25.01.2021 - Seoul National University

Los polímeros degradables a base de azúcar pueden almacenar y liberar carga molecular útil

Opciones para el reciclaje de plásticos químicos

Los polímeros degradables de base biológica ofrecen opciones para el reciclaje químico, y pueden ser una herramienta para almacenar y liberar moléculas útiles. Los científicos han desarrollado una clase de polímeros basados en el azúcar que son degradables a través de la hidrólisis ácida. Los investigadores también integraron moléculas de "carga" en el polímero, que están diseñadas para separarse después de la degradación del polímero. Los polímeros degradables que llevan carga son importantes para las aplicaciones médicas y de sensores, dice el estudio publicado en la revista Angewandte Chemie.

La mayoría de los plásticos resisten los procesos naturales de degradación. En consecuencia, la creciente contaminación del medio ambiente con plásticos ha llevado a la demanda de plásticos degradables. Estos materiales pueden ser sometidos a procesos de reciclaje químico, en los que las reacciones químicas rompen los enlaces de los polímeros. La industria recupera entonces los monómeros y los vuelve a someter a la polimerización, o bien recoge las pequeñas moléculas resultantes como bloques de construcción útiles para posteriores reacciones.

Sin embargo, los polímeros degradables requieren un diseño de polímero más elaborado. Los vínculos entre los bloques de construcción del polímero deben ser sensibles a los tratamientos químicos o enzimáticos. Además, los polímeros sostenibles deberían estar hechos de materias primas de origen biológico.

Tae-Lim Choi y sus colegas de la Universidad Nacional de Seúl (Corea del Sur) han encontrado una forma de producir polímeros de alta calidad a partir de monómeros basados en la xilosa. La xilosa es un azúcar que se encuentra en las paredes celulares de las plantas. El método que utilizan consiste en preparar los monómeros a base de xilosa, incluida la fijación de grupos de enlace, y hacer reaccionar los monómeros en un proceso de polimerización denominado polimerización de metátesis en cascada.

Para comprobar si esos materiales plásticos son degradables, los investigadores trataron los polímeros a base de xilosa con ácido clorhídrico, un tratamiento que se encuentra comúnmente en los procedimientos de reciclado químico. Los investigadores descubrieron que la degradabilidad dependía del tipo de unión. Si el polímero contenía una unión hecha de un átomo de carbono, el polímero resistía la hidrólisis, pero las uniones hechas con átomos de nitrógeno u oxígeno conducían a una degradación inmediata.

Los polímeros con un enlace basado en el nitrógeno daban lugar a compuestos llamados pirroles, mientras que los que se hacían con el oxígeno producían furanos. Tanto los pirroles como los furanos son compuestos abundantes y naturales. Sin embargo, los investigadores aconsejan cuidado: "Se sabe que los derivados de los furanos tienen una amplia gama de actividad biológica, que debe tenerse en cuenta al identificar las aplicaciones de estos materiales poliméricos", dijeron.

En los copolímeros en bloque, diferentes "bloques" de hebras poliméricas más cortas se unen entre sí. En consecuencia, los copolímeros en bloque tienen propiedades que se derivan de las de los bloques individuales. Como se pueden fabricar muchos materiales funcionales con copolímeros en bloque, los autores comprobaron si los copolímeros en bloque a base de xilosa que contienen bloques con enlaces no degradables también se desintegrarían mediante tratamiento con ácido. Lo hicieron. "Después de 24 h, también el bloque que contiene enlaces de carbono se degradó casi por completo a pequeñas moléculas, quedando sólo un poco de material oligomérico", informaron los autores.

Los investigadores también integraron pequeñas moléculas reporteras en los polímeros. La hidrólisis ácida de los polímeros con enlaces de oxígeno produjo derivados de furano, que posteriormente liberaron para-nitrofenol como molécula reportera. "Este tipo de carga permite una fácil cuantificación de la liberación. Sin embargo, puede ser sustituido por otros compuestos, que ejercen diversas funciones después de su liberación", dice Choi.

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