Síntesis y aplicaciones de oligómeros y materiales poliméricos derivados de hidratos de carbono.

 

Grupo de trabajo

Dra. Adriana Kolender - Prof. Adjunta, Investigadora Independiente
Lic. Luciana Pelazzo – Becaria doctoral CONICET
Lic. Cristel Yacovone – Becaria doctoral CONICET
Franco Bietti – Pasante de investigación
Lic. Germán González – Tesista de licenciatura y pasante de investigación
Franco Pérez Hernández – Pasante de investigación
Matias Schafrik – Tesista de licenciatura

 

Resumen

El desarrollo de nuevos materiales poliméricos ha impulsado la diversificación de las estructuras químicas y el uso de monómeros con grupos funcionales diversos, accesibles mediante rutas sintéticas directas. Desde el punto de vista de la Química Sustentable se procura reducir el impacto ambiental de los reactivos y los productos, así como de los procesos involucrados. La utilización de hidratos de carbono como material de partida presenta varias ventajas: provienen de la biomasa renovable, que en algunos casos constituyen materiales de desecho, y pueden mejorar la biodegradabilidad y compatibilidad de los materiales obtenidos.

En los últimos años las reacciones “click”, en particular la cicloadición entre grupos azida y alquino catalizada por Cu(I) (CuAAC), tienen importantes aplicaciones en el campo de los polímeros debido a la economía de átomos, condiciones suaves de reacción y la tolerancia a numerosas funcionalidades en los monómeros. Los triazoles que se obtienen como productos son similares a las uniones amida, a la vez que poseen resistencia química y térmica elevadas.

En nuestro grupo de investigación llevamos a cabo:

  • Síntesis de monómeros derivados de hidratos de carbono simples, para luego obtener oligómeros y polímeros con enlaces amida o éster, alternados con grupos triazol. Los oligómeros presentan propiedades interesantes pues son capaces de actuar como receptores tanto de aniones como cationes. Además, pueden ser miméticos de oligosacáridos u oligopéptidos.
  • Síntesis de prepolímeros derivados de β-ciclodextrina para obtener poli(glico-triazoles) como miméticos de polisacáridos.
  • Modificación química de polisacáridos naturales (quitosano, ácido hialurónico), biopolímeros (polihidroxialcanoatos) y polímeros sintéticos utilizando los monómeros anteriores, para dar materiales ramificados o redes tridimensionales con nuevas propiedades.
  • Síntesis de derivados de tetraciclinas para el tratamiento de la Enfermedad de Parkinson.
  • Aplicación de los materiales poliméricos para la síntesis de nanopartículas, como biomateriales para proteger y transportar principios farmacológicamente activos, mejorar su llegada al sitio de acción, controlar su liberación y disminuir efectos secundarios.
  • Estudio de las propiedades de los compuestos sintetizados por espectroscopía RMN, espectrometría de masa (MALDI, ESI), dicroísmo circular, microscopía, termogravimetría, calorimetría diferencial de barrido, etc.

 

Abstract

The development of new polymeric materials has promoted the diversification of chemical structures, and the use of monomers endowed with many functional groups, available through straightforward synthetic routes. Regarding the principles of Green Chemistry, the reduction of the environmental risk introduced by the reagents and products, as well as the involved procedures. The use of carbohydrates as starting material has some advantages, such as the utilization of renewable biomass, which in some cases are waste materials, and an improvement in the biodegradability and compatibility of the resulting materials.

In recent years click reactions, in particular Cu(I) assisted alkyne-azide cycloaddition (CuAAC), have found important applications in the field of polymers due to atom economy, smooth reaction conditions and tolerance to a variety of monomer functionalities. The resulting triazoles can mimic the amide linkage, but they are very resistant to temperature and harsh chemical conditions.

In our research group we carry out the following main goals:

  • Synthesis of monomers derived from simple carbohydrates, to be applied in the preparation of oligomers and polymers with amide or ester linkages, alternated with triazole groups. These oligomers have interesting properties since they are able to behave as anionic or cationic receptors. In addition, they can mimic oligosaccharide or oligopeptide moieties.
  • Synthesis of prepolymers derived from β-cyclodextrin to obtain poly(glycol-triazoles) as polysaccharide mimics.
  • Chemical modification of natural polysaccharides (chitosan, hyaluronic acid), biopolymers (polyhydroxyalkanoates) and synthetic polymers, to give grafted materials or tridimensional networks with novel properties.
  • Synthesis of tetracycline derivatives for the treatment of Parkinson’s desease.
  • Application of the polymeric materials to the synthesis of nanoparticles, as biomaterials able to protect and deliver active pharmaceutical ingredients, with controlled release into the action site, and lower side effects.
  • Analysis of the compounds by NMR spectroscopy, mass spectrometry (MALDI, ESI), circular dichroism, microscopy, termogravimetry, differential scanning calorimetry, etc.

 

Publicaciones seleccionadas / Selected publications

  • Díaz Appella, M. N.; Kolender, A.; Opezzo, O. J.; López, N. I.; Tribelli, P. M. “The structural complexity of pyomelanin impacts UV shielding in Pseudomonas species with different lifestyles” FEBS Letters 2024, https://doi.org/10.1002/1873-3468.15000.
  • Rivas, M. V.; Musikant, D.; Díaz Peña, R.; Álvarez, D.; Pelazzo, L.; Rossi, E.; Martínez, K.; Errea, M. I.; Pérez, O. E.; Varela, O.; Kolender, A. A.* “Carbohydrate-derived polytriazole nanoparticles enhance anti-inflammatory activity of cilostazol” ACS Omega 2022, 7, 44631−44642.
  • Rivas, M. V.; Varela, O.; Kolender, A. A. “Galactose-derived poly(amide-triazole)s. Degradation, deprotection and derivatization studies” Polym. J. 2020, 130, 109653.
  • Rivas, M.V.; Petroselli, G.; Erra-Balsells, R.; Varela, O.; Kolender, A. A. “Synthesis, characterization and chemical degradation of poly(ester-triazole)s derived from D-galactose” RSC Advances 2019, 9, 9860-9869.
  • Fidalgo, D. M.; Monge, M. E.; Varela, O.; Kolender, A. A. “Synthesis, Secondary Structure and Anion Binding of Acyclic Carbohydrate-derived Oligo(amide-triazole)s” J. Org. Chem. 2018, 6787-6799.
  • Fidalgo, D. M.; Kolender, A. A.; Varela, O. "Poly(amide-trizole)s obtained by regioselective, microwave-assisted click polymerization of bio-based monomers" Materials Today Commun. 2015, 2, e70-e83.