Kwas poliasparaginowy
|
|
| Nazwy | |
|---|---|
| Inne nazwy PASP
|
|
| Identyfikatory | |
|
|
| ChemSpider |
|
|
Panel kontrolny CompTox ( EPA )
|
|
| Nieruchomości | |
| ( C 4H 5NO 3 ) rz _ | |
| Masa cząsteczkowa | zmienny |
|
O ile nie zaznaczono inaczej, dane dotyczą materiałów w ich stanie normalnym (w temperaturze 25 °C [77 °F], 100 kPa).
|
|
Kwas poliasparaginowy (PASA) to biodegradowalny , rozpuszczalny w wodzie polimer kondensacyjny na bazie aminokwasu kwasu asparaginowego . Jest biodegradowalnym zamiennikiem zmiękczaczy wody i pokrewnych zastosowań. PASA można sieciować chemicznie różnymi metodami, uzyskując hydrożele PASA . Powstałe hydrożele są wrażliwe na pH, tak że w warunkach kwaśnych kurczą się, podczas gdy zdolność pęcznienia wzrasta w warunkach zasadowych.
Poliasparaginian sodu jest solą sodową kwasu poliasparaginowego.
W naturze PASA występuje w postaci fragmentów większych białek o długości do 50 aminokwasów , ale od 2004 roku nie została wyizolowana jako czysty materiał homopolimerowy z żadnego naturalnego źródła. Pierwszą izolację syntetycznego oligomerycznego poliasparaginianu sodu , otrzymanego w wyniku termicznej polikondensacji kwasu asparaginowego, opisał Hugo Schiff pod koniec XIX wieku. Później zaproponowano, że proces polimeryzacji termicznej prowadzi przez polisukcynimid mediator. Kwas poliasparaginowy jest produkowany przemysłowo zarówno w postaci kwasu, jak i soli sodowej.
Właściwości i struktura
Ze względu na obecność grup karboksylowych jest polielektrolitem o charakterze anionowym . Naturalnie występujące fragmenty PASA składają się z kwasu L -asparaginowego z wiązaniem α,. Natomiast powtarzalna jednostka syntetycznego kwasu poliasparaginowego może występować w czterech postaciach izomerycznych, w zależności od stereochemii materiału wyjściowego ( kwas D i L - asparaginowy ) oraz procedury syntezy prowadzącej do wiązań α i β. Ze względu na szkielet białkowy (obecność wiązania amidowego w szkielecie) PASA charakteryzuje się odpowiednią biodegradowalnością .
Synteza
Do PASA prowadzi wiele różnych tras. W najprostszym i najstarszym podejściu kwas asparaginowy podgrzewa się w celu wywołania odwodnienia. W kolejnym etapie powstały polisukcynimid traktuje się wodnym roztworem wodorotlenku sodu , co powoduje częściowe otwarcie pierścieni sukcynimidu . W procesie tym powstaje DL- (α,β)-poli(asparaginian) sodu z 30% wiązań α i 70% wiązań β rozmieszczonych losowo wzdłuż łańcucha polimeru i powstaje racemiczne centrum chiralne kwasu asparaginowego. Zgłoszono wiele katalizatorów poprawiających metodę polimeryzacji termicznej. Główne korzyści z ich stosowania to zwiększenie współczynnika konwersji i wyższa masa cząsteczkowa produktu. Kwas poliasparaginowy można również syntetyzować poprzez polimeryzację bezwodnik maleinowy w obecności wodorotlenku amonu . Wysoką kontrolę nad powtarzającymi się izomerami jednostkowymi można osiągnąć poprzez polimeryzację N-karboksybezwodnika (NCA), poprzez polimeryzację estrów kwasu asparaginowego lub poprzez zastosowanie reakcji katalizowanej enzymatycznie. Czyste homopolimery, D - lub L -PASA tylko z wiązaniami α lub β, można syntetyzować tymi metodami.
Reakcja polimeryzacji jest przykładem polimeryzacji stopniowej do poliamidu . W jednej procedurze kwas asparaginowy polimeryzuje w temperaturze 180 ° C , czemu towarzyszy odwodnienie i utworzenie poli( sukcynimidu ). Powstały polimer reaguje z wodnym roztworem wodorotlenku sodu , który hydrolizuje jedno z dwóch wiązań amidowych pierścienia sukcynimidu, tworząc karboksylan sodu. Pozostałe wiązanie amidowe jest zatem połączeniem pomiędzy kolejnymi resztami asparaginianowymi. Każdą resztę asparaginianową identyfikuje się jako α lub β, w zależności od tego, jaki jej karbonyl stanowi część łańcucha polimeru. Forma α ma jeden węgiel w szkielecie oprócz samego karbonylu (i dwuwęglowego łańcucha bocznego), podczas gdy forma β ma dwa atomy węgla w szkielecie oprócz samego karbonylu (i jednowęglowego łańcucha bocznego). W wyniku tej reakcji powstaje poli(asparaginian sodu) złożony z około 30% wiązań α i 70% wiązań β.
.svg)
Aplikacje
Kwas poliasparaginowy i jego pochodne są biodegradowalną alternatywą dla tradycyjnych materiałów polianionowych, w szczególności kwasu poliakrylowego . PASA ma zdolność hamowania osadzania się węglanu wapnia , siarczanu wapnia , siarczanu baru i fosforanu wapnia i może być stosowany jako środek zapobiegający osadzaniu się kamienia w układach wody chłodzącej, procesach odsalania wody i operacjach oczyszczania ścieków. Dodatkowo, dzięki swojej zdolności do chelatowania jonów metali, zapewnia hamowanie korozji . Może być również stosowany jako biodegradowalny detergent i dyspergator do różnych zastosowań.
PASA ma również różnorodne zastosowania biomedyczne . Jego wysokie powinowactwo do wapnia wykorzystuje się do kierowania do kości różnych form nośników zawierających leki . Głównym składnikiem kości jest hydroksyapatyt (ok. 70%) (zmineralizowany fosforan wapnia ). Oprócz celowania w kości, PASA została zmodyfikowana pod kątem innych zastosowań biomedycznych, takich jak dostarczanie leków , powlekanie powierzchni, dostarczanie DNA, mukoadhezja i nie tylko.
Ponieważ można go syntetyzować w sposób przyjazny dla środowiska i ulega biodegradacji , poliasparaginian jest potencjalną ekologiczną alternatywą dla kilku materiałów, takich jak poliakrylan sodu stosowany w pieluchach jednorazowych i rolnictwie. Może działać jako superpęczniejący materiał w pieluszkach , produktach higieny kobiecej i opakowaniach żywności. Poziom wchłaniania wody, który jest odwrotnie proporcjonalny do właściwości mechanicznych hydrożelu, można regulować poprzez zmianę gęstości usieciowania.