ES2259910B1 - Complejos estequiometricos del acido poli(beta,l-malico) y tensioactivos cationicos. - Google Patents

Complejos estequiometricos del acido poli(beta,l-malico) y tensioactivos cationicos. Download PDF

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Abstract

Complejos estequiométricos del ácido Poli(Beta,L-málico) y tensioactivos catiónicos. Complejos polímero-tensioactivo preparados a partir del ácido poli(Beta,L-málico) de biosíntesis y bromuros de alquiltrimetilamonio con grupos alquilo lineales de 14 a 22 átomos de carbono, insolubles en agua y solubles en disolventes como cloroformo, metanol y dimetilformamida, capaces de adoptar estructuras bifásicas en estado sólido, con la fase parafínica cristalizada a temperatura ambiente para cadenas alquílicas de longitud igual o superior al hexadecilo. Todos ellos con capacidad de formar películas transparentes, resistentes y térmicamente estables hasta temperaturas por encima de 240°C con plasticidad modificable por calentamiento a temperaturas por debajo de los 80ºC.

Description

Complejos estequiométricos del ácido poli(\beta,L-málico) y tensioactivos catiónicos.
Sector de la técnica
Química.
Objeto de la invención
Complejos polímero-tensioactivo del ácido poli(\beta,L-málico), insolubles en agua y solubles en disolventes como cloroformo, metano) y dimetilformamida, capaces de formar películas transparentes y resistentes. Estos polímeros presentan propiedades térmicas y de solubilidad completamente distintas a las del polímero de partida, previéndose para ellos interesantes aplicaciones terapéuticas.
Antecedentes
El ácido poli(\beta,L-málico) (PLMA) es un poliéster natural, el cual a diferencia de los poli(hidroxi alcanoato)s, es soluble en agua y al tener un grupo carboxílico lateral puede ser funcionarizado por modificación química. En medio acuoso, se degrada espontáneamente, no es tóxico ni inmunogénico y es biológicamente reabsorbible. Por todo ello se considera un biopolímero con potenciales aplicaciones biomédicas (Vert, M., Lenz, R.W., Polym. Preprints (Am. Chem. Soc., Div. Polym. Chem.) 20, 608, 1979; Braud et al., Polym. Bull. 9, 198, 1983). A pH neutro o alcalino, el polimalato es un polianión con capacidad para formar complejos con compuestos como espermina, espermidina o putrescina (Fischer et al., Biochemistry, 28, 5219, 1989). Hasta el momento, los estudios sobre complejos formados a partir de polímeros naturales y tensioactivos se circunscriben a complejos derivados de aniones poli(\alpha,L-glutamato) y cationes alquiltrimetilamonio (Ponomarenko et al., Langmuir, 12, 2169, 1996) y a complejos a partir de cationes poli(L-lisina) y aniones alquilsulfato (Ponomarenko et al., Macromolecules, 31, 1584, 1998). Recientemente se han preparado complejos derivados del poli(\gamma,D-glutamato) (Pérez-Camero et al. Biomacromolecules, 5, 144, 2004) y del poli(\gamma,D,L-glutamato) (García-Álvarez et al. Macromol. Biosci. 5, 30,2005) con tensioactivos catiónicos. Al igual que ocurre con los complejos derivados del poli(\alpha,L-glutamato), los formados a partir de poli(\gamma-glutamato) y tensioactivos catiónicos forman estructuras laminares en el estado sólido. Cuando las cadenas laterales son suficientemente largas, estas pueden cristalizar induciendo la formación de fases cristal líquido de tipo termotrópico. La obtención de complejos formados por polielectrolítos y tensioactivos de carga opuesta que se obtienen cuando se mezclan estos últimos en disolución acuosa ha despertado recientemente creciente interés (Thünemann, A.F. Prog. Polym. Sci. 27, 1473, 2002). Estos complejos se forman de manera espontánea debido a las interacciones hidrofóbicas de estos con el agua y por atracción electrostática entre las unidades de la cadena polimérica de carga opuesta y los iones de tensioactivo (Goddard, E.D., Colloids Surf., 19, 301, 1986). Estos complejos combinan las propiedades de los polímeros de partida con la capacidad de formar fases altamente ordenadas por parte de los tensioactivos. La versatilidad en cuanto a polielectrolítos funcionalizados y tensioactivos posibilita la obtención de una gran variabilidad de nanoestructuras con potenciales aplicaciones en el campo de la encapsulación y transporte de
fármacos.
Descripción del invento Síntesis
Los complejos poliméricos iónicos se forman al mezclar cantidades apropiadas de disoluciones acuosas de la sal sódica del ácido poli((\beta-L-málico), Na\cdotPMLA con los tensioactivos catiónicos, bromuro de alquiltrimetilamonio, nATMA\cdotBr, correspondientes (n es el número de átomos de la cadena alquílica) (gráfico 1). La estequiometría de los complejos ha sido corroborada por espectroscopia de resonancia magnética nuclear de protón (^{1}H RMN).
Materiales
El Na\cdotPMLA de partida se obtiene vía cultivo de Physarum polycephalum según el método ya descrito (Fischer et. al., Biochemistry, 28, 5219, 1989; Holler et al., FEMS Microbiology Reviews, 103, 109, 1992; Holler, Handbook of Engineering Polymeric Materials, N.P. Cheremisinoff, (Ed.), Marcel Dekker, Inc., New York 93, 1997; Lee et. al., Appl. Microbiol. Biotechnol, 52, 415, 1999; Lee y Holler, FEMS Microbiol. Lett., 193, 69, 2000). Los nATMA\cdotBr con n = 14, 16, 18 son comerciales, mientras que los correspondientes a n = 20 y 22 se sintetizaron específicamente para este trabajo de acuerdo con el procedimiento descrito en la literatura (Hendrix y Rosenberg, J. Am. Chem. Soc. 98, 4850, 1976).
Procedimiento general de preparación
Se parte inicialmente de un Na\cdotPMLA de biosíntesis de peso molecular M_{w}= 26.000 y M_{w}/M_{n} = 1,25. Un volumen de disolución del tensioactivo seleccionado se adiciona, bajo agitación, al mismo volumen de una disolución equimolar de polimalato, obteniéndose un precipitado blanco poco denso, el cual se aisla por centrifugación, se lava repetidas veces con agua y se seca a presión reducida a 30ºC durante 48 h. El producto se almacena en un desecador sobre CaCl_{2}. Para los complejos con n = 14 y 16 el proceso de mezcla de las disoluciones de polimalato y tensioactivo se lleva a cabo a 25ºC, mientras que para los complejos con n = 18, 20 y 22 el proceso se efectúa a 40ºC. En la Tabla 1 se indican los resultados obtenidos en cada caso.
TABLA 1
R(CH_{3})_{3}N^{+} Análisis elemental^{b}
R Complejo Rto. (%) Composición^{a} C (%) H (%) N (%) \rho (g mL^{-1})
-nC_{14}H_{29} 14ATMA\cdotPMLA 77,7 1:1 60,52 10,47 3,37 1,00
(61,90) (10,14) (3,40)
-nC_{16}H_{33} 16ATMA\cdotPMLA 87,9 1,1:1 62,35 10,7 3,23 1,00
(62,81) (11,10) (3,48)
-nC_{18}H_{37} 18ATMA\cdotPMLA 92,9 1:1 64,74 11,12 2,86 1,01
(65,91) (11,71) (3,10)
-nC_{20}H_{41} 20ATMA\cdotPMLA 99,4 1:1 66,25 11,37 2,73 1,01
(66,91) (11,00) (2,92)
-nC_{22}H_{45} 22ATMA\cdotPMLA 91,4 1,3:1 66,03 11,81 2,71 1,02
(65,02) (13,3) (3,33)
\begin{minipage}[t]{157mm}^{a}Relación entre ATMA y PMLA en el complejo, estimado por ^{1}H NMR. ^{b}Entre paréntesis, valores calculados de acuerdo con la composición determinada y asumiendo 2 moléculas de agua absorbidas por unidad repetitiva.\end{minipage}
Los complejos obtenidos se han caracterizado por ^{1}H y ^{13}C RMN en un espectrómetro Bruker AMX-300 utilizando como disolvente cloroformo deuterado y como referencia tetrametilsilano. La estequiometría de los productos se ha determinado por ^{1}H RMN a 50ºC evaluando la relación entre las áreas de las señales debidas al CH de la cadena principal, con un desplazamiento químico de 5,2 ppm y la de los CH_{3} unidos al N de la cadena lateral, con un desplazamiento químico entre 3,2 y 3,3 ppm. Los espectros en el estado sólido se han registrado por ^{13}C RMN CP_MAS. Los estudios por espectroscopia FTIR se han realizado con un espectrofotómetro Perkin Elmer 2000. Las medidas calorimétricas se han realizado en un calorímetro DSC Perkin-Elmer Pyris calibrado con indio. Los análisis termogravimétricos se han efectuado bajo atmósfera de nitrógeno con una termobalanza Perkin-Elmer TGA6. El estudio por microscopia óptica se ha llevado a cabo en un microscopio de polarización Olympus BX51 equipado con un sistema de cámara digital. El análisis estructural por difracción de rayos X se ha realizado en muestras procedentes directamente de síntesis, en polvo. Se ha utilizado un difractómetro INEL CPS-120, con detector sensible a la posición 120º, 4096 canales de medición, tiempo de adquisición de 4200 s y con radiación Cu-K\alpha de longitud de 0,1541 nm. La densidad de los complejos poliméricos se ha determinado por el método de flotación en disoluciones agua-glicerina a 25ºC. Los análisis elementales se han realizado en el Servei de Microanálisis del CID de Barcelona del CSIC. En la Tabla 2 se recogen las propiedades características de los compuestos obtenidos.
TABLA 2
Propiedades térmicas Espaciados de rayos X
Polímero (ºC) (nm)
T^{a} T_{d}^{b} T_{d}^{c} d_{1}^{d} d_{2}^{e}
14ATMA\cdotPMLA - 211 242/250/416 n.o. n.o.
16ATMA\cdotPMLA 29,6 200 242/261/406 3,6 0,45
18ATMA\cdotPMLA 48,2 204 245/271/416 3,8 0,42
20ATMA\cdotPMLA 60,1 212 243/290/414 4,0 0,42
22ATMA\cdotPMLA 70,6 208 245/299/415 4,3 0,42
\begin{minipage}[t]{157mm}^{a}Temperatura de fusión de la cadena lateral, ^{b}Temperatura de descomposición onset, ^{c}Temperatura de descomposición correspondiente al máximo de la derivada de la curva termogravimétrica, ^{d}\text{Período} de la estructura laminar, ^{e}Cadena lateral.\end{minipage}
Aplicación
Las propiedades de estos polímeros indican que son compuestos con un gran interés potencial en farmacia, y medicina, entre otras aplicaciones. Debido al origen natural del polímero de partida, el ácido poli(\beta-málico), estos complejos iónicos polímero- tensioactivo podrían tener aplicaciones tales como dispensadores de fármacos con propiedades superiores a los materiales utilizados actualmente. Por otro lado, las propiedades físicas que manifiestan estos complejos, tales como elevada densidad de carga, pureza óptica, elevada flexibilidad molecular, elevada solubilidad y capacidad para formar fases cristal-líquido, hacen prever que puedan ser utilizados como matrices moleculares.
Ejemplos de fabricación
Poli(\alpha-eicosiltrimetilamonio-\beta-malato), 16ATMA\cdotPMLA: 50 mL de disolución acuosa 0,01 M de 16ATMA.Br de añade bajo agitación al mismo volumen de una solución 0,01 M de PMLA en tampón fosfato de pH 7,0 para asegurar que el PMLA esta disociado (pKa = 3,45). La mezcla se deja agitando a temperatura ambiente unos minutos hasta la aparición de un precipitado blanco, el cual se aisla por centrifugación, se lava varias veces con agua, y se seca a presión reducida a 30ºC durante un mínimo de 48 h. El producto se obtiene en forma de polvo de color blanco. El rendimiento es del 88%.
Poli(\alpha-docodeciltrimetilamonio-\beta-malato) 22ATMA\cdotPMLA: Este complejo se obtiene por mezcla de volúmenes iguales de las disoluciones 0,01 M de tensioactivo y de PMLA ambas a la temperatura de 40ºC. En el aislamiento y purificación del complejo polímero-tensioactivo se procede de la misma forma descrita en la obtención de 16ATMA\cdotPMLA. El rendimiento es del 91%.

Claims (9)

1. Complejos iónicos polímero-tensioactivo caracterizados por ser derivados del ácido poli(\beta-málico) y sales de tetraalquilamonio con cadenas alquílicas desde 14 hasta 22; átomos de carbono.
2. Complejos ácido poli(\beta-málico)-tensioactivo, según reivindicación 1, caracterizados por ser preparados a partir del ácido poli(\beta-málico) y haluros de tetraalquiamonio con cadenas alquílicas desde 14 hasta 22 átomos de carbono.
3. Complejos ácido poli(\beta-málico)-tensioactivo según reivindicación 1, caracterizados por tener cadenas alquílicas laterales lineales de 14 16, 18, 20 y 22 átomos de carbono.
4. Complejos ácido poli(\beta-málico)-tensioactivo, según reivindicación 1, ,caracterizados por tener una composición polímero/tensioactivo prácticamente estequiométrica.
5. Complejos ácido poli(\beta-málico)-tensioactivo, según reivindicación 1, caracterizados por ser insolubles en agua y solubles en disolventes orgánicos.
6. Complejos ácido poli(\beta-málico)-tensioactivo, según reivindicación 1,caracterizados por formar estructuras bifásicas en el estado sólido con la cadena alquílica cristalizada a temperatura ambiente para n \geq 16.
7. Complejos ácido poli(\beta-málico)-tensioactivo, según reivindicación 1, caracterizados por presentar puntos de fusión entre 30 y 70ºC para cadenas alquílicas de n \geq 16.
8. Complejos ácido poli(\beta-málico)-tensioactivo, según reivindicación 1, caracterizados por ser térmicamente estables hasta temperaturas superiores a los 240ºC.
9. Complejos ácido poli(\beta-málico)-tensioactivo, según reivindicación 1, caracterizados por presentar plasticidad modificable por calentamiento a temperaturas por debajo de los 70ºC.
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