Полиаспардаичная кислота
| |
| Имена | |
|---|---|
| Другие имена
Пап
| |
| Идентификаторы | |
| |
| Chemspider |
|
Comptox Dashboard ( EPA )
|
|
| Характеристики | |
| (C 4 H 5 no 3 ) n | |
| Молярная масса | переменная |
За исключением случаев, когда отмечены, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
| |
Полиассарновая кислота (PASA) представляет собой биоразлагаемый , растворимый в воде конденсационный полимер на основе аминокислотной аспарагиновой кислоты . [ 1 ] [ 2 ] Это биоразлагаемая замена для смягчителей воды и связанных с ними приложений. [ 3 ] PASA может быть химически скрещен с широким спектром методов для получения гидрогелей PASA . [ 4 ] Полученные гидрогели чувствительны к pH, так что в кислых условиях они сокращаются, в то время как набухание увеличивается в щелочных условиях. [ 4 ]
Полиассат натрия представляет собой натриевую соль полиапарновой кислоты.
В природе PASA был обнаружен в как фрагменты более крупных белков с длиной до 50 аминокислот , [ 5 ] Но по состоянию на 2004 год не был изолирован как чистый гомо -полимерный материал из любого естественного источника. [ 6 ] Первое выделение синтетического олигомерного полиэпартата натрия , полученного с помощью термической поликонденсации аспарагиновой кислоты, сообщила Гуго Шифф в конце 19 -го века. [ 7 ] Позже было предложено, что процесс термической полимеризации проводится через полисукцинимидную промежуточную. [ 8 ] [ 9 ] Полиаспатурная кислота производится промышленно как в кислотной форме, так и в качестве натриевой соли. [ 2 ]
Свойства и структура
[ редактировать ]Из -за присутствия карбоксильных групп он является полиэлектролитом с анионным характером. Природные фрагменты PASA состоит из α -связанной L -аспартатической кислоты. [ 5 ] Напротив, повторная единица синтетической полиаспатарной кислоты может существовать в четырех изомерных формах, в зависимости от стереохимии исходного материала ( D - и L - аспартациновая кислота ) и синтетической процедуры, приводящей к α и β -связям. Из-за белкоподобного основной цепи (присутствие амидной связи в основной цепи), PASA имеет подходящую биоразлагаемость . [ 2 ]
Синтез
[ редактировать ]
Многие разные маршруты приводят к PASA. В простом [ 10 ] и самый старый подход [ 6 ] аспартациновая кислота нагревается, чтобы вызвать обезвоживание. На последующей стадии полученное полисакцинимид обрабатывается водным гидроксидом натрия , который дает частичное отверстие сукнимидных колец . В этом процессе натрий -dl- (α, β) -поли (аспартат) с 30% α-связи и 70% β-связанными [ 11 ] случайно распределяется вдоль полимерной цепи, [ 12 ] и раковинный хиральный центр аспарагиновой кислоты продуцируется. [ 13 ] Было сообщено много катализаторов для улучшения метода термической полимеризации. Основными преимуществами их применения является увеличение коэффициента конверсии и более высокой молекулярной массы продукта. [ 14 ] [ 15 ] Полиаспарсиновая кислота также может быть синтезирована путем полимеризации малеинового ангидрида в присутствии гидроксида аммония . [ 1 ] [ 2 ] [ 16 ] Высокий контроль над повторяющимися изомерами единицы может быть достигнут путем полимеризации производных N-карбоксиангидрида (NCA), [ 17 ] путем полимеризации эфиров аспарагиновой кислоты [ 18 ] или путем применения энзийной катализируемой реакции. [ 19 ] Чистые гомополимеры, D - или L -паса только с α- или β -связями могут быть синтезированы с использованием этих методов.
Реакция полимеризации является примером полимеризации поэтапного роста в полиамид . В одной процедуре аспартациновая кислота полимеризуется при 180 ° C, одновременно с дегидратацией и образованием поли ( сукцинимид ). Полученный полимер реагирует с водным гидроксидом натрия , который гидролизует одну из двух амидных связей сукцинимидного кольца с образованием карбоксилата натрия. Таким образом, оставшаяся амидная связь - это связь между последовательными остатками аспартата. Каждый остаток аспартата идентифицируется как α или β, в соответствии с которым его карбонил является частью полимерной цепи. Форма α имеет один углерод в основной цепи в дополнение к самой карбониле (и двухуглеродной боковой), тогда как β-форма имеет два углерода в основной цепи в дополнение к самой карбониле (и одноуглеродной боковой кости). Эта реакция дает поли (аспартат), состоящий из приблизительно 30% α-связей и 70% β-связи. [ 2 ]
Приложения
[ редактировать ]Полиассарновая кислота и ее производные являются биоразлагаемыми альтернативами традиционным полианионным материалам, в частности, полиакриловая кислота . [ 20 ] PASA обладает способностью ингибировать осаждение карбоната кальция , сульфата кальция , сульфата бария и фосфата кальция и может использоваться в качестве антискалирующего агента в системах охлаждающей воды, процессах опреснения воды и операциях по очистке сточных вод. [ 21 ] Кроме того, из -за его способности хелатировать ионы металлов, он обеспечивает ингибирование коррозии . [ 11 ] Его также можно использовать в качестве биоразлагаемого моющего средства и диспергатора для различных приложений. [ 22 ]
PASA также имеет различные биомедицинские применения. Его высокая аффинность с кальцием использовалась для нацеливания на различные формы носителей, содержащих лекарство, на кость . [ 2 ] Основным компонентом кости является гидроксиапатит (около 70%) (минерализованный фосфат кальция ). Помимо нацеливания на кости, PASA была модифицирована для других биомедицинских применений, таких как доставка лекарств , поверхностное покрытие, доставка ДНК, мукоадгезия , и за его пределами. [ 2 ]
Поскольку он может быть синтезирован экологически чистым способом и является биоразлагаемым , полиассарт является потенциальной зеленой альтернативой нескольким материалам, таким как полиакрилат натрия, используемый в одноразовых диапазах и сельском хозяйстве. [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] Он может выступать в качестве супер-пирожного материала в подгузниках , женской гигиенической продукции и упаковки пищи . [ 26 ] Уровень поглощения воды, который обратно связан с механическими свойствами гидрогеля, можно настроить путем изменения плотности сшивания. [ 4 ]
Смотрите также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а беременный Томас Кляйн; Ральф Джоханн Мориц; Рене Граупнер (2008). «Полипартаты и полисакцинимид». Энциклопедия промышленной химии Уллмана . Вейнхайм: Wiley-VCH. Doi : 10.1002/14356007.l21_l01 . ISBN 978-3527306732 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон глин Адельния, Хоссейн; Тран, Хуонг Д.Н.; Литтл, Питер Дж.; Блейки, Идрисс; TA, Hang T. (2021-06-14). «Поли (аспарагиновая кислота) в биомедицинских применениях: от полимеризации, модификации, свойств, деградации и биосовместимости к применению». ACS Biomaterials Science & Engineering . 7 (6): 2083–2105. doi : 10.1021/acsbiomaterial.1c00150 . HDL : 10072/404497 . PMID 33797239 . S2CID 232761877 .
- ^ Schwamborn, Michael (1998). «Химический синтез полиэпартатов: биоразлагаемая альтернатива используемым в настоящее время поликарат-гомо- и сополимеры». Деградация и стабильность полимера . 59 (1–3): 39–45. doi : 10.1016/s0141-3910 (97) 00184-5 .
- ^ Jump up to: а беременный в Адельния, Хоссейн (2019). «Гидрогели на основе поли (аспарагиновая кислота): синтез и применение» . Границы в химии . 7 : 755. Bibcode : 2019frch .... 7..755a . doi : 10.3389/fchem.2019.00755 . PMC 6861526 . PMID 31799235 .
- ^ Jump up to: а беременный Рузенко, Кирт В.; Донахи, Джули Э.; Wheeler, AP (1991). «Очистка и характеристика фосфопротеина матрицы оболочки из американской устрицы». В Сайкс, С. Стивен; Wheeler, AP (Eds.). Поверхностные реактивные пептиды и полимеры . Симпозиум ACS Series. Тол. 444. ACS. С. 107–124. doi : 10.1021/bk-1991-0444.ch008 . ISBN 978-0-8412-1886-4 .
- ^ Jump up to: а беременный Джоентген, Винфрид; Мюллер, Николаус; Mitschker, Альфред; Шмидт, Холгер (2004). «Полиэспартистические кислоты» . В Фанстоке, Стивен; Steinbüchel, Alexander (Eds.). Полиамиды и сложные протеинакузные материалы i . Биополимеры. Том 7. Wiley-Vch. С. ISBN 978-3-527-30222-2 .
- ^ Шифф, Хьюго (1897). «О полиазеватных кислотах». Бер DTSCH. . Хим 30 (3): 2449–2459. Doi : 10.1002/cber.18970300316 .
- ^ Kovács, J.; Könyves, я.; Pusztai, á. (1953). «Представление полиас -парагиновых кислот (кислоты частиц) из теплового продукта автоконденсации аспарагической кислоты». Опыт (на немецком языке). 9 (12): 459–460. Doi : 10.1007/bf02165821 . PMID 13127859 . S2CID 40153017 .
- ^ Kovács, J.; Könyves, I. (1954). «Uber DL-α, β-полиспарагинза». Природные науки (на немецком языке). 41 (14): 333. Bibcode : 1954nw ..... 41..333K . Doi : 10.1007/bf00644501 . S2CID 33648417 .
- ^ Беннетт, GD (2005). «Зеленая полимеризация аспарагиновой кислоты для бакалавриата органической лаборатории». Журнал химического образования . 82 (9): 1380–1381. Bibcode : 2005jched..82.1380b . doi : 10.1021/ed082p1380 .
- ^ Jump up to: а беременный Низкий, Ким С.; Wheeler, AP; Коскан, Ларри П. (1996). «6: Коммерческий поли (аспарагиновая кислота) и ее использование» . В стекле Дж. Эдвард (ред.). Гидрофильные полимеры . Достижения в области химии. Тол. 248. ACS. С. 99–111 . doi : 10.1021/ba-1996-0248.CH006 . ISBN 978-0-8412-3133-7 .
- ^ Pivcova, H.; Saudek, v.; Drobnik, J.; Vlasak, J. (1981). «Исследование ЯМР поли (аспартацик-кислоты). I. α-и β-пептидные связи в поли (аспартациксовой кислоте), полученных с помощью термической поликонденсации». Биополимеры . 20 (8): 1605–1614. doi : 10.1002/bip.1981.360200804 . S2CID 85201969 .
- ^ Kokufuta, Etso; Suzuki, Shinnichiro; Харад, Каору (1978). «Влияние температуры на молекулярную массу и оптическую чистоту ангидрополиспарсиновой кислоты, приготовленной тепловой поликонденсацией». Бюллетень химического общества Японии . 51 (5): 1555–1556. doi : 10.1246/bcsj.51.1555 .
- ^ Накато, Такеши; Кусуно, Ацуши; Kakuchi, Toyoji (2000). «Синтез поли (сукцинимида) путем объемной поликонденсации L-аспартицигической кислоты с кислотным катализатором» . Журнал полимерной науки, часть A: Полимерная химия . 38 (1): 117–122. Bibcode : 2000jposa..38..117n . doi : 10.1002/(SICI) 1099-0518 (20000101) 38: 1 <117 :: AID-pola15> 3.0.co; 2-F .
- ^ Ван, Якуан; Хоу, Юнцзян; Руан, банда; Пан, Мин; Лю, Тенгфей (2003). «Исследование полимеризации аспарагиновой кислоты, катализируемой фосфорной кислотой». Журнал макромолекулярной науки и прикладной химии . A40 (3): 293–307. doi : 10.1081/ma-120018116 . S2CID 85163135 .
- ^ Патент США 5468838 , Boehmke, Gunter & Schmitz, GERD, «Полисукцинимид, полиассарновая кислота и их соли готовятся реакцией малеинового ангидрида и аммиака, поликонденсация полученного продукта в присутствии растворительного агента и, если это необходимо, гидролиз». опубликовано 1995-11-21, назначен в Bayer AG
- ^ Рао, Ванга С.; Лапоинте, Филипп; МакГрегор, Дональд Н. (1993). «Влияние температуры на молекулярную массу и оптическую чистоту ангидрополиспарсиновой кислоты, приготовленной тепловой поликонденсацией». Makromolekulare Chemie-макромолекулярная химия и физика . 194 (4): 1095–1104. doi : 10.1002/macp.1993.021940405 .
- ^ Saudek, v.; Pivcova, H.; Drobnik, J. (1981). «ЯМР-исследование поли (аспарагиновой кислоты). II. Α-и β-пептидные связи в поли (аспартациновой кислоте), приготовленных общими методами». Биополимеры . 20 (8): 1615–1623. doi : 10.1002/bip.1981.360200805 . S2CID 84203387 .
- ^ Соеда, Ясуюки; Тошима, Казунобу; Matsuma, Shuichi (2003). «Устойчивое ферментативное препарат полиэпартата с использованием бактериальной протеазы». Биомакромолекулы . 4 (2): 193–203. doi : 10.1021/bm0200534 . PMID 12625712 .
- ^ Гросс, Ричард А.; Калра, Бхану (2002). «Биоразлагаемые полимеры для окружающей среды» . Наука . 297 (5582): 803–807. Bibcode : 2002sci ... 297..803g . doi : 10.1126/science.297.5582.803 . PMID 12161646 .
- ^ Хассон, Дэвид; Шемер, Хилла; Шер, Александр (2011). «Состояние искусства дружеских« зеленых »ингибиторов шкалы: обзорная статья». Исследования промышленной и инженерной химии . 50 (12): 7601–7607. doi : 10.1021/IE200370V .
- ^ Thombre, Sunita M.; Sarwade, Bhimaro D. (2005). «Синтез и биоразлагаемость полиапарновой кислоты: критический обзор» (PDF) . Журнал макромолекулярной науки, часть а . 42 (9): 1299–1315. doi : 10.1080/10601320500189604 . S2CID 94818855 .
- ^ Gross, RA; Калра Б. (2002). «Биоразлагаемые полимеры для окружающей среды» . Наука . 297 (5582): 803–807. Bibcode : 2002sci ... 297..803g . doi : 10.1126/science.297.5582.803 . PMID 12161646 .
- ^ «Президентская награда« Зеленая химия »: премия за малый бизнес 1996 года: Donlar Corporation (ныне Nanochem Solutions, Inc.): Производство и использование термической полиаспарсиновой кислоты» . Агентство по охране окружающей среды США .
- ^ Адельния, Хоссейн; Блейки, Идрисс; Литтл, Питер Дж.; TA, Hang T. (2019). «Гидрогели на основе поли (аспарагиновая кислота): синтез и применение» . Границы в химии . 7 : 755. Bibcode : 2019frch .... 7..755a . doi : 10.3389/fchem.2019.00755 . ISSN 2296-2646 . PMC 6861526 . PMID 31799235 .
- ^ Zahuriaan-Mehr, MJ; Pourjavadi, A.; Салими, Х.; Курдтабар, М. (2009). «Протеиновые и гомополиполи (аминокислотные) гидрогели на основе суперпроливающих свойств». Полимеры для передовых технологий . 20 (8): 655–671. doi : 10.1002/pat.1395 .