АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ ПОЛИЭФИРОВ НА ОСНОВЕ ЯБЛОЧНОЙ КИСЛОТЫ И ЕЕ СЛОЖНОГО ЭФИРА
Аннотация
Получены четыре полиэфира на основе яблочной кислоты и ее дибутилового эфира. В качестве сомономеров использовали этиленгликоль и 1,4-бутандиол. Реакцию поликонденсации кислоты гликолями осуществляли без катализатора, а переэтерификацию сложного эфира гликоля – в присутствии тетрабутоксититана в количестве 1% масс. При поликонденсации яблочную кислоту расплавляли и растворяли в гликолях при температуре 100 °С для предотвращения реакции внутримолекулярной дегидратации. Реакции осуществляли в течение 3 ч при перемешивании и постепенном нагревании реакционной массы. Процессы проводили в токе азота для удаления образующихся низкомолекулярных продуктов, которые конденсировали в приемнике и анализировали методом газо-жидкостной хроматографии. Контроль реакции поликонденсации осуществляли по молекулярной массе, определяемой методом вискозиметрии. Структуру полученных полиэфиров определяли с помощью ИК и (1Н, 13С) ЯМР спектроскопии. Полученные образцы полимеров представляют собой смолообразную массу от светло-желтого до светло-коричневого цвета со средними молекулярными массами от 2000 до 4000 г/моль. Анализ ИК спектров показал, что в образцах, полученных переэтерификацией сложного эфира, интенсивность полосы гидроксильной группы больше, чем у полимеров на основе кислоты и диола. Это отличие может объясняться протеканием реакции самоконденсации яблочной кислоты, что косвенно подтверждает наличие разветвлений полимерной цепи. Анализ (1Н, 13С) ЯМР спектров подтверждает, что в процессе поликонденсации яблочной кислоты с диолами проходит побочная реакция самополиконденсации кислоты с образованием разветвленных полимерных звеньев, а в случае применения в качестве мономера сложного эфира получается полиэфир линейной структуры. Во всех полученных образцах полиэфиров также наблюдали наличие в структуре непредельных связей. Это подтверждает, что в условиях синтеза проходила побочная реакция внутренней дегидратации яблочной кислоты. Для снижения непредельности полиэфиров процесс поликонденсации необходимо проводить при более низкой температуре.
Литература
Seyednejad H., Ghassemi A.H., van Nostrum C.F., Vermonden T., Hennink W.E. Functional aliphatic polyes-ters for biomedical and pharmaceutical applications. J. Control. Release. 2011. V. 152, N 1. P. 168-176. DOI: 10.1016/j.jconrel.2010.12.016.
Siracusa V., Rocculi P., Romani S., Dalla Rosa M. Bio-degradable polymers for food packaging: a review. Trends Food Sci. Technol. 2008. V. 19. N 12. P. 634-643. DOI: 10.1016/j.tifs.2008.07.003.
Legonkova O.A., Asanova L.Y. Linear polyesters in modern medicine. Vysokotekhnol. Meditsina. 2017. N 1. P. 16-31 (in Russian).
Vildanov F.Sh., Latypova F.N., Krasutskii P.A., Chanyshev R.R. Biodecomposed polymers – a current state and use prospects. Bashkir. Khim. Zhurn. 2012. V. 19. N 1. P. 135-139 (in Russian).
Glotova V.N., Novikov V.T., Ushakova T.V. Preparation of lactic acidoligomer. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2019. V. 62. N 6. P. 23-28 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20196206.5859.
Jiang M., Ma J., Wu M., Liu R., Liang L., Xin F., Zhang W., Jia H., Dong W. Progress of succinic acid production from renewable resources: Metabolic and fermentative strategies. Biores. Technol. 2017. V. 245. N B. P. 1710-1717. DOI: 10.1016/j.biortech.2017.05.209.
Putri D.N., Sahlan M., Montastruc L., Meyer M., Negny S., Hermansyah H. Progress of fermentation methods for bio-succinic acid production using agro-industrial waste by Actinobacillus succinogenes. Energy Reports. 2020. V. 6. Suppl. 1. P. 234-239. DOI: 10.1016/j.egyr.2019.08.050.
Oswald F., Dörsam S., Veith N., Zwick M., Neumann A., Ochsenreither K., Syldatk C. Sequential mixed cul-tures: from syngas to malic acid. Front. Microbiol. 2016. V. 7. P. 891. DOI: 10.3389/fmicb.2016.00891.
Qiu Y., Wanyan Q., Xie W., Wang Z., Chen M., Wu D. Green and biomass-derived materials with controllable shape memory transition temperatures based on cross-linked Poly(l-malic acid). Polymer. 2019. V. 180. P. 121733. DOI: 10.1016/j.polymer.2019.121733.
Ouchi T., Fujino A., Tanaka K., Banba T. Synthesis and antitumor activity of conjugates of poly(α-malic acid) and 5-fluorouracils bound via ester, amide or carbamoyl bonds. J. Control. Release. 1990. V. 2. N 12. P. 143-153. DOI: 10.1016/0168-3659(90)90090-g.
Wang J., Ni C., Zhang Y., Zhang M., Li W., Yao B., Li Zhang L. Preparation and pH controlled release of polyelectrolyte complex of poly(l-malic acid-co-d,l-lactic acid) and chitosan. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2014. V. 115. P. 275-279. DOI: 10.1016/j.colsurfb.2013.12.018.
Pinto S.C., Moine L, Tessier B, Nicolas V, dos Santos O.D.H., Fattal E. Pyrazinoic acid-Poly(malic acid) biode-gradable nanoconjugate for efficient intracellular delivery. Prec. Nanomed. 2019. V. 2. N 3. P. 303-317. DOI: 10.33218/prnano2(3).190523.1.
Caruelle J.-P., Barritault D., Jeanbat-Mimaud V., Cammas-Marion S., Langlois V., Guerin P., Barbaud C. Bioactive functionalized polymer of malic acid for bone re-pair and muscle regeneration. J. Biomater. Sci. 2000. V. 11. N 9. P. 979-991. DOI: 10.1163/156856200744147.
Lee B.-S., Holler E. β-Poly(L-malate) production by non-growing microplasmodia of Physarum polycephalum: Effects of metabolic intermediates and inhibitors. FEMS Microbiol. Lett. 2000. V. 193. N 1. P. 69-74. DOI: 10.1016/S0378-1097(00)00457-2.
Kajiyama T., Taguchi T., Kobayashi H., Kataoka K., Tanaka J. Physicochemical properties of high-molecular-weight poly(α,β-malic acid) synthesized by direct polycon-densation. Polymer Bull. 2003. V. 50. N 1. P. 69-75. DOI: 10.1007/s00289-003-0143-2.
Belcheva N., Zlatkov T., Panayotov I.M., Tsvetanov C. Poly(ether-ester) networks prepared by polycondensation of R,S-malic acid with diols and polyether alcohols in the pres-ence of N,N′-dicyclohexylcarbodiimide. Polymer. 1993. V. 34. N 10. P. 2213-2217. DOI: 10.1016/0032-3861(93)90753-W.
Hahn C., Wesselbaum S., Keul H., Möller M. OH-functional polyesters based on malic acid: Influence of the OH-groups onto the thermal properties. Eur. Polymer J. 2013. V. 49. N 1. P. 217-227. DOI: 10.1016/j.eurpolymj.2012.09.020.
Bikiaris D.N., Achilias D.S. Synthesis of poly(alkylene succinate) biodegradable polyesters, Part II: Mathematical modelling of the polycondensation reaction. Polymer. 2008. V. 49. N 17. P. 3677-3685. DOI: 10.1016/j.polymer.2008.06.026.
Kuzmina N.S., Portnova S.V., Krasnykh E.L. Esterification of malic acid on various catalysts. Tonkie Khim. Tekhnol. 2020. V. 2. N 15. P. 47-55 (in Russian). DOI: 10.32362/2410-6593-2020-15-2-47-55.
Sheikholeslami S.N., Rafizadeh M., Taromi F.A., Shirali H., Jabbari E. Material properties of degradable Poly(butylene succinate-co-fumarate) copolymer networks synthesized by polycondensation of pre-homopolyesters. Polymer. 2016. V. 98. P. 70-79. DOI: 10.1016/j.polymer.2016.06.012.
Bikiaris D.N., Papageorgiou G.Z., Achilias D.S. Synthesis and comparative biodegradability studies of three poly(alkylene succinate)s. Polymer Degrad. Stabil. 2006. V. 91. N 1. P. 31-43. DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2005.04.030.
Mahmud A., Bakr M.A. Poly(maleic acid-co-propane-1,2-diol-co-adipic acid) for pH-triggered drug delivery. React. Funct. Polymers. 2015. V. 96. P. 21-24. DOI: 10.1016/j.reactfunctpolym.2015.09.002.
Petukhov B.V. Polyester fibers. M.: Khimiya. 1976. 272 p. (in Russian).
Parcheta P., Datta J. Structure-rheology relationship of fully bio-based linear polyester polyols for polyurethanes - Synthesis and investigation. Polymer Testing. 2018. V. 67. P. 110-121. DOI: 10.1016/j.polymertesting.2018.02.022.
Kajiyama T., Kobayashi H., Morisaku K., Taguchi T., Kataoka K., Tanaka J. Determination of end-group struc-tures and by-products of synthesis of poly(α,β-malic acid) by direct polycondensation. Polymer Degrad. Stabil. 2004. V. 84. N 1. P. 151-157. DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2003.10.005.
Kajiyama T., Taguchia T., Kobayashia H., Kataokaa K., Tanaka J. Synthesis of high molecular weight poly(α,β,-malic acid) for biomedical use by direct polycondensation. Polymer Degrad. Stabil. 2003. V. 81. P. 525–530. DOI: 10.1016/S0141-3910(03)00153-8.
Nagata M., Kono Y., Sakai W., Tsutsumi N. Preparation and Characterization of Novel Biodegradable Optically Active Network Polyesters from Malic Adic. Macromolecules. 1999. V. 32. N 23. P. 7762-7767. DOI: 10.1021/ma9909071.
Spectral database for organic compounds, National Institute of Advanced. [Electronic resource]. URL: http://riodb01.ibase.aist.go.jp. (Дата обращения: 17.12.2020).
Qiu Y., Wanyan Q., Xie W., Wang Z., Chen M.,Wu D. Green and biomass-derived materials with controllable shape memory transition temperatures based on cross-linked Poly(l-malic acid). Polymer. 2019. V. 180. P. 121733. DOI: 10.1016/j.polymer.2019.121733.
Kajiyama T., Kobayashi H., Morisaku K., Taguchi T., Kataoka K., Tanaka J. Determination of end-group struc-tures and by-products of synthesis of poly(α,β-malic acid) by direct polycondensation. Polymer Degrad. Stabil. 2004. V. 84. N 1. P. 151-157. DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2003.10.005.
