La etoxilación consigue que los tensioactivos de cadena larga se disuelvan a temperatura ambiente

Científicos en Alemania han desarrollado una estrategia que mejora la solubilidad de los tensioactivos aniónicos de cadena larga a temperatura ambiente.1 En el futuro, podría ser posible utilizar la estrategia para formular productos de limpieza a partir de aceites de colza, oliva o girasol, y reducir la cantidad de tensioactivo necesario en los detergentes de lavado.

La estrategia se denomina Complet o concepto de descenso del punto de fusión por etoxilación. Se basa en el trabajo anterior de Werner Kunz, de la Universidad de Ratisbona, y sus colegas, que encontraron que los aniones con grupos de cabeza de carboxilato y unidades de óxido de etileno podrían usarse como contraiones para reducir el punto de fusión y la temperatura de solubilización en agua de cualquier tensioactivo catiónico.2

Ahora, un equipo formado por Kunz y Matthias Kellermeier de BASF ha diseñado contraiones catiónicos que contienen óxido de etileno para solubilizar tensioactivos aniónicos. "Elegimos la colina como un catión orgánico de origen biológico con capacidad previamente demostrada para solubilizar sulfatos y carboxilatos de alquilo, un efecto que podría mejorarse significativamente mediante la adición de unidades de óxido de etileno a la estructura de la colina", dice Kunz.

Los tensioactivos aniónicos comprenden una cadena alquílica hidrófoba con una cabeza hidrófila cargada negativamente y se utilizan en detergentes y jabones. Sin embargo, es difícil disolver en agua los tensioactivos con cadenas de alquilo más largas que C14. Los detergentes utilizados actualmente se limitan a los tensioactivos que comprenden cadenas de alquilo más cortas, como el ácido láurico (con una cadena de alquilo C12 saturada), que se obtiene principalmente del aceite de palma. La mayor parte del suministro mundial de aceite de palma proviene de Indonesia y Malasia, donde está relacionado con la deforestación y la pérdida de hábitat para tigres y orangutanes, lo que ha llevado a los investigadores a investigar materias primas alternativas.

Las pruebas de limpieza con sulfato de octildecilo de sodio (arriba a la izquierda), sulfato de octildecilo de colina (arriba en el medio) y un derivado de colina etoxilada de sulfato de octildecilo (arriba a la derecha) demuestran que el catión de colina etoxilada mejora el rendimiento de limpieza del sulfato de octadecil

Thomas Farmer, del Centro de Excelencia de Química Verde de la Universidad de York, en el Reino Unido, dice: "Lo lógico es intentar observar los tipos de triglicéridos y aceites que podríamos tener disponibles en climas más templados". de los ácidos grasos de cadena larga en el Reino Unido y Europa provienen de los aceites de oliva, colza y girasol: la UE cosechó más de 29 millones de toneladas de semillas oleaginosas en 2020. "El problema suele ser que, por longitudes de cadena C14, C16 y C18, nos encontramos con problemas de solubilidad , por lo que esta estrategia parece muy prometedora”, explica Farmer.

"Para nosotros, fue sorprendente que la inserción de un solo grupo de óxido de etileno en la molécula de colina ya condujera a una mejora sustancial de la eficiencia de solubilización en comparación con la colina pura", dice Kellermeier. Esta mayor solubilidad probablemente se deba al mayor volumen y asimetría de los contraiones. Los grupos oxietileno también hacen que el sistema sea más flexible, aumentando la energía libre del estado sólido que, a su vez, evita que se formen cristales de tensioactivo o fases líquido-cristalinas.

Kellermeier y Kunz dicen que la estrategia tiene beneficios además de reducir la dependencia de la sociedad del aceite de palma. La solubilización de los tensioactivos de cadena larga de un producto de limpieza en condiciones ambientales puede permitir un lavado eficiente desde el punto de vista energético a bajas temperaturas y ahorrar recursos, ya que las dosis más bajas de detergente deberían ofrecer un rendimiento comparable debido a su mayor actividad superficial inherente.

"En términos de una prueba de concepto inicial, este es un excelente punto de partida, por lo que solo se trata de extrapolarlo aún más", dice Farmer. Sin embargo, extender esta prueba de concepto no está exento de barreras. "Antes de cualquier aplicación de este tipo, se deberá realizar una evaluación profunda de los riesgos de los compuestos recién sintetizados y se deberá probar la solidez del concepto de solubilización frente a la presencia de otras sales", dice Kellermeier. "Por último, cualquier ventaja lograda con los derivados de la colina etoxilada en términos de rendimiento o sostenibilidad de los tensioactivos debe compararse con las tecnologías existentes, como la inserción de grupos de óxido de etileno en los tensioactivos aniónicos", añade Kunz.

La química de polímeros está lista para hacer que los desechos plásticos sean rastreables

A principios de este año, más de 190 países acordaron negociar un tratado legalmente vinculante para abordar la contaminación por plásticos, impulsando los esfuerzos de los gobiernos, la industria y las instituciones internacionales para mejorar las tasas de reciclaje de plásticos. La falta de un sistema reconocido para rastrear el origen de los productos plásticos es parte del desafío de gestionar los desechos plásticos. Ahora, los investigadores de las ciencias sociales y químicas han colaborado para resaltar las tecnologías que pueden asociar el plástico con su fabricante original y cómo dichas tecnologías alcanzarán su máximo potencial cuando se incorporen en los marcos de gobernanza para combatir la contaminación plástica.

"Si los plásticos son rastreables de manera simple, los legisladores, en principio, podrán devolver la responsabilidad al productor inicial o, de hecho, a cualquier actor en la cadena de uso posterior"para “Asignar la responsabilidad a los productores y otros actores permitirá a los legisladores responsabilizarlos por la contaminación que causan sus productos, de manera similar a otros esquemas de recuperación al final de su vida útil”.

Barner-Kowollik y sus colegas proponen que regular los plásticos con etiquetas químicas basadas en polímeros de secuencia definida es una forma de resolver el anonimato de la trazabilidad de los plásticos. Por ejemplo, los polímeros de secuencia definida pueden identificar el tipo de plástico, así como los aditivos utilizados en su proceso de fabricación. Los polímeros definidos por secuencia también pueden documentar qué porcentaje de plástico reciclado se incorporó a un producto. Por lo tanto, los reguladores podrían usar dicha información para evaluar la efectividad de los estándares de diseño y garantizar que esos estándares cumplan con las políticas obligatorias establecidas por legisladores como la UE.

“Al proporcionar información sobre el origen, los tipos y la cantidad de plásticos que se recolectan o se encuentran en el medio ambiente, las tecnologías de rastreo facilitarían en gran medida la implementación de esquemas de responsabilidad extendida del productor. Esto alentaría la inversión en infraestructura para la recolección y el procesamiento de desechos, al mismo tiempo que se combaten los flujos de desechos ilegales”, dice Antoine Buchard, de la Universidad de Bath, Reino Unido, que investiga la catálisis y la síntesis de polímeros sostenibles.

Barner-Kowollik dice que un gran desafío es evitar que los actores malintencionados identifiquen posibles lagunas. "Un enfoque internacional cuidadoso y coordinado es esencial, pero establecerlo requerirá una investigación inicial cuidadosa sobre los principios de gobernanza internacional que sustentan y los enfoques coordinados posteriores para la implementación". Mientras que Buchard destaca que los gobiernos deben identificar "qué etapa de la vida plástica incorporar estas tecnologías, a quién repercutir el coste ya quién poner la responsabilidad de los plásticos'.

Barner-Kowollik espera que la propuesta del equipo inicie debates, no solo sobre la trazabilidad y la gobernanza de los plásticos, sino más ampliamente sobre la necesidad de una colaboración más estrecha entre las ciencias sociales y naturales.

El coleccionista de elementos de la tabla periódica

 Christian Brückner comenzó a coleccionar hace más de 45 años cuando era un adolescente en Alemania y su padre era un metalúrgico que traía a casa las sobras del laboratorio para alimentar el creciente interés de su hijo por los cristales y la ciencia.

Desde una botella de sal de mercurio de principios del siglo XIX hasta nódulos de manganeso extraídos del fondo del Pacífico, la colección infantil de Brückner creció pieza a pieza a lo largo de las décadas. Encontró una herramienta de carburo de tungsteno que se usaba para estirar cables pesados ​​de un diámetro grueso a uno más delgado durante un trabajo de verano cuando era estudiante. Más tarde en la academia, un colega jubilado le dio un cepillo antiestático una vez cargado con polonio.

La colección se acumuló en más de mil piezas, algunas valoradas en solo centavos y otras mucho más, todas ocupando espacio en su oficina, laboratorio y hogar. Algunas cajas no se habían abierto en varias décadas.

“Ese no era el lugar correcto para ninguna colección”, dice, señalando cuál es el lugar correcto: una tabla periódica del tamaño de una pared en el atrio del segundo piso del Edificio de Química, iluminada desde adentro con cadenas de luces LED que pueden ser manipulado para resaltar grupos de elementos como los gases nobles o para hablar específicamente sobre un solo elemento y las cosas contenidas en su cubículo. Tomemos, por ejemplo, el dominó antiguo en el cubículo de nitrógeno (está en el plástico) o el par de anteojos de sol cortados por la mitad y cubriendo los estuches de praseodimio y neodimio (ambos elementos están en las lentes).

El jefe del departamento de química de UConn, Christian Brückner, coloca algunos de los elementos que se asemejan a elementos en la pantalla de tabla periódica interactiva que se está instalando en el Edificio de Química.

El jefe del departamento de química de UConn, Christian Brückner, coloca algunos de los elementos que se asemejan a elementos en la pantalla interactiva de la tabla periódica que se instalará en el Edificio de Química el 26 de agosto de 2022. (Sydney Herdle/UConn Photo)

“Este es el lugar correcto, porque ahora uno puede mostrar cada artefacto, compartir sus delicias y contar una historia en contexto”, dice. “Quería que la pantalla albergara algo más que piezas de metal y bombillas de gas. Quería conectar cada elemento con el mundo natural, nuestra vida diaria y el trabajo que hacemos en los laboratorios de investigación, desde contactos recubiertos de oro, una botella de Selsun Blue, hermosos minerales y reactivos icónicos hasta compuestos químicos exclusivos de la investigación. de miembros de nuestro departamento.”

Pero la tarea de traer una tabla periódica interactiva a UConn no fue rápida y la idea no era particularmente única.

Brückner dice que muchas universidades, coleccionistas privados y empresas cuentan con exhibiciones de tablas periódicas, y algunas se han convertido casi en atracciones turísticas, como la de la Universidad de Oklahoma que Brückner visitó durante un año sabático hace muchos años.

Pero cuando conjuró la idea de traer una exhibición como esa a UConn, quería que fuera diferente. Por lo general, solo se muestran unos pocos ejemplos de cada elemento en cada cubículo, manteniendo ordenados los 118 casilleros pero sin ejemplificar realmente el rango de uso de cada elemento.

“Quería incluir tantos ejemplos como fuera posible para tejer un tejido denso de tantos aspectos de cada elemento como fuera posible”, dice Brückner. “La química es la ciencia central, y la tabla periódica lo mantiene todo unido”.

En 2017, poco después de convertirse en jefe de departamento y de haber seleccionado al profesor emérito Ulli Mueller-Westerhoff como uno de los principales donantes, Brückner tuvo las primeras conversaciones con una empresa europea que se especializa no solo en la fabricación de cajas de tablas periódicas, sino también en el suministro de muestras para la exhibición.

Por supuesto, Brückner sabía que solo necesitaba una fracción de la cantidad de muestras que otros lugares podrían necesitar para llenar los vacíos en su colección, como un despertador antiguo junto a la cama con números pintados con radio que brillan o una esfera de bromo líquido volátil.

También quería que la forma de la exhibición completa se viera diferente a otras, que por lo general son rectangulares y se hicieron con gabinetes colocados estratégicamente para llenar el espacio alrededor de la tabla periódica de forma irregular.

El ebanista Marcos Palomo de 118 Displays sugirió una pantalla con la misma forma de la tabla periódica y se vendió Brückner. Un monitor montado en la pared en la parte superior lo coronaría y dos quioscos interactivos independientes lo sujetarían.

Durante los siguientes cinco años, a medida que las aprobaciones del proyecto avanzaban, Mueller-Westerhoff falleció, su hermana cumplió su compromiso y la Oficina del Rector de la UConn y la familia Brückner agregaron fondos adicionales.

Una constante continuó: Brückner siguió coleccionando, ahora con un propósito definido.

“Busqué, por ejemplo, Etsy durante mucho tiempo y encontré muestras interesantes, como vidrio de color europio. No se anunciaba como vidrio de color europio, pero su color era exactamente lo que hubiera esperado para un vidrio de color europio: rosa, un rosa muy singular. También encontré botones hechos de este cristal rosa”, dice.

Mencionó el proyecto a un ex alumno que trabaja en Boston Scientific y donó stents coronarios y estructuras de válvulas cardíacas hechas de una aleación de níquel y titanio. H

La oxitocina y la química del amor

 La oxitocina, una hormona producida en el hipotálamo, a veces ha sido etiquetada como una sustancia química del amor. La oxitocina es un curioso mensajero químico. Tiene innumerables funciones, desde las aburridamente fisiológicas hasta las emocionantemente románticas. Debe su nombre a sus propiedades obstétricas (facilita el nacimiento del bebé), pero también tiene un interesante papel psicológico como catalizador del vínculo social y romántico. Es, en otras palabras, similar a la poción mágica que nos enamora. También se ha sugerido que puede desempeñar un papel en la perpetuación de un vínculo porque las personas que disfrutan de buenas relaciones aparentemente tienen niveles más altos de oxitocina en el torrente sanguíneo. Al fortalecer los vínculos sociales, la oxitocina también puede estar implicada, supuestamente, en la promoción de sentimientos de xenofobia contra quienes están fuera de ese vínculo social, que no es tan romántico.

Por cierto, el momento en el que más cerca nos sentimos de la felicidad es cuando nos enamoramos, siempre que sea correspondido, claro. Cuando no es así, podemos experimentar el “síndrome del corazón roto”, o cardiomiopatía de Takotsubo, como se le conoce en medicina, que afecta el músculo del corazón y puede poner en peligro la vida. Entonces, es cierto, el amor no correspondido puede romperte el corazón, o eso parece.

Nadie ha postulado, que yo sepa, el uso de la oxitocina como una poción de amor real, como las que se usan en las óperas y los viejos cuentos románticos. Obviamente, esto no sería una indicación médica y tendría algunas connotaciones éticas muy dudosas. El amor es, en cualquier caso, un complejísimo saco de emociones que se arraigan profundamente en nuestro cerebro. Nunca será el resultado de una sola acción química sobre nuestro sistema nervioso central. Y de todos modos, como todo el mundo sabe y las canciones de amor nos recuerdan constantemente, el amor romántico es la fuente de muchas emociones intensas y conflictivas que es poco probable que nos mantengan felices por mucho tiempo. El beneficio psicológico de una relación duradera es un asunto diferente, por supuesto, pero las relaciones duraderas y estables no aparecen muy a menudo en las óperas y los dramas románticos.