Полиаспарагиновая кислота - Википедия - Polyaspartic acid

Полиаспарагиновая кислота
Полиаспарагиновая кислота.png
Имена
Другие имена
PASP
Идентификаторы
  • 25608-40-6 (поли-L-аспарагиновая кислота)
ChemSpider
  • никто
Характеристики
(C4ЧАС5НЕТ3)п
Молярная массаПеременная
Если не указано иное, данные для материалов приводятся в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
Ссылки на инфобоксы

Полиаспарагиновая кислота (PASA) - это биоразлагаемый, вода полимеризованный аминокислота.[1] Это биоразлагаемая замена для умягчителей воды и связанных с ними применений.[2]

В природе PASA был обнаружен в виде фрагментов более крупных белки длиной до 50 аминокислоты,[3] но по состоянию на 2004 год не был выделен как чистый гомополимерный материал из какого-либо природного источника.[4] Первое выделение синтетического олигомерного полиаспартата натрия, полученного термическим поликонденсация аспарагиновой кислоты, сообщил Хьюго Шифф в конце 19 века.[5] Позже было высказано предположение, что процесс термической полимеризации проходит через полисукцинимид средний.[6][7] Полиаспарагиновая кислота производится промышленно как в кислотной форме, так и в виде полиаспартат натрия соль.

Свойства и структура

Из-за наличия карбоновый группы это полиэлектролит с анионный персонаж. Встречающиеся в природе фрагменты PASA состоят из α, -связанных L-аспартатовая кислота.[3] Напротив, повторяющееся звено синтетической полиаспарагиновой кислоты может существовать в четырех изомерных формах, в зависимости от стереохимии исходного материала (D- и L-аспарагиновая кислота ) и синтетическая процедура, приводящая к α и β звеньям.

Синтез

Некоторые синтетические стратегии, приводящие к полиаспарагиновой кислоте
Изомеры повторяющейся единицы PASA

К PASA ведет множество разных маршрутов. В самом простом[8] и самый старый подход[4] аспарагиновая кислота нагревается, чтобы вызвать обезвоживание. На следующей стадии полученный полисукцинимид обрабатывают водным едкий натр, что приводит к частичному открытию сукцинимид кольца. В этом процессе натрий-DL- (α, β) -поли (аспартат) с 30% α-связями и 70% β-связями[9] случайным образом распределены по полимерной цепи,[10] и рацемизированный образуется хиральный центр аспарагиновой кислоты.[11] Сообщалось о многих катализаторах для улучшения метода термической полимеризации. Основные преимущества от их применения - повышение степени конверсии и более высокая молекулярная масса продукта.[12][13]Полиаспарагиновая кислота также может быть синтезирована полимеризацией малеиновый ангидрид в присутствии гидроксид аммония.[1][14]Высокий контроль над повторяющимися изомерами звеньев может быть достигнут путем полимеризации N-карбоксиангидрид (NCA) производные,[15] полимеризацией эфиров аспарагиновой кислоты[16] или путем применения реакции, катализируемой ферментом.[17] Чистые гомополимеры, D- или же L-PASA только с α- или β-связями может быть синтезирован с использованием этих методов.

Приложения

Полиаспарагиновая кислота и ее производные представляют собой биоразлагаемые альтернативы традиционным полианионным материалам, в частности полиакриловая кислота.[18] PASA обладает способностью ингибировать осаждение карбоната кальция, сульфата кальция, сульфата бария и фосфата кальция и может использоваться в качестве агента против накипи в системах охлаждающей воды, процессах опреснения воды и операциях по очистке сточных вод.[19] Вдобавок и благодаря своей способности хелат ионы металлов, он обеспечивает ингибирование коррозии.[9]Он может действовать как супер-набухающий материал в подгузники, женская гигиена продукты и пищевая упаковка.[20] Его также можно использовать в качестве биоразлагаемого детергента и диспергатора для различных целей.[21]

Рекомендации

  1. ^ а б Томас Кляйн, Ральф-Иоганн Мориц и Рене Граупнер (2008). Энциклопедия промышленной химии Ульмана. Вайнхайм: Wiley-VCH. Дои:10.1002 / 14356007.l21_l01.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  2. ^ Швамборн, Майкл (1998). «Химический синтез полиаспартатов: биоразлагаемая альтернатива применяемым в настоящее время гомо- и сополимерам поликарилатов». Разложение и стабильность полимера. 59 (1–3): 39–45. Дои:10.1016 / S0141-3910 (97) 00184-5.
  3. ^ а б Русенко, Кирт В .; Доначи, Джули Э .; Уиллер, А. П. (1991). "Очистка и характеристика фосфопротеина матрицы оболочки из американской устрицы". В Сайксе С. Стивен; Уилер, А. П. (ред.). Поверхностно реактивные пептиды и полимеры. Серия симпозиумов ACS. 444. ACS. С. 107–124. Дои:10.1021 / bk-1991-0444.ch008. ISBN  9780841218864.
  4. ^ а б Йоентген, Винфрид; Мюллер, Николаус; Мичкер, Альфред; Шмидт, Хольгер (2004). «Полиаспарагиновые кислоты». В Фанестоке, Стивен; Steinbüchel, Александр (ред.). Полиамиды и сложные белковые материалы I. Биополимеры. 7. Wiley-VCH. С. 175–179. ISBN  9783527302222.
  5. ^ Шифф, Хьюго (1897). "Ueber Polyaspartsäuren". Бер. Dtsch. Chem. Ges. (на немецком). 30 (3): 2449–2459. Дои:10.1002 / cber.18970300316.
  6. ^ Kovács, J .; Könyves, I .; Pusztai, Á. (1953). "Darstellung von Polyasparaginsäuren (Polyaspartsäuren) aus dem thermischen Autokondensationsprodukt der Asparaginsäure". Experientia (на немецком). 9 (12): 459–460. Дои:10.1007 / BF02165821. PMID  13127859. S2CID  40153017.
  7. ^ Kovács, J .; Кенивес, И. (1954). «Убер DL-α, β-Полиаспарагиновая кислота». Naturwissenschaften (на немецком). 41 (14): 333. Bibcode:1954NW ..... 41..333K. Дои:10.1007 / BF00644501. S2CID  33648417.
  8. ^ Беннет, Г. Д. (2005). «Зеленая полимеризация аспарагиновой кислоты для студенческой органической лаборатории». Журнал химического образования. 82 (9): 1380–1381. Bibcode:2005JChEd..82.1380B. Дои:10.1021 / ed082p1380.
  9. ^ а б Low, Kim C .; Wheeler, A. P .; Коскан, Ларри П. (1996). «6: Коммерческая поли (аспарагиновая кислота) и ее использование». В стекле, Дж. Эдвард (ред.). Гидрофильные полимеры. Успехи химии. 248. ACS. стр.99–111. Дои:10.1021 / ba-1996-0248.ch006. ISBN  9780841231337.
  10. ^ Pivcova, H .; Saudek, V .; Дробник, Дж .; Власак Дж. (1981). «ЯМР-исследование поли (аспарагиновой кислоты). I. α- и β-пептидные связи в поли (аспарагиновой кислоте), полученные термической поликонденсацией». Биополимеры. 20 (8): 1605–1614. Дои:10.1002 / bip.1981.360200804. S2CID  85201969.
  11. ^ Кокуфута, Эцо; Сузуки, Синнитиро; Харад, Каору (1978). «Влияние температуры на молекулярный вес и оптическую чистоту ангидрополиаспарагиновой кислоты, полученной термической поликонденсацией». Бюллетень химического общества Японии. 51 (5): 1555–1556. Дои:10.1246 / bcsj.51.1555.
  12. ^ Накато, Такеши; Кусуно, Ацуши; Какучи, Тоёдзи (2000). «Синтез поли (сукцинимида) массовой поликонденсацией L-аспарагиновой кислоты с кислотным катализатором». Журнал науки о полимерах, часть A: химия полимеров. 38 (1): 117–122. Bibcode:2000JPoSA..38..117N. Дои:10.1002 / (SICI) 1099-0518 (20000101) 38: 1 <117 :: AID-POLA15> 3.0.CO; 2-F.
  13. ^ Ван, Яцюань; Хоу, Юнцзян; Руан, банда; Пан, Мин; Лю, Tengfei (2003). «Исследование полимеризации аспарагиновой кислоты, катализируемой фосфорной кислотой». Журнал макромолекулярной науки - Чистая и прикладная химия. A40 (3): 293–307. Дои:10.1081 / MA-120018116. S2CID  85163135.
  14. ^ Патент США 5468838, Boehmke, Gunter & Schmitz, Gerd, «Полисукцинимид, полиаспарагиновая кислота и их соли получают реакцией малеинового ангидрида и аммиака, поликонденсацией полученного продукта в присутствии солюбилизирующего агента и, при необходимости, гидролизом», опубликовано в 1995 г. -11-21, закреплен за Bayer AG 
  15. ^ Rao, Vanga S .; Лапуант, Филипп; МакГрегор, Дональд Н. (1993). «Влияние температуры на молекулярный вес и оптическую чистоту ангидрополиаспарагиновой кислоты, полученной термической поликонденсацией». Makromolekulare Chemie - Макромолекулярная химия и физика. 194 (4): 1095–1104. Дои:10.1002 / macp.1993.021940405.
  16. ^ Saudek, V .; Pivcova, H .; Дробник, Дж. (1981). «ЯМР-исследование поли (аспарагиновой кислоты). II. Α- и β-пептидные связи в поли (аспарагиновой кислоте), полученные общими методами». Биополимеры. 20 (8): 1615–1623. Дои:10.1002 / bip.1981.360200805. S2CID  84203387.
  17. ^ Соэда, Ясуюки; Тосима, Казунобу; Мацума, Шуичи (2003). «Устойчивый ферментный препарат полиаспартата с использованием бактериальной протеазы». Биомакромолекулы. 4 (2): 193–203. Дои:10.1021 / bm0200534. PMID  12625712.
  18. ^ Гросс, Ричард А .; Калра, Бхану (2002). «Биоразлагаемые полимеры для окружающей среды». Наука. 297 (5582): 803–807. Bibcode:2002Наука ... 297..803Г. Дои:10.1126 / science.297.5582.803. PMID  12161646.
  19. ^ Хассон, Дэвид; Шемер, Хилла; Шер, Александр (2011). «Современное состояние дружественных« зеленых »ингибиторов контроля накипи: обзорная статья». Промышленные и инженерные химические исследования. 50 (12): 7601–7607. Дои:10.1021 / ie200370v.
  20. ^ Zahuriaan-Mehr, M.J .; Pourjavadi, A .; Salimi, H .; Курдтабар, М. (2009). «Гидрогели на основе белков и гомо-поли (аминокислот) с супервыбухающими свойствами». Полимеры для передовых технологий. 20 (8): 655–671. Дои:10.1002 / pat.1395.
  21. ^ Thombre, Sunita M .; Сарваде, Бхимаро Д. (2005). «Синтез и биоразлагаемость полиаспарагиновой кислоты: критический обзор» (PDF). Журнал макромолекулярной науки, часть A. 42 (9): 1299–1315. Дои:10.1080/10601320500189604. S2CID  94818855.