Polyasparaginsäure - Polyaspartic acid
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| Namen | |
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| Andere Namen
PASP
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| Bezeichner | |
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CompTox-Dashboard ( EPA )
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| Eigenschaften | |
| (C 4 H 5 NO 3 ) n | |
| Molmasse | Variable |
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Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich die Daten auf Materialien im Standardzustand (bei 25 °C [77 °F], 100 kPa). |
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| Infobox-Referenzen | |
Polyasparaginsäure (PASA) ist eine biologisch abbaubare , wasserlösliche polymerisierte Aminosäure . Es ist ein biologisch abbaubarer Ersatz für Wasserenthärter und verwandte Anwendungen. PASA kann mit einer Vielzahl von Methoden chemisch vernetzt werden, um PASA- Hydrogele zu erhalten . Die resultierenden Hydrogele sind pH-empfindlich, so dass sie unter sauren Bedingungen schrumpfen, während die Quellfähigkeit unter alkalischen Bedingungen zunimmt.
In der Natur wurde PASA in Form von Fragmenten größerer Proteine mit einer Länge von bis zu 50 Aminosäuren gefunden, wurde jedoch bis 2004 nicht als reines homopolymeres Material aus einer natürlichen Quelle isoliert. Die erste Isolierung von synthetischem oligomerem Natriumpolyaspartat, das durch thermische Polykondensation von Asparaginsäure erhalten wurde, wurde Ende des 19. Jahrhunderts von Hugo Schiff beschrieben . Später wurde vorgeschlagen, dass der thermische Polymerisationsprozess über ein Polysuccinimid- Zwischenprodukt führt. Polyasparaginsäure wird sowohl in Säureform als auch als Natriumpolyaspartatsalz industriell hergestellt .
Eigenschaften und Struktur
Aufgrund des Vorhandenseins von Carboxylgruppen ist es ein Polyelektrolyt mit anionischem Charakter. Natürlich vorkommende PASA-Fragmente bestehen aus α, -gebundener L- Asparaginsäure. Im Gegensatz dazu die Wiederholungseinheit von synthetischen Polyasparaginsäure kann in vier isomeren Formen vorliegt, abhängig von der Stereochemie des Ausgangsmaterials ( D - und L - Asparaginsäure ) und Syntheseverfahren zu a und β Verbindungen führen. Aufgrund des proteinartigen Rückgrats (Anwesenheit einer Amidbindung im Rückgrat) besitzt PASA eine geeignete biologische Abbaubarkeit .
Synthese
Viele verschiedene Wege führen zu PASA. Bei der einfachsten und ältesten Methode wird Asparaginsäure erhitzt, um eine Dehydratisierung herbeizuführen. In einem nachfolgenden Schritt wird das resultierende Polysuccinimid mit wässrigem Natriumhydroxid behandelt , was zu einer teilweisen Öffnung der Succinimidringe führt . In diesem Prozess natrium DL - (α, β) -Poly (aspartat) mit 30% α-Verknüpfungen und 70% β-Bindungen statistisch entlang der Polymerkette verteilt, und racemisiert Chiralitätszentrum von Asparaginsäure hergestellt. Es wurde über viele Katalysatoren zur Verbesserung des thermischen Polymerisationsverfahrens berichtet. Die Hauptvorteile ihrer Anwendung sind die Erhöhung der Umwandlungsrate und das höhere Molekulargewicht des Produkts. Polyasparaginsäure kann auch durch Polymerisation von Maleinsäureanhydrid in Gegenwart von Ammoniumhydroxid synthetisiert werden . Eine hohe Kontrolle über sich wiederholende Einheitsisomere kann durch Polymerisation von N-Carboxyanhydrid (NCA)-Derivaten, durch Polymerisation von Asparaginsäureestern oder durch Anwendung einer enzymkatalysierten Reaktion erreicht werden. Reine Homopolymere, D- oder L- PASA nur mit α- oder β-Bindungen, können unter Verwendung dieser Verfahren synthetisiert werden.
Anwendungen
Polyasparaginsäure und ihre Derivate sind biologisch abbaubare Alternativen zu herkömmlichen polyanionischen Materialien, insbesondere Polyacrylsäure . PASA hat die Fähigkeit, die Ablagerung von Calciumcarbonat, Calciumsulfat, Bariumsulfat und Calciumphosphat zu hemmen und kann als Antikalkmittel in Kühlwassersystemen, Wasserentsalzungsprozessen und Abwasserbehandlungsvorgängen verwendet werden. Darüber hinaus und aufgrund seiner Fähigkeit, Metallionen zu chelatisieren, wirkt es Korrosionshemmung . Es kann als superquellendes Material in Windeln , Damenhygieneprodukten und Lebensmittelverpackungen wirken. Der Grad der Wasseraufnahme, der umgekehrt zu den mechanischen Eigenschaften des Hydrogels steht, kann durch Änderung der Vernetzungsdichte eingestellt werden. Es kann auch als biologisch abbaubares Wasch- und Dispergiermittel für verschiedene Anwendungen verwendet werden.
PASA hat auch eine Vielzahl von biomedizinischen Anwendungen. Seine hohe Affinität zu Calcium wurde ausgebeutet Targeting verschiedene Formen von arzneimittelhaltigen Träger zu den Knochen . Der Hauptbestandteil des Knochens ist Hydroxylapatit (ca. 70 %) (mineralisiertes Calciumphosphat ). Abgesehen vom Knochen-Targeting wurde PASA für andere biomedizinische Anwendungen wie Wirkstoffabgabe , Oberflächenbeschichtung, DNA-Abgabe, Mukoadhäsion und darüber hinaus modifiziert .