Cloruro de Benzalconio: la importancia del tamaño de la cadena

El Cloruro de Benzalconio es una sustancia utilizada en sanitizantes hospitalarios, productos para la limpieza de lentes de contacto, sanitizantes industriales y, principalmente, desinfectantes de uso doméstico. Su estructura es parcialmente variable, pudiendo presentar diferentes características dependiendo de su formación. Sin embargo, la variación en el tamaño de la cadena de hidrocarburos puede dar lugar a un peor rendimiento antimicrobiano, lo que afecta directamente al rendimiento del producto.

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El descubrimiento de la actividad antimicrobiana del Cloruro de Benzalconio

A mediados de la década de 1930, el científico alemán Gerhard Domagk, ganador del Premio Nobel de Medicina en 1939, estudiaba los efectos antimicrobianos de las sulfonamidas, los primeros antimicrobianos sintetizados, cuando observó que la presencia de nitrógeno en las sustancias que probaba generaba un aumento considerable del potencial antimicrobiano.

Domagk inició una nueva ronda de pruebas con sustancias que contenían este elemento en su composición y sintetizó y estudió una sal orgánica perteneciente al grupo de los compuestos de amonio cuaternario (CAC o QAC): el Cloruro de Benzalconio (BAC), sustancia que mostró actividad antimicrobiana en una amplia gama de bacterias y levaduras.

La solución acuosa de Cloruro de Benzalconio presentó baja toxicidad, alta estabilidad química y térmica, y apariencia líquida incolora y translúcida. Dicha sustancia rápidamente se volvió ampliamente utilizada en hospitales como agente desinfectante para cirujanos.

Cloruro de Benzalconio: estructura química

Además de las características ya mencionadas, hoy sabemos que el Cloruro de Benzalconio es un conjunto de sales orgánicas pertenecientes a los QAC, es decir, un compuesto de amonio cuaternario y también un tensioactivo catiónico, según la estructura química que se muestra a continuación:

La estructura anterior presenta algunos aspectos destacados en color que ayudan a comprender mejor esta sustancia:

• En primer lugar, en verde, tenemos un átomo de nitrógeno con carga positiva, debido a sus cuatro enlaces, lo que caracteriza a la sustancia como un compuesto de amonio cuaternario.
• Esta carga positiva del nitrógeno hace posible la formación del cloruro, que no es más que una sal que contiene un átomo de cloro, resaltado en rojo.
• Por último, podemos observar en azul la letra R. Esta letra no representa ningún átomo en específico, sino una cadena de hidrocarburo, cuya fórmula química es CnH2n+1, donde n indica el número de carbonos contenidos en la cadena. Para el Cloruro de Benzalconio, el valor de n siempre será un número par entre 8 y 18, según la imagen siguiente:

De esta manera, dado que la estructura de esta sustancia es parcialmente variable, el Cloruro de Benzalconio presentará algunas características generales en común, pero, dependiendo del R que contenga, se podrán observar diferentes particularidades.

Esta distinción de características se puede observar fácilmente en las versiones puras de Cloruro de Benzalconio comercializadas, que se encuentran en forma de polvo fino de color entre blanco y ligeramente amarillento, sólido amorfo o incluso una pasta gelatinosa ámbar con olor característico.

Aplicación versátil como tensioactivo catiónico y agente antimicrobiano

Es un hecho que el Cloruro de Benzalconio es una sustancia de aplicación muy versátil. Su actuación como tensioactivo catiónico y agente antimicrobiano de baja toxicidad lo hace extremadamente atractivo.

La combinación de estos efectos permite su uso en sanitizantes hospitalarios, productos para la limpieza de lentes de contacto, sanitizantes industriales y, principalmente, en desinfectantes de uso doméstico.

La eficacia de la actividad antimicrobiana del Cloruro de Benzalconio

En general, se sabe que el Cloruro de Benzalconio actúa contra biopelículas, bacterias Gram positivas o Gram negativas, hongos e incluso virus envueltos.

Cabe destacar que esta sustancia es especialmente eficaz contra las bacterias Gram positivas, donde concentraciones de BAC en el rango del 0,0005 % ya presentan un elevado efecto bactericida. En esta acción general, lo ideal es que el pH del medio se encuentre en un rango que vaya de neutro a ligeramente alcalino, volviéndose completamente inactivo en pH inferior a 3,5.

Además de esta ineficacia en medios ácidos, esta actividad antimicrobiana también se ve seriamente afectada por la presencia de algunas sustancias en el medio: tensioactivos no iónicos y materia orgánica, como heces y leche. Otro punto negativo de su uso como agente antimicrobiano es la baja eficacia de esta sustancia contra los esporos, una característica, lamentablemente, común en numerosos desinfectantes químicos.

La influencia del tamaño de la cadena en el efecto antimicrobiano

Los principales impactos generados por la cadena de hidrocarburos en el Cloruro de Benzalconio están relacionados con sus efectos antimicrobianos.

Esto se debe a que los extremos del tamaño de la cadena de hidrocarburos presentan los peores resultados antimicrobianos. Esto significa que las cadenas C12H25 y C14H29 son las que presentan los mejores efectos, con una eficacia antimicrobiana en tan solo 30 segundos, incluso en concentraciones bajas.

Este efecto puede explicarse estableciendo una correlación entre la solubilidad de las moléculas y su capacidad de adsorción por las paredes celulares: cuanto menor sea el tamaño de la cadena, mayor será su solubilidad y menor será su probabilidad de ser adsorbida por la pared celular; en el otro extremo, cuanto mayor sea el tamaño de esta cadena, menor será su solubilidad y mayor será su probabilidad de ser adsorbida por la pared celular.

En general, podemos concluir que:

• Los Cloruros de Benzalconio con cadenas C8H17 y C10H21 serán prácticamente inofensivos contra los microorganismos, lo que reduce su uso, básicamente, a un tensioactivo catiónico;
• Los Cloruros de Benzalconio con cadena C12H25 son los que presentan el mejor efecto antimicrobiano, aunque las cadenas C14H29 y C16H33 también muestran efectos considerables.

Todavía hay algunos indicios en evaluación de que la cadena C16H33 tiende a ser muy eficaz contra las bacterias Gram negativas, que son bacterias con una pared celular más compleja y que suelen ser más resistentes a los desinfectantes químicos.

Ahora que se han presentado las diferencias de tamaño de esta cadena de hidrocarburos, ¿qué nos impide utilizar o incluso sintetizar solo los Cloruros de Benzalconio con las cadenas de interés?

El gran problema radica en la síntesis de este material: es mucho más barato y práctico sintetizarlo como una mezcla que contenga todos los tamaños de cadenas de hidrocarburos. Es decir, el desarrollo de nuevas técnicas de síntesis para el Cloruro de Benzalconio es algo que debe observarse de cerca, con el fin de lograr un mejor uso de esta sustancia.

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