5(6H),11(12H)-dione (6). A suspension of 5 (2.51 gm, 1mole) of base(19-21). in 100 mL (4 N HCl) was refluxed for overnight. The reaction mixture was cooled, filtered and the product collec-

ted by filtration washed with H2O several times under suction and dried to afford the solid residue in 95 % yield mp.> 300 ºC. IR (cm–1): υC=O, 1660, υC=C, 1592, υNH, 3192, υNH, EXPERIMENTAL 1 3456. H NMR (200 MHz, DMSO-d6) δH 4.1295 (s, 2H, CH), 6.69 (m, 8H, Ar-H), 10.4385 (s, 2H, -NH). FAB-Mass spec- 1 H NMR spectra were recorded on Varian Plus 300 (300 trum; 528 [M.+], (6.26); 307(3.98); 306(15.10); 288(8.35); 13 MHz) or Bruker XL 300 (300 MHz) instruments, the C NMR 265(18.74); 264 [M.+–264], (100); 263 (42.23); 262 (7.84); 236 spectra (with DEPT 135) on a Bruker WP80 or XL 300 ins- (8.55); 234(3.23); 218 (7.78); 166(3.13); 165 (3.93); 164 (3.94); trument. Infrared Red spectra listed as recorded ‘neat’ 155 (4.31); 154(18.40); 153 (65.14); 152 (5.05); 151 (5.90); refer to a thin film of material on NaCl disks, and were 149(3.01); 145(7.30); 138(9.55); 137 (21.61); 136 (40.33); 135 taken on a Perkin Elmer 1600 FT-IR spectrometer. Mass (45.05); 134(5.49); 132 (3.80); 131 (6.20); 123(6.92); 122(5.73); points were recorded on a Kratos Concept instrument. 121(3.67); 120(5.38); 119(8.55); 118(4.31); 114(3.34).; Anal.

Melting points were measured on an electrothermal digi- Calc. for C32H24N4O4; (528.57); C 72.71, H 4.57, N 10.59. tal melting point apparatus and are uncorrected. The Rf Found: C 72.80, H 4.60, N 10.62. value reported for TLC analysis was determined on

Macherey-Nagel 0.25 mm layer fluorescent UV254 plates with the indicated solvent system. Elemental analyses were cis-4b,5,6,10b,11,12-Hexahydrodibenzo[c,h][2,6] performed by M-H-W Laboratories (Phoenix, AZ) at naphthyridine-(7). Portionwise, 6 (0.105 gm, 2 mole) was

University of Murcia, M, Spain. added to a stirred suspension of LiAlH4 (0.376 g, 10 mmol) in dry THF (20 ml). The mixture was refluxed for 4 h. then cooled to 0o and quenched by careful addition of a sat.

3-(2,3-Dihydro-2-oxo-1H-indol-3-ylidene)-2,3-dihydro- aq. Na2SO4 soln. The solid material was removed by fil- 1H-indol-2-one (3). A suspension of oxoindole 2 (5 gm, tration and the cake washed with AcOEt. The filtrate was 3.6 mmol) and isatin 1 (5.5 gm, 3.6 mmol) in AcOH concentrated to afford crystalline material which was recrys- (100 mL) and HCl (3 mL) heated under reflux for over- tallized (MeOH) to give pure 7 (37.5 g, 79%), mp. 188-190 night. The reaction mixture was cooling and the solid resi- ºC. IR (cm–1):, υC=C, 1600, υNH, 3192, υNH, 3456. 1H NMR

due was collected by filtration, washed with AcOEt and (200 MHz, CDCl3) δH 3.12-3.45 (m, 6H), 4.12 (s, 2H), 6.5-6.69 recrystallized from ethanol to yield 99 % of isoindigo 3, (m, 4H, Ar-H), 7.1-7.26 (m, 4H, Ar-H) ppm. Anal. calc. for (22) (23) mp 365-367 ºC. (lit., mp >300 ºC.; lit., mp >325 ºC.; C16H16N2: C 81.35, H 6.78, N 11.86. Found: C 81.20, H 6.82, [24, 25] lit., mp 364 ºC).; Uvnm(C2H5OH/25ml/10mg); λma 482 N 11.83. 3 –1 3 –1 (ε/dm mol 1.086), λmax 444 (ε/dm mol 0.957 ); λma 395 3 –1 3 –1 (ε/dm mol 0.419), λmax 363 (ε/dm mol 2.751); IR (Nujol)/cm–1: υC=O, 1702, υC=C, 1616, υNH, 3190, 3130, bis[1,1´-Dihydro-indo(3,2-c)]pyrazine (8a) or bis[- 1 2 H NMR (300 MHz, DMSO-d6)] δ; 6.86 [d, 2H, JHH = 7.8 Hz indo(3,2-c)]-1,2-dihydro-pyrazine (8b). A suspension of 2 Ar-H(4,4’)], 7.003 [t, 2H, JHH = 7.8 Hz, Ar-H(5,5’)], 7.37 isoindigo 3 (1.31 gm, 0.005 mole) in ethanol, hydrazine 2 2 [t, 2H, JHH = 7.8 Hz, Ar-H(6,6’)), 9.08 [d, 2H, JHH = 7.8 Hz, hydrate (4 mL) was added during stirring at RT for 6 h Ar-H(7,7’)), 10.92 (s, 2H, 2-NH) ppm. Anal. Calc. for and then refluxed for 10 h. The reaction mixture was coo-

C16H10N2O2:(262.27) C 73.27, H 3.84, N 10.68. Found: C led, concentrated then added H2O (10 mL) and filtered to 73.30, H 3.85, N 10.45. isolate the solid product recrystalized from ethanol to give 60% yield mp. 108-110 ºC.; IR (cm–1): υC=N, 1662- 1682, υC=C, 1618.0, 1584 υNH, 3100, υNH, 3456; 1H NMR 2 [3,3´-bi-1H-Indole]-2(3H),2´(3H)-dione (5). A suspension δH (200 MHz, CDCl3), 6.86 (d, 2H, JHH = 8.29 Hz, Ar-H), 2 2 of isoindigo 3 (2.8 gm, 10.60 mmol) in AcOH (10mL) and 7.02345 (t, 2H, JHH = 8.76 Hz, Ar-H), 7.189 (d, 2H, JHH = 2 cooled to 0 ºC. Zn dust (1.6 gm, 24.66 mmol) was added 6.7 Hz, Ar-H), 7.27 (d, 2H, JHH = 7.6 Hz, Ar-H), 8.223 (bs,

portion wise while the conc. HCl (1 mL) was added drop- 2H, 2NH).; Anal. calc. for C16H10N4(528.28), C 74.40, H 3.90, wise during stirring. The reaction mixture was stirred at RT N 21.69. Found: C 70.21, H 5.69, N 9.87.; HRMS found for overnight. Filtered and the filtrate was concentrated 258.09. then extracted by 10% Na2CO3 solution. The solid residue was collected by filtration and washed several times with –1 H2O under suction. mp; 263-265 (dec.). IR (cm ): υC=O, 3-Arylidene-1,3-dihydroindol-2-ones from Isatin by Witting 1704, υC=C, 1620, υNH, 3180-3602; 1H NMR (300 MHz, reaction. Prepared according to the literature method(19). n 3 DMSO-d6) δH 4.10 (s, 1H, CH), 4.20 (s, 1H, CH), 6.79 (m, 6H, A 1.6 M solution of BuLi in hexane (0.38 cm , 0.61 mmol) 2 2 Ar-H), 7.07 (t, 1H, JHH = 8.1 Hz, Ar-H), 7.21 (t, 1H, JHH = 7.8 was added to a suspension of aryltriphenylphosphonium Hz, Ar-H), 10.382 (s, 1H, -NH), 10.722 (bs, 1H,-NH) ppm. 13C chloride 9a-c (0.61 mmol) in diethyl ether (8 cm3) and sti- NMR (75 MHz, DMSO-d6, ppm); 30.716(CH), 45.73(CH), rred for 30 min under nitrogen. Isatin 1 (200 mg, 0.41 mmol) 109.393, 109.473, 121.272, 121.385, 123.069, 123.432, was added to give a yellow suspension which was stirred 125.979, 127.226, 128.218, 128.295, 142.752, 143.334, for 20 h. The mixture was filtered, and the solid residue 176.175(C=O), 177.286(C=O). FAB-Mass spectrum; 550.8 was washed with diethyl ether (4 x10 cm3), benzene/diethyl + 3 3 [M+H2O], 6.57; 529 [M+1], (4.02); 528 [M. ], (10.51); 328 ether (1:1, 2 x 5 cm ), diethyl ether (2 x 10 cm ), and water (3.18); 306(8.26); 288(6.41); 287(6.21); 286(29.69); 285(5.10); (3 x 10 cm3) and then dissolved in dichloroethane and sti- + 265(18.39); 264 [M. –264], (100); 263 (46.35); 262 (7.90); 236 rred with anhydrous MgSO4. The suspension was filtered

(7.36); 218 (6.98); 175 (11.54); 165 (3.53); 155 (3.45); 154 over anhydrous MgSO4 and the clear solution concentra- (13.69); 153 (47.01); 152 (4.09); 137 (15.62); 136 (27.66); 135 ted to 1 cm3. Diethyl ether was added to precipitate yellow

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10a-c/11a-c as Z/E mixture (1:2) in good yields. The resi- CONCLUSIONS due subjected to column chromatography on silica gel [ethyl acetate-hexane (1:3)] and/or (dichloromethane) to We successfully converted the isatin 1 in acid-catalyzed give. into isoindigo 3 and not indirubin 4 in excellent yields and also into 3-Arylidene-1,3-dihydroindol-2-ones (10a-c/11a- c) by Witting reaction. Treatment of isoindigo 3 with hydra- (Z-)3-benzylidene-2,3-dihydro-1H-indol-2-one 10a. A zine hydrate gave pyrazines 8. The bi-oxindole afforded deep orange needles (29.5 mg, 32%) mp 180-181 ºC (from exclusively the thermodynamically stable cis-diastereoi- (20, 21, 24) –1 dichloromethane) (lit., mp 180-181 ºC); IR (cm ): somerically pure δ-lactam of benzonaphthyridine-5,11-dio- 3604, 2889, 2666, υC=O, 1694.0, 1604, υC=C, 1462, 1376, ne 6 via two fold acid-catalyzed rearrangements which was 1 δ 1306, 720.; H NMR (200 MHz, CDCl3) (CDCl3) 6.72 (2H, reduced into diazachrysene 7 and Another evidence was m), 7.18-7.70 (6H, m), 8.14-8.53 (2H, m). Further elution supported the assignments for the two isomeric structure afforded. in cis- and trans- isomers were obtained from the MM2 calculations for the minimum and total steric energy was also documented. (E-)3-benzylidene-2,3-dihydro-1H-indol-2-one 11a. A bright yellow needles (68 mg, 70%), mp 175-176 ºC (from dichloromethane), (lit.,(20, 24) mp 174-176 ºC); 1H NMR (200 MHz, δ CDCl3) (CDCl3) 6.70-6.99 (2H, m), 7.07-7.78 (7H, m), 7.84 ACKNOWLEDGMENTS (1H, s) and 9.23(1H, br s). This work was supported by Grant-Aid for Research from MHESR, Egypt, and authors deeply appreciate University (Z-)3-(4-methylbenzylidene)-2,3-dihydro-1H-indol-2-one of Murcia, M, Spain for elemental analysis data. 10b. Soft yellow needles (29 mg, 30%) mp 214-215 ºC.; (lit.,(20, 21) mp 205-206 ºC); IR (cm–1): 3604, 2889, 2666, υC=O, 1694.0, 1604, υC=C, 1462, 1376, 1306, 720.; 1H NMR (200 δ MHz, DMSO) (DMSO) 8.31 (d, 2H, J = 8.2 Hz, NH), 7.60- BIBLIOGRAPHY 7.54 (3H, m), 7.33-7.29 (d, 2H, J = 8.0Hz, Ar-Hm), 7.20-7.14

(1H, m), 6.88-6.83 (d, 2H, J = 9.0Hz, Ar-Ho), 6.80-6.79(1H, (1) s), 2.36(3H, s).; Further elution afforded. . Popp, F.D.: «Advances in Heterocyclic Chemistry», The Chemistry of Isatins, Vol 18, A. R. Katritsky, Academic Press, Inc., London, 1975, pp 1-58. (E-)3-(4-methylbenzylidene)-2,3-dihydro-1H-indol-2-one (2). M.S. Al-Thebeiti: Heterocycles, 1998, 48(1), 145-150. 11b. A yellow crystal (74 mg, 77%) mp 195-196 ºC.; (3) IR (cm–1): 3600-2890, υC=O, 1695, 1615, υC=C, 1465, . J.C. Torres, S.J. Garden, A.C. Pinto, F.S.Q. da Silva and 1376, 1306, 720.; 1H NMR (200 MHz, DMSO) δ (DMSO) N. Boechat: Tetrahedron, 1999, 55, 1881. 8.74 (s, 1H, NH), 7.82 (s, 1H, C=CH-Ar), 7.72-7.68 (d, 1H, (4). S.J. Cornforth, P.B. Hitchcock and P. Rozos: J. Chem. J = 7.6Hz, Ar-H7), 7.61-7.56 (d, 2H, J = 8.04 Hz, Ar-Ho), Soc. Perkin Trans 1, 1996, 2787. 7.30-7.25 (d, 2H, J = 8.81Hz, Ar-Hm), 7.17 (s, 1H), 6.93- (5). C. Rivalle and E. Bisagni: J. Heterocyclic Chem., 1997, 6.83 (m, 2H), 2.43(s, 3H).; Anal. Calc. for C16H13NO; (235.28); C 81.68, H 5.57, N 5.95. Found: C 81.57, H 5.60, 34, 441. N 5.88. (6). G.V. Tormos, K. A. Belmore and M. P. Cava: J. Am. Chem. Soc., 1993, 115, 11512. (7) (Z-)-3-(4-methoxylbenzylidene)-2,3-dihydro-1H-indol-2- . R.P. Robinson, K.M. Donahue, P.S. Son and S. D. Wagy: one 10c. A bright yellow needles (25 mg, 24%) mp 174- J. Heterocyclic Chem., 1996, 33, 287. –1 176 ºC.; IR (cm ): 3600-2900 (-NH), υC=O, 1695.0, 1612, (8) 1 . Marfat, A. and R.P. Robinson: U.S. Patent 5811432, 1998; υC=C, 1466, 1380, 1300, 725.; H NMR (200 MHz, CDCl3) δ (Chem. Abstr., 618366, 1998). (CDCl3) 8.35 (d, 2H, J = 8.0 Hz, NH), 6.77-7.90 (7H, m) 3.83 (9) (3H, s).; next eluted was of. . a) L. Sun, N. Tran, C. Liang, S. Hubbard, F. Tang, K. Lipson, R. Schreck, Y. Zhou, G. McMahon, and C. Tang: J. Med. Chem., 2000, 43, 2665. b) L. Sun, N. Tran, F. Tang, A. (E-)-3-(4-methoxylbenzylidene)-2,3-dihydro-1H-indol-2- Harald, P. Hirth, G. McMahon, and C. Tang: J. Med. Chem., one 11c. A deep orange needles (56 mg, 54%) mp 156- 1 1998, 41, 2588. 158 ºC.; H NMR (200 MHz, CDCl3) δ (CDCl3) 8.75 (s, 1H, (10) NH), 7.85 (s, 1H, C=CH-Ar), 7.70 (d, 1H, J = 7.7 Hz, Ar-H7), . A-S. S. Hamad Elgazwy, H. T. Zaky, M. I. Mohamed, H. 7.59 (d, 2H, J = 8.04 Hz, Ar-Ho), 7.27 (d, 2H, J = 8.04 Hz, M. Ahmed and N. G. Kandil: Heteroatom Chemistry 2003, Ar-Hm), 7.17 (s, 1H), 6.93-6.83 (m, 2H), 3.85 (s, 3H).; Anal. 14(5), 434-442. Calc. for C16H13NO2; (251.28); C 76.47, H 5.21, N 5.57. Found: (11). A-S. S. Hamad and H. A. Y. Derbala: J. Heterocyclic C 76.25, H 5.20, N 5.62. Chem., 2001, 38, 939. (12). A-S. S. Hamad and A. I. Hashem: J. Heterocyclic Chem., ii) From 1,3-dihydroindol-2-one 2. Prepared accord- 2002, 39, 1195. (19-21) ing to the literature method . Equimolecular amounts (13) . Baeyer A. Vone: Ber. Dtsch. Chem. Ges., 1989, 12, 456. (0.01 mol) of 1,3-dihydroindol-2-one 2 and of the appropriate arylaldehydes (aryl= benzyl, tolyl, anisyl) in met- (14). L.S. Boulos and A. A. El-Kateb: Chem. Ind. (London), hanol (20 mL) and piperidine (0.2 mL) were heated 1983, 864. under reflux for 10 h., the solvent was partially eva- (15) . E.D. Bergmann: J. Am. Chem. Soc., 1955, 77, 1549. porated after cooling, the colored solid residue was fil- (16) tered off and washed with a large amount of water . A.H. Jackson, R.T. Jenkins, M. Grinstein, A-M. Ferramola to give (yields 90%, the crude adducts of E/Z-confi- de Sancovich and H. A. Sancovich: Clin. Chim. Acta, 1988, guration. 172, 245.

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(17). P.W. Salder: Spectrochim. Acta, 1960, 16, 1094. (22). Wahl, A. and P. Bagard: Bull. Soc. Chim. Fr., 1909, 5, (18). A-S. S. Hamad and A. I. Hashem: Molecules, 2000, 5, 1033. 895. [23]. C. Papageorgiou and X. Borer: Helvetica Chimica Acta, (19). J. Vicente, J.A. Abad, R. Bergs, M.C. Ramirez de Arellano, 1988, 71, 1079. E. Martinez-viviente, P.G. Jones: Organometallics, 2000, (24). G.E. Lathourakis and K.E. Litinas: J. Chem. Soc., Perkin 19, 5607. Trans. 1, 1995, 491. [20]. Coda A.C.; Invernizzi, A.G.; Righetti, P.P.; Tacconi, G. (25). S.J. Holt and P.W. Salder: Proc. R. Soc. London Ser. B, and G. Gatti: J. Chem. Soc. Perkin Trans, 2, 1984, 615. 1958, 148, 495. (21). E. A. Ruveda and H. A. Gonzalez: Spectrochim. Acta, Part A., 1970, 26, 1275.

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Synthesis of some New Quinoxalines with expected Pharmacological Activities

M.H. Sherif*, M.G. Assy, F. Zahran and A. Khalil Chemistry Department, Faculty of Science, Zagazig University. Zagazig, Egypt

Síntesis de nuevas quinoxalinas con actividades farmacológicas esperadas

Síntesi de noves quinoxalines amb activitats farmacològiques esperades

Recibido: 9 de mayo de 2007: aceptado: 5 de Septiembre de 2007

RESUMEN RESUM

Se hace reaccionar la 4-metilfenilendiamina 1 con com- Es fa reaccionar la 4-metilfenilendiamina 1 amb compuestos α-dicarbonílicos para dar las quinoxalinas 2a- postos α-dicarbonílics per donar les quinoxalines 2a-g, g, 4a-d y/o 7a-c. Las quinoxalinas 7a-c se transforman 4a-d i/o 7a-c. Les quinoxalines 7a-c es transformen en en las dihidropiridazinoquinoxalinas 9a-c, tienoquinoxa- les dihidropiridazinoquinoxalines 9a-c, tienoquinoxali- linas 10a-c y/o dicloroquinoxalinas 11a-c. Los com- nes 10a-c i/o dicloroquinoxalines 11a-c. Els compostos puestos 11a-c se convierten en las etoxiquinoxalinas 11a-c es converteixen en les etoxiquinoxalines 12a-c, 12a-c, arilaminoquinoxalinas 13a-f y/o quinazolinoqui- arilaminoquinoxalines 13a-f i/o quinazolinoquinoxalines noxalinas 14a-c. Se describe también la reacción de 11a- 14a-c. Es descriu també la reacció d’11a-c amb semi- c con semicarbazida y/o azida sódica. carbazida i/o azida sòdica. Palabras Clave: Quinoxalinas. Dihidropiridazinoquinoxa- Mots Clau: Quinoxalines. Dihidropiridazinoquinoxalines. linas. Tienoquinoxalinas. Quinazolinoquinoxalinas. Tienoquinoxalines. Quinazolinoquinoxalines.

SUMMARY

α 4-Methylphenylenediamine 1 was reacted with -dicar- INTRODUCTION bonyls to give quinoxalines 2a-g, 4a-d and/or 7a-c. Quinoxalines 7a-c were converted into dihydropyridazi- The synthesis of quinoxalines has attracted the atten- noquinoxalines 9a-c, thienoquinoxalines 10a-c and/or tion of medicinal chemists because of their potential dichloroquinoxalines 11a-c. Compounds 11a-c were con- pharmacodynamic properties(1-5). Numerous publications verted into ethoxyquinoxalines 12a-c, arylaminoquino- describe the synthesis of quinoxalines possessing a xalines 13a-f and/or quinazolinoquinoxalines 14a-c. The variety of pharmacological activities, such as DNA inte- reaction of 11a-c with semicarbazide and/or sodium azi- (9) ractive behaviour(6-8). Some act as antidiabetic agents , de was also described. anti-HIV agents(10) and NMDA receptor antagonists(11). Key words: Quinoxalines. Dihydropyridazinoquinoxalines. Thienoquinoxalines, Quinazolinoquinoxalines.

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RESULTS AND DISCUSSION as major product while 7-isomer as minor product(19). In the present study it was found that cyclocondensation of ary- Recently, we have reported several new and efficient met- lidenepyruvic acids 3a-d and 4-methyl-phenylenediamine hods for the synthesis of fused heterocyclic(12-15) from rea- 1 yielded corresponding 6-methylquinoxalines 4a-d res- dily available starting compounds. In the present study we pectively not the other isomer(19). (Scheme 2). report the synthesis of new quinazo-lines and condensed When 4-methylphenylenediamine 1 was allowed to react quinazolines. α-Dicarbonyl are versatile building units that with aroyl pyruvate 6a-c resulted in cyclocondensation have been extensively utilized in organic synthesis(16-18).The affording 6-methylquin-oxaline derivatives 7a-c respecti- reaction of 4-methylphenylenediamine 1 with α-diketones vely not 7-methylquinoxaline derivatives 8a-c(19). The qui- namely benzil, p-dichlorobenzil, tetraketones, 9,10-phe- noxalines 7a-c exist in the enol form (no ketonic form can nantharenequinone and acenaphthenequinone resulted in be detected). Thus for 7a-c, no signal is observed for

cyclocondensation affording the corresponding quinoxa- –CH2CO- between 3.5 and 4.5 ppm, while a one proton sin- line derivatives 2a-g respectively (Scheme 1). glet is observed at 6.80 ppm. Hydrazinolysis of compounds 7a-c using hydrazine hydrate in ethanolic solution yielded 1,2-dihydropyridazino[3,4-b]quinoxaline 9a-c respectively (Scheme 4). Upon reacting quinoxalines 7a-c with

P2S5 in dry pyridine resulted in thiation followed by cyclization affording thie- noquinoxaline 10a-c (Scheme 4). Chlorolysis of quinoxaline derivatives 7a-

c using POCl3 afforded the corresponding dichloro-quinoxaline derivatives 11a-c (Scheme 4). 2-Chloroquinoxalines 11a-c appeared to be versatile starting compound for further functionlization and annulation of the quinoxaline ring. Thus refluxing 2-chloroquinoxalines 11a-c with ethoxide resulted in 2-ethoxyquinoxalines 12a-c (Scheme 5). Chloroquinoxalines 11a-c were now subjected to aminolysis with arylamines namely; aniline and/or anthranilic acid by refluxing in ethanol to give arylaminoquinoxalines 13a-f (Scheme 5). When compounds 13d-f were allowed

to react with POCl3 resulted heteroan- nulation affording quinazolinoquinoxalines 14a-c (Scheme 5). The semicarba- zones 15a-c were achieved by the reaction of 11a-c with semicarbazide (Scheme 5). Depending on the reaction conditions compounds 11a-c were reacted with sodium azide at room temp. yielded the corresponding azido derivatives Scheme 1 16a-c while upon refluxing compounds 11a-c with sodium azide yielded the corresponding tetrazoloquinoxaline derivatives 17a-c presumably via the formation of azido derivatives 16a-c. The structures of 17a- It was reported that 4-methylphenylenediamine 1 reacted c were proved by the disappearance of azido group in IR with asymmetric dicarbonyl to give 6-methylquinoxaline spectrum.

Scheme 2

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Scheme 3

Scheme 4

Scheme 5

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EXPERIMENTAL Quinoxalines 2a-g: A mixture of 1 (0.01 mole) and appropriate α-diketone (0.01 Melting points are uncorrected and were recorded on mole) in acetic acid (20 ml) was refluxed for 3 hours, coo- Büchi 510 apparatus. IR spectra were recorded as KBr led. The precipitate obtained was filtered and crystallized disks on a Perkin-Elmer 383 spectrometer and FTIR- 1 13 from ethanol to give crystals of 2a-g respectively (Tables spectrometer Nicolet, impact 400. H- and C-NMR were I and II). obtained a Bruker Ac 200F and Ac 250, DRX400 instrument at room temperature using TMS as internal stan- 3-Styrylquinoxalines 4a-d: dard. Mass spectra were determined at 70 eV by using AEI MS 30 mass spectrometer and elemental analyses A mixture of 1 (0.01 mole) and appropriate arylidenepyru- were recorded on LECO-Analyser CHNS-932. vic acid (0.01 mole) in acetic acid (20 ml) was refluxed for Microanalyses were carried out at microanalytical cen- 2 hours, cooled. The precipitate obtained was filtered and ter, Cairo University, Egypt and Friedrich-Schiller crystallized from ethanol to give crystals of 4a-d respecti- University, Jena, Germany. vely (Tables I and II).

TABLE I Spectral analysis data of the synthetic compounds.

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TABLE I (continued) Spectral analysis data of the synthetic compounds.

3-Benzoylmethylquinoxalines 7a-c: Dichloroquinoxalines 11a-c: A mixture of 1 (0.01 mole) and appropriate ethylaroylpyru- A mixture of appropriate quinoxalines 7a-c (0.01 mole) and

vate sodium salt (0.01 mole) in acetic acid (30 ml) was reflu- POCl3 (0.03 mole) was refluxed for 4 hours. The solids that xed for 3 hours cooled. The precipitate obtained was filte- obtained upon cooling and pouring into ice cooled water red and crystallized from ethanol to give crystals of 7a-c was collected by filteration and crystallized from benzene respectively (Tables I and II). to give crystal of 11a-c respectively (Tables I and II).

1,2-Dihydropyridazino[3,4-b]quinoxalines 9a-c: 2-Ethoxyquinoxalines 12a-c: A mixture of hydrazine hydrate (0.01 mole) and appropria- A mixture of appropriate 11a-c (0.01 mole) and sodium te of compounds 7a-c (0.01 mole) in dimethylformamide ethoxide (0.01 mole) was refluxed for 8 hours. The preci- (DMF) was refluxed for 3 hours. The precipitate obtained pitate obtained upon dilution was collected by filteration upon cooling and pouring into ice cooled water was collec- and crystallized from ethanol to give crystals of 12a-c res- ted by filteration and crystallized from ethanol to give crys- pectively (Tables I and II). tals of 9a-c respectively (Tables I and II).

Thieno[2,3-b]quinoxalines 10a-c: 2-Arylaminoquinoxalines 13a-f:

A mixture of P2S5 (0.01 mole) and apporopriate quinoxali- A mixture of appropriate 11a-c, appropriate aryl amine nes 7a-c (0.01 mole) in dry pyridine (30 ml) was refluxed namely aniline and/or anthranilic acid (0.01 mole) and triethy- for 3 hours. The solids obtained upon cooling and acidifi- lamine (TEA) was refluxed for 8 hours. The precipitate obtai- cation with HCl (10 ml, 20%) was collected and crystalli- ned upon pouring into ice cooled water was collected by zed from methanol to give crystals of 10a-c respectively filteration and crystallized from toluene to give crystals of (Tables I and II). 13a-f respectively (Tables I and II).

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Quinazolinoquinoxalines 14a-c: 2-Azidoquinoxalines 16a-c:

A solution of appropriate 13d-f (0.01 mole) in POCl3 (15 ml) A solution of appropriate 11a-c (0.01 mole) and sodium was refluxed for 12 hours. The precipitate obtained upon azide (0.01 mole) in DMF (20 ml) was stirred for 3 hours. pouring into ice cold water was collected by filteration and The precipitate obtained upon pouring into ice cooled crystallized from dichloromethane to give crystals of 14a- water was collected by filtration and crystallized from c respectively (Tables I and II). ethanol to give crystals of 16a-c respectively (Tables I and II).

2-Quinoxalinyl Semicarbazone 15a-c: Tetrazoloquinoxalines 17a-c: A solution of appropriate 11a-c (0.01 mole), semicarbazi- A solution of appropriate 11a-c (0.01 mole) and sodium dehydro-chloride (0.01 mole), TEA (4 drops) in ethanol (30 azide (0.01 mole) in DMF (20 ml) was refluxed for 6 hours. ml) was refluxed for 8 hours. The precipitate obtained upon The precipitate obtained upon pouring into ice-cooled cooling was collected by filteration and crystallized from water was collected by filteration and crystallized from benzene to give crystals of 15a-c respectively (Tables I ethanol to give crystals of 17a-c respectively (Tables I and II). and II).

TABLE II Spectral analysis data of the synthetic compounds.

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ACKNOWLEDGEMENTS (9). E.R. El-Bendary, M.B. El-Ashmawy, A.M. Barghash, I.A. Shehata and M.M. El-Kerdawy: Boll. Chim. Farm., 1996, The authors would like to thank the F.S.U., Jena, Germany 135, 617. for spectroscopic analysis. (10). J. Keeble, O.A. Al-Swayeh and P.K. Moore: Br. J. Pharmacol., 2001, 133, 1023. (11) BIBLIOGRAPHY . M.J. Waring, T.B. Hadda, A.T. Kotchevar, A. Ramadani, R. Touzani, S. Elkadiri, A. Hakkou, M. Bouakka and T. Ellis:

(1) Molecules, 2002, 7, 641-656. . C. Bailly and M.J. Waring: Biochem. J., 1998, 330, 81. (12) (2) . S. El-Bahaie, M.G. Assy and Y.A. Ibrahium: Sulphur Lett., . K.J. Addess and J. Feigon: Nucleic Acids Res., 1994, 22, 1988, 8, 199. 5484. (13) (3) . S. El-Bahaie and M.G. Assy: Sulphur Lett., 1989, 9, 193. . J.E. Branka, G. Vallette, A. Jarry and C.L. Laboisse: (14) Biochem. J., 1997, 323, 521. . S. El-Bahaie, M.G. Assy and A.M. Kadry: Collet, Czech. (4) Chem. Commun., 1990, 55, 1049. . J. Balzarini, A. Karrisson, C. Meichsner, A.Ps.G. Riess, (15) E. De Clercq and J.P. Kleim: J. Virol., 1994, 68, 7986. . M.G. Assy: Sulphur Lett., 1990, 11, 75. (16) (5). W.G. Stilwell, R.J. Turesky, R. Sinha, P.L. Skiper and S.R. . J.J. Lie and W.S. Yue: Tetrahedron Lett., 1999, 40, 4507. (17) Tannenbaum: Cancer Lett., 1999, 143, 145. . T. Fonseca, B. Gigante, M.M. Marques, Th.L. Gillchrist (6). G.N.A. Nallas and K.J. Brewer: Inorg. Chim. Acta., 1996, and E. De Clercq: Bioorg. Med. Chem., 2004, 12, 103. (18) 253, 7. . A. Carta, M. Loriga, S. Zanetti and L.A. Sechi: IL Farmaco, (7). M. Milkevitch, E. Brauns and K.J. Brewer: Inorg. Chem., 2003, 58, 1251. (19) 1996, 35, 1737. . F.J. Wolf, Karl Pfister, R.H. Beutel, R.M. Wilson, C.A. (8). S.M. Molnar, G. Nallas, J.S. Bridgewater and K.J. Brewer: Robinson and Stevens J.R.: J. Am. Chem. Soc., 1949, J. Am. Chem. Soc., 1994, 116, 5206. 71, 6.

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Synthesis, Reactions and Characterization of 2-methylthionicotino-nitrile, Pyrazolopyridine and Pyridopyrazolotriazine Derivatives

A. M. Abdel-Fattah, M. A. A. Elneairy, M. N. Gouda and F. A. Attaby* Chemistry Department, Faculty of Science, Cairo University, Giza 12613, Egypt.

Síntesis, reacciones y caracterización de derivados de 2-metiltionicotinonitrilo, pirazolopiridina y piridopirazolotriazina

Síntesi, reaccions i caracterització de derivats de 2-metiltionicotinonitril, pirazolopiridina i piridopirazolotriazina

Recibido: 30 de agosto de 2007; aceptado: 4 de octubre de 2007

RESUMEN via its coupling with several active –CH2- containing compounds. Considering the data from IR, 1H NMR, the mass Se obtienen las 4,6-diaril-1H-pirazolo[3,4-b]piridin-3-ami- spectra and elemental analyses the chemical structures nas 4a-c en estado muy puro y se usan como buenos of the newly synthesized heterocyclic compounds were productos de partida para el presente estudio. El com- elucidated. puesto 4a se diazotiza para dar la correspondiente sal Key words: Cyanoethanethioamide. 2-methylthionicoti- de diazonio 11 y, además, se hace reaccionar con 2-bro- nonitrile. Pyrazolopyridine. Hydrazone. Formamide. mo-1-feniletanona para dar el correspondiente derivado Pyrazolopyridinylhydrazono and Pyridopyrazolotriazine. de pirazolo[3,4-b]piridin-2-il)-1-feniletanona 7 que se usa para preparar los derivados de hidrazona 8 y de formamida 10 mediante reacción con hidrato de hidrazina y RESUM ácido fórmico, respectivamente. El compuesto 11 se utiliza para preparar derivados de piridopirazolotriazina vía S’obtenen les 4,6-diaril-1H-pirazolo[3,4-b]piridin-3-ami- acoplamiento con diversos compuestos que contienen nes 4a-c en estat molt pur i s’empren com a bons pro- –CH2- activos. Se determina la estructura química de los ductes de partida per al present estudi. El compost 4a nuevos compuestos heterocíclicos sintetizados a partir es diazotitza per donar la corresponent sal de diazoni 11 de los datos de IR, 1H-RMN, espectros de masas y aná- i a més, es fa reaccionar amb 2-bromo-1-feniletanona lisis elementales. per donar el corresponent derivat de pirazolo[3,4-b]piri- Palabras clave: Cianoetantioamida. 2-metiltionicotinoni- din-2-il)-1-feniletanona 7, que s’empra per preparar els trilo. Pirazolopiridina. Hidrazona. Formamida. Pirazolo- derivats d’hidrazona 8 i de formamida 10 mitjançant reac- piridinilhidrazono. Piridopirazolotriazina. ció amb hidrat d’hidrazina i àcid fòrmic, respectivament. El compost 11 s’utilitza per preparar derivats de piridopirazolotriazina via acoblament amb diversos compos- SUMMARY tos que contenen –CH2- actius. Es determina l’estructura química dels nous compostos heterocíclics sintetitzats 4,6-Diaryl-1H-pyrazolo[3,4-b]pyridin-3-amines 4a-c were a partir de les dades de IR, 1H-RMN, espectres de mas- obtained in very pure state and used as the good star- ses i anàlisis elementals. ting materials for the present study. Compound 4a dia- Mots clau: Cianoetantioamida. 2-metiltionicotinonitrilo. zotized to give the corresponding diazonium salt 11 and Pirazolopiridina. Hidrazona. Formamida. Pirazolopiridi- also, reacted with 2-bromo-1-phenylethanone to give the nilhidrazono. Piridopirazolotriazina. corresponding pyrazolo[3,4-b]pyridin-2-yl)-1-phenylethanone derivative 7 which in turn, used for the preparation of the hydrazone and formamide derivatives 8 and 10 respectively through its reaction with hydrazine hydrate and formic acid respectively. Compound 11 was used * Corresponding to: for the preparation of pyridopyrazolotriazine derivatives [email protected]

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INTRODUCTION

In previous papers(1-22) the synthesis of pyrazolopyridine and pyridopyrazolotriazine derivatives were described. As a continuation of our research on the synthesis of these ring systems and owing to the reported biological activities of pyrazolopyridine(23-25) and as well as that of triazines,(26-30) we were interested to synthe- size several derivatives of these ring systems that are required for several chemical transformation as well as for our medicinal chemistry program.

RESULTS AND DISCUSSION

The synthetic potentiality of 1a-c was used to build up new ring containing active functional groups, this goal achieved through their reaction with hydrazine hydrate. Thus, it has been found that 1a reacted with methyl iodi- de in methanolic sodium methoxide to afford the corresponding 4-(4-bromophenyl)-2-(methylthio)-6-phenylni- cotinonitrile 2a which in turn, reacted with hydrazine hydrate in ethanol to give the sulfur free product that formulated as 4-(4-bromophenyl)-6-phenyl-1H-pyrazolo[3,4-b]pyridin-3-amine 4a through the non-isolable product 3a. Chemical structure of 4a was elucidated based on the spectroscopic and elemental analyses (cf. Exp. Part). A further elucidation of structure 4a arose from its preparation authentically, thus 1a reacted with hydrazine hydrate to afford directly 4a through the hydrogen sulfide molecule removal. It is remarkable to report here that the products of the two pathways were identical in all physical and chemical properties (cf. Exp. Part). Similarly, 1H-pyrazolo[3,4-b]pyridin-3-amine derivatives 4b,c were synthesized by the reaction of either 1b,c or 2b,c with hydrazine hydrate and their structures were elucidated by considering the data of elemental and spectroscopic analyses (cf. Exp. Part and Chart 1). Chart 2

The chemical reactivity and synthetic potentiality of 4a was investigated through its reaction with 2-bromo-1-phenylethanone (6) in stirred DMF/KOH on cold to give the corresponding 2-(3-amino-4-[4-bromophenyl]-6-phenyl-2H-pyrazolo[3,4-b]pyridin-2-yl)-1- phenylethan-one (7). The reaction seemed to be proceeded through the dehydrobromination between the tautomer 5 and 6. The IR, 1H NMR, and elemental analyses of this reaction product found to be in a good agreement with the assigned structure (cf. Exp. Part and Chart 2). Furthermore, the structure of compound 7 was confirmed chemically through its reaction with both hydrazine hydrate and formic acid. Thus, it has been found that compound 7 reacted with hydrazine hydrate under reflux 3-5 hours to afford the reaction product which assumed to be formed via the condensation of 7 with hydrazine hydrate to give the final isolable hydrazone derivative 8 which confirm the presence and chemical reactivity of CO group. The IR (cm–1) of this reaction product showed no bands of C=O and instead the newly

formed = N-NH2 group was detected. On the other hand, the 1H NMR spectrum of this reac-

tion product revealed the signals of NH2 at pyrazole

ring and =N-NH2 protons. Moreover, its mass spectrum gave m/z = 497 (M+, 14.9%) which corresponding to

the molecular weight of the molecular formula C26H21BrN6 of the assigned structure. Several peaks such as 364

[M-CH2-C(Ph) = N-NH2, 100%], 335 (364-N2, 20%) and

Chart 1 270 (335-C3H5N2, 13.1%) were detected and their detec-

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tion elucidates structure 8 (cf. Exp. Part). Considering the bromophenyl)-6-phenyl-1H-pyrazolo[3,4-b]pyridine-3-dia- above-mentioned data in addition to that of elemental analy- zonium chloride (11). Compound 11 used as a good synt- ses it is concluded that this reaction product formulated hon for the preparation of several pyrido[2',3':3,4]pyrazo- as 2-(3-amino-4-(4-bromophenyl)-6-phenyl-2H-pyrazolo[5,1-c]triazine derivatives 15a-f. Thus, it has been found lo[3,4-b]pyridin-2-yl)-1-phenyl-ethanone hydrazone 8 not that compound 11 coupled with each of malononitrile, ethyl triazine derivative 9 (cf. Chart 2 and Exp. Part). cyanoacetate and 2-cyanoethanethioamide (12a-c) in sti- -1 The position and chemical reactivity of NH2 in 7 could be rred ethanol-sodium acetate on cold. The IR (cm ) of the established through its reaction with formic acid. It has reaction product in case of 12a showed the bands of CN, -1 been found unexpectedly that the IR (cm ) of this reaction NH2 groups. The reaction product in case of 12b showed

product showed the bands of C=O, NH function and the the bands of NH2, CO (ester) in its IR spectrum and its 1H 1 H NMR (δppm) showed the signals of aldehydic, NH and NMR spectrum revealed the signals of COOCH2CH3 protons.

-CH2COPh protons. Moreover, the mass spectrum of this On the other hand, the reaction product in case of 12c sho- + reaction product gave m/z = 511 (M , 11.1%) which corres- wed the bands of NH2, C=S in IR spectrum. Moreover, the ponding to the molecular weight of the molecular formula mass spectra of these reaction products gave m/z = 442,

C27H19BrN4O2 of the assigned structure, in addition to the 489 and 476 and these corresponding to the molecular

peak at m/z = 405 (M-COPh, H, 71.5%) and m/z = 77 (for weights of the molecular formulas C21H12BrN7, C23H17BrN6O2

the fragment Ph, 100%). Considering the above mentio- and C21H14BrN7S respectively in addition to several fragments ned data we can conclude that N-[4-(4-bromophenyl)-2- confirm the structures 15a-c (cf. Chart 3 and Exp. Part). (2-oxo-2-phenylethyl)-6-phenyl-2H-pyrazolo[3,4-b]pyridin- Considering the above-mentioned data (cf. Exp. Part) we 3-yl]formamide 10 represents the reaction product (cf. Chart concluded that the reaction seemed to be proceeded via 2 and Exp. Part). dehydrochlorination between each of 12a-c and 11 to afford The chemical reactivity of 4a was further investigated via its the corresponding non-isolable derivatives 13a-c, 14a-c res- reaction with nitrous acid to give the corresponding 4-(4- pectively which spontaneously cyclized to afford the corresponding triazines 15a-c. Similarly, synthon 11 reacted with each of diethylmalonate, acetylacetone and ethyl acetoacetate 12d-f under the same above-mentioned experimental conditions to afford the corresponding pyrido- [2’,3’:3,4]pyrazolo[5,1-c][1,2,4]triazines 15d- f via the non-isolable intermediates 13d-f respectively. By considering the data of IR, 1H NMR and elemental analyses (cf. Exp. Part) the chemical structures of each of 15d-f were elucidated. Moreover, the mass spectra of 15d-f gave m/z = 490, 458 and 488 which corresponding to the molecular weights of the molecular formulas

C23H16BrN5O3, C23H16BrN5O and C24H18BrN5O2 of the assigned structures. The presence of broad band in IR spectrum of 15d confirm the presence of more stable enol-form and this confirmed further by the detection of peak at 489 (M+–1) at mass spectrum (cf. Chart 4 and Fig. 1). The presence of a peak at m/z = 488 in mass spectrum for the reaction product of 11 with 12f confirm the structure 15f and reject that of 15g and this also, further confirmed by the presence of

signal at δ(ppm) 1.4 (t, 3H, COOCH2CH3) and

4.5 (q, 2H, COOCH2CH3) and absence of m/z = 460 for the molecular formula

C22H14BrN5O2 of the structure 15g (cf. Charts 4, Fig. 2, and Exp. Part). An authentic samples of pyrido[2’,3’:3,4]pyrazolo[5,1-c]- [1,2,4]triazines 15a-f obtained through another pathway via the reaction of each of 12a-f with 11 in ethanol containing the catalytic amounts of triethylamine under reflux 3-5hrs. It is important to report here that compounds obtained through the two pathways are identical in all physical and chemical properties.

Chart 3

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Figure 1

Chart 4

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Figure 2

EXPERIMENTAL 4-(4-Bromophenyl)-6-phenyl-1H-pyrazolo[3,4-b]pyridin- 3-amine 4a: crystallized from ethanol as yellow crystals –1 All melting points were uncorrected. I.R. (KBr discs) spec- (58 %); mp.232-4 ºC; IR (cm ): 3466, 3302, 3194 (NH2, NH), tra were recorded on a Shimadzu FTIR-8201PC 2858 (sat. CH) and 1642 (C=N); Anal. for C18H13BrN4 (365.22): Spectrophotometer. 1H-NMR spectra were recorded on a Calcd./Found (%): C,59.19/59.30, H,3.59/3.60, Varian Mercury 300 MHz., and a Varian Gemini 200 MHz. Br,21.88/21.70, N,15.34/15.40.

spectrometers using TMS as an internal standard and CDCl3, 4-[4-(Dimethylamino)phenyl]-6-phenyl-1H-pyrazolo[3,4- DMSO-d6, and (CD3)2CO as solvents. Chemical shifts were b]pyridin-3-amine 4b: crystallized from ethanol as yellow expressed as δ (ppm) units. Mass spectra were recorded crystals (65 %); mp.256-8 ºC; IR (cm–1): 3446, 3287, 3185 on Shimadzu GCMS-QP1000EX using an inlet type at 70 (NH2, NH) and 1638 (C=N); Anal. for C20H19N5 (329.39): eV. The Microanalytical Center of Cairo University perfor- Calcd./Found (%): C,72.93/73.0, H,5.81/5.9, N,21.26/21.30. med the microanalyses. 4-[4-(Dimethylamino)phenyl]-6-(4-methylphenyl)-1H-pyra- Synthesis of 2a-c: (General Procedure): Mix each of 2- zolo[3,4-b]-pyridin-3-amine 4c: crystallized from ethanol thioxopyridine derivatives 1a-c (0.1 mole) and iodometha- as yellow crystals (65%); mp.256-8 ºC; IR (cm–1): 3462, 3309,

ne (0.15 mole) in methanolic sodium methoxide (0.23 g of 3194 (NH2, NH) and 1641 (C=N); Anal. for C21H21N5 (343.42): sodium with about 30-50 mL methanol). Stir on cold for 1- Calcd./Found (%): C,73.44/73.3, H,6.16/6.20, N,20.39/20.40. 1.5 hours then pour onto ice-cold water and acidified with concentrated HCl. Collect the formed solids by filtration Synthesis of 7: A solution of 4a and potassium hydroxide and wash with water then crystallize from the proper sol- (0.01 mole of each) in DMF (30 mL) stirred with 2-bromo-1- vent to afford 2a-c respectively. phenylethanone (6) (0.01 mole) for 30 minutes on cold. Pour onto ice-cold water, the solid so formed was filtered off, 4-(4-bromophenyl)-2-(methylthio)-6-phenylnicotinonitri- washed with water, and crystallized from ethanol to give 7. le 2a: crystallized from acetic acid as yellowish-white crys- –1 2-(3-Amino-4-(4-bromophenyl)-6-phenyl-2H-pyrazolo[3,4- tals (64%); m.p 260 ºC; IR (ν cm ): 2218 (CN) and 1605 b]pyridin-2-yl)-1-phenylethanone 7: as yellow crystals (60 (C=C); Anal. for C19H13BrN2S (381.28): Calcd./Found (%): –1 %); mp.194-6 ºC; IR (cm ): 3418, 3294, 3189 (NH2), 3059 (CH- C,59.85/60.10, H,3.44/3.50, Br,20.96/21.0, N,7.35/7.30, 1 H-NMR δ 2 S,8.41/8.50. aromatic) and 1692 (C=O); ( ): 2.60 (s, 2H, -CH -), 5.67 (s, br., 2H, NH2) and 7.08-7.89 (m, 15H, aromatic and pyri- + 4-[4-(dimethylamino)phenyl]-2-(methylthio)-6-phenylni- dine-CH protons); MS: 483 (M , 11.1%) which corresponding cotinonitrile 2b: crystallized from ethanol as pale yellow to the molecular weight of the molecular formula C26H19BrN4O crystals (64%); m.p 222 ºC; IR (ν cm–1): 2218 (CN) and 1605 of the assigned structure, 484 (M+1, 10.6 %), 485 (M+2, 8.5 %), 482 (M+–H, 9.8%), 380 (M+–PhCN, 72.5%), 379 (482-PhCN, (C=C); Anal. for C21H19N3S (345.46): Calcd./Found (%): + C,73.01/73.10, H,5.54/5.50, N,12.16/12.20, S,9.28/9.30. 96.6%), 377 (482-PhCO, 100%), 363 (M –PhCOCH2, 1.6%), 105 (PhCO, 41.7%), 103 (PhCN, 1.5%) and 77 (Ph, 61.8%); 4-[4-(dimethylamino)phenyl]-6-(4-methylphenyl)-2- Anal. for C26H19BrN4O (483.35): Calcd./Found (%): C,64.61/65.0, (methylthio)-nicotinonitrile 2c: crystallized from ethanol H,3.96/4.0, Br,16.53/16.40, N,11.59/11.60. –1 as orange crystals (66%); m.p 220 ºC; IR (ν cm ): 2222 (CN) Synthesis of 8: A mixture of 7 (0.01 mole), hydrazine hydra- and 1602 (C=C); Anal. for C22H21N3S (359.48): Calcd./Found te (20-25 mL) and ethanol (25 mL) was heated under reflux (%): C,73.50/73.50, H,5.89/5.90, N,11.69/11.50, S,8.92/9.0. for 5-7 hours. The product so formed after cooling was filtered off, washed with cold ethanol, and crystallized from Synthesis of 4a-c: A mixture of 1a-c or 2a-c (0.01 mole of diluted ethanol to give 8. each) and hydrazine hydrate (20-25 mL) and pyridine (20 mL) was heated under reflux for 20 hours till the odour of 2-(3-amino-4-(4-bromophenyl)-6-phenyl-2H-pyrazolo[3,4-

H2S or CH3SH ceased. The products so formed after coo- b]pyridin-2-yl)-1-phenylethanone hydrazone 8: as yellow –1 ling were filtered off, washed with cold ethanol, and crys- crystals (57%); mp.114-6 ºC; IR (cm ), 3311 (NH2), 3055 tallized from the proper solvent to give 4a-c respectively. (CH-aromatic) 2966(aliphatic CH) and 1578 (C=N); 1H-NMR

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(δ): 1.55 (s, 2H, -CH2-), 5.41 (s, br., 2H, NH2 at pyrazole), 6.75 Ethyl 4-amino-10-(4-bromophenyl)-8-phenylpyrido [2’,3’:3,4]

(s, br., 2H, NH2, N=NH2) and 7.13-8.02 (m, 15H, aromatic pyrazolo- [5,1-c][1,2,4]triazine-3-carboxylate 15b: crysta- and pyridine-CH protons); MS: 497 (M+, 14.9%) which llize from ethanol-DMF mixture as orange crystals (58%); –1 corresponding to the molecular weight of the molecular mp. >300 ºC; IR (cm ), 3398, 3220, 3124 (NH2), 2927 (CH- + 1 formula C26H21BrN6 of the assigned structure, 496 (M -H, aliphatic) and 1693 (C=O); H-NMR (δ): 1.25 (t, 3H, + + 23.4%), 480 (M –NH2, 46.9%), 377 (M –PhC = N–NH2, 73.1%), CH3CH2COO), 4.18 (q, 2H, CH3CH2COO), 7.50-8.41 (m, 10H, + 364 (M –133, –CH2-C(Ph)-N = NH2, 100%), 335 (364-N2, H, aromatic and pyridine-CH protons) and 8.78 (s, br. 2H, NH2); + 20%); Anal. for C26H21BrN6 (497.38): Calcd./Found (%): MS: 489 (M , 16.36%) which corresponding to the molecu-

C,62.78/62.80, H,4.26/4.30, Br,16.06/16.10, N,16.90/17.10. lar weight of the molecular formula C23H17BrN6O2 of the assigned structure, 490 (M+1, 54.75%), 491 (M+2, 12.97%), 488 + + Synthesis of 10: A mixture of 7 (0.01 mole) and formic acid (M –H, 53.34%), 459 (488-C2H5, 14.86%), 416 (M –COOC2H5, + (20-25 mL) was heated under reflux for 5-7 hours. The pro- 51.89%), 388 (416–N2, 19.22%), 364 (M –COOC2H5-N2-C2, duct so formed after cooling was filtered off, washed with 100%), 334 (364-NNH2, 8.88%), 103 (PhCN, 7.30%); Anal. for cold ethanol, and crystallized from dioxane to give 10. C23H17BrN6O2 (489.32): Calcd./ Found (%): C,56.45/56.50, H,3.50/3.60, Br,16.33/16.20, N,17.17/17.20. N-[4-(4-bromophenyl)-2-(2-oxo-2-phenylethyl)-6-phenyl- 2H-pyrazolo-[3,4-b]pyridin-3-yl]formamide 10: as pale 3-[Aminosulfanylidyne)methyl]-10-(4-bromophenyl)-8- yellow crystals (67%); mp. 262-4 ºC; IR (cm–1): 3178 (NH), phenylpyrido-[2’,3’:3,4]pyrazolo[5,1-c][1,2,4]triazin-4-amine 15c: crystallize from ethanol-DMF mixture as yellow 3058 (CH-aromatic), 2965 (aliphatic CH), 1699 (CO) and –1 1 crystals (60 %); mp. >320 ºC; IR (cm ), 3457, 3318, 3162 1580 (C=N); H-NMR (δ): 2.11 (s, 2H, -CH2-COPh), 6.26 (s, (two NH2) and 2925 (CH-aliphatic); MS: 477 (M+1, 16 %), br., 1H, NH), 7.51-8.23 (m, 15H, aromatic and pyridine-CH + + 475 (M –H, 16.62%), 459 (475-NH2, 37.08%), 443 (475-S, protons) and 10.26 (s, 1H, -CHO); MS: 511 (M , 11.1%) which + corresponding to the molecular weight of the molecular 100%), 416 (M –CSNH2, 27.54%), 388 (416-N2, 21.54%), 103 (PhCN, 21.69%); Anal. for C21H14BrN7S (476.35): Calcd./Found formula C27H19BrN4O2 of the assigned structure, 512 (M+1, 15 %), 513 (M+2, 11.3 %), 510 (M+–H, 13.7%), 405 (%): C,52.95/53.0, H,2.96/3.10, Br,16.77/16.80, (M+–COPh, 71.5%), 392 (M+-CH2-COPh, 1.4%), 377 N,20.58/20.60, S,6.73/6.70. + (M –NCH2COPh, 54.4 %), 363 (377–N, 3.5 %), 334 (363- Ethyl 10-(4-bromophenyl)-4-oxo-8-phenyl-3,4-dihy- CHO, 1.6%), 77 (Ph, 100%); Anal. for C27H19BrN4O2 (511.36): Calcd./Found (%): C,63.42/63.50, H,3.75/3.70, dropyrido[2’,3’:3,4]–pyrazolo[5,1-c][1,2,4]triazine-3-car- Br,15.63/15.70, N,10.96/11.10. boxylate 15d: crystallize from ethanol-DMF mixture as orange crystals (56 %); mp. >300 ºC; IR (cm–1): 3400, 3200 (H-bonded OH), 2981 (CH-aliphatic) and 1714 (CO ester); Synthesis of 11: Mix 4a (0.01 mole), HCl (1.5 mL) and ace- + MS: 489 (M –H, 0.59 %), 460 (489-CH3CH2, 1.23 %), 458 tic acid (5 mL). Dissolve the formed salt in about 10 ml cold + (M 3 2 water. Add a mixture sodium nitrite (0.01 mole) and cold -OH, CH , 1.58 %), 428 (458-OCH , 1.86 %), 400 (428- water drop wise. Stir for 30 min. then filter the formed solid, N2, 1.62 %), 388 (400-C, 1.58 %), 285 (388-PhCN, 5.38%), wash with water and crystallize the formed solid from etha- 73 (COOEt, 81.16%), 68 (–N=N–C–CO–, 24.46%), 103 (PhCN, 5.46 %), 73 (COOC2H5, 81.16%); Anal. for Molecular Formula nol to give 11. C23H16BrN5O3 (490.30): Calcd./Found (%): C,56.34/56.50, H,3.29/3.30, Br,16.30/16.40, N,14.28/14.30. 4-(4-bromophenyl)-6-phenyl-1H-pyrazolo[3,4-b]pyridine- 3-diazonium chloride (11): as yellow crystals (62%); –1 1-[10-(4-Bromophenyl)-4-methyl-8-phenylpyrido mp.180-2 ºC; IR (cm ): 3454 (NH), 3048 (CH-aromatic) and [2’,3’:3,4]pyrazolo-[5,1-c][1,2,4]triazin-3-yl]ethanone 15e: 2232 (N≡N); Anal. for C18H11BrClN5 (412.67): Calcd./Found crystallize from ethanol-DMF mixture as orange crystals (%): C,52.39/52.40, H,2.69/2.70, Br,19.36/19.30, –1 (52%); mp. 320 ºC; IR (cm ): 3073 (CH aromatic), 2923 (CH- Cl,8.59/8.60, N,16.97/17.0. 1 aliphatic) and 1697 (CO acetyl); H-NMR (δ): 1.27 (s, 3H,

CH3), 2.11 (s, 3H, COCH3), 7.63-8.48 (m, 10H, aromatic and Synthesis of 15a-f: (General Procedure): pyridine-CH protons); MS: 458 (M+, 30.56%) which corres- Method A: A solution of 12a-f (0.01 mole) in ethanol (50 ponding to the molecular weight of the molecular formula mL) containing fused sodium acetate (2g) was stirred for C23H16BrN5O of the assigned structure, 459 (M+1, 100 %), 30 min. in ice-cold mixture. Add a mixture of each of 11 in + 460 (M+2, 26.49 %), 415 (M –COCH3, 8,71%), 416 (459- ethanol (50 mL) drop wise, stir for 1hr after complete addi- COCH3, 29.76%), 387 (415–N2, 8.21 %), 388 (416–N2, 9.72 %); tion. The solids so obtained were filtered off, washed with 103 (PhCN, 3.02%); Anal. for Molecular Formula C23H16BrN5O water and crystallized from the proper solvent to give 15a- (458.31): Calcd./Found (%): C,60.27/60.30, H,3.52/3.60, f respectively. Br,17.43/17.40, N,15.28/15.30.

Method B: A solution of 11 (0.01 mole) in ethanol (50 mL) Ethyl 10-(4-bromophenyl)-4-methyl-8-phenylpyrido[2’,3’:3,4] and each of 12a-f (0.01 mole) in the presence of triethyla- pyrazolo-[5,1-c][1,2,4]triazine-3-carboxylate 15f: crysta- mine (0.5 mL) was heated under reflux for 3 hrs. The solids llize from ethanol-DMF mixture as orange crystals (58 %); so obtained were filtered off and crystallized from the pro- mp. 258-60 ºC; IR (cm–1): 3049 (CH aromatic), 2923 (CH- 1 per solvent to give 15a-f respectively. aliphatic) and 1719 (CO ester); H-NMR (δ): 1.49 (s, 3H, CH3),

1.57 (t, 3H, CH3CH2COO), 4.63 (q, 2H, COOCH2CH3) and 4-Amino-10-(4-bromophenyl)-8-phenylpyrido[2’,3’:3,4]pyra- 7.26-8.37 (m, 10H, aromatic and pyridine-CH protons); MS: zolo[5,1-c][1,2,4]triazine-3-carbonitrile 15a: crystallize from 488 (M+, 15.98%) which corresponding to the molecular

ethanol-DMF mixture as orange crystals (60%); mp. >320 weight of the molecular formula C24H18BrN5O2 of the assig- –1 ºC; IR (cm ): 3413, 3323, 3159 (NH2) and 2227 (CN); MS: ned structure, 489 (M+1, 54.94%), 460 (M+1–C2H5, 12.79%), + + + 442 (M , 56.7 %) which corresponding to the molecular 459 (M –C2H5, 38.04%), 415 (M –COOC2H5, 98.03%), 416

weight of the molecular formula C21H12BrN7 of the assigned (M+1-COOC2H5, 63.17%), 387 (415-N2, 12.60%), 388 (416- + + structure, 443 (M+1, 100 %), 444 (M+2, 25.22 %), 441 (M –H, N2, 50.95%), 361 (388-CCH3, 7.37%), 348 [M –N2C(COOC2H5) + + 100 %), 425 (M –NH2, 32.38 %), 268 (M –C6H2N7, 25.29 %); = C(CH3), 10.82%]; Anal. for Molecular Formula C24H18BrN5O2

Anal. for C21H12BrN7 (442.27): Calcd./Found (%): C,57.03/57.0, (488.33): Calcd./Found (%): C,59.03/59.10, H,3.72/3.80, H,2.73/2.80, Br,18.07/18.10, N,22.17/22.20. Br,16.36/16.40, N,14.34/14.20.

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BIBLIOGRAPHY (16). F.A. Attaby, S.M. Eldin, M.A.A. Elneairy and A.K.K. Elouh: Phosphorus, Sulfur and Silicon; 179, 2205 (2004). (1) . F.A. Attaby: Arch. Pharmcol. Res., 13, 342 (1990). (17). F.A. Attaby, A.H.H. Elghandour, Ali M.A. and Y.M. (2). F.A. Attaby, L. I. Ibrahim, S. M. Eldin and A. K. K El-louh: Ibrahem: Phosphorus, Sulfur and Silicon; 181, 1 (2006). Phosphorous, Sulfur and Silicon, 73, 127 (1992). (18). F.A. Attaby, Ali M.A., A.H.H. Elghandour and Y.M. (3). F.A. Attaby, S. M. Eldin and M. Abdel Razik: Phosphorous, Ibrahem: Phosphorus, Sulfur and Silicon; 181, 1087 (2006). Sulfur and Silicon, 106, 21 (1994). (19). Fawzy A. Attaby, A.H.H. Elghandour, M.A. Ali and Yasser (4). F.A. Attaby and A.M. Abdel-Fattah: Phosphorous, Sulfur M. Ibrahem: Afinidad; 63, 525 (2006). and Silicon, 119, 257 (1996). (20). Fawzy A. Attaby, A.H. Elghandour, M.A. Ali and Yasser (5). F.A. Attaby: Phosphorous, Sulfur and Silicon, 126, 27 M. Ibrahem: Phosphorus, Sulfur and Silicon; 182, 133 (2007). (1997). (21). Fawzy A. Attaby, A.H.H. Elghandour, M.A. Ali and Yasser (6). F.A. Attaby: Phosphorous, Sulfur and Silicon, 139, 1 M. Ibrahem: Phosphorus, Sulfur and Silicon; 182, 695 (2007). (1998). (22). Fawzy A. Attaby, Mostafa M. Ramla and Eman M. Gouda: (7). F.A. Attaby, S.M. Edin and M. A. A. Elneairy: Heteroatom Phosphorus, Sulfur and Silicon; 182, 517 (2007). Chemistry, 9, 571 (1998). (23_. B.R. Tolf, R. Dahlbom, H. Theroell, and A. Akeson: Acta (8). F.A. Attaby, S.M. Edin and M.A.A. Elneairy; J. Chem. Res. Chem. Scand., Ser. B.; 36, 101 (1982). (M), 10, 2754, (S) 10 (1998). (24). M. Komuro, R. Ishida and H. Uchida: Arzneium-Forsch, (9). F.A. Attaby, M.A.A. Elneairy and M.S. Elsayed: 42, 48 (1992); C. A., 116, 98851q (1992). Phosphorous, Sulfur and Silicon, 149, 230 (1999). (25). F.E. Goda, A.A.M. Abdel-Aziz and O.A. Attef: Bioorg. (10). F.A. Attaby and A.M. Abdel-Fattah: Phosphorous, Sulfur Med. Chem. 12, 1845 (2004). and Silicon, 155, 253 (1999). (26). F.C. Brown and C.K. Bradsher: Nature; 168, 171 (1951). (11) . M.A.A. Elneairy, Sanaa M. Eldin, Fawzy A. Attaby and (27). D.R. Rao, S.P. Raychaudhuri and V.S. Verma: Inter- A.K.K. El-Louh: Phosphorous, Sulfur and Silicon, 167, 289 national Journal of Tropical Plant Diseases; 12, 177 (1994). (2000). (28) (12) . F. Szurdki, L. Jaerger, A. Harris, H. Kido, I. Wengatz and . M.A.A. Elneairy, F.A. Attaby and M.S. Elsayed: M.H. Goodrow: Journal of Environmental Science and Phosphorus, Sulfur and Silicon, 167, 161 (2000). Health part B; 31, 451 (1996). (13) . F.A. Attaby, M.A.A. Elneairy, S.M. Eldin and A.K.K. El- (29). F.F. Benzie and J.J. Strain: Anal. Biochem.; 15, 239 Louh: J. C. C. S. (China); 48(5), 893 (2001). (1996). (14) . F.A. Attaby, H.M. Mostafa, A.H.H. Elghandour and Y.M. (30). P.G. Baraldi, B. Cacciari, A. Dalpiaz and S. Dionisotti: Ibrahem: Phosphorus, Sulfur and Silicon; 177, 2753 (2002). Arzneium-Forsch; 46, 365 (1996). (15). F.A. Attaby, A.H.H. Elghandour, H.M. Mustafa and Y.M. Ibrahem: J. C. C. S. (China); 49(4), 561 (2002).

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INFORMACIÓN GENERAL

INFORMACIÓN DE CURSOS, CONGRESOS, SIMPOSIUMS

ALIMENTACIÓN EMBALAJE

IPA,08 EMBALLAGE’2008 Salón Internacional de los Procedimientos 38ª edición del Salón Internacional del Embalaje alimentarios Del 17 al 21 de noviembre de 2008, París, Francia. Del 17 al 20 de noviembre de 2008, París, Francia. «Negocio, innovación y perspectiva». Estas son las tres Acogerá en París, unas 600 empresas francesas e inter- claves con que se inaugurará la, EMBALLAGE’2008. nacionales. Cuatro días intensos, dedicados a los nego- cios, que les permitirán descubrir las últimas tecnologías Este acontecimiento único, presentará las características de Transformación alimentaría. En esta próxima edición, que le diferencian del resto de ferias del sector. La nueva IPA concede a los expertos la oportunidad de manifestar- edición será más internacional, más representativa y esta- se, así como elabora minuciosamente un programa de rá repleta de novedades. eventos basado en la prospección y la innovación, ingre- dientes indispensables para responder y satisfacer las Información: www.emballageweb.com expectativas de los profesionales del sector agroalimen- tario que buscan nuevas soluciones. HISPACK 09 Bta Información: www.ipa-web.com Del 11 al 15 de mayo de 2009, Recinto Gran Vía, Barcelona, España. TECNOALIMENTARIA 09 Bta La próxima edición de Hispack culminará una espectacu- Del 11 al 15 de mayo de 2009, Barcelona, España. lar etapa de desarrollo Un líder en constante crecimiento. Con importantes nove- La Feria Internacional de Maquinaria, Tecnología e Ingre- dades, nuevos objetivos y mayor participación. dientes para la Alimentación. Toda la oferta tecnológica de maquinaria y de producto alimentario intermedio que Sectores: precisa la industria de la alimentación y bebidas. Una Feria, tres Salones, todas la Tecnología para los Maquinaria envase y embalaje Procesos alimentarios Maquinaria para el proceso de fabricación Tres salones –Tecnoalimentaria, Tecnocárnica e Ingre- Materias primas, materiales y productos tecno– en los que ofrecer soluciones tecnológicas a todos P.L.V. Publicidad en el Lugar de Venta los sectores de la industria. Maquinaria y equipos de embotellado Maquinaria etiquetado, codificación y marcaje Información: www.bta-bcn.com Logística - Manipulación

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Logística - Materiales y productos 11 Congreso Mediterráneo de Ingeniería Química Recuperación, tratamiento y reciclaje Nicholas A. Peppas, uno de los más importantes expertos Servicios mundiales en biomateriales, abrirá el Congreso de Ingeniería Química, que cuenta con un panel de ponentes naciona- Bta les e internacionales de primer nivel. Barcelona Tecnologías Premios I+D+i de Biotecnología Alimentación Ingretecno Como novedad de este año, Expoquimia lanza la primera Tecnoalimentaria edición de los Premios I+D+i de Biotecnología. Tecnocárnica Información: www.expoquimia.com/ Información: www.hispack.com

INNOVACIÓN Y TECNOLOGÍA QUÍMICA HIT BARCELONA’09 Hothouse for Innovation and Technology EXPOQUIMIA 08 Salón Internacional de la Química Barcelona acogerá en el primer semestre de 2009 un nuevo formato de congreso sobre innovación y tecnología que Del 20 al 24 de octubre de 2008, Recinto Gran Vía, incluirá conferencias, exposiciones comerciales y un pro- Barcelona, España. grama de inversores, con el objetivo de crear un entorno que facilite y acelere el crecimiento y desarrollo de los pro- Un encuentro clave en el que científicos, empresarios y yectos innovadores, y hacer de Barcelona la capital de la técnicos especialistas podrán encontrar soluciones, pro- innovación, según ha explicado el alcalde de Barcelona, ductos e innovación relacionados con todas las discipli- Jordi Hereu. nas y sectores de la química. Durante cuatro días, el congreso denominado HiT Barce- Junto a Expoquimia se celebrarán los salones Equiplast y lona’09 (Hothouse for Innovation and Technology) reuni- Eurosurfas. rá a los principales ejecutivos internacionales, inversores, investigadores y empresas para debatir en torno a las nove- Actividades dades de los sectores de Tecnologías de la Sociedad de Expoquimia acogerá seminarios, conferencias y jornadas la Información y Comunicación (TIC), Tecnologías de la técnicas con los mejores científicos y especialistas para Salud, Tecnologías «limpias» y Automoción. dar las claves del futuro desarrollo del sector. El consejero de Economía y Finanzas, Antoni Castells, expli- có hoy que la iniciativa tiene un doble objetivo: «Sacudir» Lab & Bio la capacidad innovadora de la ciudad para materializar proyectos empresariales, y «consolidar» una cultura de la Expoquimia ha creado una nueva sectorización de 7.500 innovación y la tecnología para que Barcelona esté «a la metros cuadrados para dar respuesta a las necesidades cabeza» de la «revolución del progreso tecnológico». de un segmento emergente y que está adquiriendo un gran Por otra parte, el ministro de Industria, Turismo y Comercio, protagonismo: la biotecnología y la instrumentación ana- Joan Clos, manifestó que la iniciativa favorecerá el cam- lítica. bio de una estructura económica basada en «costes bajos» a una economía basada en la competencia a través del 12 Jornadas de Analítica Instrumental valor añadido. El Premio Nobel de Química, el suizo Kurt Wüthric, parti- Fijó como objetivos del Gobierno llegar a destinar el 2 por cipará en las 12 Jornadas de Analítica Instrumental, orga- ciento del PIB a Investigación y Desarrollo (I+D) en 2010, nizadas por la Sociedad Española de Cromatografía y y aumentar la participación privada en innovación hasta Técnicas Afines. un 50 por ciento. Además, recordó que el Ministerio pre- vé aumentar la dotación presupuestaria para I+D en más Jornadas sobre química sostenible de 20.000 millones de euros en 2010. Uno de los ejes del evento será el Mercado de la Innovación, La sostenibilidad como vía para la conservación del lide- un punto de encuentro entre los responsable de proyec- razgo europeo en las industrias química, farmacéutica, de tos innovadores con los inversores, donde se podrán cerrar alimentación y de bebidas fue el eje temático de las Jor- acuerdos de inversión para el desarrollo de futuros nego- nadas sobre Química Sostenible. cios. El presupuesto este año es de 13.000 millones de euros. El HiT Barcelona’09 está promovido por el Plan Estratégico Conferencia Internacional de la Industria Química. Metropolitano de Barcelona y cuenta con la participación Responsable Care y el apoyo de la Generalitat; el Ministerio de Industria, Turismo y Comercio; el Ayuntamiento de Barcelona; el Compositech Consorcio de la Zona Franca; La Caixa y las Universidades El sector de los composites es otro de los grandes atrac- del Área Metropolitana de Barcelona. tivos. Se celebra la segunda edición de Compositech, y las 19ª Jornadas Internacionales de Composites, organi- Información: zadas por el Centro Español de Plástico (CEP). w3.bcn.es/V01/Serveis/AgendaRecomanada/

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SECTORIALES MEDIO AMBIENTE

MATELEC Salón Internacional de Material Eléctrico GEO 2 y Electrónico Encuentros Empresariales en Medio Ambiente y Energía Del 28 de Octubre al 1 de Noviembre de 2008, Feria de Madrid, España. 6 y 7 de Noviembre 2008, Bilbao, España

Sectores: Después de 15 ediciones liderando el sector, PROMA, La Feria Internacional del Medio Ambiente, se transforma y – Energía Eléctrica evoluciona, integrándose en este nuevo certamen. De este – Tecnología de la Instalación Eléctrica modo, GEO2, La Feria del Desarrollo Sostenible, dará respuesta a la problemática medioambiental y energética, y – Iluminación y Alumbrado además, abordará cuestiones de gran importancia en el – Inter y Telecomunicación ámbito de la economía y de la sociedad. Un nuevo modelo de desarrollo más equilibrado es posible. Además, es el – Electrónica y Equipamiento Industrial único camino, si lo que queremos es garantizar el futuro de la humanidad. Información: www.ifema.es/ferias/matelec/default.html La Sostenibilidad se fundamenta en 3 ejes principales: – El Medio Ambiente y la Energía. CLIMATIZACIÓN – La Economía. Del 24 al 27 de febrero de 2009, Madrid, España. – La Sociedad.

Información: [email protected] XIII Feria Internacional de Refrigeración, Aire acondicionado, Calefacción y Ventilación.

Sectores Aire Acondicionado POWER EXPO Salón Internacional de la Energía Eficiente – Aislamiento y Sostenible – Calefacción y Agua Caliente Sanitaria Del 24 al 26 de septiembre de 2008, Zaragoza, España. – Componentes POWER EXPO que tendrá lugar en septiembre de 2008. – Equipos de Bombeo Para obtener esta distinción, los certámenes deben cum- – Frío Comercial plir los exigentes criterios demandados por el Ministerio en cuanto a las características de superficie; número de – Refrigeración y Frío Industrial expositores españoles y extranjeros; tipología de los visi- – Regulación, Control y Gestión Técnica Centralizada tantes profesionales y respaldo unánime del sector. – Tubería y Valvulería Información: www.feriazaragoza.com – Útiles, Herramientas y Aplicaciones para instalaciones – Ventilación

CONGRESO MUNDIAL DE LA NATURALEZA Perfil del Visitante Del 5 al 14 de octubre de 2008. – Arquitectos y Aparejadores – Arquitectos de interior Más de 8000 científicos, naturalistas y representantes de ONGs y políticos de todo el mundo participarán en el – Comercio y Distribución Congreso. – Constructores Organizado por la Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza (UICN). – Ingenieros y Consultores – Instaladores Los tres ejes de principales del encuentro serán: – Técnicos • El cambio climático. – Mantenedores • La cualidad ambiental. – Mayoristas • La salud Humana y la diversidad biológica. – Promotores Junto con las reuniones oficiales, el Fórum del Congreso – Fabricantes contará, durante una semana más de 700 actividades abier- tas al público. Información: www.ifema.es/ferias/climatizacion/default.html Información: cms.iucn.org/congreso_esp/

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NOVEDADES TECNICAS

DUPONT LANZA UN PROGRAMA DE HERRAMIENTAS NUEVAS DE CONTROL ETIQUETADO DEL REFRIGERANTE SUVA® DE HUMEDAD Y TEMPERATURA PARA PROCESADORES DE PRODUCTOS QUÍMICOS DuPont ha anunciado el lanzamiento del Programa de ® Etiquetado de Refrigerantes Suva , como una medida Las empresas de productos químicos que realizan un segui- para proteger a los usuarios de acondicionadores de aire miento de las condiciones de humedad y temperatura que domésticos de posibles consecuencias perjudiciales debi- afectan la calidad del inventario ahora pueden contar con das al uso de refrigerantes no autorizados. la conveniencia de información en tiempo real y la capacidad de descargar información para un análisis exhaus- Información: www.dupont.com tivo con el Dickson rediseñado Graph-at-a-Glance Flat Panel Temperature and Humidity Data Loggers Los Graph- at-a-Glance registradores de datos son grabadores de grá- NUEVO INSTRUMENTO DE UNA MANO ficos sin papel que proporcionan un gráfico digital que per- TESTO 205 PARA MEDICIÓN DE pH mite a los procesadores de productos químicos visualizar inmediatamente las tendencias ambientales que han afec- El Testo 205 presentado por este fabricante es un instru- tado potencialmente la calidad de los productos. mento compacto de una mano para medición de pH que Las características de los registradores de datos redise- dispone de una nueva tecnología de sondas para evitar la ñados Graph-at-a Glance (Resumen del gráfico) incluyen: rotura del electrodo e incorpora un gel. – Resolución de información 36% mayor en una pantalla Información: ww.testo-international.com/ Jumbo de 4.5” x 3.4” (114,3 mm x 86,36 mm). – Hasta un 37% de reducción en el precio que ahora co- mienza en US$299. – Capacidad para transferir información de una tarjeta de EL TOWERPACK 1500 DE AGGREKO: memoria FLASH. NUEVA SOLUCIÓN DE REFRIGERACIÓN – Descarga de velocidad triple con habilitación para USB. INDUSTRIAL EN ALQUILER – Parámetros de imagen definidos por el usuario. – Almacenamiento de 32 KB. Aggreko, líder mundial en soluciones temporales de ener- – Alarmas audiovisuales. gía eléctrica, control de temperatura y aire comprimido Los modelos del registrador de datos de pantalla plana libre de aceite, anuncia el lanzamiento de una nueva solu- Graph-at-a-Glance de Dickson incluyen: FT300 y FT325 ción de refrigeración industrial en alquiler, que estará dis- únicamente para temperatura; FH 320 y FH325 para tem- ponible en España a partir del segundo semestre de 2008. peratura y humedad. Bautizado como TowerPack 1500, este sistema de control de temperatura está principalmente destinado a las Información: www.dicksondata.com industrias química, petroquímica, farmacéutica, agroali- mentaria, industria pesada y otras industrias, así como al sector terciario/sanitario. El TowerPack 1500 ha sido diseñado para proporcionar NOVEDAD DE SPHERE una capacidad de refrigeración de entre 10 y 15 MW, con LA ALTERNATIVA AL CONSUMO DE una capacidad máxima de 1500 m3/h. Verdadera solución PLÁSTICO, LAS BOLSAS DE ALMIDÓN DE LAS llave en mano, el conjunto incluye: PATATAS DESARROLLADAS POR SPHERE – 4 módulos de refrigeración; – 3 bombas, una de ellas de emergencia; SPhere, grupo industrial líder en el sector de la fabricación – Un sistema de gestión de control y de recopilación de de derivados del plástico y pionera en el desarrollo de información ARGUS; Bioplásticos ha presentado durante la celebración en – Un conjunto de distribución eléctrica (armarios, cables) para Valencia del III Seminario Internacional sobre Plásticos una sencilla conexión en las instalaciones del cliente. Biodegradables, organizado por AIMPLAS, la alternativa al petróleo para la elaboración de bolsas de plástico, el Información: www.aggreko.es almidón de la patata. A través de la transformación de recursos 100% naturales y renovables como el almidón de la patata, el maíz o el trigo, mediante una innovadora téc- XV PREMIO DE PERIODISMO nica, se obtienen embalajes plásticos con las mismas carac- terísticas que el convencional pero más responsables con Los Sres. Ferran Amago Martínez y Josep M. Ricart y Puigneró el medio, ya que se degradan por sí mismos en 180 días y han recibido, ex-aequo, el XV Premio de Periodismo que con- se pueden utilizar como compost. cede la Asociación Iberoamericana de Periodistas Especia- En España en la actualidad se utilizan más de 10.500 millo- lizados y Técnicos (AIPET) por su méritos profesionales en nes de bolsas de plástico, que suponen una media de consu- este campo periodístico, los cuales fueron glosados y des- mo de una bolsa por habitante y día, de todas apenas un tacados por el Presidente de AIPET, Dr. Enrique Julve. El Sr. 10% terminan reciclándose para posteriores usos, el resto se Ferran Amago es Decano del «Col.legi Oficial d’Enginyers acaban destruyendo. Estas cifras han hecho que el plástico Técnics de Telecomunicacions a Catalunya» (C.O.E.T.T.C.) entre también en la campaña electoral con propuestas con- y Director de Comunicación del Grupo ALTRAN. El Sr. Josep cretas como la que ha realizado Director General de Calidad M. Ricart es Editor, Escritor y Socio Fundador de AIPET. y Evaluación Ambiental del Ministerio de Medio Ambiente.

Información: www.aipet.org Información: www.sphere-spain.es

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NOTICIAS DE EMPRESA

CARBUROS METÁLICOS CONCLUYE LA Información: www.airproducts.com/h2energy INSTALACIÓN EN LUGO DE UN PROYECTO QUE PERMITIRÁ EL ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN FORMA DE HIDRÓGENO APLICACIÓN DE LA LEY DEL PATRIMONIO NATURAL Y DE LA BIODIVERSIDAD Carburos Metálicos, Grupo Air Products, ha concluido la ins- talación de un proyecto experimental para la producción y Cristina Narbona llama al consenso a todas las institucio- almacenamiento de electricidad en forma de hidrógeno en nes implicadas en la aplicación de la Ley del Patrimonio el Parque Eólico Sotavento (Lugo). La compañía se ha encar- Natural y de la Biodiversidad El Ministerio de Medio gado de la ejecución del proyecto, del suministro de la esta- Ambiente, a través de la Fundación Biodiversidad, desa- ción compresora de hidrógeno y el almacenamiento a alta rrolla diversas iniciativas para difundir el nuevo texto legal presión del hidrógeno, así como de integrar todos los elemen- a todos los sectores relacionados con la conservación del tos con el electrolizador y el motor de combustión interna. medio natural. Esta instalación es pionera en España en el estudio del alma- La ministra de Medio Ambiente, Cristina Narbona, clausu- cenamiento de la energía eléctrica en forma de hidrógeno. ró el seminario «El valor del medio natural. Oportunidades Cuando la energía generada en un parque eólico es supe- socioeconómicas de la conservación y uso sostenible del rior a la demanda de la red, por franja horaria o porque así patrimonio natural y de la biodiversidad», organizado por ha sido programado, la electricidad sobrante se utiliza para la Fundación Biodiversidad, y que se celebró los días 19 generar hidrógeno a partir de electrólisis del agua. El hidró- y 20 de febrero en Madrid. geno es almacenado, y posteriormente convertido en elec- Durante este acto, Cristina Narbona llamó a la colabora- tricidad, a través de un motor de combustión interna, para ción a todas las instituciones implicadas en la aplicación ser devuelta a la red cuando ésta la requiera de nuevo. de la Ley del Patrimonio Natural. En su intervención, la La instalación, patrocinada por Gas Natural y la Xunta de ministra destacó los esfuerzos que desde el Ministerio de Galicia, es la de mayor tamaño instalada hasta la fecha en Medio Ambiente se están realizando para difundir a toda un parque eólico real en España. Permite generar hasta la sociedad la «Ley del Patrimonio Natural y de la Biodiver- 60 Nm3/h de hidrógeno, almacenar hasta 1.725 Nm3 de sidad», aprobada el pasado mes de diciembre por las Cor- hidrógeno a 200 bar de presión y convertir en electricidad tes Generales. Así, hizo hincapié en las reuniones mante- un caudal máximo de 70 Nm3/h de hidrógeno en un motor nidas a lo largo de la legislatura por su Ministerio con el de combustión interna. sector cinegético y las comunidades autónomas, con el objetivo de facilitar el consenso. Durante este encuentro se han analizado los beneficios CARBUROS METÁLICOS CREA SUS GASES socioeconómicos que las políticas rurales pueden aportar DE GRADO PHARMA PARA CUMPLIR CON al desarrollo del medio rural. Entre otros, se abordaron LA NORMATIVA aspectos relacionados con el aprovechamiento de los recursos silvestres, la integración en distintos usos econó- Permite a las empresas mejorar la eficacia y reducir al míni- micos y recreativos de la naturaleza, con especial aten- mo la necesidad de disponer de controles internos Carburos ción a la agricultura ecológica y las actividades cinegéticas. Metálicos, grupo Air Products, ha desarrollado una nueva La organización de este seminario forma parte del con- gama de gases comprimidos de alta calidad específicos para junto de actuaciones que ha desarrollado la Fundación la industria farmacéutica. Estos gases permiten a los fa- Biodiversidad para difundir a la sociedad y a todos los sec- bricantes cumplir con la normativa y aumentar su eficacia. tores relacionados con la conservación del medio natural, La reciente introducción de las directivas 2004/27/CE y la nueva Ley del Patrimonio Natural y de la Biodiversidad. 2004/28/CE (enmiendas de las anteriores directivas 2001/83/CE y 2001/82/CE), relativas a la utilización de prin- Información: www.fundacion-biodiversidad.es/ cipios activos (API) en personas y animales, exige a los fabricantes que cumplan con la calidad y trazabilidad en cada etapa del proceso de producción, desde la investi- CERTIFICADOS POR AENOR CINCO gación y desarrollo hasta la producción y el análisis. En LABORATORIOS DEL CONSEJO SUPERIOR cumplimiento de este requisito, los fabricantes deben DE INVESTIGACIONES CIENTÍFICAS (CSIC) emplear gases especiales de alta calidad producidos con- forme a buenas prácticas de fabricación (GMP), Al tener Laboratorios del Instituto de Catálisis y Petroquímica, que actualizar sus suministros de gas para garantizar el Instituto de Geología Económica, Instituto de Química cumplimiento de la normativa, algunas empresas farma- Orgánica, Centro Nacional de Investigaciones Metalúrgicas céuticas aprovechan la alificada, y tanto el proceso de pro- e Instituto del Frío han recibido el certificado de sistemas ducción como el sistema analítico están totalmente valida- de gestión de la calidad (ISO 9001) de AENOR. Estas certi- dos. El objetivo es poder trazar el gas de grado Pharma ficaciones son fruto de un convenio que AENOR y el Consejo hasta el proveedor de gases y liberar a las empresas farma- Superior de Investigaciones Científicas firmaron el pasado céuticas de requisitos adicionales en materia de análisis. año, para el desarrollo y establecimiento de sistemas de calidad en determinados centros y unidades del CSIC. De Premio gases especiales esta forma, ya son seis los laboratorios y las unidades den- La labor realizada por la compañía en el campo de los tro de los mismos certificados por AENOR (el primero se gases especiales se ha visto recompensada con el galar- entregó al Laboratorio de Rayos X del Centro Nacional de dón de gases especiales en los 1os Premios a la Calidad e Investigaciones Metalúrgicas, –CENIM–, en abril de 2007). Innovación Tecnológica otorgados por la revista Industria Farmaceútica a partir de la valoración realizada por 200 Información: laboratorios de España. www.aenor.es/desarrollo/actual/actualidad/

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