QUITOSANA-g-PEG

PEG é um polímero sintético com fórmula estrutural H-(O-CH2-CH2)n-OH, onde n é o

número médio de unidades repetidas, óxido de etileno, na estrutura química. Comercialmente, ele é encontrado em uma grande variedade de massas moleculares. É um polímero solúvel em água e em solventes orgânicos como acetona e etanol, sendo insolúvel em éter e hidrocarbonetos alifáticos. PEG é um polímero muito utilizado como produto farmacológico devido à sua biocompatibilidade, também é usado como agente dispersante (Abdel-Mohsen, Aly, et al., 2012; Casettari, Vllasaliu et al., 2012; Gorochovceva, Naderi et al., 2005).

Para a obtenção de quitosana ramificada com PEG (quitosana-g-PEG), as hidroxilas terminais do PEG devem ser modificadas para um grupo funcional mais reativo que permita a funcionalização nos grupos amino ou hidroxilas da quitosana. A ativação do PEG pode ser obtida com diferentes funções químicas, tais como aldeído, ácido carboxílico, epóxido, tosilato, carbonato de p-nitrofenila, sulfonato, azida, maleimida e éster succinimida (Casettari, Vllasaliu et al., 2012; Gorochovceva, Naderi et al., 2005). Quando o PEG com a função hidroxila bifuncional nas extremidades da sua cadeia é ativado para modificar a estrutura da quitosana, ocorre reticulação entre as cadeias e produto final reticulado tem a sua solubilidade reduzida em meio aquoso. Assim, o análogo monofuncional metóxi-poli(etileno glicol), mPEG, que apresenta uma metila e uma hidroxila como grupos terminais tem sido utilizado em vez do PEG para modificar a quitosana, pois evita a formação de ligações cruzadas durante a modificação química (Abdel-Mohsen, Aly, et al., 2012; Bentley, Roberts, et al., 1998; Casettari, Vllasaliu et al., 2012; Gorochovceva, Naderi et al., 2005; Hu, Jiang et al., 2005; Jeong, Kim et al., 2008; Yao, Zhang et al., 2007; Zhang, Zhang et al., 2008).

A reação de alquilação redutiva tem sido bastante empregada para a obtenção de quitosana-g-mPEG, pois várias vantagens envolvem o uso dessa metodologia (Abdel- Mohsen, Aly, et al., 2012; Bentley, Roberts, et al., 1998; Du e Hsieh, 2007; Gorochovceva, Naderi et al., 2005; Muslim, Morimoto et al., 2001; Sugimoto, Morimoto et al., 1998; Yao, Zhang et al., 2007; Zhang, Zhang et al., 2008). A seletividade da reação com substituição prioritária ao grupo amino da quitosana, as condições reacionais de forma branda, sistema

aquoso, pH da solução não agressivo (pH 5-6) e temperatura ambiente. Além disso, a reação ocorre em sistema homogêneo. A modificação química realizada em condições homogêneas evita uma distribuição não uniforme das unidades substituintes na cadeia da macromolécula (Casettari, Vllasaliu et al., 2012; Desbrières, Martinez, et al., 1996; Kurita, 2001; Rinaudo, 2006).

O processo de modificação da quitosana com PEG por alquilação redutiva inicia com a oxidação da hidroxila terminal do PEG para a função aldeído. Após a reação, o PEG-aldeído obtido é separado por (re)precipitações em solventes orgânicos, filtrações e secagem, para posterior inserção na quitosana (Abdel-Mohsen, Aly, et al., 2012; Bentley, Roberts, et al., 1998; Du e Hsieh, 2007; Gorochovceva, Naderi et al., 2005; Muslim, Morimoto et al., 2001; Sugimoto, Morimoto et al., 1998).

Em geral, a síntese de quitosana-g-mPEG através da alquilação redutiva resulta em copolímeros com baixo grau de substituição. Porém, a maioria das outras metodologias de reação usada para aumentar o grau de incorporação de PEG na cadeia polimérica da quitosana é complexa. Muitos métodos utilizam várias etapas de reação, seja através da inserção de grupos protetores, a fim de obter quimioseletividade, ou na elaboração de PEG ativado com grupos funcionais mais reativos. Recursos como catalisadores também são utilizados, mais removê-los do produto final torna-se dificultoso (Abdel-Mohsen, Aly, et al., 2012; Casettari, Vllasaliu et al., 2012; Sugimoto, Morimoto et al., 1998). No entanto, a obtenção de quitosana-

g-PEG com baixo grau de substituição de elevada massa molar de mPEG favorece a

solubilidade em água e pode manter mais facilmente a estrutura da quitosana preservada, conservando importantes propriedades peculiar a natureza original. Nesse caso, um baixo grau de substituição na quitosana torna-se uma vantagem (Sugimoto, Morimoto et al., 1998).

Gorochovceva e colaboradores (2005) avaliaram alguns processos de oxidação do mPEG (massa molar 2000) para obtenção de mPEG-aldeído, em seguida, procederam a graftização na quitosana por alquilação redutiva. A oxidação foi realizada por procedimentos químico e enzimático, o primeiro método foi baseado em dimetilsulfóxido (DMSO) com cloreto de ácido oxálico e anidrido acético (Ac2O). Também foi utilizado o reagente oxidante

N-oxil-2,2,6,6-tetrametilpiperidina (radical TEMPO), usando o hipoclorito de sódio (NaClO) e o [bis(acetóxi)iodobenzeno] conhecido como BIAB. A metodologia enzimática empregou a enzima álcool oxidase, porém houve desnaturação da enzima durante a reação, causando a

conversão mais desfavorável. O uso do sistema TEMPO/BIAB resultou em oxidação excessiva, formando produto bifuncional que promove quitosana reticulada. Os melhores resultados foram obtidos com DMSO/cloreto de ácido oxálico, entretanto a temperatura de reação é muito baixa (30 °C negativo). O percentual de conversão alcançou 30 a 54 % para o uso de TEMPO/NaClO e DMSO/Ac2O (Gorochovceva, Naderi et al., 2005).

Mais recentemente, Abdel-Mohsen e colaboradores (2012) estudaram a oxidação do mPEG através do DMSO com anidrido acético. As variáveis investigadas foram a razão molar dos reagentes (Ac2O/OH do mPEG - massa molar 2000), o tempo de reação e o volume do

solvente (DMSO). A Figura 3.14 exibe os resultados das variáveis estudas (Abdel-Mohsen, Aly, et al., 2012).

Figura 3.14 – a) Relação entre razão molar Ac2O/OH mPEG e teor de aldeído de mPEG; b) Efeito do tempo de reação e teor de aldeído; c) Efeito de DMSO e teor de aldeído de mPEG; (T 22 °C; DMSO 30 mL - a, c; tempo

de reação 9 h - a, c; razão molar 20 - b, c

Sugimoto e colaboradores (1998) investigaram a graftização de PEG através da N- alquilação redutiva na quitosana, considerando as variáveis reacionais. A solubilidade dos produtos no meio aquoso em maiores faixas de pH foi dependente da massa molar de PEG, do grau de substituição e do grau de acetilação da quitosana (Sugimoto, Morimoto et al., 1998).

Em geral, a literatura relata baixos valores de grau de substituição para obtenção de quitosana-g-mPEG, embora, derivados análogos com mPEG (massa molar 2000) foram obtidos com grau de substituição elevado. Além disso, um alto porcentual de conversão foi obtido em 5 minutos do início de reação (temperatura de reação foi 55 °C, tempo de reação 6 h). A dificuldade de separação e purificação desses polímeros foi superada utilizando salting

out com sulfato de amônio. Entretanto, as amostras de baixa massa molar apresentaram baixo

rendimento devido à perda do polímero no processo de lavagem com acetona. A solubilidade dos derivados em água foi maior com o aumento do grau de substituição (Gorochovceva, Naderi et al., 2005).

Gorochovceva e colaboradores (2005) avaliaram as amostras de quitosana-g-mPEG e do precursor, em solução salina e faixa de pH 5-6, em função das propriedades de adsorção em sílica. Os polímeros, que apresentaram ambas as interações eletrostática (grupos amino protonados - cargas positivas) e ligação de hidrogênio (cadeias de mPEG - grupos hidrofílicos) com a superfície da sílica (cargas negativas), tiveram maior adsorção sobre a superfície da sílica (carregada negativamente). No entanto, com o aumento do grau de substituição de mPEG na estrutura da quitosana, os polímeros foram mais facilmente desorvidos, quando submetidos à lavagem com solução salina, devido ao impedimento estérico que inibiu a fixação do polímero na superfície plana da sílica (Gorochovceva, Naderi