Síntesis de poliésteres alifáticos vía polimerización por apertura de anillo organocatalítica: estudio de la influencia de los parámetros de reacción sobre sus propiedades térmicas y estructura molecular

Authors

  • Marco Antonio de Jesús Téllez Centro de Investigación en Química Aplicada, Saltillo, México
  • Felipe Robles-González Centro de Investigación en Química Aplicada, Saltillo, México
  • Ramón Enrique Díaz de León-Gómez Centro de Investigación en Química Aplicada, Saltillo, México
  • Antonio Serguei Ledezma-Pérez Centro de Investigación en Química Aplicada, Saltillo, México
  • Héctor Ricardo López-González Centro de Investigación en Química Aplicada, Saltillo, México

DOI:

https://doi.org/10.29105/cienciauanl25.113-2

Keywords:

poliésteres, ROP, catálisis orgánica, TBD, DBU

Abstract

Se reporta la síntesis de poli(L-lactida) (PLLA), poli(brasilato de etilo) (PEB), poli(ε-caprolactona) (PCL) y poli(ε-decalactona) (PDL), mediante polimerización por apertura de anillo (ROP) organocatalítica. Variaciones en parámetros de reacción, como el catalizador 1,8-diazabiciclo[5-4-0] undec-7-eno (DBU) o 1,4,7-triazabiciclodeceno (TBD), relación molar catalizador:iniciador, adición de donador de protón, y tiempo de reacción fueron evaluadas para alcanzar las más altas conversiones, también se determinaron las propiedades químicas y físicas de los poliésteres obtenidos. A través de las condiciones empleadas para estas reacciones de ROP se lograron conversiones mayores a 90%, pesos moleculares promedio en número (Mn) de ~20 kDa, y valores de dispersidad (Ð) de 1.45–1.90. Igualmente, estos poliésteres alifáticos desarrollaron alta estabilidad térmica (>200°C) y sus transiciones térmicas fueron observadas a temperaturas cercanas a las transiciones reportadas en la bibliografía para estos poliésteres (PLLA, PEB, PCL).

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Author Biographies

Marco Antonio de Jesús Téllez, Centro de Investigación en Química Aplicada, Saltillo, México

Licenciado en Ingeniería Química Industrial por el IPN. Maestro y doctor en Tecnología de Polímeros por  el CIQA. Posdoctorante en el CIQA. Líneas de investigación y desarrollo en síntesis de polímeros vía  radicales libres, RAFT, ROP y condensación; obtención de polímeros biodegradables aplicados en la  fabricación de dispositivos médicos, cristales líquidos, elastómeros líquidocristalinos foto- y termo-actuadores, polímeros antifúngicos, polímeros conjugados con biomoléculas, nanocontenedores y su  aplicación en liberación de fármacos. Miembro del SNI, nivel I.

Felipe Robles-González, Centro de Investigación en Química Aplicada, Saltillo, México

Químico farmacobiólogo por la UAdeC. Estudiante de la Maestría en Tecnología de Polímeros del CIQA.

Ramón Enrique Díaz de León-Gómez, Centro de Investigación en Química Aplicada, Saltillo, México

Licenciado en Ingeniería Química por la UAdeC. Doctor en Tecnología de Polímeros por el CIQA.  Investigador titular C en el Centro de Investigación en Química Aplicada en Saltillo, Coahuila. Sus áreas de interés se relacionan con la síntesis por coordinación y caracterización de elastómeros de base biológica de  la familia de los terpenos. Miembro del SNI, nivel I. 

Antonio Serguei Ledezma-Pérez, Centro de Investigación en Química Aplicada, Saltillo, México

Licenciado en Biología por la UANE. Maestro en Polímeros por la UAdeC. Doctor en Materiales por el  CINVESTAV-IPN. Miembro Conacyt de Evaluadores Acreditados (RCEA). Evaluador en el Programa  Estímulos a la Investigación Conacyt. Experiencia en investigación y desarrollo de biopolímeros y  biocementos, biopolímeros mediante rutas microbiológicas, biosensores, biosíntesis de nanoestructuras metálicas (Ag, Au, Cu) utilizando plantas del desierto. Investigador titular. Miembro del SNI, nivel I.

Héctor Ricardo López-González, Centro de Investigación en Química Aplicada, Saltillo, México

Licenciado en Ingeniería Química y doctorado en Tecnología de Polímeros por el CIQA y por el IT de Cd. Madero. Investigador titular A en el Centro de Investigación en Química Aplicada en Saltillo, Coahuila.  Cofundador del Centro de Tecnología e Investigación de Viakable en el PIIT, en Apodaca, Nuevo León. Sus  áreas de interés se centran en polímeros biobasados, bioelastómeros, catálisis Ziegler-Natta, biocompuestos poliméricos y biodegradabilidad

References

Bu, Y., et al. (2019). Surface Modification of Aliphatic Polyester to Enhance Biocompatibility. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 7:1-10. Doi: 10.3389/fbioe.2019.00098 DOI: https://doi.org/10.3389/fbioe.2019.00098

Chen, Y., et al. (2008). Study on biodegradable aromatic/aliphatic copolyesters. Brazilian Journal of Chemical Engineering. 25(2):321-335. Doi: 10.1590/S0104-66322008000200011 DOI: https://doi.org/10.1590/S0104-66322008000200011

Chiriac, A. P., et al. (2021). Synthesis of poly(Ethylene brassylate-co-squaric acid) as potential essential oil carrier. Pharmaceutics. 13(4):1-24. Doi: 10.3390/pharmaceutics13040477 DOI: https://doi.org/10.3390/pharmaceutics13040477

Dzienia, A., et al. (2019). Studying the catalytic activity of DBU and TBD upon water-initiated ROP of ϵ-caprolactone under different thermodynamic conditions. Polymer Chemistry. 10(44):6047-6061. Doi: 10.1039/c9py01134j DOI: https://doi.org/10.1039/C9PY01134J

Farah, S., Anderson, D.G., y Langer, R. (2016). Physical and mechanical properties of PLA, and their functions in widespread applications-A comprehensive review. Advanced Drug Delivery Reviews. 107:367-392. Doi: 10.1016/j.addr.2016.06.012 DOI: https://doi.org/10.1016/j.addr.2016.06.012

Fuoco, T., et al. (2021). Capturing the Real-Time Hydrolytic Degradation of a Library of Biomedical Polymers by Combining Traditional Assessment and Electrochemical Sensors. Biomacromolecules. 22(2):949-960. Doi: 10.1021/acs.biomac.0c01621 DOI: https://doi.org/10.1021/acs.biomac.0c01621

Güney, A., et al. (2018). Thermoplastic PCL-b-PEG-b-PCL and HDI polyurethanes for extrusion-based 3D-printing of tough hydrogels. Bioengineering. 5(4). Doi: 10.3390/BIOENGINEERING5040099. DOI: https://doi.org/10.3390/bioengineering5040099

Jasinska-Walc, L., et al. (2014). Topological behavior mimicking ethylene-hexene copolymers using branched lactones and macrolactones. Polymer Chemistry. 5(10):3306-3310. Doi: 10.1039/c3py01754k DOI: https://doi.org/10.1039/C3PY01754K

Kamber, N.E., et al. (2007). Organocatalytic ring-opening polymerization. Chemical Reviews. 107(12):5813-5840. Doi: 10.1021/cr068415b DOI: https://doi.org/10.1021/cr068415b

Khuenkeao, T., Petchwattana, N., y Covavisaruch, S. (2016). Thermal and mechanical properties of bioplastic poly(lactic acid) compounded with silicone rubber and talc. AIP Conference Proceedings, 1713:1-6. Doi: 10.1063/1.4942294 DOI: https://doi.org/10.1063/1.4942294

Krukiewicz, K., et al. (2019). Analysis of a poly(ε-decalactone)/silver nanowire composite as an electrically conducting neural interface biomaterial. BMC Biomedical Engineering. 1(1):1-12. Doi: 10.1186/s42490-019-0010-3 DOI: https://doi.org/10.1186/s42490-019-0010-3

Lecomte, P., y Jérôme, C. (2012). Recent developments in ring-opening polymerization of lactones. Advances in Polymer Science. 245:173-218. Doi: 10.1007/12_2011_144 DOI: https://doi.org/10.1007/12_2011_144

Lohmeijer, B.G.G., et al. (2006), Guanidine and amidine organocatalysts for ring-opening polymerization of cyclic esters. Macromolecules. 39(25):8574-8583. Doi: 10.1021/ma0619381 DOI: https://doi.org/10.1021/ma0619381

Mohite, K.K., et al. (2016). Cloisite Modified Tin as a Catalyst for the Ring Opening Polymerization of ε-Caprolactone. International Journal of Chemistry. 30(2):2051-2732. Disponible en: https://www.researchgate.net/publication/305401929

Müller, A.J., et al. (2014). Crystallization of PLA-based Materials. En Alfonso Jiménez, Mercedes Peltzer, Roxana Ruseckaite (edit). Poly(lactic acid) Science and Technology: Processing, Properties, Additives and Applications. Pp. 66-98. Doi: 10.1039/9781782624806-00066 DOI: https://doi.org/10.1039/9781782624806-00066

Nifantev, I., e Ivchenko, P. (2019). DFT Modeling of Organocatalytic Ring-Opening Polymerization of Cyclic Esters: A Crucial Role of Proton Exchange and Hydrogen Bonding. Polymers: 11(12):2078. Doi: 10.3390/polym11122078 DOI: https://doi.org/10.3390/polym11122078

Olsén, P., et al. (2013). ε-Decalactone: A thermoresilient and toughening comonomer to poly(l -lactide). Biomacromolecules. 14(8):2883-2890. Doi: 10.1021/bm400733e DOI: https://doi.org/10.1021/bm400733e

Pascual, A., Sardón, H., et al. (2014a). Experimental and computational studies of ring-opening polymerization of ethylene brassylate macrolactone and copolymerization with ε-caprolactone and TBD-guanidine organic catalyst. Journal of Polymer Science, Part A: Polymer Chemistry. 53(4):552-561. Doi: 10.1002/pola.27473 DOI: https://doi.org/10.1002/pola.27473

Pascual, A., Sardon, H., et al. (2014b). Organocatalyzed synthesis of aliphatic polyesters from ethylene brassylate: A cheap and renewable macrolactone. ACS Macro Letters. 3(9):849-853. Doi: 10.1021/mz500401u DOI: https://doi.org/10.1021/mz500401u

Song, D., et al. (2019). Morphology and crystallization kinetics of poly(ethylene brassylate). En APS March Meeting Abstracts, p. L70.071. Disponible en: https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2019APS..MARL70071S

Speranza, V., et al. (2014). Characterization of the polycaprolactone melt crystallization: Complementary optical microscopy, DSC, and AFM studies. The Scientific World Journal. 2014. Doi: 10.1155/2014/720157 DOI: https://doi.org/10.1155/2014/720157

Su, W.-F. (2013). Ring-Opening Polymerization. Stereo Rubbers. Pp. 267-299. Doi: 10.1007/978-3-642-38730-2_11 DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-38730-2_11

Wei, Z., et al. (2019). Synthesis, microstructure and mechanical properties of partially biobased biodegradable poly(ethylene brassylate-co-ε-caprolactone) copolyesters. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 91:255-265. Doi: 10.1016/j.jmbbm.2018.12.019 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2018.12.019

Wu, B.B., Tian, L.L., y Wang, Z.X. (2017). Ring-opening polymerization of rac-lactide catalyzed by crown ether complexes of sodium and potassium iminophenoxides. RSC Advances. 7(39):24055-24063. Doi: 10.1039/c7ra03394j DOI: https://doi.org/10.1039/C7RA03394J

Published

2023-11-08

How to Cite

Téllez, M. A. de J., Robles-González, F., Díaz de León-Gómez, R. E., Ledezma-Pérez, A. S., & López-González, H. R. (2023). Síntesis de poliésteres alifáticos vía polimerización por apertura de anillo organocatalítica: estudio de la influencia de los parámetros de reacción sobre sus propiedades térmicas y estructura molecular. Revista Ciencia UANL, 25(113), 39–47. https://doi.org/10.29105/cienciauanl25.113-2