Síntese e caracterização de bases de Schiff a partir da modificação de quitosana por isatinas para detecção de íons metálicos

Abstract

A inovação no desenvolvimento de materiais poliméricos surge como uma resposta promissora para a remediação da poluição de águas por metais potencialmente tóxicos, oferecendo soluções eficazes e ambientalmente sustentáveis. Nesse sentido, o uso de Bases de Schiff (BS) tem sido de suma importância, pois potencializam as propriedades bioativas, bem como amplia o poder quelante de polímeros, atuando como um ligante capaz de se coordenar com as espécies de íons metálicos. Ao modificar quimicamente a quitosana por condensação nas frações desacetiladas, que contém os grupos amino, com aldeídos, obtém-se BS poliméricas. A quelação dessas BS poliméricas com íons metálicos oferece muitas aplicações, por exemplo, como catalisadores heterogêneos, na detecção de íons metálicos em ambientes aquáticos e biológicos, bem como na modificação de eletrodos com aplicações eletroanalíticas. Devido a potencialidade que esse campo de pesquisa possui, o presente trabalho visa a síntese e caracterização de BS poliméricas para detecção de íons metálicos a partir da modificação de quitosana com isatina e derivados. As BS de quitosana com isatina (QI) foram caracterizadas por espectroscopia de absorção na região do ultravioleta-visível, espectroscopia vibracional na região do infravermelho, ressonância magnética nuclear de hidrogênio, além de análise termogravimétrica e microscopia eletrônica de varredura que confirmaram a modificação do polímero, revelaram a presença de tautômeros em solução, bem como aspectos morfológicos interessantes que podem contribuir na detecção de íons. Por titulação espectrofométrica no UV-Vis, as QI foram testadas frente a metais potencialmente tóxicos, no qual demonstraram sensibilidade na detecção de íons Fe3+ e Pb2+ com limites de detecção baixos (3 - 7 µmol L-1). Ainda, foi possível identificar que os mecanismos de interação com esses metais são diferentes, no qual foram propostos modelos com base nas observações experimentais e comparação com a literatura.

Abstract: Innovation in the development of polymeric materials appears as a promising answer for the remediation of water pollution by potentially toxic metals, offering effective and environmentally sustainable solutions. In this sense, the use of Schiff Bases (BS) has been of paramount importance, as they enhance their bioactive properties, as well as increasing the chelating power of polymers, acting as a ligand capable of coordinating with the species of metal ions. Polymeric BS is obtained by chemically modifying chitosan by condensation in the deacetylated fractions containing amino groups with aldehydes. Chelating these polymeric BS with metal ions offers many applications, for example, as heterogeneous catalysts, in the detection of metal ions in aquatic and biological environments, as well as in the modification of electrodes with electroanalytical applications. Due to the potential of this field of research, the present work aims to synthesize and characterize polymeric BS for detecting metal ions by modifying chitosan with isatin and derivatives. The BS of chitosan with isatin (QI) were characterized by absorption spectroscopy in the ultraviolet region, vibrational spectroscopy in the infrared region, and nuclear magnetic resonance of hydrogencarbon, in addition to thermogravimetric analysis and scanning electron microscopy that confirmed the modification of the polymer, revealing the presence of tautomers in solution, as well as interesting morphological aspects that can contribute to ion detection. By UV-Vis spectrophotometric titration, the QI were evaluated against potentially toxic metals, which demonstrated sensitivity in detecting Fe3+ and Pb2+ ions with low detection limits (3 - 7 µmol L-1). Furthermore, it was possible to identify that the interaction mechanisms with these metals are different, in which models were proposed based on experimental observations and comparison with the literature.