La polietilenimina ( PEI ) o poliaziridina es un polímero con una unidad repetitiva compuesta por el grupo amina y un espaciador CH 2 CH 2 alifático de dos carbonos . Las polietileniminas lineales contienen todas las aminas secundarias, en contraste con las PEI ramificadas que contienen grupos amino primarios, secundarios y terciarios. También se informaron formas dendriméricas totalmente ramificadas . [1] El PEI se produce a escala industrial y encuentra muchas aplicaciones derivadas generalmente de su carácter policatiónico. [2]
Nombres | |
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Nombre IUPAC Poli (iminoetileno) | |
Otros nombres Poliaziridina, poli [imino (1,2-etanodiil)] | |
Identificadores | |
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ChemSpider |
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Tarjeta de información ECHA | 100.123.818 |
Tablero CompTox ( EPA ) | |
Propiedades | |
(C 2 H 5 N) n , forma lineal | |
Masa molar | 43.04 ( unidad de repetición ), masa de polímero variable |
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 | |
Propiedades
Los PEI lineales son sólidos a temperatura ambiente, mientras que los PEI ramificados son líquidos en todos los pesos moleculares. Las polietileniminas lineales son solubles en agua caliente, a pH bajo, en metanol , etanol o cloroformo . Son insolubles en agua fría, benceno , éter etílico y acetona . Tienen un punto de fusión de 73 a 75 ° C. Se pueden almacenar a temperatura ambiente.
Síntesis
La PEI ramificada se puede sintetizar mediante la polimerización por apertura de anillo de aziridina . [3] Dependiendo de las condiciones de reacción, se pueden lograr diferentes grados de ramificación. La PEI lineal está disponible mediante la modificación posterior de otros polímeros como las poli (2-oxazolinas) [4] o las poliaziridinas N- sustituidas. [5] La PEI lineal se sintetizó mediante la hidrólisis de poli (2-etil-2-oxazolina) [6] y se vendió como jetPEI. [7] La generación actual in-vivo-jetPEI utiliza polímeros de poli (2-etil-2-oxazolina) hechos a medida como precursores. [8]
Aplicaciones
La polietilenimina encuentra muchas aplicaciones en productos como: detergentes, adhesivos, agentes de tratamiento de agua y cosméticos. [9] Debido a su capacidad para modificar la superficie de las fibras de celulosa, el PEI se emplea como agente de resistencia en húmedo en el proceso de fabricación de papel . [10] También se utiliza como agente floculante con soles de sílice y como agente quelante con la capacidad de complejar iones metálicos como el zinc y el circonio. [11] También existen otras aplicaciones PEI altamente especializadas:
Biología
La PEI tiene varios usos en biología de laboratorio, especialmente en el cultivo de tejidos , pero también es tóxico para las células si se usa en exceso. [12] [13] La toxicidad se debe a dos mecanismos diferentes, [14] la ruptura de la membrana celular que conduce a la muerte celular necrótica (inmediata) y la ruptura de la membrana mitocondrial después de la internalización que conduce a la apoptosis (retardada).
Promotor de apego
Las polietileniminas se utilizan en el cultivo celular de células de anclaje débil para aumentar la unión. PEI es un polímero catiónico; las superficies externas cargadas negativamente de las células son atraídas por los platos recubiertos de PEI, lo que facilita una unión más fuerte entre las células y el plato.
Reactivo de transfección
La poli (etilenimina) fue el segundo agente de transfección polimérico descubierto, [15] después de la poli-1-lisina. La PEI condensa el ADN en partículas cargadas positivamente, que se unen a los residuos aniónicos de la superficie celular y se introducen en la célula mediante endocitosis . Una vez dentro de la célula, la protonación de las aminas da como resultado un influjo de contraiones y una disminución del potencial osmótico. Se produce una hinchazón osmótica y estalla la vesícula liberando el complejo polímero-ADN (polyplex) en el citoplasma. Si el polyplex se descomprime, el ADN puede difundirse libremente al núcleo. [16] [17]
Permeabilización de bacterias gram negativas
La poli (etilenimina) también es un permeabilizador eficaz de la membrana externa de las bacterias gramnegativas . [18]
Captura de CO 2
Se han utilizado polietilenimina tanto lineal como ramificada para la captura de CO 2 , frecuentemente impregnada sobre materiales porosos. El primer uso del polímero PEI en la captura de CO 2 se dedicó a mejorar la eliminación de CO 2 en aplicaciones de naves espaciales, impregnado sobre una matriz polimérica. [19] Después de eso, el soporte se cambió a MCM-41, una sílice mesoestructurada hexagonal, y se retuvieron grandes cantidades de PEI en la llamada "canasta molecular". [20] Los materiales adsorbentes MCM-41-PEI llevaron a capacidades de adsorción de CO 2 más altas que el material PEI o MCM-41 a granel considerados individualmente. Los autores afirman que, en este caso, se produce un efecto sinérgico debido a la alta dispersión de PEI dentro de la estructura porosa del material. Fruto de esta mejora se desarrollaron nuevos trabajos para profundizar en el comportamiento de estos materiales. Los trabajos exhaustivos se han centrado en la capacidad de adsorción de CO 2 así como en la selectividad de adsorción de CO 2 / O 2 y CO 2 / N 2 de varios materiales MCM-41-PEI con polímeros PEI. [21] [22] Además, la impregnación con PEI ha sido probada sobre diferentes soportes como una matriz de fibra de vidrio [23] y monolitos. [24] Sin embargo, para un desempeño adecuado en condiciones reales en captura de postcombustión (temperaturas suaves entre 45-75 ° C y presencia de humedad) es necesario utilizar materiales de sílice térmica e hidrotermalmente estables, como SBA-15, [25] que también presenta una mesoestructura hexagonal. También se han probado la humedad y las condiciones del mundo real cuando se utilizan materiales impregnados de PEI para absorber el CO 2 del aire. [26]
Una comparación detallada entre PEI y otras moléculas que contienen amino mostró un rendimiento excelente de las muestras que contienen PEI con ciclos. Además, solo se registró una ligera disminución en su absorción de CO 2 al aumentar la temperatura de 25 a 100 ° C, demostrando una alta contribución de la quimisorción a la capacidad de adsorción de estos sólidos. Por la misma razón, la capacidad de adsorción bajo CO 2 diluido fue hasta el 90% del valor bajo CO 2 puro y también se observó una alta selectividad no deseada hacia SO 2 . [27] Últimamente, se han realizado muchos esfuerzos para mejorar la difusión del PEI dentro de la estructura porosa del soporte utilizado. Una mejor dispersión de PEI y un mayor CO 2 eficiencia (CO 2 / relación molar NH) se lograron mediante la impregnación de una plantilla ocluido PE-MCM-41 material en lugar de perfecto cilíndrica poros de un material calcinado, [28] tras un descrito previamente ruta. [29] También se ha estudiado el uso combinado de organosilanos como aminopropil-trimetoxisilano, AP y PEI. El primer enfoque utilizó una combinación de ellos para impregnar soportes porosos, logrando una cinética de absorción de CO 2 más rápida y una mayor estabilidad durante los ciclos de reutilización, pero no mayores eficiencias. [30] Un método novedoso es la denominada "doble funcionalización". Se basa en la impregnación de materiales previamente funcionalizados por injerto (enlace covalente de organosilanos). Los grupos amino incorporados por ambas vías han mostrado efectos sinérgicos, logrando altas captaciones de CO 2 hasta 235 mg CO 2 / g (5,34 mmol CO 2 / g). [31] También se estudió la cinética de adsorción de CO 2 para estos materiales, que muestra tasas de adsorción similares a las de los sólidos impregnados. [32] Este es un hallazgo interesante, teniendo en cuenta el volumen de poro más pequeño disponible en materiales de doble funcionalidad. Por tanto, también se puede concluir que su mayor absorción y eficacia de CO 2 en comparación con los sólidos impregnados se puede atribuir a un efecto sinérgico de los grupos amino incorporados por dos métodos (injerto e impregnación) en lugar de a una cinética de adsorción más rápida.
Modificador de función de trabajo bajo para electrónica
La poli (etilenimina) y la poli (etilenimina) etoxilada (PEIE) han demostrado ser modificadores efectivos de la función de bajo trabajo para la electrónica orgánica por Zhou y Kippelen et al. [33] Podría reducir universalmente la función de trabajo de metales, óxidos metálicos, polímeros conductores y grafeno, etc. Es muy importante que el polímero conductor procesado en solución de baja función de trabajo pueda producirse mediante la modificación de PEI o PEIE. Con base en este descubrimiento, los polímeros se han utilizado ampliamente para células solares orgánicas, diodos emisores de luz orgánicos, transistores de efecto de campo orgánico, células solares de perovskita, diodos emisores de luz de perovskita, células solares de puntos cuánticos y diodos emisores de luz, etc.
Ver también
- Tetraetilenpentamina
- Etilendiamina
- Polieterimida (también se conoce por PEI)
Referencias
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