Nuevos derivados de quitosano funcionalizados en el grupo amino, de alto valor añadido

320 Pages·2015·6.47 MB·Spanish

by  Sorel A. Jatunov

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ORGÁNICA

FACULTAD DE QUÍMICA
UNIVERSIDAD DE SEVILLA

Nuevos derivados de quitosano
funcionalizados en el grupo amino,
de alto valor añadido

Sorel Alexandervich Jatunov Santamaría
Sevilla, 2015

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ORGÁNICA

FACULTAD DE QUÍMICA
UNIVERSIDAD DE SEVILLA

Vº Bº de la Directora de la Tesis

Fdo. Dra. Francisca Cabrera Escribano
Profesora Titular
Departamento de Química Orgánica
Universidad de Sevilla
AGRADECIMIENTOS

No podría empezar estos agradecimientos sin mencionar los principales
protagonistas de este doctorado: mis padres, quienes me dieron la
oportunidad y la confianza para venir a España y continuar con mi
formación académica, apoyándome económicamente y moralmente en cada
etapa que lo necesite desde finales del 2009 hasta el 2015 y sin cuya acción
determinante no hubiese concluido el proceso de investigación y escritura
de la tesis. Su constante preocupación desveló siempre ese papel
fundamental que ha tenido mi familia en levantarme en cada etapa en la que
he tenido dificultades.
A mi hermano, por sus consejos, recursos, libros, ayuda y ánimo que me
ha imprimido en mí en esta etapa del doctorado.
Estando en España he hecho muy buenos amistades y por tanto expresar
una serie de agradecimientos. A Hernán, mi primer amigo Sevillano por sus
consejos, ayuda y con el que pude pasar algunos momentos familiares.
Como primeros compañeros de piso, Bader y Abdel Khader con los cuales
he mantenido la amistad y por los cuales conocí muchos otros estudiantes de
Marruecos que han cursado en la Universidad de Sevilla
A alguien que fue un compañero de piso especial: Javier López del Valle,
por todos los momentos que hemos compartido juntos hablando español e
inglés, para mí la “cultura española hecha persona”, con la comida, el
futbol, las anécdotas, la ruta del mosto en Sanlúcar Barrameda, etc.
En el plano del quehacer diario y en el motivo primario de mi estancia en
Sevilla mis agradecimientos a mi directora de Tesis la Dra. Francisca
Cabrera Escribano, por su ayuda dispensada desde el 22 de diciembre del
2009, por la oportunidad que me otorgó de estar en su laboratorio y lo que
esto implica: formar parte de un grupo de investigación, ir a congresos,
talleres, utilizar diversos recursos tanto en el laboratorio como los ofrecidos
por el CITIUS (RMN, servicio de microscopía, espectrometría de masas,
Caracterización funcional, etc.), recibir la beca del AECID entre el 2011 y el
2014, mi estancia en el Instituto de Química Molecular en Reims, Francia y
por la ayuda durante todo el proceso de Máster-Doctorado.
A todos los que fueron mis compañeros de Laboratorio, y en especial los
que han estado en los últimos años: Antonio Franconetti, Pedro y Lidia,
Índice General 2

porque a través de la convivencia y experiencia en el laboratorio se aprende
a ser mejor persona e investigador.
A Yolanda, Inmaculada y Aurora por su amable ayuda y para algunas
dudas que tuve en el plano de la organocátalisis.
A Sergio por su amabilidad, carisma, charlas amenas, y por los diversos
partidos de fútbol que jugamos.
A todos los breakdancers en el paseo Francisco Molina en la que
aprendimos que no hay día malo sino malas actitudes. A Willi y Antonio de
la Federación Andaluza de Gimnasia por enseñarme a hacer las dobles
mortales.
A todos los estudiantes del Departamento de Química Orgánica que un
momento u otro mostraron amabilidad y pudieron asistirme en lo que
necesitaba.
A Juan Manuel y Modesto en Microbiología y el servicio de Biología del
CITIUS, respectivamente, por toda sus asistencia para hacer los ensayos
antimicrobianos.
A Rosario Fernández, como Directora del Departamento de Química
Orgánica, por su labor y la oportunidad que me ofreció para poder estar
fines de semana en el Departamento y por su gestión
Al profesor José María Bolaños, “la enciclopedia andante” que me
transmitió muchos de sus conocimientos históricos, etimológicos, químicos
y culturales que hacen que uno aprecie más el entorno en el que uno vive.
Al profesor Óscar López por resolver varias de mis dudas durante la última
parte del desarrollo del doctorado y por su amabilidad desde que entre a la
facultad de Química Orgánica.
A Christophe Bliard, además de su contribución científica en mi estancia en
Reims, Francia, por su amistad y por algunas de sus frases como
“sometimes better is enemy of good” o cuando me mostró el “Champagne
Bliard”.
En ingeniería, a Paco, por las contribuciones del material CS1 y CS2 en esta
tesis, como Alberto Romero con las propiedades mecánicas de films y
concentración crítica micelar.
Al profesor Rafael Prado Gotor por su apoyo en el tema de la fluorescencia
-quitosano y además por ser una excelente persona, colega y amigo.
A mi compañera sentimental Anisoara por aportarme esa parte afectiva que
necesité en la última parte de la escritura de la tesis.
A Alexis excelente amigo colombiano, con el que realicé un viaje por las
carreteras convencionales de Francia, Suiza y Alemania, y el que recordará
con humor las palabras L’Estaque y “todo negativo” en la Aduana suiza.
A mi amiga María del Socorro, por el sancocho y por aportarme una
herramienta excelente por el que puede preparar los antecedentes del
capítulo de las nanopartículas.
Este viaje a España no ha sido solo una oportunidad para mi formación
académica, sino que ha abierto una puerta para conocer la cultura Europea,
que siempre admiré por sus logros en las ciencias, artes y en la música.
Quisiera dar gracias a todos los que en el pasado contribuyeron para hacer
este viaje realidad. Gracias!!
Índice General 1

ÍNDICE GENERAL
ABREVIATURAS Y ACRÓNIMOS 5
RESUMEN/SUMMARY 15
INTRODUCCIÓN GENERAL Y OBJETIVOS 28
QUITINA Y QUITOSANO 31
CONTEXTUALIZACIÓN Y MOTIVACIONES 38
OBJETIVOS 43
RELACIÓN DE COMPUESTOS 45
CAPITULO 1 NUEVOS DERIVADOS ANFIFÍLICOS DE QUITOSANO
CON FUNCIONALIDAD DE AMIDA Y DE 1,2-HIDROXILAMINA 51
1.1 Antecedentes 53
1.2 Resultados y Discusión 59
1.2.1 Nuevos derivados fluorescentes glucosamina-cumarina. 59
1.2.2 Preparación de nuevos sistemas fluorescentes quitosano-
cumarina mediante reacciones de amidación. 68
1.2.3 Preparación de nuevas 1,2-hidroxilaminas derivadas de
quitosano mediante reacciones de apertura de epóxidos. 79
CAPITULO 2 IMINAS Y AMINAS SECUNDARIAS DERIVADAS DE
QUITOSANO 91
2.1 Antecedentes 93
2.2 Resultados y Discusión 96
2.2.1 Formación de bases de Schiff y aminas secundarias derivadas de
quitosano 96
2.2.2 Caracterización de bases de Schiff y aminas secundarias
derivadas de quitosano por FTIR 99
Índice General 2

2.2.3 Caracterización de aminas secundarias derivadas de quitosano
por 1H RMN 100
2.2.4 Caracterización de bases de Schiff y aminas secundarias
derivadas de quitosano por 13C CPMAS RMN 102
2.2.5 Comparación de los DS calculados mendiante RMN en solución y
en estado sólido 105
2.2.6 Reacción simultánea de diferentes aldehídos con quitosano 107
2.2.7 Propiedades fotofísicas y detección de polaridad 111
2.2.8 Reacción de acoplamiento de polisacarídico polimatosídico en
quitosano a través de aminación reductiva. 115
3 CAPITULO 3. UREAS DERIVADAS DE QUITOSANO 118
3.1 Antecedentes 120
3.2 Resultados y discusión 123
3.2.1 Reacción de isocianatos y diisocianatos con 1,3,4,6-tetra-O-
acetil-2-amino-2-desoxi-β-D-glucopiranosa 123
3.2.2 Reacción de quitosano con isocianatos y diisocianatos. 127
3.2.3 Caracterización de las ureas derivadas de quitosano mediante
FT-IR. 128
3.2.4 Caracterización de las ureas derivadas de quitosano mediante
13C CPMAS RMN en estado sólido. 140
4 CAPITULO 4. FORMACIÓN DE DERIVADOS DE QUITOSANO
CUATERNIZADOS
145
4.1 Antecedentes 147
4.2 Resultados y Discusión 153
4.2.1 Cuaternización de quitosano y derivados de quitosano con
cloruro de glicidiltrimetilamonio (GTMAC). 153
4.2.2 Caracterización de los derivados cuaternizados mediante FT-IR.
156
Índice General 3

4.2.3 Caracterización de los derivados cuaternizados de quitosano
mediante 1H RMN. 158
4.2.4 Caracterización de la urea cuaternizada 35 mediante 13C
CPMAS RMN.
167
5 CAPITULO 5. APLICACIONES 171
5.1 Formación de Films a partir de Quitosano y de sus derivados 172
5.1.1 Antecedentes 172
5.1.2 Resultados y Discusión 176
5.1.2.1 Análisis de los films de quitosano y sus derivados mediante FT-
IR. 178
5.1.2.2 Solubilidad de los films de quitosano y sus derivados. 180
5.1.2.3 Propiedades mecánicas de films derivados de quitosano. 181
5.2 Actividad Antimicrobiana de Quitosano y Derivados de Quitosano 193
5.2.1 Antecedentes 193
5.2.2 Resultados y Discusión 197
5.2.2.1 Actividad antimicrobiana en disolución. 197
5.2.2.2 Actividad antimicrobiana en Films y Sólidos 202
5.3 Formación de nanoparticulas y geles de quitosano y sus derivados 206
5.3.1 Antecedentes 206
5.3.2 Resultados y Discusión 216
5.3.2.1 Nanopartículas quitosano/TPP y nanopartículas fluorescentes
cumarina-quitosano/TPP. 217
5.3.2.2 Formación de geles de quitosano-nanopartículas GT 223
6 CONCLUSIONES/CONCLUSIONS 229
Conclusiones 231
7 PARTE EXPERIMENTAL 243
7.1 MÉTODOS GENERALES. 245
Índice General 4

7.2 MATERIAS PRIMAS 251
7.2.1 Síntesis de materias primas. 252
7.3 Parte Experimental. Capítulo 1. Nuevos derivados anfifílicos de
quitosano con funcionalidad de amida y de 1,2-hidroxilamina. 261
7.4 Parte Experimental. Bases de Schiff y aminas secundarias derivadas de
quitosano como sensores potenciales / Formación de iminas y aminas
secundarias derivadas de quitosano 268
7.5 Parte Experimental. Reacciones de formación de ureas derivadas de
quitosano 283
7.6 Parte Experimental. Reacciones de formación de ureas derivadas de
quitosano 289
7.7 Parte Experimental Formación de derivados de quitosano
cuaternizados 295
7.8 Parte Experimental. Aplicaciones 300
7.8.1 Preparación de films de quitosano. 300
7.8.2 Actividad antimicrobiana. 305
7.8.3 Formación de nanopartículas. 308
7.8.4 Ensayos de formación de geles a partir de reacciones entre GT
con AT o GT con quitosano. 309