La isosorbida es un compuesto químico bicíclico del grupo de dioles y heterociclos que contienen oxígeno , que contiene dos anillos de furano fusionados . El material de partida de la isosorbida es D-sorbitol , que se obtiene por hidrogenación catalítica de D-glucosa , que a su vez se produce por hidrólisis del almidón . La isosorbida se discute como una plataforma química de origen vegetal a partir de la cual se pueden obtener derivados biodegradables de diversas funcionalidades .
Nombres | |
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Nombre IUPAC preferido (3 R , 3a R , 6 S , 6a R ) -Hexahidrofuro [3,2- b ] furan-3,6-diol | |
Otros nombres D- isosorbida; 1,4: 3,6-Dianhidro- D- sorbitol; 1,4-Dianhidrosorbitol | |
Identificadores | |
Modelo 3D ( JSmol ) | |
CHEMBL | |
ChemSpider | |
Tarjeta de información ECHA | 100.010.449 |
KEGG | |
PubChem CID | |
UNII | |
Tablero CompTox ( EPA ) | |
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Propiedades | |
C 6 H 10 O 4 | |
Masa molar | 146.142 g · mol −1 |
Apariencia | Copos blancos altamente higroscópicos |
Densidad | 1,30 a 25 ° C |
Punto de fusion | 62,5 a 63 ° C (144,5 a 145,4 ° F; 335,6 a 336,1 K) |
Punto de ebullición | 160 ° C (320 ° F; 433 K) a 10 mmHg |
en agua (> 850 g / L), alcoholes y cetonas | |
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |
verificar ( ¿qué es ?) | |
Referencias de Infobox | |
La isosorbida es actualmente de gran interés científico y técnico como bloque de construcción de monómeros para policarbonatos , poliésteres , poliuretanos y epóxidos biopoliméricos .
Producción
La hidrogenación de glucosa da sorbitol . La isosorbida se obtiene por deshidratación catalizada por ácido de D- sorbitol que produce el furanoide sorbitán monocíclico , [1] que a su vez forma por deshidratación adicional el derivado bicíclico de furofurano isosorbida. [2]
La reacción da aproximadamente 70 a 80% de isosorbida además de 30 a 20% de subproductos indeseables que deben eliminarse costosamente por destilación, recristalización de alcoholes, recristalización de la masa fundida, [3] mediante una combinación de estos métodos o por deposición de la fase de vapor. [4] Un producto de alta pureza (> 99,8% [4] ) es esencial para el uso de un monómero cuando se deben obtener polímeros incoloros de alto peso molecular.
Propiedades
La isosorbida es un sólido blanco, cristalino y altamente hidrófilo. Los dos grupos hidroxi secundarios en el sistema bicíclico en forma de V poseen diferentes orientaciones que conducen a diferentes reactividades químicas. Esto permite una monoderivatización selectiva de isosorbida. El grupo hidroxi en la posición 5 se endo orientado y forma un enlace de hidrógeno con el átomo de oxígeno en el anillo de furano adyacente. Esto hace que el grupo hidroxi en la posición 5 sea más nucleófilo y más reactivo que el grupo hidroxi orientado exo en la posición 2; sin embargo, está más protegido del ataque de reactivos estéricamente exigentes. [5]
Seguridad
Con un valor de LD 50 de 25,8 g · kg -1 (rata, oral [6] ), la isosorbida es igualmente no tóxica como la D-glucosa (también con una LD 50 de 25,8 g · kg -1 , rata, oral [7] ) y está clasificado por la Administración de Drogas y Alimentos de la FDA como GRAS (" generalmente reconocido como seguro "). [8]
Usar
Isosórbido
Debido a su pronunciada higroscopicidad, la isosorbida se usa como humectante y en medicina como diurético osmótico (para el tratamiento de la hidrocefalia ) y el glaucoma agudo de ángulo cerrado . [9] Los dos grupos hidroxi secundarios hacen de la isosorbida una plataforma química versátil accesible a partir de recursos renovables. Como diol, la isosorbida puede mono o biderivatizarse usando los métodos estándar de la química orgánica , tales como nitración , esterificación , eterificación , tosilación , etc., y convertirse en compuestos con propiedades interesantes o en unidades monoméricas para nuevos polímeros. [1]
Nitratos de isosorbida
Mediante la nitración de isosorbida con ácido nítrico concentrado , se puede obtener 2,5- dinitrato de isosorbida (ISDN). El dinitrato de 2,5-isosorbida es adecuado (al igual que su principal metabolito mononitrato de 5-isosorbida, ISMN [10] ) para el tratamiento de la angina de pecho debido a su efecto vasodilatador . [11]
Ésteres de isosorbida
La esterificación de isosorbide con ácidos grasos da acceso a monoésteres de isosorbide, que son útiles como detergentes en limpiadores domésticos, detergentes para lavavajillas y preparaciones cosméticas, debido a sus propiedades como tensioactivos. [12] Los diésteres de isosorbida igualmente disponibles [13] se utilizan como dispersantes para pigmentos, conservantes, estabilizadores poliméricos, como emulsionantes para cosméticos y como plastificantes para polímeros vinílicos (en particular cloruro de polivinilo , PVC). El dioctanoato de isosorbida [14] es un diéster de isosorbida y ácido octanoico (obtenido del aceite de palma , por ejemplo) y, por lo tanto, está hecho completamente de componentes de base biológica y ha sido utilizado como Polysorb (R) ID 37 por Roquette Frères durante algún tiempo como un producto particularmente no tóxico. [15]
Éteres de isosorbida
Los éteres de isosorbida (y en particular el representante más simple, 2,5-dimetilisosorbida, abreviado DMI), se utilizan cada vez más como disolvente renovable para preparaciones cosméticas y farmacéuticas, [16] como aditivo electrolítico para acumuladores de iones de litio [17] [18 ] y como aditivo de combustible para diesel . [18]
Fosfatos de isosorbida
Los derivados del ácido fosfórico de la isosorbida se exploran como una alternativa ecológica a los retardantes de llama que contienen halógenos . Hasta ahora, el 1,2,5,6,9,10-hexabromociclododecano (HBCD) se ha utilizado ampliamente como retardante de llama en espuma de poliestireno extruido (XPS) en el sector de la construcción y el aislamiento, pero era como SVHC ( sustancia de muy alta preocupación ) cuya fabricación y aplicación se prohibió en mayo de 2013. Los compuestos de isosorbida a base de fósforo, como el bis (difenilfosfato) de isosorbida [ISTP], se consideran un reemplazo.
El ISTP es fácilmente accesible mediante transesterificación de isosorbida con fosfato de trifenilo en presencia de carbonato de potasio a 150 ° C. El fosfato de isosorbida-bis-difenilo obtenido con un rendimiento del 88% como un aceite amarillento contiene aproximadamente un 20% de dímeros. [19] La alta temperatura de descomposición de ISTP permite su uso en XPS , aunque el alto efecto de ablandamiento es un inconveniente. El retardo de la llama es particularmente pronunciado en presencia de sinergistas que contienen azufre tales como bis (difenilfosfinotionil) disulfuro (BDPS). Esto permite alcanzar el requisito mínimo de protección contra incendios (clase B2) con solo un 3% de ISTP. [20]
Polímeros de isosorbida
La isosorbida tiene una alta estabilidad térmica y ahora está bien disponible a partir de materias primas renovables. Esto hace que la isosorbida sea de interés como monómero para (bio) polímeros termoplásticos tales como poliésteres y policarbonatos, así como para termoestables tales como poliuretanos o resinas epoxi . [1] Los grupos hidroxi se pueden convertir en los grupos amino primarios [1] mediante tosilatos y azidas o mediante la adición de acrilonitrilo seguido de hidrogenación en los correspondientes derivados aminopropilo. [21] Estos últimos se utilizan como materias primas para diisocianatos - para la preparación de poliuretanos - como diaminas para la preparación de poliamidas o como endurecedor para resinas epoxi.
Cuando el monoetilenglicol como diol se reemplaza por isosorbida en el poliéster polietilen tereftalato (PET), se obtiene poliiso- sorbida tereftalato (PIT), que se caracteriza por una extrema estabilidad térmica (hasta 360 ° C bajo nitrógeno). Sin embargo, la reactividad inherentemente más baja de los grupos hidroxilo secundarios en la isosorbida causa, en comparación, pesos moleculares más bajos y altos contenidos residuales de ácido tereftálico , lo que conduce a una estabilidad química insuficiente de los polímeros resultantes. Por lo tanto, los poliésteres actuales con isosorbida y monoetilenglicol se examinan como componentes diol que muestran propiedades mejoradas, como una menor decoloración. [22] [23]
La isosorbida es de particular interés como monómero para los policarbonatos , [24] [25] donde podría reemplazar al bisfenol A , que se identificó como xenoestrógeno . Las limitaciones de los policarbonatos basados en isosorbida son su insatisfactoria resistencia a la temperatura y su limitada resistencia al impacto, que pueden mejorarse mediante la adición de comonómeros a la isosorbida o mediante mezclas de polímeros. [26]
En los poliuretanos, la propia isosorbida puede servir como diol [27] [28] o como componente básico del poliol [28] [29], así como del componente diisocianato [29] o como extensor de cadena. [30]
Al hacer reaccionar isosorbide con epiclorhidrina , se forma isosorbide bis-glicidil éter [31] (un bis-epóxido), que puede usarse como un reemplazo del análogo bisfenol A bis-epóxido. El bis-glicidil éter de isosorbida se puede reticular a resinas epoxi termoendurecibles con agentes de curado adecuados, tales como poliaminas o anhídridos de ácido cíclico . Estas resinas se utilizan como adhesivos, pinturas o revestimientos para latas de alimentos. [32] Además, se describen polioxazolidonas que pueden obtenerse por reacción de diglicidil éteres de isosorbida con diisocianatos. [33] Las polioxazolidonas podrían utilizarse como plásticos termoestables rígidos, altamente ramificados y resistentes a los disolventes en la industria eléctrica y electrónica.
La isosorbida es una plataforma química versátil derivada de recursos renovables que ahora también está disponible en cantidades industriales de decenas de miles de toneladas / año. El uso de isosorbida como comonómero en PET como materia prima de botella [34] y como sustituto del bisfenol A, especialmente en policarbonatos termoendurecibles, se considera actualmente particularmente prometedor.
Referencias
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