Preparaci n de pol meros biodegradables con respuesta a la ...

Departamento de Química Orgánica

Preparación de polímeros

biodegradables

con respuesta a la luz

como nanotransportadores

poliméricos de fármacos

Trabajo Fin de Grado

Grado en Química

Grupo Cristales Líquidos y Polímeros

Departamento de Química Orgánica

Universidad de Zaragoza

Curso 2016-2017

Enrique Guerreiro Gómez

Directores:

Luis T. Oriol Langa

Milagros Piñol Lacambra

H3CO

O

O

O

CH3

O

O O

H

113 25

O

O

O

NH3C CH3

O

N N

N

Resumen: Preparación de polímeros biodegradables con respuesta a la luz como

nanotransportadores poliméricos de fármacos

La liberación controlada de fármacos responde a la necesidad de crear tratamientos menos

invasivos y más eficientes en base a fármacos ya existentes. Los retos incluyen mejorar la

solubilidad de fármacos hidrófobos y controlar el tiempo y lugar de liberación.

Los copolímeros bloque anfífilos con respuesta a estímulos son adecuados para este fin: ge-

neran micelas o vesículas en agua que pueden encapsular fármacos y la incorporación de una

respuesta a un estímulo permite controlar la liberación de lo que éstas contengan.

En este trabajo se propuso trabajar con copolímeros bloque lineal-lineal con poli(etilenglicol)

como bloque hidrófilo y policarbonato alifático como bloque hidrófobo, que además tiene

carácter biodegradable. Como grupo sensible a estímulo se eligió un éster derivado de la

7-dietilamino-4-metil cumarina, ya que éste presenta hidrólisis al ser irradiado con luz UV

y del infrarrojo cercano, en este caso en un proceso a dos fotones. El uso de cumarina sirve

como punto de partida para estudios posteriores reemplazando el azobenceno que se había

empleado hasta ahora en el grupo de Cristales Líquidos y Polímeros.

Como parte del trabajo se ha llevado a cabo la síntesis del copolímero bloque y de la uni-

dad sensible a la luz así como su caracterización por las técnicas espectroscópicas habituales

(FTIR, RMN) y la funcionalización del copolímero con dicha unidad. A continuación se for-

maron agregados a partir de dicho copolímero, que dieron como resultado micelas esféricas.

Por último, se midió el comportamiento de absorción UV-Visible y de fluorescencia de dichas

micelas y se realizó un pequeño estudio de irradiación con luz UV. Los resultados sientan las

bases para un estudio en mayor profundidad de las posibilidades que pueden aportar estos

nanotransportadores en liberación controlada de fármacos.

�

Abstract: Synthesis of light responsive biodegradable polymers as drug polymeric nanocarriers

Controlled drug delivery meets the need to create less invasive and more e�cient treatments based

in existing drugs. The goals include improving hydrophobic drugs’ solubility and time and place of

release.

Stimuli responsive block copolymers are convenient for this purpose: they generate micelles or vesi-

cles in water that can encapsulate drugs and control the drug release if they are stimuli responsive.

Block copolymers containing poly(ethylene glycol) as hydrophilic block and a biodegradable alip-

hatic polycarbonate as hydrophobic block were proposed for this project. An ester derivative of 7-

diethylamino-4-methyl coumarin was chosen as the stimuli responsive group, as this ester gets hy-

drolyzed under ultraviolet and near infrared radiation, a two-photon process in the latter case. The use

of coumarin is a starting point for subsequent projects replacing azobenzene, which was used until

now by the Liquid Crystals and Polymers group.

This work involved both the synthesis of the block copolymer and light-sensitive unit, as well as their

characterization using common spectroscopic techniques (FTIR, RMN) and the functionalization of

the copolymer with the aforementioned unit. Next, aggregates were prepared in water with the functio-

nalized copolymer, giving spheric micelles as result. Finally, the UV-Vis absorbance and fluorescence

behavior for this micelles was measured and a simple UV irradiation study was performed. The re-

sults of this project provide the basis for further study in these nanocarriers’ controlled drug delivery

abilities.

��

Abreviaturas utilizadas

AcOEt: acetato de etilo

bis-MPA: ácido 2,2-bis(hidroximetil)propiónico

DBU: 1,8-Diazabiciclo[5.4.0]undec-7-eno

DCM: diclorometano

DLS: dynamic light scattering, dispersión dinámica de luz

DMF: N,N-dimetilformamida

DPTS: p-toluensulfonato de 4-(dimetilamino)piridinio

DSC: di�erential scanning calorimetry, calorímetría diferencial de barrido

EDC: 1-etil-3-(3-dimetilaminopropil)carbodiimida

FTIR: espectroscopía infrarroja con transformada de Fourier

GPC: cromatografía de permeación en gel

PEG: polietilenglicol o poli(oxietileno)

PMDETA: N,N,N’,N”,N” - Pentametildietilentriamina

PMMA: poli(metacrilato de metilo)

RMN: resonancia magnética nuclear

TEA: trietilamina

TEM: microscopía de transmisión electrónica

Tg: temperatura de transición vítrea

THF: tetrahidrofurano

TU: ciclohexil-[3,5-bis(trifluorometil)fenil] tiourea

UV-Vis: ultravioleta-visible

��

Índice

1. Introducción 1

1.1. Liberación controlada de fármacos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.2. Copolímeros bloque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.3. Copolímeros bloque con respuesta a la luz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.4. Biocompatibilidad y biodegradabilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.5. Antecedentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2. Objetivos 7

3. Resultados y discusión 8

3.1. Síntesis del monómero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

3.2. Copolimerización del monómero con poli(etilenglicol) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

3.3. Síntesis del derivado de cumarina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

3.4. Funcionalización del copolímero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

3.5. Propiedades de los copolímeros sintetizados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

3.5.1. Masa molecular y dispersidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

3.5.2. Propiedades térmicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3.6. Formación de agregados en agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

3.6.1. Tamaño y forma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

3.6.2. Propiedades ópticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

4. Conclusiones 22

5. Parte experimental 23

5.1. Síntesis y caracterización del 2,2-bis(hidroximetil)propionato de propargilo (1) . . . . . 23

5.2. Síntesis y caracterización del 5-metil-5-propargiloxicarbonil-1,3-dioxano-2-ona (MPC, 2) 23

5.3. Síntesis y caracterización del PEG113-b-PMPC25 (3) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

5.4. Síntesis y caracterización de la 7-(dietilamino)-4-(hidroximetil)cumarina (4) . . . . . . . 24

5.5. Síntesis y caracterización del 6-bromohexanoato de [7-(dietilamino)cumarin-4-il] metilo

(5) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

��

5.6. Síntesis y caracterización del 6-azidohexanoato de [7-(dietilamino)cumarin-4-il] metilo (6) 25

5.7. Síntesis y caracterización del PEG-b-PMPC25-Cou (7) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

5.8. Formación de agregados en agua e irradiación de los mismos . . . . . . . . . . . . . . . 26

Anexo A. Espectros (FTIR, 1H RMN, 13C RMN) A1

Anexo B. TGA y DSC A13

Anexo C. Técnicas e instrumentos empleados A16

�

Enrique Guerreiro Gómez: Trabajo Fin de Grado 1 Introducción

1. Introducción

1.1. Liberación controlada de fármacos

Los avances de la Medicina, Biología y Química han permitido diseñar fármacos para una gran mayoría

de enfermedades. Sin embargo, pese a que muchas dolencias pueden ser tratadas con relativa sencillez y

existen compuestos químicos aptos para tratar una gran cantidad de males, aún quedan algunos aspectos

a mejorar en la cura de enfermedades.

En primer lugar, algunos tratamientos son especialmente invasivos y vienen acompañados de efectos

secundarios que pueden comprometer la propia recuperación del paciente o mermar su calidad de vida.

El ejemplo más conocido es la quimioterapia, destinada a enfermos de cáncer. La quimioterapia es el

uso de ciertos compuestos químicos que activan diversos mecanismos de muerte celular pero que, de

momento, son poco selectivos en la zona del cuerpo que atacan, provocando efectos adversos tales como

náuseas, vómitos, diarrea, pérdida de cabello o pérdida del sentido del gusto en el caso de uno de los

fármacos más habituales como es el cis-platino.1 El aspecto a mejorar es, por tanto, que el fármaco sólo

se libere en la región del cuerpo a tratar y no que fluya libre en el torrente sanguíneo.

El segundo problema es la propia solubilidad del fármaco en el medio fisiológico. Algunos fármacos como

la Anfotericina B, un antibiótico y antifúngico, son poco solubles en agua, lo cual supone un problema

para su administración directa.2 El reto es en este caso mejorar la solubilidad de dichos fármacos.

El tercer inconveniente es el tiempo de liberación del fármaco. En ciertos casos, la concentración del fár-

maco debe estar en un intervalo concreto o “ventana” para que pueda tener el suficiente efecto y además

no ser tóxico. Los métodos de administración tradicionales (como sucesivas inyecciones) pueden pro-

vocar fluctuaciones de la concentración del fármaco fuera de dicha ventana.3 Además de conseguir una

concentración estable del fármaco en el medio, evita la necesidad de administrar el fármaco de forma tan

repetida y con el riesgo de concentraciones por encima de lo recomendado.

Estos tres aspectos pueden encontrar la solución por medio de la liberación controlada de fármacos en-

capsulados en nanotransportadores con respuesta a estímulos. El aspecto de la solubilidad se soluciona

haciendo que el transportador tenga una parte hidrófoba donde el fármaco puede alojarse. La liberación

en un lugar específico y su control temporal se pueden regular haciendo al transportador de fármacos

sensible a un estímulo, como puede ser la temperatura, la luz o el pH. Una variación de uno de estos

estímulos puede cambiar la estructura del transportador, pudiendo llegar a desestabilizarlo y romperlo,

1. The American Society of Health-System Pharmacists, Cisplatin Injection, Informe técnico, U.S. Department of Health and

Human Services.

2. Z. L. Yang, X. R. Li, K. W. Yang, Y. Liu, J. Biomed. Mater. Res., Part A 2008, 85A, 539–546.

3. K. E. Uhrich, S. M. Cannizzaro, R. S. Langer, K. M. Shakeshe�, Chem. Rev. 1999, 99, 3181–3198.

1


liberando el fármaco.

La investigación en transportadores de fármacos se ha basado por ejemplo en materiales mesoporosos de

sílice4 y en materiales poliméricos, siendo este último tipo el que se va a tratar en este trabajo.

1.2. Copolímeros bloque

Un polímero es una macromolécula cuya estructura se obtiene uniendo de forma sucesiva una unidad

discreta llamada monómero que da lugar a la unidad repetitiva, formando una cadena de cierta longitud.

Son obtenidos en las denominadas reacciones de polimerización, donde un monómero se une con otro y el

resultante con otro monómero, así hasta obtener una cadena en la que el monómero se repite n veces. Este

valor n se denomina grado de polimerización y es una de las características que definen a un polímero.

Un polímero puede contener un único tipo de unidad repetitiva o varios. En el primer caso se denomina

homopolímero y en el otro, copolímero. Ejemplos del primero es el nylon y del segundo el ABS, que se

representan en la Figura 1.1.

Figura 1.1: Homopolímero (nylon 6) y copolímero ABS (acrilonitrilo-butadieno-estireno)

Los copolímeros se pueden clasificar dependiendo de la disposición de las dos (o más) unidades repeti-

tivas diferentes en los siguientes tipos: alternante, estadístico, de injerto o bloque.5 Los distintos tipos de

copolímero con dos unidades diferentes se muestran en la Figura 1.2.

Figura 1.2: Copolímeros: alternante, estadístico, de injerto y bloque (de arriba abajo).

En un copolímero bloque tenemos dos o más regiones diferenciadas, cada una formada por una suce-

sión del mismo tipo de monómero. Al ser monómeros distintos, también son distintas las propiedades de

4. M. Vallet-Regí, F. Balas, D. Arcos, Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 7548–7558.

5. W. D. Callister, P. Molera Solà, M. J. Anglada Gomila, Introducción a la ciencia e ingeniería de los materiales, Reverté,

Barcelona, 1996.

2


cada parte, y por ejemplo, su solubilidad en el mismo disolvente puede ser distinta. En este sentido, un

copolímero bloque anfífilo, esto es, con un bloque hidrófobo y otro hidrófilo, puede presentar un compor-

tamiento en agua relativamente similar al que encontramos en la naturaleza con los fosfolípidos, que se

ordenan y forman micelas o vesículas. Las micelas tendrán sus partes de cadena hidrófilas alineadas en el

exterior y las partes hidrófobas quedarán en la parte interna, tal y como se ve en la Figura 1.3. Las vesícu-

las involucran la formación de una estructura más compleja, con una cavidad acuosa que queda confinada

por una bicapa en el interior de la cual se disponen las partes hidrófobas. Por tanto, los copolímeros bloque

pueden formar agregados con un uso potencial para encapsular fármacos.

Figura 1.3: Sección de una micela (izquierda) y de una vesícula (derecha). El color azul indica el bloquehidrófilo y la parte acuosa del medio (en el caso de las vesículas), mientras que el naranja representa el bloque

hidrófobo y la zona hidrófoba de cada uno de los agregados

1.3. Copolímeros bloque con respuesta a la luz

Como se ha mencionado anteriormente, si el transportador de fármacos incorpora algún tipo de respuesta

a estímulos, podremos regular su forma y por tanto, regular la liberación de lo que éste contenga. Uno

de los estímulos más fáciles de controlar desde fuera del organismo es la luz: se puede direccionar a la

zona a tratar y su intensidad se puede regular, pudiendo tener esta intensidad un efecto en la velocidad de

liberación.

Una de las maneras más habituales de funcionalizar un copolímero para que tenga respuesta a la luz es

la incorporación de grupos azobenceno, que se isomerizan de forma reversible con luz UV, alterando su

forma y pudiendo, por tanto, alterar la forma del agregado en el que se encuentren. La isomerización del

azobenceno se ilustra en la Figura 1.4.

Figura 1.4: Isomerización del azobenceno

3


Uno de los inconvenientes del azobenceno es el uso de luz ultravioleta en su isomerización, ya que dicha

radiación es perjudicial para el cuerpo humano y tiene escasa penetración. Otra opción es el uso de un

éster derivado de la cumarina, que también presenta actividad al ser irradiado: tanto con luz ultravioleta

como infrarroja (en un proceso a dos fotones), se hidroliza (Figura 1.5). Esta ruptura altera el carácter

anfífilo del copolímero y puede provocar un cambio de estructura de la micela de la que forme parte.

Como ventaja tiene el uso de luz no ultravioleta, aunque hay que tener en cuenta que esta hidrólisis no es

reversible.

Figura 1.5: Hidrólisis de un éster de la 7-dietilamino-4-hidroximetil cumarina6

La inclusión de los grupos sensibles a la luz puede realizarse por dos vías: polimerización y funcionali-

zación posterior con el grupo sensible a la luz o polimerización de un monómero que ya incluya dicho

grupo sensible. Ambas formas se esquematizan en la Figura 1.6. El método preferible es el primero, ya

que aporta dos ventajas: suele ser más eficiente polimerizar una monómero más sencillo y, además, la

funcionalización posterior nos permite sintetizar un polímero una vez y probar varios grupos sensibles,

distintos espaciadores entre el polímero y el grupo, etc.

polimerización funcionalización

*

* * * * *

* * * * * *polimerización *: grupo sensible a la luz

a)

b)

Figura 1.6: Estrategias para funcionalizar polímeros: a) polimerización de un monómero sencillo y posteriorfuncionalización por acoplamiento y b) polimerización directa

1.4. Biocompatibilidad y biodegradabilidad

Hasta aquí hemos descrito el propósito de diseñar un copolímero bloque: formar agregados que puedan

encapsular fármacos para su liberación a demanda en un medio biológico. Sin embargo, este copolímero

6. J. Babin, M. Pelletier, M. Lepage, J.-F. Allard, D. Morris, Y. Zhao, Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 3329–3332.

4


debe cumplir dos requisitos más para que sea idóneo. El primero es que sea biocompatible. Esto implica

que no provoque reacciones adversas con el organismo durante el tiempo que permanezca en él hasta

ser expulsado. El otro requisito es que sea biodegradable para favorecer su eliminación del organismo.7

También cabe comentar que los productos de degradación tampoco deben ser tóxicos.

Dos polímeros biocompatibles son el hidrófilo poli(óxido de etileno), llamado comúnmente polietilen-

glicol o PEG8 y los hidrófobos policarbonatos alifáticos.9 Ambos se acaban degradando en agua dando

productos que no alteran significativamente las condiciones de acidez de la sangre ni son tóxicos.

1.5. Antecedentes

Este trabajo se basa en los resultados preliminares del Grupo de Cristales Líquidos y Polímeros con copo-

límeros bloque con estructura anfífila, y que incorporaban, de forma covalente, unidades de azobenceno.

Así se obtuvieron tanto vesículas (nanocápsulas) como micelas esféricas (nanopartículas) poliméricas,

capaces de encapsular moléculas hidrófobas o hidrófilas (en este último caso, solo en el interior de las

nanocápsulas) y ser liberadas de forma controlada con luz como estímulo externo.10,11 Posteriormente,

se han descrito una serie de copolímeros bloque basados en PEG y un polimetacrilato que contiene uni-

dades de 2,6-diacilaminopiridina como análogo de nucleobase. Estos copolímeros, que se comprobó que

no eran citotóxicos, tienen una fuerte tendencia a generar nanopartículas poliméricas, en las que se ha

encapsulado camptotecina y se ha comprobado su aplicación como antiviral hepático.12 Estos copolíme-

ros mostraban respuesta al pH, pero además la presencia del análogo de nucleobase facilitaba el anclaje

mediante enlaces de hidrógeno de azobencenos con unidades de timina. Los copolímeros bloque supra-

moleculares presentaban un comportamiento análogo a los covalentes en su respuesta a la luz, como se

ha comprobado recientemente.13

No obstante, para optimizar los materiales era preciso introducir bloques hidrófobos biodegradables que

faciliten la eliminación posterior del nanotransportador estimulable. En el Trabajo Fin de Grado de D.

Zatón14 se sintetizó un copolímero bloque lineal-lineal de polietilenglicol y un policarbonato funciona-

7. M. Vallet Regi, L. Munuera, Biomateriales aquí y ahora, Dykinson, Madrid, 2000.

8. M. C. Branco, J. P. Schneider, Acta Biomaterialia 2009, 5, 817–831.

9. W. Chen, F. Meng, R. Cheng, C. Deng, J. Feijen, Z. Zhong, J. Controlled Release 2014, 190, 398–414.

10. E. Blasco, J. del Barrio, C. Sánchez-Somolinos, M. Piñol, L. Oriol, Polym. Chem 2013.

11. E. Blasco, J. L. Serrano, M. Piñol, L. Oriol, Macromolecules 2013, 46, 5951–5960.

12. A. Concellón, R. Clavería-Gimeno, A. Velázquez-Campoy, O. Abian, M. Piñol, L. Oriol, RSC Adv. 2016, 6, 24066–24075.

13. A. Concellón, E. Blasco, A. Martínez-Felipe, J. C. Martínez, I. Sics, T. A. Ezquerra, A. Nogales, M. Piñol, L. Oriol,

Macromolecules 2016, 49, 7825–7836.

14. D. Zatón Oñate, Trabajo Fin de Grado: Policarbonatos Alifáticos Biodegradables: Síntesis y Modificación Mediante Reac-

ciones de Química ‘Click’, -, Universidad de Zaragoza, 2016.

5


lizado con grupos azobenceno mediante química covalente. El carbonato monomérico necesario para la

preparación del policarbonato deriva del ácido 2,2-bis(hidroximetil)propiónico (bis-MPA), que presenta

la ventaja de que es fácilmente funcionalizable en comparación con mónomeros tipo valero/caprolactona

o lactidas utilizados en la preparación de poliésteres biodegradables de amplio uso en Medicina. Con este

tipo de monómeros es más fácil introducir unidades funcionales sensibles a estímulos, y por otra parte

los policarbonatos presentan una adecuada degradabilidad.

Estos trabajos nos dan ciertas indicaciones acerca de los copolímeros bloque a explorar, lo que se une a

la descripción de la 7-dietilamino-4-hidroximetil-cumarina, 6 como grupo sensible a la luz alternativo al

azobenceno que se desea estudiar en este proyecto.

6

Enrique Guerreiro Gómez: Trabajo Fin de Grado 2 Objetivos

2. Objetivos

En este trabajo se propone sintetizar un copolímero bloque lineal-lineal, basado en un bloque hidrófobo

degradable y funcionalizado con una cumarina como unidad sensible a la luz, para dotar de respuesta

a este estímulo a micelas poliméricas dispersadas en agua, que pueden ser empleadas para encapsular

fármacos.

Para el bloque hidrófilo se ha elegido poli(etilenglicol) (PEG) por los motivos de biocompatibilidad des-

critos, mientras que para el bloque hidrófobo se ha elegido un policarbonato alifático. Si bien ya existe

PEG comercial de distintos grados de polimerización, el monómero del policarbonato será sintetizado a

partir del ácido 2,2-bis(hidroximetil)propiónico (bis-MPA). La parte hidrófoba del copolímero será fun-

cionalizada con un grupo sensible a la luz basado en cumarina. El acoplamiento entre el grupo sensible a

la luz y el copolímero se realizará por una cicloadición 1,3-dipolar entre azidas y alquinos catalizada por

Cu(I).

En la Figura 2.1 se muestra el esquema básico de obtención del polímero.

A continuación se detallan las tareas a realizar:

Síntesis del monómero derivado de bis-MPA con un grupo alquino terminal.

Síntesis del copolímero bloque a partir del monómero.

Síntesis del derivado de cumarina, que incorporará un grupo azida en un extremo.

Funcionalización del copolímero con el derivado de cumarina.

Caracterización de todos los compuestos preparados.

Formación de agregados en agua del copolímero. Estudio de su respuesta a la luz.

Figura 2.1: Plan sintético de trabajo

7

Enrique Guerreiro Gómez: Trabajo Fin de Grado 3 Resultados y discusión

3. Resultados y discusión

3.1. Síntesis del monómero

La síntesis del monómero toma como compuesto de partida el bis-MPA, esterificándolo (1) y creando

posteriormente el carbonato cíclico (2) por reacción con cloroformiato de etilo. Esta ruta sintética, mos-

trada en la Figura 3.1, se hizo de acuerdo a un procedimiento previamente descrito.14 Hay que procurar

eliminar adecuadamente el disolvente de la primera reacción, DMF. Pese a que es habitual realizar ex-

tracciones con agua para eliminar este disolvente, el diol (1) es bastante soluble en la misma lo que evita

su uso. Adicionalmente, el compuesto (1) no llega a solidificar, es viscoso, lo que dificulta la eliminación

del disolvente. Sin embargo, en la purificación de (2) se consigue eliminar el mismo como evidencian los

espectros de FTIR y 1H RMN.

OH OH

OO

OH OH

OOH

bis-MPA

O O

OO

O

1) KOH / DMF / 100ºC / 30 min

2) 72hBrCl

O

O

TEA/THF/0ºC/18h

MPC, 21

Figura 3.1: Síntesis del monómero

3.2. Copolimerización del monómero con poli(etilenglicol)

Para sintetizar el copolímero bloque de PEG y policarbonato se realizó una reacción de polimerización

por apertura de anillo (ROP en sus siglas en inglés) utilizando el propio PEG como alcohol iniciador y en

concreto el PEG comercial de masa molecular promedio 5000 (113 unidades repetitivas en promedio).

La polimerización por apertura de anillo (Figura 3.2) empleada tiene varias ventajas. La primera es el uso

de catalizadores orgánicos, ciclohexil-[3,5-bis(trifluorometil)fenil] tiourea (TU) y 1,8-diazabiciclo[5.4.0]-

undec-7-eno (DBU). Su otra virtud es que los polímeros obtenidos tienen una distribución de tamaños

menos dispersa,15 lo cual es interesante si están destinados a aplicaciones como formar agregados.

Esta parte, al igual que la síntesis del monómero, se realizó siguiendo el procedimiento ya probado previa-

mente en el grupo.14 Las concentraciones empleadas de todos los componentes de la reacción (iniciador,

catalizadores y monómero) se ajustaron para obtener un grado de polimerización máximo de 40 en el

caso de conversión completa, alcanzando un copolímero bloque con grado de polimerización en la parte

hidrófoba de 25. A medida que crece la cadena cada vez es más complicado que se añadan nuevas unida-

15. J. M. W. Chan, X. Zhang, M. K. Brennan, H. Sardon, A. C. Engler, C. H. Fox, C. W. Frank, R. M. Waymouth, J. L. Hedrick,

J. Chem. Educ. 2015, 92, 708–713.

8


CF3

F3C NH

NH

S

O O

OO

OO

R

H

N

N

CF3

F3C NH

NH

S

O O

OO

O O

R

H

NN

CF3

F3C NH

NH

S

O

OH

O O

O

N

NO

R

OO

O O

O

O

O

OO

OO

R

25

PEG113-b-MPC25, 3

R= -(CH2CH2O)113CH3

H

+

2

24

Figura 3.2: Polimerización por apertura de anillo. Adaptado del Journal of Chemical Education15

des de monómero, más aún si consideramos que la cadena ya posee un largo bloque de poli(etilenglicol)

en un extremo, por lo que es difícil alcanzar conversiones elevadas. En todo caso, es factible reajustar

las condiciones de reacción para, con la misma conversión, aumentar el grado de polimerización si así se

deseara.

Una vez obtenido el copolímero bloque se estudió por las técnicas espectroscópicas habituales confir-

mándose su estructura. La medida del grado de polimerización se hizo por medio de espectroscopía de

resonancia magnética nuclear de protón, tal y como se puede ver en la Figura 3.3. Para la medida del

grado de polimerización se tomó la señal a �3.38 ppm, correspondiente a los protones del grupo metoxi

terminal del PEG y que por tanto integra por tres unidades. Esta señal se relacionó directamente con la

señal a �2.54 ppm, correspondiente al alquino que cuelga de la cadena de policarbonato. El resto de se-

ñales, exceptuando el metilo del bis-MPA (señal c) integran de forma adecuada como múltiplos de 25, lo

que confirma este grado de polimerización.

3.3. Síntesis del derivado de cumarina

La otra parte del trabajo consistió en obtener la unidad con respuesta a la luz, basada en la 7-dietilamino-

4-metil cumarina, compuesto comercial con el que comienza la síntesis. El primer paso es oxidar el

carbono del metilo en la posición 4 del compuesto de partida mediante una ruta sintética ya descrita6 y

9


Figura 3.3: Espectro de 1H RMN del PEG113-b-PMPC25. Se puede apreciar cómo se mide el grado depolimerización en las integrales.

que se ilustra en la Figura 3.4. En ella, se oxida el metilo en posición 4 a aldehído para posteriormente

reducirlo a alcohol con borohidruro de sodio.

O ON

SeO2, dioxano, reflujo

O ON

OH

O ON

O H

NaBH4, MeOH/THF

4

Figura 3.4: Síntesis de la 7-dietilamino-4-hidroximetil cumarina (4)

Esta síntesis en dos etapas se realiza sin purificar el aldehído intermedio, ya que la purificación de los

restos de selenio es bastante laboriosa y reduciría el ya de por sí pequeño rendimiento global de la reacción.

Para comprobar que no quedan restos de aldehido, se comprueba que tanto en 1H RMN no aparece una

señal a �10 ppm como que en 13C RMN tampoco aparecen dos señales en la zona de carbonilos (�160

a 200ppm, con los aldehidos alrededor de �200 ppm). Ambos espectros se encuentran en el Anexo A,

Figuras A.9 y A.10.

Cabe mencionar que con posterioridad a la síntesis en el laboratorio apareció en bibliografía un artículo

que comenta los malos rendimientos de la oxidación con SeO2, en especial al escalar la reacción.16 En

16. T. Weinrich, M. Gränz, C. Grünewald, T. F. Prisner, M. W. Göbel, European Journal of Organic Chemistry 2017, 2017,

491–496.

10


esta cita se proponen alternativas que pueden mejorar rendimiento y la purificación. No obstante, como

se consiguió suficiente cantidad de compuesto para los fines perseguidos se continuó con el trabajo.

El siguiente paso fue esterificar el alcohol obtenido con ácido 6-bromohexanoico, mediante una esterifi-

cación de Steglich catalizada por EDC y DPTS. El átomo de bromo se sustituye a continuación por una

azida mediante una reacción de sustitución nucleófila bimolecular con azida de sodio, tal y como se apre-

cia en la Figura 3.5. La formación de la azida se evidencia por infrarrojo por la presencia de una banda a

2095 cm�1 correspondiente a la azida.

OH

O

EDC, DPTS, DCM

NaN3

O

O ON

OBr

Br

O ON

OH

4

5 6

O

O ON

ON3

Figura 3.5: Ruta sintética para obtener la azida (6)

No se hace reaccionar directamente el alcohol con el ácido 6-azidohexanoico para evitar posibles riesgos

de detonación al trabajar con azidas con relaciones nitrógeno/carbono elevadas. De cualquier forma, la

sustitución de bromo por azida es prácticamente cuantitativa.

3.4. Funcionalización del copolímero

Una vez preparado el copolímero bloque (3) y la cumarina con el grupo azida (6), se hacen reaccionar am-

bos compuestos por medio de una cicloadicion 1,3-dipolar azida-alquino catalizada por cobre (I) (Figura

3.6).

11


6

O

O ON

ON3

O

O

O O

O O25

HH3CO

113

3

+

O

O

O O

O O25

HH3CO

113

OO

O

N

O

N

NN7

CuBr, PMDETADMF40ºC6 días

PEG113-b-PMPC25-Cou

PEG113-b-PMPC25

Figura 3.6: Reacción de cicloadición 1,3-dipolar azida-alquino catalizada por Cu(I)

Esta reacción, englobada dentro de la denominada “química click”, permite acoplar azidas y alquinos

generando triazoles sustituidos en las posiciones 1 y 4, con bastante buen rendimiento, algo necesario

para obtener una funcionalización completa de todos los grupos alquino del copolímero. Para asegurar

este último punto, se empleó una relación de 2 equivalentes de azida por cada triple enlace, dándonos

una relación molar [azida]:[copolimero]=50:1. Pese a usar un exceso de azida, este exceso es fácilmente

recuperable en la etapa de purificación: cuando se hace pasar el copolímero por la columna de exclusión

por tamaños la azida queda mucho más retenida y puede separarse fácilmente del copolímero formado.

Como apoyo a la cromatografía en columna por exclusión de tamaños a escala preparativa, se empleó

cromatografía de permeación en gel (GPC) para comprobar la correcta separación de los productos. En

el caso del PEG113-b-PMPC25-Cou, el uso de esta técnica analítica nos permitió además comprobar que

había una pequeña cantidad de algún subproducto de masa molecular ligeramente inferior a la del producto

principal. Para purificarlo no hizo falta más que volver a purificar el producto en la columna.

La completa funcionalización se aprecia tanto por 1H RMN como por espectroscopía de infrarrojo. Los

espectros de 1H RMN del copolímero sin funcionalizar (3), de la azida (6) y del copolímero funcionalizado

(7) se muestran en la Figura 3.7. En ellos se ve como desaparece la señal a �2.54 ppm correspondiente al

hidrógeno del alquino del copolímero (3) y aparece una nueva señal a �7.6 ppm correspondiente al protón

del triazol formado.

En el infrarrojo (Figura 3.8) se ve cómo desaparecen la banda de deformación Csp-Csp a 2130 cm�1 del

copolímero no funcionalizado y la banda de tensión N–N=N de la azida a 2095 cm�1. Los rseultados de

ambas técnicas y la sensibilidad del espectro IR en fase condensada, permiten concluir que la funciona-

12


Figura 3.7: Espectros de 1H RMN de la azida (6), del copolímero sin funcionalizar (3) y del copolímerofuncionalizado (7)

lización ha sido cuantitativa.

2500 2400 2300 2200 2100 2000 1900 1800

0

20

40

60

80

100

% T

rans

mita

ncia

número de onda (cm-1)

PEG113-b-PMPC25 (3) Azida (6) PEG113-b-PMPC25-Cou (7)

N3

Csp-Csp

Figura 3.8: Ampliación del espectro de FTIR de la azida, del copolímero sin funcionalizar y del copolímerofuncionalizado. Se aprecia la desaparición de ambas bandas en el producto final, en rojo.

13


3.5. Propiedades de los copolímeros sintetizados

3.5.1. Masa molecular y dispersidad

La primera aproximación a la masa molecular en número de los polímeros obtenidos se calculó mediante1H RMN como se ha comentado, que nos permite conocer el grado de polimerización obtenido. En el caso

del polímero funcionalizado se mantiene el grado de polimerización del copolímero de partida, como era

previsible salvo que la reacción conllevará degradación de la cadena macromolecular. Además, se calculó

la masa molecular por cromatografía de permeación en gel utilizando patrones de PMMA, obteniendo

también la dispersidad. Los resultados se muestran en la Tabla 1.

Tabla 1: Masas moleculares promedio en número (en Dalton) y dispersidad de los polímeros obtenidos.

Copolímero Mn (RMN) Mn (GPC) –(GPC)

PEG113-b-PMPC25 9924 30172 1.17

PEG113-b-PMPC25-Cou 19624 35362 1.15

Las masas calculadas a partir del grado de polimerización obtenido por 1H RMN difieren sustancialmente

de las obtenidas por GPC. El GPC se calibra con patrones de polímero (PMMA en este caso) de una masa

molecular conocida, relacionándola con el tiempo de elución, aunque realmente dicho tiempo depende

del volumen hidrodinámico del polímero. Por tanto, comparar el comportamiento de polímeros tan dis-

tintos da lugar a estos resultados resultados relativos. En cualquier caso se evidencia que al introducir la

cumarina aumenta la masa molecular. Sin embargo, el cálculo de la dispersidad depende de la forma del

pico cromatográfico, por lo que sí es un resultado fiable.

Las curvas de GPC para ambos copolímeros se incluyen en la Figura 3.9. Ambos picos tienen forma

gaussiana adecuada, sin picos secundarios a los lados que pudieran indicar la existencia de distribucio-

nes no homogéneas de macromoléculas y da idea de que ha habido un buen control en el proceso de

polimerización ROP.

14


0 5 10 15 20 25 30

0

100

200

300

400

500

600

Señ

al E

LSD

tiempo (min)

PEG113-b-PMPC25

PEG113-b-PMPC25-Cou

Figura 3.9: Curvas de GPC para los dos copolímeros obtenidos.

3.5.2. Propiedades térmicas

Los dos copolímeros formados fueron caracterizados térmicamente por análisis termogravimétrico (TGA)

y calorimetría diferencial de barrido (DSC). Las principales propiedades se adjuntan en la Tabla 2.

Tabla 2: Resultados de TGA y DSC. Temperaturas en �C

Copolímero Tonset Tg

PEG113-b-PMPC25 196 -26

PEG113-b-PMPC25-Cou 249 8

Tonset: temperatura de inicio de descomposición Tg: temperatura de transición vítrea

El copolímero no funcionalizado se descompone por encima de aproximadamente 190�C (a 196�C, onset

de descomposición). La descomposición se produce por varios mecanismos de pérdida de masa, lo cual

se evidencia en la primera derivada de la curva de TGA (DTGA). El copolímero funcionalizado muestra

una mayor estabilidad térmica, comenzando su descomposición a 249�C, aunque se observó una pequeña

pérdida de disolvente previa. Las gráficas de TGA se encuentran en el Anexo B, Figuras B.1 y B.3.

El primer ciclo de calentamiento del PEG113-b-PMPC25 en DSC mostró la fusión a aproximadamente

47�C, situación que también se apreció al microscopio, lo que indica que el polímero tal y como se

obtiene es semicristalino. En el enfriamiento posterior se aprecia que no hay cambio de fase, por lo que

no hay cristalización sino vitrificación, al no tener tiempo suficiente para que las moléculas se ordenen. Al

volver a calentar se ve la temperatura de transición vítrea a -26�C. Este valor se encuentra entre la Tg del

15


PEG113, -49�C, y la del PMPC, que es de -17�C en el caso de una muestra de PMPC20. Además hay que

señalar que el hecho de que se aprecie solo una Tg en posición intermedia a la de los bloques por separado

indica que hay compatibilidad entre ambos. Si ambos bloques fuesen incompatibles en fase condensada

se hubieran apreciado las dos Tg de cada uno de ellos por separado. Además, se aprecia un fenómeno de

cristalización fría por encima de la Tg. Esto se debe a que el copolímero al enfriar no cristaliza, pero al

volver a calentar, tiene energía suficiente para que cristalice parcialmente, apreciándose una exoterma en

la gráfica, seguida de una pequeña endoterma de fusión que indica que una pequeña fracción de muestra

cristaliza, si bien en estas condiciones el polímero es básicamente amorfo.

El copolímero funcionalizado presenta un comportamiento similar, fundiendo en el primer barrido, pero

luego no cristaliza y apreciándose una Tg baja, de aproxidamente 8�C, superior a la del copolímero de

partida como consecuencia del mayor impedimento estérico que introduce la cadena lateral.

Las gráficas de DSC para ambos copolímeros se muestran en la Figura 3.10.

26.21°C(I)

28.34°C

24.08°C

7.70°C(I)4.67°C

17.46°C

0.4

0.2

0.0

0.2

0.4

Heat Flow (W

/g)

60 40 20 0 20 40 60 80

Temperature (°C)

PEG113bPMPC25––––––– PEG113bPMPC25Cou–––––––

Exo Down Universal V4.5A TA Instruments

Figura 3.10: Estudio de DSC para los dos copolímeros estudiados. Se muestra el segundo ciclo de calentamientoy enfriamiento a 10�C/min.

3.6. Formación de agregados en agua

La última etapa de este trabajo es estudiar si el copolímero PEG113-b-PMPC25-Cou es capaz de formar

autoensamblados en agua. Para ello se formaron agregados por el método de cosolventes o nanoprecipita-

ción. Para ello, se parte de una disolución de 5 mg de copolímero en 1 ml de THF (en el cual son solubles

ambos bloques, y es miscible con agua). A continuación se añade agua progresivamente grado Milli-Q

16


en porciones de 10 µl. Caso de formarse agregados, la turbidez de la muestra aumentará.

Una forma indirecta de medir dicha turbidez es registrar la absorbancia (o transmitancia) a una longitud

de onda UV-Vis en la que no absorban ninguno de los grupos funcionales del copolímero mientras se

añade el agua. Si aumenta la turbidez, la luz incidente se dispersa, con lo que llega menos luz al detector,

por lo que se registra un aparente aumento de absorbancia. En el procedimiento llevado a cabo se registró

la absorbancia a 650nm frente al porcentaje de agua añadido. Dichos datos se muestran en la Figura 3.11.

0 10 20 30 40 50 60 70-0,02

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

Abs

orba

ncia

cor

regi

da

% Agua en volumen

Figura 3.11: Formación de agregados en agua para el PEG113-b-PMPC25-Cou. La absorbancia corregida es ladiferencia entre la absorbancia a 0 % de agua y la medida en cada momento.

La gráfica muestra el comportamiento típico de la formación de agregados. Tras un pequeño ascenso

inicial, la gráfica desciende ligeramente para luego aumentar. Este aumento de absorbancia/turbidez evi-

dencia que se están formando agregados (en este caso, a partir del 40 % de agua). Una vez agregados todas

las moléculas de copolímero (60 % agua aprox), la turbidez se mantiene constante e incluso empieza a

disminuir por efecto de la dilución. Una vez obtenidos los agregados, se dializó el disolvente orgánico y

se estudiaron distintas propiedades en ellos que se pasan a describir a continuación.

3.6.1. Tamaño y forma

El tamaño de los agregados fue cuantificado inicialmente por dispersión dinámica de luz (dynamic light

scattering o DLS en sus siglas en inglés). Esta técnica cuantifica el diámetro hidrodinámico de partículas

en agua a partir de cómo dispersan éstas la luz. Pese a que parte de la suposición de una partícula esférica,

nos permite comprobar la existencia de agregados de forma sencilla. Los resultados de este estudio se

17


0 10 20 30 40 50-2

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Inte

nsid

ad (%

)

diámetro hidrodinámico, nm

Figura 3.12: Medida de DLS de la intensidad frente al diámetro de partícula. Se ha tomado el promedio de tresréplicas

encuentran en la Figura 3.12. De esta gráfica se extrae que el tamaño medio de los autoensamblados

formados es de 32 nm.

Otra manera de estudiar el tamaño y forma de los agregados formados es tomar imágenes de microscopía

de transmisión electrónica (TEM en sus siglas en inglés). Para ello, se prepararon muestras con concentra-

ción de agregados 0.5 mg/ml, se depositaron sobre rejillas de cobre con carbono y se añadieron 10 µl de

acetato de uranilo como agente contraste. Una vez dejadas secar, se estudiaron por TEM y se obtuvieron

imágenes que evidenciaban la formación de micelas esféricas, micelas esféricas, bastante homogéneas en

tamaño, como las que se encuentran en la Figura 3.13. La medida de 15 de estas micelas en la segunda

imagen de TEM nos da un tamaño promedio de 29 ± 9 nm.

En la muestra de TEM preparada se tomaron imágenes de varias zonas y se apreció que en todas ellas

había micelas similares en tamaño y forma. Estos resultados son muy interesantes por cuanto no se observa

(tampoco en DLS) la existencia de agregados micelares.

Figura 3.13: Imágenes de TEM de las micelas formadas

18


3.6.2. Propiedades ópticas

Como el copolímero sintetizado incorpora un grupo cromóforo, la cumarina, se ha estudiado tanto su

absorción UV-Vis como su emisión de fluorescencia. Estas medidas se han realizado tanto con el copolí-

mero libre en disolución de THF como disolvente, como en los agregados formados en agua, diluyéndolos

hasta que la concentración de grupos cromóforos fuera semejante en ambos casos.

Los espectros de absorción UV-Vis se muestran en la Figura 3.14.

200 300 400 500 600

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

máx=377nm

Absorbancia

Longitud de onda (nm)

Disolución 1.1·10-4 M Agregados 10-4 M

máx=371nm

Figura 3.14: Espectro de absorción ultravioleta-visible de agregados en agua y disolución del copolímero en THF

Podemos considerar que la agregación produce un desplazamiento de banda hacia longitudes de onda

mayores, aunque también podría atribuirse el efecto al diferente disolvente.

Donde sí se aprecia un efecto importante es en el espectro de fluorescencia, recogido en la Figura 3.15.

Además del desplazamiento de banda ya comentado (y que es mucho mayor en este caso, 24 nm), se

aprecia que la emisión de fluorescencia es mucho más débil que la del copolímero libre: una concentra-

ción 100 veces mayor da una señal similar. Esto fue la motivación para explorar el efecto de irradiar los

agregados con una lámpara UV de 365 nm. Se propuso que, si la diferencia entre la emisión dentro del

agregado y de la cumarina libre cambia tanto, la ruptura de las micelas con la luz nos daría un aumento en

la señal de fluorescencia apreciable. Para ello se preparó una disolución de agregados 10-6 M y se irradió

con una lámpara de mercurio que emite radiación a 365 nm. Los resultados se encuentran en la Figura

3.16.

Se esperaba por un lado un desplazamiento de la banda a longitudes de onda menores y por otro lado, un

aumento de la señal de fluorescencia. El primer hecho se constató, lo cual indica que hubo algún tipo de

cambio en las micelas, pero la tendencia ascendente no se mantuvo a lo largo del tiempo de irradiación,

19


300 350 400 450 500 550 600

0

200

400

600

800

1000máx = 482 nm

F

Longitud de onda (nm)

Disolución 1.0875·10-6 M Agregados 10-4 M

máx = 458 nm

Figura 3.15: Espectro de emisión de fluorescencia (�exc = 382 nm) de agregados en agua y disolución delcopolímero en THF

sino que al pasar 15 minutos, la señal de fluorescencia empezó a disminuir. Esto se puede atribuir a que

la irradiación se realizó con un montaje montaje sencillo en el que la cubeta está justo a la salida del filtro

de la fuente de irradiación para conseguir un mayor efecto. Sin embargo, esto conlleva un aumento de la

temperatura de la muestra que puede estar alterando la agregación y resultados de fluorescencia. En todo

caso estos resultados preliminares indican que hay un efecto de la irradiación y en el futuro deberá ser

estudiado con más profundidad, por ejemplo mediante técnicas que detecten el residuo de cumarina que

queda libre como consecuencia de la fotólisis del enlace éster.

400 425 450 475 500 525 5500

50

100

150

200

F

longitud de onda (nm)

0 min 5 min 10 min 15 min 30 min 45 min 60 min 90 min 120 min 180 min

Figura 3.16: Estudio de irradiación con lámpara de mercurio a 365nm y 73 mW/m2

20

Enrique Guerreiro Gómez: Trabajo Fin de Grado 4 Conclusiones

4. Conclusiones

Como resumen del trabajo se puede concluir lo siguiente:

Se ha sintetizado el monómero y el copolímero bloque según el plan previsto, caracterizando este

producto tanto por técnicas espectroscópicas como análisis térmico.

Se ha obtenido el derivado de cumarina con el grupo azida y se ha logrado funcionalizar el co-

polímero con el mismo, demostrando que la cicloadición 1,3-dipolar azida-alquino catalizada por

Cu(I) es un método adecuado para este fin.

El copolímero final PEG113-b-PMPC25-Cou reúne las propiedades previstas, formando micelas de

tamaño uniforme y con una estabilidad aceptable.

Se ha llevado a cabo un sencillo estudio de irradiación seguido por fluorescencia. Aunque los resul-

tados no son concluyentes, sí se aprecia respuesta a la irradiación y abre la puerta a seguir trabajando

con este tipo de materiales.

Para finalizar, cabe resaltar el abanico de posibilidades que ofrece el copolímero PEG113-b-PMPC25 para

futuros trabajos. Es sencillo de preparar, y gracias al grupo alquino lateral se puede funcionalizar de

forma eficiente, por medio de la cicloadición 1,3-dipolar, con diferentes grupos sensibles a la luz u otros

estímulos. Además los copolímeros bloque funcionalizados presentan un excelente comportamiento a la

hora de micelar, generando nanopartículas bastante homogéneas y estables.

21

Enrique Guerreiro Gómez: Trabajo Fin de Grado 5 Parte experimental

5. Parte experimental

5.1. Síntesis y caracterización del 2,2-bis(hidroximetil)propionato de propargilo (1)

Se toma bis-MPA (25.076g, 186.95mmol) y se disuelve con 20ml de DMF en un matraz de fondo redondo.

Disolvemos KOH (11.27g, 200mmol) y los disolvemos en otros 20ml de DMF. La disolución de KOH se

transvasa al matraz, se pone agitación y se mantiene a 100�C y reflujo durante 75 min. La temperatura se

reduce a 40�C y se añade gota a gota bromuro de propargilo (22ml de una solución al 80 % en tolueno,

197.51mmol). Una vez adicionado, se deja reaccionar a temperatura ambiente durante tres días. Se filtra

la sal de KBr con celite y el filtrado se lava con diclorometano (3x100ml). La fase orgánica se seca, filtra

y el disolvente se evapora a presión reducida.

El producto se purifica por cromatografía en columna con eluyente DCM/AcOEt 8:2, tomando la primera

fracción. Se evapora el disolvente y obtenemos un aceite denso amarillento. Rendimiento 53 %.

1H RMN(400MHz, CDCl3): � (ppm) 4.64 (d, J = 2.1Hz, 2H), 3.5-3.84 (m, 6H, incluye una señal ancha,

posible OH), 2.44 (t, J = 2.1Hz, 1H), 1.04 (s, 3H).

13C RMN(100MHz, CDCl3): � (ppm) 174.82, 147.39, 75.02, 66.26, 52.16, 49.50, 17.02.

FTIR (KBr) ⌫̃ (cm�1): 3406 (O-H), 3295 (Csp-H), 2938, 2882 (Csp3-H), 2126 (Csp-Csp), 1732 (C=O),

1045 (C-O).

5.2. Síntesis y caracterización del 5-metil-5-propargiloxicarbonil-1,3-dioxano-2-ona (MPC,2)

En un matraz de dos bocas se disuelve 2,2-bis(hidroximetil)propionato de propargilo (17g, 98.84mmol)

en THF seco y se conecta a corriente de argón. Se añade cloroformiato de etilo (23.6ml, 247.1mmol), y se

agita en baño de hielo-acetona durante 30 minutos. Se vierten gota a gota trietilamina (34.7ml, 235mmol)

durante 20 min. El baño de hielo-acetona se retira y se deja con agitación durante 20h. El producto se

filtra a vacío, tomando el filtrado y evaporando el disolvente a presión reducida. El aceite obtenido se

disuelve en 100 ml de DCM y se lava con disolución saturada de NaCl (3x200ml). El producto se purifica

en columna con DCM/AcOEt 8:2 como eluyente. El disolvente se vuelve a evaporar en el rotavapor y el

aceite se precipita en éter frío. El producto final obtenido es un sólido blanco. Rendimiento: 28 %.

1H RMN(400MHz, CDCl3): � (ppm) 4.78 (d, J = 2.5 Hz, 2H), 4.71 (d, J = 11.0 Hz, 2H), 4.22 (d, J = 10.9

Hz, 2H), 2.52 (t, J = 2.5 Hz, 1H), 1.36 (s, 3H).

13C RMN(100MHz, CDCl3): � (ppm) 170.50, 147.39, 76.53, 76.13, 72.88, 53.66, 40.36, 17.59.

FTIR (KBr) ⌫̃ (cm�1): 3298 (Csp-H), 2135 (Csp-Csp), 1738 (C=O).

22


5.3. Síntesis y caracterización del PEG113-b-PMPC25 (3)

Se disuelven 15.22mg de DBU, 186.52mg de TU y 1.2615g de PEG113 en 10ml de diclorometano. Se

añade tamiz molecular de 4Å y se deja secar por la noche. En un matraz Schlenk se hacen ciclos de

vacío/argón, se vierte 1g de MPC y 5ml de la disolución preparada con el resto de reactivos. La mezcla

se congela en baño de nitrógeno líquido, se hace vacío para eliminar el oxígeno, se conecta a corriente de

argón y se deja que vuelva a temperatura ambiente. Esta última operación se r epite tres veces para asegurar

atmósfera inerte. La mezcla se deja reaccionar a 35�C durante ocho horas. El polímero se precipita en

150ml de éter frío y se filtra en placa. El polímero se disuelve en THF y se filtra con filtro de teflón

de 0.22µm. El disolvente se evapora y se precipita el polímero en éter frío, que se centrifuga, seca y se

obtiene un sólido blanco. Rendimiento: 38 %.

1H RMN(400MHz, CDCl3): � (ppm) 4.73 (d, J = 2.4 Hz, 53H), 4.45 – 4.19 (m, 103H), 3.65 (s, 404H),

3.38 (s, 3H), 2.54 (t, J = 2.4 Hz, 25H), 1.36 – 1.20 (m, 82H).

FTIR (KBr) ⌫̃ (cm�1): 3471 (O-H), 3290 (Csp-H), 2130 (Csp-Csp), 1754 (C=O).

Análisis Elemental: C 54.49 %, H 7.09 % (teórico: C 58.74 %, H 7.64 %)

5.4. Síntesis y caracterización de la 7-(dietilamino)-4-(hidroximetil)cumarina (4)

En un matraz de fondo redondo se disuelve 7-dietilamino-4-metil cumarina (20.0g, 86.47mmol) en 100ml

de dioxano. Se añade dióxido de selenio (14.4g, 130mmol) y se deja reaccionar a 90�C durante 12 días.

El disolvente se evapora a presión reducida y el sólido se filtra dos veces con celite. El sólido marrón

se disuelve en 200ml de una mezcla THF-metanol 1:1. Se vierte lentamente borohidruro de sodio (3.1g,

81mmol). El pH de la mezcla de reacción se reduce de 10 a 5 con disolución de ácido clorhídrico 2M.

El disolvente se evapora a presión reducida y el producto se purifica por cromatografía en columna con

hexano/AcOEt 1:1 como eluyente, el producto eluye en segundo lugar. El eluyente se evapora y el producto

se disuelve en éter frío, se filtra y evapora el disolvente. Rendimiento: 4 %.

1H RMN(400MHz, CDCl3): � (ppm) 7.31 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 6.56 (d, J = 8.9 Hz, 1H), 6.50 (d, J = 2.4

Hz, 1H), 6.26 (s, 1H), 4.83 (d, J = 4.2 Hz, 2H), 3.40 (q, J = 7.1 Hz, 4H), 1.19 (t, J = 7.1 Hz, 6H).

13C RMN(100MHz, CDCl3): � (ppm) 162.92, 156.23, 155.14, 150.59, 124.52, 110.12, 108.78, 105.49,

97.88, 61.00, 44.88, 12.55.

FTIR (KBr) ⌫̃ (cm�1): 3437 (O-H), 3095 (Csp2-H), 1700 (C=O), 1617 (C=C).

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5.5. Síntesis y caracterización del 6-bromohexanoato de [7-(dietilamino)cumarin-4-il] me-tilo (5)

Disolvemos en 40 ml de diclorometano 7-dietilamino-4-hidroximetil cumarina (4) (0.700g, 2.83mmol),

ácido 6-bromohexanoico (0.665g, 3.4mmol) y DPTS (0.25g, 0.85mmol) en un matraz de dos bocas

conectado a corriente de argón y enfriado en baño de acetona/hielo. Una vez disuelto añadimos EDC

(0.53g, 3.4mmol) y mantenemos con agitación durante 10 min. Retiramos el baño de acetona/hielo y

dejamos reaccionar con agitación durante tres días. El disolvente se evapora a presión reducida y es

purificado por cromatografía en columna usando DCM como eluyente y recogiendo la segunda fracción.

El eluyente se evapora a presión reducida. Rendimiento: 46 %.

1H RMN(400MHz, CDCl3): � (ppm) 7.30 (d, J = 8.3 Hz, 1H), 6.66 (t, J = 8.4 Hz, 1H), 6.57 (d, J = 1.1Hz,

1H), 6.14 (s, 1H), 5.22 (d, J = 1.1 Hz, 2H), 3.42 (q, J = 7.3 Hz, 4H), 3.41 (t, J = 6.7 Hz, 2H), 2.47 (t, J =

6.4 Hz, 2H), 1.97 – 1.61 (m, 4H), 1.51 (tt, J = 10.3, 6.5 Hz, 2H), 1.22 (d, J = 7.5 Hz, 6H).

FTIR (KBr) ⌫̃ (cm�1): 3085 (Csp2-H), 1747 (C=O), 1720 (C=O), 1597 (C=C).

5.6. Síntesis y caracterización del 6-azidohexanoato de [7-(dietilamino)cumarin-4-il] me-tilo (6)

Disolvemos en un matraz de fondo redondo 6-bromohexanoato de 7-dietil-4-hidroximetil cumarina (5)

(0.330g, 0.778mmol) y azida de sodio (0.152g, 2.333mmol) en 10ml de DMF y se deja reaccionar a 70�C

con agitación durante toda la noche. Evaporamos el disolvente a presión reducida. El sólido se disuelve

en una mezcla 1:1 de hexano/AcOEt y se lava con agua (3x70ml). La fase orgánica se seca, se filtra y

el disolvente se evapora. Para facilitar la cristalización del producto se conecta 15 minutos a trompa de

vacío para eliminar restos de disolvente. Rendimiento: 81 %.

1H RMN(400MHz, CDCl3): � (ppm) 7.28 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 6.60 (dd, J = 9.0, 2.2 Hz, 1H), 6.53 (d, J

= 2.4 Hz, 1H), 6.11 (s, 1H), 5.22 (d, J = 1.2 Hz, 2H), 3.41 (q, J = 7.1 Hz, 4H), 3.27 (t, J = 6.8 Hz, 2H),

2.46 (t, J = 7.5 Hz, 2H), 1.71 (tt, J = 8.6, 7.5 Hz, 2H), 1.66 – 1.54 (m, 2H), 1.44 (tt, J = 8.6, 7.0 Hz, 2H),

1.20 (t, J = 7.1 Hz, 6H).

13C RMN(100MHz, CDCl3): � (ppm) 172.78, 161.92, 156.35, 150.58, 149.55, 124.54, 110.11, 109.02,

106.77, 98.24, 61.38, 51.30, 45.07, 33.99, 28.65, 26.35, 24.48, 12.49.

FTIR (KBr) ⌫̃ (cm�1): 3076 (Csp2-H), 2096 (N3), 1724 (C=O), 1618 (C=C).

5.7. Síntesis y caracterización del PEG-b-PMPC25-Cou (7)

En un matraz Schlenk se ponen PEG113-b-PMPC25 (3) (0.124g, 0.01242mmol), 6-azidohexanoato de

7-dietil-4-hidroximetil cumarina (6) (0.240g, 0.621mmol), CuBr (0.0143g, 0.100mmol), disolviéndolos

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con 2ml de DMF. Se conecta a atmósfera de argón y se vierte PMDETA (0.021ml, 0.100mmol). Tras

3 ciclos congelar/vacío/argón/calentar se deja reaccionar a 40�C con agitación durante 6 días. El crudo

de reacción, de color verde, se hace pasar por columna de alúmina, obteniendo un filtrado amarillo. Una

vez evaporado el disolvente se separa el producto del exceso de azida usando una columna de exclusión

por tamaños. La separación por tamaños se siguió por GPC, requiriendo una segunda columna. El di-

solvente se evapora, el sólido se precipita en éter frío y se filtra en placa. Se obtiene un sólido amarillo.

Rendimiento: 50 %.

1H RMN(400MHz, CDCl3): 7.70 (s, 25H), 7.30 (d, J = 8.9 Hz, 25H), 6.68 (s, 25H), 6.57 (s, 25H), 6.09

(s, 25H), 5.24 (s, 50H), 5.20 (s, 50H), 4.37 (t, J = 6.7 Hz, 50H), 4.25 (s, 100H), 3.64 (m, 386H), 3.40 (m,

103H), 2.44 (t, J = 7.3 Hz, 50H), 1.94 (m, 50H), 1.71 (m, 50H), 1.40 (m, 2H), 1.27 – 1.04 (m, 225H).

FTIR (KBr) ⌫̃ (cm�1): 3146, 3045 (Csp2-H), 1739 (C=O), 1607 (C=C).

Análisis Elemental: C 57.42 %, H 6.66 %, N 7,9 % (teórico: C 52.23 %, H 3.75 %, N 6.45 %)

5.8. Formación de agregados en agua e irradiación de los mismos

En una disolución de 5 mg/ml de PEG113-b-PMPC25-Cou (7) en 1ml de THF de calidad HPLC se vierten

fracciones de 10 µl de agua Milli-Q mientras se mide la absorbancia de la disolución a �= 650 nm. Se

añade hasta el equivalente a un 65 % de agua, donde se constata que la absorbancia se mantiene constante.

Una vez formados los agregados, la disolución se introduce en una membrana con tamaño de poro de 1

kDa y se dializa durante 48h, cambiando el agua cada 4, 8 y 24 h para eliminar todo el disolvente orgánico.

La irradiación se realizó con una lámpara de mercurio que emite a una longitud de onda de 365 nm con

una potencia de 73 mW/m2. La cubeta se colocó a 1 cm de la fuente de luz.

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Preparaci n de pol meros biodegradables con respuesta a la ...

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