PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ Escuela de Posgrado SINTESIS Y CARACTERIZACIÓN DE POLÍMEROS TELEQUÉLICOS A PARTIR DE 2-ETIL-2- OXAZOLINA Y 2-METOXICARBONILETIL-2- OXAZOLINA Tesis para obtener el grado académico de Maestra en Química que presenta: Hellyn Gudiel Honores Asesor: Dr. Juan Carlos Rueda Sánchez Lima, 2025 Informe de Similitud Yo, JUAN CARLOS RUEDA SANCHEZ, docente de la Escuela de Posgrado de la Pontificia Universidad Católica del Perú, asesor(a) de la tesis/el trabajo de investigación titulado SINTESIS Y CARACTERIZACION DE POLIMEROS TELEQUELICOS A PARTIR DE 2-ETlL-2-OXAZOLlNA Y 2-METOXICARBONILETILQ-OXAZOLINA, del/de la autor(a) / de los(as) autores(as) HELLYN GUDIEL HONORES, dejo constancia de lo siguiente: El mencionado documento tiene un índice de puntuación de similitud de 22%. Así lo consigna el reporte de similitud emitido por el software Turnitin el 15- JULIO2025. He revisado con detalle dicho reporte y la Tesis o Trabajo de Suficiencia Profesional, y no se advierte indicios de plagio. Las citas a otros autores y sus respectivas referencias cumplen con las pautas académicas. Lugar y fecha: LIMA, 17 DE JULIO DEL 2025. Apellidos y nombres del asesor: RUEDA SANCHEZ, JUAN CARLOS DNI: 08948955 Firma ORCO. 321x Dedico esta tesis a la memoria de Pablo Gudiel mi padre, a quien hace 20 años le debía este logro. AGRADECIMIENTOS En primer lugar, agradezco a Dios, por brindarme fortaleza y guiarme en cada etapa de este proceso académico y personal. A mi familia, por su compañía y por estar siempre presentes con su apoyo incondicional. A mi asesor, el Profesor Dr. Juan Carlos Rueda Sánchez, por su orientación y apoyo durante la ejecución y redacción de esta tesis. Agradezco al Dr. Hartmut Komber del Instituto Leibniz de Investigación de Polímeros de Dresden, Alemania (IPF), por su colaboración en la caracterización de polímeros mediante espectroscopia de resonancia magnética nuclear, a la Química Petra Treppe por la caracterización de los telequélicos mediante cromatografía de permeación en gel. Hago extensivo mi agradecimiento a la profesora Dra. Brigitte Voit, directora del IPF, por participar de la investigación conjunta. Finalmente, agradezco a mis compañeros y profesores de la maestría cuyos comentarios y muestras de apoyo me ayudaron a mantener la perseverancia durante el proceso académico. I RESUMEN La presente tesis trata de la síntesis y caracterización de nuevos polímeros telequélicos bifuncionales, preparados a partir de los monómeros 2-etil-2-oxazolina y 2- metoxicarboniletil-2-oxazolina mediante polimerización catiónica por apertura de anillo (CROP), utilizando como iniciador 1,4-trans-dibromobuteno (DBB). Esta investigación responde al interés por el diseño de nuevos materiales poliméricos funcionalizados, para diferentes aplicaciones tecnológicas y biomédicas. La propuesta se basa en el tipo de polimerización de las 2-oxazolinas. La polimerización catiónica “viva” por apertura de anillo (CROP), la cual permite controlar la longitud de la cadena del polímero telequélico formado, y su funcionalización. La metodología para la realización de esta investigación consistió en la síntesis de dos tipos de telequélicos con grupos funcionales terminales. El primer tipo incluyó grupos xantato, y el segundo grupos vinilo. Ambos tipos de polímeros se usaron como precursores en la síntesis de polímeros cíclicos e hidrogeles, respectivamente. Los telequélicos obtenidos fueron caracterizados estructuralmente mediante espectroscopia de resonancia magnética nuclear de protones (1H-RMN) y espectroscopia infrarroja (FTIR). Asimismo, se estudió la ciclación de los telequélicos funcionalizados con etil xantato, obteniéndose polímeros cíclicos y probablemente dímeros poliméricos, que presentaron enlaces disulfuro, después de un proceso de aminólisis y oxidación del grupo etil xantato. En el caso del segundo grupo de telequélicos con grupos terminales vinilo, se obtuvieron estos mediante la polimerización de las 2-oxazolinas utilizando un agente terminador, el cual contendría grupo vinilo. Para esto se elaboró previamente el agente terminador 4- vinilbencilpiperazina. Los telequélicos obtenidos fueron copolimerizados vía polimerización por radicales libres con N-Isopropilacrilamida (NIPAAm) para la II elaboración de hidrogeles no iónicos. Este grupo de telequélicos fue analizado a nivel estructural mediante espectroscopia de resonancia magnética nuclear de protones (1H- RMN), y los hidrogeles producidos se caracterizaron mediante espectroscopia infrarroja (FTIR-ATR). Posteriormente se llevó a cabo la hidrólisis de los grupos éster presentes en estos hidrogeles obteniéndose hidrogeles funcionalizados con grupos ácido carboxílico. A continuación, se evaluaron las propiedades de hinchamiento en medio acuoso, tanto en hidrogeles hidrolizados como en su forma sin hidrolizar. Los resultados de la caracterización para ambos grupos de telequélicos obtenidos, confirmaron la síntesis de las estructuras propuestas. El presente trabajo de investigación fue realizado en el marco del proyecto CAP-2021 “Elaboración de copolímeros cíclicos a partir de 2-oxazolinas” Proyecto -795 de la Dirección de Fomento a la Investigación de la Pontificia Universidad Católica del Perú. III INDICE Resumen …………………………………………………………………… I Índice ………………………………………………………………………... III Índice de Esquemas ………………………………………………………. VIII Índice de Tablas …………………………………………………………….. X Índice de Figuras ………………………………………………….………. XI Lista de abreviaturas……………………………………………………….. XIV Capítulo 1: Introducción …………………………………………………. 1 Capítulo 2: Objetivos ………………………………………………………. 2 2.1. Objetivo general ……………………………………………………… 2 2.2. Objetivos específicos ………………………………………………… 2 Capítulo 3: Marco teórico 3 3.1. Las 2-Oxazolinas ………………………………………………………. 3 3.2. Polimerización de 2-Oxazolinas………………………………………. 4 3.3. Etapas de la polimerización de 2-Oxazolinas ……….……………… 5 3.3.1. Iniciación…………………………………………………………. 5 3.3.1.1. Mecanismo de reacción iónico……….…………… 7 3.3.1.2. Mecanismo de reacción covalente……….………. 8 3.3.2. Propagación……….…………………………………………….. 9 3.3.2.1 Reacciones de transferencia de cadena………. .. 13 3.3.3. Terminación ……….……………………………………………… 15 3.4. Propiedades y aplicaciones de las 2-polioxazolinas……….………… 16 3.5. Polímeros telequélicos……….………………………………………….. 18 IV 3.6. Polímeros telequélicos lineales formados a partir de 2-oxazolinas….. 19 3.6.1. Polímeros telequélicos formados a partir de 2-polioxazolinas terminados en etil xantato de potasio……….…………………. 20 3.6.1.1 Xantatos……….………………………………………….. 20 3.6.1.2 Estabilidad de los xantatos……….…………………….. 20 3.6.1.3 Polimerización de telequélicos de 2- polioxazolinas terminados en etil xantato ……….……………………. 22 3.6.2. Polímero telequélicos formados a partir de 2-polioxazolinas terminados en grupo vinilo……….…………………………….. 26 3.6.2.1 Grupo terminador 4-vinilbencilpiperazina (4-VBP) …. 26 3.6.2.2 Polimerización de telequélicos de 2-polioxazolinas terminados en grupo vinilo ……………………………. 27 3.7. Hidrogeles……….…………………………………………………………… 28 3. 7.1 Clasificación de hidrogeles según su carga…………………… 29 3.7.2 Propiedades de hidrogeles ……………………………………… 29 3.7.3 Síntesis de hidrogeles mediante polimerización por radicales libres ………………………………………………………………. 30 3.7.4 Hidrólisis de hidrogeles ………………………………………….. 32 Capítulo 4: Parte experimental 4.1 Equipos ………………………………………………………………………. 33 4.2 Reactivos …………………………………………………………………….. 34 4.3 Procedimiento Experimental ……………………………………………….. 36 4.3.1 Purificación del iniciador trans-1,4-dibromo-2-buteno (DBB) …… 36 4.3.2 Purificación del monómero 2-etil-2-oxazolina (Etoxa)….........…… 37 4.3.3 Síntesis del monómero 2-metoxicarboniletil-2- oxazolina (Esteroza)……………………………………………………………… 38 4.3.3.1 Síntesis del intermediario ……………………………………. 38 V 4.3.3.2 Síntesis del 2-metoxicarboniletil-2-oxazolina (Esteroxa)…. 39 4.3.4 Purificación del etil xantato de potasio y determinación de la solubilidad del xantato en acetonitrilo……………………………….. 40 4.3.4.1 Medición del coeficiente de extinción del etil xantato de potasio purificado…………………………………………….. 41 4.3.5 Determinación del tiempo de reacción para obtener el 100% de conversión en la polimerización de 2-etil 2-oxazolina (Etoxa) y 2- metoxicarboniletil-2oxazolina (Esteroxa)……………………………. 41 4.3.6 Síntesis de polímeros telequélicos con grupos terminales etil xantato ………………………………………………………………. 42 4.3.6.1 Síntesis del polímero telequélico P11…………………… 42 4.3.6.2 Ciclación de polímeros telequélicos con grupos terminales etil xantato…………………………………………………. 44 4.3.6.3 Hidrólisis del polímero cíclico P11 S-S………………… 45 4.3.7 Síntesis de polímeros telequélicos con grupos terminales vinilo… 46 4.3.7.1 Síntesis del terminador 4-vinilbencilpiperazina ………… 46 4.3.7.2 Síntesis de polímeros telequélicos con grupos terminales vinilo………………………………………………………….. 47 4.3.8 Síntesis de hidrogeles a partir de telequélicos con grupos terminales vinilo ………………………………………………………….…….… 48 4.3.9 Hidrólisis de hidrogeles ……………………………………………… 49 4.3.10 Pruebas comparativas de absorción de agua para hidrogeles…… 49 Capítulo 5: Resultados y discusión 5.1. Iniciador trans-1,4-dibromo-2-buteno (DBB)…………………………..… 50 5.2. Síntesis y purificación del monómero 2-metoxicarboniletil – 2 - oxazolina (Esteroxa) …………………………………………………………………. 52 VI 5.3. Purificación del etil xantato de potasio………………………………..… 53 5.4. Determinación del tiempo de reacción para obtener el 100% de conversión en la polimerización de 2-etil 2-oxazolina (Etoxa) y 2- metoxicarboniletil-2-oxazolina (Esteroxa)…………………………………..……………..…… 58 5.5. Síntesis y caracterización de telequélicos terminados en etil xantato…. 61 5.6. Ciclación de telequélicos terminados etil xantato ……………………….. 73 5.7. Hidrólisis de polímeros cíclicos…………………………………………..… 80 5.8. Síntesis de polímeros telequélicos con grupos terminales vinilo ………… 83 5.8.1. Síntesis y caracterización del terminador 4–vinilbencilpiperazina… 83 5.8.2. Síntesis y caracterización de telequélicos con grupos terminales vinilo…………………………………………………………………….. 85 5.9. Síntesis de hidrogeles a partir de telequélicos con grupo terminal vinilo. 91 5.10. Hidrólisis de hidrogeles HG P30 y HG P31……………………………… 96 Capítulo 6: Conclusiones………………………………………………………… 99 Capítulo 7: Recomendaciones…………………………………………………... 101 Bibliografía …………………………………………………………………………. 102 Anexos Anexo I Propiedades de las sustancias utilizadas en esta tesis ………. 106 Anexo II Determinación del coeficiente de extinción del etil xantato de potasio en solución acuosa……………………………………… 107 Anexo III Cálculo de los rendimientos experimentales en la síntesis de los polímeros 10A, 10B, 10C ………………………………. . 108 VII Anexo IV Grado de polimerización teórico para los telequélicos con grupo terminal xantato……………………………………………………… 110 Anexo V Telequélicos con grupos terminales etil xantato. Cálculo del grado de polimerización y el porcentaje molar de cada monómero a partir de sus espectros 1H-RMN……………………………….. 113 Anexo VI Cálculo del grado de polimerización teórico para los telequélicos con grupo terminal vinilo ………………………………………….. 118 Anexo VII Telequélicos con grupo terminal vinilo. Cálculo del grado de polimerización y porcentaje molar de monómeros a partir de sus espectros 1H-RMN…………………………………………. 121 Anexo VIII Espectros de Resonancia Magnética Nuclear (RMN)………….. 125 Anexo IX Medición del grado de absorción de agua en hidrogeles sintetizados a partir de telequélicos con grupos terminales vinilo…………… 129 Anexo X Fotografías de experimentos obtenidas en el desarrollo de la presente tesis ……………………………………………………… 130 VIII INDICE DE ESQUEMAS Esquema 1. Polimerización catiónica por apertura de anillo de 2-oxazolinas 4 Esquema 2. Etapa de iniciación de la polimerización catiónica por apertura del anillo (CROP) . 6 Esquema 3. Equilibrio entre las especies catiónica y covalente. 7 Esquema 4. Mecanismo iónico de polimerización de las 2- oxazolinas 8 Esquema 5. Mecanismo covalente de polimerización de las 2-oxazolinas 9 Esquema 6. Mecanismo de propagación para las 2- oxazolinas con presencia de las especies iónica y covalente 10 Esquema 7. Mecanismo de transferencia de cadena para 2-alquil-2-oxazolinas 14 Esquema 8. Mecanismo de generación de cadenas acopladas que podrían ocurrir durante la polimerización de 2-oxazolinas 15 Esquema 9. Mecanismo de terminación de polimerización catiónica por apertura de anillo de 2-oxazolinas 16 Esquema 10. Reacciones del xantato de potasio en medio ácido 21 Esquema 11. Formación de polímero ramificado a partir de 2-etil-2-oxazolinas 23 Esquema 12. Formación de polímero cíclico de partir de 2-oxazolinas 25 Esquema 13. Síntesis del terminador 4-vinilbencilpiperazina 27 Esquema 14. Síntesis del bis-macromonómero de poli (2-metil-2 oxazolina) 28 Esquema 15. Mecasnismo de la formación de hidrogeles a partir de N-isopropilacrilamida 31 Esquema 16. Síntesis de la 2-metoxicarboniletil-2-oxazolina (Esteroxa) 53 IX Esquema 17. Reacción de polimerización de los telequélicos P10 A, P10 B y P10 C 59 Esquema 18. Mecanismo de polimerización de telequélicos terminados en etil xantato 63 Esquema 19. Mecanismo de ciclación para telequélicos terminados en etil xantato 74 Esquema 20. Hidrólisis del polímero cíclico P11 S-S 81 Esquema 21. Síntesis del terminador 4-vinilbencilpiperazina 83 Esquema 22. Mecanismo de polimerización de la síntesis de telequélicos con grupo terminal vinilo. 86 Esquema 23. Síntesis de hidrogeles a partir de telequélicos con grupo terminal vinilo y de N-isopropilacrilamida 93 X INDICE DE TABLAS Tabla 1. Clasificación de iniciadores usados en la polimerización catiónica por apertura de anillo (CROP) de las 2- oxazolinas. 6 Tabla 2. Tipos de mecanismo de polimerización de acuerdo a la nucleofilicidad del monómero y del contraión del iniciador. 11 Tabla 3. Comparación de coeficientes de extinción entre el etil xantato de potasio comercial y el purificado. 56 Tabla 4. Resultados experimentales de la síntesis de telequélicos con grupo terminal etil xantato 68 Tabla 5. Resultados de los pesos moleculares obtenidos del análisis mediante cromatografía de permeación de gel (GPC) para los telequélicos P11 y P12 70 Tabla 6. Síntesis de telequélicos con grupo terminal vinilo 90 Tabla 7. Síntesis de hidrogeles a partir de telequélicos con grupo terminal vinilo. 92 Tabla 8. Resultados comparativos de la capacidad de absorción de agua para los hidrogeles hidrolizados y sin hidrolizar. 97 Tabla 9. Propiedades de las sustancias utilizadas en esta tesis. 106 Tabla 10. Rendimientos obtenidos para polímeros 10A,10B, 10C. 109 XI INDICE DE FIGURAS Figura 1. Clasificación de oxazolinas (R: sustituyente) 3 Figura 2. Formas resonantes del catión oxazolínico 6 Figura 3. Comparación de la nucleofilicidad de algunos monómeros y contraiones 12 Figura 4. Monómeros de 2-oxazolinas con diferentes sustituyentes en la posición 2 reactivos a la transferencia de cadena 15 Figura 5. Polímeros obtenidos a partir de las reacciones de telequélicos 19 Figura 6. Etil xantato de potasio 20 Figura 7. Espectro 1H-RMN (en CDCl3) del trans-1,4-dibromo-2-buteno (DBB) 51 Figura 8. Espectro FTIR del trans-1,4-dibromo-2-buteno (DBB) 51 Figura 9. Espectro UV/vis del etil xantato de potasio comercial marca Sigma- Aldrich. 54 Figura 10. Espectro UV/vis del etil xantato de potasio purificado. 55 Figura 11. Espectro 1H-RMN del etil xantato de potasio purificado en CDCl3 a 25°C 57 Figura 12. Espectro FTIR del etil xantato de potasio purificado 57 Figura 13. Progreso de la polimerización de las 2-oxazolinas (Etoxa y Esteroxa) en el tiempo de reacción 60 Figura 14. Espectro 1H-RMN del telequélico P10 A en CDCl3 a 25°C 61 Figura 15. Espectro 1H-RMN del telequélico P11 en CDCl3 a 25°C 64 Figura 16. Espectro 13C-RMN del telequélico P11 en CDCl3 a 25°C 64 Figura 17. Espectro FTIR del telequélico P11 65 Figura 18. Espectro 1H-RMN del telequélico P13 en CDCl3 a 25°C 66 XII Figura 19. Espectro FTIR del telequélico P13 67 Figura 20. Cromatograma de permeación en gel para los telequelicos P11 y P12 72 Figura 21. Formación de dímeros 75 Figura 22. Espectro 1H-RMN del telequélico P12 en CDCl3 a 25°C 76 Figura 23. Espectro 1H-RMN del polímero P12 S-S en CDCl3 a 25°C 76 Figura 24. Secuencia de espectros 1H-RMN en función del tiempo de la reacción entre el telequélico P12 con n- butilamina, desde las 0 horas hasta las 14 horas con un 98 % de reacción completada. 78 Figura 25. Secuencia de espectros 1H-RMN que muestra el incremento de la formación de enlaces disulfuro durante la reacción de ciclación del telequélico P12 que fue realizada en el tubo de RMN. Los colores corresponden a la Figura 24 donde, por ejemplo, la línea azul representa a la reacción en un tiempo de 2 horas, y la línea de color negro a la reacción después de 14 horas. 79 Figura 26. Espectro 13C-RMN de la formación del polímero de P12 S-H 80 Figura 27. Espectro 1H-RMN del polímero P11 S-S en CDCl3 a 25°C 82 Figura 28. Espectro 1H-RMN del polímero P11 S-H en CDCl3 a 25°C 82 Figura 29. Espectro 1H-RMN del terminador 4-vinilbencilpiperazina en CDCl3 a 25°C 84 Figura 30. Espectro FTIR del terminador 4-vinilbencilpiperazina 85 Figura 31. Espectro 1H-RMN del telequélico P30 en CDCl3 a 25°C 87 Figura 32. Espectro 1H-RMN del telequélico P31 en CDCl3 a 25°C 88 Figura 33. Espectro FTIR del telequélico P30 89 Figura 34. Espectro FTIR del telequélico P31 89 XIII Figura 35. Hidrogel con telequélicos terminados en 4-vinilbencilpiperazina como entrecruzadores de cadenas poliméricas. 94 Figura 36. Espectro FTIR del hidrogel HG P30 95 Figura 37. Espectro FTIR del hidrogel HG P31 95 Figura 38. Espectro FTIR del hidrogel HG P30H 98 Figura 39. Espectro FTIR del hidrogel HG P31H 98 Figura 40. Espectro 1H-RMN del monómero 2-etil-2-oxazolina en CDCl3 a 25°C 125 Figura 41. Espectro 1H-RMN del monómero 2-metoxicarboniletil-2-oxazolina en CDCl3 a 25°C 125 Figura 42. Espectro 1H-RMN del telequélico P10B en CDCl3 a 25°C 126 Figura 43. Espectro 1H-RMN del telequélico P10C en CDCl3 a 25°C 126 Figura 44. Espectro FTIR del monómero 2-etil-2-oxazolina (Etoxa) 127 Figura 45. Espectro FTIR del monómero 2- metoxicarboniletil-2-oxazolina (Esteroxa) 127 Figura 46. Espectro FTIR del telequélico P12 128 XIV LISTA DE ABREVIATURAS CROP: Polimerización catiónica por apertura de anillo DBB: Trans-1,4-dibromo-2-buteno Esteroxa: 2-Metoxicarboniletil-2-oxazolina Etoxa: 2-Etil-2-oxazolina FTIR: Espectroscopia Infrarroja por Transformada de Fourier GPC: Cromatografía de permeación en gel GP: Grado de polimerización KPS: Persulfato de potasio MBIS: N’, N’- metilenbisacrilamida NIPAAm: N- Isopropilacrilamida TEMED: N, N, N’, N’-tetrametiletilendiamina THF: Tetrahidrofurano UV-vis: Ultravioleta-visible 1H-RMN: Resonancia Magnética Nuclear de protón 13C-RMN: Resonancia Magnética Nuclear de carbono 1 CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN Los polímeros telequélicos en la actualidad han sido objeto de estudio debido a su versatilidad para producir una variedad de polímeros con diversas aplicaciones, sobre todo en el área de biomateriales. Los polímeros telequélicos presentan funciones químicas en los extremos de la cadena polimérica, tales como ácidos carboxílicos, aminas, grupos vinilo, entre otros, que les permiten formar diversas estructuras como polímeros cíclicos, hidrogeles, polímeros ramificados, entre otros similares. De especial atención son los polímeros telequélicos sintetizados a partir de las 2- oxazolinas las cuales presentan una polimerización catiónica “viva” por apertura de anillo. Este proceso polimérico se caracteriza por la ausencia de reacciones secundarias como la transferencia de cadena o terminación anticipada; por tanto, permite controlar el número de meros presentes en la polimerización y el rango de pesos moleculares presentes en las cadenas poliméricas resultantes. Asimismo, las 2-polioxazolinas muestran similitudes con estructuras como lípidos, péptidos y lipopolisacáridos que, en conjunto con su tipo de polimerización, los hace compuestos viables para aplicaciones en biomateriales y en el campo de la biomedicina. En este contexto la obtención de polímeros telequélicos sintetizados a partir de las 2-oxazolinas constituye la posibilidad de diseñar una estructura polimérica con el tamaño y funcionalización definidos para utilizar en aplicaciones específicas; Por lo tanto, esta investigación tiene como finalidad la obtención y caracterización de dos tipos de polímeros telequélicos a partir de 2- etil-2-oxazolina y 2-metoxicarboniletil-2- oxazolina, el primer tipo de telequélico se funcionalizó con grupos terminales xantato, mientras el segundo con grupos terminales vinilo. Ambos grupos de telequélicos se prepararon mediante polimerización catiónica “viva” por apertura de anillo, y posteriormente fueron utilizados como punto de partida en la síntesis de polímeros cíclicos e hidrogeles no iónicos, respectivamente. 2 CAPITULO 2 OBJETIVOS 2.1 Objetivo general  Desarrollar y analizar estructuralmente 2 tipos de polímeros telequélicos a partir de 2-etil-2-oxazolina y 2-metoxicarboniletil-2-oxazolina, empleando la técnica de polimerización catiónica por apertura de anillo, con dos grupos funcionales diferentes como terminadores: el etil xantato y grupo vinilo. 2.2 Objetivos específicos  Sintetizar y caracterizar polímeros telequélicos utilizando etil xantato de potasio como terminador, a partir de 2-etil-2-oxazolina y 2-metoxicarboniletil-2- oxazolina.  Sintetizar y caracterizar polímeros cíclicos a partir de los telequélicos funcionalizados con etil xantato.  Sintetizar y caracterizar el terminador 4-vinilbencilpiperazina.  Sintetizar y caracterizar polímeros telequélicos a partir de 2-etil-2-oxazolina y 2- metoxicarboniletil-2-oxazolina, funcionalizados con grupos vinilo, utilizando como terminador 4-vinilbencilpiperzina.  Sintetizar y caracterizar hidrogeles a partir de telequélicos terminados en grupos vinilo. 3 CAPÍTULO 3 MARCO TEÓRICO 3.1 Las 2-oxazolinas. Las oxazolinas constituyen compuestos heterocíclicos no aromáticos, que presentan un anillo de cinco miembros y contienen un doble enlace. La clasificación de las oxazolinas esta en función de la ubicación de este doble enlace en el anillo, como se muestra en la Figura 1. N O R N O R NH O R 1 2 3 4 5 2-oxazolinas 3-oxazolinas 4-oxazolinas Figura 1. Clasificación de oxazolinas (R: sustituyente) Debido a su estructura, el anillo oxazolínico puede ser utilizado en la síntesis de diversos compuestos aplicables en distintas áreas1. La estructura más común es de la 2-oxazolina, donde el par libre presente en el nitrógeno le otorga un carácter nucleofílico, permitiendo su interacción con electrófilos, como los haluros de alquilo, para formar compuestos cuaternarios1. Además, los carbonos en las posiciones 4 y 5 del anillo oxazolínico pueden participar en reacciones con grupos nucleofílicos permitiendo la formación de compuestos de interés para esta investigación. Por otro lado, las oxazolinas pueden presentar diferente reactividad y un carácter hidrofílico o hidrofóbico, dependiendo de la naturaleza del sustituyente R presente en el anillo2. 4 3.2 Polimerización de 2-Oxazolinas Se realiza a través de la polimerización catiónica por apertura de anillo (CROP), que está impulsada por la isomerización del endo imino éter dando lugar a una amida terciaria estable2. Otro factor que influye en la polimerización es la inestabilidad estructural presente en el anillo oxazolínico. Sin embargo, algunos autores opinan que su contribución es mínima o inexistente2. La polimerización se indica en el Esquema 1. N O R n CH2 CH2N C R O Iniciador catiónico Esquema 1. Polimerización catiónica por apertura de anillo de 2-oxazolinas La polimerización catiónica por apertura de anillo (CROP) se considera una polimerización de carácter "vivo" ya que las cadenas poliméricas resultantes van creciendo en forma controlada3 sin presentar reacciones de terminación espontánea. La primera etapa de la polimerización requiere la presencia de un iniciador catiónico que empiece la reacción. La siguiente fase es la propagación en la cual los monómeros se añaden a los extremos en crecimiento de la cadena, en este tipo de polimerización el extremo de la cadena polimérica puede mantenerse activo indefinidamente2, si no existe la presencia de un nucleófilo o agente de terminación que finalice la polimerización. Esto permite controlar tanto el tamaño del polímero como la dispersión del peso molecular2. Una de las principales cualidades de la polimerización “viva” es la uniformidad en el tamaño de las cadenas poliméricas producidas, lo que implica un peso molecular semejante entre ellas5 y, en consecuencia, la obtención de una curva de distribución de pesos moleculares con un rango estrecho de valores lo que se considera como una distribución homogénea5. 5 Esta característica de la polimerización catiónica “viva” se debe a una iniciación rápida y paralela para todas las cadenas poliméricas2, y a una velocidad de propagación constante que continúa hasta que el monómero se consume por completo 2,4. Asimismo, la ocurrencia mínima de reacciones no deseadas, como transferencia de cadena, interferencias o terminación anticipada, limita la formación de nuevos tipos de cadenas poliméricas conteniendo diferente número de monómeros2. Esta característica permite mantener una distribución de pesos moleculares uniforme, evitando el ensanchamiento del gráfico de dispersión de pesos moleculares5, contribuyendo a que la polimerización catiónica por apertura de anillo para las 2- oxazolinas sea altamente controlada, y adecuada para la síntesis de materiales con propiedades específicas y predecibles. Sumado a ello, Verbraeken et al.2 afirmaron que las condiciones para mantener el carácter “vivo” de este tipo de polimerización están en relación directa con la pureza de los reactantes y el solvente2. La presencia de humedad en el sistema puede favorecer a reacciones de transferencia de cadena o inducir a la terminación, como en el caso del agua que puede actuar como nucleófilo3 y reaccionar con las especies catiónicas formadas durante la iniciación, produciendo la terminación anticipada de la polimerización5. 3.3.-Etapas de la polimerización de 2-Oxazolinas 3.3.1 Iniciación. Se produce a través del ataque nucleofílico del par electrónico libre del nitrógeno de la oxazolina sobre el iniciador, produciendo el catión oxazolínico, empezando así la polimerización5. El catión producido es contrarrestado por la carga del contraión del iniciador; como se indica en el Esquema 2. 6 N O R1 +RX N O R1 R + X-1 Esquema 2. Etapa de iniciación de la polimerización catiónica por apertura del anillo (CROP) Este catión oxazolínico presenta varias formas resonantes de acuerdo a la Figura 2 N+ OR R1 N OR R1 + N O+ R R1 N O R1 R + Figura 2. Formas resonantes del catión oxazolínico2 Los iniciadores más comúnmente usados para la polimerización catiónica por apertura de anillo (CROP) de las 2-oxazolinas, pueden agruparse por tipos como se observa en la Tabla 1. Tabla 1. Clasificación de iniciadores usados en la polimerización catiónica por apertura de anillo (CROP) de las 2-oxazolinas7. INICIADORES CATIÓNICOS DE LAS 2- OXAZOLINAS Ácidos de Lewis: AlCl3, SbF5, BF3, TiCl4. Arilos halogenados: PhCH2Br, MeI, PhCH2Cl. Ésteres sulfato: (MeO)2SO2 Ésteres sulfonatos: MeOTs MeOTf Bifuncionales: XCH2CH=CHCH2X Donde: Me: Metilo, Ph: Fenilo, X= Cl, Br, I, -OTs: anión tosilato, -OTf: anión triflato 7 Independientemente del tipo, todos los iniciadores mencionados producen un catión oxazolínico activo capaz de propagar la polimerización. No obstante, se forma paralelamente una especie covalente, que se enlazaría al contraión del iniciador. Ambas especies coexisten en equilibrio como se presenta en el Esquema 3, dando lugar a dos posibles mecanismos de polimerización: uno iónico y otro covalente. X R + N O R1 N+ OR R1 X- NR CH2 CH2 X C O R1 Iniciación   Esquema 3. Equilibrio entre las especies catiónica y covalente. Por lo tanto, la prevalencia de uno u otro mecanismo depende del balance de la reactividad nucleofílica del monómero y la del contraión del iniciador, la polaridad del solvente empleado y la temperatura de reacción. Estos factores determinan si el mecanismo de polimerización será iónico o covalente. Según lo expuesto por Verbraeken, el mecanismo iónico favorece una velocidad de polimerización significativamente mayor2. El mecanismo iónico prevalecerá cuando la reactividad nucleofílica del monómero sea mayor a la del contraión, mientras que el mecanismo covalente predominará cuando la reactividad nucleofílica del contraión sea mayor a la del monómero. 3.3.1.1 Mecanismo de reacción iónico En este tipo de mecanismo se ve favorecido cuando el monómero 2- oxazolina presenta mayor reactividad nucleofílica que el contraión X-1 del iniciador RX, y conlleva a la formación del catión oxazolínico2. Este catión cargado positivamente es contrarrestado por la carga del contraión X-1 como se observa en el Esquema 4. Los iniciadores más comúnmente empleados para producir este mecanismo son aquellos que contienen aniones triflato (Tf-O-), tosilato (TsO-), yoduro (I-), o bromuro (Br-). 8 N O R1 +RX N O R1 R + X-1 + N O R1 ON + R1 CH2N C O R1 R X- X- Especie propagante 2-Oxazolina ON + R1 R Esquema 4. Mecanismo iónico de polimerización de las 2-oxazolinas 3.3.1.2 Mecanismo de reacción covalente. Este mecanismo conduce a la formación de una especie covalente debido a la mayor nucleofilicidad del contraión X-1 del iniciador RX en comparación con la nucleofilicidad del monómero 2-oxazolina. En este caso, el contraión ataca el anillo del catión oxazolínico inestable, produciendo su apertura y posteriormente la formación de una especie covalente2 (Esquema 5). Entre los iniciadores más usados que favorecen este tipo de mecanismo están el clorometilestireno y aquellos que presentan aniones cloruro (Cl-). Iniciador 2- Oxazolina Especie propagante iónica E 9 N O R1 +RX N O R1 R + X-1 CH2 CH2 XNR C R1 O rápidolento + N O R1 CH2N C O R1 CH2 XR CH2N C O R1 CH2 N CH2 CH2 C O R1 XR Esquema 5. Mecanismo covalente de polimerización de las 2-oxazolinas 3.3.2 Propagación La propagación es el paso siguiente a la iniciación y es el que define la velocidad de la polimerización. Este paso involucra 2 etapas. La primera es la adición del segundo monómero a la especie propagante recién iniciada. Este paso es lento y determinante en la velocidad del proceso2. La segunda etapa es el crecimiento continuo de la cadena polimérica tras la incorporación del segundo monómero, donde la velocidad de polimerización se incrementa significativamente. Esto se debe a la presencia de mayor concentración de especies catiónicas propagantes que presentan interacciones intramoleculares ion-dipolo entre el oxígeno del grupo amida y el nitrógeno del catión oxazolínico2. Estas interacciones contribuyen al desplazamiento del equilibrio hacia la especie catiónica activa, reduciendo la presencia de la especie covalente. De esta forma se mantiene mayor tiempo presente al catión oxazolínico, facilitando así la incorporación continua de nuevos monómeros2, tal como se presenta en el Esquema 6. Iniciador 2- Oxazolina Especie propagante covalente E Catión inestable 10 N O R1 R +  X- + N O R1 NR CH2CH2 X C O R1 NR CH2 C O R1 CH2 N O R1 +  X - N O R1 NR CH2CH2 N C O R1 CH2 CH2 C O R1 X NR CH2 C O R1 CH2 N O + R1 + X -n-1 Esquema 6. Mecanismo de propagación para las 2- oxazolinas con presencia de las especies iónica y covalente. El desplazamiento del equilibrio entre las formas propagante catiónica y covalente está influenciado por varios aspectos, como el tipo de contraión del inicador, la naturaleza del monómero y la polaridad del solvente que participa en la polimerización. En este contexto, Fijten et al.6 estudiaron la influencia del iniciador utilizando compuestos bencílicos con diferentes grupos salientes Cl⁻, Br⁻, I⁻ y TsO-⁻, determinando que a medida que disminuye la basicidad del contraión (Cl⁻ > Br⁻ > I⁻ > TsO⁻), se favorece la estabilidad del catión oxazolínico activo, que influencia el aumento de la velocidad de polimerización6. Esto fue confirmado mediante espectroscopía de resonancia magnética nuclear de protón (1H RMN), donde se detectó mayor proporción de cationes oxazolínicos en sistemas con grupos salientes más débiles6 como el TsO-. El tipo de monómero también influye en la velocidad de polimerización, dependiendo del sustituyente R unido al anillo oxazolínico. Cuando R es un grupo donador de electrones como un grupo alquilo, ocurre un incremento de densidad 11 electrónica del anillo aumentando la estabilidad del catión oxazolínico. Esto conlleva al aumento de la velocidad de polimerización. En cambio, cuando el sustituyente R en las 2-oxazolinas es un grupo electrofílico como el grupo fenilo, el cual reduce la densidad electrónica del anillo y hace menos estable el catión oxazolínico, da lugar a la disminución de la velocidad de polimerización2. En la Tabla 2 se presenta la tendencia nucleofílica de algunas 2-oxazolinas, que se incrementa de abajo hacia arriba, contrastada con la nucleofilicidad del contraion del iniciador que aumenta de derecha a izquierda. Así mismo se sugiere el tipo de mecanismo que tendría lugar durante la polimerización en función de estos factores2. Tabla 2. Tipos de mecanismos de polimerización de acuerdo a la nucleofilicidad del monómero y del contraión del iniciador2,7. Cl- Br - I- TsO- NsO- TfO- Covalente Iónico Iónico Iónico Iónico Iónico Covalente Iónico y Covalente Iónico y Covalente Iónico Iónico Iónico Covalente Covalente Iónico y Covalente Iónico Iónico Iónico - Covalente Iónico y Covalente Iónico Iónico Iónico Donde: Ph: Fenilo, TsO- : anión tosilato, NsO- : anión nosilato, TfO- : anión triflato Incremento de la reactividad nucleofilica del contraión del iniciador In cr em en to d e la r ea ct iv id ad n u cl eo fí lic a d e l m o n ó m er o 12 Considerando la naturaleza de la especie propagante en la polimerización de las 2-oxazolinas, Aoi7 clasificó algunos monómeros y contraiones en orden de nucleofilicidad7, como se ve en la Figura 3. N O Me Cl- I-  N O  N O Ph  TsO- Figura 3. Comparación de la nucleofilicidad de algunos monómeros y contraiones7 Donde Ph: grupo fenil, Me: grupo metil, TsO-: anión tosilato Otro aspecto que también influye en la velocidad de polimerización es la polaridad de los solventes. Glassner et al.5 estudiaron la polimerización de tres tipos de 2- oxazolinas (2- metil oxazolina, 2- etil-oxazolina y 2- fenil-oxazolina), determinando la influencia de la polaridad del solvente a través del uso de sulfolano, dimetilacetamida (DMA) y acetonitrilo, utilizando tosilato de metilo como iniciador. El análisis de espectroscopía de resonancia magnética nuclear de protón (1H RMN) reveló una mayor presencia de especies catiónicas propagantes en las terminaciones de las cadenas poliméricas cuando se utilizó un solvente polar como el sulfolano, en comparación con dimetilacetamida (DMA) y acetonitrilo5. Esto se atribuyó a la formación de pares iónicos entre el catión oxazolínico y el contraión del iniciador, que generan mayor tensión en el anillo oxazolínico, propiciando el mecanismo iónico y aumentando la velocidad de reacción. En cambio, en el caso del acetonitrilo, los cationes oxazolínicos existirían como iones libres, permitiéndoles mantener el equilibrio con la especie covalente, lo que reducía la velocidad de la propagación2. 13 3.3.2.1 Reacciones de transferencia de cadena En una polimerización catiónica ideal por apertura de anillo de las polioxazolinas (CROP), no se espera que ocurra reacciones de transferencia de cadena. Sin embargo, existe una pequeña proporción de este tipo de reacciones presentes durante polimerización de las 2-polioxazolinas. Litt et al.9 observaron una disminución en la viscosidad relativa de las polioxazolinas después de la polimerización completa, lo cual fue atribuido a las reacciones de transferencia de cadena que tuvieron lugar cuando polimerizaron ciertos tipos de 2-alquil oxazolinas. Estas reacciones lograron disminuir el tamaño promedio de las cadenas poliméricas. Sin embargo, este tipo de reacciones ocurren con menor velocidad que la propagación polimérica, permitiendo cierto control en la estructura del polímero. Además, en este estudio los autores determinaron que relaciones monómero/iniciador (M/I) mayores o iguales a 300 incrementan la probabilidad de que ocurran las reacciones de transferencia de cadena o terminación9. La reacción de transferencia de cadena en la polimerización catiónica por apertura de anillo de las 2-oxazolinas se produce cuando un protón del catión oxazolínico propagante es retirado por el nitrógeno del monómero entrante. Este proceso conlleva a la formación de una cadena polimérica no reactiva (“muerta”). De esta forma cambia la parte final de la cadena de una imina (N=C-R) a una enamina (N-C=C-R). Al mismo tiempo, se forma un nuevo catión oxazolínico que podría empezar una nueva cadena polimérica2. Como se muestra en el Esquema 7. 14 N CH2 C O CH2 N O+ R H R N O R X- Transferencia de protones NCH2 C O CH2 N O R R N O + +H R X-+  n-1 n-1 Ri Ri Especie catiónica propagante Cadena “muerta” nuevo catión Nueva cadena formada Esquema 7. Mecanismo de transferencia de cadena para 2-alquil-2-oxazolinas La facilidad para retirar el protón ácido en el catión oxazolínico propagante depende del sustituyente R presente en la ubicación 2 del anillo oxazolínico. En algunos casos, un impedimento estérico asociado a grupos de gran volumen podría evitar la salida de este protón e influir en la eficiencia de las reacciones de transferencia de cadena5,7. En la Figura 4, se muestra una secuencia relativa de reactividad de algunos monómeros de 2-oxazolinas frente a la transferencia de cadena. El protón ácido es aquel que está unido al carbono en posición alfa del metileno adyacente al anillo oxazolínico. A mayor tamaño del grupo R el protón ácido tendrá menor facilidad para ser retirado del monómero debido al mayor impedimento estérico, como en el caso de los grupos 2-etilo, 2-propilo y 2-isobutilo. Sin embargo, grupos pequeños como el 2-metilo ceden fácilmente su protón, mientras que los grupos fenilo y acetoximetilo activan al grupo metileno haciendo el protón más ácido, aumentando la probabilidad de reacciones de transferencia de cadena2. 15 Figura 4. Monómeros de 2-oxazolinas con diferentes sustituyentes en la posición 2 reactivos a la transferencia de cadena La cadena polimérica “muerta” presenta una enamina al final de la cadena, que podría actuar como nucleófilo y unirse a otras cadenas poliméricas con cationes propagantes, generando acoplamientos de cadenas o también puntos de ramificación. Este proceso es conocido como repolimerización. Aunque la reactividad de este tipo de cadenas es baja, estas reacciones podrían ocurrir a alta temperatura2,7, como se muestra en el Esquema 8 Esquema 8. Mecanismo de generación de cadenas acopladas que podrían ocurrir durante la polimerización de 2-oxazolinas 3.3.3 Terminación. La terminación de la polimerización catiónica, por apertura de anillo de las 2- oxazolinas ocurre mediante el ataque nucleofílico del terminador al extremo catiónico “vivo” de la cadena. La terminación con nucleófilos como hidróxido de potasio en metanol, carboxilatos y aminas, induce al ataque nucleofílico del terminador a la posición 5 del anillo de 2- 16 oxazolina (Esquema 9). En este proceso es posible incorporar grupos funcionales en los extremos de la cadena con alta precisión durante la terminación2. Esquema 9. Mecanismo de terminación de polimerización catiónica por apertura de anillo de 2-oxazolinas 3.4.-Propiedades y aplicaciones de las 2-polioxazolinas Las 2-polioxazolinas pueden presentar un carácter hidrofílico o hidrofóbico de acuerdo al grupo sustituyente en la posición 2 del anillo oxazolínico, que afecta su solubilidad en agua. Cuando los sustituyentes son de bajo peso molecular, como los grupos 2-metil o 2-etil, producen polímeros hidrofílicos8, que pueden usarse para la preparación de hidrogeles no iónicos. Por el contrario, si los sustituyentes son de mayor tamaño, como 2-propil, arilos o perfluoroalquilos, los polímeros obtenidos presentan un carácter hidrofóbico, que podrían ser usados en la fabricación de polímeros lipofílicos8. 17 Esta característica confiere a las polioxazolinas una naturaleza anfifílica, y pueden usarse como surfactantes no iónicos al combinar homopolímeros hidrofílicos con homopolímeros hidrofóbicos8. En otros casos, los grupos terminales de estos homopolímeros pueden aportar la parte hidrofóbica y mejorar sus propiedades para aplicaciones específicas. Otra propiedad de las 2-polioxazolinas es su estabilidad térmica en un amplio rango de temperaturas5. En lo que respecta a la temperatura de transición vítrea y de fusión, están relacionadas con la longitud y estructura de la cadena lateral. En cuanto a sus propiedades mecánicas, son frágiles cuando presentan bajo peso molecular, y mejoran su resistencia a medida que el peso molecular aumenta5. En la actualidad, se ha extendido el conocimiento sobre las aplicaciones biomédicas de las 2-polioxazolinas, como sustituto del polietilenglicol. En el área de la liberación y transporte de fármacos, las 2-polioxazolinas son usadas como recubrimiento de liposomas que encapsulan medicamentos, logrando prolongar su tiempo de circulación en la sangre y evitando ser reconocidos por el sistema inmunológico11. Por lo tanto, se obtiene mayor posibilidad de que el fármaco alcance la diana terapéutica que viene a ser el órgano objetivo sobre el cual va a ejercer acción10,11. Asimismo, las polioxazolinas se han utilizado en producción de andamios tridimensionales que son estructuras porosas en forma de redes que imitan las matrices celulares, facilitando la regeneración de tejidos biológicos, esto debido a sus propiedades como biocompatibilidad, solubilidad en agua, baja toxicidad, mayor estabilidad en condiciones oxidativas y menor interacción con proteínas en comparación con el polietilenglicol 10,12,13. En este sentido, Schlaad et al.14 presentaron biopolímeros basados en 2- polioxazolinas, incluyendo estructuras de lípidos, péptidos y azúcares. Entre ellos, se destacan los lipopolisacáridos, polímeros funcionalizados con colesterol y polímeros con 18 grupos glicanos14. Además, Hoogenboom et al.13 mencionaron que las 2-polioxazolinas pueden formar estructuras auto ensambladas como micelas, vesículas mediante interacciones hidrofóbicas, enlaces de hidrógeno y apilamiento π-π que son interacciones que características de las proteínas. Esto se debe a las propiedades anfifilicas de algunos copolímeros de las polioxazolinas lo que amplía aún más sus aplicaciones en biomedicina10. Por otro lado, gracias a su capacidad para formar películas uniformemente delgadas, las 2-polioxazolinas se están empleando como interfaces entre distintos materiales en dispositivos electrónicos orgánicos, así como también en geles poliméricos conductores. Esta característica de las polioxazolinas les permite mejorar propiedades como la protección contra la degradación, así como potenciar propiedades eléctricas y ópticas10 en diferentes aplicaciones en las que participen. 3.5.- Polímeros telequélicos Los polímeros telequélicos presentan grupos funcionales en los extremos de su cadena que propician enlaces intramoleculares e intermoleculares, permitiendo formar diversos tipos de estructuras, como polímeros telequélicos cíclicos, en forma de estrella, hiper-ramificados, entre otros (Figura 5). El término telequélico proviene de las palabras griegas "tele" ("a distancia") y "chele" ("garra") refiriéndose a la presencia de dos grupos funcionales terminales ubicados en los extremos de la cadena polimérica, los cuales pueden ser iguales o diferentes entre sí15,16. Por lo general, los polímeros telequélicos se encuentran en estado líquido debido a que sus cadenas poliméricas son relativamente cortas y no presentan pesos moleculares muy altos, aunque pueden presentar alta viscosidad. Una de sus aplicaciones más notables es que pueden ser utilizados con aditivos como plastificantes, catalizadores, entre otros, sin necesidad de utilizar solventes orgánicos por encontrarse en estado líquido, lo que los hace más compatibles con el medio ambiente. 19 Por presentar una arquitectura molecular bien definida, los polímeros telequélicos también son adecuados para controlar la morfología, tamaño y propiedades físicas de las mezclas poliméricas17. A causa de la presencia de grupos funcionales en los extremos, los polímeros telequélicos pueden enlazarse entre sí para extender el tamaño de la cadena polimérica, formar redes cuando contienen grupos multifuncionales y generar polímeros injertados a partir de macromonómeros15, lo que les proporciona una gran versatilidad para múltiples aplicaciones. 3.6 Polímeros telequélicos lineales formados a partir de 2-oxazolinas Los polímeros telequélicos lineales formados a partir de las 2-oxazolinas presentan características estructurales similares a las de los polipéptidos debido a la presencia de grupos amida en cada monómero16. Asimismo, Delaittre16 señala que los polipéptidos presentan los enlaces carbonilo (C=O) en la cadena principal, a diferencia de las polioxazolinas que presentan estos enlaces en las cadenas laterales lo que les Figura 5. Polímeros obtenidos a partir de reacciones de telequélicos18 20 otorga mayor reactividad frente a la hidrólisis y acilación, favoreciendo la obtención de polímeros más complejos16. Por otro lado, la polimerización de las 2-polioxazolinas presenta características de polimerización catiónica “viva”, la cual permite la regulación del peso molecular de las cadenas poliméricas, además de la integración de grupos funcionales al extremo de la cadena para lograr su unión a moléculas biológicas o mejorar las propiedades de estas. 3. 6.1 Polímeros telequélicos formados a partir de 2-oxazolinas terminados en etil xantato de potasio 3.6.1.1 Xantatos Son sales del ácido ditiocarbónico conocido como ácido xántico, su nombre proviene del griego “Xanthos” que significa amarillo. La mayoría de sus compuestos presenta varias tonalidades de este color19. Se obtienen a partir de la reacción del sulfuro de carbono, un alcohol y un álcali. Figura 6. Etil xantato de potasio Los xantatos son usados ampliamente en minería para la flotación de minerales sulfurados, debido a que presenta dos grupos, uno iónico para adherir el mineral ya sea por quimisorción o por interacción electrostática y un segundo grupo hidrofóbico que consta de una cadena de hidrocarburos que lo separa del agua y lo mantiene en la burbuja de aire en la flotación20. 3.6.1.2 Estabilidad de los xantatos. Los xantatos utilizados como colectores presentan amenazas a la salud humana y medio ambiente debido a su inestabilidad. Su hidrólisis y oxidación generan compuestos tóxicos e inflamables que además interactúan en forma aún no conocida 21 en el mineral20. Como se indica en el Esquema 10, para el caso del etil xantato de potasio, las posibles reacciones involucran la hidrólisis y formación del ácido xántico en medio ácido (2), la descomposición del ácido xántico para formar alcohol y disulfuro de carbono (4), además de la oxidación del xantato a dixantógeno (5). La generación del disulfuro de carbono (CS2) se ve favorecida en condiciones de pH bajo20,21,22. ROCS2 - K+ + H2O  ROCS2H + K+ OH- …………..…….(1) ROCS2 - K+ + HCl  ROCS2H + K+ Cl- ………………....(2) ROCS2 - K+ + H+Cl-  ROCS2H + K+ Cl- ………..…….....(3) ROCS2H + H2O  ROH + CS2 + K+ OH- …………….(4) 2 (ROCS2 - K+) + H2O + ½ O2  (ROCS2)2 + 2 (K+ OH-)……(5) Esquema 10. Reacciones del xantato de potasio en medio ácido Mustafá et al.23 analizaron la variación de la concentración del etil xantato de potasio al reducir el pH, partiendo con una concentración 1X10-4 M, mediante espectrofotometría ultravioleta, a una longitud de onda de 301 nm y a una temperatura de 300 K 23. El estudio se realizó para un periodo de 13 días para tres valores de pH (3, 7 y 9), obteniéndose disminuciones en la absorbancia de 1.084 a 0.787 para el pH 9, de 1.079 a 0.574 para pH 7 y de 1.025 a 0.124 para pH 3. Esto nos muestra que la descomposición del etil xantato de potasio aumenta a medida que disminuye el pH del medio23. Otros investigadores evaluaron también el espectro de absorción UV en soluciones envejecidas de etil xantato de potasio, y detectaron un pico a los 270 nm atribuido al ácido xántico. Además, el disulfuro de carbono CS2 formado generó otro pico a 206 nm con absortividad molar variable entre 60000 -70000 L.mol-1.cm-1, debido a la 22 volatilidad de este gas21. Finalmente, observaron señales del dixantogeno disolviéndolo en diferentes solventes en el rango entre 240-280 nm. El espectro de absorción ultravioleta del etil xantato de potasio recién cristalizado fue evaluado por Pomianwosky en el rango entre 200 nm a 370 nm, identificándose dos picos principales a 301 nm y a 226 nm. Las mediciones se realizaron para un rango de concentraciones entre 3x10-3 - 1.5 x10-3 M, donde la Ley de Beer es aplicable. Los coeficientes de extinción molar reportados fueron de ε₂₂₆ = 8,920 L.mol-1.cm-1 y ε₃₀₁ = 17,750 L.mol-1.cm-1. La relación de densidades ópticas fue d₂₂₆/d₃₀₁ = 0.504. A medida que aumentó el tiempo de almacenamiento se incrementó la absortividad molar a 226 nm y las densidades ópticas d₂₂₆/d₃₀₁ variaron entre 0.49-0.53, lo que sugirió cambios en la composición21. 3.6.1.3 Polimerización de telequélicos de 2-polioxazolinas terminados en etil xantato Los telequélicos de 2-polioxazolinas han sido utilizados como precursores para la síntesis de polímeros ramificados y polímeros cíclicos24,25. De forma específica, la polimerización de 2-polietiloxazolinas para formar telequélicos tipo estrella con grupos terminales de etil xantato fue realizada por Ali et al.24 y se realizó a través de la polimerización catiónica por apertura de anillo (CROP), empleando un iniciador polifuncional como 1,3,5-tris(bromometil)benceno y etil xantato de potasio como agente de terminación. A este telequélico formado se le unió un telequélico lineal de 2-polietiloxazolina, que se inició con bromuro de bencilo y se le incorporó etil xantato como grupo terminal. Para lograr las uniones poliméricas, los investigadores utilizaron n-butilamina como agente de escisión, lo que permitió la eliminación del grupo xantato y la generación de grupos tiol (-SH), los cuales se oxidaron para formar enlaces disulfuro (-S-S-), permitiendo la adición de cadenas poliméricas lineales a la estructura tipo estrella24, formando un polímero ramificado, tal como se muestra en el Esquema 11 23 Esquema 11 Formación de polímero ramificado a partir de 2-etil-2-oxazolina24 Donde: A: Polímero en forma de estrella formado a partir de la reacción (1) B: Polímero lineal formado a partir de la reacción (2) Reacción 1 Reacción 2 Reacción 3 24 Con respecto al polímero cíclico, Ali et al.25 emplearon 2-etil-2-oxazolina como monómero y 1,3 bis(bromometil)benceno como iniciador, con una relación molar inicial monómero / iniciador de 20:1. Llevaron a cabo la polimerización a 76°C, durante 24 horas, utilizando como grupo terminal etil xantato de potasio. Obtuvieron un telequélico con grupos xantantos terminales, el cual reaccionó con n-butilamina en presencia de tetrahidrofurano para retirar los grupos xantato, formando grupos tiol a los extremos del telequélico. Se logró obtener un polímero ciclado mediante la oxidación con oxígeno puro de los grupos tiol, los cuales formaron un enlace disulfuro ubicado a ambos extremos del telequélico, como se muestra en el Esquema 12. Los investigadores compararon esta estrategia para la formación del polímero cíclico con la ciclación tradicional, mediante el método de química click, utilizando propargil tosilato como iniciador y azida de sodio como agente de terminación. En esta polimerización, la reacción de ciclación intramolecular se consiguió catalizándola con Cu(I). Se obtuvo como resultado que la primera estrategia constituye un método más sencillo para la ciclación que el método tradicional y sin el uso de catalizadores metálicos. En ambos métodos, para la ciclación se requirió concentraciones bajas del precursor. Sin embargo, la segunda metodología requirió condiciones extremadamente diluidas. Estas condiciones fueron necesarias en ambas estrategias para la formación del polímero cíclico, evitando la unión de cadenas poliméricas diferentes que formarían dímeros25. 25 Br Br + N O MeCN 76 °C, 24h Br - N O N + O N N + O O Br - S- O S K + MeCN 18h N O N O S O S O S S NH2 THF N O N O SH SH Aire DTT en DMF N O N O N N S S O O m-1 n-1 m n n-1 m-1 n m Br Br + N O MeCN 76 °C, 24h Br - N O N + O N N + O O Br - S- O S K + MeCN 18h N O N O S O S O S S NH2 THF N O N O SH SH Aire DTT en DMF N O N O N N S S O O m-1 n-1 m n n-1 m-1 n m Br Br + N O MeCN 76 °C, 24h Br - N O N + O N N + O O Br - S- O S K + MeCN 18h N O N O S O S O S S NH2 THF N O N O SH SH Aire DTT en DMF N O N O N N S S O O m-1 n-1 m n n-1 m-1 n m Esquema 12. Formación de polímero cíclico a partir de 2-oxazolinas25 Donde THF: tetrahidrofurano, DTT: Ditiotreitol, DMF: Dimetilformamida, MeCN: acetonitrilo. 26 3.6.2 Polímeros telequélicos formados a partir de 2-oxazolina terminados en grupo vinilo De acuerdo con lo estudiado por Shimano27 la terminación de la polimerización catiónica “viva” por apertura de anillo de las 2- oxazolinas es una forma eficaz para la introducción de grupos funcionales en la parte final de la cadena polimérica, formando así macromonómeros que puedan ser precursores de nuevos materiales poliméricos27. Gross y colaboradores compararon diferentes técnicas de funcionalización para formar macromonómeros. En la primera, utilizaron como terminadores grupos insaturados vinilo en la polimerización catiónica por apertura de anillo (CROP) de diferentes tipos de 2-polioxazolinas. En la segunda técnica, funcionalizaron el polímero mediante el uso de iniciadores con grupos insaturados y terminándolos en grupos hidroxilos28.Obteniendo mejores resultados con la primera estrategia de funcionalización. 3.6.2.1 Grupo terminador 4–vinilbencilpiperazina (4-VBP) La síntesis de este grupo se realizó a partir de la reacción de una amina secundaria y clorometilestireno. La piperazina reacciona con el cloruro de 4-vinilbencilo, obteniéndose 4–vinilbencilpiperazina28 como se muestra en el Esquema 13. La clave para esta síntesis es el exceso de piperazina que debe usarse en la reacción en una proporción de 15 a 1 con respecto al cloruro de 4-vinilbencilo. Este exceso es necesario para que el cloruro de 4-vinilbencilo reaccione solo con uno de los grupos amino de la piperazina, dejando el otro libre para participar como terminador en la polimerización de las 2-oxazolinas. De este modo se forma el terminador 4–vinilbencilpiperazina. 27 + NNH CH2 + 0 oC, CHCl3NHNH CH2 CH2Cl Piperazina (exceso) Clorometiletireno N+NH H H Cl - 4- Vinilbencilpiperazina Cloruro de piperazinio Esquema 13. Síntesis del terminador 4–vinilbencilpiperazina 3.6.2.2 Polimerización de telequélicos de 2-polioxazolinas terminados en grupos vinilo Este tipo de polimerización ha sido reportada por Rueda et al., quienes utilizaron 2-metil-2-oxazolina como monómero, ioduro de 4-vinilbencilo como iniciador y acetonitrilo como solvente29. La polimerización fue terminada por 4–vinilbencilpiperazina (4-VBP), como se muestra en el Esquema 14. El telequélico obtenido se usó para la preparación de un hidrogel debido a su capacidad para actuar como macroentrecruzador, por presentar funcionalidad en cada extremo de la cadena polimérica; es decir, puede formar dos enlaces cruzados y unir dos cadenas poliméricas, formando así redes tridimensionales. 28 CH2 Cl + NaI CH2 I + NaCl CH2 I + N O CH3 CH2 N O CH3 + A A N O CH3 CH2 N CH2 CH2 N O CH3 + C CH3 O n-1 I- I - n-1 B B K2CO3 CH2 N CH2 CH2 C CH3 O N N CH2 BM NH N CH2 n Esquema 14. Síntesis del bis-macromonómero de poli(2-metil-2-oxazolina)29 3.7 Hidrogeles Los hidrogeles son polímeros tridimensionales obtenidos a partir de polímeros lineales ya sea sintéticos o naturales. Los hidrogeles están formados por cadenas poliméricas entrecruzadas que presentan uniones covalentes, iónicas o físicas, lo que les da estabilidad frente a la disolución. La alta capacidad de los hidrogeles para absorber y retener agua se debe a la presencia de grupos funcionales hidrofílicos en su estructura, como grupos hidroxilo (-OH), carboxilo (-COOH), amino (-NH₂), y sulfato (- SO₄⁻), que facilitan la interacción con el agua mediante enlaces de puente de hidrógeno30. 29 3.7.1 Clasificación de Hidrogeles según su carga Hidrogeles no iónicos: Son aquellos que no poseen carga en su estructura, como los hidrogeles de la poliacrilamida y polialcohol30, que absorben el agua mediante interacciones dipolo- dipolo y enlaces puente de hidrógeno. Hidrogeles aniónicos: Son hidrogeles que contienen grupos con carga negativa como los hidrogeles del ácido acrílico (-COO⁻) o ácido sulfónico (-SO₃⁻) que absorben el agua debido a la repulsión electrostática entre estas cargas29. Muestran mayor eficiencia para la absorción de agua a pH altos. Hidrogeles catiónicos: Son aquellos que contienen especies cargadas positivamente, con presencia de grupos como amonio cuaternario (-NR₄⁺) o grupos amino protonados (NH₃⁺), como los de poli (N,N-dimetilaminoetil metacrilato). Presentan un mayor grado de absorción de agua a medida que baja el pH31. Hidrogeles anfóteros: Son aquellos que contienen grupos ácidos y básicos al mismo tiempo, su carga neta cambia de acuerdo al pH del medio32. Hidrogeles Zwtteriónicos: Son hidrogeles que poseen cargas positivas y negativas como las polibetaines32 y que pueden interactuar con diferentes tipos de carga dependiendo del pH del medio en que se encuentren. 3.7.2 Propiedades de los hidrogeles Los hidrogeles presentan una alta capacidad de absorción de agua, pudiendo almacenar hasta miles de veces su peso seco. Su capacidad de hinchamiento depende del tipo de entrecruzamiento polimérico y la carga del hidrogel. Además, son en gran medida sensibles a estímulos externos, como cambios de pH, temperatura, luz y campo magnético, haciéndolos apropiados para diversas aplicaciones inteligentes31. Son también biocompatibles y biodegradables. Esto los convierte en opciones seguras para aplicaciones biomédicas30. Asimismo, su elasticidad y permeabilidad controlada 30 permiten su aplicación en liberación controlada de fármacos, ingeniería de tejidos y sensores inteligentes, entre otras aplicaciones30,31. 3.7.3 Síntesis de hidrogeles mediante polimerización por radicales libres. Por lo general, los sistemas para síntesis de un hidrogel mediante polimerización por radicales libres están formados por uno o más monómeros hidrofílicos. El monómero comúnmente utilizado es N-isopropilacrilamida (NIPAAm) por sus propiedades hidrofílicas y termosensibles, siendo compatible con varios métodos de síntesis de hidrogeles. El iniciador utilizado debe permitir la generación de radicales libres que ayuden al crecimiento de las cadenas poliméricas. Podrían utilizarse compuestos como persulfato de amonio (APS), persulfato de potasio (KPS), azoisobutironitrilo (AIBN) entre otros, utilizando N, N, N’, N’-tetrametiletilendiamina (TEMED) como catalizador, y un agente entrecruzante como la N, N'- metilenbisacrilamida (MBIS) para reticular la red34. Malásquez33 presenta la reacción de polimerización por radicales libres para la N-isopropilacrilamida (NIPAAm) utilizando como iniciador AIBN, como agente entrecruzante N, N'-metilenbisacrilamida (MBIS) y dioxano como solvente a una temperatura de 65°C (Esquema 15). Se observa la formación de una cadena polimérica conteniendo los comonómeros NIPAAm y MBIS, donde el MBIS une dos cadenas por contener un grupo vinilo en cada extremo de su estructura, permitiendo que ambos extremos polimericen mediante radicales libres en cadenas poliméricas diferentes, formando la estructura tridimensional del hidrogel. 31 C O CHCH2 NH CH3 CH3 + C O CHCH2 NH CH2 NH C O CHCH2 65°C N NC C CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 C O CH NH CH3 CH3 CH2 CH2 CH C O NH CH2 NH C O CHCH2CHCH2 C NH O CH3 CH3 CH2 CH C NH O CH3 CH3 CH2 CH C O NH CH3 CH3 NIPPAm MBIS AIBN - NIPPAm: N-isopropilacrilamida - MBIS: N,N' metilenbisacrilamida - AIBN: Azoisobutironitrilo Esquema 15. Mecasnismo de la formación de hidrogeles a partir de N- isopropilacrilamida33 Donde NIPPAm: N-isopropilacrilamida; MBIS: N, N’ metilenbisacrilamida; AIBN: Azoisobutironitrilo 32 3.7.4 Hidrólisis de Hidrogeles La hidrólisis de hidrogeles es un proceso que consiste en la reacción de grupos amida o éster presentes en las cadenas poliméricas del hidrogel con agua en medio básico o ácido. Esta reacción da lugar a la ruptura de enlace químicos dentro de las cadenas poliméricas de la red para formar terminaciones de ácidos carboxílicos, obteniéndose una distribución homogénea de estos grupos, provocando como consecuencia cambios en las propiedades químicas y físicas del hidrogel como su capacidad de hinchamiento y sensibilidad al pH del medio29,33. 33 CAPÍTULO 4 PARTE EXPERIMENTAL 4.1 Equipos: En esta tesis se utlilizaron los siguientes equipos: Espectrómetro de Resonancia Magnética Nuclear (1H-RMN Y 13C-RMN) Marca: Bruker, Modelo: AC 300. Frecuencias: 300 MHz para 1H y 75.5 MHz para 13C. Solvente deuterado: cloroformo. Equipo de la Sección Química de la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP). Espectrómetro de Resonancia Magnética Nuclear (1H-RMN y 13C- RMN) Marca: Bruker Avance III 500 NMR. Frecuencias: 500.13 MHz para 1H y 125.75 MHz para 13C. Solvente deuterado: cloroformo. Equipo del Instituto Leibniz de Investigaciones en Polímeros de Dresden (IPF), Alemania. Cromatografía de Permeación en Gel, Waters System (GPC) Equipado con un detector IR 410, UV 486 y columnas ultrastyrogels 7 μm con porosidad de 500, 103, 104, 105 A°. Equipo del Instituto Leibniz de Investigaciones en Polímeros de Dresden (IPF), Alemania. Espectrómetro Infrarrojo con Transformada de Fourier. Marca: Perkin Elmer, Modelo: Spectrum 100 Equipo de la Sección Química de la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP). Espectrómetro Infrarrojo con Transformada de Fourier con Reflectancia total atenuada (FTIR-ATR) Marca: Bruker, Modelo: Tensor 27 Detector: MCT Equipo del Laboratorio de Materiales de la Sección de Ingeniería Mecánica de la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP). 34 Espectrómetro ultravioleta /visible Marca: Thermo-Electron Corporation, Modelo: Helios Gamma. Equipo del Laboratorio de Polímeros de la Sección Física de la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP). Evaporador Rotatorio Marca: Heidolph, Modelo: Laborota 4003. Equipo del Laboratorio de Polímeros de la Sección de Física de la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP). Balanza Digital Marca: Sartorius, Modelo: BP-310S, Precisión: 0.001 g. Bomba de vacío (Bomba de aceite) Marca: Vacuum Brand. Modelo: RZ5. Vacío máximo: 0.001 mm Hg. 4.2 Reactivos Durante la presente tesis se utilizaron los siguientes reactivos Acetona CH3COCH3 Marca: J.T. Baker, con 99% de pureza. Se destiló antes de usarse (temperatura de ebullición 56°C). Acetonitrilo C2H3N Marca: Sigma-Aldrich, con 99.8% de pureza. Se purificó mediante destilación fraccionada en presencia de hidruro de calcio bajo atmósfera de nitrógeno. (Temperatura de ebullición 82°C). 2-Metoxicarboniletil-2-oxazolina (Esteroxa) – C7H11O3N. El monómero fue encontrado ya sintetizado en el Laboratorio de Polímeros de la PUCP. La síntesis se realizó de acuerdo al método descrito por Zarka et al. (2003). La purificación se realizó después de 7 días de secado con hidruro de calcio, mediante destilación al vacío a 125°C y 0.5 mm Hg de presión en presencia de CaH2. 35 Cloroformo CHCl3 Marca: J.T. Baker, pureza 99.8%. Se destiló antes de usarse (temperatura de ebullición 61.2°C). Clorometilestireno -H2C=CHC6H4CH2Cl Marca Sigma-Aldrich, con 97% de pureza. Se usó como recibido. Eter dietílico (C2H5)2O Marca: J.T. Baker, con 99% de pureza. Se destiló antes de usarse (Temperatura de ebullición 34.6°C) 2-Etil-2- oxazolina (Etoxa) C5H9NO Marca: Sigma-Aldrich, con 99% de pureza. Se destiló varias veces sobre hidruro de calcio en presencia de nitrógeno. (Temperatura de ebullición a presión atmosférica :128°C). Etilxantato de potasio C2H5OCSSK Marca: Sigma-Aldrich, con 96% pureza. Se purificó según el método de F. Garip (1998)22 Hexano C6H12 Marca J.T. Baker, con 98.5% de pureza. Se destiló antes de usarse (Temperatura de ebullición 68.7°C). Hidroquinona C6H6O2 Marca: Sigma-Aldrich, con 99% de pureza. Se usó como recibido. N-Butilamina CH3(CH2)3NH2 Marca: Sigma-Aldrich, pureza 99.5%. Se destiló antes de usarse (Temperatura de ebullición 78°C). N- Isopropilacrilamida H2C=CHCONHCH(CH3)2 (NIPAAm) Marca: Sigma-Aldrich, pureza 95%. Se usó como recibido. 36 N, N, N’, N’- tetrametiletilendiamina (TEMED) – (CH3)2NCH2CH2N(CH3)2 Marca: Sigma-Aldrich, con 99% de pureza. Fue destilado antes de usar. (Temperatura de ebullición 120°C). Persulfato de Potasio (KPS) K2S2O8. Marca: Sigma-Aldrich; con 99.0% de pureza. Se usó como recibido. Piperazina anhidra C4H10N2 Marca Merk, con 99.0% de pureza. Se usó como recibido. Solución acuosa 0.1 N de hidróxido de sodio – Se preparó a partir de NaOH Marca: Merck, con 99% de pureza. Se usó como recibido. Sulfato de Sodio anhidro Na2SO4 Marca J.T. Baker, con 99.0% de pureza. Se usó como recibido. Tetrahidrofurano (THF) C4H8O Marca: Merk, con 99.8% de pureza. Se destiló antes de usarse y fue secado en presencia de sodio metálico (Temperatura de ebullición 66°C). Trans-1,4-Dibromo-2-buteno (DBB) BrCH2CH=CHCH2Br Marca: Sigma-Aldrich, con 99% de pureza. Se purificó y recristalizó según el método reportado por Zhang W (2011)35. Tolueno C6H5CH3 Marca: Merk, con 99.9% de pureza. Se destiló antes de usarse (temperatura de ebullición 111°C). 4.3 Procedimiento Experimental 4.3.1 Purificación del iniciador trans-1,4-dibromo-2-buteno (DBB) La purificación del iniciador trans-1,4-dibromo-2-buteno (DBB) se realizó según el método de Zhang35. 37 En un vaso de precipitado se agregó 4.113 g de DBB y se disolvió en 10 mL de hexano destilado y seco. La mezcla se agitó y calentó a 70°C. Posteriormente la mezcla se retiró del calor. Se dejaron decantar las impurezas y se trasvasó el sobrenadante a otro recipiente, donde se dejó enfriar. Después del enfriamiento, se obtuvieron los cristales puros de color blanco de DBB35. Este procedimiento se repitió dos veces más. Finalmente, se secaron los cristales purificados de DBB y se almacenaron en un recipiente herméticamente cerrado a 5°C de temperatura y bajo atmósfera de nitrógeno. La caracterización estructural del DBB purificado se llevó a cabo mediante espectroscopia de resonancia magnética nuclear de hidrógeno (1H-RMN) (Figura 7 en Resultados y discusión).1H-RMN (CDCl3) δ: 3.95 ppm (–CH2–Br); 5.98 ppm (H-C=C) También se caracterizó el iniciador DBB mediante espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier y se obtuvo las siguientes señales: λ−1 (cm-1): 3018 (C−H alifático), 1429 (CH2Br); 970.5 (CH=CH) (Figura 8 en Resultados y discusión) 4.3.2 Purificación del monómero 2-etil-2- oxazolina (Etoxa) Para la purificación del 2-etil-2-oxazolina (Etoxa), el monómero fue previamente secado durante 7 días en presencia hidruro de calcio (CaH2) en agitación continua. Posteriormente se realizó la destilación del monómero en un balón de 250 mL en el que se colocaron 100 mL de Etoxa en presencia de hidruro de calcio. La mezcla se destiló a presión atmosférica a 128°C. Este proceso se realizó por triplicado. La caracterización estructural del monómero se realizó a través de resonancia magnética nuclear de protón (1H-RMN), obteniéndose las siguientes señales 1H-RMN (en CDCl3) δ(ppm): 1.05 (–CH3); 2.10 (–CH2–); 3.70(–N-CH2–); 4.15(–CH2–O–) (Figura 40 en el Anexo VIII) 38 Asimismo, se llevó a cabo la caracterización del monómero por espectroscopia infrarroja, obteniéndose las siguientes señales: λ−1 (cm-1): 2980 (C−H alifático), 1670 (C=N imino), 1170 (C−O−C). (Figura 44 en el Anexo VIII) 4.3.3Síntesis del monómero 2-metoxicarboniletil-2-oxazolina (Esteroxa) El monómero Esteroxa fue sintetizado en investigaciones anteriores de acuerdo al método de Zarka37. La síntesis se realizó en dos etapas; en la primera etapa se sintetizó el compuesto metil 7-cloro-4-oxo-5-aza-heptano, al que se denominó “Intermediario”, En una segunda etapa se sintetizó la 2-metoxicarboniletil-2-oxazolina (Esteroxa) a partir del metil 7-cloro-4-oxo-5-aza-heptano, y se realizó la purificación del Esteroxa mediante destilación fraccionada a presión reducida. A continuación, se describe el método que fue utilizado para la síntesis del intermediario y del Esteroxa. 4.3.3.1 Síntesis del intermediario En un balón de 500 mL, previamente enfriado a 0°C y bajo atmósfera de nitrógeno, se agregaron 150 mL de diclorometano, 14.77 g (0.13 mol) de cloruro de 2- cloroetilamonio; y 19.17 g (0.13 mol) de cloruro de metilsuccinilo. La mezcla se disolvió mediante agitación constante. Posteriormente se agregaron gota a gota 30.0 g (0.30 mol) de trietilamina, manteniendo la agitación y la temperatura a 0 °C durante 30 minutos adicionales. Transcurrido ese tiempo, la mezcla se dejó en agitación a temperatura ambiente por 12 horas. Al finalizar la reacción, se añadieron 40 mL de agua destilada al balón. Se agitó y separó la fase orgánica, la cual se llevó a una pera de decantación y se lavó con 15 mL de agua destilada repitiendo el proceso por 4 veces. Finalmente se lavó con 15 mL de solución acuosa saturada de cloruro de sodio. La fase orgánica fue extraída y secada con sulfato de sodio anhidro, y luego se filtró. Se llevó a evaporador rotatorio para eliminar el solvente cloruro de metileno, 39 obteniéndose el intermediario el metil-7-cloro-4-oxo-5-aza-heptano como un aceite de color amarillo rojizo. El rendimiento que se obtuvo fue de 77% con un peso de 19 g del producto37. 4.3.3.2 Síntesis del 2-metoxicarboniletil-2-oxazolina (Esteroxa) En un balón de 100 mL, se añadieron 19.0 g (0.098 mol) de metil-7-cloro-4-oxo-5- aza-heptano, conocido como intermediario y 7.6 g (0.072 mol) de carbonato de sodio anhidro (Na2CO3). La mezcla fue sometida a una presión reducida de 0.1 mm Hg y se observó inicialmente la formación de una espuma abundante. Posteriormente la mezcla fue calentada a 30 °C y agitada durante 30 minutos. Finalizada la reacción, el producto fue aislado por destilación fraccionada al vacío, eliminando la primera y la última fracción del destilado. El punto de ebullición del monómero fue de aproximadamente 125 °C a 0.5 mm Hg. El compuesto obtenido fue denominado 2-metoxicarboniletil-2-oxazolina (Esteroxa). Fue secado y destilado al vacío con hidruro de calcio (CaH₂), en un sistema libre de humedad. Este proceso se repitió cinco veces para garantizar la pureza del monómero. Se obtuvieron 10.02 g de Esteroxa, correspondientes a un rendimiento del 65 %. La caracterización del Esteroxa se llevó a cabo mediante espectroscopía 1H-RMN, las mediciones se realizaron en cloroformo deuterado (CDCl3) a 25°C, obteniéndose las siguientes señales: 1H-RMN (en CDCl3) δ(ppm): 3.78-3.68 (-N–CH2); 4.18-4.11 (–CH2– O–); 2.45-2.53 (–CH2–C=N-); 2.54-2.62 (–CH2–CO–O–); 3.62 (CH3-O-CO). (Figura 41 en el Anexo VIII) Este monómero también se caracterizó mediante espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (Figura 45 en el Anexo VIII) donde se identificaron las señales siguientes: λ−1 (cm-1): 2954(C−H alifático), 1734 (C=O), 1670 (C=N imino), 1159 (C−O−C), en concordancia con el espectro reportado por Zarka et al.37 40 4.3.4 Purificación del etil xantato de potasio y determinación de la solubilidad del xantato en acetonitrilo. Dado que el etil xantato de potasio comercial empleado de la marca Sigma-Aldrich presentaba solo el 96% de pureza, se incluyó un paso de purificación antes de utilizarlo en la polimerización. En un vaso de precipitado conteniendo 200 mL de acetona destilada y seca a 40 °C se agregaron lentamente 9.265 g de etil xantato de potasio, manteniendo agitación constante. Durante el proceso se añadieron también pequeñas cantidades de acetona para favorecer su disolución. Posteriormente, se filtró la mezcla en caliente a un balón de 500 mL para separar las impurezas insolubles. Luego en campana extractora se evaporó el solvente hasta reducir su volumen a la mitad. A continuación, se añadió tolueno destilado y seco, de forma gradual y en exceso hasta completar la precipitación del etil xantato de potasio19,22. Seguidamente, la mezcla de solventes sobrenadantes se retiró por trasvase. El etil xantato de potasio quedó adherido a las paredes del balón, al cual se le aplicó vacío para retirar todo el solvente. Finalmente, se pasó una corriente de nitrógeno seco para retirar el oxígeno presente, y el etil xantato de potasio purificado se preservó a baja temperatura (entre -4 a -8°C) y en oscuridad. Se realizó el análisis de resonancia magnética nuclear de hidrógeno (1H-RMN) del etil xantato de potasio purificado a 25°C obteniéndose las siguientes señales 1H-RMN (en CDCl3) δ (ppm): 1.35 (CH3); 4.45 (CH2-O) (Figura 11 en Resultados y Discusión). Asimismo, se realizó la determinación de la solubilidad del etil xantato de potasio en acetonitrilo. Para esto, en un vaso de 100 mL se agregaron 0.688 g de etil xantato de potasio purificado a temperatura ambiente, y se adicionó acetonitrilo destilado y seco gradualmente hasta observar la disolución completa del etil xantato de potasio, que 41 ocurrió después de adicionar 12 mL de acetonitrilo. Entonces se obtuvo una solubilidad de 5.73 g de etil xantato de potasio /100 mL de acetonitrilo. 4.3.4.1 Medición del coeficiente de extinción del etil xantato de potasio purificado Se preparó una solución con 0.0688 g de etil xantato de potasio purificado en 100 mL de agua destilada. Se tomó una alícuota de 8.8 mL de esta solución, la cual se transfirió a una fiola aforada y se enrasó a 500 mL con agua destilada. La solución obtenida se utilizó para realizar el análisis espectrofotométrico UV/vis del etil xantato de potasio, del cual se obtuvo un gráfico de absorbancia vs longitud de onda (Figura 10 en Resultados y discusión), y se calculó el coeficiente de extinción que fue de 17 351 L.mol-1.cm-1 para una longitud de onda de 301 nm. El cálculo correspondiente se presenta en el Anexo II. 4.3.5 Determinación del tiempo de reacción para obtener el 100% de conversión en la polimerización de 2-etil-2-oxazolina (Etoxa) y 2-metoxicarboniletil-2- oxazolina (Esteroxa) Para determinar el tiempo de polimerización de los monómeros Etoxa y Esteroxa, primero se sintetizaron 3 polímeros con diferentes tiempos de reacción. A continuación, se describe el procedimiento típico para la síntesis del polímero 10A. En un reactor de vidrio se agregaron 0.4055 g (0.0019 moles) del iniciador DBB, 3.298 g (0.033) moles de Etoxa, 1.27 g (0.0081) moles de Esteroxa y se disolvieron en 10 mL de acetonitrilo. La reacción se llevó a cabo bajo atmósfera de nitrógeno a 78°C, se dejó que la polimerización avanzara durante 1.5 horas. La mezcla de reacción fue enfriada a temperatura ambiente y se le hizo reaccionar con 3.94 ml de solución conteniendo 0.22 g de KOH en metanol, manteniéndola en agitación por 24 horas. Después de esta reacción, el producto resultante fue purificado, filtrado y secado por evaporación. Finalmente, este producto se disolvió en cloroformo 42 y se precipitó en éter dietilico. El peso obtenido fue de 2.85 g con un rendimiento de 60.1 %. Se realizó la caracterización del producto obtenido mediante resonancia magnética nuclear de hidrógeno (1H-RMN) como se muestra el espectro de la Figura 14 para el polímero 10A en Resultados y discusión. Las mediciones se realizaron en cloroformo deuterado (CDCl3) a 25°C, obteniéndose las siguientes señales: 1H-RMN (en CDCl3) δ (ppm): 1.1 (–CH3); 2.4 (–CH2–CO); 2.65 (–CH2–CO-O); 3.45 (–CH2–N–), 3.65 (O-CH3), 5.5 (=CH-). Del mismo modo se llevaron a cabo las síntesis de los polímeros 10B y 10C con tiempos de polimerización de 3 y 4.5 horas respectivamente. Como resultado, se obtuvieron rendimientos de 83.4 % para el 10B y de 93 % para el 10C. Los detalles de las cantidades empleadas en las síntesis y el cálculo de los rendimientos obtenidos se muestran en el Anexo III. 4.3.6 Síntesis de polímeros telequélicos con grupos terminales etil xantato Se realizó la síntesis y ciclación de tres polímeros telequélicos con etil xantato de potasio como terminador. A modo de ejemplo se describe a continuación la síntesis y ciclación del polímero P11. 4.3.6.1 Síntesis del polímero telequélico P11 La síntesis del telequélico P11 se llevó a cabo en un reactor previamente secado y en presencia de nitrógeno. Se agregaron 0.5 g (0.00233 mol) del iniciador DBB, 4.122 g (0.0416 mol) del monómero Etoxa y 1.62 g (0.01028 mol) de Esteroxa. Finalmente se agregó 12.5 mL de acetonitrilo. La mezcla reaccionó por un periodo de 5.5 horas, a una temperatura de 78 °C y con agitación contínua a 400 RPM. Transcurrido este tiempo de polimerización, se detuvo el calentamiento y la mezcla se dejó enfriar por 15 minutos en presencia de nitrógeno. Seguidamente se 43 agregó 3.7 g (0.0233 mol) del terminador etil xantato de potasio disuelto en 50 mL de acetonitrilo manteniendo la agitación de la mezcla por 24 horas a temperatura ambiente. Concluida esta etapa, se filtró el contenido del reactor para eliminar las sales insolubles. Se evaporó el solvente en campana extractora, y el polímero obtenido se disolvió en 40 ml de diclorometano. La solución se lavó en una pera de decantación con 25 ml de solución saturada de cloruro de sodio. La mezcla se agitó vigorosamente y, después de la separación, se descartó la fase acuosa, quedando el polímero disuelto en diclorometano. Este procedimiento se realizó tres veces. A continuación, se adicionó sulfato de magnesio anhidro (MgSO4) a la solución del polímero en diclorometano para retirar la humedad. La mezcla se agitó la durante una hora, se filtró y el solvente se eliminó por evaporación. El polímero libre de solvente fue disuelto en 20 mL de cloroformo, y esta mezcla fue agregada lentamente a un balón conteniendo 200 mL de éter dietílico en agitación continua, para inducir a la precipitación del polímero. Una vez que el polímero precipitó y se adhirió al fondo del balón, se descartó la solución sobrenadante y se aplicó vacío para secar el polímero que quedó adherido al balón. Este procedimiento se realizó por triplicado. Finalmente se disolvió el polímero una vez más en cloroformo y se colocó en el evaporador rotatorio hasta sequedad. El polímero final se guardó herméticamente. La caracterización de este polímero se realizó mediante sus espectros de resonancia magnética nuclear RMN en cloroformo deuterado (CDCl3) a 25°C, (Figura 15 y Figura 16 en Resultados y discusión) obteniéndose las siguientes señales 1H-RMN (en CDCl3) δ (ppm): 1.12 (–CH3); 1.42 (CH3–CH2-O); 2.39 (–CO-CH2– CH3); 2.65 (CO-CH2-CH2); 3.45 (N-CH2); 3.65 (O-CH3); 3.95 (=CH-CH2) 4.65 (O-CH2- CH3); 5.53 (=CH-) 44 13C-RMN (en CDCl3) δ (ppm): 9.3 (CO-CH2-CH3); 13.7 (C(=S)-O-CH2-CH3); 25.9 (CO-CH2-CH3); 33.6 (–CH2-S-C(=S)); 45.3 (NCH2CH2); 51.7 (O-CH3); 70.6 (C(=S)-O- CH2-); 127.5 (=CH); 174.5 (C(=O)-CH2-CH3); 214.1 (C=S) Asimismo, se llevó a cabo la caracterización del polímero mediante espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier donde se identificaron las señales siguientes: λ−1 (cm-1): 2978 (C−H alifático); 1734 (C=O) éster; 1629 (N-C=O amida); 1440 (CH2-C=C); 1193 (C=S)39 (Figura 17 en Resultados y discusión) 4.3.6.2 Ciclación de polímeros telequélicos con grupos terminales etil xantato. Se llevó a cabo la ciclación de dos polímeros telequélicos, P11 y P12. A continuación se describe el procedimiento de la ciclación de telequélico P11 como caso típico del proceso. En un vaso de precipitado se disolvieron 2.007 g del polímero P11 y 0.7583 g (10.4 mmoles) de n-Butilamina en tetrahidrofurano (THF) el cual fue secado con sodio metálico y destilado antes de utilizarlo. La mezcla se trasvasó a un frasco de vidrio y se agregó THF hasta completar un volumen de 500 mL. Finalmente, con ayuda de una pipeta y una bombilla se burbujeó aire durante 24 horas. Después de este período se vertió el contenido del frasco en placas Petri y se dejó evaporar el THF en campana extractora hasta que se observó el polímero libre de solvente. Posteriormente, se retiró el polímero de las placas disolviéndolo con cloroformo. Esta mezcla fue agregada lentamente con ayuda de una pipeta Pasteur a un balón conteniendo 250 mL de éter dietílico para iniciar la precipitación del polímero. Se observó la aparición de un precipitado blanco que se adhirió a la base del balón y se continuó la agitación hasta que el solvente sobrenadante quedó transparente. Finalmente se descartó la solución sobrenadante y se llevó el balón a evaporador rotatorio hasta obtener el polímero expandido y libre de solvente. El polímero formado se colocó en un recipiente herméticamente cerrado y se nombró P11S-S. 45 La caracterización de este polímero se realizó mediante resonancia magnética nuclear de hidrógeno (1H-RMN) en cloroformo deuterado (CDCl3) a 25°C, obteniéndose las siguientes señales : 1H-RMN (CDCl3) δ (ppm) : 1.13 (–CH3); 2.39 (–CO-CH2–CH3); 2.67 (CH2–CH2–C(=O)–O); 2.85 (-CH2-S-S-CH2-); 3.45 (N-CH2-CH2-N); 3.65 (O-CH3); 3.95 (=CH-CH2-N); 5.53 (=CH-) (Figura 27 en Resultados y discusión) 4.3.6.3 Hidrólisis del polímero cíclico P11 S-S En un balón conteniendo 46.1 mL de solución 0.1N de hidróxido de sodio (NaOH) en metanol, se agregaron 0.1405 g del polímero P11S-S bajo atmósfera de nitrógeno. La mezcla se mantuvo en agitación durante 7 horas a una temperatura de 15°C. Una vez completado el tiempo de reacción, se procedió a evaporar el metanol y el polímero se disolvió en cloroformo. Luego la solución se llevó al evaporador rotatorio para concentrar un poco el solvente. Se añadió lentamente a un balón que contenía éter dietílico para precipitar el polímero y se observó la formación de un precipitado de color blanco. La mezcla se mantuvo en agitación hasta que todo el polímero se encontró adherido a la base del balón y la solución sobrenadante se tornó transparente. Luego, se descartó la fase sobrenadante y el éter residual se evaporó en campana extractora. Posteriormente, el polímero fue secado al vacío y fue disuelto en cloroformo nuevamente. Finalmente, la solución se llevó al evaporador rotatorio hasta que se obtuvo el polímero expandido y libre de solvente. El producto final se guardó en condiciones herméticas y se le denominó P11S-H. La caracterización del polímero P11S-H se realizó mediante resonancia magnética nuclear de protón 1H-RMN en cloroformo deuterado (CDCl3) a 25°C, según el espectro de la Figura 22 obteniéndose las siguientes señales δ (ppm) :1.1 (–CH3); 2.35 (CO-CH2- 46 CH3); 2.65 (CO-CH2-CH2-CO); 2.85 (-CH2-S-S-CH2-); 3.45 (CH2-N); 3.65 (O-CH3); 3.95 (=CH-CH2); 5.53 (=CH-) (Figura 28 en Resultados y discusión) 4.3.7 Síntesis de polímeros telequélicos con grupos terminales vinilo La síntesis de polímeros telequélicos con grupos terminales vinilo se llevó a cabo en dos etapas. En la primera etapa se realizó la síntesis del grupo terminador 4-vinil- bencilpiperazina y en la segunda etapa se llevó a cabo la polimerización de los monómeros 2-etil -2-oxazolina y 2-metoxicarboniletil-2-oxazolina, utilizando como iniciador DBB y terminando la reacción con la 4-vinil-bencilpiperazina. 4.3.7.1 Síntesis del terminador 4-Vinilbencilpiperazina. En un balón de tres bocas se disolvieron 39.6 gr (0.46 moles) de piperazina seca en 500 mL de cloroformo bajo atmósfera de nitrógeno. Luego se agregaron gota a gota 4.6 gramos (0.030 mol) de clorometilestireno (CMS) previamente destilado y seco, junto con trazas de hidroquinona. Se mantuvo el sistema a 0° C por 10 horas. Posteriormente se vació el contenido del balón a una pera de decantación, a la cual se agregó 250 mL de agua desionizada. La mezcla se agitó vigorosamente y se descartó la fase acuosa. Este procedimiento de lavado se realizó 5 veces hasta que la fase acuosa se tornó transparente. A continuación, la fase orgánica fue separada y se le agregó 5 g de sulfato de sodio anhidro para eliminar la humedad manteniendo la agitación durante 4 horas. Después, de este tiempo se filtró la mezcla y se evaporó el cloroformo en el rotavapor. Finalmente se obtuvieron 5.69 g de terminador 4-vinil-bencilpiperazina con un rendimiento de 94%. El terminador obtenido se caracterizó por resonancia magnética nuclear de hidrógeno (1H-RMN). El espectro se muestra en la Figura 29 (en Resultados y discusión). 47 Las mediciones se realizaron en cloroformo deuterado (CDCl3) a 25°C, se obtuvieron las siguientes señales: 1H-RMN (en CDCl3) δ (ppm): 1.65 (N-H); 2.4 (-NCH2); 2.83 (-CH2-N-H);3.46 (Ar-CH2); 5.22 y 5.75 (CH2=); 6.7 (=CH); 7.3-7.39 (H-Aromático). 4.3.7.2 Síntesis de polímeros telequélicos con grupos terminales vinilo Se llevó a cabo la síntesis de dos polímeros telequélicos terminados en grupos vinilo, los cuales fueron utilizados como entrecruzadores en la síntesis de hidrogeles. A continuación, se detalla la síntesis del telequélico P30 como caso típico. En un balón seco se agregaron 0.488 g de iniciador DBB (0.0023 mol), 3.88 g de monómero Etoxa, (0.0391 mol), 2.077 g de monómero Esteroxa, (0.0132 mol) y 12.5 mL de acetonitrilo como solvente. La mezcla se agitó a 400 RPM y a 78°C por 5.5 horas. Después de este tiempo se detuvo la reacción y se dejó enfriar la mezcla hasta alcanzar la temperatura ambiente. Posteriormente, se añadieron 2.82 g del terminador 4-vinilbencilpiperazina bajo atmósfera de nitrógeno y la mezcla continuó en agitación por 24 horas más. Transcurrido este tiempo, se filtró la mezcla y el solvente se eliminó por evaporación. Luego, el polímero obtenido fue disuelto en cloroformo y se le agregó 3 g de carbonato de potasio K2CO3. Esta mezcla se mantuvo en agitación por 24 horas, luego se realizó una nueva filtración, El filtrado conteniendo el polímero en cloroformo se recibió en un matraz y se eliminó el solvente por evaporación. A continuación, el polímero fue nuevamente disuelto en cloroformo y la mezcla fue agregada gota a gota a un balón conteniendo éter dietílico con agitación continua, para producir la precipitación del polímero. Una vez que el polímero quedó adherido totalmente a las paredes del balón, se descartó la fase sobrenadante y se aplicó vacío al polímero para retirar por completo el solvente. Este procedimiento se realizó por triplicado. Finalmente, el polímero fue disuelto en cloroformo nuevamente y se colocó en el evaporador rotatorio hasta lograr que quede expandido y libre de solvente, luego se guardó herméticamente. El polímero obtenido fue nombrado como P30. 48 Este telequélico final se caracterizó a través de espectroscopía 1H-RMN (en CDCl3) como se observa en el espectro de la Figura 31( en Resultados y discusión) donde se identificaron las señales siguientes: 1H-RMN (en CDCl3) δ (ppm) : 1.10 (CO- CH2-CH3); 2.30 (CO-CH2-CH3); 2.65 (-N-CO-CH2–CH2–); 2.70 (CH2-CH2-CO-OCH3); 3.24 (-N-CH2-CH2-N-); 3.35 (CH2-CH2-N); 3.59 (CH2-Ar); 3.65 (O-CH3); 3.95 (=CH-CH2); 5.25 y 5.75 (CH2=CH); 5.53 (=CH-CH2); 6.6 (Ar-CH=); 7.3-7.39 (H Aromático). 4.3.8 Síntesis de Hidrogeles a partir de telequélicos con grupos terminales vinilo Se realizó las síntesis de dos hidrogeles a partir de los telequélicos P30 y P31. A continuación, se detalla la síntesis del hidrogel HG P30 como caso típico del proceso. En un vaso de precipitado se agregaron 0.4732 g (4.18 mmol) de N- Isopropilacrilamida (NiPAAm), 0.2010 g del polímero P30 y 0.030 g (0.2 mmol) del catalizador N,N,N,’N’ tetrametiletilendiamina (TEMED). Estos reactantes se disolvieron en 3 mL de agua desionizada y se burbujeó nitrógeno en la solución durante 10 min. La mezcla se mantuvo a 5°C. Mientras tanto, en otro vaso de precipitado se disolvieron 0.0202 g (0.07 mmol) de iniciador persulfato de potasio (KPS) en 0.5 mL de agua desionizada. La solución obtenida se añadió a la primera mezcla y se homogenizó suavemente. Finalmente, la solución se vertió al molde y se llevó a refrigeración a 5°C durante 8 horas para permitir la formación del hidrogel Transcurrido este tiempo, el hidrogel se retiró del molde y se le nombró como HG P30. Después el hidrogel se lavó con 500 mL de agua destilada y en un vaso de precipitado se mantuvo sumergido en agua destilada, realizando cambios de agua cada 3 horas para asegurarnos que no quede residuos de los reactantes. Durante el proceso se observó el hinchamiento del hidrogel debido a la absorción de agua. 49 4.3.9 Hidrólisis de Hidrogeles La hidrólisis se realizó para los hidrogeles HG P30 y HG P31. A continuación, se detalla la hidrólisis del hidrogel HG P30 como caso típico del proceso. En un vaso de precipitado se agregaron 5.6 g del hidrogel HG P30 y 15 mL de una solución 0.1N de hidróxido de sodio (NaOH). El hidrogel permaneció sumergido en reposo durante 5 días a temperatura ambiente. Al quinto día el hidrogel se retiró de la solución de NaOH, se lavó una solución diluida 0.1N de ácido clorhídrico (HCl), se enjuagó con agua destilada y se dejó sumergido en 1000 mL agua destilada, se filtró y se secó. A este nuevo hidrogel se le denominó HG P30 H. 4.3.10 Pruebas comparativas de absorción de agua para hidrogeles Se comparó las propiedades de absorción de agua para los hidrogeles hidrolizados HG P30H y HG P31H versus los hidrogeles HG P30 y HG P31 sin hidrolizar. A continuación, describimos el procedimiento típico para el hidrogel HG P30. Se utilizó una porción del hidrogel HG P30 con un peso de 1.1787 g y se colocó en la estufa a 75°C aproximadamente por 4 horas hasta peso constante. El hidrogel seco HG P30 fue retirado de la estufa obteniéndose un peso de 0.0431 g. Para el cálculo del grado de absorción de agua para cada hidrogel se utilizó la fórmula: Absorción = (Wh – Ws) Ws Donde Wh: peso del hidrogel con agua en el equilibrio Ws: peso del hidrogel seco. El grado de absorción para el hidrogel HG P30 sería Absorción = (1.1787 g - 0.0431 g) / 0.0431 g = 26 g H2O /g de HG P30 seco El cálculo del grado de absorción para todos los hidrogeles se presenta en el Anexo IX 50 CAPITULO 5 RESULTADOS Y DISCUSIÓN 5.1 Iniciador trans-1,4-dibromo-2-buteno (DBB) Se seleccionó el DBB como iniciador porque este compuesto presentaba dos grupos reactivos capaces de iniciar la polimerización de las 2-oxazolinas de forma bilateral, permitiendo el crecimiento polimérico en dos “brazos”; a la derecha e izquierda del polímero y de este modo, incorporar el grupo funcional deseado en ambos extremos de las cadenas. El iniciador trans-1,4-dibromo-2-buteno (DBB) fue cristalizado de acuerdo al método descrito por Zhang 35 empleando hexano a 70°C debido a su alta solubilidad en este solvente. El DBB se disolvió en hexano notándose la presencia de impurezas insolubles, que fueron retiradas por filtración. Una vez purificado el DBB por recristalización, se analizó estructuralmente mediante resonancia magnética nuclear de hidrógeno 1H-RMN (en CDCl3) como se muestra en el espectro de la Figura 7, obteniéndose las siguientes señales: 1H-RMN (en CDCl3) δ (ppm): 3.95 (-CH2Br); 5.98 (=CH-). donde la señal del CH2Br aparece en 3.95 ppm por encontrarse electronegativamente desprotegido, ya que se encuentra adyacente al bromo, Por otro lado, la señal del grupo funcional =CH- se encuentra en el rango en el que aparecen los protones vinílicos (5.5 - 6.5 ppm)39 a campo bajo debido al efecto de resonancia electrónica que afectan el campo magnético, encontrándose la estructura del DBB en concordancia con el espectro reportado por López36. Asimismo, se llevó a cabo la caracterización del DBB mediante espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier como se muestra en la Figura 8 obteniéndose las siguientes señales: λ−1 (cm-1): 3018 (C−H alifático); 1429 (H2C-Br); 970.5 (HC=CH). Estas bandas coinciden con los grupos funcionales propios de la molécula del iniciador DBB. 51 Figura 7. Espectro 1H-RMN (en CDCl3) del trans-1,4-dibromo-2-buteno (DBB) Figura 8. Espectro FTIR del trans-1,4-dibromo-2-buteno (DBB) 52 5.2 Síntesis y purificación del monómero 2-metoxicarboniletil-2-oxazolina (Esteroxa) La síntesis se realizó en dos etapas. En la primera etapa se llevó a cabo la síntesis del compuesto metil 7-cloro-4-oxo-5-aza- heptano, denominado “Intermediario”, mediante la reacción de condensación entre cloruro de metil succinilo y cloruro de 2- cloroetilamonio, en presencia de trietilamina. En esta etapa se mantuvo una temperatura controlada de 0 °C, con el fin de evitar posibles reacciones secundaria no deseadas, debido al carácter exotérmico de la reacción. En la segunda etapa de la síntesis, se llevó a cabo la ciclación intramolecular del intermediario mediante la deshidrohalogenación en presencia de carbonato de sodio anhidro (Na₂CO₃) y bajo condiciones de vacío, generando así el monómero 2- metoxicarboniletil-2-oxazolina (Esteroxa). (Esquema 16) El carbonato de sodio se añadió como base inorgánica suave para facilitar la eliminación del ion cloruro y promover el cierre del anillo oxazolínico. La aplicación de vacío de 0.1 mm Hg favoreció tanto a la ciclación como a la purificación del producto por destilación fraccionada. La caracterización estructural del monómero Esteroxa se realizó mediante su espectro de resonancia magnética nuclear de hidrógeno 1H-RMN (Figuras 41 en el Anexo VIII) en cloroformo deuterado (CDCl3) a 25°C, obteniéndose las siguientes señales: 1H-RMN (en CDCl3) δ (ppm): 3.78-3.68 (-N–CH2); 4.18-4.11 (–CH2–O–); 2.45- 2.53 (–CH2–C=N-); 2.54-2.62 (–CH2–CO–O–); 3.62 (CH3-O-CO). Asimismo, el monómero Esteroxa se caracterizó mediante espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (Figura 45) donde se identificaron las señales siguientes: λ−1 (cm-1): 2954(C−H alifático), 1734 (C=O), 1670 (C=N imino), 1159 (C−O−C). Estas señales son características de los grupos funcionales presentes en la 53 estructura del monómero y a su vez el espectro está en concordancia con el reportado por Zarka37. C CH2 O OCH3 CH2 C O Cl + Cl - H3N + CH2 CH2 Cl C CH2OCH3 CH2 C O NH O CH2CH2 Cl + 2Et3N+HCl - Cloruro de metil succinato Cloruro de 2-cloroetilamonio Intermediario 2Et3N, CH2Cl2 0 oC, 13h C CH2 O OCH3 CH2 C O Cl + Cl - H3N + CH2 CH2 Cl 2Et2N, CH2Cl2 0 oC, 13h C CH2OCH3 CH2 C O NH O CH2CH2 Cl + 2Et3N+HCl - Cloruro de metil succinato Cloruro de 2-cloroetilamonio Intermediario C CH2OCH3 CH2 C O NH O CH2CH2 Cl Na2CO3 VACIO N O CH2CH2COOCH3 + HCl Intermediario (7-cloro-4-oxo-5-aza-heptano) ESTEROXA 2HCl + Na2CO3 2NaCl + CO2 + H2O Esquema 16. Síntesis de la 2-metoxicarboniletil-2-oxazolina (Esteroxa)33,37 5.3 Purificación del Etil xantato de potasio El etil xantato de potasio es inestable a lo largo del tiempo, ya que experimenta reacciones de hidrólisis y descomposición produciendo ácido xántico y disulfuro de carbono20. Elizondo et al. estudiaron la inestabilidad del xantato de potasio y propusieron las siguientes reacciones para su hidrólisis y descomposición: ROCS2 - + K+ + H2O  ROCS2H + K+ OH- …………(6) ROCS2H  ROH + CS2 ………………………………..(7) 54 Mustafa et al. obtuvieron el espectro UV/visible del xantato de potasio en soluciones acuosas, el cual debido a la presencia de grupos cromóforos, presenta dos picos característicos ubicados a 226 nm y a 301 nm. Asimismo, afirmaron que la aparición de un tercer pico en la posición 206 nm indicaría la presencia de disulfuro de carbono (CS2), producto de la descomposición del xantato23. Para esta investigación se utilizó etil xantato de potasio comercial de la marca Sigma-Aldrich al 96% de pureza, al cual se realizó el análisis espectrofotométrico UV/vis en el rango de 200 a 400 nm. El espectro UV/vis obtenido mostro los dos picos característicos con valores de absorbancias de 0.643 y 1.216 para 226 nm y 301 nm, respectivamente. Sin embargo, se advirtió la aparición de un pico a 206 nm, que nos indicaría presencia de CS2 como se muestra en la Figura 9. Por esta razón, se realizó la purificación y recristalización del etil xantato de potasio de acuerdo al método de Garip F.& Özdag H. mediante su disolución en acetona a 40°C y precipitación en tolueno22. Se obtuvo un nuevo espectro UV/visible del etil xantato de potasio purificado (Figura 10) observándose la desaparición del pico a 206 nm Figura 9. Espectro UV/vis del etil xantato de potasio comercial marca Sigma- Aldrich 55 Figura 10. Espectro UV/ vis del etil xantato de potasio purificado Asimismo, se comparó los valores del coeficiente de extinción ε, con el reportado por Pomianowski21 que fue de 17 750 L.mol-1.cm-1 para una absorbancia medida a una longitud de onda de 301 nm. El valor de ε obtenido para el etil xantato de potasio comercial fue de 15674 L.mol-1.cm-1, por debajo del esperado, y se le comparó con el coeficiente de extinción ε del etil xantato de potasio después de la purificación obteniéndose un valor de 17351 L.mol-1.cm-1, más cercano al reportado por Pomianowski. Los valores del coeficiente de extinción ε se muestran en la Tabla 3. Estos valores fueron calculados mediante la siguiente fórmula38. Los cálculos se presentan en el Anexo II A= ε x C x l…………………… (8) Donde: A: Absorbancia a una determinada longitud de onda máxima ε: Coeficiente de extinción C: Concentración del etil xantato de potasio en la medición. l: espesor de la celda del equipo UV. (longitud de trayectoria de la luz en la muestra) 56 Tabla 3. Comparación de coeficientes de extinción entre etil xantato de potasio comercial y el purificado Etil xantato de potasio a Abs b a 301 nm Abs b a 226 nm ε c (301 nm) Comercial de Sigma-Aldrich 1.216 0.643 15674 Purificado 1.318 0.673 17351 Reportado por Pomianosky20 1.34 - 17750 Donde: a: Etil xantato de potasio b: Absorbancia c: Coeficiente de extinción (ε) Por otro lado, también se determinó la pureza del etil xantato de potasio purificado mediante el análisis de su espectro de resonancia magnética nuclear de hidrógeno en cloroformo deuterado (CDCl3) a 25°C. Las señales obtenidas fueron 1H-RMN (en CDCl3) δ (ppm): 1.35 (CH3); 4.45 (CH2-O). (Figura 11) La inexistencia de picos extraños corroboró la pureza del compuesto. Se obtuvo también el espectro FTIR del etil xantato de potasio y se identificaron las bandas asociadas a los grupos funcionales presentes en la molécula como son la banda a 2900 cm-1 correspondiente al estiramiento alifático CH2 y CH3, a 1180 cm-1 el estiramiento del grupo C-O-C y a 1050 cm-1 correspondiente al estiramiento C=S, (Figura 12). La humedad presente se debe a las características higroscópicas del etil xantato de potasio. 57 Figura 11. Espectro 1H-RMN del etil xantato de potasio purificado en CDCl3 a 25°C Figura 12. Espectro FTIR del etil xantato de potasio purificado. 58 5.4 Determinación del tiempo de reacción para obtener el 100% de conversión en la polimerización de 2-etil-2-oxazolina (Etoxa) y 2-metoxicarboniletil-2-oxazolina (Esteroxa) Previo a la síntesis de los polímeros telequélicos terminados en etil xantato y vinilo, era necesario saber el tiempo de reacción en el que se podría obtener una conversión total de los monómeros. Para esto se llevó a cabo tres polimerizaciones con diferentes tiempos de reacción. La primera polimerización se realizó con 3.29 g (0.033 moles) de 2-etil-2-oxazolina (Etoxa) y 1.27 g (0.008 moles) de 2-metoxicarbonilietil-2-oxazolina (Esteroxa), usando 0.4055 g (0.0019 moles) de iniciador bifuncional 1,4-trans- dibromobuteno (DBB). Se utilizaron los monómeros en una proporción molar Etoxa/Esteroxa de 80/20 y se empleó una relación molar inicial (Etoxa + Esteroxa) /Iniciador igual a 21.6. La polimerización se llevó a cabo a 78°C, empleando 10 mL de acetonitrilo como solvente, con un tiempo de reacción de 1.5 horas. Bajo similares condiciones experimentales se llevaron a cabo la segunda y tercera polimerización con tiempos de reacción de 3 y 4.5 horas, respectivamente. Cada polimerización fue terminada con la incorporación de solución metanólica de 0.22 g de hidróxido de potasio (KOH) en agitación constante por 24 horas a temperatura ambiente. Como resultado, se obtuvieron tres polímeros diferentes nombrados como P10A, P10B y P10C correspondientes a tiempos de reacción de 1.5, 3.0 y 4.5 horas, respectivamente. La reacción de síntesis se muestra en el Esquema 17. 59 Esquema 17.- Reacción de polimerización de los telequélicos P10 A, P10 B y P10 C Los rendimientos obtenidos en la síntesis de los polímeros P10 A, P10 B y P10 C fueron de 60.1 %, 83.4 % y 93 %, respectivamente, lo que nos permitió conocer el progreso de la conversión a través del tiempo de reacción. Para esto se ploteó el porcentaje de conversión vs tiempo de reacción obteniéndose una curva con la cual se pudo predecir que en un tiempo aproximado de polimerización de 5.5 horas se obtendría un 100% de conversión de los monómero en la polimerización (Figura 13). Los cálculos para la obtención de los rendimientos se presentan en el Anexo III. 60 Figura.13 Progreso de la polimerización de las 2-oxazolinas (Etoxa y Esteroxa) en el tiempo de reacción. Los polímeros obtenidos P10 A, P10 B y P10 C fueron caracterizados mediante resonancia magnética nuclear de protón (1H RMN). En la Figura 14 se muestra el espectro 1H RMN del polímero 10A, mediante el cual se pudo confirmar la estructura del polímero obtenido a partir de la identificación de las señales “d”,”e” y “f+g”, correspondientes a los monómeros Etoxa y Esteroxa, así como las señales “a” y “b” del iniciador las cuales evidencian la presencia de monómeros e iniciador, en el polímero. De igual forma se realizó para los polímeros 10B y 10C cuyos espectros se presentan en las Figuras 42 y 43 (en el Anexo VIII) respectivamente. Por otro lado, no fue posible calcular con exactitud el porcentaje de conversión a partir de los espectros 1H-RMN debido a que la señal “f+g” correspondiente al monómero Esteroxa se encontraba traslapada con la señal “d” del monómero Etoxa, lo que no permitió la cuantificación precisa de la integral de la señal. Por esto se prefirió usar los rendimientos para aproximar el tiempo de reacción adecuado para el 100 % de conversión. 0 60.1 83.4 93 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 R en d im ie n to % Tiempo de reacción (h) 61 5.5 Síntesis y caracterización de telequélicos terminados en etil xantato La síntesis se realizó mediante polimerización catiónica por apertura de anillo de los monómeros 2-etil-2-oxazolina (Etoxa) y 2-metoxicarboniletil-2-oxazolina (Esteroxa) utilizando como iniciador 1,4-trans-dibromobuteno, a una temperatura de 78°C durante un tiempo de 5.5 horas, empleando acetonitrilo como solvente y etil xantato de potasio como agente terminador. Esta polimerización sería termodinámicamente favorable debido a la estabilidad de las amidas terciarias que se formarían2 y la tensión propia del anillo oxazolínico presente en los monómeros. Figura 14. Espectro 1H-RMN del telequélico P10 A en CDCl3 a 25°C 62 El etil xantato de potasio, utilizado para terminar la polimerización, fue agregado con un exceso molar de 10:1 respecto al iniciador. Se utilizó esta proporción considerando que el etil xantato de potasio debería reaccionar con ambos extremos de la cadena polimérica, debido a que se utilizó un iniciador bifuncional como el 1,4-trans- dibromobuteno que permite el crecimiento de la cadena polimérica en ambas direcciones. El mecanismo propuesto para esta reacción seria el tipo iónico, ya que el contraión presente en el iniciador es el ión bromuro (Br-1) el cual posee una nucleofilicidad menor que la de los monómero 2-oxazolinas2,7 (Esquema 18). Se sintetizaron bajo condiciones similares tres telequélicos con grupos terminales xantato a los que se les denominaron P11, P12 y P13. Iniciación C C H CH2 CH2 HBr Br N O CH2 CH3 C C H CH2 CH2 H N O CH2 + CH3 Br - C C H CH2 CH2 H N O CH2 + CH3 N O CH2 CH2 C O O CH3 C C H CH2 CH2 H N C CH2 CH3 O CH2CH2 N O CH2 + CH2 COOCH3 Br - N O CH2 CH2 COOCH3 N O CH2 CH3 78 oC, 5.5h MeCN 78 oC, 5.5h MeCN idem idem idem idem C S O CH2CH3SK -KBr, MeCN, 25 oC CC HCH2 CH2 H NCH2 CH2 NCH2CH2 C O S S CH2 CH3 C CH2CH3 O C O CH2 CH2COOCH3 idem  C C CH2 H H CH2 N C CH2 CH2 CH2 NCH2CH2 C CH2 CH2COOCH 3 OO N O CH2 + CH2 COOCH3 CH3 Br - Propagación C C H CH2 CH2 HBr Br N O CH2 CH3 C C H CH2 CH2 H N O CH2 + CH3 Br - C C H CH2 CH2 H N O CH2 + CH3 N O CH2 CH2 C O O CH3 C C H CH2 CH2 H N C CH2 CH3 O CH2CH2 N O CH2 + CH2 COOCH3 Br - N O CH2 CH2 COOCH3 N O CH2 CH3 78 oC, 5.5h MeCN 78 oC, 5.5h MeCN idem idem idem idem C S O CH2CH3SK -KBr, MeCN, 25 oC CC HCH2 CH2 H NCH2 CH2 NCH2CH2 C O S S CH2 CH3 C CH2CH3 O C O CH2 CH2COOCH3 idem  C C CH2 H H CH2 N C CH2 CH2 CH2 NCH2CH2 C CH2 CH2COOCH 3 OO N O CH2 + CH2 COOCH3 CH3 Br - 63 Terminación CC HCH2 CH2H Br Br DBB N O CH2 CH2 COOCH3 N O CH2 CH3 + 78 oC , 5.5 h MeCN CC CH2H HCH2 NCH2 CH2 C CH2 CH3 O N O CH2 + CH2 COOCH3 Br- C S O CH2CH3SK -KBr, MeCN, 25 oC CC HCH2 CH2 H N CH2 CH2 NCH2CH2 C O S S CH2 CH3 C CH2CH3 O C O CH2 CH2COOCH3 Esquema 18. Mecanismo de polimerización de telequélicos terminados en etil xantato En la Figura 15 se muestra el espectro 1H-RMN del telequélico P11, donde se identificaron las señales “d” y “e” del Etoxa, así como la señales “f+g” y “h” asociadas al Esteroxa. También se observaron las señales “a” y “b” correspondientes al iniciador y las señales “i” y “j” asociadas a los grupos metileno y metilo del terminador, corroborando de esta manera la presencia de estos componentes en la estructura del polímero. Asimismo, se determinó el porcentaje molar experimental de cada monómero presente en el telequélico mediante la comparación de la integral de la señal “d” (del monómero Etoxa) o la integral de las señales “f+g” (del monómero Esteroxa) frente a la suma de ambas integrales (“d” + “f+g”). Además, se calculó el grado de polimerización experimental. Este se obtuvo a partir de la comparación de la suma de las integrales de las señales “d” del Etoxa y “f+g” del Esteroxa versus la integral de la señal “a” del grupo =CH del iniciador. El cálculo detallado se encuentra en el Anexo V. 64 Figura 15. Espectro 1H-RMN del telequélico P11 en CDCl3 a 25°C Figura 16. Espectro 13C-RMN del telequélico P11 en CDCl3 a 25°C 65 Del mismo modo, en el espectro 13C-RMN del telequélico P11 (Figura 16) se observaron las señales características de los carbonos correspondientes a los monómeros incorporados en la cadena polimérica. Entre las principales se encuentran la señal “a” del carbono CH3 del Etoxa y “h” del carbono OCH3 del Esteroxa. Además, se identificaron las señales de los carbonos carbonilicos contenidos en los monómeros como las señales “m”, “l”, y “k”. A su vez se identificó la señal “n” del carbono tiocarbonilico C=S del terminador etil xantato que forma parte de la cadena polimérica y finalmente se observó la señal “j “del carbono insaturado C=C correspondiente al iniciador. La presencia de dichas señales indicaría que se trata de la estructura esperada para el telequélico P11. Finalmente, las bandas registradas en el espectro FTIR de telequélico P11 también coinciden con los grupos funcionales presentes en la molécula como la banda a 2978 cm-1 correspondiente al estiramiento alifático C-H, las bandas a 1734 cm-1 y 1629 cm-1 correspondientes al estiramiento C=O tanto del grupo éster, y del grupo amida respectivamente, la banda a 1440 cm-1 del grupo C=C-CH2 presente en el iniciador y la presencia de la banda a 1193 cm-1 del estiramiento C=S del terminador etil xantato en el telequélico P11 (Figura 17)39 Figura 17. Espectro FTIR del telequélico P11 66 También se sintetizaron los telequélicos P12 y P13 este último formado únicamente por un solo tipo de monómero el 2-etil-2-oxazolinas. El P13 se caracterizó mediante resonancia magnética nuclear obteniéndose las señales “d” y “e” correspondientes a la Etoxa, las señales “a” y “b” de los protones de los grupos -CH2Br y =CH- del iniciador DBB, también se observan las señales “f” y “g” correspondientes a los protones CH2 y CH3 del terminador etil xantato lo que nos podría corroborar la estructura esperada del telequélico P13 (Figura 18). También se analizó el telequélico P13 mediante su espectro FTIR (Figura 19), el cual presenta la banda característica del enlace carbonilo C=O correspondiente al grupo amida, las bandas del grupo C=C-CH2 del DBB y la banda del estiramiento C=S del terminador etil xantato, lo cual nos sugiere que el telequélico 13 presenta la estructura propuesta. Figura 18. Espectro 1H-RMN del telequélico P13 en CDCl3 a 25°C 67 Figura 19. Espectro FTIR del telequélico P13 Las cantidades requeridas para la síntesis de los telequélicos P11, P12 y P13 junto con los resultados experimentales obtenidos se muestran en la Tabla 4. Los cálculos detallados se encuentran en el Anexo V. 68 Tabla 4. Resultados experimentales de la síntesis de telequélicos con grupo terminal etil xantato. Donde: a: Denominación del telequélico b: trans-1,4-dibromo-2-buteno (DBB) c: 2-etil-2-oxazolina (Etoxa) d: 2-metoxicarboniletil-2-oxazolina (Esteroxa) e: etil xantato de potasio. f: Relación molar inicial, número de moles (Etoxa + Esteroxa) / número de moles del iniciador. g: Grado de polimerización experimental obtenido comparando la suma de las señales “d” y “f+g” de Etoxa y Esteroxa versus la señal “a” o “b” del iniciador, en el espectro ¹H-RMN h: Porcentaje molar de Etoxa presente en el telequélico, calculado a partir del espectro ¹H-RMN comparando la señal “d” de Etoxa versus la suma de las señales para ambos monómeros “f+g” + “d” i: Porcentaje molar de Esteroxa presente en el telequélico, calculado a partir del espectro ¹H-RMN comparando la señal “f+g” de Esteroxa versus la suma de las señales para ambos monómeros “f+g” + “d”. j: Peso molecular experimental del polímero obtenido a partir del grado de polimerización experimental del telequélico multiplicado por los pesos moleculares de los monómeros, más el peso molecular remanente del iniciador y terminador presente en la molécula del telequélico. k: Funcionalización calculada a partir del espectro ¹H-RMN comparando la señal “i” de etil xantato versus la señal “a” del iniciador. l. Las condiciones de polimerización fueron de 78°C con 12 mL de acetonitrilo como solvente, tiempo de reacción 5.5 horas. Telequélico a P11 P12 P13 Iniciador b (moles) 0.00234 0.00235 0.0023 Etoxa c (moles) 0.0416 0.0489 0.0513 Esteroxa d (moles) 0.0102 0.0125 0 Terminador e (moles) 0.0233 0.0233 0.0233 Mon/DBB (Teórico)f 22 26 22 Mon/DBB (RMN) g 25 29 25 Etoxa % h 81.8 81 100 Esteroxa % i 18.2 19 0 Mn j [g/mol] 3047 3400 2770 F k % 64 68 80 69 La funcionalización es el porcentaje de unión de los extremos de las cadenas poliméricas con el terminador etil xantato y fue calculada mediante la comparación de la señal de los protones correspondientes al etil xantato, versus la señal de los protones del iniciador. Estas señales, por ejemplo, se pueden observar en el espectro de ¹H-RMN de la Figura 15 para el polímero P11, donde se destaca la señal “i” en 4.65 ppm, correspondiente al grupo metileno (CH₃–CH₂-O) del etil xantato, y la señal “a” en 5.51 ppm, correspondiente al grupo (=CH-) del iniciador. El cálculo se detalla en el Anexo V. En esta investigación los telequélicos P11, P12 y P13 obtenidos presentaron una funcionalización de 64, 68 y 80%, respectivamente. Los resultados nos indicarían que no todas las cadenas poliméricas formadas lograron reaccionar con el etil xantato de potasio, es decir, que algunas cadenas poliméricas no presentaron el grupo etil xantato por lo menos en uno de sus extremos. Probablemente estas cadenas hayan sido terminadas con grupos hidroxilo (OH-) generados por la humedad presente en el sistema de polimerización o podrían haber perdido el grupo xantato terminal durante la etapa de la purificación del telequélico. También es importante destacar que el telequélico P13 alcanzó una funcionalización de 80 % mayor que para los telequélicos P11 y P12 con 64% y 68% respectivamente, lo que nos podría indicar que los telequélicos formados con los monómeros Esteroxa (P11 y P12) presentan menor afinidad para ser funcionalizados por etil xantato de potasio, a pesar que en todos los casos se agregó un exceso molar de agente terminador en una proporción de 10:1 respecto al iniciador. Se observó también que el grado de polimerización teórico obtenido a partir la relación molar inicial entre (Etoxa + Esteroxa) / iniciador fue similar al grado de polimerización experimental determinado a partir del análisis cuantitativo del espectro 1H-RMN. Estos valores obtenidos confirman que se llegó a una polimerización completa, es decir, que la reacción corresponde a una polimerización catiónica “viva” donde no se 70 presentaron reacciones de transferencia de cadena ni de terminación, y la conversión fue de aproximadamente 100%. También, se determinó el peso molecular experimental de cada polímero, a partir del análisis cuantitativo del espectro ¹H-RMN. Para esto se determinó primero el grado de polimerización, el cual fue relacionado con los pesos moleculares correspondientes a cada monómero, iniciador y terminador presente en cada telequélico. En el caso del telequélico P11 el grado de polimerización fue de 25 y el peso molecular fue de 3047 g/mol. Los telequélicos P11 y P12 también fueron analizados mediante cromatografía de permeación en gel (GPC). Este análisis se llevó a cabo en el Instituto Leibniz de Polímeros de Dresden, encontrándose los pesos moleculares promedio similares a los obtenidos experimentalmente mediante el análisis del espectro ¹H-RMN. También se obtuvieron los pesos moleculares ponderados y la distribución de pesos moleculares o dispersión para cada telequélico. Los resultados se encuentran en la Tabla 5 y el gráfico con el cromatograma se muestra en la Figura 20. Tabla 5. Resultados de los pesos moleculares obtenidos del análisis mediante cromatografía de permeación de gel (GPC) para los telequélicos P11 y P12 Telequélico a Mn b [g/mol] RMN Mn c [g/mol] Mw d [g/mol] D e (Mw /Mn) P11 3040 2600 3500 1.35 P12 3400 2500 3400 1.36 Donde a: Denominación de los telequélicos b: Peso molecular experimental obtenido a partir del análisis cuantitativo del espectro 1H-RMN c: Peso molecular numérico medio obtenido del análisis GPC d: Peso molecular ponderal medio obtenido del análisis GPC e: Índice de polidispersidad (D) 71 La dispersión de pesos moleculares (índice de polidispersidad) para los telequélicos P11 y P12, fue de 1.35 y 1.36, respectivamente, siendo valores cercanos a 1 reflejan una distribución de peso molecular homogénea, es decir, que las cadenas poliméricas formadas presentan longitudes similares en cada uno de los telequélicos sintetizados. Este comportamiento está relacionado con una polimerización controlada, como la polimerización catiónica “viva” por apertura de anillo de las 2-oxazolinas. 72 Figura 20. Cromatograma de permeación en gel para los telequélicos P11 y P12 73 5.6 Ciclación de telequélicos terminados en etil xantato La ciclación, se realizó de acuerdo al método descrito por Ali et al.25 el cual emplea telequélicos funcionalizados con grupos xantato en los extremos de la cadena. Para esta investigación, se utilizaron los telequélicos P11 y P12, bajo condiciones de alta dilución, con el fin de favorecer la formación de polímeros cíclicos y minimizar la ocurrencia de reacciones intermoleculares25, tal como lo recomienda el autor. Para la ciclación de estos telequélicos con grupo xantato terminal, se utilizó n-butil amina como grupo desprotector y tetrahidrofurano (THF) como solvente (Esquema 19). En esta reacción, el par libre del nitrógeno de la amina ataca el carbono unido al azufre del enlace S-C(=S)-OCH2CH3 del etil xantato, que presenta carga parcialmente positiva. En consecuencia, rompe el enlace S-C produciendo la unión del carbono al nitrógeno, conduciendo a la formación de un compuesto o-tiocarbamato que une la amina con el resto de la molécula del xantato, formando un enlace S=C-N donde el doble enlace va rotando debido a la resonancia entre las estructuras S=C-N S-C=N, formando dos isómeros de rotación. Al mismo tiempo el azufre es estabilizado por la transferencia de un protón (H) de la amina, produciendo un grupo tiol (S-H) al final de la cadena. Estos grupos tiol reaccionan espontáneamente con el oxígeno presente en la solución, generando una oxidación que daría lugar a un enlace disulfuro (S-S) entre los extremos de una misma cadena polimérica. El mecanismo de ciclación propuesto se muestra en el Esquema 19 . 74 Esquema 19. Mecanismo de ciclación para telequélicos terminados en etil xantato 75 Con respecto al proceso de ciclación, se empleó una fuerte dilución para asegurar la interacción intramolecular en el telequélico que conduzca a la formación del polímero cíclico y evitar el acercamiento entre dos cadenas poliméricas diferentes y, por ende, las reacciones intermoleculares que conlleven posiblemente a la aparición de dímeros, producto de la unión disulfuro (S-S). No obstante, también, se conoce mediante el análisis de los espectros 1H- RMN para los telequélicos P11 y P12 que los valores porcentuales de funcionalización con etil xantato fueron de 64% y 68%, respectivamente, lo que sugiere que algunas cadenas poliméricas no tendrían posibilidades para formar polímeros cíclicos, por no presentar terminaciones con etil xantato en sus dos extremos. Comparando los espectros de resonancia magnética nuclear de protón (1HRMN) de los polímeros P12 y P12 S-S (Figuras 22 y 23), se observó en el espectro del P12 S-S la desaparición de las señales a 4.6 ppm y 1.40 ppm correspondientes a los protones -CH2 y - CH3 unidos al grupo xantato, las cuales están presentes en el espectro del telequélico P12. Asimismo, se detectó la la presencia de una nueva señal en 2.75 ppm característica de los protones -CH2 unidos a grupos disulfuros, que indicarían la presencia de polímeros cíclicos y con menor probabilidad de la formación de dímeros. Telequélicos con grupos terminales tiol Figura 21. Formación de dímeros 76 Figura 22. Espectro 1H-RMN del telequélico P12 en CDCl3 a 25°C Figura 23. Espectro 1H-RMN del polímero P12 S-S en CDCl3 a 25°C 77 En la Figura 24 se presenta la secuencia de espectros ¹H-RMN de la reacción del telequélico P12 con n-butilamina en exceso a 30°C en CDCl3. El monitoreo de esta reacción se realizó directamente en el tubo de análisis de 1H RMN después de la adición de la butilamina y los espectros fueron registrados cada dos horas, por un periodo total de 14 horas. Este estudio fue realizado en el Instituto Leibniz de Investigación en Polímeros de Dresden, Alemania. Se visualizó el proceso de ciclación del telequélico, mediante el análisis de diferentes señales. La primera señal ubicada en 4.65 ppm corresponde a los protones del grupo metileno del xantato SC(=S)-OCH₂-CH₃ que está presente al inicio de la reacción y va disminuyendo a medida que la reacción progresa, hasta casi desaparecer a las 14 horas. En este tiempo podemos afirmar que todos los finales de cadena de etil xantato desaparecieron y se formaron grupos -CH2-S-S-CH2-, sea en forma de polímeros cíclicos o en forma de dímeros. Se observó simultáneamente la presencia de dos señales en 4.45 y 4.5 ppm, correspondientes a los metilenos de la molécula de o-tiocarbamato (CH2-O-C(=S)-N) que viene a ser también un producto de la reacción. Estas señales se van haciendo más intensas a medida que avanza el tiempo de reacción. La presencia de dos señales se debe a que el o-tiocarbamato presenta dos rotámeros, producidos por la rotación alrededor del enlace S=C-N. 78 Figura 24. Secuencia de espectros 1H-RMN en función del tiempo de la reacción entre el telequélico P12 con n- butilamina, desde las 0 horas hasta las 14 horas con un 98 % de reacción completada. Asimismo, en la Figura 25 se observa la presencia de la señal correspondiente a los metilenos unidos al azufre (CH2-S-S-CH2) en 2,8 ppm, que indicaría la formación de enlaces disulfuro, producto de la oxidación del grupo tiol (S-H) en ambos extremos del telequélico. Esto podría atribuirse a la ciclación del telequélico, debido a que se utilizó una alta dilución del polímero en solvente THF, lo que hace menos probable las uniones intermoleculares que formarían dímeros25. 79 La intensidad de la señal va aumentando conforme pasa el tiempo, lo que nos indicaría un aumento en el número de enlaces disulfuro. Figura 25. Secuencia de espectros 1H-RMN que muestra el incremento de la formación de enlaces disulfuro durante la reacción de ciclación del telequélico P12 que fue realizada en el tubo de RMN. Los colores corresponden a la Figura 24 donde, por ejemplo, la línea azul representa a la reacción en un tiempo de 2 horas, y la línea de color negro a la reacción después de 14 horas. De forma similar, en el espectro de carbono 13C-RMN para polímero P12 S-S antes de la formación del enlace disulfuro, se aprecian las señales del carbono desprotegido del tiocarbamato (O-C(=S)-N) formadas a 190.0 ppm y 190.3 ppm, dos señales debido a la 80 presencia de los rotámeros, y aparece también una señal tenue correspondiente al carbono metilénico unido al grupo tiol (CH2-SH) a 23.3 ppm que confirma la presencia del grupo tiol (S-H) en la parte final de la cadena (Figura 26). Figura 26. Espectro 13 C-RMN de la formación del polímero P12 S-H 5.7 Hidrólisis de polímeros cíclicos El polímero P11S-S fue hidrolizado con una solución diluida de NaOH 0.1N en metanol durante un periodo de 7 horas, a una temperatura de 15°C, con el objetivo de hidrolizar exclusivamente los grupos éster provenientes del monómero Esteroxa, evitando que se hidrolicen los grupos amida contenidos en la cadena polimérica ciclada. De acuerdo a López36, “Los grupos carbonilos que conforman las amidas requieren condiciones más rigurosas de temperatura tales como 100°C y tiempos largo de reacción con concentraciones de hidróxido de sodio de 2 N” (p. 86). 81 Esquema 20. Hidrólisis del polímero cíclico P11 S-S Se analizaron los espectros de ¹H-RMN de los polímeros P11 S-S y P11 S-H, y se observó una variación en la intensidad de la señal “h” ubicada en 3.65 ppm, la cual es característica del grupo éster. Esta señal aparece en ambos espectros, aunque con menor intensidad en el espectro del polímero P11 S-H. Esto nos sugiere que el grupo éster aún se mantiene presente en el polímero P11 S-H, aunque en menor proporción, lo cual nos indicaría que la hidrólisis no se realizó al 100%, es decir, solo una fracción de los grupos éster reaccionaron con el hidróxido de sodio, quedándose una parte del grupo funcional sin transformar. (Figura 27 y Figura 28) 82 Figura 27. Espectro 1H-RMN del polímero P11 S-S en CDCl3 a 25°C Figura 28. Espectro 1H-RMN del polímero P11 S-H en CDCl3 a 25°C 83 5.8 Síntesis de polímeros telequélicos con grupos terminales vinilo. Se sintetizaron telequélicos mediante polimerización catiónica por apertura de anillo de los monómeros 2-etil-2-oxazolina y 2-metoxicarbonil-2-oxazolina utilizando como iniciador el trans-1,4-dibromobuteno y como terminador 4-vinilbencilpiperazina. El proceso se llevó a cabo en dos etapas. En la primera etapa se sintetizó el compuesto 4- vinilbencilpiperazina y en la segunda etapa se elaboraron 2 telequélicos con grupos terminales vinilo. 5.8.1 Síntesis y caracterización del terminador 4–vinilbencilpiperazina La síntesis de 4-vinilbencilpiperazina se realizó mediante reacción de condensación entre la piperazina y el clorometilestireno usando una cantidad excedente de piperazina en una proporción 15:1 con respecto al clorometilestireno. Este exceso hace más probable que la reacción ocurra preferentemente en solo uno de los nitrógenos laterales de la piperazina, para mantener el otro grupo amino libre de condensación, permitiendo que este grupo funcional sin reaccionar se utilice como terminador en la polimerización de las 2- oxazolinas. El mecanismo propuesto se presenta en el Esquema 21. + NNH CH2 + 0 oC, CHCl3NHNH CH2 CH2Cl Piperazina (exceso) Clorometiletireno N+NH H H Cl - 4- Vinilbencilpiperazina Cloruro de piperazinio Esquema 21. Síntesis del terminador 4–vinilbencilpiperazina 84 Se realizó la caracterización estructural del 4-vinilbencilpiperazina mediante resonancia magnética nuclear del protón 1H-RMN como se indica en la Figura 29. Se corroboró la estructura molecular del 4-vinilbencilpiperazina al obtener las señales “a” y “a’ “observadas a 5.22 y 5.75 ppm, correspondientes a los protones de los carbonos insaturados (CH=CH2); y la señal “b” del carbono CH=CH2 que se observa a 6.65 ppm más desprotegido que sus vecinos por estar más cercano al campo magnético inducido por el anillo aromático. Otras señales características de la molécula son también la señal “c” a 3.46 ppm, correspondiente a los protones del metileno unido al anillo aromático, la señal “h” entre 7.3-7.39 ppm correspondientes a los protones aromáticos. Por ultimo las señales “e” y “d” corresponden a los protones del CH2 de la piperazina cercanos al NH y al N-CH2, respectivamente. Se podría afirmar que esta estructura está de acuerdo con la reportada por Gross et al.28 Figura 29. Espectro 1H-RMN del terminador 4-vinilbencilpiperazina en CDCl3 a 25°C 85 También se obtuvo el espectro FTIR del terminador 4-vinilbencilpiperazina sintetizado, en el que se observaron las bandas correspondientes a los grupos funcionales presentes en la molécula esperada como se muestran en la Figura 30. Figura 30. Espectro FTIR del terminador 4-vinilbencilpiperazina 5.8.2 Síntesis y caracterización de telequélicos con grupo terminal vinilo La síntesis se realizó a partir de los monómeros Etoxa y Esteroxa mediante el mecanismo de polimerización catiónica “viva” por apertura del anillo. Se utilizó como iniciador el trans-1,4-dibromo-2-buteno y acetonitrilo como solvente, la reacción se llevó a cabo a 78°C durante 5.5 horas. Se utilizó 4-vinilbencilpiperazina como terminador de la polimerización. El mecanismo de reacción propuesto se presenta en el Esquema 22. 86 CC HCH2 CH2H Br Br DBB N O CH2 CH2 COOCH3 N O CH2 CH3 CC CH2H HCH2 NCH2 CH2 C CH2 CH3 O N O CH2 + CH2 COOCH3 Br- + 78 oC , 5.5 h MeCN CC CH2H HCH2 NCH2 CH2 C CH2 CH3 O N O CH2 + CH2 COOCH3 Br- CH2 CH2NH N .. MeCN, 25oC + CH2 CH2N+ N H CC HCH2 CH2 H N CH2 CH2 NCH2CH2 C CH2CH3 O C O CH2 CH2COOCH3 + CH2 CH2 CC HCH2 CH2 H N CH2 CH2 NCH2CH2 N C CH2CH3 O C O CH2 CH2COOCH3 N K2CO3 24h Esquema 22. Mecanismo de polimerización de la síntesis de telequélicos con grupo terminal vinilo. 87 Como resultado, se obtuvieron 2 polímeros telequélicos denominados P30 y P31, los cuales fueron caracterizados por resonancia magnética nuclear 1H-RMN. Mediante sus espectros, se confirmó la estructura propuesta con la presencia de señales de los principales grupos presentes en los monómeros Etoxa y Esteroxa como la señales “d” y “f+g”. También se presentaron la señales “a” y “b” del iniciador y las señales “k”, “l”,”l’ “del terminador, asociadas a los protones de los carbonos vinílicos y la señal “h” de los protones del anillo aromático (Figura 31 y Figura 32) Figura 31. Espectro 1H-RMN del telequélico P30 en CDCl3 a 25°C 88 Figura 32. Espectro 1H-RMN del telequélico P31 en CDCl3 a 25°C Los telequélicos también fueron caracterizados por espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR), obteniéndose las bandas características de grupos funcionales, como son las bandas del estiramiento C=O presentes tanto en los ésteres como las amidas que conforman los monómeros Etoxa y Esteroxa, las bandas de C=C y C-N presentes en el terminador 4-vinilbencilpiperazina. Lo cual nos confirmaría que los telequélicos P30 y 31 presentan la estructura teóricamente propuesta (Figura 33 y Figura 34) 89 Figura 33. Espectro FTIR del telequélico P30 Figura 34. Espectro FTIR del telequélico P31 90 Las cantidades utilizadas y los resultados obtenidos en la polimerización se muestran en la Tabla 6. Tabla 6. Síntesis de telequélicos con grupo terminal vinilo P30 j P31 j Etoxa (moles )a 0.0391 0.0391 Esteroxa(moles)b 0.0130 0.0132 DBB (moles)c 0.00233 0.0047 Terminador (moles)d 0.015 0.030 ACN (mL)e 12.5 12.5 GP Teórico f 23 11 GP Experimental g 23 11 Esteroxa %h 35 38 F% i 100 76 Donde: a: 2-etil-2-oxazoilina (Etoxa) b: 2-metoxicarboniletil-2-oxazolina (Esteroxa) c: trans-1,4-dibromo-2- buteno (DBB) d: 4-vinilbencilpiperazina e: Acetonitrilo f: Grado de polimerización teórico del telequélico obtenido a partir de la relación molar inicial, de (Etoxa + Esteroxa) / iniciador. g: Grado de polimerización experimental del telequélico obtenido a partir del análisis cuantitativo del espectro ¹H- RMN, comparando las señales “e” y “f+g” de los monómeros Etoxa y Esteroxa versus el promedio de las señales “a” y “b” de iniciador. h: Porcentaje molar presente de Esteroxa presente en el telequélico, calculado a partir del espectro ¹H-RMN comparando la señal “f+g “del Esteroxa versus la suma de las señales “e” para el Etoxa y “f+g” para el Esteroxa. i: Porcentaje de funcionalización se obtiene a partir del espectro ¹H-RMN comparando la integral de la señal “k” o “l” correspondiente uno de los protones del terminador 4-vinilbencil-piperazina versus el promedio de las señales “a” y “b” de iniciador. j: Denominación del telequélico. 91 Se observa concordancia entre los valores de los grados de polimerización teórico y experimental obtenidos para los telequélico P30 y P31 los cuales fueron 23 para el P30 y 11 para el P31 lo que confirmaría que la reacción alcanzo su conversión completa. Cabe destacar que, para la síntesis del P30 como para el P31, se utilizó un número similar de moles de Etoxa y Esteroxa, Sin embargo, se duplicó el número de moles del iniciador en el caso de P31, obteniéndose cadenas poliméricas más cortas en este telequélico, con grados de polimerización menores, donde la relación molar inicial monómeros / iniciador coincide con el grado de polimerización obtenido a partir del espectro 1H-RMN comparando las señales “f+g” del Esteroxa mas la señal “e” del Etoxa versus la señal del iniciador (Anexo VII). Con respecto a la funcionalización, se obtuvieron los porcentajes de 100% y 76% para los telequélicos P30 y P31, respectivamente, a partir del estudio de sus espectros ¹H-RMN, lo que nos indicaría que una fracción de los extremos de cadenas poliméricas en el P31 no llegaron a unirse al terminador, probablemente porque reaccionaron con la humedad presente en el sistema. Por otro lado, el total de los extremos de las cadenas poliméricas para el P30 contendrían el terminador 4-vinilbencilpiperazina en su estructura. Estos telequélicos con grupos vinilo terminales podrían cumplir el rol de entrecruzadores en la formación de hidrogeles. 5.9 Síntesis de Hidrogeles a partir de telequélicos con grupos terminales vinilo Se realizaron dos síntesis de hidrogeles a partir de los telequélicos de Etoxa y Esteroxa P30 y P31, utilizando N-isopropilacrilamida (NIPPAm) como comonómero, persulfato de potasio (KPS) como iniciador y N,N,N’,N’- tetrametiletilendiamina (TEMED) como catalizador, mediante polimerización por radicales libres en medio acuoso. Los datos de la síntesis se encuentran en la tabla N° 7. 92 Tabla 7. Síntesis de hidrogeles a partir de telequélicos con grupo terminal vinilo HG P30a HG P31a KPS b(mmol) 0.0747 0.0747 TEMED c (mmol) 0.2 0.2 NiPAAm d (mmol) 4.18 4.18 Telequélico (mmol) e 0.0628 0.0628 Peso obtenido (g) 0.4341 0.4264 Rendimiento (%) 59.9 62.4 T.R.(°C)f 5 5 t.r (horas)g 24 24 Donde: a: Denominación del hidrogel b: Persulfato de potasio KPS (Iniciador) c: N,N,N’,N’-tetrametiletilendiamina (TEMED) (catalizador) d: N-isopropilacrilamida (NIPPAm). e: Telequélico bis-macromonómero f: Temperatura de reacción g: Tiempo de reacción La síntesis se realizó mediante polimerización por radicales libres, iniciada por la acción de sistema redox, el KPS como iniciador y TEMED como catalizador en medio acuoso. Este sistema genera radicales libres que iniciarían la reacción con el grupo vinilo de los monómeros NIPAAm y de los telequélicos P30 o P31, formando cadenas poliméricas. Los telequélicos P30 o P31 estarían presentes como comonómeros en las cadenas poliméricas y, debido a que contienen un grupo vinilo adicional, podría entrecruzar una nueva cadena y formar así las redes tridimensionales características del hidrogel, como se muestra en el mecanismo propuesto del Esquema 23. 93 CC HCH2 CH2 H N CH2 CH2 NCH2 CH2 N C CH2CH3 O C O CH2 CH2COOCH3 N CH2 CH2 + CH2 CH C O NH CH CH3 CH3 Agua 5°C Persulfato de amonio TEMED CH CH2 C O NH CH CH3 CH3 N CH2 CH2 NCH2CH2 C CH2CH3 O C O CH2 OCH3 CC HCH2 CH2 H N CH2 CH2 NCH2 CH2 N C CH2CH3 O C O CH2 OCH3 N CH2 CH CH2 CH CH2 C O NH CH CH3 CH3 CH2 N NCH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH2 CNH O CH CH3 CH3 CNH O CH CH3 CH3    CC HCH2 CH2 H N CH2 CH2 NCH2 CH2 N C CH2CH3 O C O CH2 CH2COOCH3 N CH2 CH2 + CH2 CH C O NH CH CH3 CH3 Agua 5°C Persulfato de amonio TEMED CH CH2 C O NH CH CH3 CH3 N CH2 CH2 NCH2CH2 C CH2CH3 O C O CH2 OCH3 CC HCH2 CH2 H N CH2 CH2 NCH2 CH2 N C CH2CH3 O C O CH2 OCH3 N CH2 CH CH2 CH CH2 C O NH CH CH3 CH3 CH2 N NCH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH2 CNH O CH CH3 CH3 CNH O CH CH3 CH3    Esquema 23. Síntesis de hidrogeles a partir de telequélicos con grupo terminal vinilo y de N-isopropilacrilamida 94 Debido a la bifuncionalidad del telequélico, este será capaz de unir dos cadenas poliméricas formadas hasta obtener una estructura entrecruzada tridimensional del hidrogel. Figura 35. Hidrogel con telequélicos terminados en 4-vinilbencilpiperazina como entrecruzadores de cadenas poliméricas. Las propiedades de absorción de agua del hidrogel se deben tanto a la presencia de estructuras polares en el NIPPAm, como en el telequélico con grupos vinilo terminales, además de la porosidad estructural que le proporciona el telequélico bis-macromonomero28 a la red del hidrogel. De esta forma, se obtuvieron dos hidrogeles no iónicos HG P30 y HG P31. Estos hidrogeles fueron caracterizados mediante espectroscopia infrarroja (FTIR) los espectros se muestran en las Figura 36 y Figura 37, donde se podría demostrar que las estructuras contienen bandas características de los grupos funcionales presentes en los telequélicos contenidos en el hidrogel. Se observa las bandas que corresponde al estiramiento C=O asociadas a los grupos éster (1730-1750 cm-1)39 y amidas (1600-1690 cm-1), además de la banda correspondiente a la tensión C-H para los grupos CH2 alifáticos (2850-2960 cm-1)39 95 Figura 36. Espectro FTIR del hidrogel HG P30 Figura 37. Espectro FTIR del hidrogel HG P31 96 5.10 Hidrólisis de Hidrogeles HG P30 y HG P31 Los hidrogeles HG P30 y HG P31 fueron hidrolizados en medio básico usando una solución diluida de hidróxido de sodio (NaOH) 0.1 N a temperatura ambiente. La reacción de hidrólisis se llevó a cabo para la conversión de los grupos éster (-COOCH3) contenidos en los telequélicos de los hidrogeles HG P30 y HG P31, a grupos ácido carboxílico (-COOH). A estas condiciones de concentración y temperatura para la hidrólisis se evita la reacción de los grupos amida. Para que estos grupos puedan ser hidrolizados, necesitarían temperaturas de 100°C y concentraciones mayores de hidróxido (2N)36. Una vez terminado el proceso, el exceso de hidróxido fue neutralizado usando una solución de ácido clorhídrico HC 0.1N. Los hidrogeles obtenidos después de la hidrólisis, presentaron una apariencia más compacta. Esto se debió probablemente a la presencia de los nuevos grupos ácido carboxílico que promueven mayores interacciones intermoleculares en el hidrogel hidrolizado. R-COOCH3 + OH-  R-COO-……………….(9) R-COO- + H+  R-COOH………………(10) Donde R es el resto del polímero La importancia de la hidrólisis de estos hidrogeles se basa en el incremento de la capacidad de absorción de agua, debido a la interacción de las terminaciones polares de los telequélicos. Cuando termina la hidrólisis y los grupos éster(-COOCH3) son transformados en grupos ácido carboxílico (-COOH), estos generan interacciones tipo puente de hidrógeno con las moléculas de agua absorbidas, en comparación con los hidrogeles sin hidrolizar, que presentan grupos éster polares y también interactúan con las moléculas de agua, pero en menor proporción que los hidrogeles hidrolizados. Los resultados comparativos de absorción para los tipos de hidrogeles los encontramos en la Tabla N° 8 y los cálculos se muestran en el Anexo IX. 97 Tabla 8. Resultados comparativos de la capacidad de absorción de agua para los hidrogeles hidrolizados y sin hidrolizar Hidrogeles Wh a (g) Ws b (g) Absorción c HG P30 1.179 0.043 26.3 HG P30H 3.820 0.095 39.4 HG P31 3.873 0.093 40.9 HG P31H 4.546 0.061 73.9 Donde: a: Peso del hidrogel conteniendo agua en equilibrio b: Peso del hidrogel seco c: Absorción de agua = (Wh – Ws) Ws Finalmente se obtuvieron los espectros FTIR de los hidrogeles hidrolizados HG P30 H y HG P31H, donde se observa la desaparición de la banda correspondiente al grupo carbonilo C=O del éster alrededor de 1750 cm-1 (Figura 38 y Figura 39). Esta banda sí esta presente en los espectros FTIR de los hidrogeles sin hidrolizar HG P30 y HG P31 (Figura 36 y Figura 37) lo que confirma la conversión de los grupos éster a grupo ácido carboxílico después de la hidrólisis. Sin embargo, las señales de los carbonilos presentes en el ácido carboxílico estarían presentes en los espectros FTIR de los hidrogeles hidrolizados, pero no se observan debido a que se traslapan con la señal del carbonilo de las amidas presentes en hidrogel38. Asimismo, la banda alrededor de 3450 cm-1 correspondería al estiramiento de grupos – OH del ácido carboxílico presente en los telequélicos hidrolizados39. Sin embargo, no se podría afirmar con certeza, debido a que la señal que aparece entre 3350-3600 cm-1 está presente también en los hidrogeles sin hidrolizar, y probablemente sea producto de la presencia de humedad en ambos tipos de hidrogeles. 98 Figura 38. Espectro FTIR del hidrogel HG P30 H Figura 39. Espectro FTIR del hidrogel HG P31 H 99 CAPITULO 6 CONCLUSIONES Fueron obtenidos polímeros telequélicos terminados en grupos etil xantato, a partir de los monómeros 2-etil-2-oxazolina y 2-metoxicarboniletil-2-oxazolina, mediante polimerización catiónica por apertura de anillo, utilizando como iniciador el trans-1,4-dibromo-2-buteno y etil xantato de potasio como terminador. Los telequélicos obtenidos denominados P11, P12 y P13, fueron analizados estructuralmente por medio de espectroscopia 1HRMN obteniéndose grados de polimerización de 25 ,29 y 25, respectivamente. Estos grados de polimerización están en concordancia con la relación molar inicial monómero / iniciador utilizada en la síntesis de cada telequélico. Se obtuvieron los polímeros cíclicos P11 S-S y P12 S-S mediante la ciclación de los telequélicos P11 y P12 terminados en etil xantato, los polímeros obtenidos fueron caracterizados mediante espectroscopia de 1H-RMN, observándose la señal correspondiente a los hidrógenos adyacentes al enlace disulfuro (CH2-S-S-CH2), lo que respaldaría la formación de las estructuras de polímeros cíclicos o dímeros poliméricos. Se logró sintetizar los polímeros telequélicos P30 y P31 con grupos terminales vinilo. El terminador utilizado fue el grupo 4–vinilbencilpiperazina. Se determinó mediante espectroscopia 1HRMN los grados de polimerización de los telequélicos P30 y P31 que fueron 23 y 11, respectivamente, los cuales están en concordancia con la relación molar inicial monómero /iniciador utilizada en la síntesis de cada telequélico. Los telequélicos terminados en grupos vinilo P30 y P31, fueron utilizados como agentes de entrecruzamiento y en la síntesis de hidrogeles, mediante polimerización por radicales libres, utilizando NIPAAm como comonómero, persulfato de potasio como iniciador y TEMED como 100 catalizador, se logró obtener los hidrogeles HG P30 y HG P31 con rendimientos de 60 % y 62%, respectivamente. Se logró la hidrólisis de los hidrogeles HG P30 y HG P31, obteniéndose los hidrogeles HG P30H y HG P31H hidrolizados, los cuales fueron caracterizados mediante espectroscopía FTIR, se observó la desaparición de la banda característica del grupo carbonilo del éster. Esto evidencia la conversión del grupo éster en un grupo ácido carboxílico como resultado de la hidrólisis. Finalmente, se logró evaluar la capacidad de absorción de agua para los hidrogeles hidrolizados y sin hidrolizar, concluyéndose que existe un incremento de esta propiedad en los hidrogeles hidrolizados. Este cambio se atribuyó a la creación de enlaces puente de hidrógeno formados por los grupos ácidos carboxílicos con las moléculas de agua incorporadas al hidrogel. 101 CAPITULO 7 RECOMENDACIONES Realizar una caracterización mas completa de los polímeros cíclicos obtenidos complementando con la técnica de espectrometría de masas MALDI-TOF, para diferenciar estructuras y confirmar la ciclación. Investigar aplicaciones tecnológicas potenciales para los polímeros cíclicos obtenidos, especialmente aquellas relacionadas con la estabilización de nanoparticulas metálicas, tomando en cuenta la afinidad de los grupos azufrados por este tipo de superficies. Evaluar el comportamiento de los hidrogeles obtenidos en cuanto a su capacidad de absorción de agua a diferentes temperaturas y pH, para luego explorar sus aplicaciones biomédicas y agrícolas, como el transporte y liberación de fármacos, agua y nutrientes. 102 BIBLIOGRAFIA 1. Frump, J. A. (1971). Oxazolines. 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Propiedades de las sustancias utilizadas en esta tesis SUSTANCIA PESO MOLECULAR (g/mol) DENSIDADa (g/mL) PUNTO DE EBULLICIONb (°C) Acetonitrilo (CH3CN) 41.05 0.79 82 Ácido clorhídrico (HCl) 36.46 1.12 - Cloroformo (CHCl3) 119.38 1.49 61.2 Clorometilestireno (CMS) 152.62 1.07 54.9 a 0.5 mm Hg 2-Metoxicarboniletil-2-oxazolina (Esteroxa) 157.00 1.15 125 a 0.5 mm Hg Eter dietílico (C2H5)2O 74.0 0.71 34.6 Etil xantato de potasio (C2H5OSSK) 148.30 1.18 - 2-Etil-2-oxazolina (Etoxa) 99.13 0.982 128.4 Hexano (C6H12) 86.18 0.66 68.7 Hidroquinona (C6H6O2) 110.11 1.33 - N-Butilamina CH3(CH2)3NH2 73.14 0.74 79 N - Isopropilacrilamida H2C=CHCONHCH(CH3)2 113.6 0.97 110 a 20 mbar N,N,N’,N’- tetrametiletilendiamina (TEMED) 116.21 0.78 121 Persulfato de Potasio (KPS) K2S2O8 270.32 2.48 - Piperazina anhidra C4H10N2 86.14 1.06 - Hidróxido de sodio NaOH 40.0 2.13 - Sulfato de Sodio anhidro Na2SO4 142.04 2.68 - Tetrahidrofurano (THF) C4H8O 72.11 0.89 66 Trans-1,4-Dibromo-2-buteno (DBB) 214.92 2.18 - Tolueno C6H5CH3 92.14 0.87 110 Donde a: Determinada a 20°C, a menos que se indique una temperatura diferente b: Determinado a 760 mm Hg de presión atmosférica a menos que se indique una presión diferente 107 ANEXO II Determinación del coeficiente de extinción del etil xantato de potasio en solución acuosa La pureza del etil xantato de potasio se determinó mediante el cálculo del coeficiente de extinción21, utilizando la fórmula38 A= ε x c x l ……………… (8) Donde A: Absorbancia a una determinada longitud de onda máxima ε: Coeficiente de extinción C: Concentración del etil xantato de potasio en agua preparada para la medición. l: Espesor de la celda del equipo UV (longitud de trayectoria de la luz en la muestra) A) Para el etil xantato de potasio comercial de marca Sigma-Aldrich A = 1.216 I = 1 cm C = 0.0691 g xantato x (1 mol / 160.30 g/mol) x (9 mL /100 mL) x (1/0.5 L) C = 7.758X10-5 mol / L Donde peso molecular del etil xantato de potasio es 160.30 g/mol ε= A/(C*l) ε= 1.216/ (7.758X10-5mol / L x 1cm) = 15674 L.mol-1.cm-1 B) Para el etil xantato de potasio purificado A= 1.318 I = 1 cm C= 0.0688 g xantato x (1 mol / 160.30 g/mol) x (8.85 mL /100 mL) x (1/0.5 L) C = 7.596X10-5 mol/L Donde peso molecular del etil xantato de potasio es 160.30 g/mol ε= A/(C*l) ε= 1.318 / (7.596X10-5mol/L x 1cm) = 17351 L.mol-1.cm-1 108 ANEXO III Cálculo de los rendimientos experimentales en la síntesis de los polímeros 10 A, 10B y 10C Polímero 10 A Los pesos de los reactivos usados en la polimerización del telequélico 10 A Iniciador trans-1,4-dibromo-2-buteno (DBB) : 0.4055 g DBB sin átomos de Bromo 0.1025 g Monómero 2-etil-2-oxazolina (Etoxa): 3.298 g Monómero 2- metoxicarboniletil-2-oxazolina (Esteroxa): 1.27 g Terminador KOH 0.22 g Terminador KOH sin átomo de potasio 0.067 g Peso teórico máximo para 100% de conversión 4.74 g Peso experimental obtenido 2.85 g Rendimiento = (Peso experimental / peso teórico) x 100 = (2.85 / 4.74) x100 = 60.1 % Polímero 10 B Los pesos de los reactivos usados en la polimerización del telequélico 10 B Iniciador trans-1,4-dibromo-2-buteno (DBB). 0.4012 g DBB sin átomos de Bromo 0.1014 g Monómero 2-etil-2-oxazolina (Etoxa): 3.34 g Monómero 2- metoxicarboniletil-2-oxazolina (Esteroxa): 1.323 g Terminador KOH 0.22 g Terminador KOH sin átomo de potasio 0.067 g Peso teórico máximo para 100% de conversión 4.824 g Peso experimental obtenido 4.03 g Rendimiento (Peso experimental / peso teórico) x 100 = (4.03/4.824) x100 =83.4 % 109 Polímero 10 C Los pesos de los reactivos usados en la polimerización del telequélicos 10 C Iniciador trans-1,4-dibromo-2-buteno (DBB) : 0.4071 g DBB sin átomos de Bromo 0.1025 g Monómero 2-etil-2-oxazolina (Etoxa): 3.24 g Monómero 2- metoxicarboniletil-2-oxazolina (Esteroxa): 1.295 g Terminador KOH 0.22 g Terminador KOH sin átomo de potasio 0.067 g Peso teórico máximo para 100% de conversión 4.6979 g Peso experimental obtenido 4.38 g Rendimiento (Peso experimental / peso teórico) x 100 = (4.38 / 4.698) x 100 = 93 % en la Tabla 10 se observa los resultados obtenidos Tabla 10. Rendimientos obtenidos para polímeros 10A,10B, 10C Polímero Peso teórico Peso obtenido Rendimiento 10A 4.722 2.85 60.1 % 10B 4.824 4.03 83.4 % 10C 4.698 4.38 93 % 110 ANEXO IV Grado de polimerización teórico para los telequélicos con grupo terminal xantato Telequélico P11 Iniciador trans-1,4-dibromo-2-buteno (DBB) W = 0.50 g PM = 213.9 g/mol Número de moles DBB = 0.5 g /213.9 g/mol = 0.002337 moles Monómero 2-etil-2oxazolina (Etoxa) Vol = 4.25 mL 𝛿 = 0.982 g/mL W = 𝛿x V = 4.1735 g PM = 99.13 g /mol Número de moles Etoxa = W/PM= (4.1735 g /99.13 g/mol) = 0.04210 moles Monómero 2- metoxicarboniletil-2-oxazolina (Esteroxa) Vol = 1.4 mL 𝛿 = 1.15 g/mL W = 𝛿x V = 1.61 g PM= 157.11 g/mol Número de moles Esteroxa = W/PM = (1.61 g /157.11 g/mol) = 0.01025 moles Donde : W: peso, PM: peso molecular, 𝛿: densidad Relación molar (Etoxa + Esteroxa) / Iniciador (DBB) Etoxa Número de moles Etoxa = 0.04210 = 18.01 Número de moles DBB 0.002337 Esteroxa Número de moles Esteroxa = 0.01025 = 4.38 Número de moles DBB 0.002337 111 Porcentaje teórico de cada monómero % Etoxa = Número de moles Etoxa x 100 = 0.04210 = 80.4 % ∑ (Número de moles Etoxa+Esteroxa) 0.05235 % Esteroxa = Número de moles Etoxa x 100 = 0.01025 = 19.6 % ∑ (Número de moles Etoxa+Esteroxa) 0.05235 Grado de polimerización teórico del telequélico P11 (n) n = (∑ moles Etoxa+Esteroxa) / moles Iniciador) = (0,04210 + 0.01025) /0.002337 = 22.38 Telequélico P12 Iniciador trans-1,4-dibromo-2-buteno (DBB) W = 0.5033 g PM = 213.9 g/mol Número de moles DBB = 0.5033 g /213.9 g/mol = 0.0023 moles Monómero 2-etil-2-oxazolina (Etoxa) Vol = 5 mL 𝛿 = 0.982 g/mL W = 𝛿x V = 4.91 g PM = 99.13 g/mol Número de moles Etoxa = W/PM= (4.91 g /99.13 g/mol) = 0.0495 moles Monómero 2- metoxicarboniletil-2-oxazolina (Esteroxa) Vol = 1.7 mL 𝛿 = 1.15 g/mL W = 𝛿x V = 1.955 g PM= 157.11 g/mol Número de moles Esteroxa = W/PM = (1.955 g /157.11 g/mol) = 0.0124 moles Donde : W: peso, PM: peso molecular, 𝛿: densidad 112 Relación molar (Etoxa + Esteroxa) / Iniciador (DBB) Etoxa Número de moles Etoxa = 0.0495 = 21.52 Número de moles DBB 0.0023 Esteroxa Número de moles Esteroxa = 0.0124 = 5.39 Número de moles DBB 0.0023 Porcentaje teórico de cada monómero % Etoxa = Número de moles Etoxa x 100 = 0.0495 = 80.0 % ∑ (Número de moles Etoxa+Esteroxa) 0.0619 % Esteroxa = Número de moles Etoxa x 100 = 0.0124 = 20.0 % ∑ (Número de moles Etoxa+Esteroxa) 0.0619 Grado de polimerización teórico del telequélico P12 (n) n = (∑ moles Etoxa+Esteroxa) / moles Iniciador) = (0.0495 + 0.0124) / 0.00233 = 26.57 Telequélico P13 Iniciador trans-1,4-dibromo-2-buteno (DBB) W = 0.50 g PM = 213.9 g/mol Número de moles DBB = 0.5 g / 213.9 g/mol = 0.00233 moles Monómero 2-etil-2oxazolina (Etoxa) Vol = 5.25 mL 𝛿 = 0.982 g/mL W = 𝛿x V = 5.155 g PM = 99.13 g / mol Número de moles Etoxa = W/PM= (5.155 g /99.13 g/mol) = 0.0520 moles Donde : W: peso, PM: peso molecular, 𝛿: densidad Grado de polimerización teórico del telequélico P13 (n) n = (∑ moles Etoxa+Esteroxa) / moles Iniciador) = 0.0520 / 0.00233 = 22.02 113 ANEXO V Telequélicos con grupos terminales etil xantato. - Cálculo del grado de polimerización y el porcentaje molar de cada monómero a partir de sus espectros 1H-RMN. Para el polímero telequélico P11 Se realizó el análisis del espectro 1H-RMN (Figura 15 en Resultados y discusión) en el cual se consideran las siguientes señales características. Señal “a” del Iniciador trans-1,4-dibromo-2-buteno (DBB), Integral = 2 Señal “d” de 2-etil-2oxazolina (Etoxa), Integral = 41.02 Señal “f+g” de 2-metoxicarboniletil-2-oxazolina (Esteroxa), Integral = 18.26 Cálculo del número de meros experimentales para un “brazo” del P11 El número de meros experimentales por “brazo” de Etoxa se obtuvo a partir de: Integral Etoxa entre el número de hidrógenos representados por señal (41.02/2) = 20.51 Luego dividir [(Etoxa /2) / (Integral DBB /2)] = [(20.51/2) / (2/2)] = 10.26 El número de meros experimentales por “brazo” de Esteroxa se obtuvo a partir de: Integral Esteroxa entre el número de hidrógenos representados por señal (18.26/4) = 4.565 Luego dividir [(Esteroxa /2) / (Integral DBB /2)] = (4.565/2) / (2/2)] =2.28 Grado de polimerización (GP) para el telequélico P11 obtenido del espectro GP= ∑ (número de meros Etoxa + número de meros Esteroxa) en ambos “brazos” del telequélico. GP= [(10.26x2) + (2.28 x 2)] = 25.07 Cálculo del porcentaje molar de cada monómero presente en el P11 % de Etoxa = número de meros Etoxa / ∑ número de meros (Etoxa +Esteroxa) % de Etoxa = [2x10.26/ 2 (2.28+10.26)] x 100 = 81.8% % de Esteroxa = número de meros Esteroxa / ∑ número de meros (Etoxa +Esteroxa) % de Esteroxa = [2x 2.28/ 2(2.28+10.26)] x 100 = 18.18% 114 Peso molecular para el telequélico P11 PM = [(Meros Etoxa x PM Etoxa) + (Meros Esteroxa x PM Esteroxa) + PM DBB+ 2PM EX] = [(10.26 x 2 x 99.13) +(2.28 x 2 x 157.11) +54.11+242.24]= 3047 Donde: Meros Etoxa: número de meros experimentales de 2-etil-2-oxazolina PM Etoxa: Peso molecular de 2-etil-2-oxazolina Meros Esteroxa: número de meros experimentales de 2- metoxicarboxiletil-2-oxazolina. PM Esteroxa: Peso molecular de 2- metoxicarboxiletil-2-oxazolina. PM DBB: Peso molecular del DBB menos el peso de los 2 átomos de bromo. PM EX: Peso molecular del grupo etil xantato. Porcentaje de funcionalización en el telequélico P11 (F) Funcionalización es la relación entre el integral de la señal del terminador versus el integral de la señal del iniciador. Integral de la señal “a” del Iniciador es 2 entre el número de hidrógenos representados en la señal Integral de la señal “i” del terminador etil xantato es 2.57 entre el número de hidrógenos representados en la señal F % = [(2.57/2) / (2/1)] x 100 = 64.25 % Para el polímero telequélico P12 Se realizó el análisis del espectro 1H-RMN (Figura 22 en discusión de resultados) en el cual se consideran las siguientes señales características. Señal “a” del Iniciador trans-1,4-dibromo-2-buteno (DBB), Integral = 2 Señal “d” de 2-etil-2-oxazolina (Etoxa), Integral = 46.32 Señal “f+g” de 2- metoxicarboniletil-2-oxazolina (Esteroxa), Integral = 21.40 115 Calculamos el número de meros para un “brazo” del P12 El número de meros experimentales para un “brazo” del Etoxa se obtuvo a partir de: Integral Etoxa entre número de hidrógenos representados por señal (46.32/2) = 23.16 Luego dividir [(Etoxa /2) / (Integral DBB /2)] = [(23.16/2) / (2/2)] =11.58 El número de meros experimentales para un “brazo” del Esteroxa se obtuvo a partir de: Integral Esteroxa entre el número de hidrógenos representados por señal (21.40/4) = 5.35 Luego dividir [(Esteroxa /2) / (Integral DBB /2)] = [(5.35/2) / (2/2)] = 2.675 Grado de polimerización para el telequélico P12 obtenido del espectro GP= ∑ (número de meros Etoxa + número de meros Esteroxa) en ambos “brazos” del telequélico. GP= [(11.58 x 2) + (2.675 x 2)] = 28.51 Cálculo del porcentaje molar de cada monómero presente en el P12 % de Etoxa = número de meros Etoxa / ∑ número de meros (Etoxa +Esteroxa) % de Etoxa = [2(11.58) / 2(11.58+2.675)] x 100 = 81 % % de Esteroxa = número de meros Esteroxa / ∑ número de meros (Etoxa +Esteroxa) % de Esteroxa = [2 (2.675) / 2 (11.58+2.675)] x 100 = 19 % Peso molecular del telequélico P12 PM = [(Meros Etoxa x PM Etoxa) + (Meros Esteroxa x PM Esteroxa) +PM DBB+ 2 PM EX] = [(11.58 x2 x 99.13) +(2.675 x 2 x 157.11) +54.11+ 242.24]= 3432 ≈ 3400 116 Donde: Meros Etoxa: número de meros experimentales de 2-etil-2-oxazolina PM Etoxa: Peso molecular de 2-etil-2-oxazolina Meros Esteroxa: número de meros experimentales de 2- metoxicarboxiletil-2-oxazolina. PM Esteroxa: Peso molecular de 2- metoxicarboxiletil-2-oxazolina PM DBB: peso molecular del DBB menos el peso de los 2 átomos de bromo. PM EX: Peso molecular del grupo etil xantato. Porcentaje de funcionalización en el telequélico P12 (F) Funcionalización es la relación entre el integral de la señal del terminador entre el integral de la señal del iniciador. Integral de la señal “a” del Iniciador DBB es 2 entre el número de hidrógenos representados en la señal. Integral de la señal “j” del etil xantato es 4.08 entre el número de hidrógenos representados en la señal F % = [(4.08/3) / (2 /1)] x 100 = 68.0 % Para el polímero telequélico P13 Se realizó el análisis del espectro 1H-RMN (Figura 18) en el cual se consideran las siguientes señales características. Señal “a” del Iniciador trans-1,4-dibromo-2-buteno (DBB), Integral = 1 Señal “e” de 2-etil-2-oxazolina (Etoxa), Integral = 37.397 Calculamos el número de meros para un “brazo” para el P13 El número de meros experimentales del Etoxa se obtuvo a partir de: Integral Etoxa entre el número de hidrógenos representados por señal (37.397 / 3) = 12.46 Luego dividir [(Etoxa /2) / (Integral DBB /2)] = (12.46/2) / (1/2) =12.46 117 Grado de polimerización para el telequélico P13 obtenido del espectro GP= Número de meros Etoxa en ambos “brazos” del telequélico. GP= [ (12.46 x 2)] = 24.92 Cálculo del porcentaje molar del Etoxa en el telequélico P13 % Etoxa = número de meros Etoxa / ∑ número de meros Etoxa % Etoxa = (12.46/12.46) x 100 = 100% Peso molecular del telequélico P13 PM = [(Meros Etoxa x PM Etoxa) +PM DBB + 2PM EX] = [(12.46 x 2 x 99.13) + 54.11+ 242.24]= 2768 ≈ 2770 Donde: Meros Etoxa: número de meros experimentales de 2-etil-2-oxazolina PM Etoxa: Peso molecular de 2-etil-2-oxazolina PM DBB: peso molecular del DBB menos el peso de los 2 átomos de bromo. PM EX: Peso molecular del grupo etil xantato. Porcentaje de funcionalización del telequélico P13 (%f) Funcionalización es la relación entre el integral de la señal del terminador entre el integral de la señal del iniciador. Integral de la señal “a” del Iniciador es 1 entre el número de hidrógenos representados en la señal Integral de la señal “g” del terminador etil xantato es 2.397 entre el número de hidrógenos representados en la señal F %= [(2,397/3) / (1/1)] x 100 = 79.9 ≈ 80% 118 ANEXO VI Cálculo del grado de polimerización teórico para los telequélicos con grupo terminal vinilo Telequélico P30 Iniciador trans-1,4-dibromo-2-buteno (DBB) W = 0.488 g PM = 213.9 g/mol Número de moles DBB = 0.488 g /213.9 g/mol = 0.0023 moles Monómero 2-etil-2-oxazolina (Etoxa) Vol = 4.0 mL 𝛿 = 0.982 g/mL W = 𝛿x V = 3.928 g PM = 99.13 g /mol Número de moles Etoxa = W/PM= (3.928 g /99.13 g/mol) = 0.0396 moles Monómero 2- metoxicarboniletil-2-oxazolina (Esteroxa) Vol = 1.8 mL 𝛿 = 1.15 g/mL W = 𝛿x V = 2.070 g PM= 157.11 g/mol Número de Moles Esteroxa = W/PM = (2.077 g /157.11 g / mol) = 0.0132 moles Donde : W: peso, PM: peso molecular, 𝛿: densidad Relación molar (Etoxa + Esteroxa) / Iniciador (DBB) Etoxa Número de moles Etoxa = 0.0396 = 17.21 Número de moles Iniciador 0.0023 Esteroxa Número de moles Esteroxa = 0.0132 = 5.73 Número de moles Iniciador 0.0023 Grado de polimerización teórico del telequélico P30 (n) n = (∑ moles Etoxa+Esteroxa) / moles Iniciador) = (0.0396+0.0132) / 0.0023 = 22.95 119 Porcentaje teórico de cada monómero % Etoxa = Número de moles Etoxa x 100 = 0.0396 = 75.0 % ∑ (Número de moles Etoxa+Esteroxa) 0.0528 % Esteroxa = Número de moles Etoxa x 100 = 0.0132 = 25.0 % ∑ (Número de moles Etoxa+Esteroxa) 0.0528 Telequélico P31 Iniciador trans-1,4-dibromo-2-buteno (DBB) W = 1.0168 g PM = 213.9 g/mol Número de moles DBB = 0.488 g /213.9 g/mol = 0.0047 moles Monómero 2-etil-2-oxazolina (Etoxa) Vol = 4.0 mL 𝛿 = 0.982 g/mL W = 𝛿x V = 3.928 g PM = 99.13 g /mol Número de moles Etoxa = W/PM= (3.928 g /99.13 g/mol) = 0.0396 moles Monómero 2- metoxicarboniletil-2-oxazolina (Esteroxa) Vol = 1.8 mL 𝛿 = 1.15 g/mL W = 𝛿x V = 2.07 g PM= 157.11 g/mol Número de Moles Esteroxa = W/PM = (2.07 g /157.11 g/mol) = 0.0132 moles Donde : W: peso, PM: peso molecular, 𝛿: densidad Relación molar (Etoxa + Esteroxa) / Iniciador (DBB) Etoxa Número de moles Etoxa = 0.03928 = 8.36 Número de moles Iniciador 0,0047 Esteroxa Número de moles Esteroxa = 0.0132 = 2.81 Número de moles Iniciador 0.0047 120 Porcentaje teórico de cada monómero % Etoxa = Número de moles Etoxa x 100 = 0.03928 = 75.0 % ∑ (Número de moles Etoxa+Esteroxa) 0.05277 % Esteroxa = Número de moles Etoxa x 100 = 0.0132 = 25.0 % ∑ (Número de moles Etoxa+Esteroxa) 0.05277 Grado de polimerización teórico del telequélico P31 (n) n = (∑ moles Etoxa+Esteroxa) / moles Iniciador) = 0.05277 / 0,0047 = 11.22 121 ANEXO VII Telequélicos con grupo terminal vinilo. – Cálculo del grado de polimerización y porcentaje molar de monómeros a partir de sus espectros 1HRMN Para el polímero telequélico P30 Se realizó el análisis del espectro 1H-RMN (Figura 31) en el cual se consideran las siguientes señales características. Señal “a” del Iniciador trans-1,4-dibromo-2-buteno (DBB), Integral = 0.115 Señal “b” del Iniciador trans-1,4-dibromo-2-buteno (DBB), Integral = 0.393 Señal “e” de 2-etil-2oxazolina (Etoxa), Integral = 3.469 Señal “f+g” de 2- metoxicarboniletil-2-oxazolina (Esteroxa), Integral = 2.466 Cálculo del número de meros experimentales para cada “brazo” del P30 El número de meros experimentales por “brazo” de Etoxa se obtuvo a partir de: Integral de Etoxa entre el número de hidrógenos representados por señal 3.469/3 = 1.156 Integral de DBB entre el número de hidrógenos representados por señal 0.115/1= 0.115 Integral de DBB entre el número de hidrógenos representados por señal 0.393 /2= 0.1965 Promedio de la integral de DBB = (0.115+0.1965) /2 =0.15575 Luego dividir [(Etoxa /2) / (Integral DBB /2)] = [(1.156 / 2) / (0.15575 /2)] = 7.42 El número de meros experimentales por “brazo” de Esteroxa se obtuvo a partir de: Integral Esteroxa entre el número de hidrógenos representados por señal 2.466/4= 0.6165 Promedio de la integral de DBB = (0.115+0.1965) /2 =0.15575 Luego dividir [(Esteroxa /2) / (Integral DBB /2)] = [(0.6165 / 2) / (0.15575/2)] = 3.958 122 Grado de polimerización para el telequélico P30 obtenido del espectro GP= [(7.42 x 2) +(3.96 x2)]= 23 Cálculo del porcentaje molar de cada monómero en el telequélico P30 % de Etoxa = [1.156/ (1.156+0.6165)] x 100 = 65 % % de Esteroxa = [0.6165 / (1.156+0.6165)] x 100 = 35 % Porcentaje de funcionalización en el telequélico P30 (F) La funcionalización se puede determinar a partir de la relación entre el integral de la señal del terminador y el integral de la señal del iniciador. Señal “a” del Iniciador trans-1,4-dibromo-2-buteno (DBB), Integral = 0.115 Señal “b” del Iniciador trans-1,4-dibromo-2-buteno (DBB), Integral = 0.393 Señal “l” del terminador 4-vinilbencilpiperazina, Integral = 0.161 Integral de la señal “a” del Iniciador DBB /el número de hidrógenos representados en la señal 0.115/1= 0.115 Integral de la señal “b” del Iniciador DBB /el número de hidrógenos representados en la señal 0.393/2= 0.1965 Promedio de la integral de DBB = (0.115+0.1965) /2 =0.15575 Integral de la señal “l” del 4-vinilbencilpiperazina / el número de hidrógenos representados en la señal = 0.161/1= 0161 F % = [(0.161) / (0.15575)] x 100 = 103 % Para el polímero telequélico P31 Se realizó el análisis del espectro 1H-RMN (Figura 32) en el cual se consideran las siguientes señales características. Señal “a” del Iniciador trans-1,4-dibromo-2-buteno (DBB) Integral = 0.163 Señal “b” del Iniciador trans-1,4-dibromo-2-buteno (DBB) Integral = 0.577 Señal “e” de 2-etil-2oxazolina (Etoxa) Integral = 2.383 Señal “f + g” de 2- metoxicarboniletil-2-oxazolina (Esteroxa) Integral = 1.958 123 Cálculo del número de meros experimentales para cada “brazo” El número de meros experimentales por “brazo” de Etoxa se obtuvo a partir de: Integral de Etoxa entre el número de hidrógenos representados por señal 2.383/3 = 0.794 Integral de DBB entre el número de hidrógenos representados por señal 0.163/1= 0.163 Integral de DBB entre el número de hidrógenos representados por señal 0.577 /2= 0.2885 Promedio de la integral de DBB = (0.163+0.2885) /2 =0.22575 Luego dividir [(Etoxa /2) / (Integral DBB /2)] = [(0.794 / 2) / (0.22575 /2)] = 3.51 El número de meros experimentales por “brazo” de Esteroxa se obtuvo a partir de: Integral Esteroxa entre el número de hidrógenos por señal 1.958/4 = 0.4895 Promedio de la integral de DBB = (0.163+0.2885) /2 =0.22575 Luego dividir [(Esteroxa /2) / (Integral DBB /2)] =[ (0.4895/2) /(0.22575/2)] = 2.168 Número de meros de Esteroxa por brazo en el telequélico P31 = 2.17 Grado de polimerización para el telequélico P31 obtenido del espectro GP= [(3.51 x 2) +(2.17 x 2)]= 11.36 Cálculo del porcentaje molar de cada monómero en el telequélico P31 % de Etoxa = [0.794/ (0.794+0.4895)] x 100 = 62 % % de Esteroxa = [0.4895/ (0.794+0.4895)] x 100 = 38 % Porcentaje de funcionalización en el telequélico P31 (F) La funcionalización se puede determinar a partir de la relación entre el integral de la señal del terminador y el integral de la señal del iniciador. Integral de la señal “a” del Iniciador DBB /el número de hidrógenos representados en la señal 0.163 /1= 0.163 124 Integral de la señal “b” del Iniciador DBB /el número de hidrógenos representados en la señal 0.577/2= 0.2885 Promedio de la integral de DBB = (0.163+0.2885) /2 =0.22575 Integral de la señal “l” del 4-vinilbencilpiperazina / el número de hidrógenos representados en la señal = 0.172 /1= 0.172 F % = [(0.172) / (0.22575)] x 100 = 76 % 125 ANEXO VIII Espectros de Resonancia Magnética Nuclear (RMN) Figura 40. Espectro 1H-RMN del 2-etiI-2-oxazolina a 25°C en CDCl3 Figura 41. Espectro 1H-RMN del 2-metoxicarboxiletil-2-oxazolina en CDCl3 a 25°C 126 Figura 42. Espectro 1H-RMN del telequélico P 10B en CDCl3 a 25°C Figura 43. Espectro 1H-RMN del telequélico P 10C en CDCl3 a 25°C 127 Espectros infrarrojos (IR) Figura 44. Espectro FTIR del monómero 2-etil-2-oxazolina (Etoxa) Figura 45. Espectro FTIR del monómero 2- metoxicarboniletil-2-oxazolina (Esteroxa) 128 Figura 46. Espectro FTIR del telequélico P12 129 ANEXO IX Medición del grado de absorción de agua en hidrogeles sintetizados a partir de telequélicos con grupos terminales vinilo Se calculó la cantidad de agua que absorben los hidrogeles HG P30 y HG P31 y se comparó con los hidrogeles hidrolizados HG P30H y HG P31H se realizó mediante la fórmula. Grado de absorción = (Wh – Ws) / Ws g H2O / g HG seco Donde: Wh: peso del hidrogel conteniendo agua en equilibrio Ws: peso del hidrogel seco Para el hidrogel HG P30 Wh = 1.179 g Ws = 0.043 g Grado de absorción = (Wh – Ws) / Ws = (1.1787-0.0431) / 0.0431 =26 g H2O / g HG seco Para el hidrogel hidrolizado HG P30H Wh = 3.820 g Ws = 0.095 g Grado de absorción = (Wh – Ws) / Ws = (3.8201-0.0946) / 0.0946 =39.4 g H2O / g HG seco Para el hidrogel HG P31 Wh = 3.873 g Ws = 0.093 g Grado de absorción = (Wh – Ws) / Ws = (3.8730-0.0925) / 0.0925 =40.9 g H2O / g HG seco Para el hidrogel hidrolizado HG P31H Wh = 4.546 g Ws = 0.061 g Grado de absorción = (Wh – Ws) x 100 / Ws = (4.5460-0.0607) / 0.0607 = 73.9 g H2O/g HG seco 130 ANEXO X Fotografías de experimentos obtenidas en el desarrollo de la presente tesis. Fotografía 1. Destilación del monómero 2-etil-2-oxazolina (Etoxa) Laboratorio de Polímeros Sección Física PUCP 131 Fotografía 2. Destilación al vacío del monómero 2-metoxicarboniletil-2-oxazolina (Esteroxa) 132 Fotografía 3. Reactor para la síntesis de telequélicos 133 Fotografía 4. Lavado del telequélico con solución acuosa saturada de NaCl después de la síntesis 134 Fotografía 5. Síntesis del terminador 4-vinilbencilpiperazina 135 Fotografía 6. Purificación del etil xantato de potasio 136 Fotografía 7. Molde para sintesis de los Hidrogeles HG P30 y HG P31 Fotografía 8. Hidrogel HG P30 / Hidrogel hidrolizado HG P30H 634778850577f53754338f5f4843401f464db5fdddb364bed69a200520f1b416.pdf 22369fe8e015fce87be807513342894f3599366fcf1f326163501bc94b6993f4.pdf d276408cf266bc84061474f6c18dca93ab3118f2b81c5f89dd29272787972d03.pdf