Kyselina polyasparagová

Kyselina polyasparagová je biologicky rozložitelný a ve vodě rozpustný kondenzační polymer založený na kyselině asparagové.^[1][2] Využít se dá například při změkčování vody.^[3] Chemickým překřížením lze z této látky vytvořit hydrogely,^[4] které jsou citlivé na pH a v kyselých prostředích se smrskávají, zatímco v zásaditých bobtnají.^[4]

Sodnou solí této kyseliny je polyaspartát sodný.

V přírodě se kyselina polyasparagová vyskytuje jako součást bílkovin, kde vytváří řetězce až 50 aminokyselin,^[5] ale nebyla z žádného přírodního zdroje izolována jako čistý homopolymer.^[6]

První izolaci syntetického polyaspartátu sodného, získaného tepelnou kondenzací kyseliny asparagové, popsal Hugo Schiff koncem 19. století;^[7] později navrhl, že meziproduktem této polykondenzace by mohl být polysukcinimid.^[8][9]

Kyselinu polyasparagovou lze získat jak jako samotnou kyselinu, tak i jako sodnou sůl.^[2]

Vzhledem k přítomnosti karboxylových skupin je kyselina polyasparagová aniontovým polyelektrolytem. Přírodní vzorky obsahují α,-propojené molekuly kyseliny L-asparagové;^[5] oproti tomu mohou opakující se jednotky syntetického produktu, v závislosti na stereoizomerii výchozí suroviny (zda jde o kyselinu D- nebo L-asparagovou) a syntetickém postupu, obsahovat čtyři různé izomery. Vzhledem k přítomnosti amidových vazeb je kyselina polyasparagová biologicky rozložitelná.^[2]

Kyselinu polyasparagovou lze získat několika způsoby; nejjednodušší^[10] a nejstarší postup^[6] spočívá v zahřívání kyseliny asparagové za účelem dehydratace, po níž vzniklý polysukcinimid reaguje s vodným roztokem hydroxidu sodného, což vede k částečnému otevírání sukcinimidových kruhů. V tomto kroku se tvoří DL-(α,β)-poly(aspartát) sodný obsahující 30 % α vazeb a 70 % β vazeb^[11] náhodně rozdělených v polymerním řetězci^[12] a racemizované aspartátové chirální centrum.^[13] K vylepšení tepelné polymerizace bylo vyvinuto několik katalyzátorů. Jejich výhodami jsou urychlení reakce a vyšší molekulové hmotnosti produktů.^[14][15]

Další možností výroby kyseliny polyasparagové je polymerizace maleinanhydridu za přítomnosti roztoku hydroxidu amonného.^[2][16]

Polymerizace derivátů N-karboxyanhydridu umožňují řídit uspořádání monomerů^[17] polymerizacemi esterů kyseliny asparagové^[18] nebo využitím enzymů.^[19]

Těmito způsoby je možné získat čisté homopolymery, D- nebo L-polyaspartát obsahující pouze α- nebo β-spojení.

Tvorba kyseliny polyasparagové je příkladem postupné polymerizace za vzniku polyamidu. Kyselina asparagová se může polymerizovat při 180 °C za současné dehydratace a vzniku poly(sukcinimidu). Vzniklý polymer reaguje s hydroxidem sodným za hydrolýzy jedné ze dvou amidových vazeb sukcinimidového kruhu a vytvoří sodný karboxylát; zbývající amidová vazba tak propojí aspartátové zbytky. Tyto aspartátové zbytky se označují α nebo β podle toho, jaký karbonyl je součástí polymerního řetězce. U α formy se nachází polymerní řetězec o jeden uhlík vedle karbonylu, zatímco v případě β formy je vzdálen o dva uhlíky. Uvedenou reakcí vzniká poly(aspartát) sodný obsahující přibližně 30 % spojení α a 70 % spojení β-.^[2]

Kyselina polyasparagová jsou biologicky rozložitelnými alternativami polyaniontových materiálů, jako je kyselina polyakrylová.^[20] Mohou bránit ukládání uhličitanu vápenatého, síranu vápenatého, síranu barnatého a fosforečnanu vápenatého a být použity při odsolování vody a zpracovávání odpadních vod.^[21]

Chelatační vlastnosti této látky lze využít k ochraně před korozí.^[22] Ta také může sloužit jako detergent a dispergační látka.^[23]

Polyaspartát má rovněž využití v biomedicíně. Jeho vysokou afinitu k vápníku lze uplatnit v cíleném doručování léčiv do kostí.^[2] Hlavní složkou kostí (kolem 70 %) je hydroxyapatit (mineralizovaný fosforečnan vápenatý). Upravený polyaspartát lze použít i v jiných oblastech biomedicíny.^[2]

Protože se dá vyrobit způsobem šetrným k životnímu prostředí a navíc se vyznačuje biologickou rozložitelností, tak může být kyselina polyasparagová náhradou některých materiálů, například polyakrylátu sodného, při výrobě plenek a v zemědělství.^[24][25][26] Polyaspartát může sloužit jako nasákavý materiál na obaly od potravin.^[27] Míra nasákavosti, související s mechanickými vlastnostmi hydrogelu, může být upravována změnami hustoty překřížení ve struktuře.^[4]

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Polyaspartic acid na anglické Wikipedii.

• Polyaspartátové estery