COPOLIMERI IONICI RETICULATI FUNCTIONALIZATI CU GRUPE DE ACID HIDROXAMIC

COPOLIMERI IONICI RETICULATI FUNCTIONALIZATI CU GRUPE DE ACID HIDROXAMIC

1. Sinteza copolimerilor ionici reticulați functionalizati cu grupe de acid hidroxamic

Grupele de acid hidroxamic pot forma complecși cu o gama larga de metale și din aceasta cauza copolimerii ionici conținand aceste grupe funcționale au potențiale aplicații in numeroase domenii [51-58]. Acidul hidroxamic exista in soluție in 2 forme tautomere (Schema ):

Schema 12

Forma "cetonica" predomina in mediu acid, iar forma "enolica" in mediu alcalin. In funcție de starea de valența a ionului metalic și de concentrația grupelor hidroxamat, mai mult de 1 grupa hidroxamat va forma un complex in soluție. Accesibilitatea la mai mult de 1 grupa hidroxamat a unui cation polivalent depinde de cațiva factori incluzand rotația libera a grupelor pendante -CO-NHOH, care prezinta rigiditate datorita reticularii matricei polimerului. Un numar mare de polimeri chelatizanți cu grupe de acid hidroxamic au fost sintetizați utilizand diverse matrici polimere și diferite metode. Lee și colab. [51] au preparat copolimeri ionici conținand grupe de acid hidroxamic (Schema ) prin reacția hidroxilaminei cu poli(acrilatul de etil) reticulat cu DVB și un agent de reticulare hidrofil.

Schema 13

Autorii au folosit drept agenți de reticulare hidrofili: etilenglicol dimetacrilat (EGDMA) sau butandioldimetacrilat (BDDMA). Mecanismul de substituție nucleofila a esterilor cu un agent nucleofil (in acest caz, hidroxilamina), in prezența bazelor este prezentat in Schema 14.

Schema

Alți autori [52] au obținut copolimeri ionici conținand grupe de acid hidroxamic prin reacția de hidroliza bazica a copolimerilor poroși, poli[MAA-co-trietilenglicol dimetacrilat (TEGDMA)], obținuți prin tehnica polimerizarii in suspensie (Schema.). Conținutul de grupe de acid hidroxamic a fost determinat din analiza conținutului de azot. S-a observat ca odata cu creșterea duratei reacției de hidroliza s-a marit conținutul de grupe de acid hidroxamic, iar la o durata a reacției mai mare de 3 h, particulele de copolimer ionic au inceput sa se degradeze.

Copolimeri ionici conținand grupe de acid hidroxamic au fost obținuți și din poli(acrilat de metil) (PMA)-grefat pe amidon [53]. Copolimerul PMA-g-amidon s-a obținut prin polimerizare radicalica, in prezența azotatului de ceriu și amoniu drept inițiator. Transformarea grupelor esterice din copolimerul PMA-g-amidon in grupe de acid hidroxamic s-a efectuat prin tratare cu o soluție alcalina de hidroxilamina. Copolimeri ionici conținand grupe de acid hidroxamic au fost obținuți și prin tratarea cu hidroxamat de potasiu, in etanol, a poli(N-vinilpirolidonei) reticulate și grefate cu acrilat de etil [54].

Neagu

Alakhras

2. Aplicații ale copolimerilor ionici reticulați functionalizati cu grupe de acid hidroxamic

Copolimerii ionici avand grupe de acid hidroxamic sunt utilizați in special pentru reținerea ionilor metalici. Aceasta utilizare deriva din faptul ca grupele hidroxamice pot forma complecși cu o mare varietate de ioni metalici (Cu²⁺, Fe³⁺, Cr³⁺, Zn²⁺, Ag⁺, Co²⁺, VO₂⁺, Ni²⁺ etc.) [51-58]. Viteza de adsorbție a ionilor metalici este influențata de: timpul de contact, pH, natura contraionilor, precum și de tipul și cantitatea agentului de reticulare folosit. Lee și colab. [51] au urmarit proprietațile de legare ale copolimerilor ionici avand grupe de acid hidroxamic, pe baza de poli(acrilat de etil) reticulat cu DVB in diferite proporții (5%, 8%, 12%, 15%), pentru ionii de Cu²⁺, Fe³⁺, Hg²⁺, VO₂⁺ și UO₂²⁺. S-a observat ca odata cu creșterea conținutului de DVB a scazut capacitatea de adsorbție a copolimerilor ionici pentru ionii de Cu²⁺, Fe³⁺ și VO₂⁺. Acesta comportare a fost explicata prin faptul ca un conținut mare de DVB in matricea copolimerului a condus la o structura reticulata compacta și rigida. De asemenea, hidrofobia DVB-ului limiteaza difuzia ionilor metalului in copolimer. Condițiile de polimerizare, diluția și gradul de reticulare influențeaza capacitatea de adsorbție a ioniilor de Hg (copolimerul ionic nu reține acești ioni). Rezultatele unei adsorbții competitive pe acești copolimeri au aratat ca ionul de Cu²⁺ este complexat preferențial fața de ionii de Co²⁺ și Ni²⁺. Intr-un mod asemanator, ionul de Fe³⁺ a fost preferențial complexat fața de ionii de Cu²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, VO₂⁺.

Pentru a imbunatați viteza și capacitatea de legare a ionilor de Cu²⁺, Fe³⁺, VO₂⁺ și UO₂²⁺, aceeași autori [55] au sintetizat noi copolimeri ionici cu grupe de acid hidroxamic folosind pe langa acrilat de etil, DVB și un agent de reticulare hidrofil, cum ar fi EGDMA sau BDDMA. Comportarea la adsorbție a copolimerilor ionici conținand grupe de acid hidroxamic fața de ionii de Cu²⁺, Fe³⁺, Cd²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Zn²⁺, Cr³⁺, As³⁺ și Pb²⁺ a fost investigata și de Lutfor și colab. [53]. Studiul a fost condus intr-o soluție tampon de acetat de sodiu, la un pH cuprins intre 2 și 6, și s-a observat ca, odata cu creșterea pH-ului, a crescut și cantitatea de ion metalic adsorbit pe copolimerul ionic. Astfel, copolimerii ionici au manifestat o capacitate mare de adsorbție in special fața de ionii de Cu²⁺, Fe³⁺, Cr³⁺ și Ni²⁺: 3,46, 2,45, 2,34 și respectiv 2,34 mmol/g la pH = 6. Capacitațile de adsorbție ale ionilor de Cu²⁺, Fe³⁺, Cr³⁺, Ni²⁺, Co²⁺, Zn²⁺, Cd²⁺, As³⁺ și Pb²⁺ au fost dependente de pH, ordinea selectivitații copolimerilor ionici fața de ionii acestor metale fiind: Cu²⁺ > Fe³⁺ > Cr³⁺ > Ni²⁺ > Co²⁺ > Zn²⁺ > Cd²⁺ > As³⁺ > Pb²⁺. Complexarea acidului hidroxamic cu ionii metalici divalenți este prezentata in Schema 15.

Schema 15

Numeroși autori menționeaza faptul ca anionul hidroxamat este un ligand bidentat și formeaza un complex in care ionul metalic este legat la ambii atomi de O (Schema 15) [53-56].

Proprietațile de reținere ale copolimerilor ionici cu grupe hidroxamice și amidoxima, pe baza de copolimeri EA/AN/DVB, s-au studiat pentru cationii de Pb²⁺, Cd²⁺, Cu²⁺, Ni²⁺, Zn²⁺, Mn²⁺, și Fe³⁺ din soluții apoase. Capacitatea de reținere a depins de timpul de contact, pH-ul soluției și tipul de contraioni. Rezultatele au aratat ca acest copolimer ionic reține preferențial ionii de Pb²⁺ din amestecurile apoase binare [50].

Hydroxamate-containing polymers that are capable of reversibly binding a number of metal ions (e.g., V5t, Fe3t, Zn2t, Au3t, UO2t) have been proposed for use in several industrial and laboratory applications. These include the removal of metals from water [25], recovery of precious metals and metal catalysts in industrial processes [26] and chromatographic separation [27]. As far as we can determine, no hydroxamate-containing polymers have been proposed to inhibit the activity of the Zn-containing MMPs. In fact, all known references to hydroxamate-containing polymers for biomedical applications deal with the chelation of iron or inhibition of nickel-containing urease: for example, treatment of iron overload from poisoning or transfusiondependent anemias [28,29], the in vivo inhibition of urease to reduce the incidence of infection-induced urinary stones [30] and protection of tissues from iron-catalyzed oxygen free radical damage [31].

[Skarja Biomaterials 30 (2009) 1890-1897]

[25] Vernon F, Eccles H. Chelating ion-exchangers containing N-substituted hydroxylamine functional groups, Part IV. Column separations on a hydroxamic acid resin. Anal Chim Acta 1976;83:187-93.

[26] Vernon F, Zin W. Chelating ion exchangers containing N-substituted hydroxylamine functional groups, Part 6. Sorption and separation of gold and silver by a polyhydroxamic acid. Anal Chim Acta 1981;123:309-13.

[27] Kamble KJ, Patkar DN. Synthesis and characterization of hydroxamic acid resin of poly(4-vinyl-2-carboxybenzophenone). J Appl Polym Sci 1994;52(10):1361-4

[28] Winston A, Varaprasad P, Metterville J, Rosenkrantz H. Evaluation of polymeric hydroxamic acid iron chelators for treatment of iron overload. J Pharmacol Exp Ther 1985;232(3):644-9.

[29] Gehlbach PL, Purple RL, Hallaway PE, Hedlund BE. Polymer conjugation reduces deferoxamine induced retinopathy in an albino rat model. Invest Ophthalmol Vis Sci 1993;34(10):2871-7.

[30] Domb AJ, Langer RS, Cravalho EG, Golomb G, Mathiowitz E, Laurencin CT. Method of making hydroxamic acid polymers from primary amide polymers.US Patent No. 5128420; 1992.

[31] Panter S, Braughler J, Hall E. Dextran-coupled deferoxamine improves outcome in a murine model of head injury. J Neurotrauma 1992;9(1):47-53.

[32] Fingleton B. MMPs as therapeutic targets - still a viable option? Semin Cell Dev Biol 2008;19(1):61-8.