Química (Lic.)
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Item Desarrollo de materiales para construcción aditiva a base de tierra estabilizada con polímeros disueltos en agua(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-11-10) Ñañez Azaña, Robert Erick; Nakamatsu Kuniyoshi, JavierLa industria de la construcción con cemento satisface las principales necesidades de la sociedad: vivienda, salud, transporte, educación, etc. Sin embargo, la producción industrial de cemento es altamente contaminante, representa cerca del 5% de las emisiones globales anuales de CO2. Por otro lado, la construcción con tierra ha sido empleada por las antiguas civilizaciones y actualmente se muestra como una alternativa sostenible y ecoamigable, ya que es un material económico, de fácil disponibilidad, que requiere poco procesamiento, es buen aislante térmico y permite controlar la humedad. A pesar de ello, la construcción con tierra suele tener poca resistencia mecánica y poca durabilidad frente a la erosión por agua. Para contrarrestar estos problemas, se pueden usar aditivos estabilizantes, como soluciones de biopolímeros como la quitosana o el alginato, y fibras naturales como las de sisal. La quitosana es un biopolímero derivado de la quitina, un polisacárido estructural que principalmente se extrae del caparazón de crustáceos. La quitosana es un copolímero compuesto de unidades de N-acetil-β-D-glucosamina y β-D-glucosamina, cuya proporción define el grado de desacetilación. El alginato, que se extrae de las algas pardas, es otro copolímero lineal, compuesto de unidades de β-D-manuronato y α-L-guluronato. Las fibras de sisal se extraen de la especie Agave sisalana. La solución acuosa de quitosana, la solución acuosa de alginato, y las fibras de sisal se emplearon como estabilizantes de las matrices de tierra en esta investigación. En este trabajo se desarrollaron matrices a base de suelo, solución de polímero y fibras de sisal que extruyan por un sistema de impresión 3D en estado fresco y que posean buena resistencia mecánica y durabilidad en estado endurecido. Se caracterizaron el suelo, la quitosana, el alginato y las fibras de sisal. Luego, se desarrollaron las dosificaciones óptimas de las matrices por extrusión con manga de repostería evaluando la calidad de los filamentos y el grado de contracción lineal durante el secado. Las matrices optimizadas fueron SF24, SQF29 (2%), SQF29 (3%) y SAF24 (2%). Se evaluó la resistencia mecánica y la durabilidad de estos filamentos en estado endurecido. Las matrices SQF29 (3%) y SAF24 (2%) mostraron una buena resistencia mecánica de 3,44 MPa y 2,95 MPa, respectivamente; mientras que las matrices SQF29 (2%) y SQF29 (3%) mostraron una buena durabilidad frente al agua en los ensayos de inmersión, permeabilidad y erosión acelerada. Finalmente, las matrices desarrolladas se validaron mediante el sistema de impresión 3D a escala mediana lográndose imprimir columnas pequeñas con diseños de flor con la matriz SF24 y torres cuadradas pequeñas con la matriz SQF29 (3%).Item Obtención de quitosanas con peso molecular y grado de acetilación controlados(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2020-01-23) Sánchez Zárate, Luis Felipe Alberto; Nakamatsu Kuniyoshi, JavierLa quitina es un polisacárido estructural que se encuentra en algunos crustáceos, insectos, hongos y levaduras. La desacetilación de la quitina produce quitosana, la cual ha sido estudiada por su alto potencial en aplicaciones como el transporte de fármacos, la absorción de iones metálicos, membranas e ingeniería de tejidos. La quitosana es un copolímero lineal conformado por unidades N-acetil-D-glucosamina y D-glucosamina. Las propiedades fisicoquímicas y mecánicas de la quitosana están determinadas principalmente por tres parámetros: el grado de acetilación (DA) y el peso molecular (Mw). La gran mayoría de estudios reportados se han realizado con quitosanas extraídas de distintas fuentes y por diferentes métodos, por ello es de espera que cada una de estas quitosanas tengan diferentes DA y Mw, y con ello diferentes propiedades. Además, varios estudios no reportan todos los parámetros antes mencionados. Así, en algunos casos, se reportan diferencias en las propiedades con, por ejemplo, solubilidad, viscosidad y ángulo de contacto. Esto genera incongruencia en las propiedades reportadas sobre la quitosana. Por lo mencionado, es importante contar con muestras de quitosana a medida; es decir, con características estructurales conocidas y que se hayan determinado rigurosamente. En este trabajo se evaluaron métodos que permiten obtener estas quitosanas a medida, con Mw y DA específicos, este se realizó a partir de una quitosana de un DA igual a 10,6% y su posterior reacetilación con anhidrido acético en medio acuoso ácido y con cloruro de acetilo en un líquido iónico en los que se obtuvo valores de DA entre 28 y 89%. Además, se evaluaron formas para reducir el Mw de manera controlada con la aplicación de ultrasonido y la hidrolisis en medio ácido, en los que se obtuvo valores de Mw entre 131 y 1300 kDa. Estos dos parámetros mencionados se determinaron por espectroscopía de resonancia magnética nuclear, espectroscopía infrarroja, cromatografía de permeación en gel y viscosimetría capilar.Item Recuperación de bisfenol-A a partir de policarbonato(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-05-27) Ortiz Rodríguez, Bruno Alonso; Nakamatsu Kuniyoshi, JavierEl uso de policarbonato como producto de consumo masivo a nivel mundial se ha incrementado considerablemente durante la última década. Esto lleva consigo una preocupante generación de desechos de dicho polímero. Por ello, se tiene un fuerte interés en desarrollar formas de reciclaje que permitan, no sólo reducir el problema de sus desechos, sino también recuperar el monómero que lo compone para que este pueda ser reutilizado. Para esto, se estudió la despolimerización de policarbonato de bisfenol-A con calentamiento convencional por metanólisis usando tolueno como co-solvente en un medio básico, en presencia de un agente reductor y bajo atmósfera de nitrógeno. Se evaluaron los efectos del tiempo de reacción, temperatura, uso del agente reductor y atmósfera de nitrógeno, el proceso de recuperación del monómero, la proporción de solventes frente al policarbonato, el uso de dos fuentes de policarbonato (bidones y discos compactos) y el cambio de co-solventes (acetona y acetonitrilo). Se alcanzó un rendimiento de recuperación del monómero bisfenol-A de hasta 90% luego de 3 horas de reacción usando tolueno como co-solvente. También se demostró la posibilidad de reemplazar el tolueno por acetona o acetonitrilo. Además, se demostró que se podía realizar la reacción mencionada usando calentamiento por microondas. En este caso, se demostró que no es necesario el uso de un co-solvente y se alcanzó rendimientos de recuperación de BPA de hasta 92% en menos de 10 minutos de reacción. También se evaluó el poder de hinchamiento de diversos solventes sobre el policarbonato. Los solventes evaluados se indican a continuación en orden descendente según su poder de hinchamiento: tolueno, acetato de etilo, acetona, acetonitrilo y metanol. La reacción de despolimerización de policarbonato por metanólisis en microondas demostró ser mucho más eficiente que por calentamiento convencional, ya que se obtiene un mayor o igual rendimiento en un menor tiempo y sin utilizar co-solventes.Item Formación y caracterización de partículas de quitosana y alginato para encapsulamiento de agentes antioxidantes(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2018-08-07) Córdova Mariño, Diego Andrés; Nakamatsu Kuniyoshi, JavierExisten diversos tipos de biopolímeros presentes en la naturaleza que por lo general son biocompatibles y biodegradables como es el caso del alginato de sodio. Algunos incluso presentan propiedades antibacterianas como la quitosana que proviene de la quitina, presente en el exoesqueleto de los crustáceos e insectos. Asimismo, existen productos naturales que, por su composición química, presentan propiedades antioxidantes, por ejemplo, el aceite de oliva o el aceite de sacha inchi. Este último proviene de las semillas del fruto del sacha inchi autóctono de la región amazónica en Sudamérica. Por otro lado, se sabe que la microencapsulación es un proceso mediante el cual un gas, líquido o material sólido se rodea y queda encerrado por una pared polimérica porosa que contiene una sustancia activa y de esta forma se protege y se aísla del entorno para, posteriormente, liberarlo según sea necesario. El presente trabajo estudió la formación de microcápsulas de quitosana y alginato para encapsular compuestos antioxidantes provenientes de distintos tipos de aceites como el de soya, de oliva y de sacha inchi. Se formaron emulsiones de cada aceite a analizar y se varió la cantidad de surfactante. Se estudió la estabilidad de las emulsiones por un periodo de un mes. Luego, se caracterizaron por medio de la técnica ATR-FTIR. Posteriormente, se analizó la eficiencia de la encapsulación y su liberación con respecto al tiempo. Por último, se analizó la actividad antioxidante que presentaban los aceites, los polímeros y las microcápsulas por medio de una técnica de transferencia de electrones (ABTS).Item Extracción y caracterización del alginato de sodio procedente del alga parda Macrocystis sp.(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2015-12-07) Ayarza León, Jorge Luis; Nakamatsu Kuniyoshi, JavierLas algas son consideradas como una de las fuentes sostenibles de biomasa más prometedoras. Son capaces de producir y almacenar una gran cantidad de biomoléculas de importancia como potenciales combustibles, alimentos para seres humanos y animales, fármacos y aditivos para alimentos, productos agroindustriales, cosméticos e incluso para tratamiento de aguas. El mar, los ríos y los lagos del Perú constituyen el hábitat de muchas especies de algas. El alginato es un polisacárido lineal compuesto de unidades de las sales de los ácidos carboxílicos β-D-manurónico (M) y α-L-gulurónico (G); y se encuentra presente en gran cantidad en la matriz extracelular de las algas marinas pardas de la clase Phaeophyceae. En la actualidad, el alginato se extrae en diversas partes del mundo de una gran variedad de especies de algas. La utilidad del alginato a nivel académico e industrial es variada, sus usos comunes incluyen: aglutinante en tintes para textiles, agente espesante o estabilizante en mezclas alimenticias, matriz para inmovilizar y transportar agentes biológicos o catalíticos, fabricación de fibras antibacterianas y hemostáticas, etc. En el presente trabajo se estudió el alginato obtenido del alga Macrocystis sp., una especie endémica del Perú. En primer lugar, se optimizó el proceso de obtención del alginato, el cual contempló tres procedimientos: un pre-tratamiento, una extracción y una purificación. Previamente, el alga se separó en tres partes, según su morfología: hojas, bulbos y tallos. El pre-tratamiento del alga óptimo consistió en un lavado con una solución acuosa de hipoclorito de sodio NaOCl 0,5 % por 30 min. La extracción óptima se consiguió con una solución acuosa de carbonato de sodio en proporción molar 1:1 de Na2CO3 a alginato, a 80 ºC por 2 h. Finalmente, se propuso un método alternativo de purificación, el cual consistió en una precipitación del extracto crudo de alginato en 2-propanol, seguido de la disolución del extracto crudo y seco en una solución acuosa de EDTA 5 mM, una centrifugación, una filtración con membrana, un proceso de diálisis en agua y un secado por liofilización. En segundo lugar, se realizó un análisis químico del producto final para determinar la composición y estructura del alginato. Por espectroscopía 1H-RMN se determinó los valores de ratio M/G y la longitud promedio en número de los bloques-G sin considerar las triadas –MGM– (NG>1). El ratio M/G promedio fue 1,75, indicando así una composición de 64 %de unidades manuronato y 36 % de guluronato. No se observó una diferencia significativa en el ratio M/G entre los extractos de las tres partes del alga, sin embargo, el alginato de los tallos y bulbos contenía cadenas de guluronatos más largas que el de las hojas. Por otro lado, la espectroscopía FT-IR permitió verificar los grupos funcionales del alginato y estimar el ratio M/G. Se determinó que las mediciones por FT-IR eran comparables a las de RMN, y por lo tanto servirían para controles rutinarios de la caracterización del alginato. En tercer lugar, se realizó un análisis de masa molar del alginato por viscosimetría capilar y GPC. Con la viscosimetría capilar, se determinó que la masa molar promedio en viscosidad del alginato fue de aproximadamente 320 kDa. El análisis por GPC mostró que los extractos de las tres partes del alga tenían la misma distribución de masas molares, con un Mp promedio de 330 ± 20 kDa relativo a estándares de PEO. Además, se determinó que el PDI promedio es 5,094 ± 0,201, lo cual indica una distribución bastante dispersa. Finalmente, se realizó un estudio morfológico del ácido algínico, alginato de sodio y sus derivados de calcio y cobre por microscopía electrónica de barrido (SEM); y un estudio de la degradación del alginato en medio alcalino asistida por microondas. Adicionalmente, se incluyó un análisis del residuo del pre-tratamiento del alga, puesto que se consideró la posibilidad de encontrar un polisacárido denominado fucoidan, el cual es de interés académico y comercial.Item Síntesis y caracterización de un novedoso conjugado poliaspartamida-Oxavanadio (IV) como potencial metalofarmaco insulino-mimético(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2015-07-31) Murga Cotrina, Christian Julio; Galli Rigo-Righi, Carla Ximena MaríaLa presente tesis tiene como objetivo central la síntesis y caracterización de un nuevo conjugado polímero-droga como potencial metalofármaco de uso oral en la terapia contra la diabetes mellitus tipo 2. En este conjugado se emplea una poliaspartamida derivatizada como vehículo polimérico para el agente activo con propiedades insulino-miméticas oxovanadio (IV). La síntesis del mencionado conjugado requirió la preparación de un polímero que cumpla con ciertos criterios básicos, como por ejemplo, ser hidrosoluble, biodegradable y no tóxico. Así, se escogió a la poli-(alfa,beta-D,L-[N-(3-di(carboximetil)aminopropil)-aspartamida]-co-[N-(3-(carboximetil)-aminopropil)), que, además de poseer las características mencionadas, incluye en su diseño una serie de particularidades, entre las que destacan la presencia de un espaciador y grupos de anclaje bidentados, que lo hacen más efectivo como agente complejante y mejoran su función protectora del centro metálico activo. Esto, unido a un peso molecular apropiado, aumenta el tiempo de permanencia del agente activo en el organismo y permite la liberación controlada del agente activo oxovanadio (IV). Todas estas características aumentarían dramáticamente su efectividad con respecto a los correspondientes complejos moleculares reportados hasta la fecha y sobre el poliaspartato de vanadilo, conjugado sintetizado en un trabajo de tesis anterior de nuestro grupo de investigación. La síntesis del conjugado involucró, en su etapa inicial, la policondensación térmica del ácido aspártico a polisuccinimida, la cual fue sometida, en una segunda etapa, a aminólisis. Luego, la poliaspartamida obtenida se derivatizó mediante carboximetilación de sus grupos amino terminales y se consiguió mejorar su caracterización con respecto a lo reportado en la literatura. Finalmente, se logró desarrollar un método de síntesis para este novedoso conjugado, mediante numerosos ensayos en los que se variaron diferentes parámetros que incluyen las concentraciones de los reactivos y las relaciones molares entre las unidades di-carboximetiladas del polímero y el catión oxovanadio (IV). La síntesis optimizada condujo a un rendimiento promedio del 93%, lo cual significó una mejora sustancial con respecto al conjugado poliaspartato de vanadilo antes mencionado, así como un contenido de vanadio de 5,8%, que resulta apropiado para su potencial aplicación como metalofármaco antidiabético.Item Síntesis, caracterización y propiedades mecánicas de resinas de poliéster insaturado a partir del reciclaje químico del poli (Teraftalato de Etileno)(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2012-08-06) Tiravanti Beoutis, Giulliana Jacqueline; Nakamatsu Kuniyoshi, JavierEl uso del poli(tereftalato de etileno), PET, como producto de consumo masivo se ha incrementado considerablemente en los últimos años y con ello la acumulación de sus desechos. Por ello, se ha puesto interés en estudiar el reciclaje químico de este material para la obtención de un monómero que se pueda emplear en la síntesis de poliésteres insaturados, material de importancia comercial. Para ello, se despolimerizó desechos de botellas mediante glicólisis con etilenglicol (EG) para obtener el tereftalato de bis(2-hidroxietileno), BHET. Se evaluó el efecto de la cantidad de catalizador (acetato de cinc) y el tiempo de reacción sobre el rendimiento. Se alcanzó un rendimiento máximo de 82% al emplear 0,7% (w/w) de catalizador y 3 horas de reacción. El BHET se caracterizó por espectroscopia 1H-RMN e IR. Con el BHET obtenido de la despolimerización se sintetizaron varios poliésteres insaturados utilizando otros glicoles, anhidrido maleico y anhidrido ftálico o ácido adípico en presencia de los catalizadores Ca(CH3COO)2 y Sb2O3. La reacción de polimerización se monitoreó mediante la medición del número ácido y se verificó por 1H-RMN y COSY. Los pesos moleculares de los poliésteres formados se determinaron mediante el análisis de grupos terminales (número ácido y número hidroxilo). Se sintetizaron poliésteres insaturados con BHET, etilenglicol (EG), dietilenglicol (DEG), propilenglicol (PG), 1,4-butanodiol (Butdiol) y 2-etil-1,3-hexanodiol (EtHexdiol) de pesos moleculares entre 476 y 828 g/mol. Se logró asignar las señales de los espectros RMN con las estructuras respectivas para los poliésteres de DEG, EG y Butdiol. Se encontró que se produce la isomerización de cis a trans en el alqueno y la razón de isomerización trans/cis se favorece en el orden de DEGItem Poliésteres insaturados elaborados a partir del reciclaje químico de Poli (Tereftalato de Etileno), PET, y su aplicación como matriz de encapsulamiento de sales(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2012-07-23) Elgegren Lituma, Mariela; Nakamatsu Kuniyoshi, JavierEl incremento y la consecuente acumulación de desechos plásticos hacen necesaria la implementación de alternativas para su manejo y disposición. El poli(tereftalato de etileno), PET, es uno de los plásticos más utilizados, especialmente en la elaboración de botellas descartables que, debido a su uso masivo y a su alta resistencia a la degradación, hacen conveniente el desarrollo de métodos para su reciclaje. Este trabajo presenta una manera de afrontar la acumulación de residuos de PET utilizando el producto de la despolimerización en la obtención de resinas de poliéster insaturado que, entre sus diversas aplicaciones, pueden utilizarse para el encapsulamiento de residuos que hacen necesario evitar el riesgo de su liberación al ambiente debido a su peligrosidad. En primer lugar, se estudió la despolimerización de desechos de PET con etilenglicol variando las cantidades de catalizador y el tiempo de reacción. Se logró hasta 82% de rendimiento del monómero tereftalato de bis(2-hidroxietileno), BHET, con 0,7% de acetato de cinc y 3 horas de reacción. Además, se determinó que también se produce el dímero de BHET entre 5 - 6%. La caracterización de ambos productos se realizó por espectroscopía infrarroja, de resonancia magnética nuclear (RMN) y de masas. Posteriormente, se sintetizaron diversas resinas de poliéster insaturado utilizando el BHET obtenido de la despolimerización del PET, anhidrido maleico (AM), ácido adípico (AA) y un glicol. Los glicoles utilizados fueron etilenglicol (EG), dietilenglicol (DG), propilenglicol (PG) y 2-etil-1,3-hexanodiol (EHD). Las resinas estudiadas estuvieron compuestas por las combinaciones de glicol-AM, glicol-AM-BHET, glicol-AM-AA y glicol-AM-BHET-AA a modo de compararlas y analizar cada una de ellas en el encapsulamiento de sales. La caracterización de los poliésteres insaturados se realizó mediante análisis de RMN y se logró elucidar las estructuras químicas de las resinas sintetizadas con etilenglicol y dietilenglicol. Adicionalmente, se calcularon los pesos moleculares promedio de los poliésteres a partir del análisis de grupos terminales -OH y -COOH que varían entre 488 a 1023 g/mol. Las resinas sintetizadas con EHD poseen los pesos moleculares más altos. Finalmente, se evaluó la capacidad de las resinas sintetizadas como matriz de encapsulamiento. Para ello se utilizó cloruro de sodio como modelo del compuesto a encapsular. Las probetas se prepararon mezclando la resina de poliéster, la sal y estireno. El entrecruzamiento se llevó a cabo con un iniciador (peróxido de metil etil cetona) y un catalizador (octoato de cobalto). La capacidad de encapsulamiento se determinó sumergiendo las probetas por ocho semanas en agua destilada. Se encontró que la presencia de BHET en la resina brinda mayor resistencia e impermeabilidad a las matrices poliméricas. Además, las probetas formadas con las resinas PG-AM-BHET y EHD-AM-BHET retienen el 80% de sal luego de estar sumergidas en agua y las de DG-AM-AA retienen la menor cantidad de sal (13%).