Transcript Polikondensacja kwasu glikolowego

Poliglikolid, poli(kwas glikolowy)
O
H
O H
O
n
O
OH
HO
O
O
O
O
kwas glikolowy
Tg = 35-40 C
Tm = 225-230 C
% kryst. = 45-55
glikolid
Poliglikolid, poli(kwas glikolowy) - otrzymywanie
n
OH
HO
H
O H
O
O
n
O
+
(n-1) H2O
Polikondensacja kwasu glikolowego
1. 175-185 C pod ciśnieniem atmosferycznym
2. Ogrzewanie pod próżnią 2h, 150 mmHg
O
H
O H
O
n/2
m
O
O
H
O
O H
O
n
O
O
oligomer
HMW PGA
195 C – 2h
230 C – 0,5h
Polimeryzacja glikolidu
ROP – ring opiening polymerization
Mech. Anionowy, kationowy i koordynacyjny
Poliglikolid, poli(kwas glikolowy) - otrzymywanie
n
ONa
Cl
Cl
O Na
O
n
O
+
O
(n-1) NaCl
Termicznie indukowana SSP halogenooctanów
SSP – solid state polycondensation 160 -180 C
CO
+
CH 2O
H
O H
O
n
O
Reakcja CO z formaldehydem lub jego pochodną:
paraformaldehydem lub trioksanem
180C, 2h, kwas chlorosulfonowy (kat.), rozpuszczalnik
O
HO
O
n
OH
paraformaldehyd
O
O
trioksan
Poliglikolid, poli(kwas glikolowy) - degradacja
-Niestabilny hydrolitycznie
-Proces degradacji dwustopniowy typu erozyjnego
1.
2.
3.
4.
5.
Dyfuzja wody do obszarów amorficznych > hydroliza wiązań estrowych
Powstaje rozpuszczalny w wodzie monomer i oligomery, które dyfundują na zewnątrz
Kwas i woda atakują fazę krystaliczną powodując hydrolizę wiązań estrowych
Faza krystaliczna ulega rozpuszczaniu i dalszej degradacji
Łańcuch hydrolizowany jest w sposób przypadkowy
- Produkt hydrolizy – kwas glikolowy jest nietoksyczny, zostaje włączony
do „cyklu kwasu cytrynowego”, z którego wychodzi w postaci CO2 i H2O,
kwas glikolowy może również zostać wydalony z moczem
Utrata właściwości mechanicznych : 50% po 2 tygodniach
100% po 4 tygodniach
Poliglikolid, poli(kwas glikolowy) - zastosowania
Nici chrurgiczne : Dexon, Surgicryl
Gładkie, miękkie, łatwe w wiązaniu
Pokryte L-lizyną i stearynianami
Nici chrurgiczne :
- sterylizacja tlenkiem etylenu
- całkowita absorbcja od 60-90 dni w postaci monomeru
- charakteryzują się:
- dużą początkową odpornością na rozciąganie,
- dużą łatwością przechodzenia przez tkanki,
- łatwością obsługi (wiązania, węzły nie rozwiązują się)
Poliglikolid, poli(kwas glikolowy) - zastosowania
Urządzenia implantowalne : pierścienie, płyty, pręty, śruby
Inżynieria tkankowa (skafoldy w postaci tkanin otrzymywanych z długich
nici łączonych chemicznie, termicznie lub mechanicznie – non-woven
fabrics)
Kontrolowane dozowanie leków
Polihydroksyalkaniany
C 2H 5 O
CH 3 O
H
O
n
PHB
OH
H
O
n
OH
PHV
Liniowe poliestry produkowane w wyniku bakteryjnej fermentacji cukrów lub lipidów
Stanowią naturalne magazyny węgla i energii dla komórek
Występują w postaci oleistych wtrąceń w komórkch (rozpuszczają się w CHCl3)
Mogą składać się ze 150 różnych monomerów, które łączą się w różnych kombinacjach
i dają materiały o bardzo różnych właściwościach
Należą do grupy biopolimerów ulegających biodegradacji
Termoplasty, mogą być elastomerami
Należą do poliestrów optycznie czynnych
Ze względu na stereospecyficzność enzymu wszystkie jednostki są w konfiguracji R.
Polihydroksyalkaniany otrzymywanie
Biosynteza – mikroorganizmy umieszcza się w odpowiednim
medium, gdzie są dokarmiane i mnożą się b. szybko,
Gdy populacja osiągnie właściwy poziom zmienia się skład
pożywki, aby zmusić bakterie do produkcji PHA.
Można otrzymać PHA w ilości do 80% suchej masy bakterii.
azotobacter chroococcum
Biosynteza PHA następuje zwykle w wyniku deficytu
pewnych składników np. mikroelementów lub
makroeklementów: P, N, O w pożywieniu przy jednoczesnym
Nadmiarze źródła węgla.
alcaligenes eutrophus
Polihydroksyalkaniany otrzymywanie
thermoplastic homopolyester built of 3-hydroxy butyric acid
Fermentation
A selected soil bacterium is used as production strain for Biomer formulations. The bacteria
are grown in an aqueous medium at 35°C in a steam of air. Sugar is used as feed stock. At the
end of the fermentation process PHB makes up some 80% of the bacterial dry mass. About 100
kg of PHB are produced per m³ of fermentation medium.
Polihydroksyalkaniany otrzymywanie
Polihydroksyalkaniany otrzymywanie
Extraction
After the fermentation the bacteria are collected and washed. PHB is extracted with a solvent
and separated from the remaining biomass. By injecting the solvent into water, PHB precipitates
as white powder of a purity of over 98%. The solvent is recycled in a closed system.
Polimer termoplastyczne o właściwościach zbliżonych do polipropylenu
Odporne na działanie promieniowania UV
Mała chłonność wody
P(3HB) raczej kruchy i sztywny
Kopolimery P(3HB-co-3HV) charakteryzują się lepszą przetwarzalnością,
udarnością i elastycznością
Remarks on biodegradation
PHB is a biological storage material that is used by bacteria and fungi as feed source. The same is true
for articles made of Biomer resins: they act as food supply to microorganisms and thus are biodegraded.
PHB serves as nutrient only, when phosphates, nitrogen, salts, humidity, and heat allow the
microorganisms to grow. Such conditions are present in composts and, in part, in the soil, but not under
the conditions of typical use of injection molded or extruded articles. Therefore articles made of PHB stay
unharmed for years.
Polihydroksyalkaniany ulegają degradacji w środowisku naturalnym
Szybkość degradacji zależy od: temperatury, stopnia wilgotności, pH, rodzaju pożywki
Mechanizm degradacji jest typu erozyjnego – przebiega na powierzchni
Ciężar cząsteczkowy polimeru wewnątrz kształtki nie ulega zmniejszeniu
Polihydroksyalkaniany zastosowanie
opakowania żywnosci
higiena osobista
wyroby odlewnicze
przemysł:
- rolny,
- elektryczny,
- chemiczny,
- medyczny:
a) nici chirurgiczne, b) nity, c) śruby, d)płytki
kostne, e)bariery antyadhezyjne, f) stenty, g)
skafoldy, h) substytuty skóry, i) opatrunki, j)
siatki chirurgiczne
- samochodowy
biokompozyty
pianki
Metabolix U.S.A
PHB Industrial S.A. Brazylia
Tjanan Biologic Material Chiny
Biomer Niemcy
W przyszłości produkcja
Z roślin transgenicznych
np. bawełna, rzepak
Polibezwodniki
Adv. Drug Deliv. Reviews 54(2002) 889-910
Polimery opracowane do systemów szybkiego dozowania leków i czynników biologicznych
Bardzo szybko degradują, mają słabe właściwości mechaniczne
There are three main classes of polyanhydrides: aliphatic, unsaturated, and aromatic.
Aliphatic polyanhydrides consist of groups containing carbon atoms bonded in straight or branched chains. (crystalline structure,
melting temperature range of 50–90 °C, and solubility in chlorinated hydrocarbons. They degrade and are eliminated from the body
within weeks of being introduced.
Unsaturated polyanhydrides consist of organic groups with one or more double bonds (or degrees of unsaturation).
This class of polymers has a highly crystalline structure and is insoluble in common organic solvents.
Aromatic polyanhydrides consist of groups containing an aromatic ring. Properties of this class include a crystalline structure,
insolubility in common organic solvents, and melting points greater than 100 °C. They are very hydrophobic and therefore degrade
slowly when in the bodily environment. This slow degradation rate makes aromatic polyanhydrides less suitable for drug delivery
when used as homopolymers, but they can be copolymerized with the aliphatic class to achieve the desired degradation rate.
Polibezwodniki - nomenklatura
Kopolimery bezwodnika maleinowego –
hydroliza wiązania bezwodnikowego
nie prowadzi do spadku
ciężaru cząsteczkowego
Polibezwodniki - synteza
Polibezwodniki – cechy charakterystyczne
Ograniczenia:
-niestabilne hydrolitycznie ,
(trzeba przechowywać z dala od wilgoci, zamrożone)
-słaba wytrzymałość mechaniczna,
(nie tworzą folii i włókien)
Polibezwodniki – otrzymywanie systemów dozowania leków
- Z wykorzystaniem rozpuszczalnika – polimery o dobrej rozpuszczalności
w rozpuszczalnikach organicznych
- W stanie stopionym - polimery o niskiej Tm
-Prasowanie proszku (zawierającego lek) – polimery o wysokiej Tm
Wszystkie operacje należy wykonywać w środowisku bezwodnym
Polibezwodniki – degradacja i zastosowania
- Mechanizm - erozja powierzchniowa
- Woda nie wnika do wnętrza polimeru
- Polimer jest degradowany warstwa po warstwie
- Taki system jest najlepszy do systemów dozowania leków
- Pozwala na dobrą kontrolę nad czasem dozowania
i dawką leku