Ácido poliaspártico

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] El 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, el PASA se ha encontrado en forma de fragmentos de proteínas más grandes con una longitud de hasta 50 aminoácidos , ^[5] pero hasta 2004 no se había aislado como material homopolimérico puro de ninguna fuente natural. ^[6] El primer aislamiento de poliaspartato de sodio oligomérico sintético , obtenido por policondensación térmica del ácido aspártico, fue informado por Hugo Schiff a fines del siglo XIX. ^[7] Más tarde se propuso que el proceso de polimerización térmica conduce a un intermedio de polisuccinimida . ^{[8] [9]} El ácido poliaspártico se produce industrialmente tanto en forma ácida como en forma de sal de sodio. ^[2]

Debido a la presencia de grupos carboxílicos , es un polielectrolito con carácter aniónico . Los fragmentos de PASA que se encuentran en la naturaleza consisten en ácido L -aspártico con enlaces 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 los enlaces α y β. Debido a la estructura principal similar a la proteína (presencia de enlace amida en la estructura principal), el PASA tiene una biodegradabilidad adecuada . ^[2]

Existen muchas rutas diferentes que conducen a PASA. En la más simple ^[10] y la más antigua ^[6], el ácido aspártico se calienta para inducir la deshidratación. En un paso 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, se produce DL- (α,β)-poli(aspartato) de sodio con un 30 % de enlaces α y un 70 % de enlaces β ^[11] distribuidos aleatoriamente a lo largo de la cadena de polímero, ^[12] y un centro quiral racemizado de ácido aspártico. ^[13] Se han descrito muchos catalizadores para mejorar el método de polimerización térmica. Los principales beneficios de su aplicación son el aumento de la tasa de conversión y un mayor peso molecular del producto. ^{[14] [15]} El ácido poliaspártico también se puede sintetizar mediante la polimerización de anhídrido maleico en presencia de hidróxido de amonio . ^{[1] [2] [16]} Se puede lograr un alto control sobre los isómeros de unidades repetidas 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 solamente, se pueden sintetizar utilizando esos métodos.

La reacción de polimerización es un ejemplo de una polimerización por crecimiento escalonado para formar una poliamida . En un procedimiento, el ácido aspártico se polimeriza a 180 °C de manera concomitante con 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 lo tanto, el enlace entre los sucesivos residuos de aspartato. Cada residuo de aspartato se identifica como α o β según cuál de sus carbonilos forme parte de la cadena del polímero. 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 produce un poli(aspartato) de sodio compuesto aproximadamente por un 30% de enlaces α y un 70% de enlaces β. ^[2]

El ácido poliaspártico y sus derivados son alternativas biodegradables a los materiales polianiónicos tradicionales, en particular el ácido poliacrílico . ^[20] El PASA tiene la capacidad de inhibir la deposición de carbonato de calcio , sulfato de calcio , sulfato de bario y fosfato de calcio y se puede utilizar 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 biodegradable y dispersante para diversas aplicaciones. ^[22]

El PASA también tiene una variedad de aplicaciones biomédicas . Su alta afinidad con el calcio se ha aprovechado para dirigir diversas formas de portadores que contienen fármacos al hueso . ^[2] El componente principal del hueso es la hidroxiapatita (aproximadamente el 70 %) ( fosfato de calcio mineralizado ). Además de la orientación ósea, el 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 se puede sintetizar 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]

• Ésteres poliaspárticos