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Ácido poliaspártico

poliaspartato de sodio

El ácido poliaspártico (PASA) es un polímero de condensación biodegradable y soluble en agua basado en el aminoácido ácido aspártico . [1] [2] Es un reemplazo biodegradable para ablandadores de agua y aplicaciones relacionadas. [3] PASA se puede reticular químicamente con una amplia variedad de métodos para producir hidrogeles de PASA . [4] Los hidrogeles resultantes son sensibles al pH, de modo que en condiciones ácidas se encogen, mientras que la capacidad de hinchamiento aumenta en condiciones alcalinas. [4]

El poliaspartato de sodio es una sal sódica del ácido poliaspártico.

En la naturaleza, PASA se ha encontrado como fragmentos de proteínas más grandes con una longitud de hasta 50 aminoácidos , [5] pero hasta 2004 no se había aislado como un material homopolimérico puro de ninguna fuente natural. [6] Hugo Schiff informó sobre el primer aislamiento de poliaspartato de sodio oligomérico sintético , obtenido por policondensación térmica de ácido aspártico, a finales del siglo XIX. [7] Posteriormente se propuso que el proceso de polimerización térmica se llevara a cabo a través del intermediario polisuccinimida . [8] [9] El ácido poliaspártico se produce industrialmente tanto en forma ácida como en forma de sal sódica. [2]

Propiedades y estructura

Debido a la presencia de grupos carboxílicos es un polielectrolito de carácter aniónico . Los fragmentos de PASA de origen natural consisten en ácido L -aspartático unido a α,. [5] Por el contrario, la unidad repetitiva del ácido poliaspártico sintético puede existir en cuatro formas isoméricas, dependiendo de la estereoquímica del material de partida ( ácido D - y L - aspártico ) y del procedimiento sintético que conduce a enlaces α y β. Debido a su estructura similar a una proteína (presencia de enlace amida en la estructura), PASA tiene una biodegradabilidad adecuada . [2]

Síntesis

Algunas estrategias sintéticas que conducen al ácido poliaspártico.
Algunas estrategias sintéticas que conducen al ácido poliaspártico.
Isómeros de la unidad repetitiva PASA

Muchas rutas diferentes conducen a PASA. En el enfoque más simple [10] y más antiguo [6], el ácido aspártico se calienta para inducir la deshidratación. En una etapa posterior, la polisuccinimida resultante se trata con hidróxido de sodio acuoso , lo que produce una apertura parcial de los anillos de succinimida . En este proceso, el sodio- DL- (α,β)-poli(aspartato) con 30% de enlaces α y 70% de enlaces β [11] distribuidos aleatoriamente a lo largo de la cadena polimérica, [12] y el centro quiral racemizado del ácido aspártico es producido. [13] Se informaron muchos catalizadores para mejorar el método de polimerización térmica. Los principales beneficios de su aplicación son el aumento de la tasa de conversión y el mayor peso molecular del producto. [14] [15] El ácido poliaspártico también se puede sintetizar mediante polimerización de anhídrido maleico en presencia de hidróxido de amonio . [1] [2] [16] Se puede lograr un alto control sobre los isómeros unitarios repetidos mediante la polimerización de derivados de N-carboxianhídrido (NCA), [17] mediante la polimerización de ésteres de ácido aspártico [18] o mediante la aplicación de una reacción catalizada por enzimas. [19] Los homopolímeros puros, D - o L -PASA con enlaces α o β únicamente, se pueden sintetizar utilizando esos métodos.

La reacción de polimerización es un ejemplo de polimerización de crecimiento por etapas para dar una poliamida . En un procedimiento, el ácido aspártico se polimeriza a 180 °C al mismo tiempo que la deshidratación y la formación de una poli( succinimida ). El polímero resultante reacciona con hidróxido de sodio acuoso , que hidroliza uno de los dos enlaces amida del anillo de succinimida para formar un carboxilato de sodio. El enlace amida restante es, por tanto, el enlace entre sucesivos residuos de aspartato. Cada residuo de aspartato se identifica como α o β según qué carbonilo forme parte de la cadena polimérica. La forma α tiene un carbono en la cadena principal además del propio carbonilo (y una cadena lateral de dos carbonos), mientras que la forma β tiene dos carbonos en la cadena principal además del propio carbonilo (y una cadena lateral de un carbono). Esta reacción da un poli(aspartato) de sodio compuesto por aproximadamente un 30% de enlaces α y un 70% de enlaces β. [2]

Síntesis de poli(aspartato) de sodio.
Síntesis de poli(aspartato) de sodio.

Aplicaciones

El ácido poliaspártico y sus derivados son alternativas biodegradables a los materiales polianiónicos tradicionales, en particular el ácido poliacrílico . [20] PASA tiene la capacidad de inhibir la deposición de carbonato de calcio , sulfato de calcio , sulfato de bario y fosfato de calcio y puede usarse como agente antical en sistemas de agua de refrigeración, procesos de desalinización de agua y operaciones de tratamiento de aguas residuales. [21] Además y debido a su capacidad para quelar iones metálicos, proporciona inhibición de la corrosión . [11] También se puede utilizar como detergente y dispersante biodegradable para diversas aplicaciones. [22]

PASA también tiene una variedad de aplicaciones biomédicas . Su alta afinidad con el calcio se ha aprovechado para dirigir al hueso diversas formas de transportadores que contienen fármacos . [2] El componente principal del hueso es la hidroxiapatita (aprox. 70%) ( fosfato de calcio mineralizado ). Además de apuntar a los huesos, PASA se ha modificado para otras aplicaciones biomédicas, como la administración de fármacos , el recubrimiento de superficies, la administración de ADN, la mucoadhesión y más. [2]

Como puede sintetizarse de forma respetuosa con el medio ambiente y es biodegradable , el poliaspartato es una posible alternativa ecológica a varios materiales, como el poliacrilato de sodio, utilizado en pañales desechables y en la agricultura. [23] [24] [25] Puede actuar como un material súper hinchable en pañales , productos de higiene femenina y envases de alimentos . [26] El nivel de absorción de agua, que está inversamente relacionado con las propiedades mecánicas del hidrogel, se puede ajustar cambiando la densidad de reticulación. [4]

Ver también

Referencias

  1. ^ ab Thomas Klein; Ralf-Johann Moritz; René Graupner (2008). Enciclopedia de química industrial de Ullmann . Weinheim: Wiley-VCH. doi :10.1002/14356007.l21_l01. ISBN 978-3527306732.
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  3. ^ Schwamborn, Michael (1998). "Síntesis química de poliaspartatos: una alternativa biodegradable a los homopolímeros y copolímeros de policar☐ilato utilizados actualmente". Degradación y estabilidad del polímero . 59 (1–3): 39–45. doi :10.1016/S0141-3910(97)00184-5.
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