hidrótropo

Un hidrótropo es un compuesto que solubiliza compuestos hidrofóbicos en soluciones acuosas por medios distintos a la solubilización micelar . Típicamente, los hidrótropos constan de una parte hidrofílica y una parte hidrofóbica (similar a los tensioactivos ), pero la parte hidrofóbica suele ser demasiado pequeña para causar autoagregación espontánea. Los hidrótropos no tienen una concentración crítica por encima de la cual la autoagregación comience a ocurrir espontáneamente (como ocurre con los tensioactivos formadores de micelas y vesículas , que tienen una concentración micelar crítica (CMC) y una concentración vesicular crítica (CVC)). En cambio, algunos hidrótropos se agregan en un proceso de autoagregación por etapas, aumentando gradualmente el tamaño de la agregación. Sin embargo, muchos hidrótropos no parecen autoagregarse en absoluto, a menos que se haya añadido un solubilizado. Ejemplos de hidrótropos incluyen la urea , el tosilato , el cumenosulfonato y el xilenosulfonato .

El término hidrotropía fue propuesto originalmente por Carl Neuberg ^{[ 1 ] [ 2 ]} para describir el aumento de la solubilidad de un soluto mediante la adición de concentraciones relativamente altas de sales de metales alcalinos de diversos ácidos orgánicos. Sin embargo, en la literatura el término se ha utilizado para designar sustancias no micelares, ya sean líquidas o sólidas, capaces de solubilizar compuestos insolubles.

La estructura química de las sales hidrotrópicas convencionales de Neuberg (prototipo: benzoato de sodio ) consta generalmente de dos partes esenciales: un grupo aniónico y un anillo aromático hidrofóbico o sistema de anillos. El grupo aniónico interviene en la obtención de una alta solubilidad acuosa, requisito indispensable para una sustancia hidrotrópica. El tipo de anión o ion metálico parece tener un efecto menor en este fenómeno. ^{[ 1 ]} Por otro lado, se ha destacado la planaridad de la parte hidrofóbica como un factor importante en el mecanismo de solubilización hidrotrópica. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

Para formar un hidrótropo, se sulfona un disolvente de hidrocarburo aromático, creando un ácido sulfónico aromático . Luego se neutraliza con una base . ^{[ 5 ]}

Los aditivos pueden aumentar o disminuir la solubilidad de un soluto en un disolvente dado. Se dice que las sales que aumentan la solubilidad "salan" el soluto y las que la disminuyen "salan el soluto". El efecto de un aditivo depende en gran medida de su influencia en la estructura del agua o de su capacidad para competir con las moléculas de agua del disolvente. ^{[ 6 ]} Una cuantificación conveniente del efecto de un aditivo sobre la solubilidad de otro soluto se puede obtener mediante la ecuación de Setschetow: ^{[ 7 ]}

${\displaystyle \log {\frac {S_{0}}{S}}=K\cdot C_{a}}$,

dónde

S ₀ es la solubilidad en ausencia del aditivo.

S es la solubilidad en presencia del aditivo.

Ca _es la concentración del aditivo

K es el coeficiente de salinización, que es una medida de la sensibilidad del coeficiente de actividad del soluto hacia la sal.

Los hidrótropos se utilizan industrial y comercialmente en formulaciones de productos de limpieza y cuidado personal para permitir formulaciones más concentradas de tensioactivos. En Estados Unidos se producen (fabrican e importan) aproximadamente 29 000 toneladas métricas al año. ^{[ 5 ]} La producción anual (más la importación) en Europa y Australia es de aproximadamente 17 000 y 1100 toneladas métricas, respectivamente. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

Entre los productos comunes que contienen hidrótropos se incluyen detergentes para ropa, limpiadores de superficies, detergentes para lavavajillas, jabones líquidos, champús y acondicionadores. ^{[ 5 ]} Son agentes de acoplamiento, utilizados en concentraciones de 0,1 a 15 % para estabilizar la fórmula, modificar la viscosidad y el punto de enturbiamiento, reducir la separación de fases a bajas temperaturas y limitar la formación de espuma. ^{[ 9 ]}

Se ha demostrado que el trifosfato de adenosina (ATP) previene la agregación de proteínas en concentraciones fisiológicas normales y que es aproximadamente un orden de magnitud más efectivo que el xilenosulfonato de sodio en un ensayo clásico de hidrótropo. ^{[ 10 ]} Se demostró que la actividad hidrótropa del ATP es independiente de su actividad como "moneda energética" en las células. ^{[ 10 ]} Además, se ha demostrado que el ATP funciona como hidrótopo biológico en todo el proteoma en condiciones casi nativas. ^{[ 11 ]} Sin embargo, en un estudio reciente, se han cuestionado las capacidades hidrótropas del ATP debido a sus características de precipitación salina severas causadas por su fracción trifosfato. ^{[ 12 ]}

Los hidrótropos tienen un bajo potencial de bioacumulación , ya que el coeficiente de partición octanol-agua es <1,0. ^{[ 5 ]} Los estudios han encontrado que los hidrótropos son muy poco volátiles, con presiones de vapor <2,0x10-5 Pa. ^{[ 5 ]} Son biodegradables aeróbicamente. La eliminación a través del proceso de tratamiento secundario de aguas residuales de lodos activados es >94%. ^{[ 9 ]} Los estudios de toxicidad aguda en peces muestran una CL50 >400  mg ingrediente activo (ia)/L. Para Daphnia, la CE50 es >318  mg ia/L. La especie más sensible es la alga verde con valores de CE50 en el rango de 230–236  mg ia/ L y concentraciones sin efecto observado (NOEC) en el rango de 31–75  mg ia/L. ^{[ 9 ]} La concentración sin efecto predicha (PNEC) acuática se encontró que era 0,23  mg ia/L. ^{[ 8 ]} Se ha determinado que la relación Concentración Ambiental Prevista (PEC)/PNEC es < 1 y, por lo tanto, se ha determinado que los hidrótropos en los productos de lavandería y limpieza domésticos no representan una preocupación ambiental. ^{[ 5 ] [ 8 ]}

Se ha estimado que la exposición total de los consumidores (contacto dérmico directo e indirecto, ingestión e inhalación) es de 1,42  µg/kg p.c./día. ^{[ 8 ]} Se ha demostrado que el xilenosulfonato de calcio y el cumenosulfonato de sodio causan irritación ocular leve y temporal en animales. ^{[ 9 ]} Los estudios no han encontrado que los hidrótropos sean mutagénicos, carcinogénicos o tengan toxicidad reproductiva. ^{[ 9 ]}