SÍNTESE E CARACTERIZAÇÃO DE HIDROGÉIS CONSTITUÍDOS DE
QUITOSANA QUIMICAMENTE MODIFICADA COPOLIMERIZADA COM NISOPROPILACRILAMIDA
Hortênsia Sette Gripp (PIBIC/CNPq/FA – UEM), Juliana Francis Piai,
Alessandro Francisco Martins, Adley Forti Rubira e Edvani Curti Muniz
(Orientador), e-mail: [email protected]
Universidade Estadual de Maringá/Departamento de Química/Maringá, PR.
Ciências Exatas e da Terra - Química
Palavras-chave: N,N,N-Trimetilquitosana, Quitosana, Hidrogéis.
Resumo:
O objetivo deste trabalho foi sintetizar o derivado solúvel de quitosana (QT),
a N,N,N-Trimetilquitosana (TMC) e, posteriormente, enxertar monômeros
vinílicos nos carbonos 3-OH e 6-OH da estrutura sacarídica da TMC. Para o
enxerto de monômeros vinílicos utilizou-se o anidrido maleico. O novo
material polimérico obtido foi denominado de O-malonil-N,N,Ntrimetilquitosana (AM-TMC). É importante destacar o uso da TMC e não da
QT, pois a QT possui limitação de solubilidade em pHs>6.5. Devido a esta
limitação utilizou-se a TMC ao invés da QT para obtenção do novo material
polimérico. A TMC apresenta solubilidade em ampla faixa de pH, devido a
quaternização do átomo de nitrogênio. Em se tratando de liberação
controlada de fármacos, futuramente serão preparados copolímeros de AMTMC com N-isopropilacrilamida (NIPPAAm), sendo este copolímero obtido
através dos sítios vinílicos enxertado no AM-TMC. Desta forma, poderão ser
obtidos materiais (hidrogéis) com propriedades excelentes tais como:
intumescimento
em
ampla
faixa
de
pH,
biodegradabilidade,
biocompatibilidade, atoxicidade e sensibilidade a temperatura. Assim,
solutos específicos poderão ser incorporados na matriz 3D dos hidrogéis e
investigar a liberação controlada de fármacos em ambientes.
Introdução:
A QT apresenta bastante importância para a síntese de hidrogéis
devido as suas excelentes propriedades [1]. É um polímero natural,
biodegradável, muito abundante e atóxico. O grupo amino protonado da QT
permite o estabelecimento de diferentes tipos de interação com fármacos [2]
e também podem fornecer sistemas sensíveis ao pH.
No entanto, a limitação de solubilidade da QT interfere na sua
aplicação biomédica, especialmente em sistemas que operam no pH
fisiológico (7.4). Devido a esta limitação, pesquisadores apostaram na
síntese de derivados que apresentam solubilidade em ampla faixa de pH,
incluindo o pH fisiológico, como por exemplo a TMC [3].
Anais do XIX EAIC – 28 a 30 de outubro de 2010, UNICENTRO, Guarapuava –PR.
A TMC também mantém e/ou supera as propriedades da QT em
algumas aplicações [4]. A quaternização do nitrogênio do grupamento amino
possibilita a solubilidade da TMC em ampla faixa de pH. Desta forma, com a
inserção de grupos vinílicos na TMC, pode-se obter hidrogéis e/ou
copolímeros via mecanismo radicalar com. Assim, o objetivo deste trabalho
foi obter e caracterizar através das espectroscopias de FTIR e RMN 1H o
novo material O-malonil-N,N,N-trimetilquitosana (AM-TMC) com monômeros
vinílicos inseridos na estrutura sacarídica da TMC.Em se tratando de
liberação controlada de fármacos, hidrogéis obtidos a partir da AM-TMC
possibilita maior intumescimento e permeação em ambientes neutro e
básico.
Materiais e métodos
Quitosna (85% desacetilada e massa molecular de 87 x 103 g/mol) foi
adquirida a partir da Golden Shell Biochemical (China), iodeto de metila e Nmetil-2-pirrolidinona (NMP) foram obtidos da Sigma Aldrich. Hidróxido de
sódio, iodeto de sódio, cloreto de sódio, etanol, éter etílico, dimetilformamida
(DMF) e anidrido maleico foram adquiridos comercialmente.
Para a síntese da TMC a QT (2 g) foi solubilizada em NMP sendo a
reação processada em refluxo, a 60 °C com atmosfera de gás nitrogênio. A
reação se desenvolveu por 2.5 horas com a adição de hidróxido de sódio
(15%), iodeto de sódio, e iodeto de metila. Por fim, o a TMC foi precipitada
em etanol e lavada com éter etílico e separada por centrifugação [3].
O novo material O-malonil-N,N,N-trimetilquitosana (AM-TMC) foi
obtido solubilizando a TMC (0,6 g) e anidrido maleico (1,8 g) em (DMF) a
uma temperatura de 130 °C, em atmosfera inerte por 12 horas. Finalmente,
o produto AM-TMC foi precipitado, lavado com acetona e separado por
filtração à vácuo. Por fim, obteve-se um precipitado de coloração escura,
solúvel em água.
Resultados e Discussão
As diferenças observadas nos espectros de FTIR da TMC e QT (Fig.
1) são: o surgimento de uma nova banda em 1489 cm-1 (Fig. 1c) que é
atribuída aos estiramentos das ligações C-H, referentes aos grupamentos
metílicos existentes em maior proporção na TMC em relação à QT. As
bandas em 2939 e 2896 cm-1 (Fig. 1c) se devem à vibração axial das
ligações C-H e estas acontecem devido à elevada proporção de grupos
metílicos na TMC. Também observa-se o desaparecimento da banda em
1601 cm-1 (Fig. 1a) no espectro da TMC, referente aos grupos amino da QT.
Isto ocorre devido a N-monossubstituição (NM), N-dissubstituição (ND) e Ntrissubstituição (NT) dos átomos de nitrogênio da QT. Estas diferenças
comprovam a obtenção da TMC [5]. A confirmação do enxerto de
monômeros vinílicos na estrutura da TMC é comprovada pelo surgimento
das bandas em 1638, 1730 e 3080 cm-1 (Fig. 1b). Estas bandas se devem a
aos estiramentos das ligações C=C (provenientes dos sítios vinílicos), C=O
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(provenientes das carbonilas do anidrido maleico) e C-H com hibridização
sp2 (provenientes dos sítios vinílicos) (Fig. 1b) [6].
c)
1489
2939; 2896
b)
C =O
1730
3080; 2968
2
3
sp ; sp
a)
1638
C=C
1601
N-H
1087 (C-O)
4000
3 500
3 0 00
2500
2 0 00
1 500
-1
N u m e ro de O nda (c m )
1 0 00
5 00
Figura 1 – Espectros de FTIR para QT (a), AM-TMC (b) e TMC (c)
A Figura 2 ilustra os espectros de RMN 1H para a TMC (2a) e AM-TMC (2b).
O
O
O
O
C
a
O
CH
CH
a
8 .1
C
ND
OH
** 3 .1 2 .7
b
c
NM
NT
6 .7 6 .6 6 .2
a
N -H
b c
(b )
3 .3
NT
OM
OCH3
4
6
O
HO
5
3
HO
O
X
2
1
1
5
6
O
O
O 4
MO 3
X = NM; ND; NHCOCH3
N
2
CH3
NT = 35%
CH3
CH3
2 .7
NM
ND
OM
NT
CH3
(a )
12
10
8
6
ppm
4
2
0
Figura 2 – Espectros de RMN 1H para a TMC (a) e AM-TMC (b).
O surgimento dos picos em 6.6 e 6.2 ppm (Fig. 1b) que são atribuídos
aos hidrogênios dos grupamentos vinílicos enxertados nos carbonos 3-OH e
6-OH na TMC [5-7]. Estes carbonos encontram-se metilados (3O-CH3 e 6OCH3 - sítios OM) (Fig. 2a), embora em pequena porcentagem. O sinal em 8.1
ppm (Fig. 2b) ocorre devido aos hidrogênios do anel aromático inserido no
átomo de nitrogênio dos sítios NM. Isto pode ser comprovado pela diferença
espectral na região entre 2.5 a 3.5 ppm (Figs. 2a e 2b). No espectro da TMC
sinais dos hidrogênios dos sítios NT e NM ocorrem em 3.3 e 2.7 ppm,
enquanto que no espectro do AM-TMC o sinal dos hidrogênios metílicos
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referentes aos sítios NM ocorrem sobrepostos ao sinal dos hidrogênios
metílicos dos sítios NT em 3.1 ppm (Fig. 2b). Provavelmente, a maior
reatividade e menor efeito estérico do sítios NM frente aos sítios ND
possibilitam um ataque nucleofílico nos centros carbonílicos do anidrido
maleico e, conseqüentemente, os hidrogênios dos sítios NM são mais
desblindados. Já o sinal dos hidrogênios metílicos do sitio ND se mantêm
em 2.7 ppm para ambos os espectros da Figura 2. Isto significa que os sítios
ND, provavelmente, não reagem com o anidrido maleico. A TMC estudada
apresentou 35% de quaternização, ou seja, 35% da estrutura da TMC são
constituídos de sítios NT. Este fator deve influenciar na obtenção do AMTMC.
Conclusões
Com base nos espectros de FTIR (Fig. 1) e RMN 1H (Fig. 2), pode-se
concluir que a obtenção do AM-TMC foi realizada com sucesso. A síntese
deste material apresenta grande importância, já que o mesmo pode servir de
material de partida para a obtenção de hidrogéis que, espera-se, que
possuam excelentes propriedades tais como: bom intumescimento,
biodegradabilidade, biocompatibilidade, atoxidade, entre outras. Se tais
propriedades se confirmarem, ter-se-á um futuro promissor quanto à
obtenção de hidrogéis de TMC (a partir da reticulação dos grupamentos
vinílicos enxertados) com utilidade em liberação controlada de fármacos.
Referências
[1] Kumar, M. N. V. R.; Muzzarelli, R. A. A.; Muzzarelli, C.; Sashiwa, H.
Domb, A. J. Chitosan chemistry and pharmaceutical perspectives. Chemical
Reviews., v. 104, p. 6017 – 6084, 2004.
[2] Kumbar, S. G.; Kulkarni, A. R.; Aminabhavi, T. M. Crosslinked chitosan
microspheres for encapsulation of diclofenac sodium: effect of crosslinking
agent. Journal of Microencapsulation., v. 19, p. 173-180, 2002.
[3] Sieval, A. B.; Thanou, M.; Kotze, A. F. Preparation and NMR
characterization of highly substituted N-trimethyl chitosan chloride.
Carbohydrate Polymers., v. 36, p. 157-165, 1998.
[4] Van Der Merwe, S. M.; Verhoef, J. C.; Verheijden, J. H. M. Trimethylated
chitosan as polymeric absorption enhancer for improved peroral delivery of
peptide drugs. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics.,
v. 58, p. 225-235, 2004.
[5] Britto, D., Assis, B. G. O. A novel method for obtaining a quaternary salt of
chitosan. Carbohydrate Polymers., v. 69, p. 305-310, 2007a.
[6] Silverstein, R. M.; Bassler, G. C.; Morrill, T. C. Spectrometric Identification
of Organic Compounds. 3. ed. New York: John Wiley & Sons, 1979.
[7] Mu, Q.; Fang, Y. Preparation of thermosensitive chitosan with poly(Nisopropylacrylamide) side at hydroxyl group via O-maleoyl-N-phthaloylchitosan (MPCS). Carbohydrate Polymers., v. 72, p. 308-314, 2008.
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