Síntesis y aplicaciones de oligómeros y materiales poliméricos

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

Grupo de trabajo

Dra. Adriana Kolender - Prof. Adjunta, Investigadora Adjunta

Dra. Rocío Díaz Peña – Becaria posdoctoral CONICET

Lic. Luciana Pelazzo – Becaria doctoral CONICET

Srta. Luna Magrotti Messa – Tesista de licenciatura

Resumen

El desarrollo de nuevos materiales poliméricos ha impulsado la búsqueda de reacciones de polimerización novedosas y el uso de monómeros con variedad de grupos funcionales, accesibles mediante rutas sintéticas directas. Desde el punto de vista de la Química Sustentable se procura que la producción de polímeros sea lo más inocua posible y que los materiales resultantes no signifiquen un riesgo para el ambiente. La utilización de hidratos de carbono como material de partida presenta varias ventajas desde el punto de vista ambiental, como el empleo de biomasa renovable, que en algunos casos constituyen materiales de desecho, y una mejora en 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, pero son muy resistentes desde el punto de vista térmico y químico.

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.
Modificación química de polisacáridos naturales (quitosano, ácido hialurónico), biopolímeros (polihidroxialcanoatos) y polímeros sintéticos con estos monómeros, para dar materiales ramificados o redes tridimensionales con nuevas propiedades.
Aplicación de estos 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 search for new polymerization reactions and the use of monomers endowed with many functional groups that could be obtained by straightforward synthetic routes. Regarding the principles of Green Chemistry, the production of polymers is meant to be a harmless procedure and the resulting materials should not represent any environmental risk. The use of carbohydrates as starting material has some environmental advantages, such as the utilization of renewable biomass, which in some cases are waste materials, as well as an improvement in the biodegradability and compatibility of the obtained 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 are similar to 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 residues.
Chemical modification of natural polysaccharides (chitosan, hyaluronic acid), biopolymers (polyhydroxyalkanoates) and synthetic polymers, in order to give grafted materials or tridimensional networks with novel properties.
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

Rivas, M. V.; Varela, O.; Kolender, A. A. “Galactose-derived poly(amide-triazole)s. Degradation, deprotection and derivatization studies” Eur. 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” Eur. 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.