Contenido - Lab FIRP English

Contenido

Prefacio 1

1. Derivados de biomasa útiles para constituir la parte hidrofóbica de los surfactantes. 4 1.1. Introducción 4

1.2. Acidos grasos y sus ésteres metílicos 4

1.3. Alcoholes y aminas alifáticas 10

1.4. Otros compuestos hidrofóbicos de origen natural 12 1.4.1. Colesterol y otros esteroles 12 1.4.2. Acidos de resinas de madera y sus derivados 17 1.4.3. Acido glicirretínico 21 1.4.4. α-Tocoferol 22

2. Derivados de biomasa útiles para constituir la parte hidrofílica de los surfactantes 31 2.1. Introducción 31 2.2. Glicerol y derivados 31 2.2.1. Monogliceeridos de ácidos grasos 32 2.2.2. Carbonato de glicerilo 34 2.2.3. Glicidol 38 2.2.4. Epiclorohidrina 39 2.2.5. Diglicerol, trigliceroles y oligogliceroles 50

2.3. Carbohidratos 52 2.3.1. Surfactantes derivados de carbohidratos comercialmente importantes 54 2.3.2. Algunos aspectos de la glicosidación de alcoholes 62 2.3.3. Glicosidación de alcoholes grasos con pentosas 65 2.3.4. Acilación regioselectiva de la sacarosa 68 2.3.5. Acilación de otros sacáridos y disacáridos 70 2.3.6. Eterificación de sacáridos y disacáridos 77 2.3.7. Síntesis de N-alquil-aldosilaminas y sus derivados 81 2.3.8. Ramnolípidos y soforolípidos, surfactantes glicolipídicos naturales 87

2.4. Compuestos químicos derivados de carbohidratos 90 2.4.1. Acidos dicarboxílicos 1,4 92 Acido succínico 93 Acido fumárico 96 Acido itacónico 98 2.4.2. Dioles y polioles 102 Alcoholes de azúcares 102 Sorbitan e isosorbido (1,4:3,6-dianhidro-D-sorbitol) 104 2.4.3. Hidroxiácidos, hidroxiésteres e hidroxialdehidos 109 Acido cítrico 109 Acido ascórbico 112 Furfural 115 5-hidroximetilfurfural (5-HMF) 117 Derivados de la isomaltulosa 119 3. Comentarios Finales 121 Referencias 122

Supercuaderno FIRP SC307R Surfactantes derivados de la biomasa 1

Prefacio Los surfactantes convencionales son compuestos cuya estructura molecular presenta una región de

carácter polar conectada a otra de carácter apolar (generalmente constituida por una cadena carbonadaxC8 – C18). La presencia de carga neta en la “cabeza” polar se ha usado para catalogarlos dentro de tres grupos: aniónicos (con carga negativa), catiónicos (con carga positiva), zwitteriónicos (contienen cargas tanto negativas como positivas en condiciones normales). También existen aquellos, denominados noiónicos, que poseen grupos polares sin carga formal. Además de los típicos surfactantes monopolares, también los hay con estructuras más complejas. Los geminales, por ejemplo, están constituidos por dos estructuras monopolares unidas a través de sus “cabezas” mediante una cadena “espaciadora”. Los bolaformes, son el resultado de conectar dos moléculas de surfactante a través de los extremos de sus partes apolares.

cabeza polar

cadena alquílica

Monopolar Geminal Bolaforme

Representación esquemática de surfactantes con distintas configuraciones.

Estos dos párrafos se intentan proporcionar una perspectiva general sobre los surfactantes y algunas de

sus propiedades más importantes. Para obtener un enfoque más profundo, pero también resumido, se recomienda

Debido a la presencia de regiones polares y apolares distinguibles en sus moléculas, los surfactantes muestran afinidad tanto por las fases polares como por las fases orgánicas. Como consecuencia, tienden a adsorberse en las interfaces, pudiendo provocar el descenso de la tensión interfacial entre dos fluidos, o el cambio de la mojabilidad de un sólido. Las moléculas de surfactante también tienden a asociarse formando conglomerados esféricos, denominados micelas, y otras estructuras que se aprecian en la figura adyacente, lo que origina la solubilización, un fenómeno que se refiere a la coexistencia en equilibrio de dos líquidos normalmente inmiscibles (agua y aceite) en una sola fase. Estas propiedades tan características convierten a los surfactantes en compuestos químicos valiosos, los cuales encuentran aplicación en diversos campos: en la formulación de productos farmacéuticos y de cuidado personal, y de productos alimentarios; en la ejecución de distintos procesos industriales de transformación, e incluso hay surfactantes naturales que desempeñan importantes funciones fisiológicas en los organismos vivos.

Micela

Esférica Micela

Cilíndrica Cristales líquidos

lamelares

Micela invertida Estructura

bicontinua Vesícula

Estructuras de asociación formadas por moléculas de

surfactantes en agua a medida que aumenta la concentración (reproducido de Kronberg, Holmberg, &

Lindman (2014, p.76)).


consultar los cuadernos FIRP (S311A - El Mundo de los Surfactantes; S201A - Surfactantes en solución acuosa; S300A - Surfactantes – Tipos y usos; S220A - Comportamiento de fase de los sistemas surfactante-agua-aceite), los cuales se descargan gratis a través de la dirección http://www.firp.ula.ve/site/es/cuadernos-firp-gratuitos. Si se requiere consultar una fuente más amplia, se recomiendan las obras de Tadros (2005) y de Kronberg, Holmberg & Lindman (2014).

Los surfactantes son ingredientes indispensables en muchos productos terminados, tales como

detergentes, suavizantes, desengrasantes, etc., los cuales se consumen en grandes volúmenes a escala global. Después de su uso, los surfactantes residuales y sus productos de degradación son transportados a través de los drenajes hacia las plantas de tratamiento de agua o, en su defecto, hacia las aguas superficiales. En épocas anteriores la descarga de surfactantes hacia los ríos ocasionó problemas de acumulación de espumas debido a su persistencia en el medio ambiente acuático. Este acontecimiento motivó la sustitución de los alquilbencenosulfonatos ramificados (ABS) por los alquilbencenosulfonatos lineales (LAS) a mediados de la década de 1960 (Knepper & Berna, 2003, p.2), y puso de manifiesto la magnitud del impacto que pueden ocasionar los surfactantes sobre el medio ambiente. Desde entonces, la biodegradabilidad y la toxicidad acuática son factores considerados tan importantes como los técnico-económicos (disponibilidad y costos de la materia prima; costos de manufactura, o desempeño del producto terminado) al momento de seleccionar un surfactante para producirlo a gran escala e introducirlo en el mercado (European Parliament and the Council of the European Union, 2004, REGULATION (EC) No 648/2004). A las exigencias relacionadas con la biodegradabilidad y la toxicidad al medio acuático, más recientemente se ha sumado la necesidad de imponer restricciones a la liberación de monóxido de carbono1, producto de la creciente preocupación que ha despertado el incremento progresivo de la temperatura media global, el cual se atribuye principalmente a la acumulación de este gas en la atmósfera. Este aspecto, junto con el paulatino agotamiento de los recursos fósiles, ha impulsado el reemplazo de las materias primas de origen petroquímico por materias primas provenientes de fuentes renovables, no solo en la industria de los surfactantes, sino en la industria química en general (combustibles, polímeros, etc.).

Durante la segunda mitad del siglo XX aparecieron en el mercado algunos surfactantes producidos a

partir de sustancias biodisponibles y de algunos derivados de éstas, entre los que se cuentan los ésteres de sacarosa, los alquilpoliglicósidos, los ésteres de sorbitano, los sulfonatos de ésteres metílicos, entre otros. Estos surfactantes se caracterizan por su biodegradabilidad y baja toxicidad. Desde entonces el interés por crear nuevos surfactantes derivados de biomasa, que sean biodegradables, no-tóxicos, y más eficientes, no ha disminuido, como se evidencia en las obras que han sido publicadas sobre este tema (Holmberg, 2003; Hayes, Kitamoto, Solaiman & Ashby, 2009; Carnero-Ruiz, 2009; Kjellin & Johansson, 2010). Los desafíos actuales comprenden principalmente la incorporación de nuevas materias primas, el aprovechamiento de desechos agroindustriales, y el mejoramiento tecnológico de los procesos de producción.

En este trabajo se revisa el uso de materias primas renovables y de sus derivados en la producción de

surfactantes, tanto de aquellos que son ampliamente conocidos como de otros que no han trascendido más allá del ámbito académico, sin excluir totalmente la participación de compuestos de origen petroquímico (pues se considera que en el futuro muchos de éstos podrían ser producidos a partir de fuentes renovables). Comprende,

1 En el artículo 3 del Protocolo de Kyoto se establece como meta reducir el total de emisiones de gases de invernadero a un nivel inferior al de 1990 en no menos de 5%, en el período de compromiso comprendido entre los años 2008 y 2012 (Naciones Unidas, 1998, p. 3).


además, una breve descripción de los procesos mediante los cuales se obtienen las materias primas cuya utilidad en la síntesis de surfactantes se reseña. La intención es brindar un inventario organizado del conocimiento sobre la obtención de surfactantes a partir de derivados de biomasa, poniendo énfasis en la disponibilidad de materias primas, con la esperanza de que éste pueda despertar interés en el diseño de nuevos especímenes, amigables con el medio ambiente y basados en un modelo de desarrollo más sustentable.

En correspondencia con la naturaleza anfifílica de los surfactantes, el trabajo se presenta dividido en dos secciones: una dedicada al aprovechamiento de los ácidos grasos y de otros compuestos naturales hidrofóbicos, y otra en la cual se describe el origen y la aplicación de derivados de biomasa hidrofílicos. De esta segunda sección, a su vez, se desprenden sub-secciones destinadas al aprovechamiento del “Glicerol y sus Derivados”; de “Carbohidratos”, y de “Compuestos Químicos Derivados de Carbohidratos”.

Aunque los aminoácidos son compuestos naturales no sólo aptos sino muy versátiles para constituir la cabeza polar de surfactantes, estas materias primas se encuentran disponibles en mucha menor cantidad que los

carbohidratos o que el glicerol, razón por la cual no han sido considerados dentro de esta revisión. Respecto a este tema se sugiere consultar los resúmenes que han sido publicados por Bordes & Holmberg (2009; 2015) y por el

grupo de Infante, Morán, Pinazo, Pérez et al. (Infante, Pérez, Pinazo, Clapés, & Morán, 2003; Morán et. al, 2004; Pinazo, Pons, Pérez, & Infante, 2011; Pérez, Pinazo, Pons, & Infante, 2014).


1. Derivados de biomasa útiles para constituir la parte hidrofóbica de los surfactantes.

1.1. Introducción. Las sales de ácidos grasos fueron los primeros agentes tensoactivos producidos por el hombre. Por

consiguiente, no cabe duda sobre la idoneidad y la utilidad de los ácidos grasos y sus derivados para constituir la parte hidrofóbica de las moléculas anfifílicas. Casi todos los surfactantes que se fabrican a partir de derivados de biomasa incluyen en su molécula algún ácido graso, o su correspondiente alcohol o amina. No obstante, existen otros compuestos hidrofóbicos de origen natural que, bien porque poseen propiedades especiales (como el tocoferol, que posee propiedades antioxidantes), bien porque se encuentran en abundancia en subproductos industriales (como los ácidos de resinas de madera), o bien porque poseen características estructurales ventajosas (como el cardanol, el cual es un alquilfenol natural), también resultan atractivos. En este capítulo se describen las fuentes y disponibilidad algunos de estos lípidos y se reseñan algunos ejemplos de su aplicación en la síntesis de surfactantes.

1.2. Ácidos grasos y sus ésteres metílicos. Los ácidos grasos y sus ésteres metílicos son producto de la hidrólisis y transesterificación,

respectivamente, de los triglicéridos en las grasas y aceites naturales (Figura 1.1), y son las sustancias renovables más importantes de la industria química en lo que respecta a volumen de producción. A escala industrial, la hidrólisis de aceites se efectúa en columnas presurizadas, en las cuales una corriente de aceite que ingresa por el fondo se pone en contacto con una corriente de vapor que se alimenta por el tope. A 250° C y entre 20 y 60 bar, el agua es moderadamente soluble en la fase aceite y la hidrólisis ocurre sin ayuda de un catalizador, con una eficiencia de 98%. El glicerol que se forma es removido por la corriente de agua descendente (Chupa, Sachdev, Misner, & Smith, 2007, p. 1708). Los ésteres metílicos se producen, principalmente, mediante transesterificación de grasas y aceites (previamente refinados) con metanol en presencia de un catalizador alcalino (Chupa et. al, 2007, p. 1710).

a)

OO

O

R

R

O

R

O

O

H2OOHOH

OH OHR

O+ 3 x

b)

OO

O

R

R

O

R

O

O

CH3OHOHOH

OH OCH3R

O+ 3 x

Figura 1.1. Hidrólisis (a) y transesterificación (b) de triglicéridos. Los ácidos grasos que forman los triglicéridos en los aceites y grasas naturales son, comúnmente, ácidos

monocarboxílicos con número par de átomos de carbono. Su estructura es lineal, y la cadena carbonada puede ser saturada, o puede presentar entre una a tres insaturaciones (con configuración cis). Los ácidos grasos más frecuentes se conocen con nombres comunes, tales como cáprico (C8), caprílico (C10), láurico (C12), mirístico (C14), palmítico (C16), esteárico (C18), oleico (C18:1, cis-Δ9), linoléico (C18:2,cis,cis-Δ9,Δ12), linolénico (C18:3, cis,cis,cis-Δ9,Δ12,Δ15), entre otros. En la Tabla 1.1 se muestra la composición típica de la fracción saponificable de


algunos aceites vegetales. Los aceites de coco y de palma, los cuales poseen las concentraciones más altas de ácidos láurico y mirístico, son los más utilizados en la producción de jabones y otros surfactantes (Metzger & Bornscheuer, 2006).

Tabla 1.1. Composición típica de la fracción saponificable en los aceites de mayor consumo (Extraído de Gunstone, 2004, p.4).

(Nº atm C: Nº insaturaciones)

8:0 10:0 12:0 14:0 16:0 18:0 18:1 18:2 18:3

Pulpa del fruto de palma 44 4 39 11

Soya 11 4 23 53 8

Canola 4 2 62 22 10

Girasol 6 5 20 60

Maní 7-13 3 46-71 14-35

Semilla de algodón 23 2 17 56

Nuez de Palma 3 4 45 18 9 3 15 2

Coco 8 7 48 16 9 2 7 2

Oliva 10 2 78 7 1

Maíz 13 3 31 52 1

Los ácidos grasos o sus éteres metílicos pueden convertirse en compuestos anfifílicos más complejos que

los jabones mediante condensación de la función carboxilo con moléculas que poseen grupos polares, o algún grupo ionizable. Tal es el caso de los monoésteres de glicerol y oligoglicerol (los cuales son considerados con detalle en la sección 2.1.1), o de los ésteres de sacarosa (sección 2.2.1). Otros anfífilos derivados de ácidos grasos o de sus ésteres metílicos han sido reseñados por Johansson & Svensson (2001).

La sulfonación de los ésteres metílicos de ácidos grasos en el carbono alfa constituye una importante ruta para obtener surfactantes. Así se preparan los sulfonatos de ésteres metílicos (conocidos con el acrónimo MES, del inglés methyl ester sulfonates), una familia de surfactantes aniónicos considerada como una alternativa ambientalmente más pertinente que los alquilbenceno sulfonatos (LAS), debido a su excelente biodegradabilidad y a que proceden, en gran parte, de sustancias que se originan en fuentes renovables (Lewandowski & Schwuger, 2003, p. 425; Guzmán, 2010).

El método comercialmente probado usa trióxido de azufre gaseoso disuelto en aire (6 – 7% SO3) como

agente sulfonante (Foster, MacArthur, Sheats, Shea & Trivedi, 2009, p. 209). Esta corriente se alimenta, junto con otra de ésteres metílicos en estado líquido, a un sistema de reactores de película descendente. Durante esta etapa se generan los intermediarios I a IV del mecanismo (Lewandowski & Schwuger, 2003, p. 431), el cual se describe en la Figura 1.2. El efluente líquido de los reactores se envía a una serie de recipientes donde ocurre su “digestión” (Foster, et. al, 2009, p. 209), como se denomina la etapa de reordenamiento del anhídrido α-sulfonado (IV, Figura 1.2) en éster sulfonado, durante la cual se libera una molécula de SO3 que, a su vez, sirve para sulfonar una nueva molécula de éster metílico. Finalmente, la corriente rica en ésteres metílicos sulfonados se blanquea (por tratamiento con peróxido de hidrógeno en metanol) y se neutraliza con hidróxido de sodio para generar el correspondiente sulfonato.

Primera etapa:


ROCH3

OSOO

O+

rápidoR

O

OSOCH3

O

O(I)

RO

OSOCH3

O

O(I)

RO

OSOCH3

O

O

H

(II)

RO

OSOCH3

O

O

H

(II)SOO

O+

R

O

OS OCH3O

O

H

SO OO (III)

R

O

OS OCH3O

O

H

SO OO

(III)

RO

OSOCH3

O

O(IV)SO

O OH Segunda etapa:

RO

OSOCH3

O

O(IV)SO

O OH

lentoROCH3

O

+ ROCH3

O

SOO OH

2

Figura 1.2. Mecanismo de la sulfonación de ésteres metílicos de ácidos grasos (extraído de Lewandowski & Schwuger, 2003, p. 425).

Los MES han probado ser buenos detergentes en condiciones de lavado diversas, lo cual guarda correspondencia con su gran capacidad para adsorberse en y dispersar, tanto partículas sólidas como residuos aceitosos. Adicionalmente, han mostrado ser buenos agentes solubilizantes (Satsuki, Umehara & Yoneyama, 1992), y toleran bien los iones calcio. A pesar de su buen desempeño, la producción de MES de buena calidad está sujeta a una serie de problemas, razón por la cual los MES aún no representan una parte importante del mercado de surfactantes (Lewandowski & Schwuger, 2003, p. 426). Por una parte, el proceso tiende a generar subproductos coloreados cuya remoción requiere una operación adicional de blanqueado. Por otra parte, la facilidad con la cual se hidroliza el grupo éster tiende a generar la sal disódica de ácido graso sulfonado, la cual, a pesar de su estructura anfifílica, no posee buenas propiedades surfactantes (Satsuki, et. al, 1992). Este problema de hidrólisis representa un obstáculo para la formulación de productos detergentes en solución. La producción de MES de buena calidad también requiere equipos más complejos que los que se usan en la producción de alquilbenceno sulfonatos (LAS), o de sulfatos de alcoholes alifáticos (Foster, et. al, 2009, p. 218).

Otra importante familia comercial de surfactantes derivados de ésteres metílicos de ácidos grasos es la de

los ésteres etoxilados (conocidos con el acrónimo MEE, del inglés methyl ester ethoxylates). La preparación de estos surfactantes noiónicos ha sido descrita en varios resúmenes y capítulos de libros (Szymanowski, 2009; Cox & Weerasooriya, 2003; Cox & Weerasooriya, 1997). El mecanismo generalmente aceptado para la etoxilación directa de ésteres metílicos de ácidos grasos con óxido de etileno, propuesto por Cox & Weerasooriya (1997), comprende la serie de pasos que se describe en la Figura 1.3. En primer lugar, el catalizador metálico (con M igual a Ca o Al) reacciona con óxido de etileno para formar un alcoxietoxilato, el cual, posteriormente, reacciona con éster metílico de ácido graso, en una transesterificación, para dar lugar a un éster etoxilado y un metóxido coordinado con el metal. Posteriormente, la adición sucesiva de más moléculas de óxido de etileno al alcóxido o al alcoxietóxido coordinados con metal da lugar a alcoxipolietoxilatos, los cuales, por transesterificación con ésteres metílicos forman ésteres metílicos de ácidos grasos polietoxilados. En la transesterificación el equilibrio se encuentra desplazado hacia la derecha, debido a que la reacción se desarrolla con exceso de éster metílico respecto al alcóxido metálico.


CO

R OCH3 M(OR')+EO

CO

R OCH3 + MR'O(EO) OR'(exceso) (exceso)

CO

R OCH3 + MR'O OCH3(exceso)

CO

R (EO) OR' +

EO (2)

transesterificación (1)

CO

R OCH3 + MR'O (EO)(exceso)

CO

R (EO) OR' + MR'O(EO) OCH3 + OCH3

transesterificación (3)

CO

R OCH3 + MR'O (EO)(exceso)

CO

R (EO) OR' + MR'O(EO) OCH3 + OCH3CO

R O(EO)CH3 +

Repetición de los pasos 2 y 3

CO

R O(EO)xCH3 + complejos de catalizador residuales

M = Ca o Alx = moles de EO

Figura 1.3. Mecanismo para la etoxilación directa de éstres metílicos de ácidos grasos con óxido de etileno

propuesto por Cox y Weerasooriya (1997).

Un mecanismo alterno, propuesto por Hama, Okamoto, Hidai & Yamada (1997), sugiere que la reacción comienza con la adsorción química disociativa del éster metílico, lo cual conduce a la formación de un ión acilio (RCO+) y de un ión metóxido, enlazados, respectivamente, a los sitios negativos y positivos de la superficie de un catalizador sólido, compuesto por óxidos de magnesio y de aluminio (Figura 1.4). La polarización del óxido de etileno por interacción con los sitios ácidos del catalizador facilita la formación de metoxietoxilato (―OCH2CH2OCH3). Hama et al. (1997) demostraron, mediante el uso de dodecanoato de metilo marcado con 18O, que la inserción de la primera unidad de óxido de etileno siempre ocurre entre el carbono carbonílico y el grupo metóxido, y que las adiciones posteriores de unidades de óxido de etileno ocurren entre el carbono carbonílico y el oxígeno del grupo ―(OCH2CH2)n―18OCH3, de forma similar a como ocurre la polimerización de etileno por el mecanismo aniónico de coordinación.

La oxietilación de los esteres metílicos de ácidos grasos se efectúa en reactores típicos de oxietilación de alcoholes. Estos inicialmente se cargan con éster metílico y catalizador, y el éster se seca por calentamiento a 150° C. Después de purgar con nitrógeno y calentar a 175 – 185° C, se efectúan pequeñas inyecciones de óxido de etileno en forma cíclica. Finalmente el óxido de etileno excedente se purga con nitrógeno. El ajuste de la relación molar de óxido de etileno a éster metílico permite modular el balance hidrofílico-lipofílico del producto (Szymanowski, 2009, p. 275). Cox & Weerasoriya (1998) compararon algunas propiedades de los MEE con las de alcoholes etoxilados (AE), tratando de correlacionarlas con su diferencias estructurales. Hallaron que, en general, los ésteres metílicos etoxilados son térmicamente tan estables como los alcoholes etoxilados, aunque más sensibles a la hidrólisis alcalina. La presencia del metilo terminal en los MEE hace que la interacción con las moléculas de agua no sea tan efectiva como en los alcoholes etoxilados. Como consecuencia los MEE muestran, en general, puntos de nube más bajos, pero menos tendencia a formar geles y soluciones viscosas. Esta última es una ventaja con respecto a los AE, puesto que facilita la formulación de productos líquidos. Por otro lado, los MEE tienen valores de concentración micelar crítica (CMC) un poco mayores que los alcoholes etoxilados, aunque permiten alcanzar tensiones superficiales a la CMC más bajas. Los MEE también muestra menos tendencia a formar espumas que los alcoholes etoxilados, probablemente debido a la rigidez estructural causada por el grupo carbonilo (véase la Figura 1.5), y a la ausencia de un grupo hidroxilo terminal en la cadena de


polióxido de etileno. Finalmente, los MEE son más biodegradables y muestran una toxicidad acuática más baja que los alcoholes etoxilados. A pesar de su satisfactorio desempeño y de que son más amigables al medio ambiente, los MEE no cumplen con todas las pautas de una industria química sustentable, pues parte de su estructura es aportada por el óxido de etileno, un producto petroquímico.

CO

R OCH3AlO O Mg

CO

R OCH3

EO

AlO O Mg

CO

R OCH3O

AlO O Mg

CO

R OCH2CH2OCH3CO

R OCH2CH2OCH3

(n-1)EO

AlO O Mg

CO

R OCH2CH2(OCH2CH2)nOCH3CO

R (OCH2CH2)nOCH3

Figura 1.4. Mecanismo para la etoxilación directa de éstres metílicos de ácidos grasos con óxido de etileno propuesto por Hama et al. (1997).

C11H23 C OO

(CH2CH2O)7CH3 O (CH2CH2O)7HC11H23 CH2

Éster metílico etoxilado (MES) alcohol etoxilado (AE)

Figura 1.5. Molelo estructural tridimensional de un éster metílico etoxilado y de un alcohol etoxilado con siete unidades de óxido de etileno

(extraído de Cox & Weerasooriya (1997)).

La presencia de enlaces dobles carbono-carbono en algunos ácidos grasos (o en sus respectivos ésteres metílicos) ofrece la oportunidad de obtener derivados muy diversos, algunos de los cuales pueden ser útiles en la síntesis de surfactantes, aunque para lograrlo se requieren materiales procedentes de fuentes no renovables. Por ejemplo, la metátesis de ésteres metílicos monoinsaturados con etileno (10 bar), en presencia de un catalizador de


ruteno (el complejo dicloruro de bis(triciclohexil fosfina)benciliden ruteno), genera α-olefinas y ésteres metílicos ω-insaturados (Figura 1.6). Las α-olefinas pueden sulfonarse para obtener surfactantes aniónicos, como muestran las ecuaciones en el esquema de la Figura 1.7 (Berger & Dado, 2004, p. 402). Por otro lado, la epoxidación del doble enlace carbono-carbono de los ésteres metílicos ω-insaturados, y la reacción posterior de este epóxido con N-metilglucamina conduce a la obtención de un surfactante derivado de azúcar (Figura 1.8), como demostraron Warwel, Brüse, Demes, Kunz & Rüsch gen. Klaas (2001).

nOCH3

Om

+H2C CH2

Ru

PCy3

ClPCy3

Cl

Ph10 bar, 50° C, 2 hRu/éster = 1/4000 (molar)

conv. = 58 - 74%

nOCH3

Om+

complejo Ru carbeno

α-olefinas ésteres metílicos ω-insaturados

M n éster metílico éster metílico ω-insaturado

1 2 5 9

7 4 1 1

5-eicosenoico petroselínico

oléico erúcico

5-hexenoico 6-heptenoico 9-decenoico

13-tetradecenoico

Figura 1.6. Metátesis de ésteres metílicos de ácidos grasos monoinsaturados con etileno (Extraído de Warwel et. al (2001)).

CH3(CH2)XCH=CH2 + SO3

CH3(CH2)X-1CH=CHCH2SO3H CH3(CH2)X-1CHCH2CH2

O SO2

+

ácidos alqueno sulfónicos sultonas

NaOH,H2O

CH3(CH2)X-1CH=CHCH2SO3Na CH3(CH2)X-1CHCH2CH2

OH SO3Na

+

alqueno sulfonatos hidroxialcano sulfonatos

α-olefinas

benceno,H+

CH3(CH2)m-CH(CH2)nSO3H

R

ácidos arilalquil sulfónicos

NaOH, H2O

CH3(CH2)m-CH(CH2)nSO3H

R

arilalquil sulfonatos

Figura 1.7. Síntesis de sulfonatos a partir de α-olefinas (Adaptado de Berger & Dado (2004)).

NHO

OH OH

OH OH CH3

OCH3

Om

OHNH

HOOH OH

OH OH

CH3

N-metilglucamina

OCH3

OmO

+

éster metílico ω-insaturado

Metanol

70° C

Figura 1.8. Síntesis de anfíflilos mediante reacción de N-metilglucamina con epóxidos de ésteres metílicos

ω-insaturados (Warwel et. al, 2001).


1.3. Alcoholes y aminas alifáticas. Los alcoholes alifáticos son el punto de partida para la manufactura de importantes familias de

surfactantes, como los alquilsulfatos, alquiletersulfatos, alcoholes polietoxilados y alquilpoliglucósidos (Scheibel, 2009). Por tanto, en lo que respecta a la biosostenibilidad de la producción de surfactantes, no sólo es afortunado que los alcoholes alifáticos puedan sintetizarse a partir de ácidos grasos, y no sólo a partir de derivados del petróleo, sino que es maravilloso que la porción de materia prima renovable utilizada en la producción de alcoholes alifáticos esté creciendo (Metzger & Bornscheuer, 2006). Esto se compagina con la información revelada por firma de investigación y consultoría Oleoline (Hong-Kong), según la cual la producción de alcoholes alifáticos provenientes de la industria oleoquímica representó en 2015 un 77% de la producción total global de alcoholes alifáticos para la industria de los detergentes (American Oil Chemists' Society, 2015).

Son dos los procesos industriales más importantes para obtener alcoholes a partir de ácidos grasos. El proceso JM Davy comprende una etapa de esterificación de ácidos grasos con metanol, seguida por una etapa de hidrogenólisis de los ésteres metílicos catalizada por un catalizador de cobre en un reactor de lecho fijo. El metanol generado durante esta última etapa se recircula hacia la etapa de esterificación. El proceso Lurgi comprende igualmente una etapa de esterificación seguida de hidrogenólisis en un reactor de lecho fijo, pero se diferencia del proceso JM Davy en que los ácidos grasos son convertidos en ésteres por acción de una corriente alcoholes alifáticos recirculada desde la corriente de producto (Zwijnenburg, 2013, p. 177; Lo & Cameron, 2012, p. 4; Johnson Matthey Davy Technologies Limited, 2014). La ruta oleoquímica permite obtener alcoholes lineales saturados, con número par de átomos de carbono, y con un rendimiento de 95% con base en la corriente de triglicéridos alimentada (Scheibel, 2009, p. 117). En contraste, los procesos petroquímicos producen alcoholes de cadena lineal acompañados de cierta cantidad de alcoholes ramificados (procesos OXO, Bashkirov, y otros)2. La hidrogenación directa de los triglicéridos también es posible. Este proceso, no obstante, no tiene aplicación a escala industrial, ya que comparativamente requiere más hidrógeno y usa más catalizador, pues la glicerina también es reducida a propilenglicol y propanol (Noweck, 2002).

O

O

O

C

C

C

ORO

O

R

R

base

OH

OH

OH + 3 x OCO

R CH3+CH3OH

OCO

R CH3H2

cat.R OH + CH3OH

Transesterificación

Ácidos grasos

Metanol

Alcoholes

Ésteres metílicos

Hidrogenación catalítica

Refinamiento

H2

Figura 1.9. Producción de alcoholes alifáticos a partir de ácidos grasos mediante el proceso JM Davy (adaptado de Johnson Matthey Davy Technologies Limited (2014)).

2 Con excepción del proceso de Ziegler, el cual produce alcoholes primarios lineales, saturados, y con número par de átomos de carbono (Chupa, et al., 2007, p. 1719).


Mediante auto condensación de alcoholes saturados lineales, en medio alcalino y con la ayuda de un catalizador hidrogenante/deshidrogenante (níquel Raney, p.ej.), se obtienen alcoholes primarios ramificados, denominados alcoholes tipo Guerbet. El mecanismo de la reacción se muestra en la Figura 1.10. Los alcoholes tipo Guerbet poseen características interesantes para la diseño de surfactantes: por una parte, poseen una función alcohol primaria, la cual, con el tratamiento adecuado, es un buen sustrato en reacciones de sustitución nucleofílica bimolecular, pero además, proporcionan al surfactante una cadena lipofílica ramificada que, por un lado, mejora ligeramente la solubilidad de los surfactantes en agua y, por otro lado, mejora la capacidad del surfactante para producir tensiones interfaciales agua-aceite ultra bajas y mayor solubilización en microemulisón (Doe, Wade & Schechter, 1977; Salager, 1999, p. 294). Otras características ventajosas de los surfactantes ramificados tipo Guerbet es que son menos tóxicos al ambiente acuático y se biodegradan con más facilidad que sus análogos de cadena lineal (Johansson, 2004).

Deshidrogenación:

ROH2 R

H2

O

+ H2

Condensación aldólica:

RH2

OR

HHO

R

H

OR

R

H

O

aldol aldehído α,β-insaturado

- H2O

Deshidrogenación:

R

RH

OR

OH2+ RH2

OR

R

H

OH+

alcohol Guerbet

Figura 1.10. Síntesis de alcoholes tipo Guerbet (Scheibel, 2009, p. 126). Además de los alcoholes alifáticos, las aminas alifáticas primarias son insumos importantes para la

industria de los surfactantes, pues estos oleoquímicos constituyen el punto de partida para la producción de surfactantes catiónicos, como los del tipo cloruro de dialquil dimetilamonio, cloruro de alquil trimetilamonio y cloruro de metil-bis(polietoxi)alquilamonio. Como se aprecia en la Figura 1.11, éstos se caracterizan por tener al menos una cadena carbonada C6 – C22 unida a un grupo amonio cuaternario. Los surfactantes del tipo cloruro de dialquil dimetilamonio han dejado de usarse en la formulación de suavizantes de ropa debido a su pronunciada resistencia a la biodegradación, y han sido reemplazados parcialmente por surfactantes de tipo éster cuaternario (Knepper & Berna, 2003, p. 18), cuya fórmula estructural también se muestra en la Figura 1.11.

NH3C

CH3n

nCl

NCH3

H3CCH3

n

Cl

N CnH2n+1O

O

CH3O

H

OH

n

n Cl N CH3

OCH3

O

O

O

n

n Cl

Figura 1.11. Estructura de los surfactantes catiónicos típicos: cloruro de dialquil dimetilamonio, cloruro de alquil trimetilamonio, cloruro de metil-bis(polietoxi)alquilamonio y de un surfactante catiónico tipo éster cuaternario (en este orden, de izquierda a derecha).


La ruta de síntesis comúnmente practicada a escala industrial para obtener aminas primarias (Figura 1.12)

se basa en la hidrogenación de nitrilos (Franklin, Hoey & Zachwieja, 2001, p. 23; Behler, 2009, p. 367). Los nitrilos se preparan poniendo en contacto una mezcla de ácidos grasos y amoníaco con catalizadores deshidratantes (ZnO y bauxita son los más frecuentes) en un reactor, a temperatura próxima a los 300° C. Su hidrogenación se efectúa en presencia de un catalizador de níquel o de otro metal noble. Durante esta etapa se añade amoníaco para evitar la formación de aminas secundarias y terciarias, producto de la adición de una alquilamina a un compuesto intermedio tipo imina, como se aprecia en la Figura 1.12.

C NRH2 / NiNH3

ZnO,>250° C

NH3

>150° C

H2 / Ni

NH3

+H2

-NH3

R NH2R

NH

HR

O

OH R

O

NH2

R NH

R

R NH

NH2

R R NH

R

R N R

R NH2

R NH2

+H2

-NH3

R N R

R

ácidograso

amida nitrilo

amina terciaria

aminasecundaria

imina

aminaprimaria

Figura 1.12. Síntesis industrial de aminas primarias (Adaptado de Franklin et al. (2001, p. 25)).

1.4. Otros compuestos hidrofóbicos de origen natural. Aunque los ácidos grasos y sus derivados (alcoholes y aminas grasas) son tradicionalmente importantes

en la síntesis de surfactantes, existen compuestos naturales hidrofóbicos que también han sido utilizados con este propósito; de hecho, algunos de estos productos han encontrado aplicación industrial. Este es el caso del ácido abiético (sección 1.4.2), cuyo éster monoglicérico se usa como solubilizante de esencias en bebidas embotelladas (Simon, 1967), o el del D-α-tocoferol (sección 1.4.4), a partir del cual se producen ésteres polietilenglicólicos de succinatos de D-α-tocoferol, los cuales han hallado aplicación como emulsificantes en la formulación de productos farmacéuticos (Mangiafico, Aleo, Saita & Cro, 2011; Zhao, 2007; Wu, 2002). Los aspectos más relevantes de estos compuestos, y de otros como el colesterol, el cardanol y el ácido glicirretínico, y algunos ejemplos de su aplicación en la síntesis de surfactantes son revisados en este capítulo.

1.4.1. Colesterol y otros esteroles. Los esteroles son compuestos orgánicos cuya estructura se caracteriza por la presencia de un núcleo

tetracíclico perhidrociclopentenofenantreno y de un grupo hidroxilo en C-3. Además, presentan una cadena lateral con 8 a 10 átomos de carbono unida a la posición 17, y un enlace doble en alguno de los anillos, con excepción del β-sitostanol (Figura 1.13). Los esteroles son sintetizados por plantas y animales. Los de origen animal se extraen a partir de la grasa que secreta el ganado lanar (lanolina), y contienen principalmente colesterol y lanosterol (Svensson & Brinck, 2003, p. 219). Los esteroles de las plantas, o fitosteroles, se obtienen a partir de la fracción insaponificable de los aceites y grasas vegetales crudos, la cual representa aproximadamente el 2% (O’Brien, 2009, p. 8). Cada tipo de planta tiene una distribución característica de fitosteroles (β-sitosterol, stigmasterol, campesterol, entre otros); el colesterol es muy escaso en los aceites vegetales (Gunstone, 2004, p. 26).


El interés por el uso de esteroles en la preparación de surfactantes se ha fundado en la semejanza de su

estructura molecular con la de los nonilfenoles de cadena ramificada (Svensson, & Brinck, 2003, p. 217; Koide & Esumi, 2003, p. 311). Existen algunos surfactantes con parte hidrofóbica constituida por esteroles disponibles en el mercado; casi todos éstos son esteroles polietoxilados, tales como esteroles de soya etoxilados (Generol® 122 N E-16, E-10 y E-5, de BASF-Cognis), esteroles de colza etoxilados (Generol® R E5, de BASF-Cognis), y lanolina etoxilada (Solulan™ 75, de Lubrizol Corp.; Laneto 50, de Cornelius Group plc).

Otros esteroles polietoxilados comerciales aparecen reseñados en los resúmenes de Folmer (2003) y de

Svensson & Brinck (2003), y en la obra de De Groot, Nater & Weyland (1994, p. 673 – 674). Debido a que la etoxilación comercial de los esteroles generalmente se efectúa con oxido de etileno y catálisis básica, el producto suelen contener especies con una amplia distribución de número de unidades de óxido de etileno. Esto se debe a que el esterol es un alcohol secundario y, por tanto, se encuentra estéricamente más impedido que el producto etoxilado (Folmer, 2003). Patel, Li, Schuh & Baldeschwieler (1984), y luego Meissner, Grassert, Oehme, Holzhüter & Vill (2000), lograron sintetizar colesterol polietoxilado con una distribución de unidades de óxido de etileno más estrecha, mediante tosilación del colesterol, y posterior reacción de éste con trietilenglicol, o con tetraetilenglicol, en presencia de hidruro de sodio. A partir de trietoxicolesterol y de tetraetoxicolesterol, Meissner et al. (2000) sintetizaron sulfatos y sulfonatos según el procedimiento que se describe en el esquema de la Figura 1.14.

Aunque la información no es abundante, algunos datos sobre el comportamiento de agregación de los esteroles polietoxilados sugieren que el grupo esteril posee un carácter hidrofóbico semejante al del grupo n-dodecil, tal como afirman Koide & Esumi (2003, p. 312). Esto es lo que se puede deducir a partir de la similitud de los valores de CMC del colesterol polietoxilado (Ch(EO)n), publicados por Barakat, Gendy & Ibrahim (2008) y que se muestran en la Tabla 1.2, y de los valores de CMC de alquiléteres polietoxilados con el mismo grado de etoxilación, compilados por Berthod, Tomer & Dorsey (2001). Otros datos sobre la CMC y otras propiedades (punto de nube y HLB) de esteroles polietoxilados han sido compilados por Folmer (2003), Svensson & Brink (2003, p. 225), y por Koide & Esumi (2003, pp. 313-314).

HO 3

17

colesterolHO

lanosterol

HOβ-sitosterol

HOstigmasterol

HOcampesterol

HOβ-sitostanol

Figura 1.13. Estructura molecular de diferentes esteroles.


R = colesterol TsCl

piridinaROTs

1. NaH

R(OCH2CH2)nOH ClS

OH

O O2.HO(CH2CH2O)nH

OO S

ONa

O

On

R

R = colesterol

TsCl

piridinaROTs

1. NaH

R(OCH2CH2)nOH ClS

OH

O O2.HO(CH2CH2O)nH

1. NaH

SO O

O2.

OO S

ONaO

On

R

Figura 1.14. Síntesis de sulfatos y sulfonatos de trietoxicolesterol y del tetraetoxicolesterol con n = 3,4 (Meissner et al., 2000).

Tabla 1.2. Algunas propiedades del colesterol polietoxilado (Barakat et al., 2008).

Surfactante EON promedio Punto de Nube, ° C

Intervalo de fusión, ° C

CMC, M @ 28 ° C

Ch-(7,37) 7,37 71 67-84 0,0036 Ch-(10,16) 10,16 75 65-80 0,0025 Ch-(13,87) 13,87 78 60-73 0,0017

Ch-(14,75) 14,75 84 58-71 0,0016 Ch-(15,23) 15,23 86 55-68 0,0015

Ch-(16,89) 16,89 89 51-65 0,0014 Ch-(19,52) 19,52 92 45-58 0,0011 Ch-(23,19) 23,19 >100 40-55 0,00098

Ch-(32,56) 32,56 >100 40-48 0,00072 Ch-(33,90) 33,9 >100 40-48 0,00070

Ch-(37,53) 37,53 >100 40-48 0,00065

EON: número promedio de unidades de óxido de etileno. Tampoco abundan datos de tensión superficial de los esteroles polietoxilados. Folmer, Svensson,

Holmberg & Brown (1999) publicaron valores de 31, 34 y 42 mN/m para surfactantes constituidos por fitoesteroles con 10, 20 y 30 unidades de óxido de etileno, respectivamente, lo que indica que estos compuestos son tan efectivos reduciendo la tensión superficial como los alquiléteres polietoxilados (Koide & Esumi, 2003, p. 312). Sin embargo, en el mismo artículo también se advierte que toma más de 150 min. para que la tensión superficial de las soluciones de esteroles polietoxilados alcance el valor de equilibrio. Svensson & Brink (2003, p. 225) atribuyen esta particularmente lenta dinámica superficial a que la estructura abultada y relativamente rígida del grupo colesterol dificulta el proceso de alineamiento y de agregación. Debido a esta característica, la aplicación de surfactantes basados en colesterol polietoxilado en procesos que requieren rápida acción interfacial es limitada. Otro aspecto interesante sobre los esteroles polietoxilados es que la curva de CMC en función del número de unidades de óxido de etileno desciende, en lugar de ascender, como ocurre con los alcoholes alifáticos


polietoxilados. Svensson & Brink (2003, p. 224) atribuyen esta tendencia a la dinámica de adsorción particularmente lenta de los esteroles polietoxilados (lo que puede que reste validez a unos datos que se refieren al valor de una propiedad en estado de equilibrio). También es importante tener en cuenta que los productos comerciales siempre son mezclas de esteroles con varios grados de etoxilación, lo que dificulta correlacionar las propiedades de los surfactantes con su estructura.

En virtud de la demostrada capacidad superior de los surfactantes tipo alquil-(polióxido de propileno)-(polióxido de etileno)-sulfato (R-(PO)n-(EO)m-O-SO3

-) para solubilizar aceites polares (Miñana-Pérez, Graciaa, Lachaise, & Salager, 1995a; Miñana-Pérez, Graciaa, Lachaise, & Salager, 1995b; Salager et al., 2005), Teshigawara, Miyahara, Fukuhara & Oka (2009) investigaron la capacidad solubilizante de surfactantes constituidos por fitoesterol-(polióxido de propileno)-(polióxido de etileno) (véase su fórmula estructural en la Figura 1.15), hallando, no sólo que el diagrama de fase del sistema fitoesterol-PO7-EO30/agua/diisoestearato de glicerilo posee una región de microemulsiones más amplia que la que se aprecia en el diagrama de fase del sistema fitoesterol-EO30/agua/diisoestearato de glicerilo, como se advierte en la Figura 1.16, sino también que el surfactante fitoesterol-PO7-EO30 tiene mayor capacidad para solubilizar agentes bloqueadores solares que el fitoesterol-EO30. Puesto que el bloque de polióxido de propileno es relativamente hidrofóbico (Miñana-Pérez et al., 1995a), es probable que esta región actúe como una extensión que proporciona flexibilidad a la parte hidrofóbica de los surfactantes fitoesterol-PO7-EO30, la cual contiene un núcleo esteroideo relativamente rígido.

OO

OH

n m

Figura 1.15. Estructura química del anfífilo fitoesterol-(polióxido de propileno)m-(polióxido de etileno)n.

a) b)

Figura 1.16. Diagrama de fase de los sistemas fitoesterol-PO7-EO30/agua/diisoestearato de glicerilo (a) y fitoesterol-EO30/agua/diisoestearato de glicerilo (b) (Teshigawara et al., 2009).

Los esteroles también han sido convertidos en glicósidos, con el propósito de obtener surfactantes

derivados de biomasa que sean más biodegradables, aunque algunos esterilglicósidos con actividad interfacial han sido aislados de fuentes naturales Folmer (2003). Como se describe en el esquema de la Figura 1.17, la glicosidación de esteroles implica la reacción selectiva del esterol con el carbono anomérico (el carbono hemicetálico) de una molécula de sacárido, y consiste, básicamente, en una acetalización mediada por algún


donante de glicósido (véase la sección 2.3.2. en la cual se tratan algunos aspectos sobre la glicosidación de sacáridos y su aplicación en la síntesis de surfactantes). Según explica Pellissier (2004) en su resumen sobre la glicosidación de esteroles, esta reacción no ocurre fácilmente, debido a la baja reactividad de la función alcohol secundaria del núcleo esteroideo. Es por ello que los diferentes métodos de glicosidación de esteroles que existen se basan en la activación del grupo saliente del donante de glicósido por diferentes medios. Muchos de estos métodos se encuentran ampliamente descritos en el resumen de Pellissier (2004).

HO

O

X+

O

O

Donante de glicósido

X = grupo saliente Esterol glicósido esteroideo

Figura 1.17. Esquematización de la glicosidación de esteroles. Piispanen et al. (2002) sintetizaron los glicósidos esteroideos que se muestran en la Figura 1.18. Estos

compuestos fueron preparados mediante reacción del respectivo esterol con bromuro de 2,3,4,6-tetra-O-benzoil-D-glucopiranosa (glucosa con hidroxilos en C-2, -3, -4 y -6 protegidos), en presencia de Hg(CN)2, en benceno o tolueno. Todos éstos resultaron muy poco solubles en agua y sólo levemente solubles en solventes orgánicos, razón por la cual su actividad surfactante tuvo que ser determinada a través de la medición de su capacidad para reducir la CMC de disoluciones de dodecilsulfato de sodio (SDS). Piispanen et al. (2002) evaluaron la actividad superficial de los compuestos I, III y IV, de los cuales el III resultó ser el que redujo más pronunciadamente la CMC de las disoluciones de SDS (CMC(SDS) = 10 mM; CMC(SDS/compuesto III = 92:8)= 0,6 mM).

O

O

OH

HOHO

OH O

O

OH

HOHO

OHO

H

colesteril-β-D-glucopiranosido (I)

colestan-6-ona-β-D-glucopiranosido (III)

O

O

OH

HOHO

OHO

O

O

OH

HOHO

OHOH

H

colesteril-O-etilenglicol-β-D-glucopiranósido (II) colestan-3,6-diol-β-D-glucopiranosido (IV)

Figura 1.18. Esterilglucósidos preparados por Piispanen et al. (2002)

Por otro lado, Chambert et al. (2007) sintetizaron otra serie de glicoesteroides, mediante condensación de lactona de carboximetil glicósido (CMGL) con aminas derivadas de colesterol y de colestanol, como se muestra en el esquema de la Figura 1.19. La lactona de carboximetil glicósido es un producto que obtiene a partir de isomaltulosa, mediante oxidación con peróxido de hidrógeno y posterior acetilación (Trombotto, Bouchu, Descotes & Queneau, 2000), como se describe en el esquema de la Figura 1.20. Por otro lado, el 3-aminocolesterol y el 3-aminocolestanol se sintetizan a partir de colesterol y de colestanol, respectivamente,


mediante el procedimiento (Kan, Yan & Bittman, 1992) que se describe en la Figura 1.21. Transformar un esterol en la respectiva amina por simple sustitución nucleofílica sería muy difícil, debido a que la función alcohol de los esteroles es secundaria. Según reseñan Chambert et al. (2007), sólo los glicoesteroides preparados a partir de colestanol (dihidrocolesterol) pudieron formar cristales líquidos en un limitado intervalo de temperatura. Los autores atribuyen estos resultados a la rigidez de los compuestos insaturados, y proponen insertar un espaciador más flexible entre el núcleo esteriodeo y la parte hidrofílica para mejorar sus propiedades surfactantes y de agreagación.

H2N

colestanolCMGL N

H

OHOHO

OOH

OH

O

Figura 1.19. Preparación de glicoesteroides a partir de isolamltulosa (Chambert et al., 2007).

OHOHO

OOH

OH

OH

HHO

O

OH

OH

[O]

OHOHO

OOH

OH

OH

O

acetilación

OHOHO

OO

OH

O

Isomaltulosa carboximetil glicósido (CLG)

carboximetil glicósido Lactona (CMGL)

Figura 1.20. Preparación de carboximetil glicosido lactona a partir de isomaltulosa (Trombotto, et al., 2000).

HO

1. Ph3P / benceno

2. / bencenoHN N N

N N OOO

O (DEAD)

3. / benceno

NN

N

NN

N1. LiAlH4 / eter2. H2O

H2N

Figura 1.21. Preparación de 3-α-aminocolesterol a partir de colesterol (Kan et al., 1992).

1.4.2. Ácidos de resinas de madera y sus derivados. Son ácidos que se extraen de la corriente de desecho del proceso de digestión de la pulpa de madera para

extraer pulpa de papel. Durante el proceso de pulpado alcalino los ácidos orgánicos se saponifican y quedan disueltos en fase acuosa, pero a medida que avanza la evaporación de esta corriente los jabones se acumulan en la superficie, de donde son recuperados. Estos jabones son centrifugados, para eliminar la máxima cantidad de impurezas (ligninas y otras especies presentes en el licor negro), y luego son tratados con ácido, convirtiéndose en una fase aceitosa (aceite de lejías celulósicas, en inglés “tall oil”), la cual está compuesta, principalmente, por ácidos orgánicos policíclicos (denominados ácidos de resina), ácidos grasos, y compuestos neutros. Mediante


destilación en vacío este aceite se separa en una serie de fracciones, de las cuales la más rica en ácidos policíclicos se conoce como “resina de aceite de lejías celulósicas” (o “tall oil resin”, en inglés), mientras que la más rica en ácidos grasos se conoce y comercializa con el nombre “TOFA” (acrónimo del nombre en inglés “tall oil fatty acid”). Como se aprecia en la Tabla 1.3, los principales componentes del TOFA son los ácidos oleico y linoléico. Por otro lado, la resina de aceite de lejías celulósicas está constituida principalmente por los ácidos: abiético, deshidroabiético, isopimárico, palústrico y pimárico, entre los cuales el abiético es el más importante debido a su mayor abundancia (véase la Tabla 1.4). Estos últimos son ácidos orgánicos con una estructura tricíclica hidrofenantreno, como se puede observar en la Figura 1.22.

Tabla 1.3. Valores típicos de ciertas propiedades y composición de los ácidos grasos del aceite de lejías celulósicas

Escandinavia Estados Unidos

Número ácido 195 197 Valor de yodo 150 130 Ácidos de resina, % 2 1 Insaponificables, % 2 1,5

Ácidos grasos, %

Saturados 2 2 Oleico (18 : 1) 30 48 Linoléico (18 : 2) 44 37 Linolénico (18 : 3) 10 3 Conjugados (18 : 2) 6 6 Otros 4 2,5

Fuente: Norlin, L.-H. (2002). Tall Oil. En Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (6ª ed.). Edición digital en CD-ROM

Tabla 1.4. Valores típicos de ciertas propiedades y composición de algunas resinas de madera y de resinas de aceite de lejías celulósicas.

Colofonia de

goma

Colofonia de madera

Resina de aceite de lejías celulósicas Estados

Unidos Escandinavia

I II

Número ácido 167 157 174 173 180 Punto de reblandecimiento, ° C

78

73

75

66

75

Ácidos de resina, % 90 85 92 90 95 Ácidos grasos, % 2 4 2

Composición de los ácidos resínicos, %

Pimárico 7 7 2 3 3 Palústrico 20 8 7 8 7 Isopimárico 15 15 8 6 6 Abiético 30 50 40 40 40 Deshidroabiético 5 8 20 22 23 Neoabiético 15 5 3 4 4

Fuente: Norlin, L.-H. (2002). Tall Oil. En Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (6ª ed.). Edición digital en CD-ROM.


La idea de aprovechar los ácidos resínicos en la obtención de surfactantes no es reciente. En 1934 se publicó una patente que describe el proceso para fabricar sulfoalquil esteres de ácido abiético, o de ácido abiético hidrogenado (Henke, Prahl & Weiland, 1934), mediante la reacción de abietato de sodio (o de hidroabietato de sodio) con 2-bromoetanosulfonato de sodio, o bien mediante reacción de cloruro de abietoilo (o de hidroabietoilo) con 2-hidroxietanosulfonato de sodio. El propósito de sintetizar estos compuestos era su posible aplicación como humectantes. Actualmente los surfactantes basados en ácidos resínicos comercialmente más importantes son los ésteres glicéricos de resina, los cuales se usan en la preparación de algunas bebidas refrescantes, para mantener los aceites saborizantes en suspensión (Speijers, s. f.; Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives, 1996). El uso de abietato de glicerilo para estabilizar aceites esenciales de cítricos en suspensiones acuosas fue propuesto por primera vez en 1967 (Simon, 1967). Debido a que el grupo carboxilo de los ácidos resínicos se encuentra unido a un carbono terciario, la esterificación de la resina con glicerol requiere temperatura alta (entre 265 y 271° C) (Ender, 1941). Este impedimento estérico también hace difícil la hidrólisis de los ésteres glicéricos de resina, así que aunque son difíciles de preparar también son relativamente estables (Tan, 2004, p. 488-489).

H

H

OHO

H

OHO

H

OHO H

abiético deshidroabiético neoabiético

H

H

OHO

H

H

OHO

H

OHO

pimárico isopimárico palústrico

Figura 1.22. Fórmula estructural de los principales ácidos de la resina de aceite de lejías celulósicas. Existen numerosos ejemplos de la utilización de resina, o de ácido abiético, en la síntesis de nuevos

surfactantes. Muchos de éstos han sido reseñados por Rao (2012) en un amplio resumen, en el cual también se describen algunas de las propiedades fisicoquímicas (CMC, γCMC, temperatura de Krafft, temperatura de nube, entre otras) de estos compuestos. En buena parte de los casos reseñados, los surfactantes basados en ácido abiético y otros aceites de resina han sido obtenidos mediante reacción de la función ácido con poliglicoles (Figura 1.23(a)), con etanolamina (Figura 1.23(b)), o con otros compuestos con grupos hidrofílicos; o mediante reacción con compuestos que, a su vez, pueden ser enlazados a otras especies con grupos hidrofílicos, como óxido de etileno (Figura 1.23(c)), o epiclorhidrina (Figura 1.23(d)). Otros surfactantes han sido sintetizados a partir de deshidroabietilamina (Figura 1.23(e)), la cual probablemente se obtiene mediante acilación de amoníaco con ácido deshidroabiético, seguida de reducción.


a)

OOH

SOCl2

OCl

OOCH2CH2 n

OCH3

H OCH2CH2 nOCH3

Et3N

Piispanen, P. S., Kjellin, M.,

Hedman, B. & Norin, T. (2003). J.

Surf. Det., 6(2): 125–130

b)

OOH

ONH

O

H2N OH

OH

OO O

NH OO

OHO

1. NaHSO3

2. NaOH

ONH O

OONa

O

NaO3S

Jia, W.H., Song, Z.Q., Shang, S.B. &

Rao, X.P. (2008). Biomass Chemical Engineering, 2008,

42, 6.

c)

OOH

O

OO CH2CH2O H

n

base

Sun, Y., Yin, F.S. & Song, Z.Q. (2003).

En New Surfactants.

Beijing: Chemical Industry Press, p.5.

d)

OOH

O

base

Cl

OO CH2CHCH2Cl

OH

N

OO CH2CHCH2

OH

N

Cl

Sun, Y., Yin, F.S. & Song, Z.Q. (2003).

En New Surfactants.Beijing: Chemical Industry

Press, p.5.

e) NH2

O

NCH2CH2O

CH2CH2O

H

H

n

m

OO O

NCH2CH2O

CH2CH2O

Cn

m

CH

O H2C C

OONa

CHC

O

H2C C

OONa

SO3Na

SO3Na2. NaHSO3

1.

Jia, W.H., Song, Z.Q., Shang, S.B. &

Rao, X.P. (2008). Biomass Chemical Engineering, 2008,

42, 6.

f)

OOH

H2C CH

COOH

COOH

OOH

Halbrook, N.J. & Lavrence, R.V.

(1972). Industrial & Engineering Chemistry

Research, 11(2): 200 - 202.

g)

OOH

O

O

O

OOH

O

O

O

COO(CH2CHCH2O)pH

COO(CH2CHCH2O)mH

COO(CH2CHCH2O)nHOH

OH

OH

glicerol

B.J. Wang, Y. Yang, Y.H. Zhou

and H. Xie (2003). China Surfactant

Detergent and Cosmetics, 33: 84.

h)

OOH

H2SO4

OOH

SO3H

OONa

SO3H

Chen, L.Y., Fang, G.Z., Wang, X.L., Li, S.S. & Li, H.Z. (2008). Chemistry Industry of Forest Products, 28: 103.

Figura 1.23. Ejemplos del uso del ácido abiético en la síntesis de nuevos surfactantes (Rao, 2012)


En otros casos, la estructura del ácido levopimárico (un isómero de posición del ácido abiético) ha sido funcionalizada mediante la reacción de los enlaces dobles carbono-carbono conjugados, los cuales pueden actuar como dieno en una cicloadición de Diels-Alder; la reacción con ácido acrílico (Figura 1.23(f)), o con anhídrido maléico (Figura 1.23(g)) acompañada de hidrólisis, permite añadir funciones ácido carboxílico a la molécula, las cuales sirven, a su vez, para añadir otros grupos hidrofílicos. La sulfonación del anillo aromático del ácido deshidroabiético es otra opción disponible para añadir grupos ionizables al núcleo hidrofenantreno (Figura 1.23(h)).

1.4.3 Ácido glicirretínico. El ácido glicirricínico, es un compuesto natural presente en las raíces de la planta de regaliz (las raíces de

la Glycyrrhiza glabra típicamente contienen entre 3 y 5 % de ácido glicirricínico). Como se advierte en la Figura 1.24, es un diglucurónido (posee un disacárido constituido por dos moléculas de ácido D-glucurónico con unión β(1→2)) cuyo aglicón es el ácido 18β-glicirretínico, un compuesto triterpeniode pentacíclico. Tanto el ácido glicirricínico como el glicirretínico poseen importantes propiedades medicinales (expectorante, anti-inflamatoria, anti-viral, entre otras) (Dewick, 2009, p. 244). En virtud de su estructura anfifílica, el ácido glicirricínico tiene propiedades surfactantes (Tykarska, Sobiak & Gdaniec, 2012), razón por la cual se le clasifica entre las saponinas (compuestos naturales con actividad interfacial).

OHOHO

OH

HOOC

OHOHO

O

HOOC

O

OH

H

H

COOH

ácido D-glucurónico Ácido glicirretínico

ácido D-glucurónico

β (1 2)

Ácido glicirricínico

18

Figura 1.24. Estructura molecular del ácido glicirricínico.

Con el propósito de mejorar la solubilidad del ácido 18β-glicirretínico en agua y de mejorar, de este modo, su biodisponibilidad en aplicaciones farmacéuticas, este ácido ha sido acoplado con cadenas de polietilenglicol, mediante esterificación catalizada con 4-N,N-dimetilaminopiridina (DMAP) y activación del ácido glicirretínico por condensación con una carbodiimida (frecuentemente, hidrocloruro de 1-etil-3-(3-dimetilaminopropil)carbodiimida, o EDC). Con cadenas de polietilenglicol suficientemente largas, el producto de esta reacción es una especie anfifílica con capacidad de auto agregación; los glicirretinatos de monometilpolietilenglicol preparados por G. He (2012) produjeron micelas con diámetro medio de 120 ± 30 nm.

El descubrimiento de que el ácido glicirretínico tiende a unirse específicamente a receptores en las membranas de las células hepáticas (Tian et al., 2012; Negishi, Irie, Nagata & Ichikawa, 1991) ha impulsado su uso como ligando en la síntesis de compuestos anfifílicos con utilidad potencial en el diseño de sistemas de liberación localizada de fármacos (micelas, nanopartículas funcionalizadas, p. ej.). En este sentido, Wu et al. (2013) sintetizaron anfífilos tri-bloque, mediante la unión de dos moléculas de ácido glicirretínico con ambos extremos de una cadena de polietilenglicol (con peso molecular promedio de 2000), según se describe en la Figura


1.25. Este anfífilo forma micelas en fase acuosa a concentración mayor que 6,0*10-5 M, con tamaño promedio de 159,2 ± 2,2 nm. Anteriormente, Huang et al. (2011) habían sintetizado el copolímero anfifílico constituido por ácido glicirretínico-poli(etilenglicol)-b-poli(γ-bencil L-glutamato) (Figura 1.26). La unión de la cadena de polietilenglicol-bis-amina con el ácido glicirretínico, mediante un enlace amida, requiere el uso de los agentes de acoplamiento diciclohexilcarbodiimida (DCC) y sal sódica de N-hidroxisulfosuccinimida (sulfo-NHS) (Hermanson, 2013, p. 267). La polimerización del γ-bencil-L-glutamato N-carboxianhídrido se efectúa en dimetilformamida y atmósfera de nitrógeno a temperatura ambiente, durante 48 horas.

HO

OH

H

H

COOH

PEG 2000

HO

OH

H

H OH

OH

H

H

OO

OO

O45

EDC/DMAP

Figura 1.25. Síntesis de compuesto tribloque ácido glicirretínico-poli(etilenglicol)-ácido glicirretínico (Wu et al., 2013).

HO

OH

H

H

COOH

H2NO

NH2n

poli(etilenglicol)-bis-amina

ácido glicirretínico

+DCC/NHS

THFHO

OH

H

H

CO H

NO

NH2n

NHO

O

O

O

O

γ-bencil L-glutamato N-carboxianhídrido- CO2

HO

OH

H

H

CO H

NO

HN

ONH2n

OO

m

ácido glicirretínico-poli(etilenglicol)-b-poli(γ-bencil L-glutamato)

Figura 1.26. Síntesis de ácido glicirretínico-poli(etilenglicol)-b-poli(γ-bencil-L-glutamato) (Huang et al., 2011).

1.4.4. α-Tocoferol. Los tocoferoles son compuestos orgánicos naturales constituidos por un grupo cromano unido mediante

del carbono 1 a una cadena lateral isoprenoide. Existen cuatro tipos de tocoferoles, los cuales se diferencian en el número y posición de los sustituyentes metilo en el anillo aromático, como se aprecia en la Figura 1.27. Estos se designan como α- (5,7,8-trimetil), β- (5,7-dimetil), γ- (7,8-dimetil) y δ-tocoferol (8-metil). Adicionalmente existen cuatro tocotrienoles (α, β, γ y δ) los cuales comparten la estructura de los tocoferoles, pero poseen insaturaciones en los carbonos 3, 7 y 11 de la cadena lateral. El grupo de compuestos que incluye a los cuatro tocoferoles y a los cuatro tocotrienoles recibe el nombre de Vitamina E (aunque también puede referirse a ellos


como tocoles). Éstos se encuentran en los aceites vegetales, principalmente en los aceites de palma, de soya, de maíz, de semillas de algodón, y en los aceites de cereales como el trigo y la cebada. El contenido de tocoles en los aceites vegetales se reduce durante cada etapa de procesamiento, principalmente durante las etapas de refinado y desodorización. Los destilados provenientes de la etapa de desodorización (la cual comprende una destilación por arrastre con vapor, en vacío) contienen cantidades importantes de tocoferoles (O’Brien, 2009, p. 10, 153). Todos los tocoferoles de origen natural tienen configuración R en todos sus estéreocentros, mientras que el α-tocoferol sintético es completamente racémico (es una mezcla de ocho estereoisómeros diferentes).

Los tocoles se caracterizan por su actividad antioxidante. Su capacidad para estabilizar radicales hidroperóxido y otros radicales libres los faculta para inhibir la oxidación de lípidos; pero no todos son igualmente activos: los tocotrienoles son antioxidantes menos efectivos que los tocoferoles. La vitamina E también desempeña una importante función fisiológica: previene las lesiones oxidativas de los lípidos de las membranas que pueden causar fragilidad celular (Nelson & Cox, 2005, p. 362). El α-tocoferol es el compuesto con mayor actividad en humanos, razón por la cual la actividad de la vitamina E frecuentemente se expresa en función de equivalentes de α-tocoferol (o mg de α-tocoferol/mg de compuesto) (Gunstone, 2004, p. 26). La deficiencia de vitamina E es rara y ocurre en personas con enfermedades crónicas del hígado, o con deficiencias para absorber grasas.

OCH3

CH3

R1HO

R2R3

57 8

CH3H H

α-tocoferol: β-tocoferol: γ-tocoferol: δ-tocoferol:

R1 = CH3; R2 = CH3; R3 = CH3 R1 = CH3; R2 = CH3; R3 = H R1 = H; R2 = CH3; R3 = CH3 R1 = H; R2 = H; R3 = CH3

Figura 1.27. Estructura molecular de los tocoferoles La deficiencia de vitamina E puede dar origen a daños neurológicos, letargia, apatía, incapacidad para

concentrarse, caminar vacilante, bajos niveles de hormonas tiroideas, disminución de la respuesta inmunológica y anemia (Graf, 2005, p. 20). Pero la escasa solubilidad de la vitamina E en agua limita su administración por vía parenteral. En 1954 fue propuesta la síntesis de ésteres polietilenglicólicos de succinato de tocoferol (Figura 1.28) con el propósito de proporcionar derivados de tocoferol solubles en agua (Cawley & Stern, 1954). Desde entonces la compañía Eastman ha producido y comercializado TPGS 1000 NF (ésteres polietilenglicólicos de succinato de D-α-tocoferol, con una cadena de polietilenglicol cuyo peso molecular promedio es 1000; la abreviatura NF, significa que posee la certificación del National Formulary of the U.S. Pharmacopeia, concedida en 1999). La baja toxicidad de este compuesto ha permitido su uso como fuente soluble de Vitamina E y, debido a su naturaleza anfipática, ha sido evaluado su uso como emulsificante, dispersante, gelificante y solubilizante de fármacos poco solubles en agua (Eastman Chemical Company, 2005). El TPGS también ha resultado eficaz como profármaco, para mejorar la biodisponibilidad de fármacos de difícil absorción. Estas y otras aplicaciones de los TPGS han sido reseñadas por Guo et al. (2013), Zhang et al. (2012), y por Duhem et al. (2014).


OCH3

CH3HO

H3CCH3

3

(1)OO O

, 90° C(2) PEG 1000, HOTs, Tolueno, Trampa Dean-Stak

OCH3

CH3

CH3O

H3CCH3

CH3H HO

O

OO

HOn

Figura 1.28. Síntesis de ésteres polietilenglicólicos de succinatos de D-α-tocoferol (Cawley & Stern, 1954).

El TPGS 1000 es un sólido ceroso que funde entre 37 y 41° C. Es completamente soluble en agua y sus

moléculas tienden a asociarse en micelas a concentración mayor que 0,02%, a 37° C. A esta temperatura y a concentraciones más altas forma varios tipos de mesofases en solución, las cuales pueden solubilizar una variedad de compuestos (Duhem et al., 2014). Cuando la concentración en agua excede el 20% en peso forma cristales líquidos. El TPGS 1000 también es miscible con aceites, otros surfactantes y cosolventes, tales como polipropilenglicol y polietilenglicol. El TPGS 1000 es estable a pH entre 4,5 y 7,5, pero reacciona con álcali (Eastman Chemical Company, 2005). En la patente original, publicada en 1954 (Cawley & Stern, 1954), también se describe la preparación de análogos de los TPGS a partir de citraconatos, α-metil citraconatos, itaconatos, maleatos, glutaconatos, ftalatos, y otros ésteres producidos a partir de tocoferol y de un ácido dibásico. Otros análogos aparecen reseñados en una patente más reciente (Borowy-Borowski, Sikorska-Walker, & Walker, 2000). Uno de estos, el PTS – PEG 600 (ésteres polietilenglicólicos de sebacato de tocoferol, con una cadena de PEG cuyo peso molecular promedio es 600), ha sido utilizado como anfífilo en la ejecución de reacciones de copulación cruzada de moléculas orgánicas dentro de micelas en medio acuoso (Lipshutz & Taft, 2008). Adicionalmente, Lipshutz et al. (2011) han demostrado la utilidad del TPGS 750 M (succinato de tocoferol acoplado a una cadena de monometil PEG-750) en la ejecución de reacciones dentro micelas en fase acuosa.

El α-tocoferol también ha sido utilizado en la síntesis de polímeros anfifílicos basados en inulina, un polisacárido constituido principalmente por fructosa. Mandracchia, Tripodo, Latrofa & Dorati (2014) condensaron inulina y succinato D-α-tocoferol para obtener polímeros anfifílicos, los cuales resultaron capaces de formar micelas con diámetros entre 24 y 60 nm cuando la concentración supera valores entre 2,5*10−3 mM a 7,5*10−2 mM. Gracias a su biocompatibilidad, estas nanoestructuras podrían servir en el diseño de sistemas para el transporte y liberación controlada de fármacos. La síntesis de estos polímeros anfifílicos, como se muestra en la Figura 1.29, consiste en una esterificación mediada por diciclohexilcarbodiimida (DCC) y sal sódica de N-hidroxisulfosuccinimida (sulfo-NHS), las cuales actúan como agentes facilitadores de la esterificación (Hermanson, 2013, p. 267).


OH

OHO

OO

CH2 O

CH3

CH3

O

H3CCH3

3OO

OH

OHO

O

H2C

OR

OOH

OH

OHOH

x o y

OH

OHO

O

CH2

OH

R = H o VitEsuccinato

x o y

OH

y

x

OH

OHO

OHO

CH2

OH

OH

OHO

O

H2C

OH

OOH

OH

OHOH

OH

OHO

O

H2C

OH n

inulina

DCC, sulfo-NHS

DMF

O

CH3

CH3

O

H3CCH3

3OHO

O

succinato de tocoferol

+

Figura 1.29. Sintesis de D-α-tocopherol succinato de inulina (Extraído de Mandracchia et al., 2014).

1.4.5. Cardanol y ácido anacárdico. El ácido anacárdico es el principal constituyente (71%) del aceite de la cáscara, más exactamente del

mesocarpo, de la nuez de merey (árbol frutal también llamado: anacardo, nuez de la india, castaña de cajú, o marañón). Este aceite, que puede constituir entre 15 y 25% de la masa de la nuez no procesada, contiene además otros lípidos fenólicos, tales como cardol (20%), cardanol (5%) y 2-metilcardol (4%) (Tyman, 1978; Tyman, 1996, p. 527). La cadena alquílica de estos compuestos puede ser saturada, o puede incluir: una insaturación en el carbono 8; dos insaturaciones en las posiciones 8 y 11, o tres insaturaciones en las posiciones 8, 11, y 14, como se muestra en la Figura 1.30. La recuperación del aceite natural de las cáscaras de nueces del merey, rico en ácido anacárdico, sólo puede lograse mediante extracción con solventes o por prensado en frío, pues el ácido anacárdico tiende a experimentar descarboxilación a alta temperatura, transformándose en cardanol. Esto es precisamente lo que ocurre durante el proceso de recuperación del producto más valioso del merey, la almendra comestible, pues éste requiere la tostación de las nueces para debilitar la cáscara. En consecuencia, el aceite que se extrae de las cáscaras residuales del proceso de recuperación de la almendra, el cual se designa con el adjetivo “técnico”, contiene principalmente cardanol (65 – 60%), acompañado de cardol y de cantidades menos importantes de 2-metilcardol y de ácido anacárdico (~1%), mas material polimérico residual (~10%) (Balachandran, Jadhav, Vemulay & John, 2013). El aceite técnico suele ser sometido a destilación en vacío para remover gran parte del material polimérico residual. Mediante una segunda destilación en vacío es posible obtener un aceite compuesto casi totalmente por cardanol o, más específicamente, por una mezcla de 3-alquilfenoles con diferentes grados de insaturación en la cadena carbonada: 3-(pentadecil)-fenol; 3-(8Z-pentadecenil)-fenol; 3-(8Z,11Z-pentadecadienil)-fenol, y 3-(8Z, 11Z, 14-pentadecatrienil)-fenol.


C15H31-n C15H31-n C15H31-n C15H31-n

OH OHHO OHCH3

HO OH

COOH

n = 0

n = 2

n = 4

n = 6

Ac. anacárdico cardol 2-metilcardol cardanol

C15H31-n

OH

COOHC15H31-n

OH- CO2

Δ

Figura 1.30. Estructura moléculas de los principales componentes del aceite de las cáscaras de la nuez de merey.

El cardanol posee una estructura ideal para sintetizar moléculas anfifílicas, pues tanto el anillo aromático como el grupo hidroxilo brindan la posibilidad de incluir grupos hidrofílicos. La sulfonación del anillo aromático del cardanol da como resultado una especie anfifílica estructuralmente semejante al dodecilbencenosulfonato de sodio (DDBS), razón por la cual el cardanol sulfonado (CS) debería tener propiedades interfaciales similares a las de este conocido surfactante comercial. Este tema fue investigado por Peungjitton, Sangvanich, Pornpakakul, Petsom & Roengsumran (2009), quienes sintetizaron sulfonato de cardanol con 86% de rendimiento, mediante tratamiento del cardanol disuelto en metanol con óleum, a baja temperatura (10° C a t. ambiente). Estos autores demostraron, mediante la medición de propiedades como la CMC (en mol/l: 0,435 (CS) y 0,372 (DDBS), a 25° C) y la tensión superficial a la CMC (en mN/m: 32,25 (CS) y 28 (DDBS)), que el sulfonato de cardanol podría eventualmente usarse como reemplazo del dodecilbencenosulfonato de sodio. Según se desprende de la información publicada por Peungjitton et al. (2009), y por J. Wang, Y. Wang, C. Li & J. Li (2011), las condiciones de reacción permiten que la sulfonación ocurra selectivamente en el anillo aromático con rendimientos superiores al 80%, sin que ocurra una significativa interferencia de las insaturaciones en la cadena lateral. No obstante, Bruce, Mehta, Porter, Stein & Tyman (2009), advierten que los intentos de sulfonar cardanol con ácido sulfúrico han dado lugar a reacciones complejas en la cadena lateral, como la formación de polímeros y otras reacciones. La sulfonación de cardanol hidrogenado con ácido sulfúrico concentrado en tetracloruro de carbono, en contraste, proporciona rendimientos excelentes. Bruce et al. (2009) adicionalmente señalan que el uso de ácido clorosulfónico en la sulfonación de cardanol insaturado permite obtener un producto sulfonado en el anillo y sulfatado en el hidroxilo, con pocos inconvenientes, aunque esta información proviene de datos no publicados.

Bruce et al. (2009) también sintetizaron sulfato de 2-(3-pentadecilfenoxi)etilo, mediante tratamiento de cardanol saturado, desprotonado, con sulfato cíclico de etilenglicol (denominado también sulfato de etileno) disuelto en diclorometano, como se describe en la Figura 1.31. Esta estrategia también puede usarse para sulfatar cardanol insaturado sin temor a que ocurran reacciones de polimerización de enlaces dobles carbono-carbono. Los datos sobre la actividad superficial de estos surfactantes todavía no han sido publicados, pero sí se menciona que el sulfato de 2-(3-pentadecilfenoxi)etilo resultó menos soluble de lo esperado, menos que sus análogos insaturados. Correlativamente, Shinde & Jayakannan (2013) sintetizaron anfífilos a partir de cardanol y de 3-pentadecilfenol mediante reacción con 1,3-propano sultona y 1,4-butano sultona, según se muestra en la Figura 1.32. Las propiedades de los ácidos 3-(3-pentadecilfenoxi)propano-1-sulfónico, 4-(3-pentadecilfenoxi)butano-1-sulfónico, (Z)-3-(3-pentadec-8-enil)fenoxi)propano-1-sulfónico y (Z)-4-(3-pentadec-8-enil)fenoxi)butano-1-sulfónico fueron caracterizadas parcialmente, presentando valores de CMC (medida a 30° C) del orden de 10-4 M.


Estos anfífilos fueron usados en la fabricación de nanomateriales de polianilina con morfología de nanofibras, nanocintas y nanoesferas.

R

OK

OS

O

O

CH2Cl2, 60º C R

OO

OSO

O

OK

Figura 1.31. Síntesis de sulfato de 2-(3-pentadecilfenoxi)etilo (Bruce, et al., 2009).

RHO

OS

OO

t-BuOK, etanol R

O

SO

O

OHHCl

S

O OO

RHO

t-BuOK, etanol R

OSO

O OH

HCl

Figura 1.32. Síntesis de los ácidos 3-(3-pentadecilfenoxi)propano-1-sulfónico y 4-(3-

pentadecilfenoxi)butano-1-sulfónico (Shinde & Jayakannan, 2013). El cardanol sulfonado puede servir de estructura básica para el diseño de surfactantes más especializados.

Kattimuttathu, Foerst, Schubert & Bartsch (2012) sintetizaron surfactantes polimerizables mediante sulfonación en el anillo bencénico del acrilato de 3-pentadecilfenilo y del acrilato de 2-(3-pentadecilfenoxi)etilo, de acuerdo con el procedimiento que se describe en la Figura 1.33. Estos sulfonatos poseen, además de carácter tensoactivo (CMC a 25° C por el orden de los 10-5 M, para ambos compuestos, y tensión superficial a la CMC de 35,5 y 31,6 mN/m, respectivamente), la capacidad de actuar como monómeros en reacciones de polimerización. En otro ejemplo, Shi et al. (2014) sintetizaron un sulfonato geminal basado en cardanol. Para ello construyeron la estructura 1,3-di(cardanoxi)propano, mediante reacción del grupo hidroxilo de dos moléculas de cardanol con una de 1,3-dibromopropano. Esta estructura posteriormente fue sulfonada en el anillo bencénico con ácido clorosulfónico, dando como resultado 1,3-di(cardanoxi)propano sulfonado en ambos anillos.

C15H31

OH

Et3N, 0 - 5º C

HO

O

C15H31

O

O ClS

OH

O O

Na2CO3, 25º C C15H31

O

ONaO3S

C15H31

OH

ClOH

etanol, NaOH, NaIC15H31

O

OHC15H31

O

PTSA, tolueno, 110º C

HO

O

ClS

OH

O O

Na2CO3, 25º C

C15H31

O

NaO3S

O

O

O

O

Figura 1.33. Síntesis de acrilato de 3-pentadecilfenilo y de 2-(3-pentadecilfenoxi)etilo (Kattimuttathu et al., 2012).


Shi et al. (2014) midieron algunas propiedades del surfactante geminal, hallando para éste una concentración micelar crítica significativamente más baja (CMC = 6,2*10-5 M) que la del 3-pentadecilfenol sulfonado, como era predecible, y una tensión interfacial de 36,92 mN/m a esta concentración.

La unión de cardanol con la sal de diazonio del ácido sulfanílico da como resultado un azocompuesto con propiedades surfactantes (Figura 1.34). Antony & Jayakannan (2007) utilizaron este anfífilo para preparar nanoesferas de polipirrol en medio acuoso. Aunque no publicaron datos sobre propiedades fisicoquímicas del surfactante, demostraron que éste forma micelas dentro de las cuales ocurre la polimerización del pirrol catalizada por persulfato de amonio. Anilkumar & Jayakannan (2006) también usaron este azocompuesto derivado de cardanol para preparar nanofibras de polianilina en medio acuoso.

H2N SO3NaNaNO2

HCl, 5º C

RHO

NN SO3HNaOH

NN SO3H

HO

R

Figura 1.34. Síntesis del ácido 4-[4-Hidroxi-2((Z)-pentadec-8-enil)fenilazo]-bencenosulfónico (Antony & Jayakannan, 2007)

La carboximetilación del hidroxilo fenólico es otra ruta útil para producir surfactantes aniónicos a partir

de cardanol. Ésta se logra mediante reacción con cloroacetato de sodio, en presencia de hidróxido de potasio disuelto en una mezcla 1:1 de tolueno y dimetilsulfóxido (véase el esquema en la Figura 1.35). Según demostraron Scorzza, Nieves, Vejar & Bullón (2010), el producto de esta reacción, O-cardanil acetato de sodio, presenta una CMC de 8.3*10-4 M y una tensión superficial de 29,16 mN/m a esta concentración. El surfactante, sin embargo, tiene una temperatura de Krafft de 80° C, lo que limita relativamente su utilidad.

R

OH

ONa

O

Cl

KOH, Tol-DMSO, 25º C R

OONa

O

Figura 1.35. Carboximetilación de cardanol (Scorzza et a., 2010). La carboximetilación del oxígeno del cardanol también es el primer paso en la síntesis del ácido 2-(2-

(cardanoxi)acetamido)etanosulfónico, resumidamente denominado por sus Balachandran, Jadhav, Pradhan, De Carlo & John (2010) N-cardanil tauramida (Figura 1.36). Este compuesto se comporta en disolución acuosa como un surfactante, con CMC de 1,2*10-3 M. Las disoluciones de concentración 5*10-3 M de este compuesto presentan una transición reversible, inducida por temperatura, de micelas a vesículas y finalmente a una fase viscosa, la cual es producto de la adhesión de las vesículas entre sí. Para Balachandran et al. (2010) esto significa que este anfífilo basado en cardanol, con cadenas insaturadas, muestra una respuesta adaptativa similar a la homeostasis típica de las membranas lipídicas naturales.

OHR

DMSO

K2CO3

OCH3

O

Br+OR

OCH3

OOR

NH

O

Taurina SO3H

Figura 1.36. Síntesis del ácido 2-(2-(cardanoxi)acetamido)etanosulfónico (Balachandran et al., 2010).


El potencial del cardanol para sintetizar alquilfenoles etoxilados es evidente. Los alquilfenoles etoxilados constituyen una familia de surfactantes noiónicos, muy estables y versátiles, los cuales desempeñan funciones importantes en una variedad de procesos y aplicaciones industriales. De esta familia los más comúnmente usados son los nonilfenoles etoxilados. Pero hace varias décadas que su uso está siendo cuestionado, pues uno de sus productos de degradación primaria, el nonilfenol, es relativamente resistente a la biodegradación y, siendo hidrofóbico, tiende a acumularse en los compartimientos ambientales con alto contenido de material orgánico (tales como los lodos de aguas residuales y los sedimentos de los ríos). El nonilfenol además es tóxico, y ha sido catalogado como disruptor endocrino, capaz de interferir en el sistema hormonal de numerosos organismos acuáticos, lo que puede ocasionar disminución de la fertilidad de los machos y reducción de la tasa de supervivencia de los especímenes juveniles (Knepper & Berna, 2003, p. 43; Soares, Guieysse, Jefferson, Cartmell & Lester, 2008). De hecho, de acuerdo con la Parte 3, del Anexo VI, de la Regulación Europea (EC) N° 1272/2008, se clasifica al nonilfenol como una sustancia sospechosa de ocasionar daños en niños nonatos (código H361d), y muy tóxica al medio ambiente acuático, con efectos a largo plazo (código H410; toxicidad acuática a crónica categoría # 1, el nivel más alto) (European Chemicals Agency – ECHA, 2012). La producción y el uso de nonilfenol polietoxilado se encuentran sometidos a regulación en Europa (European Parliament and The Council of The European Union. (2003). DIRECTIVE 2003/53/EC) y en Canadá y Japón están siendo supervisados (Soares et al, 2008).

El nonilfenol industrial es una mezcla en la cual predomina el isómero –para, o 4-, con cadena ramificada, pues la alquilación de fenol se efectúa con una mezcla de nonenos proveniente de la oligomerización de una corriente rica en propileno (Grover, 2009, p. 65). Aunque los nonilfenoles etoxilados de cadena ramificada son, en general, más resistentes a la biodegradación que su isómero de cadena lineal (Sturm, 1973; Baker, Drummond, Furlong & Grieser, 2004, p. 494), la producción de los isómeros ramificados es menos costosa (Feenstra, 2009, p. 9) y, además, éstos dan como resultado un surfactante con mejor poder detergente (Grover, 2009, p. 65). La degradación primaria de los alquilfenoles etoxilados ramificados también produce nonilfenoles más resistentes a la biodegradación (Shan et al., 2011; De Weert, Viñas, Grotenhuis, Rijnaarts, & Langenhoff, 2011), si bien ha sido hallada al menos una bacteria que degrada selectivamente los isómeros con carbono bencílico cuaternario (Gabriel, Giger, Guenther, & Kohler, 2005). Con respecto a la toxicidad relativa de los 4-nonilfenoles, un estudio reveló que los isómeros 4-(2’-metil-2’-octil)-fenol y 4-(2’,6’-dimetil-2’-heptil)-fenol, y el 4-nonilfenol lineal, cuya estructura molecular se muestra en la Figura 1.37, presentan una actividad estrogénica significativamente más baja (Preuss et al., 2006).

HO

HO

HO

4-(2’-metil-2’-octil)-fenol 4-(2’,6’-dimetil-2’-heptil)-fenol 4-n-nonilfenol

Figura 1.37. Estructura molecular de varios isómeros de 4-nonilfenol.

En este escenario, la producción de alquilfenoles polietoxilados a partir de cardanol podría presentar varias ventajas. Además de la obvia contribución a la reducción de emisiones de monóxido de carbono al ambiente, el cardanol etoxilado es degradado mucho más fácilmente que los nonilfenoles etoxilados (Tyman & Bruce, 2004). Adicionalmente, se ha demostrado que el cardanol tiene una actividad estrogénica muy débil, muchísimo menor que la del nonilfenol de grado técnico, y menor que la del 4-n-nonilfenol, o que la del 3-n-


nonilfenol (Julis et al., 2014). Como han demostrado Tyman & Bruce (2003), la polietoxilación del cardanol es posible usando el mismo método mediante el cual se etoxila nonilfenol u otros alcoholes, es decir, mediante inyección de óxido de etileno y usando hidróxido de sodio como catalizador. La información sobre las propiedades surfactantes del cardanol polietoxilado es infortunadamente muy escasa. Sólo Tyman & Bruce (2004) han publicado datos que demuestran que el cardanol polietoxilado es capaz de reducir significativamente la tensión superficial. En la red se pueden hallar sitios, casi todos con base en la India, donde se ofrece comercialmente cardanol etoxilado. Se les anuncia como excelentes detergentes, capaces de reemplazar a los alquilfenol etoxilados en distintas aplicaciones.

La glicosidación del oxígeno fenólico del cardanol da por resultado un compuesto anfifílico de naturaleza noiónica totalmente basado en biomasa. El procedimiento de síntesis descrito por John, Masuda, Okada, Yase & Shimizu (2001) consiste en añadir cardanol técnico doblemente destilado, disuelto en diclorometano seco, a una mezcla de penta-O-acetil-β-D-glucopiranosa y eterato dietílico del trifluoruro de boro (véase la Figura 1.38). Mediante el uso de distintas técnicas de microscopía, los autores hallaron que estos glicósidos se auto-asocian en agua formando estructuras fibrosas; pero los glicósidos de 3-pentadecilfenol tienden a formar fibras en forma de listones ligeramente retorcidos, mientras que sus análogos insaturados generan fibras en forma de listones retorcidos helicoidalmente, los cuales gradualmente se transforman en nanotubos. Estudios posteriores han demostrado que el monoeno (8Z) del glicósido de cardanol es el anfífilo que muestra mayor tendencia a formar nanotubos y, además, que se puede controlar el grado de helicidad de las fibras mediante la variación de la proporción relativa de glicósido saturado y de glicósido de monoeno (John, Jung, Minamikawa, Yoshida & Shimizu, 2002). El tema de las estructuras tubulares de dimensiones nanométricas generadas por asociación de moléculas orgánicas ha despertado un creciente interés debido al número de potenciales aplicaciones (en catálisis química, diseño y fabricación de biosensores, materiales fotosensibles, biomateriales, etc.) en el campo de la química, la biología y la ciencia de los materiales (Bong, Clark, Granja & Ghadiri, 2001).

CH2Cl2

HCO3NaOAcOAcO OAc

OAc+RHO

OAcBF3.Et2O ROO

HOHO OH

OH

Figura 1.38. Síntesis de glicósidos de cardanol (John et al., 2001).


2. Derivados de biomasa útiles para constituir la parte hidrofílica de los surfactantes.

2.1. Introducción. Debido a la importante proporción de oxígeno presente en la amplia variedad de compuestos orgánicos

que constituyen la biomasa (Vassilev, Baxter, Andersen & Vassileva, 2010), muchas sustancias biodisponibles (como los azúcares y otros carbohidratos) y algunos derivados primarios de biomasa (como el glicerol, el cual es un subproducto de la industria oleoquímica) poseen abundantes grupos hidroxilo, característica que los convierte en compuestos valiosos para sintetizar surfactantes noiónicos. No sorprende, entonces, que el glicerol, la glucosa y otros azúcares constituyan la base sobre la cual ha crecido la industria de los surfactantes basados en compuestos naturales, y que los alquilpoliglucósidos (APG), los ésteres de sacarosa y algunos monoésteres de glicerilo (monoestearato de glicerilo) sean los máximos representantes de esta industria. Los procesos de producción de estos compuestos y de otros surfactantes derivados de carbohidratos que son comercialmente importantes son descritos en este capítulo.

Adicionalmente, debido a su amplia disponibilidad, los carbohidratos y el glicerol constituyen la

plataforma a partir de la cual se están desarrollando procesos de transformación (biotecnológica y química), los cuales serán aplicados en las futuras biorrefinerías para generar otros compuestos orgánicos intermedios, considerados derivados secundarios de biomasa. Los esfuerzos de investigación en esta dirección han producido una gran variedad de compuestos químicos, pero en el ámbito de este trabajo sólo son tenidos en cuenta aquellos derivados difuncionales y polifuncionales de glicerol y de carbohidratos que pueden resultar útiles en la síntesis de surfactantes. En este capítulo se describen los métodos de producción de estos derivados hidrofílicos, así como se reseñan ejemplos de su aplicación en la preparación de surfactantes.

2.2. Glicerol y sus derivados. La glicerina, glicerol, o 1,2,3-propanotriol, es un importante subproducto de la hidrólisis y de la

metanolisis de triglicéridos, reacciones que se ejecutan a escala industrial para producir jabones y biodiesel (ésteres metílicos de ácidos grasos), respectivamente. El glicerol no es tóxico, es comestible y biodegradable. Es por esto que el 45% del glicerol comercializado a nivel mundial es utilizado por las industrias de alimentos (11%), cuidado personal (16%) y farmacéutica (18%) (Pagliaro & Rossi, 2010, p. 7). Los planes para la sustitución de carburantes de petróleo por biodiesel4 impulsaron numerosos estudios para hallar nuevos usos para la glicerina que se obtendría como subproducto, pues por cada tonelada de biodiesel se generan 100 kg de glicerina pura (Meier, Metzger & Schubert, 2007; Behr, Eilting, Irawadi, Leschinski & Lindner, 2008; Yang, Hanna & Sun, 2012). Aunque la sustitución de los carburantes del petróleo por biodiesel por ahora se encuentra lejos de completarse, pues se estima que a gran escala puede causar deforestación de sitios naturales y elevar el precio de

4 Una directiva europea, promulgada en mayo de 2003, establecía que para 2010 5,75% de los carburantes de petróleo debían ser reemplazados por biodiesel en los países miembros; adicionalmente, en 2008 fue elevada una propuesta al Parlamento Europeo para llevar ese porcentaje a 10% en el 2020 (European Parliament and the Council of the European Union (2003). DIRECTIVE 2003/30/EC).


los granos y aceites comestibles (Harrabin, 2008), las investigaciones realizadas dieron como resultado el desarrollo de diferentes rutas de transformación de la glicerina en una amplia gama de compuestos químicos básicos (Figura 2.1), a partir de los cuales pueden fabricarse compuestos más especializados. En los apartados correspondientes a esta sección se describen los aspectos más importantes sobre la producción de algunos derivados de glicerol, específicamente, de aquellos que han hallado uso en la síntesis de surfactantes.

Figura 2.1. La glicerina como punto de partida para la obtención de compuestos orgánicos (Bozell & Petersen, 2010).

2.2.1. Monoglicéridos de ácidos grasos. Los monoglicéridos de ácidos grasos, también llamados monoacilgliceroles, típicamente monoestearato,

monopalmitato, monooleato y monolaurato de glicerol, se usan como emulsificantes en las industrias alimentaria (Moonen & Bas, 2004, p. 40), farmacéutica y cosmética. A escala comercial, se fabrican, bien por esterificación directa del glicerol con ácidos grasos, o por glicerolisis de grasas o aceites. En ambos casos la reacción se efectúa con catálisis homogénea, acida o básica (Hasenhuettl, 2008, p. 14). Debido a que el glicerol es trifuncional, se requiere controlar la proporción inicial de glicerol con respecto al ácido graso (en la esterificación directa), o con respecto al triglicérido (en la glicerolisis), para favorecer la selectividad del proceso hacia la obtención de monoéster. A pesar de que existen métodos más selectivos para preparar monoacilgliceroles, los cuales


comprenden el uso de isopropiliden glicerol (glicerol protegido con el grupo isopropiliden cetal) (Yu, Lee, Cheon & Lee, 2003; Kodali, 1987), o de glicidol (Lok, Mank & Ward, 1985; Janiš, Krejčí & Klásek, 2000), la esterificación directa y la glicerolisis resultan comercialmente más atractivas, y mediante purificación por destilación molecular en vacío es posible obtener un producto constituido por monoacilgliceroles en más de un 90% (Hasenhuettl, 2008, p. 15).

Kharchafi, Jérôme, Douliez & Barrault (2006) proponen una ruta química alterna basada en el uso del catalizador orgánico P1-fosfazeno (Figura 2.2). Según demostraron, esta base fuerte no iónica es capaz de catalizar la síntesis de monoalcilgliceroles con una selectividad del 100% hacia los isómeros α, y la de diacilgliceroles con 100% de selectividad hacia los isómeros α,α. También demostraron que la selectividad hacia la producción de monoéster o de diéster de glicerol puede ser controlada mediante la relación molar de glicerol a éster metílico de ácido graso. Entre las ventajas en favor de este método se señala su bajo impacto ambiental, debido a que el catalizador, el solvente y el glicerol en exceso pueden ser recuperados y reusados. Además, el proceso de separación del producto es relativamente sencillo, debido a que éste precipita dentro del medio de reacción.

HO OHOH

+OCH3

O

n

NPN

N

N

P1 fosfazenoO

O

n OHOH

regioisómero α

O

O

nregioisómero β

OH

OH

mayoritario

+

acetonitrilo

Figura 2.2. Síntesis regioselectiva de monoacilgliceroles α catalizada con P1 fosfazeno en acetonitrilo (Kharchafi et al., 2006).

La catálisis enzimática es una opción que permite obtener selectivamente monoacilgliceroles o diacilgliceroles. La producción de monoacilgliceroles por métodos biosintéticos comenzó a atraer interés desde la última década del siglo XX (Bornscheuer, 1995). En los resúmenes de McNeill (1999, p. 298) y de Hayes (2012) se hallan reseñadas las principales rutas biosintéticas catalizadas por lipasas que han sido investigadas. Aunque, la producción de monoacilgliceroles catalizada por lipasas aun no ha alcanzado importancia industrial, debido a sus largos tiempos de reacción, su baja conversión y a las dificultades que se presentan durante el proceso de purificación, los esfuerzos por diseñar sistemas más eficientes no han sido abandonados (Yang, Rebsdorf, Engelrud & Xu, 2005), pues, en comparación con los métodos de catálisis química, los métodos biocatalíticos son biosostenibles, y transcurren a baja temperatura y con buena selectividad, lo que permite obtener regioisómeros casi puros (Hayes, 2012, p. 261).

Los monoacilgliceroles poseen carácter relativamente lipofílico y son insolubles en agua (Moonen & Bas,

2004, p. 43). Esto se debe a que su parte hidrofílica está constituida sólo por dos grupos hidroxilo. No obstante, el tamaño y la carga de la cabeza polar de los monoacilgliceroles y, por consiguiente, su afinidad hacia las fases polares, pueden ser modificadas mediante la unión de uno o ambos hidroxilos con especies que aportan grupos funcionales ionizables (Figura 2.3). Algunos de estos derivados de monoacilgliceroles son especialmente útiles en la industria alimentaria (Gaupp & Adams, 2004). Tal es el caso de los surfactantes comerciales denominados DATEM y CITREM, los cuales son mezclas de compuestos (principalmente isómeros de posición) que se forman


durante la esterificación del glicerol con ácidos grasos, y con ácido láctico o ácido cítrico, respectivamente. Otros derivados de monoacilgliceroles, como los fosfatos, succinatos y diacetiltartaratos, aunque han sido reseñados (Hasenhuettl, 2008, p. 22), son menos importantes.

O

OCH3

OH

O

O

OH

OO-O

OH

PO

OHO O-

O

OO-

O

O

O

O

OO-

O

O

O lactato citrato Fosfato succinato Diacetiltartrato

Figura 2.3. Grupos comúnmente incertados para modificar las propiedades interfaciales de los monoacilgliceroles.

2.2.2. Carbonato de glicerilo. El Carbonato de glicerilo es un líquido incoloro, estable, de baja toxicidad, baja inflamabilidad, alto

punto de ebullición (137° C), y fácilmente biodegradable. En razón de estas propiedades ha encontrado aplicación como disolvente polar (Ou, He, Li & Lei, 2012). El carbonato de glicerilo es uno de varios compuestos derivados de glicerol, cuya producción ha sido sugerida para aprovechar las grandes cantidades glicerol que serían generadas a medida que el biodiesel fueran desplazando los combustibles fósiles (Sonnati et al., 2013; Jérôme & Barrault, 2011, p. 58). Las rutas sintéticas que han sido propuestas para obtener carbonato de glicerilo son principalmente la carbonatación directa, la oxicarbonilación, la transcarbonatación, y la glicerolisis de urea (Figura 2.4). La carbonatación directa de glicerol con dióxido de carbono, aunque prometedora debido a la amplia disponibilidad de materia prima, todavía no permite alcanzar rendimientos suficientemente altos para ser aplicada a nivel industrial. El método de oxicarbonilación por reacción del glicerol con monóxido de carbono y oxígeno (95:5) proporciona muy buenos rendimientos (96%, con CuCl en nitrobenceno) (Teles, Rieber & Harder, 1994), pero la toxicidad del monóxido de carbono supone una dificultad a tener en cuenta. La transcarbonatación de alguna fuente de carbonato con glicerol es otra de las rutas factibles para obtener carbonato de glicerilo. El carbonato de etileno ha sido probado exitosamente como fuente de carbonato para esta reacción (Bell, Currier & Malkemus, 1959); éste se obtiene haciendo reaccionar óxido de etileno con dióxido de carbono. También han sido probados otros donantes de carbonato, tales como carbonato de dimetilo, carbonato de dietilo (Takayoshi & Kenji, 2001; Schmitt, Knebel & Caspari, 2008), y fosgeno. Entre éstos el fosgeno, aunque es más efectivo, tiene poca utilidad debido a su alta toxicidad. En contraste, el carbonato de dimetilo es una alternativa atractiva y compatible con el ambiente (Tundo & Selva, 2002), pues se puede producir a escala industrial a partir de metanol, monóxido de carbono y oxígeno. Por último, la ruta de la glicerolisis de urea consiste en hacer reaccionar urea con glicerol, lo que genera amoníaco como subproducto (Vieville, Yoo, Pelet & Mouloungui, 1998; Aresta, Dibenedetto, Nocito & Ferragina, 2009; Claude, Mouloungui, Yoo & Gaset, 2000; Okutsu & Kitsuki, 2002). Esta ruta sintética tiene como ventajas que sólo consume reactivos basados en biomasa, no requiere solvente, y permite alcanzar rendimientos satisfactorios. Adicionalmente, el amoníaco se puede volver a transformar en urea mediante reacción con dióxido de carbono a alta presión y temperatura, lo que conduce a un consumo neto de urea muy bajo. Sonnati et al. (2013), y también Jérôme & Barrault (2011, p. 59), han compilado en sus resúmenes abundante información sobre las rutas sintéticas para la obtención de carbonato de glicerilo.


OO

O

O O

O

O O

O

H2N NH2

O

OH

OH

OH OO

O

OH

(transcarbonatación)

CO / O2 (oxicarbonilación)

CO2 (carbonatación directa)

(glicerolisis de urea)

Figura 2.4. Rutas sintéticas para la síntesis de carbonato de glicerilo.

Los métodos de síntesis con catálisis enzimática vienen ganando interés desde hace algunos años debido a que no requieren condiciones tan severas y permite obtener buena selectividad, lo que los hace más sustentables. S. C. Kim, Y. H. Kim, Lee, Yoon & Song (2007) fueron los primeros en usar catálisis enzimática para sintetizar carbonato de glicerilo a partir de glicerina y de carbonato de dimetilo. Usando la lipasa B de la Candida antarctica (Novozym 435) como catalizador lograron una conversión casi cuantitativa del glicerol en carbonato de glicerilo. K. Lee, Park & E. Lee (2010) hallaron que también es posible obtener buenos rendimientos a partir de este sistema reactivo sin necesidad de usar solvente. Tudorache, Protesescu, Comana & Parvulescu (2012) probaron lipasa extraída del Aspergillus niger con relativo éxito. También han sido propuestos métodos biosintéticos que consisten en la co-producción enzimática de ésteres metílicos de ácidos grasos y de carbonato de glicerilo, a partir de aceites y carbonato de dimetilo (Min & Lee, 2011; Go et al., 2013). Jo, O. K. Lee & E. Y. Lee (2014) demostraron incluso que es posible obtener simultáneamente carbonato de glicerilo y ésteres metílicos de ácidos grasos mediante tratamiento de la microalga oleaginosa Chlorella sp. KR-1 con carbonato de dimetilo. Según describen, el carbonato de dimetilo actuaría como extractor de la materia aceitosa, como mediador en la trasesterificación de los triglicéridos extraídos, como sustrato en la síntesis del carbonato de glicerilo a partir del glicerol que se genera, y como medio de reacción.

El carbonato de glicerilo posee características que lo convierten en un compuesto químico intermedio

relativamente útil. Posee tres sitios electrofílicos: el carbono carbonílico; el metileno (CH2) del grupo 2-oxo-1,3-dioxolano, y el carbono carbinol. Entre éstos, el carbono carbonílico es más propenso a ser atacado por nucleófilos duros, es decir, nucleófilos cuya acción obedece principalmente a efectos electrostáticos, tales como los alcóxidos. El ataque al carbono carbonílico, como comprobaron Rokicki, Rakoczy, Parzuchowski & Sobiecki (2005), da lugar a dos isómeros: uno lineal (Figura 2.5(a)), y uno ramificado (Figura 2.5(b)); ninguno de estos productos tiende a reaccionar con otra molécula de carbonato de glicerilo, por razones termodinámicas. Por otra parte, el ataque de un alcóxido al metileno perteneciente al ciclo da como resultado un carbonato terminal, el cual, después de experimentar descarboxilación, se convierte en un alquil glicidil éter desprotonado (Figura 2.5(c)).


Como demostraron Rokicki et al. (2005), mediante una sucesión de ataques nucleofílicos y descarboxilaciones se obtiene un polímero hiperramificado.

a)

OO

O

OH

RO- + RO O

O

OHO-

b)

OO

O

OH

RO- + RO O

OOH

O-

(b)

c)

OO

O

OH

+RO-

RO

HOO

O

O-

- CO2

RO

HOO-

Figura 2.5. Reacción de alcóxidos con carbonato de glicerilo (Adaptado de Rokicki et al. (2005)). El carbono carbinol del carbonato de glicerilo, una vez activado mediante su conversión en el grupo

tosilato, tiende a ser atacado por nucleófilos blandos, tales como fenol, derivados de azufre, ión yoduro, ión azida, los cuales actúan a través de interacciones entre orbitales (Rousseau et al. 2009; Simao et al., 2006; Giardi, Lapinte, Nielloud, Devoisselle & Robin, 2010). No obstante, según demostraron Simao et al. (2006), la reacción con tioles es poco selectiva, pues el ataque al carbono carbinol suele ocurrir conjuntamente con el ataque hacia otras posiciones electrofílicas del carbonato de glicerilo (Figura 2.6). Rousseau et al. (2009) probaron que el uso de un ligero exceso (1,2 equivalentes) de tiol tiende a favorecer la mono-sustitución en el carbono carbinol, mientras que si se dobla esta cantidad también tiende a ocurrir di-sustitución, de acuerdo a las rutas que se describen en el esquema de la Figura 2.7.

OO

O

OH

TsCl, Et3N

CH3CNOO

O

OTs

PhSH, 1.5 equiv. OO

O

S

80° C

Ph

S SPh Ph

OHHO S

Ph+ +

5% 38% 31% Figura 2.6. Productos de la reacción de carbonato de glicerilo tosilado con tiofenol (Simao et al., 2006).

O

OO

TsO

Nu

Nu

monosustitución Nu O

O

Ointramolecular

Nu O

O

O-OTs

Nu

OO

monosustitución

O

OO

Nu

OH

disustitución Nu NuOH- CO2

O NuNu

O

OH

disustitución

disustitución

(d)(c)

(a)

(b)

(a)

(b)

Nu Nu(d)

(c)

Nu (e)

(f)

(e)

(f)

- CO2

Figura 2.7. Posibles rutas para la reacción de carbonato de glicerilo tosilado con un nucleófilo (Adaptado de Rousseau et al. (2009)). El carbonato de glicerilo también posee un sitio nucleofílico en el grupo hidroxilo, el cual puede

reaccionar con haluros de ácido, anhídridos, o isocianatos (Sonnati et al., 2013), para formar ésteres y uretanos. A


través del hidroxilo del carbonato de glicerol se puede añadir el grupo metilenoxietilencarbonato (o, 4-metilenoxi-2-oxo-1,3-dioxolano) a una molécula. Este grupo es muy reactivo y puede experimentar más adelante sustitución nucleofílica en el acilo o sustitución nucleofílica en el metileno del ciclo, haciendo posible la síntesis de compuestos químicos complejos (Rousseau et al., 2009; Giardi et al., 2010). El grupo carbonato también es fácilmente hidrolizable (Figura 2.8), por ello sustituir un grupo cualquiera por el metilenoxietilencarbonato equivale a sustituirlo por un grupo éter glicérico. En este sentido, el carbonato de glicerol puede considerarse, básicamente, una molécula de glicerol protegida, y un reactivo alternativo a la epiclorhidrina y al glicidol.

O

OO

OH

+ HO-O

O

OH

O-OH

-O OHO OH

O

-O OHOO

O

HHO OH

O-O

OH2O

HO OHOH

+ +CO2 HO-

Figura 2.8. Mecanismo de hidrólisis del carbonaro de glicerilo (Sonnati et al., 2013).

Existen pocos ejemplos relacionados con la aplicación del carbonato de glicerilo en la síntesis de

surfactantes. Von Rybinski & Hill (2003, p. 83) reseñan en su resumen el uso de carbonato de glicerilo para preparar éteres glicéricos de alquilpoliglucósidos (surfactantes con cabeza polar constituida por dos o más unidades de glucosa, los cuales son descritos en la secciones 2.3.1. y 2.3.2), con el propósito de aumentar la hidrofilicidad de estos surfactantes. Por otro lado, Valentin et al. (2012) demostraron que ciertas mezclas de monoacilgliceroles y de ésteres grasos de carbonato de glicerol tienen propiedades solvo-surfactantes, en virtud de lo cual forman un recubrimiento de moléculas organizadas de modo particular. Estos recubrimientos proporcionan superhidrofilicidad a las superficies, causando que el agua se esparza completamente sobre la superficie. Adicionalmente, Kargar, Hekmatshoar, Ghandi & Mostashar (2013) idearon un método de preparación de 1,3-diacilgliceroles simétricos basado en el uso de carbonato de glicerilo. La síntesis de diacilgliceroles tradicionalmente se efectúa mediante glicerolisis de aceites y grasas naturales, o por esterificación directa de glicerol con ácidos grasos. El producto de estos procesos es una mezcla, que además de 1,3-diglicéridos contiene 1,2-diglicéridos, monoglicéridos y triglicéridos. En comparación, el método de Kargar et al. (2013) permite obtener selectivamente 1,3-diacilgliceroles simétricos con altos rendimientos (> 85%). El procedimiento inicia con la preparación de anhídridos de ácidos grasos, mediante la reacción de ácidos grasos puros con anhídrido acético, durante la cual se remueven el ácido acético co-producido y el anhídrido acético excedente, por destilación. A continuación, el anhídrido de ácido graso se hace reaccionar con carbonato de glicerilo. Con el uso de un agente de transferencia de fase (DABCO) se obtiene, al cabo de unas horas, 1,3-diacilglicerol, como se muestra en la Figura 2.9.


O

OO

OH+

R O R

O O 80° C

7 hO

OO

O R

O

+R OH

O DABCO

200° C, 1,5 a 2 h

- CO2

O OOH

R

O

R

O

Figura 2.9. Método de síntesis 1,3-diacilgliceroles simétricos con alto grado de pureza (Kargar et al., 2013).

El sulfato cíclico de glicerilo es un derivado de glicerol, muy parecido en estructura al carbonato de glicerilo. Este fue sintetizado por Fan et al. (2013), de acuerdo al procedimiento que se muestra en la Figura 2.10(a). La reacción de glicerol con cloruro de tionilo proporciona sulfito de glicerilo cíclico con alto rendimiento. Seguidamente éste se oxida a sulfato por tratamiento con peryodato de sodio en acetonitrilo y agua, en presencia de tricloruro de rutenio trihidratado. El sulfato cíclico de glicerilo es muy reactivo hacia los nucleófilos (al igual que otros compuestos de estructura similar, como el sulfato de etilenglicol y las sultonas) y tiende a auto-polimerizar. Fan et al. (2013), sintetizaron una serie de surfactantes aniónicos y otros zwitteriónicos mediante la adición lenta de sulfato cíclico de glicerilo sobre una serie de aminas, como se muestra en Fig 2.10(b).

a) OHHOOH SOCl2 / CH2CL2

-5 a 15° C

OSO

ONaIO4

CH3CN / H2O

RuCl3.3H2OOH

OS OO

OOH

carbonato cíclicode glicerol, 73%

b)

OS OO

OOH

RNHR1

R2 NR4

R3

R2 N+R4

R3

OHOSO3

-

RNR1 OSO3

-

OH1.

2. NaOH

R1, R2, R3, R4 = grupo alquiloR = H o grupo alquilo

Figura 2.10. Síntesis de sulfato cíclico de glicerilo a partir de glicerol (a) y de derivados anfifílicos (b).

2.2.3. Glicidol. Aunque las fórmulas moleculares del glicidol y del glicerol difieren en una molécula de agua (como se

aprecia en la Figura 2.11(a)), el glicidol no es un derivado directo de glicerol. Todos los métodos de preparación de glicidol requieren, en primer lugar, convertir el glicerol en carbonato de glicerilo (ruta (b) en la Figura 2.11). El primer método patentado data de 1953 (Bruson & Riener, 1953). Éste consiste en calentar glicerol y carbonato de etileno a temperatura entre 145 y 240° C y presión de vacío. Mediante transcarbonatación y posterior descarboxilación del carbonato de glicerilo se obtiene glicidol con un rendimiento de 63%, y se generan etilenglicol y dióxido de carbono como subproductos. No obstante, la mejor ruta para preparar glicidol consiste en la descarboxilación directa del carbonato de glicerilo a presión reducida y temperatura entre 150 y 225° C (Currier, Bell & Malkemus, 1958). Con la ayuda de diferentes catalizadores (fosfato trisódico, fosfato monosódico, carbonato de calcio, carbonato de litio, entre otros) este método permite obtener rendimientos entre 72 y 85%. Más recientemente han aparecido otros métodos para preparar glicidol a partir de carbonato de glicerilo (Yoo, Mouloungui & Gaset, 1998; Uno & Okutsu, 2011).


a)

OOHOHHO

OH -H2O

Xglicerol glicidol b)

O

OO

OH -CO2 OOH glicidolcarbonato de glicerilo

Figura 2.11. Rutas para la obtención de glicidol. La (a) es poco probable, mientras que la (b) es posible. Debido a la capacidad del glicidol para reaccionar con nucleófilos y electrófilos, éste ha sido utilizado en

la preparación de poligliceroles hiperramificados, mediante polimerización por apertura del anillo oxirano con catálisis básica (Mülhaupt & Sunder, 2001). Los poligliceroles hiperramificados se caracterizan por poseer un esqueleto muy flexible, constituido por enlaces tipo éter; múltiples grupos hidrofílicos, y una excelente biocompatibilidad. Estas características permiten usarlos como plataforma para diseñar macromoléculas con estructura anfifílica centro-periferia, las cuales tiende a adquirir forma globular en solución y a comportarse como micelas unimoleculares, lo cual las convierte en candidatas interesantes para aplicaciones de solubilización, distribución, y liberación controlada de fármacos (Wilms, Stiriba & Frey, 2010; Stiriba, Kautz & Frey, 2002). Con una perspectiva algo diferente, Istratov, Kautz, Kim, Schubert & Frey (2003) prepararon surfactantes copoliméricos lineal-dendríticos mediante polimerización por apertura aniónica del anillo oxirano del glicidol, utilizando monometilpolipropilenglicol-polietilenglicol-amina (producto comercial de Huntsman, denominado Jeffamine M2005), hexadecilamina y trimetilolpropano como iniciadores (Figura 2.12). Estos surfactantes presentaron valores de CMC del orden de 10-5 M a 25° C. Estos valores tienden a aumentar con el incremento del número de unidades de glicerol.

2.2.4. Epiclorhidrina. Tradicionalmente la epiclohidrina ha sido producida a partir de propileno, gas cloro e hidróxido de sodio

(Wittcoff, Reuben & Plotkin, 2013, p. 263). En este proceso, el cual comprende las reacciones que se indican en la Figura 2.13(a), sólo uno de los cuatro átomos de cloro que se alimentan pasa a formar parte del producto; el resto se convierte en subproductos, como cloruro de hidrógeno, ión cloruro y compuestos organoclorados tóxicos (Bell et al., 2008). Recientemente, ha sido diseñada una ruta sintética que permite obtener epiclorhidrina a partir de glicerol (Kubicek, Sladek & Buricova, 2005; Krafft, Gilbeau, Gosselin & Claessens, 2005; Schreck et al., 2006). El proceso (en la Figura 2.13(b)) consiste en tratar la glicerina con ácido clorhídrico, en presencia de un ácido orgánico, para generar una mezcla de 1,3-dicloro-2-propanol y 2,3-dicloro-1-propanol. Ésta luego se trata con NaOH para obtener epiclorhidrina. Este nuevo proceso presenta numerosas ventajas, tanto económicas como ambientales: no requiere solvente; utiliza cloruro de hidrógeno en lugar de cloro; utiliza más eficientemente los átomos de cloro; genera menos agua de desecho; genera menos subproductos orgánicos clorados, y finalmente, la más obvia, utiliza una materia prima procedente de fuentes renovables (Bell et al., 2008). Actualmente existen plantas productoras de epiclorhidrina a partir de glicerol instaladas en Tavaux, Francia (2007, Epicerol® SOLVAY), Map Ta Phut, Tailandia (2012, Epicerol® SOLVAY - VINYTHAI), y en Shangai, China (2010, GTE DOW), y está en proyecto otra en Taixing, China. La epiclorhidrina es un reactivo orgánico muy apreciado, principalmente en la industria de los polímeros, en la cual se usa para fabricar de resinas epóxicas. No obstante, cabe recordar que la epiclorhidrina en muy tóxica (riesgo para la salud grado 3, según el sistema de identificación NFPA 704) y ha sido clasificada como probable carcinógeno en humanos.


CH3O

OO

OO

N 305

O

OH

O

OOOH

OHO

OHOH

O

HO

OHO

OHOH

O

OH

O

OH

HO

OOH

OH

H3CO

OO

OO

NH230 5

OOH

120° C H3CO

OO

OO

N30 5

OH

HO

OH

OH

1. CH3OK / diglima

unidadterminal

unidadlineal

unidaddendrítica

2. / THF, 120° CO

OH

Otros iniciadores:

HO OH

OHtrimetilolpropano

C16H31NH2

hexadecilamina

Figura 2.12. Estructura de los surfactantes copoliméricos lineal-dendrítricos sintetizados por Istratov et al.(2003) a partir de monometilpolipropilenglicol-polietilenglicolamina y glicidol.

+ Cl2 Cl + HCl

Cl2 + H2O HOCl + HCl

Cl + HOCl

Cl Cl

HO Cl

OH

Cl+

OCl + NaCl + H2O

Cl Cl

HO Cl

OH

Cl+

NaOH

HO OHOH

Cl Cl

HO Cl

OH

Cl

+ 2HClRCOOH

catalizador2H2O +

+ NaClO

Cl

Cl Cl

HO Cl

OH

Cl

+ NaOH

a) Ruta sintética basada en propileno b) Ruta sintética basada en glicerol

Figura 2.13. Métodos comerciales de producción de epiclorhidrina (Bell et al., 2008). La epiclorhidrina posee dos carbonos electrofílicos muy reactivos: uno en el anillo oxirano y otro que se

encuentra unido al átomo de cloro. Por consiguiente, es muy buen sustrato, tanto para la sustitución nucleofílica con apertura del anillo oxirano, como para la eterificación de Williamson. En virtud de su reactividad característica, la epiclorhidrina es un compuesto muy útil para sinterizar de surfactantes. Así lo han demostrado Urata y Takaishi, quienes han producido abundantes artículos y resúmenes sobre este tema (Urata & Takaishi, 2002a; Urata & Takaishi, 2002b; Urata & Takaishi, 1999). Según han señalado, los surfactantes más simples que se pueden preparar a partir de epiclorhidrina son los monoéteres de glicerilo. Una ruta de síntesis muy efectiva y de bajo impacto ambiental (Figura 2.14) comprende, en primer lugar, la preparación de alquiléter de glicidilo mediante eterificación de Williamson de alcoholes C12 – C18 con epiclorhidrina, catalizada con hidróxido de sodio y un agente de transferencia de fase (bromuro de tetrabutilaminio, p.ej.) (Urata, Yano, Kawamata, Takaishi & Inamoto, 1988; Urata & Takaishi, 2001). La hidrólisis convierte los alquiléteres de glicidilo en monoéteres de


glicerilo. Pero la apertura directa del anillo oxirano con agua suele conducir a la formación de polímeros y otros subproductos. Urata et al. proponen una hidrólisis mediada por la formación de alquiléter de isopropilidenglicerol (4-alcoximetil-2,2-dimetil-l,3-dioxolano), el cual se prepara mediante tratamiento del alquiléter de glicidilo con acetona en presencia de dietileterato de trifluoroborano, a temperatura ambiente. La remoción de la acetona en exceso (por evaporación), y la recuperación por destilación en vacío proporcionan alquiléter de isopropilidenglicerol casi puro. Este producto se hidroliza con ácido sulfúrico en metanol y agua (1:1), a reflujo. Después de neutralizar con hidróxido de sodio acuoso se recupera monoéter de glicerilo.

OCl + ORH

BF3.OEt2

R4N+X-

NaOH,H2O,

Hexano OOR O

OOR

H2O / H3O+

HO OROH

acetona

R = C8 - C20

Figura 2.14. Síntesis de monoéteres de glicerilo a partir de epiclorhidrina y de alcohol (adaptado de Urata et al. (1988)).

Según señalan Urata & Takaishi (1998), una vez preparado un alquil éter de glicidilo éste puede usarse para obtener α-monoalquiléter de diglicerol lineal. El proceso, descrito en la Figura 2.15, comprende, en primer lugar, la reacción de isopropiliden glicerol (2,2-dimetil-1,3-dioxolano-4-metanol) con el anillo oxirano del alquil éter de glicidilo, en presencia de una amina terciaria (N,N,N’,N’-tetrametil-1,6-hexanodiamina), como catalizador. El compuesto producido (I) se aísla de la fase aceite, por destilación, y posteriormente se hidroliza con ácido acuoso. El producto, α-monoalquiléter de diglicerol lineal (II), cuenta con una unidad adicional de glicerol, razón por la cual es más hidrofílico que un monoéter de glicerilo (Sagitani, Hayashi & Ochiai, 1989). De acuerdo con Urata y Takaishi, a partir del compuesto intermedio (I) también se pueden preparar 1,2-dialquiléteres de diglicerol lineal (IV), mediante eterificación del hidroxilo libre catalizada por un agente de transferencia de fase, como también se muestra en la Figura 2.15.

OOR

+O

OOH

H2O / H3O+

acetona

R = C6 - C20

glicerol

N N

RO OOH

OO

RO OOH

OHOH

α-monoéter de diglicerolR'X

R4N+X-NaOH ac.

RO OOR'

OO

H2O / H3O+ RO OOR'

OHOH

1,2-dialquiléter de diglicerol

(I)(II)

(III)

(IV)

R' = C1 - C8

Figura 2.15. Síntesis de α-monoalquiléteres de diglicerol lineal a partir de alquiléter de glicidilo (Urata & Takaishi, 1998).

Una ruta alterna propuesta por Urata & Takaishi (1994) permite obtener 1,3-dialquiléteres de diglicerol

lineal (Figura 2.16). En este caso un alquiléter de glicidilo (preparado según se muestra en el esquema de la Figura 2.14) se hace reaccionar con alcohol alifático en medio alcalino para generar 1,3-di-O-alquiléter de


glicerol. A continuación el hidroxilo libre de este compuesto intermedio se enlaza a una molécula de epiclorhidrina mediante eterificación de Williamson catalizada por un agente de transferencia de fase. El anillo oxirano del compuesto resultante (I) se convierte en el grupo isopropiliden cetal, mediante tratamiento con acetona en presencia de dietileterato de trifluoroborano, a temperatura ambiente. La hidrólisis del cetal proporciona, finalmente, el compuesto 1,3-dialquiléter de diglicerol lineal (III).

Urata & Takaishi (1994) también hicieron uso de epiclorhidrina e isopropiliden glicerol para sintetizar

monoéteres de triglicerol, de acuerdo con procedimiento que se describe en la Figura 2.17. Sagitani et al. (1989) evaluaron las propiedades superficiales de algunos dodeciléteres de poliglicerol (dos, tres y cuatro unidades de glicerol), hallando que estos compuestos muestran valores de tensión superficial y de CMC suficientemente bajos para servir como surfactantes.

También demostraron que, en comparación con alcoholes polietoxilados, la acción de los dodeciléteres de

poliglicerol es menos sensible a los aumentos de temperatura y tienen un mayor poder emulsificante y solubilizante, dando a entender que la estructura de poliglicerol puede se más útil que la de polióxido de etileno para constituir la parte hidrofílica de los surfactantes. A partir de la determinación del HLB y de la medición del punto de nube, Sagitani et al. (1989) concluyeron que el aporte de una unidad de glicerol a la hidrofilicidad del surfactante equivale al de tres unidades de óxido de etileno.

OOR + R'OH

CH3ONa

80 - 100° C RO OR'OH

OCl

R4N+X-NaOH ac.

RO

R'OO

BF3.OEt2

RO

R'OO

O

ORO

R'OO

OH

OH

R = C8 - C18R' = C1- C12

acetona

OH2O,H3O+

(I)(II)(III)

Figura 2.16. Síntesis de 1,3-dialquiléteres de diglicerol lineal (Urata & Takaishi, 1994).


O

Cl

+

O

O

HOO

O

O

O

O

O

HO

CH3ONa

O

O

O

O

HO

O

O

RX

O

O

O

O

RO

O

O

HO

HO

O

O

RO

HO

HO

acetona

H2O,H3O+R4N+X-

NaOH ac.R4N+X-NaOH ac.

glicerol Figura 2.17. Síntesis de monoalquiléteres de triglicerol (Urata & Takaishi, 1994).

Noiret, Rivaux, Brochette, Algarra & Patin (1999) sintetizaron diglicerolaminas, di(diglicerol)aminas y

di(tetraglicerol)aminas, mediante la unión de una amina grasa con dos unidades de glicerol, diglicerol y tetraglicerol, respectivamente. Los fragmentos de diglicerol y de tetraglicerol fueron preparados por condensación secuencial de moléculas de epiclorhidrina y de isopropiliden glicerol, como se describe en la Figura 2.18. Estos fueron posteriormente enlazados a la amina por apertura nucleofílica del anillo oxirano (Figura 2.19). Noiret et al. (1999) midieron las propiedades superficiales de los compuestos sintetizados, hallando que aquellos con mayor número de unidades de glicerol son menos hidrofílicos que las diglicerolaminas. La razón de esto, según explican, se relaciona con la presencia de puentes de hidrógeno intramoleculares entre los grupos hidroxilo y éter, los cuales dificultan la interacción de los grupos hidroxilo con las moléculas de agua. Sin embargo, como demostraron Noiret et al. (1999), las glicerolaminas y algunas de las poliglicerolaminas poseen propiedades que las convierten en surfactantes útiles y en posibles sustitutos de los surfactantes polietoxilados.

OClOH

OO

+

NaOH

CTAB

OO

OO

NaH

THF/DMPU O

OO

O

OO

OH

NaOH / CTAB

OCl O

OO

O

OO

O

O

(I)

(II)

Figura 2.18. Preparación de glicidil solcetal (I) y de glicidil trigli (II). CTAB = bromuro de hexadeciltrimetilamonio, un agente de transferencia de fase; DMPU = N,N'-dimetilpropilenourea, un solvente polar aprótico (Noiret et al., 1999).


RNH2

CH3OH/(I)

CH3OH/(II)

NROH OH

O

OO

O

OO

1. HCL

2. NaOH NROH OH

O

HOHO

O

OHOH

NR

HO OH

O O

OO

O

O

OO

OO

O

O

O O

1. HCL

2. NaOHNR

HO OH

O O

OHO

HO

O

OHHO

OOH

OH

O

HO OH

OCl+RNH2 2

CH3OH NR

HOOH OH

OH

diglicerolamina

di(diglicerol)amina

di(tetraglicerol)amina

Figura 2.19. Síntesis de diglicerolaminas, di(diglicerol)aminas y di(tetraglicerol)aminas. R = C8 –C18 (Noiret et al., 1999).

La posibilidad de usar epiclorhidrina como sustrato de dos nucleófilos diferentes en etapas independientes no sólo es útil para formar cadenas de poliglicerol, también facilita la creación surfactantes con estructuras muy diversas, en los cuales una unidad de glicerol (aportada por una molécula de epiclohidrina) actúa como puente. Esta estrategia fue aplicada por Fernández, Scorzza, Usubillaga & Salager (2005) para enlazar n-dodecanol polipropoxilado a una cabeza polar de D,L-xilitol. Debido a que el xilitol posee cinco funciones hidroxilo, éstos grupos deben ser previamente protegidos con acetona, en forma de cetal, resultando los isómeros 2,3:4,5-di-O-isopropiliden-D,L-xilitol y 1,2:4,5-di-O-isopropiliden-D,L-xilitol. Posteriormente, ambos isómeros se convierten en los respectivos O-metilenoxirano diisopropilidenxilitoles, mediante adición lenta de epiclorhidrina, en presencia de hidróxido de potasio, y usando una mezcla 1:1 de tolueno y DMSO como solvente. Mediante sustitución nucleofílica por apertura del anillo oxirano se logra unir la cadena de n-dodecanol polipropoxilado. La hidrólisis de los grupos isopropiliden cetal, finalmente, proporciona el surfactante de n-dodecanol polipropoxilado enlazado a una cabeza polar de xilitol mediante un puente constituido por una unidad de glicerol. El proceso de síntesis se describe en el esquema de la Figura 2.20. Según determinaron Fernández et al. (2005), a 25° C este surfactante forman micelas cuando supera la concentración de 3,1*10-4 M, misma a la cual se alcanza una tensión superficial de 36,1 mN/m.


OO

HOOO

KOH

TOL - DMSO+

O

Cl

O

OO

OOO

OHO

OOO

+

OO

OOO

+

O

H25C12 OO H

n

KOH / TOL - DMSO

OO

nC12H25

OHHOHO

OHOHO

1.

2. H+ /H2O

+OO

nC12H25

OHOOH

HOOHOH

Figura 2.20. Síntesis de n-dodecanol polipropoxilado a una cabeza polar de xilitol (Fernández et al., 2005). Zhang, Xu, Qiu & Yang (2013) también usaron epiclorhidrina como puente de enlace entre la cola

lipofílica y la cabeza polar para obtener surfactantes. El proceso de síntesis (Figura 2.21) inicia con la preparación de octadecil glicidil éter. En contraste con el protocolo adoptado por Urata et al. (1988) (véase la Figura 2.14), este compuesto intermedio no se forma por desplazamiento nucleofílico del cloro de la epiclorhidrina, sino por apertura del anillo oxirano (catalizada con dieterato de trifluoroborano) y posterior regeneración del mismo (catalizada por hidróxido de sodio). La reacción del octadecil glicidil éter con una alcanolamina (dietanolamina o monoetanolamina) genera los surfactantes noiónicos octadeciloxi-2-hidroxipropil-dietanolamina (I) y bis(octadeciloxi)-2-hidroxipropil-monoetanolamina (II). Éstos al ser tratados con ácido clorhídrico se convierten en los surfactantes catiónicos hidrocloruro de octadeciloxi-2-hidroxipropil-dietanolamina (III) e hidrocloruro de bis(octadeciloxi)-2-hidroxipropil-monoetanolamina (IV). Según demostraron Zhang et al. (2013), entre estos cuatro compuestos el (II) posee mayor capacidad para formar y estabilizar espumas, y el compuesto (III) mostró un desempeño notablemente bueno como emulsionante.

O

Cl+OH C18H35O C18H35

Cl OH

O C18H35

OBF3.OEt2 NaOHciclohexano

O C18H35

O

N C2H4OH

HNC2H4OH

C2H4OH

etanol, 60° COC18H35

OHN

C2H4OH

C2H4OH

OC18H35OH 2

H2N C2H4OH

HCl

HCl

OC18H35OH

NC2H4OH

C2H4OH

N C2H4OHOC18H35OH 2

H

H

etanol, 60° C

(I)

(II)

(III)

(IV)

Figura 2.21. Sintesis de hidrocloruro de bis(octadeciloxi)-2- hidroxipropilmonoetanolamina e hidrocloruto de octadeciloxi-2-

hidroxipropildietanolamina (Zhang et al., 2013).


La naturaleza multifuncional de la epiclorhidrina fue aprovechada por Lakhrissi et al. (2011) para

sintetizar surfactantes de cabeza polar ramificada basados en bis-galactobencimidazolonas. En la Figura 2.22 se describe la serie de etapas necesarias para la síntesis de estos surfactantes. En primer lugar, se prepara el compuesto isopropanol disustituido (I), mediante reacción de dos moléculas de N-isopropenil bencimidazolona5 con epiclorhidrina, en presencia de carbonato de potasio y usando una mezcla tolueno-DMSO como solvente. Esta estructura se enlaza, mediante eterificación de Williamson, a un haluro de alquilo (C10, C12, C14) que constituye la cola lipofílica del surfactante. Seguidamente, los grupos isopropenilo de las unidades de bencimidazolona son removidos del compuesto intermedio (II), por tratamiento con ácido sulfúrico frío, al 50%. A continuación, ambos nitrógenos de la estructura ramificada (III) reaccionan con 6-O-[2,3-epoxipropil]-1,2:3,4-di-O-isopropiliden-α-D-galactopiranosa (compuesto previamente preparado a partir de galactosa protegida y epiclorhidrina, en condiciones de eterificación de Williamson), mediante sustitución nucleofílica con apertura del anillo oxirano. La desprotección de las unidades de galactosa proporciona finalmente el surfactante de cabeza polar ramificada (IV).

Como se puede apreciar, en este caso particular la epiclorhidrina no sólo actúa como puente para enlazar

la raíz de las dos cabezas polares del surfactante, sino que, además, mediante alquilación del grupo hidroxilo remanente, sirve para unir la cola lipofílica, lo que pone en evidencia su versatilidad. En esta síntesis también se usa epiclorhidrina para enlazar la estructura primaria del surfactante (Figura 2.22) con dos moléculas de galactosa, la cuales contribuyen con la mayor parte del carácter hidrofílico.

De acuerdo con Lakhrissi et al. (2011), los surfactantes basados en bis-galactobencimidazolonas, con cadena alifática C10, C12, y C14 son solubles en agua, forman agregados micelares a muy baja concentración (del orden de 10-6 M), y tienen propiedades superficiales similares a las de algunos surfactantes noiónicos etoxilados (γCMC = 38, 44 y 41 mN/m, respectivamente).

La epiclorhidrina también ha sido utilizada para sintetizar surfactantes geminales. Este tipo de

surfactantes posee una estructura constituida por dos especies anfifílicas, las cuales se encuentran conectadas a través de sus grupos polares (o de sitios próximos a éstos) mediante un fragmento denominado “espaciador”. En comparación con los surfactantes convencionales con igual grupo polar (amonio cuaternario, carboxilato, sulfonato, etc.), los geminales tienen CMC más baja y, por tanto, más facilidad para formar micelas, lo que se traduce en una mayor eficiencia de solubilización.

Además, forman películas interfaciales más compactas, debido a que sus cadenas carbonadas se empacan más estrechamente, lo cual mejora sus propiedades espumantes, dispersantes, y emulsificantes. También son más solubles en agua (temperatura de Krafft relativamente baja) y tienen una mayor tendencia a adsorberse en las interfaces (Rosen & Tracy, 1998).

5 La síntesis de la N-‐isopropenilbencimidazolona se describe en: Meth-‐Cohn, O.& Smith, D. I. (1982). N-‐Bridged Heterocycles. Part 5.1 α,ω-‐ Bis-‐(2-‐oxobenzimidazolinyl)-‐alkanes and -‐ethers as Selective Ligands for Group-‐1 and -‐2 Metals.Journal of the Chemical Society, Perkin Transactions 1,1982: 261-‐270. doi: 10.1039/P19820000261. Consiste en la condensación de o-‐fenilendiamina con acetoacetato de etilo, seguida de reordenamiento del producto intermedio por acción del calor.


NH2

NH2

OC2H5

O O

NH

NCH3

O

N

HN

Ocalor calor

N

HN

O O

Cl

K2CO3

DMSO-TOL+

N

NO

OH

N

NO TOL - DMSO N

NO

OR

N

NO

H2SO4, 50%,frio

NH

NO

OR

NH

NO

OO

O

OO

O

O

1. K2CO3 / DMSO, 110° C

2. F3CCOOH-H2O, 9:1+

N

NO

OR

N

NO

HO OH

OHO

HOOHOH

O

O

OH

OH

HOHOO

R-Br / KOH

(I)

(II)

(III)

(IV)

Figura 2.22. Sintesis de surfactantes de cabeza polar ramificada basados en bis-galactobencimidazolonas (Lakhrissi et al., 2011).

Tatsumi et al. (2000), obtuvieron un surfactante catiónico geminal conectando dos moléculas de (n-

aciloxialquil)dimetilamina con un puente de 2-propanol, éste último introducido mediante doble sustitución nucleofílica en una molécula de epiclorhidrina (Figura 2.23). Patial, Shaheen & Ahmad (2014), en cambio, sintetizaron surfactantes catiónicos geminales usando como plataforma imidazol y éteres glicídicos. Estos dos compuestos se hicieron reaccionar para obtener 1-(1H-imidazol-1-il-3-alcoxi)propan-2-ol. Por último, la unión de las dos estructuras anfifílicas se logra mediante tratamiento con 1,2-dibromoetano (o también con 1,3-dibromopropano), con una relación molar 2:1 (Figura 2.24).

O NCH3

CH3

nO

m

O NCH3

CH3

nO

mHCl

+

OCl

i-PrOH

O N +CH3H3C

nO

m

O NCH3

CH3n

Om

OH

n = 2, 4, 6m = 5, 7, 9,11,13

reflujo

Figura 2.23. Síntesis de surfactantes catiónicos geminales cloruro de 1,3-bis[(2-alcanoiloxialquil)dimetilamonio]-2-hidroxipropano (Tatsumi et al., 2000).


OCl+ROH

OOR

NaOH

TBAI

HNN

OOR +

60° CRO N N

OH

RO N NOH

2Br Br

n

60° C

RO

NN+

OH OR

NN+

HO

nBr-Br-

Figura 2.24. Síntesis de surfactantes catiónicos geminales basados en imidazol (Patial et al., 2014).

Se denominan lípidos de membrana al conjunto de biomoléculas de naturaleza anfipática que tienden a asociarse formando una doble capa lipídica, la cual constituye una barrera al paso de moléculas polares y de iones hacia el interior de la membrana. El glicerol y la esfingosina forman parte fundamental del esqueleto de la mayoría de lípidos que constituyen las membranas biológicas (Nelson & Cox, 2005, p. 352; Gurr, Harwood & Frayn, 2002, p. 217); en la Figura 2.25 se muestra la estructura básica de algunos tipos comunes de lípidos de membrana. Aparte de la importante función biológica que desempeñan estos compuestos, existe interés por estudiar sus propiedades surfactantes y por hallar maneras de aplicarlos en el desarrollo de nuevos productos (detergentes de cocina, cosméticos, aplicaciones alimentarias, etc.). Aislar lípidos polares puros a partir de extractos naturales, sin embargo, no es una tarea fácil, debido a la extensa variedad de compuestos que se hallan en las membranas (Von Minden, Morr, Milkereit, Heinz & Vill, 2002). Es por ello que la preparación de lípidos polares sintéticos ha atraído la atención de varios investigadores.

O

O

C

C

O

O

O PO

O-O

glic

erol

ácido graso

ácido grasoN+CH3

CH3

CH3

HN

O

CO

P

HO

esfingosina

ácido graso

O

-OO

N+

CH3

CH3H3C

Fosfatidilcolina Esfingomielina

O

O

C

C

O

O

glic

erol

ácido graso

ácido graso

OHO

HOOH

O

O

O

OH

HO

OH

OH

Digalactosildiacilglicerol

Figura 2.25. Estructura básica de algunos tipos comunes de lípidos de membrana (Nelson & Cox, 2005, p. 349).


Urata & Takaishi (1994; 1996) obtuvieron fosfolípidos sintéticos, usando como plataforma alquilglicidil éteres preparados a partir de epiclorhidrina (Figura 2.14). Como se mostró anteriormente, en presencia de un catalizador alcalino (como metóxido de sodio, p. ej.) los alquilglicidil éteres reaccionan con alcoholes en el carbono menos sustituido del anillo oxirano. De esta forma es posible obtener selectivamente 1,3-di-O-alquilgliceroles de cadena larga con un grupo hidroxilo libre en la posición 2 (Figura 2.16), a través del cual pueden añadirse nuevas funciones. Por ejemplo, mediante reacción de 1,3-di-O-alquilgliceroles con clorofosfato de etilenglicol (2-cloro-1,3,2-dioxafosfolano 2-óxido) y reacción subsecuente con trimetilamina en acetonitrilo, Urata & Takaishi (1994; 1996) obtuvieron fosfolípidos tipo éter con interesantes propiedades biológicas (Figura 2.26).

RO OR'OH

OP

O

O

Cl+

O

RO

R'OPO

OO (CH3)3N

CH3CN

ORO

R'O

P-O O

ON+CH3

CH3

H3C

Figura 2.26. Síntesis de fosfolípidos tipo éter a partir de 1,3-di-O-alquilgliceroles (adaptado de Urata & Takaishi, 1994; 1996). Murayama, Hoshino, Kusuoku, Nagai & Sugino (1999) también partieron de un alquilglicidil éter de

cadena larga para sintetizar compuestos similares a las ceramidas. El proceso de síntesis, el cual se describe en la Figura 2.27, comprende, en primer lugar, la reacción de alquilglicidil éter con una N-alcoxialquilamina, lo cual genera cuantitativamente un compuesto 1-O-alquil-3-amino-glicerol. A continuación, el grupo amino se acila con un éster metílico de ácido graso. Posteriormente, el grupo hidroxilo en la posición 2 se hace reaccionar con epiclorhidrina, en presencia de hidróxido de sodio y de un agente de transferencia de fase. Por último, el grupo glicidilo recién añadido se hidroliza. De acuerdo con sus creadores, estos análogos de ceramidas pueden mejorar la capacidad del estrato córneo de la piel para retener la humedad, reduciendo la aspereza de la piel, razón por la cual son útiles para la preparación de productos cosméticos.

O

OR + NH2(CH2)nR''

n = 2 o 3RO

HN

OHOR''

nR'

O

OCH3

R' = C13 - C15

etanol

80° C

OCl

NaOH / TBAB, ToluenoOR

N

O

OR''

R'OO

H2O / NaOH

C13H27COOH160° COR

N

O

OR''

R'O

nn

HOOH OR

N

HO

OR''

R'O

+

n

CH3ONa, CH3OH, 60° C

R = C14 - C16 R" = H, OH, OCH3, gly

Figura 2.27. Síntesis de compuesto semejantes a las ceramidas a partir de glicidil éter (adaptado Murayama et al. (1999)).


De forma semejante, Minamikawa, Murakami & Hato (1994) sintetizaron glicolípidos tipo éter basados en 1,3-di-O-alquilgliceroles. Para ello (como se muestra en la Figura 2.28), acetilaron totalmente un oligosacárido y, a continuación, desprotegieron selectivamente el carbono anomérico mediante tratamiento con acetato de hidracina en dimetilformamida, a 50° C por 2 horas. Este compuesto se transforma en el respectivo l-α-trifluoroacetimidato con un rendimiento cercano al 80%, mediante reacción con trifluoroacetonitrilo en diclorometano, en presencia de carbonato de cesio. Este donante de glicósido se acopla con un 1,3-di-O-alquilglicerol, en presencia de trifluorometanosulfonato de trimetilsililo. Según señalan los autores, este procedimiento permite obtener el β-glicósido deseado con un rendimiento próximo al 95%, independientemente de la longitud de las cadenas de hidrocarburo, del tipo de oligosacárido, o del número de unidades de azúcar en el oligosacárido. Por último, la remoción de los grupos acetilo por tratamiento con metóxido de sodio en metanol da como resultado un 1,3-di-O-alquil-2-O-(β-glicosil)glicerol.

OHOHO

OHO

OH

OHO

OHOH

OH OAcOAcO

OAcO

OAc

OAcO

OAcOAc

OAc(i) (ii)

OAcOAcO

OAcO

OAc

OAcO

OAcOH

OAc OAcOAcO

OAcO

OAc

OAcO

O

OAc

NH

CF3

ROOH

RO(iii)

(iv)OAc

α

OAcOAcO

OAcO

OAc

OAcO

OAcO

OAcOR

OR

OHOHO

OHO

OH

OHO

OH

O

OHOR

OR

(v)

β β

Figura 2.28. Ruta sintética para la preparación de 1,3-di-O-alquil-2-O-(β-glicosil)gliceroles. (i) anhídrido acético, N,N-dimetilaminopiridina/piridina (temperatura ambiente> 6 h); (ii) acetato de hidrazina/N,N-dimetilformamida (50° C, 2 h); (iii)

tricloroacetonitrilo, carbonato de cesio/diclorometano (t. ambiente> 2 h); (iv) trifluorometanosulfonato detrimetilsililo, tamices moleculares 4 Å/diclorometano (0° C, 6 h); (v) metóxido de sodio/metanol (0° C,>1 h) (Extraído de Minamikawa et al. (1994)).

2.2.5. Diglicerol, trigliceroles y oligogliceroles. Los oligogliceroles, especialmente digliceroles y trigliceroles, encuentran aplicaciones variadas en la

industria cosmética (Solvay Chemicals International, 2008a) y alimentaria (Solvay Chemicals International, 2008b), casi todas ellas relacionadas con su afinidad al agua, su viscosidad y su biocompatibilidad (Solvay Chemicals International, 2005). La oligomerización del glicerol se puede efectuar con catalizadores homogéneos o heterogéneos, ácidos o básicos (Martin & Richter, 2011). A escala industrial se obtiene una mezcla compuesta principalmente por digliceroles y trigliceroles mediante condensación de glicerol en medio ácido y a alta


temperatura (Solvay Chemicals International, 2005; Seiden & Martin, 1976). Otro proceso que se ha aplicado industrialmente para obtener oligogliceroles de bajo peso molecular se basa en la reacción de glicerol con epiclorhidrina, seguida por hidrólisis alcalina (Jakobson & Siemanowski, 1990).

Debido a que la oligomerización del glicerol es una reacción consecutiva, el control del grado de

condensación determina la distribución de oligómeros en el producto. Los rendimientos más altos de diglicerol y triglicerol se consiguen a baja conversión de glicerol (40 – 50%). El producto crudo puede contener hasta 50% de glicerol no convertido, el cual debe ser removido por destilación. En general, los productos comerciales suelen contener, además de diglicerol y triglicerol, pequeñas cantidades de glicerol y de oligómeros de mayor peso molecular. Una distribución estrecha de oligómeros determina la calidad y el precio del producto.

Debido a que la molécula de glicerol es trifuncional la regioselectividad del enlace éter supone una

dificultad durante la preparación de oligogliceroles; además de oligómeros lineales (α,α’), pueden formarse oligómeros ramificados (α,β’ y β,β’), e incluso oligómeros cíclicos (Figura 2.29). Mejorar la regioselectividad ha sido, y es todavía, uno de los principales objetivos en la síntesis de poligliceroles. Martin & Richter (2011) tratan este tema en su resumen sobre la síntesis de digliceroles y trigliceroles por condensación de glicerol, haciendo énfasis en el efecto que tienen diferentes catalizadores sobre la selectividad, y en la relación que existe entre selectividad y conversión. Barrault, Clacens & Pouilloux (2004) también han producido abundante información sobre este tema.

HO O OHOH OH

HO OOH

OH

OH HO

O

HO OH

OH

α,α-diglicerol α,β-diglicerol β,β-diglicerol

O

OOHHO

O

OOH

HO O

O OH

HO O

O OH

HO compuestos cíclicos de diglicerol

Figura 2.29. Isómeros posibles de diglicerol (Martin & Richter, 2011).

Los poligliceroles son utilizados en la industria de los surfactantes principalmente como insumo en la producción de monoésteres de poliglicerol, surfactantes noiónicos que tienen aplicación en las industrias alimentaria y farmacéutica, debido a que son biodegradables, biocompatibles y no-tóxicos (JECFA, 1989). Estos ésteres pueden ser producidos por esterificación directa de poliglicerol con ácidos grasos, o por interesterificación, a partir de triglicéridos y de poliglicerol. Otra alternativa es la transesterificación de ésteres metílicos de ácidos grasos con poliglicerol (Norn, 2004, p. 113). Son comunes el monolaurato, monooleato y monoestearato de diglicerol o de triglicerol (Seiden & Martin, 1976; Solvay Chemicals International, 2008b), si bien los productos comerciales no suelen ser puros, debido a que los poligliceroles a partir de los cuales se preparan tampoco lo son. Además, existe la posibilidad de que más de un grupo hidroxilo pueda acilarse.


En virtud de su relativa hidrofilicidad, los oligogliceroles proporcionan una plataforma valiosa para sustituir al polióxido de etileno en la síntesis de surfactantes noiónicos (Urata & Takaishi, 2001). Esta opción fue parcialmente evaluada por Kato et al. (2003), quienes demostraron que los monolauratos de poliglicerol puros con 2 a 5 unidades de glicerol tienen excelentes propiedades surfactantes en comparación con dodecanoles polietoxilados con 4, 6 y 8 unidades de oxido de etileno, hallando que, entre todos los monolauratos de poliglicerol evaluados, el que contiene 3 unidades de glicerol es capaz de producir la tensión interfacial más baja y tiene mejor capacidad detergente.

Por otro lado, Chailloux, Nardello-Rataj, Salager & Aubry (2003) evaluaron el comportamiento de fase de

sistemas monolaurato de poliglicerol-n-hexanol-agua-aceite en función del número promedio de unidades de glicerol por molécula de surfactante. Haciendo uso de barridos unidimensionales de formulación y del concepto de HLD6, cuantificaron el parámetro que correlaciona el número de unidades de glicerol en la molécula de monolaurato con el número de átomos de carbono del alcano (fase aceite). Sus hallazgos indicaron que una unidad de glicerol, pese a que contiene un grupo hidroxilo, posee la mitad de la hidrofilicidad de una unidad de óxido de etileno. Los autores sugieren que el grupo hidroxilo no compensa suficientemente la presencia de un átomo de carbono adicional.

No obstante la demostrada aplicabilidad de los monoésteres de poliglicerol, la naturaleza polifuncional de

los oligogliceroles no facilita su síntesis debido a la dificultad para controlar el grado de funcionalización. Como se mostró en la sección 2.2.4, para sintetizar surfactantes con cabeza polar de oligoglicerol se prefiere adoptar una estrategia basada en la condensación secuencial de moléculas de epiclorhidrina y de isopropiliden glicerol.

2.3. Carbohidratos. Los carbohidratos son los compuestos orgánicos más abundantes a nivel mundial, pues representan el 95% del volumen de biomasa que se regenera anualmente; de éste sólo el 3% es aprovechado por los humanos, y el resto participa en los procesos de decaimiento y reciclado naturales (Lichtenthaler & Mondel, 1997). Los monosacáridos, los carbohidratos más simples, son, básicamente, polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas (o bien, hemiacetales o hemicetales cíclicos cuya hidrólisis da lugar a estos compuestos) con cuatro a siete átomos de carbono (Figura 2.30). Entre ellos, la D-glucosa (también llamada D-glucopiranosa (Glcp)) es el monosacárido más abundante en la naturaleza (Lichtenthaler, 2010). Suele encontrarse en forma de hemiacetal cíclico de 6 miembros, al igual que otras aldosas y cetosas cuya estructura se muestra en la Figura 2.31.

6 El HLD, o hydrophilic–lipophilic deviation, es un índice de formulación, el cual consiste en la suma algebraica de contribuciones energéticas que afectan la afinidad del surfactante hacia las fases agua y el aceite. Una explicación más amplia sobre el concepto de HLD puede hallarse en: Salager J-‐L., Antón, R., Forgiarini, A. & Márquez, L. (2009). Formulation of Microemulsions. En Stubenrauch, C. (Ed.), Microemulsions: Background, New Concepts, Applications, Perspectives (pp. 84 – 121). Oxford, U.K: John Wiley and Sons.


Tetrosas:

Pentosas:

Hexosas: CHO

OHOHOHOH

CH2OH

CHOHO

OH

CH2OH

CHOOH

HOOHOH

CH2OH

CHOHOHO

OHOH

CH2OH

CHOOHOH

HOOH

CH2OH

CHOHO

OHHO

OHCH2OH

CHOOH

HOHO

OHCH2OH

CHOHOHOHO

OHCH2OH

OHOH

CHOOH

CH2OH

D-gliceraldehido

CHOOH

CH2OHOH

CHOHO

CH2OHOH

D-treosaD-eritrosa

CHOOHOH

CH2OHOH

CHOHO

OH

CH2OHOH

D-ribosa D-arabinosa

CHOOH

CH2OHOH

CHO

CH2OHOH

HOHOHO

D-xilosa D-lixosa

D-alosa D-altrosa D-glucosa D-manosa D-gulosa D-idosa D-galactosa D-talosa

Figura 2.30. Proyecciones de Fisher de la familia D de las aldosas. Todos estos azúcares son naturales excepto la treosa, lixosa, alosa y gulosa. Los átomos de hidrógeno secundarios han sido omitidos.

O

OHOH

OH

CH2OH

OH

OHHO

OHOH

CH2OH

H O

CH2OH

OH

OHOCH2OHOH HO

OH

CH2OHOH

OHOH2C

CH2OH

OH

OH O OH

OH

OH O OH

CH2OH D-glucosa o

D-glucopiranosa (una aldohexosa)

D-fructosa o D-fructofuranosa (una cetohexosa)

D-xilosa D-arabinosa

(aldopentosas)

Figura 2.31. Estructura de algunos azúcares en su forma cíclica.

El átomo de carbono hemiacetálico (o hemicetálico) de los sacáridos cíclicos, denominado carbono anomérico, experimenta mutarrotación en solución acuosa, lo que da lugar a la existencia de dos diastereóisomeros en equilibrio. Uno de éstos, el anómero α, tiene orientado su hidroxilo anomérico en posición trans con respecto al grupo terminal —CH2OH, mientras que el anómero β posee configuración cis (Wade, 2004, p. 1068). Mediante un enlace glicosídico dos monosacáridos se unen para formar un disacárido. La estereoquímica del carbono anomérico determina que existan disacáridos compuestos por monosacáridos iguales pero con propiedades diferentes (p. ej. la maltosa, α-D-Glcp-(1�4)-D-Glcp, y la celobiosa, β-D-Glcp-(1�4)-D-Glcp, son diastereoisómeros; véanse las Figuras 2.32(a) y 2.32(b)). En los disacáridos de origen natural se presentan sólo tres tipos de enlaces glicosídicos: 1,4’; 1,6’, y entre dos carbonos anoméricos (1,2’ en la sacarosa y 1,1’ en la


trehalosa, como se aprecia en las Figuras 2.32(c) y 2.32(d)); mientras que en los polisacáridos naturales las unidades de sacárido se encuentran unidas por enlaces glicosídicos β-1,4’ (en la celulosa) y α-1,4’ (en los almidones, incluyendo la amilosa, la amilopectina y el glucógeno) (Nelson & Cox, 2005, pp. 238 - 247).

a)

O

OHOH

OH

CH2OHO

OH

OH

CH2OH

OHO

1 4'

α23

4

5

6

1'2'3'

5'6'

b)

O

OHOH

OH

CH2OHO

OH

OH

CH2OH

OHO

1

4'β

Maltosa, α-D-Glcp-(1→4)-D-Glcp Celobiosa, β-D-Glcp-(1→4)-D-Glcp

c)

O

OHOH

OH

CH2OH

CH2OH

CH2OH

OH

OHO

O1

α β23

4

5

61'

2'

3' 4'

5'

6' d)

O

OHOH

OH

CH2OH

1

α

1'

O OH

OH

OHO

CH2OH

α

Sacarosa, α-D-Glcp-(1→2)-β-D-Fru Trehalosa, α-D-Glcp-(1→1)-α-D- Glcp

Figura 2.32. Estructura de algunos disacáridos (Nelson & Cox, 2005, pp. 245 - 246).

La abundancia de grupos hidroxilo convierte a los azúcares y oligosacáridos en compuestos valiosos para

constituir la cabeza polar de moléculas tensoactivas. No sorprende, entonces, que exista una variedad de surfactantes comerciales que son derivados directos de azúcares y oligosacáridos, los cuales, debido a que son biocompatibles, fácilmente biodegradables y poco tóxicos, han encontrado aplicación en las industrias farmacéutica, alimentaria y de higiene personal (Allen & Tao, 1999). Los métodos de preparación de los surfactantes derivados directos de carbohidratos que son comercialmente importantes, y de algunos derivados de éstos, se describen en un apartado de esta sección. En otros apartados se presentan las reacciones que comúnmente se practican para obtener surfactantes a partir de sacáridos, junto con algunos ejemplos de su aplicación. Dada la abundancia de grupos hidroxilo en los sacáridos, un tema recurrente en el estudio de estas reacciones es la dificultad para obtener selectivamente un producto en particular.

2.3.1. Surfactantes derivados de carbohidratos comercialmente importantes. La producción a escala industrial de surfactantes basados en carbohidratos es relativamente reciente

(Behler et al., 2001, p. 21). Entre los surfactantes derivados directos de carbohidratos que se producen a escala comercial se pueden contar los ésteres de sacarosa y los poliglicósidos de alcoholes grasos, también llamados alquilpoliglucósidos (APGs) (Lichtenthaler, 2007, p. 31; von Rybinski & Hill, 1998). Otros surfactantes comercialmente importantes basados en carbohidratos son obtenidos a partir de derivados de glucosa. Éste es el caso de los ésteres de sorbitan, producidos a partir de ácidos grasos y de sorbitan, producto obtenido mediante reducción y posterior deshidrociclación de la glucosa, y de las N-metilglucamidas, las cuales se producen a partir de ácidos grasos y de N-metilglucamina, obtenida por aminación reductiva de la glucosa con metilamina.

Los ésteres de sacarosa son producto de la transesterificación de ésteres de ácidos grasos con sacarosa.

La sacarosa, o α-D-glucopiranosil-(1→2)-β-D-fructofuranosa (Figura 2.32(c)), es un compuesto orgánico que se


produce abundantemente a nivel mundial, y es está disponible con alto grado de pureza y a bajo costo. Posee ocho funciones alcohol: tres primarias en C-6, C-1’ y C-6’, y cinco secundarias. Mediante el control del grado de esterificación y la selección del ácido graso es posible obtener una amplia variedad de productos anfifílicos, desde los más hidrofílicos, con alto contenido de monoéster y HLB ∼ 16, hasta los menos hidrofílicos, con mayor proporción de productos de esterificación múltiple y HLB ∼ 1 (Otomo, 2009, p. 277). Esta particularidad de los ésteres de sacarosa les permite abarcar una gran variedad de aplicaciones; las mezclas con bajo grado de esterificación son útiles para estabilizar emulsiones O/W y también pueden usarse como detergentes, mientras que aquellas con mayor grado de esterificación (6 - 8) son lipofílicas, y han sido usadas para sustituir grasas en aplicaciones alimentarias. No obstante, el uso de ésteres de sacarosa está limitado a un intervalo de pH entre 4 y 8. A pH menor que 4 puede ocurrir hidrólisis del enlace glicosídico, y más allá de pH 8 ocurre saponificación del enlace éster (Peters, Rose & Moser, 2010, p. 10).

El primer proceso de producción de ésteres de sacarosa, llevado a escala industrial a finales de los sesenta,

consiste en la transesterificación de ésteres de ácidos grasos (de simples alcoholes monohídricos, como el metanol o el etanol, o de alcoholes polihídricos como el glicerol) con sacarosa, en presencia de un catalizador alcalino (comúnmente, carbonato de potasio) y DMSO o DMF como solvente (Hill & LeHen-Ferrenbach, 2009, p. 5; Hass, Summit, Snell & Osipow, 1959). Desafortunadamente, éste y otros métodos que han sido propuestos requieren el uso de solventes tóxicos que deben ser removidos totalmente del producto. Desde entonces se ha tratado de introducir otros métodos con más o menos éxito. Se ha propuesto efectuar la reacción en una emulsión formada a partir de disolución de sacarosa en propilenglicol y de éster metílico de ácido graso, usando carbonato de potasio anhidro como catalizador (Osipow & Rosenblatt, 1969). También han sido propuestos métodos libres de solventes, uno de los cuales consiste en hacer reaccionar sacarosa fundida con ésteres de ácidos grados, en presencia de sales alcalinas de ácidos grasos de pH neutro (Feuge, Weiss & Zeringue, 1973). Otro método similar a este último consiste en disolver la sacarosa junto con sales de ácidos grasos (jabón) en agua, y luego añadir una mezcla de carbonato de potasio y éster metílico de ácido graso. El agua es removida progresivamente, con calentamiento a alta temperatura y vacío, hasta que se obtiene una mezcla homogénea fundida en la cual ocurre la transesterificación (Yamagishi, Endo, Oci & Kozuka, 1974). La catálisis enzimática también ha sido explorada en los laboratorios como vía para producir selectivamente monoésteres de sacarosa (Pyo & Hayes, 2009, p. 323), pero su aplicación a escala industrial todavía se encuentra distante. Más información sobre los distintos procesos de producción de ésteres de sacarosa se puede hallar en los resúmenes de Hill & LeHen-Ferrenbach (2009), de Allen & Tao (1999), y en el de Nelen & Cooper (2004).

Es difícil mejorar un producto que ya tiene muchas ventajas. Sin embargo, diversos métodos han sido

ensayados para mejorar la solubilidad de los ésteres de sacarosa en agua, especialmente de aquellos procedentes de ácidos grasos de cadenas más largas. Uno de éstos consiste en polietoxilar o polipropoxilar algunos de los grupos hidroxilo (Komori & Okahara, 1963). Otros planteamientos se basan en sulfonar los ésteres de sacarosa usando trióxido de azufre acomplejado con piridina (Bazin, Polat & Linhardt, 2001). Los monoésteres de sulfosacarosa obtenidos de esta forma no solo son más solubles en agua, también tienen valores de CMC dos órdenes de magnitud más bajos que los de sulfatos y sulfonatos con cadenas carbonadas de la misma longitud (Bazin, Polat & Linhardt, 1998).

Los ésteres de sorbitan fueron introducidos en el mercado en 1938 por la empresa Atlas Powder Company, con el nombre “Span” (Cottrell &Van Peij, 2004, p. 164). Se fabrican principalmente mediante dos


tipos de procesos. Uno de ellos ocurre en dos etapas, iniciándose con la transformación de sorbitol (alcohol polihídrico que se obtiene por hidrogenación catalítica de la glucosa) en 1,4 sorbitan (producto mayoritario), por deshidratación en medio ácido. En la Figura 2.33 se describe la ruta de producción de sorbitano a partir de glucosa. Seguidamente, el sorbitan se esterifica con ácidos grasos de grado técnico en medio alcalino. En el proceso alterno las etapas de deshidratación y de acilación ocurren simultáneamente. Ambos métodos tienen aplicación a escala industrial. El producto es, fundamentalmente, una mezcla de mono-, di- y triésteres de sorbitan, cuya proporción relativa es función del tipo de ácido graso que se usa y de la relación de ácido graso a sorbitán. Adicionalmente a los procesos químicos de producción, también han sido propuestos métodos enzimáticos, parte de los cuales pueden hallarse reseñados en el resumen publicado por Allen & Tao (1999). En la Tabla 2.1 se indican el nombre comercial y el HLB de algunos monoésteres de sorbitano.

H2

CAT

CH2OHHOHO

OHHO

CH2OH

OHHO

OHOH

CH2OH

H O

- H2O

H+

O

HO OH

OH

OH

- H2O

RCOOH

glucosa sorbitol(hexitol) 1,4-sorbitan monoéster de

1,4-sorbitan

O

HO OH

OH

O

OR

Figura 2.33. Ruta de síntesis de monoésteres de sorbitan.

Tabla 2.1. Nombre comercial y HLB de algunos monoésteres de sorbitan (Cottrell & Van Peij, 2004, p. 167).

Nombre genérico Nombre comercial HLB monolaurato de sorbitan

monopalmitato de sorbitan monoestearato de sorbitan

monooleato de sorbitan triestearato de sorbitan

trioleato de sorbitan

Span 20 Span 40 Span 60 Span 80 Span 65 Span 85

8,6 6,7 4,7 4,3 2,1 1,8

Los monoésteres de sorbitan son relativamente hidrofóbicos (HLB = 1 – 8), razón por la cual encuentran

aplicación principalmente en la formulación de emulsiones agua en aceite. Los derivados polietoxilados de los monoésteres de sorbitan, con diez o más unidades de óxido de etileno, son relativamente más hidrofílicos. Éstos se obtienen haciendo reaccionar los ésteres de sorbitan con óxido de etileno. La reacción tiene lugar en un recipiente a presión donde se carga inicialmente el éster de sorbitan y una pequeña cantidad de hidróxido de potasio. El óxido de etileno (un gas a temperatura ambiente) se inyecta lentamente para controlar el calor despedido por la reacción y para evitar que éste se transforme en dioxano por dimerización. Simultáneamente, la energía despedida es constantemente removida para evitar que se produzcan reacciones secundarias. El producto de reacción es sometido a destilación por arrastre con vapor para remover los restos de dioxano tóxico que hayan podido formarse (Cottrell & Van Peij, 2004, p. 166; Hasenhuettl, 2008, p. 18). Por su hidrofilicidad característica los monoésteres de sorbitan polietoxilados, comercialmente conocidos con el término “polisorbatos” (como los de la serie “Tween” de ICI surfactants Inc., y otros más), son surfactantes ideales para preparar emulsiones de aceite


en agua, y para solubilizar aceites en medio acuoso, entre otras aplicaciones (Flick, 1993, p. 547). Los polisorbatos comerciales contienen, en general, un promedio de 20 unidades de óxido de etileno unidas a la molécula de éster de sorbitano a través de cualquiera de sus tres grupos hidroxilo. En la Tabla 2.2 se muestran el nombre comercial y el HLB de los monoésteres de sorbitano polietoxilado de uso más generalizado.

Tabla 2.2. Nombre comercial y HLB de algunos monoésteres de sorbitan polietoxilados (Hasenhuettl,

2008, p. 25; Cottrell & Van Peij, 2004, p. 169).

ácido graso Éster de sorbitan Derivado etoxilado HLB láurico (12:0)

palmítico (14:0) esteárico (16:0)

oleico (18:1) esteárico (16:0)

oleico (18:1)

monolaurato de sorbitan monopalmitato de sorbitan monoestearato de sorbitan

monooleato de sorbitan triestearato de sorbitan

trioleato de sorbitan

Polisorbato 20 Polisorbato 40 Polisorbato 60 Polisorbato 80 Polisorbato 65 Polisorbato 85

16,7 15,6 14,9 10,5 15,0 11,0

NOTA: Todos poseen un promedio de 20 unidades de óxido de etileno en su fórmula. La hidrofilicidad de los ésteres de sorbitan también puede mejorarse mediante la inserción de cadenas de

poliglicerol en la molécula, a través de la formación de enlaces éter (Bevinakatti, Waite & Frank, 2010). Estos derivados se sintetizan mediante la reacción de ésteres de sorbitano con carbonato de glicerol, en presencia de un catalizador alcalino (hidróxido o carbonato, de sodio o potasio), como se describe en el esquema presentado en la Figura 2.34. Se cree que la reacción comienza con la desprotonación de uno de los hidroxilos de la molécula de sorbitano. Este alcóxido desplaza el grupo carbonato en una molécula de carbonato de glicerol. La posterior descarboxilación da lugar a un compuesto intermedio, el cual reacciona con otra molécula de carbonato de glicerol para añadir otra unidad de glicerol a su estructura. Lo conveniente de esta estrategia para mejorar la hidrofilicidad de los ésteres de sorbitano es que el carbonato de glicerol es un producto químico derivado de biomasa (como se mostró en la sección 2.2.2).

monoéster de1,4-sorbitan

O

HO OH

OH

O

OR

O

OO

HO

Cat. alcalino

O

O O

OH

O

OR

OH

OHn O

OH

O

OH

Hm

éter poliglicérico de éster de sorbitán

Figura 2.34. Estrategia alterna para mejorar la hidrofilicidad de los éstres de sorbitano (Bevinakatti, Waite & Frank, 2010).

Los alquilpoliglucósidos (APG) comenzaron a explotarse a escala comercial alrededor del año 1992 (von Rybinski & Hill, 1998). Son surfactantes derivados de biomasa que igualan a los alcoholes polietoxilados en capacidad para reducir la tensión interfacial, con la ventaja de que la hidratación (y, por tanto, la efectividad) de la cabeza polar constituida por unidades de glucosa es menos afectada por los cambios de temperatura (Nickel, Forster & von Rybinski, 1997, p. 39). Su síntesis industrial se basa en la glicosidación de Fischer7, la cual consiste

7 Fischer, E., Ber. Dtsch. Chem. Ges., 1893, 26, 2400


en la conversión directa, en medio ácido, de una aldosa (en forma cíclica es un hemiacetal) en un acetal de sacárido, denominado glicósido. El proceso de producción industrial de alquilpoliglucósidos tiene dos variantes. En el proceso directo, la glucosa (anhidra o monohidratada) se acetaliza con alcoholes de cadena carbonada larga (véase el esquema de la reacción en la Figura 2.35(a)). En este proceso la glucosa es suspendida en alcohol graso en exceso, y la reacción transcurre en presencia de un catalizador ácido (generalmente un ácido sulfónico), a una temperatura entre 100 y 120° C. La mezcla de reacción neutralizada, que contiene menos de 1% de glucosa y entre 50 y 80% de alcohol, es luego sometida a destilación en vacío, en evaporadores de película líquida (Mao, Weeman & Miller, 1986) o de película descendente (Johannisbauer, Körner & Nitsche, 1994), en los cuales se controlan cuidadosamente la temperatura y el tiempo de residencia, para minimizar la formación de productos de pirólisis no deseados.

La otra variante del proceso industrial para la producción de APG consta de dos etapas. En la primera, se hace reaccionar jarabe de dextrosa o almidón con un alcohol de bajo punto de ebullición (generalmente n-butanol o propilenglicol) para obtener un alquilpoliglicósido de cadena corta. Esta etapa se conduce a una temperatura mayor que 140° C para promover la ruptura parcial de las cadenas de polisacárido. En la segunda etapa, el alquilpoliglicósido de cadena corta es transacetalizado con un alcohol de cadena larga (C12 - C14) para obtener el producto final, acompañado de butanol y agua. El butanol es continuamente removido y recirculado hacia la primera etapa. En la Figura 2.35(b) se muestra una representación esquematizada de esta ruta de síntesis.

a)

O

OHOH

OH

CH2OH

OH + ROHH+

- H2O

O

OHOH

OH

CH2OH

OR

DP

b)

O

OHOH

OH

CH2OH

OH + BuOHH+

- H2O

O

OHOH

OH

CH2OH

OBuH+

+ ROH- BuOH

O

OHOH

OH

CH2OH

OR

DP

Figura 2.35. Síntesis de alquilpoliglucósidos. (a) Proceso de acetalización directa, (b) Proceso de transacetalización mediada por butanol. Tanto en el proceso directo como en el de transacetalización (de dos etapas), el producto final es una

mezcla que contiene, tanto isómeros α como β, de alquil mono-, alquil oligo-, y alquil poliglucósidos (con una mayor proporción de piranósidos que de furanósidos), cuya composición es función de la proporción de glucosa a alcohol graso que se alimenta. El grado de polimerización del glicósido junto con la longitud de la cadena carbonada del alcohol determinan las propiedades surfactantes del producto. Durante la glicosidación química catalizada por ácido, la generación de productos secundarios (polímeros de glucosa, éteres y compuestos coloreados) es minimizada mediante el control del tiempo de reacción y la utilización de ácidos alquilbencenosulfónicos relativamente más hidrofóbicos. El método de trasacetalización fue el preferido durante la década de los noventa, pero el de glicosidación directa ha venido ganando favoritismo en los últimos años, debido a que es más rápido y selectivo, pues el almidón es menos soluble y reacciona más lentamente que la glucosa (Foley, Kermanshahipour, Beach & Zimmerman, 2012; Hill & LeHen-Ferrenbach, 2009, p. 8).


La síntesis enzimática tiene la ventaja de ser estereoselectiva, lo que permitiría obtener alquilpoliglucósidos anoméricamente puros, los cuales tienen un desempeño más consistente y confiable (Hayes, 2012, p. 254). Sin embargo, a pesar de que recientemente se ha logrado un avance significativo en la síntesis enzimática de alquilpoliglucósidos a escala de laboratorio, la aplicación de la ruta enzimática a nivel industrial todavía requiere muchas mejoras (Hayes, 2012, p. 261). Un problema que no ha sido solucionado es el bajo rendimiento que se obtiene con alcoholes de más de ocho átomos de carbono, debido a su baja solubilidad en medio acuoso (Rathery & Mishra, 2013).

Los alquilglucósidos y alquilpoliglucósidos han sido usados como punto de partida para generar una variedad de derivados, pues los grupos hidroxilo de la glucosa tienen el potencial para experimentar reacciones de eterificación, esterificación, u oxidación. El número de gupos -OH, sin embargo, puede suponer una complicación si se desea obtener derivados monofuncionales pues, pese a que los hidroxilos primarios son más reactivos, la diferencia de reactividad entre hidroxilos primarios y secundarios frecuentemente no es lo suficientemente grande para impedir la formación de mezclas de productos. La síntesis de derivados de alquilpoliglucósidos ha sido revisada por Rhode, Weuthen & Nickel (1997), por Fabry (1997, pp. 221 -222), y por Lüders (2000). Algunos ejemplos adicionales de derivatización de alquilglucósidos y alquilpoliglucósidos pueden hallarse en el resumen de El Seoud & Galgano (2009), o en la obra Behler et al. (2001, p. 29). Algunas de las transformaciones y funcionalizaciones descritas en estos resúmenes se muestran en la Tabla 2.3.

Tabla 2.3. Derivatización de los alquilglucósidos.

Sustrato Condiciones de reacción Derivados de alquilglucósidos

OHOHO

OH

OH

Oalquilo

Pt (Adams), O2

NaHCO3, pH 7 - 8,5 OHO

HOOH

Oalquilo

OHO

ácido glucopiran-urónico (Boecker, T. & Thiem, J., Tenside, Surf.,

Det., 26, 318, 1989)

1) P2O5, 50° C

2) NaOH OHO

HOOH

O

Oalquilo

PO

ONaOH

fosfatos (Robert S. McDaniel, Jr.,US 5001114,

Henkel KGaA, 1991)

1) TsCl / piridina, 0° C2) NHR'2, MeOH

3) HCl, MeOH OHO

HOOH

N

Oalquilo

H R'R'

Cl

compuestos de amonio cuaternario (Boecker, T. & Thiem, J., Tenside, Surf.,

Det., 26, 318, 1989)

ORORO

OR

OR

Oalquilo

O

O

HOO

HO OHOH

OHO

base

R = OHOH

glicéridos (M. Weuthen, WO 1995011251 A1,

Henkel KGaA (1995))

EtO OEt

O

NaOH, 120º C, 3 h OEt

O

R =

carbonatos (M. Weuthen, US 5545731 A, Henkel

KGaA (1996))


Cl R'

KOH, 80º C, 7 d R'R =

éteres (W. Poly, B. Gruber, M. Weuthen, S. Schau, WO 1993006115 A1, Henkel

(1993))

1) SO3 / piridina, -10° C

2) NaOH

R = SO

OONa

sulfatos (Boecker, T., Lindhorst, T.K., Thiem, J., & Vill, V., Carbohydr. Res., 230-

245, 1992.)

OO O

ONa

R = OO

maleatos (H. Mizushima, A. Yamamuro,

H.Tottorinaka, EP 454321, Kao Corp. (1991))

2) SO3Na2

OO O1)

ONa

R =

NaO3S

OO

sulfosuccinatos (H. Mizushima, A. Yamamuro,

H.Tottorinaka, EP 454321, Kao Corp. (1991))

O

base

OHnR =

éteres de poletilenglicol (C.D. Roth, K.B. Moser, G.M. Howell, A.D. Urfer, US 4834903, Henkel Corp.

(1989))

SO

O ONa

K2CO3, 160º C

SO

O ONaR =

isetionatos (M Weuthen, DE 4136783, Henkel

KGaA (1993))

HO OHOH

O OHO O

base

ONaOH

O ONaO O

R =

citratos (P. Bernardi, D. Fornara, S. Garlisi, EP 0510564 A1, Auschem S.P.A.,

1992)

OHHO

O

OH

OH

O

base

ONaO

OH

OH

OR =

tartratos (P. Bernardi, D. Fornara, S. Garlisi, EP 0510564 A1, Auschem S.P.A.,

1992)

ORORO

OR

OR

Oalquilo

n

ClOH

PO ONa

OH ó

ClOH

SONa

O

O

NaOH / H2O, 90 - 100º C, N2 burb.

OHPO ONa

OHR =

ó

OHS

ONa

O

O

R =

A. J. O'Lenick, Jr., K. A. O'Lenick, US 6627612 B1,

Colonial Chemical Inc., 2003

ClOH

NR CH3

CH3

OH

NR CH3

CH3

R =

A. J. O'Lenick, Jr., D. A. Smith, D. Anderson, US 6881710 B1,

Colonial Chemical Inc., 2005


Más recientemente, el grupo de A. J. O'Lenick Jr ha patentado una serie de derivados funcionalizados de alquilpoluglicósidos (O'Lenick Jr., A. J. & O'Lenick, K. A., 2003; O'Lenick Jr., A. J., Smith, D. A. & Anderson, D., 2005), algunos de los cuales también se muestran en la Tabla 2.3. La funcionalización con grupos ionizables proporciona derivados aun más solubles en agua que los APG. Estos derivados sulfonados, fosfatados y los de amonio cuaternario son comercializados con los nombres Suga®Nate, Suga®Phos, y Suga®Quat, por Colonial Chemical Inc. El grupo de A. J. O'Lenick Jr también ha desarrollado surfactantes poliméricos basados en alquilpoliglucósidos funcionalizados, los cuales se comercializan con las marcas Poly Suga®Nate, Poly Suga®Quat, Poly Suga®Phos, Poly Suga®Glycinate C, Poly Suga®Pearl; las estructuras aproximadas de algunos de éstos se muestran en la Figura 2.36. Estos surfactantes poliméricos se obtienen por reacción de los hidroxilos presentes en alquilpoliglucósidos funcionalizados con 1,3 dicloro-2-propanol en disolución acuosa alcalina (K. A. O'Lenick & A. J. O'Lenick Jr., 2008), o bien mediante la funcionalización del polímero previamente sintetizado (A. J. O'Lenick Jr., 2009).

Las N-metilglucamidas (NMGA) son otros surfactantes derivados de glucosa que se producen a escala

industrial. Se obtienen mediante una síntesis de dos etapas, como se puede apreciar en el esquema de la Figura 2.37. En la primera se obtiene N-metilglucamina mediante alquilación reductiva de metilamina con glucosa, en presencia de hidrógeno y de níquel Raney.

Posteriormente, se convierte la N-metilglucamina en N-metilglucamida por condensación con el éster

metílico de algún ácido graso (Scheibel, Connor, Shumate & St. Laurent, 1994; Shumate, Stark, Scheibel & Severson, 1995). A pesar de que, en general, las bases no son adecuadas para catalizar la condensación de aminas con ésteres, la síntesis de N-metilglucamidas se efectúa en presencia de una base (generalmente, métoxido de sodio) y calor (Foley, Kermanshahipour, Beach & Zimmerman, 2012). Según Laughlin, Fu, Wireko, Scheibel & Munyon (2003, p. 3), la explicación para esto es la formación de un aminotetrahidroxiéster intermedio, el cual se rearregla rápidamente para convertirse en la glucamida. Recientemente ha sido descrito un método para obtener N-lauroil-N-metilglucamida biosinteticamente, mediante acilación enzimática de la N-metilglucamina (Gaber, Orellana-Åkerman, & Hatti-Kaul, 2014).

Las N-metilglucamidas tienen propiedades fisicoquímicas comparables a las de los alquilpoliglucósidos

(Behler et al., 2001, p. 27; Laughlin et al., 2003, p. 25): la CMC de la N-lauroil-N-metilglucamida a 25° C es de 4,3*10-4 M y la tensión superficial después de la CMC es de 27,3 mN/m; pero son menos solubles, y tienden a cristalizar más fácilmente en solución acuosa (Hill & LeHen-Ferrenbach, 2009, p. 9). Las NMGA han sido utilizadas en la formulación de diversos productos, principalmente en detergentes (Smulders, Rähse, von Rybinski, Steber, Sung & Wiebel, 2002, p. 43). No obstante, actualmente las N-metilglucamidas han “desaparecido del mercado” (Hill & LeHen-Ferrenbach, 2009, p. 11 y Hill, 2010, p. 76) y su uso ha venido disminuyendo desde finales de la década de los 90 (Foley et al., 2012).


OO O

OH

ORHO

OOH

NOH

H3C

CH3RO

OR

OOH

O

N

HO

NOH

CH3

CH3R

CH3

H3CR

n

OO O

OH

ORHO

OHO

OR

OOH

O nO

ONaO

O

SO3Na

NaOO

OSO3Na

O

NaO3S

ONaO Poly Suga®Quat Poly Suga®Nate

OO O

OH

ORHO

OOHHO

O

OR

OOH

O

HO

OHn

O

O OH

O O

OHORO

HO

O OH

OH

ORO

O OH

O

HO

n

OO

O

OPONaO

OP

P

PPNaOO

OH

NaO OHO

ONaO

OH

NaO OHO

OO O

OH

ORHO

OOH

NOH

O

OR

OOH

O

N

HO

NOH

n

ONa

O

HO

OH

O

ONa

HO

OH

OH

OH

ONa

O

Poly Suga®Phos Poly Suga®Glycinate

Figura 2.36. Estructura aproximada de surfactantes poliméricos funcionalizados basados en APG.

CHOOHHHHOOHHOHH

CH2OH

CH3NH2

H2, CAT

CH2

OHHHHOOHHOHH

CH2OH

HNCH3

RCO2CH3

CH3ONa

CH2

OHHHHOOHHOHH

CH2OH

N

O

RH3C

Figura 2.37. Síntesis Industrial de N-metilglucamidas (Laughlin et al., 2003, p. 3).

2.3.2. Algunos aspectos sobre la glicosidación de alcoholes. Como se ha mencionado antes, los alquilpoliglucósidos se fabrican mediante glicosidación de alcoholes

de cadena larga con glucosa. La glicosidación, entonces, fue descrita como la conversión de un sacárido (un hemiacetal) en un glicósido (acetal), por acción de un alcohol en medio ácido. En un sentido más amplio, la glicosidación consiste en el desplazamiento nucleofílico de un grupo saliente (GS) en el “donante de glicósido”, por el grupo hidroxilo de un “receptor de glicósido”, como se muestra en la Figura 2.38. En la glicosidación de


Fischer el grupo saliente es un hidroxilo protonado, pero en otros métodos el grupo hidroxilo hemiacetálico es convertido en (o sustituido por) un mejor grupo saliente en una etapa previa a la glicosidación. Es por ello que se prefiere usar el término “donante de glicósido” para incluir a todos los derivados que sirven para tal fin. Algunos donantes de glicósido se muestran en la Figura 2.39.

Otro aspecto importante en la glicosidación tiene que ver con el activador (que puede ser un promotor o un catalizador). La sustitución del grupo saliente en el carbono anomérico de cierto donante de glicósido es facilitada por un tipo específico de promotor o catalizador. La lista de activadores que pueden usarse con un “donante de glicósido” específico puede ser tanto o más amplia que el número de “donantes de glicósido” que han sido estudiados. La exposición de un tema tan extenso escapa del alcance de este trabajo. En lo que resta de esta sección solamente serán cubiertos algunos ejemplos de la aplicación de la glicosidación de Fischer en la síntesis de surfactantes, pues es el método más directo y económico que existe para sintetizar alquilglicósidos. Para quienes desean ampliar su conocimiento sobre otros métodos de glicosidación se recomiendan las obras de Fügedi (2006) y de Demchenko (2008a).

O

OPGSPO catalizador

Receptor de glicósido

+

donante de glicósido

HO RO

OPPO OR

glicósido

Figura 2.38. Descripción general de la reacción de glicosidación (el grupo OP se refiere a grupos hidroxilo protegidos).

La glicosidación de Fischer es uno de los métodos de glicosidación química más antiguos que se conocen. En esta reacción un donante de glicósido hemiacetálico, y desprotegido, es acetalizado por un alcohol, en presencia de un catalizador ácido. El método original contemplaba el uso de ácidos próticos, pero existen numerosas aplicaciones en las que se han usado ácidos de Lewis (ZnCl2, FeCl3, BF3, SnCl4, etc.), líquidos iónicos, heteropoliácidos, arcillas, etc. (Ryan & Gin, 2008, p. 96). La reacción generalmente se efectúa con gran exceso de alcohol, para favorecer la formación del glicósido y para prevenir la autocondensación del donante de glicósido (Ryan & Gin, 2008, p. 96).

Adicionalmente, la reacción requiere temperaturas altas y tiempos de reacción largos. Estas condiciones conducen a la generación de un producto compuesto por una mezcla de furanósidos y piranósidos en equilibrio (Fügedi, 2006, p. 143), y tampoco favorecen la selectividad anomérica (proporción de glicósidos α y β) (Wang, 2009, p. 1083). Sin embargo, la proporción de α-piranósidos tiende a ser mayor, debido a su estabilidad superior (Demchenko, 2008b, p. 7).

Aunque la glicosidación de hemiacetales desprotegidos es poco selectiva, Ferrières, Bertho & Plusquellec (1998) lograron obtener mayoritariamente alquil-D-glicofuranósidos a partir de los azúcares D-glucosa, D-manosa y D-galactosa (todas piranosas), mediante glicosidación con un alcohol de cadena larga en presencia de tricloruro férrico. Este método también fue utilizado para sintetizar alquil-β-D-fructopiranosidos a partir de D-fructosa (Ferrières et al., 1999). Goodby et al. (1995) demostraron que algunos alquilfuranósidos (glucofuranosidos, galactofuranósidos, y manofuranósidos) de n-octanol y de n-decanol permiten alcanzar valores de tensión superficial entre 25 y 30 mN/m, a concentración igual o mayor que su respectiva CMC, mientras que ciertos alquilpiranósidos (glucósidos, manósidos y galactósidos) de los mismos alcoholes producen tensiones superficiales a la CMC ligeramente mayores (Goodby et al., 1995).


Métodos clásicos

(1900-1960s)

O

Br

bromuros

O

Cl

cloruros

O

OH

hemiacetales

O

OCOCH3

acetatos

Métodos de mediados de1970s a principios de1980s

O

F

fluoruros

O

OR

R'N

imidatos

O

SR

sulfuros

O

S

XN

R R'

0-1

tioimidatos

OOO

R O/SR'

ortoésteres

Métodos recientes

(finales de 1980s a 2007)

O

OCOR

carboxilatos/ carbonatos

O

OHet

derivado heteroarilo

O

O

alquenilglicósido

O

O POROR

fosfitos

O

O P OROR

O

Fosfatos

O

SR

O 1-2

sulfóxidos/ sulfonas

O

SCRS

PO

xantatos

O

SSR

disulfuros

O

SCN

tiocianatos

O

SeR

Se-glicósidos

O

I

ioduros

O

OO

epóxidos y glicales

O

O/S

XRR'N

nuevos tioimidatos

O

TeR

Te-glicósidos

O

NN

Diazirinas

Figura 2.39. Donantes de glicósido (extraído de Demchenko (2008b, p. 4)). La glicosidación de Fischer es un método rápido y efectivo para obtener alquilglicósidos, razón por la

cual es el que se aplica en la producción de alquilpoliglucósidos a escala comercial. No obstante, las altas temperaturas y los prolongados tiempos de reacción que requiere tienden a generar subproductos coloreados que deben ser removidos del producto final, lo que genera un gasto adicional. Este problema se ha controlado mediante el uso de catalizadores ácidos orgánicos (p. ej., ácido p-toluensulfónico) y de gran exceso de alcohol. El uso de ácidos sulfónicos, sin embargo, crea una incómoda relación con la industrial petrolera en un proceso que usa en su mayoría insumos basados en biomasa. Van Es, Marinkovic, Oduber & Estrine (2013) determinaron que la adición de ácido furandicarboxílico y su monoéster decílico tiene un efecto mejorador sobre el rendimiento y sobre el color del producto en la glicosidación de decanol con glucosa, por el método de Fischer. Esta mejora se atribuye a que el monoéster decílico de ácido furanodicarboxílico, el cual se genera en sitio durante la reacción, puede actuar como un agente de transferencia de fase en un proceso en el cual carbohidrato y alcohol forman inicialmente un medio heterogéneo. El uso de ácido furanodicarboxílico representa una ventaja desde el punto de vista de la sustentabilidad del proceso, pues este proviene de la oxidación de 5-hidroximetilfurfural (HMF)8, un compuesto que se produce por triple deshidratación de fructosa, catalizada por ácido (Bozell & Petersen, 2010; Lichtenthaler, 2010a).

8 En 2014 inició operaciones la primera planta productora de HMF a partir de biomasa, en Muttenz, Suiza, a cargo de la compañía AVA Biochem (Hüser, T. (2014). First Industrial Production for Renewable 5-‐HMF in Operating State. Process-‐Worldwide. Recuperado de http://www.process-‐worldwide.com/management/environmental_engineering/articles/432220/).


2.3.3. Glicosidación de alcoholes grasos con pentosas. Las pentosas son polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas (o bien, hemiacetales o hemicetales cíclicos

de estos compuestos) los cuales poseen cinco átomos de carbono en su fórmula (Figura 2.30). Las aldopentosas son abundantes en el material lignocelulósico, la parte de la biomasa que constituye el esqueleto de las plantas, y que no sirve de alimento a los humanos. El posible uso de material rico en pentosas para preparar surfactantes ha tomado importancia recientemente, debido a la necesidad de hallar un uso a las toneladas desechos que se generan durante el procesamiento del maíz y del trigo en la industria alimentaria (Martel, Estrine, Plantier-Royon, Hoffmann & Portella, 2010). En la actualidad existe al menos una planta en Francia que está produciendo alquilpolipentósidos mediante un proceso similar al que se emplea para producir APG9, y existe al menos una aplicación patentada en la cual se describe la formulación de detergentes para lavado, basados en alquilpentósidos (Dreja, Karsten & Vockenroth, 2014).

El material lignocelulósico contiene entre 25 y 35% de hemicelulosa. A diferencia de la celulosa, polímero lineal constituido por unidades de glucosa unidas por enlaces β-(1,4), la hemicelulosa es un heteropolisacárido ramificado, constituido por varios tipos de monosacáridos, entre los que se incluyen xilosa, arabinosa, manosa, glucosa y rhamnosa, los cuales pueden contar con sustituyentes, tales como ácido glucurónico, ácido 4-O-metilglucurónico, o ácido acético. En general, los polisacáridos cuyas cadenas principales están constituidas por xilosa (denominados “xylan” o “xilanos”; véase su estructura molecular aproximada en la Figura 2.40) son los más abundantes en la hemicelulosa de maderas duras, forraje y residuos agrícolas, mientras que en la hemicelulosa de las maderas blandas predominan los polisacáridos constituidos por glucosa y manosa (“glucomanan” o “glucomananos”) (Wyman et al., 2005, p. 997 -1000; Vázquez, Alonso, Domínguez & Parajó, 2000; Bond, Alonso & Dumesic, 2013, p. 68; Trajano & Wyman, 2013, p. 105).

OHO

OH

O

OO

O

R3O

O

OOHO

OHO

OH

H3COO

O-

OR1

OO

O

HO O

R2 O

O

OH

OCH3ácido ferúlico

arabinosa

ác. 4-O-metilglucurónico

xilosa

Figura 2.40. Estructura molecular posible de los xilanos (adaptado de da Silva et al., 2012).

La autohidrólisis del material lignocelulósico con agua y calor se ha comprobado que causa la depolimerización de la hemicelulosa, dejando la celulosa y la lignina sin degradar. Este método resulta útil para aislar xilanos de fuentes como las tusas de maíz, madera de eucalipto, y de cáscaras de arroz y de cebada (Parajó,

9 La empresa Wheatoleo, una subsidiaria de la empresa francesa ARD, Agro Industrie Recherches et Developpements, ofrece alquilpolipentósidos con los nombres comerciales APPYCLEAN 6781-‐S, APPYCLEAN 6552, APPYCLEAN 6781, y APPYCLEAN 6505 ver http://www.wheatoleo.com/nos-‐produits ver http://www.icis.com/Articles/2007/08/15/4501288/wheatoleo-‐venture-‐looks-‐to-‐sugar-‐based-‐surfactants.html.


Garrote, Cruz & Domínguez, 2004). El material hemicelulósico aislado de desperdicios de la industria agroalimentaria constituye una fuente barata de xilosa y de xilooligosacáridos, los cuales se obtienen por hidrólisis química o enzimática de los xilanos. La xilosa es una plataforma a partir de la cual pueden sintetizarse otros compuestos como xilitol, furfural, etanol, entre otros (Martel et al., 2010; Bozell & Petersen, 2010). Varios métodos han sido propuestos para obtener alquilglicósidos con propiedades surfactantes a partir de xilanos. Inicialmente, Bertho, Mathaly, Dubois & de Septfontaines De Baynast (1997) plantearon un procedimiento de dos etapas. La primera consiste en preparar n-butil glicósidos mediante tratamiento de xilanos (extraídos por autohidrólisis del bran de trigo libre de almidón) con n-butanol y un catalizador ácido, a temperatura de 80° C. Los n-butil glicósidos son convertidos posteriormente en n-octil-, n-decil, y n-dodecil polipentósidos por transglicosidación con los respectivos alcoholes, proceso que se efectúa a presión reducida y 80° C para remover el n-butanol. Más tarde, Bouxin, Marinkovic, Le Bras & Estrine (2010) demostraron que la preparación de alquilpentósidos de alcoholes superiores puede lograrse por transglicosidación directa de xilanos. La reacción se efectúa a presión atmosférica y 90° C, mediante la dispersión de los xilanos en el alcohol (butanol, octanol, o decanol) y con la adición de ácido sulfúrico en concentración de 10%. Más recientemente, Marinkovic, Le Bras, Nardello-Rataj, Agach & Estrine (2012) demostraron que ni siquiera es necesario aislar los xilanos, se puede obtener alquilglicósidos mediante tratamiento directo de rastrojos de trigo con decanol y ácido a alta temperatura (90 – 110° C), con un rendimiento de monopentósidos de 95%. Este procedimiento también proporciona un residuo de alto valor, el cual contiene cantidades importantes de glucosa y de lignina. Mediante sacarificación10 de este residuo con ácido concentrado, o con enzimas, es posible recuperar cantidades significativas de glucosa y de lignina, con rendimientos mayores que los resultantes de la sacarificación del material hemicelulósico sin tratar (Ludot et al., 2014). La glucosa producida también puede ser glicosidada para aumentar el rendimiento de surfactantes. En la Figura 2.41 se muestra un esquema que describe el aprovechamiento del material lignocelulósico para obtener surfactantes.

OHO

OH

O

OO

O

R3O

O

OOHO

OHO

OH

H3COO

O-

OR1

OO

O

HO O

R2 O

O

OH

OCH3

Residuo lignocelulósico

n-decil monoglicósidos

glucosa

Lignina residual

Transglicosidación de hemicelulosas

C10H21OH, H2SO4 cat.Δ

OHOHO OH

OH

OHH2SO4 cat. / H2O

Sacarificación en ácido concentrado

OHOHO OC10H21OH

OHO

OC10H21OHHO

HO+

Glucósidos, xilósidos y arabinósidos

APG

Figura 2.41. Esquema de aprovechamiento del material lignocelulósico (adaptado de Marinkovic et al., 2012). La síntesis de alquilpolipentósidos también puede lograrse mediante telomerización de butadieno con D-

xilosa y L-arabinosa. La telomerización consiste en una oligomerización de 1,3-dienos (taxógeno) con adición

10 Proceso de rompimiento de los carbohidratos complejos en sus monosacáridos constituyentes mediante hidrólisis.


simultánea de un compuesto nucleofílico (telógeno), como se muestra en la Figura 2.42(a). La reacción es catalizada por metales de transición, pero entre ellos el paladio es el que se usa más frecuentemente (Behr et al., 2009). Estrine, Bouquillon, Hénin & Muzart (2004) aplicaron este método para obtener mezclas de monooctadienil polixilósidos y poliarabinósidos, y de dioctadienilxilósidos (como se describe en la Figura 2.42(b)), los cuales mostraron capacidad de reducir la tensión superficial hasta los 35 mN/m a la concentración micelar crítica (< 0,002 M) (Hadad et al., 2006).

a)nn

+ HY[Cat.] Y

Yo

b)

R =

Aditivos = fosfinas, aminas

O

OHOHHO

HO

[Pd], DMF o H2OAditivos

O

ORORRO

RO ORRO ORO

OR

+ o

R = H ó

Aditivos = fosfinas, aminas

Figura 2.42. Esquema general de la telomerización de butadieno (a). Telomerización de butadieno con xilosa (b) (adaptado de Hadad et al.,

2006 y de Estrine et al., 2004).

Los alquilpolipentósidos poseen algunas ventajas en comparación con los alquilpoliglucósidos. La preparación directa de alquilpolipentósidos a partir de xilanos requiere condiciones menos drásticas que la preparación de APG a partir de almidón. Esto se debe, por un lado, a que los xilanos poseen enlaces glicosídicos β-(1,4) menos estables que los α-(1,4) del almidón y, por otro lado, a que los xilanos, siendo heteropolímeros ramificados, tienen menor tendencia a presentar regiones cristalinas en comparación con el almidón, cuyas cadenas poliméricas son lineales (Martel et al., 2010; Bouxin et al., 2010). Adicionalmente, la producción de alquilpolipentósidos podrían ser estratégicamente más ventajosa en comparación con la de APG, pues los xilanos provienen de la hemicelulosa, una fracción de la biomasa que no es digerible por los humanos y que, además, puede extraerse del material de desecho de la industria agroalimentaria, mientras que los APG son producidos a partir de almidón. Por último, los alquilpolipentósidos son igualmente efectivos para reducir la tensión superficial que los alquilpoligucósidos, pero ligeramente más eficientes pues tienden a presentar valores de CMC más bajos (Martel et al, 2010; Bouxin et al., 2010; Marinkovic et al., 2012). Los alquilpolipentósidos C8-C12 son tan efectivos para reducir la tensión superficial como los surfactantes convencionales dodecilbenceno sulfonato de sodio, dodecilsulfato de sodio y lauriléter sulfato (Bertho et al., 1997).


En virtud de su comprobada efectividad como surfactantes, los alquilpolipentósidos han sido utilizados como plataforma para preparar otros surfactantes con propiedades específicas. Renault, Portella, Marinkovic & Estrine (2012) introdujeron sustituyentes succinoilo mediante esterificación con anhídrido succínico a 110° C. La elección del sustituyente succinoilo se basó en que actualmente se dispone de grandes cantidades de ácido succínico basado en biomasa11. Según demostraron, la introducción de sustituyentes succinoilo resultó en una reducción del punto de Krafft hasta temperaturas por debajo de 0° C, lo que se traduce en un aumento de la solubilidad de los alquilpolipentósidos en agua. Este aumento en la hidrofilicidad, sin embargo, no afectó significativamente sus propiedades interfaciales; en el caso de los decil- y dodecilpolixilósidos la CMC se mantuvo por debajo de 1g/l sin que cambiara significativamente la tensión interfacial mínima.

2.3.4. Acilación regioselectiva de la sacarosa. Frecuentemente, es importante correlacionar las propiedades fisicoquímicas o biológicas de un compuesto

con su estructura. Esta tarea se puede realizar con confianza si el compuesto que se evalúa se encuentra puro. Como se ha mencionado anteriormente, obtener monoésteres de sacarosa puros mediante el método de síntesis que se aplica a escala industrial es difícil, debido a que este sacárido es un compuesto polifuncional, y separar los distintos monoésteres es una tarea que consume tiempo y recursos.

A escala de laboratorio, sin embargo, es posible aplicar estrategias elaboradas y costosas para obtener

selectivamente cierto éster de sacárido, como aquellas que se basan en una secuencia de pasos de protección y desprotección selectiva de los grupos hidroxilo. Otra estrategia relativamente más simple para controlar el grado de sustitución se basa en la reactividad preferencial de ciertos grupos hidroxilo en comparación con otros (regioselectividad), la cual puede ser afectada por las condiciones de reacción (catalizador, solvente, temperatura) (Queneau, Fitremann & Trombotto, 2004).

En la síntesis selectiva de monoésteres a partir de sacarosa no-protegida han sido usados agentes acilantes,

como la 3-acil-5-metil-1,3,4-tiadiazol-2(3H)-tiona (Figura 2.43(a)), o también la 3-acil-tiazoledin-2-tiona (Figura 2.43(b)), los cuales permiten conducir la reacción en condiciones poco rigurosas, pues no requieren catalizadores fuertemente básicos, ni temperaturas altas (Polat & Linhardt, 2001; Queneau et al., 2004). Baczko, Nugier-Chauvin, Banoub, Thibault & Plusquellec (1995) demostraron que cuando se usan estos agentes acilantes en presencia de hidruro de sodio o de trietilamina, en dimetilformamida, se obtiene mayoritariamente 2-O-acilsacarosa, la cual, después de la adición de 1,8-diazabiciclo[5.4.0]undec-7-eno (DBU, véase su estructura en la Figura 2.43), se isomeriza intramolecularmente transformándose en 6-O-acilsacarosa. La acilación catalizada con DBU en dimetilformamida conduce directamente a la obtención mayoritaria de 6-O-acilsacarosa. En contraste, el uso de 1,4-diazabiciclo[2.2.2]octano (DABCO, véase su estructura en la Figura 2.43) como catalizador favorece la obtención de 6’-O-acilsacarosa (Chauvin & Plusquellec, 1991).

11 Actualmente las empresas BioAmber SAS (producto de la asociación de ARD, Agro Industrie Recherches et Developpements – Francia y de DNP Green Technology – EUA), y Succinity GmbH (producto de la asociación de Corbion Purac – Paises Bajos y de BASF-‐ Alemania) están produciendo ácido succínico a partir de almidón y de azúcares mediante un proceso fermentativo.


OHOHO

OOH

OH

OH

OH

OH

OHO

12

6

1'

2'

6'

sacarosa

a)N

SN

CH3

S

R

O

DABCO / DMF6'-O-acil-sacarosa (principalmente)

b)

SN

S

R

O

DABCO / Et3N2-O-acil-sacarosa (mayoritario)

N

N DBU

N

N

DABCO

Figura 2.43. Fórmula estructural de los agentes acilantes: 3-acil-5-metil-1,3,4-tiadiazol-2(3H)-tiona (a), y 3-acil-tiazoledin-2-tiona (b), y de las bases no-nucleofílicas 1,8-diazabiciclo[5.4.0]undec-7-eno (DBU) y 1,4-diazabiciclo[2.2.2]octano (DABCO).

El trabajo de Baczko et al. (1995) demostró que no siempre los hidroxilos primarios, los cuales están menos sometidos a impedimento estérico, son los que reaccionan más rápidamente. Existen ciertas condiciones, que hacen que en hidroxilo en C-2 sea el más reactivo. Este hecho ha sido atribuido a que la función alcohol en C-2 es probablemente la más ácida, debido a que la sacarosa disuelta en solventes polares apróticos tiende a adoptar preferiblemente dos conformaciones, en las cuales del oxígeno unido al C-2 comparte uno de sus pares de electrones formando puentes de hidrógenos intramoleculares, bien con el hidroxilo en C-1’, o con el situado en C-3’(Benvegnu, Plusquellec & Lemiègre, 2008, p. 156), como se muestra en la Figura 2.44(a). En consecuencia, la adición de una cantidad catalítica de hidruro de sodio conduce la formación de un 2-oxianión estabilizado y muy nucleofílico (Figura 2.44(b)), el cual reacciona rápidamente con el agente acilante (Chauvin, Baczko & Plusquellec, 1993). Chauvin et al. (1993) demostraron que cuando la relación NaH:sustrato es mayor que la mínima necesaria la regioselectividad disminuye, pues varios hidroxilos pueden ser ionizados a la vez.

a)

OHOHO

OO

OH

2

6O OH

OH

OH

OHH

6'

1'

OHOHO

OO

OH

2

6

HO

OHO

H

OH

OH3' 6' b)

OHOHO

OO

OH

2

6O OH

OH

OH

OH

6'

1'

Figura 2.44. Conformación de la sacarosa en solventes polares apróticos (adaptado de Benvegnu et al.(2008, p. 156)) (a), y del 2-oxianión de sacarosa (adaptado de Chauvin et al.(1993)) (b).

Otro método químico para obtener selectivamente monoésteres a partir de sacarosa no-protegida se basa

en la síntesis de un acetal intermediario a partir de sacarosa y de óxido de dibutilestaño, como se indica en la Figura 2.45. Éste se aísla y se hace reaccionar con un anhídrido de ácido graso en trietilamina, lo que conduce a obtener 6-O-acil-sacarosa únicamente (Vlahov, Vlahova & Linhardt, 1997). Alternativamente, el acetal intermediario se puede hacer reaccionar con un cloruro de ácido graso en piridina. En este caso se obtienen fundamentalmente 6-O-acil-sacarosa y 6,3’-di-O-acil-sacarosa (Wang, Zhang & Yang, 2007).


OHOHO

OOH

OH

OH

OH

OH

OHO

OO

OHHO H

O

OO

OO

HO

OOH

O

OH

OHOH

HO

SnSnBuBu

OBuBu

OH

HO

HO OH

6 4

64

(n-Bu)2SnO

MeOH

(RCO)2O

Et3N

OHOHO

OOH

O

OH

OH

OH

OHO

OR

Figura 2.45. Síntesis regioselectiva de 6-O-acilsacarosa mediante la formación de un acetal dibutilestaño intermedio (Vlahov et al., 1997).

Las enzimas, específicamente proteinasas y lipasas, representan otra alternativa para esterificar

regioselectivamente la sacarosa no-protegida. Este tema ha sido abordado en resúmenes publicados por Kennedy et al. (2006), Pyo & Hayes (2009) y, más recientemente, por Shi, Li & Chu (2011). En éstos se reseñan las diferentes metodologías que han sido ensayadas para resolver las limitaciones típicas de la acilación de sacarosa con catalizadores biológicos, tales como la escasa miscibilidad entre el sustrato y el agente acilante, o la incompatibilidad de ciertas enzimas con solventes orgánicos polares (DMSO, DMF, DMA), entre otras. En la Figura 2.46 se muestra la regioselectividad característica de algunas lipasas y proteasas en la preparación de ésteres de sacarosa.

OHOHO

OOH

OH

2

6

OH

OHOOH

OH

1'

6'

Pseudomonas sp. lipasa M. miehei lipasa

T. lanuginosus lipasa H. lanuginosa lipasa

metaloproteasa termolisinaC. antarctica lipasa, Novozym

435, SP 435

C. antarctica lipasa, Novozym435, SP 435

subtilisina proteasa Nsubtilisina y proteasas séricas relacionadas, Alcalasa

Termolisina,Bacillus pseudofirmus AL-89

Figura 2.46. Regioselectividad de algunas lipasas y proteasas en la acilación de sacarosa (Reproducido de Shi et al. (2011)).

2.3.5. Acilación de otros sacáridos y disacáridos. Aunque la disponibilidad de sacarosa es mucho mayor, los ésteres de ácidos grasos de cadena larga preparados a partir de otros disacáridos y de algunos sacáridos también tienen propiedades surfactantes. La maltosa (α-D-glucopiranosil-(1�4)-D-glucopiranosa), un disacárido que se obtiene por hidrólisis enzimática del almidón, fue utilizada por Allen & Tao (2002) para sintetizar monoésteres, mediante adición lenta de un cloruro de ácido de cadena larga (esteárico, palmítico, mirístico, y oleico) sobre una disolución de maltosa en piridina seca. Como resultado obtuvieron monoésteres en las posiciones 6 y 6’ de la maltosa, con rendimientos entre 15 y 28%. Estos compuestos son capaces de reducir la tensión interfacial hasta el intervalo entre 34 y 36 mN/m cuando su concentración alcanza la CMC, del orden de 10-5 a 10-6 M.


La lactosa, o β-D-galactopiranosil-(1�4)-D-glucopiranosa (Figura 2.47), es abundante en el suero de leche que se genera como subproducto de la elaboración de quesos, y constituye entre el 70% (Scholnick, Sucharski & Linfield, 1974) y el 50% (Roelfsema, Kuster, Heslinga, Pluim & Verhage, 2002) de los sólidos del suero de leche. El primer estudio sobre ésteres de lactosa de cadena larga que hace referencia a su actividad superficial y a su posible uso como detergentes fue publicado por Scholnick et al. (1974). Estos ésteres fueron sintetizados mediante adición lenta de una disolución de cloruro de ácido (láurico, mirístico, palmítico, esteárico y oleico) en N-metilpirrolidona sobre una disolución de lactosa anhidra y piridina en el mismo solvente, alcanzándose rendimientos entre 88 y 95%, a temperatura ambiente.

En el mismo artículo se señala que todos los intentos de obtener ésteres de lactosa por transesterificación

con ésteres metílicos de ácidos grasos fueron infructuosos, a pesar de que este método ha sido utilizado con éxito para sintetizar ésteres de sacarosa. Aparentemente, los hidroxilos primarios de la lactosa están sometidos a un mayor bloqueo estérico que los de la sacarosa, razón por la cual se requiere un agente acilante más poderoso para obtener ésteres.

Los autores de esta investigación no caracterizaron las propiedades de los surfactantes en disolución

acuosa, pero demostraron que los ésteres láurico y mirístico de lactosa pueden ser aún más efectivos que el surfactante comercial Triton X-100 (t-octilfenol polietoxilado) para estabilizar emulsiones, formadas a partir de partes iguales de petrolato y de una disolución acuosa de surfactante al 0,20%. También demostraron que la inclusión de unidades de óxido de etileno no mejora el poder emulsionante o detergente de los ésteres de lactosa, pero si tienen un impacto positivo sobre su solubilidad en agua.

14'

23

4

56

1'2'3'

5'6'

O

OH

OH

CH2OHO

OH

OH

CH2OH

OHOβOH

Figura 2.47. Lactosa o β-D-galactopiranosil-(1�4)-D-glucopiranosa

Sarney, Kapeller, Fregapane & Vulfson (1994) sintetizaron monoésteres de lactosa y de maltosa, mediante acilación catalizada enzimáticamente de acetales de estos disacáridos, como se describe en la Figura 2.48. La acetalización garantiza la obtención selectiva de 6’-O-acil-lactosas y de 6'-O-miristoil-maltosa, con rendimientos de 61-74% y de 48%, respectivamente. Algunas propiedades de estos anfífilos fueron determinadas por Garofalakis, Murray & Sarney (2000), y sus valores característicos pueden hallarse en la Tabla 2.4, junto con las propiedades de ésteres de otros sacáridos, disacáridos y trisacáridos.


OO

OOH

O

OH

H3CH3C

OO

HO OCH3

O CH3

CH3

H3CCH3

OCH3123

4 56

1'2'3'

4' 5'6'

tetra-acetal de lactosa

OOH

HOOH

O

OH

OHO

OH OH

OH

1

23

4 56

1'2'3'

4' 5'6'

lactosa

H3CO OCH3

Ac. p-toluen-sulfónico

lipasa EC 3.1.1.3 de Mucormiehei ácido graso,

Tolueno, oacetato de t-butilo

OO

OOH

O

O

H3CH3C

OO

HO OCH3

O CH3

CH3

H3CCH3

OCH3123

4 56

1'2'3'

4' 5'6'

monoéster de lactosa tetraacetalizada

O

R

HBF4/H2O/Acetonitrilo,

1:5:500

OOH

HOOH

O

O

OHO

OH OH

OH

1

23

4 56

1'2'3'

4' 5'6'

6'-O-acil lactosa

O

R

Figura 2.48. Síntesis quimico-enzimática de monoésteres de lactosa (Sarney et al., 1994).

La trehalosa o α-D-glucopiranosil-(1�1)-α-D-glucopiranosa (Figura 2.49), es un disacárido constituido por dos unidades de D-glucosa unidas a través de sus carbonos anoméricos mediante un enlace glicosídico α,α, el cual se encuentra ampliamente distribuido en el reino animal y vegetal. Aunque este disacárido no se encuentra presente en todas las especies de mamíferos, se han hallado cantidades importantes de la enzima trehalasa en el intestino delgado y otros órganos de éstos (Richards et al., 2002).

Alimentos como la miel, las cerezas, las levaduras, los invertebrados marinos (cangrejo, langosta, camarones) y los champiñones pueden contener cantidades significativas de trehalosa. La dieta del hombre antiguo incluía (y todavía incluye en algunas culturas) insectos, los cuales tienen concentraciones importantes de trehalosa. Hasta hace poco el principal factor limitante para la generación de productos a partir de trehalosa fue su costo de producción. Sin embargo, recientemente está disponible una tecnología (propiedad de la empresa japonesa Hayashibara Co., Ltd.), basada en la acción de un conjunto de enzimas sobre el almidón, que ha hecho posible producir trehalosa sintéticamente, a un costo que ha permitido su uso en diversas aplicaciones alimentarias y farmacéuticas (Ohtake & Wang, 2010).

O

OHOH

OH

CH2OH

O OH

CH2OH

OH

OHO

Figura 2.49. Trehalosa, o α-D-glucopiranosil-(1�1)-α-D-glucopiranosa


Schiefelbein et al. (2010) sintetizaron monoésteres de trehalosa (6-O-monocaprinoil-α,α-trehalosa; 6-O-monolauroil-α,α-trehalosa, y 6-O-monopalmitoil-α,α-trehalosa) para probar su efectividad y viabilidad como sustituyentes de los polisorbatos 20 y 80 en la formulación de productos farmacéuticos que contienen proteínas en disolución acuosa, debido a que, según señalan, los polisorbatos técnicos pueden contener pequeñas cantidades de peróxidos residuales del proceso de producción, los cuales tienden a reducir la estabilidad química de las fórmulas farmacéuticas.

La función de estos surfactantes en estas fórmulas es prevenir la formación de agregados de proteínas y la

adsorción de éstas sobre la superficie de los recipientes contenedores. Los autores demostraron que los compuestos 6-O-monocaprinoil-α,α-trehalosa y el 6-O-monolauroil-α,α-trehalosa son potenciales sustitutos de los polisorbatos, pues, a pesar de que mostraron una actividad hemolítica ligeramente mayor que la de los polisorbatos de referencia, tienen propiedades fisicoquímicas similares. La CMC y la tensión superficial a la CMC de estos monoésteres de trehalosa se hallan en la Tabla 2.4.

Para obtener exclusivamente monoésteres de trehalosa, Schiefelbein et al. (2010) protegieron todos los

grupos hidroxilo mediante reacción de la trehalosa con cloruro de trimetilsilano (o trimetilclorosilano) y bis(trimetilsilil)amina en piridina seca. A continuación, desprotegieron selectivamente los hidroxilos de las posiciones 6 y 6’ (los únicos hidroxilos primarios) tratando la 2,3,4,6,2’,3’,4’,6’-octa-O-(trimetilsilil)-α,α-trehalosa con carbonato de potasio en metanol. La desprotección selectiva es posible, porque la velocidad de hidrólisis de los silil-éteres secundarios es significativamente más lenta que la de los silil-éteres primarios (Smith, 1994, p. 646). Este proceso se describe en la Figura 2.50.

Después de neutralizar cuidadosamente la trehalosa parcialmente desprotegida, Schiefelbein et al. (2010)

usaron el procedimiento de Steglich (Höfle, Steglich & Vorbrüggen, 1978) para lograr la acilación del hidroxilo en el C-6. Este proceso, cuyo mecanismo general se describe en la Figura 2.51, comprende la formación de un compuesto intermedio O-acilisoúrea a partir de un ácido carboxílico y de diciclohexilcarbodiimida (DCC). Posteriormente, el ácido carboxílico activado (en la forma del compuesto O-acilisoúrea) experimenta sustitución en el acilo, lo que conduce a obtener el éster y el subproducto diciclohexilurea (DHU). El último paso de este método de acilación de alcoholes, ocurre más fácilmente cuando se usa 4-dimetilaminopiridina (DMAP) como catalizador.

OR2OR2O

OOR2

OR1

O

R2O

OR2

OR2

R3O

trehalosaR1 = R2 = R3 = H

,(CH3)3SiClHN(H3C)3Si Si(CH3)3

piridinatrehalosa silanizadaR1 = R2 = R3 = SiMe3

K2CO3 / MeOH

0º C

trehalosa silanizadaparcialmenteR1 = R3 = H, R2 =SiMe3

Figura 2.50. Síntesis de trehalosa parcialmente silanizada (Schiefelbein et al. (2010)).


Tabla 2.4. Concentración de agregación crítica y tensión superficial de algunos ésteres de sacáridos, disacáridos y trisacáridos.

Compuesto CAC (mM)

γCAC (mN/m) Temperatura (° C) Referencia

monolaurato de sacarosa 0,45 34,54

25 Zhang et al.

(2014)

monocaprato de sacarosa 0,60 33,78 monocaprilato de sacarosa 0,78 32,36

monolaurato de maltosa 0,32 35,97 monocaprato de maltosa 0,56 32,33

monocaprilato de maltosa 0,66 31,15 monolaurato de lactosa 0,31 33,06 monocaprato de lactosa 0,56 31,59

monocaprilato de lactosa 0,76 29,73 6-O-monocaprinoil-α,α-trehalosa

6-O-monolauroil-α,α-trehalosa

6-O-monopalmitoil-α,α-trehalosa

4,32

0,40

0,01

29

39

n.d.

25

25

45

Schiefelbein et al.

(2010)

monocaprato de fructosa monomiristato de fructosa monoestearato de fructosa

0,22 0,04 0,16

26 30

31,8 20

Soultani et al. (2003)

6-O-lauroil-sacarosa 6-O-palmitoil-sacarosa 6’-O-lauroil-maltosa

6’-O-miristoil-maltosa 6’-O-palmitoil-maltosa 6’-O-estearoil-maltosa

6’’-O-lauroil-maltotriosa 6’’-O-miristoil-maltotriosa 6’’-O-palmitoil-maltotriosa 6’’-O-estearoil-maltotriosa

6-O-lauroil-lucrosa

0,250 0,028 0,240 0,037 0,006 0,032 0,052 0,028 0,013 0,002 0,135

31,5 35,3 34,7 35,0 32,5 32,5 24,5 36,5 35,0 35,5 30,0

25 Ferrer et al.

(2002)

6’-O-lauroil-sacarosa 0,21 35,9

32,0±0,5 Garofalakis et al.(2000)

6’-O-miristoil sacarosa 0,021 36,0 6’-O-palmitoil-sacarosa 0,0041 35,3

Mezcla comercial de ésteres mirísticos de sacarosa 0,017 34,8 5-O-lauroil-xilosa 0,041 28,9

6’-O-miristoil-lactosa a 0,043 38,6 6’-O-palmitoil-lactosa a 0,011 39,5 5-O-miristoil-xilosa a 0,015 36,0 5-O-palmitoil-xilosa b 0,022 41,0

6-O-miristoil-galactosa a 0,020 35,5 6-O-palmitoil-galactosa b 0,15 43,0 6-O-oleil-galactosa 18 : 1 0,023 31,0

a La muestra estaba turbia a concentración próxima a la CAC b Solución turbia, con presencia de cristales de surfactante. NOTA: CAC = Concentración de Agregación Crítica. Si la disolución no presenta turbidez, la CAC es equivalente a la CMC; N.d = no determinada.


NCN

R O

OH

R O

O

NCN

H

HNCN

O

O

R

O-acilisoúrea(intermediario)

N N+HNCN

O

O

R+H+

H

DMAP

HN

NH

O

diciclohexilúrea(DHU)

N

NR

O

+

N

NR

O

-DMAP / H+

OH R'

O R

OR'

-DHU

Figura 2.51. Mecanismo que describe la acilación de un alcohol con DCC/DMAP.

Después de efectuada la acilación del hidroxilo en el C-6 de la trehalosa, los grupos hidroxilo que aun se encontraban silanizados son desprotegidos, mediante agitación, a temperatura ambiente, en una mezcla de compuesta por ácido trifluoroacético (TFA), tetrahidrofurano y agua, en proporción 8:17:3 (Figura 2.52). Como se puede apreciar, el procedimiento para la obtención selectiva de monoésteres de trehalosa aplicado por Schiefelbein et al. (2010) se basa en la protección y desprotección selectiva de ciertos hidroxilos, y comprende múltiples etapas. Algunos intentos por obtener monoésteres de trehalosa por vía enzimática han tenido relativo éxito (Chen, Kimura & Adachi, 2005). No obstante, aún no parece inminente que estos surfactantes trasciendan el ámbito de los laboratorios.

OR2OR2O

OOR2

OR1

O

R2O

OR2

OR2

R3O

trehalosa silanizadaparcialmenteR1 = R3 = H, R2 =SiMe3 +R OH

O

+ DMAP

DCC / CH2Cl2

18 h, t. ambenteR1 = R-C(O)-R3 = H, R2 =SiMe3

ácido trifluoroacético

THF, H2OR1 = R-C(O)-R3 = R2 =H

Figura 2.52. Acilación de trealosa por el método de Steglich (reproducido de Schiefelbein et al. (2010)).

La acilación de azúcares también ha sido aprovechada para sintetizar surfactantes diméricos y triméricos.

Gao, Millqvist-Fureby, Whitcombe & Vulfson (1999) obtuvieron dímeros anfifílicos mediante la condensación de 5-O-lauroil-xilosa acetalizada (I, Figura 2.53; cuya síntesis se describe en el artículo de Fregapane, Sarney & Vulfson (1991)), o de 6’-O-acil-lactosa tetraacetalizada (II, Figura 2.53; preparada según se describe en la Figura 2.48), con dicloruro de decanodioilo, o con dicloruro de hexanodioilo. Adicionalmente, como también se muestra


en la Figura 2.53, sintetizaron un surfactante dimérico asimétrico, mediante la condensación secuencial de los compuestos (I) y de (IIb) con dicloruro de diacilo.

OO

OOH

O

O

H3CH3C

OO

HO OCH3

O CH3

CH3

H3CCH3

OCH3123

4 56

1'2'3'

4' 5'6'

(IIb o IIc)

O

R

OOH

O

OCH3

CH3

Cl Cl

O O

8 Cl Cl

O O

8 Cl

On

(I) + (IIb)

(IIa) R = H(IIb) R = CH3(CH2)10CO(IIc) R = CH3(CH2)16CO

O C

O

(CH2)10CH3

OHOO

OH

O C

O

(CH2)10CH3

O

(CH2)6

O

OHOO

OH

O C

O

(CH2)10CH3

OOH

HOO

O

O

O

HOOH OH

OH

12

3

4 56

1'2'3'

4' 5'6'

O

R

OOH

OHO

O

O

O

OHHO

HO

12

3

456

1' 2' 3'

4'5' 6'

O

R

O

n(H2C)

O

F4BH/H2O/CH3CN3:5:500 (vol/vol/vol)

HCOH/H2O/CH3COOEt50:7:50 (vol/vol/vol)

HCOH/H2O/CH3COOEt50:7:50 (vol/vol/vol)

HO

OOH

HOO

O

O

O

HOOH OH

OH

12

3

4 56

1'2'3'

4' 5'6'

O

(CH2)10CH3

O

(H2C)6

OOHO

O

OH

O C

O

(CH2)10CH3

Cl

O

(I)

Figura 2.53. Síntesis de anfífilos diméricos mediante la esterificación de acetales de sacáridos (adaptado de Gao et al. (1999)). Otra ruta usada por Gao et al. (1999) para sintetizar surfactantes diméricos basados en carbohidratos

consiste en condensar 1,2:3,4-di-isopropiliden galactopiranosa con ácido α-hidroxitetradecanoico. Luego, los hidroxilos α de dos moléculas de éster se esterifican con una de dicloruro de decanodioilo, para obtener la estructura que se convertirá en un anfífilo dimérico después de la desprotección (Figura 2.54). También sintetizaron surfactantes triméricos, usando floroglucinol como unidad articular. Los compuestos 5-O-lauroil-xilosa acetalizada (I, Figura 2.53) y de 6’-O-lauroil-lactosa tetraacetalizada (IIb, Figura 2.53), son esterificados con cloruro de 5-bromopentanoilo, o con cloruro de 11-bromoundecanoilo. Luego, tres equivalentes de estos ésteres se hacen reaccionar con uno de floroglucinol. Finalmente, los grupos isopropiliden son removidos obteniéndose un anfífilo trimérico como el que se muestra en la Figura 2.55. Según señalan los autores de este trabajo, los rendimientos de anfífilos diméricos y triméricos mejoran a medida que aumenta la longitud del espaciador, debido al requerimiento estérico de los ésteres de sacárido protegidos.


OO

O

OO

OH

H3CH3C

CH3H3C

CH3(CH2)11CHCOOHOH

OO

O

OO

O

H3CH3C

CH3H3C

O

HO(CH2)11CH3

Cl Cl

O O

8

OOH

HO OHOH

OO

O(CH2)11CH3

6

O

OO

O(CH2)11CH3

F3CCOOH/H2O9:1 (vol/vol) O

OOH

OHHOHO

Figura 2.54. Síntesis de surfactante dimérico mediante esterificación de α-hidroxitetradecanoato de 1,2:3,4-di-isopropiliden galactopiranosa con dicloruro de decanodioilo (adaptado de Gao et al. (1999)).

O

O O

O

OOH

HOO

O

O

O

HOOH OH

OH

12

3

4 56

1'2'3'

4' 5'6'

O

(CH2)10CH3

O

HOOH

OO

O

O

OH

OH

HO

O

H3C(H2C)10

HO

O OH

OHO

OO

O

OH

HO

HO

O(CH2)10CH3HO

O

O

Figura 2.55. Surfactante trimérico basado en lactosa (adaptado de Gao et al. (1999)).

2.3.6. Eterificación de sacáridos y disacáridos. En lo que respecta a su reactividad en condiciones de eterificación de Williamson, todos los grupos

hidroxilo de los monosacáridos, salvo aquel perteneciente al centro anomérico, pueden considerarse alcoholes secundarios y primarios estándar (Levy, 2006, p. 200). La preparación selectiva de monoéteres de monosacáridos exige, por tanto, la aplicación de algún grupo protector para bloquear algunas posiciones. Urata, Yano & Takaishi (1995), así como antes lo hicieran Cabaret, Kazandjan & Wakselman (1986), emplearon el grupo protector isopropiliden cetal en la síntesis de monoéteres de D-glucosa, D-galactosa y D-manosa (Figura 2.56). Este se


forma por reacción de un par de hidroxilos vecinales cis con acetona, en condiciones de acetalización estándar. La gran estabilidad del grupo isopropiliden cetal en medio alcalino permite efectuar fácilmente la eterificación del hidroxilo libre. Urata et al. (1995) efectuaron la eterificación de las aldohexosas protegidas con bromuro de alquilo (C8, C12, C16, C18) en hidróxido de sodio acuoso y hexano, con la ayuda de un agente de transferencia de fase, logrando rendimientos de más de 70%. Las propiedades mesomórficas termotrópicas de una serie homóloga de 6-O-alquil-D-galactopiranosas fueron estudiadas Bault et al. (1998).

O

OH OHOH

OH

CH2OH

D-glucosa

OOH

OHOH

OH

CH2OH

O

OH OHOHOH

CH2OH

D-galactosa

D-mannosa

acetona

H+ OO

OO

O

CH2OH

O

OH

O

O

OO

OHO OO

O

O

1. RBr, NaOH ac. TBAB, hexano

2. H2SO4, MeOH, H2O

90 - 100° C

O

OH OHOH

OR

CH2OH

OOH

OHOH

OH

CH2OR

OROH OHO

HO

HO

6-O-alquil-D-galactopiranosa

1-O-alquil-D-mannofuranosido

3-O-alquiI-D-glucopiranosa

Figura 2.56. Síntesis de O-alquil-aldohexosas (Urata et al., 1995).

Scorzza et al. (2002a) eterificaron el hidroxilo en la posición 3 de la glucosa con un mesilato de n-dodecanol polipropoxilado con la intención de obtener un surfactante extendido con cabeza polar de glucosa. Se denomina surfactantes extendidos a aquellos que poseen una región de polaridad intermedia situada entre la cabeza hidrofílica y la cola lipofílica, tal como en los alquil-(polióxido de propileno)-(polióxido de etileno)-sulfatos (Salager et al, 2005); estudios han demostrado que este tipo de anfífilos tienen una gran capacidad surfactante y solubilizante (Miñana-Pérez et al., 1995a). El proceso de síntesis del surfactante extendido con cabeza polar de glucosa, como se puede apreciar en la Figura 2.57, comprende una extensa serie de pasos, la cual comienza con la protección selectiva de hidroxilo primario de una cadena de polipropilenglicol (n ~ 6), con el grupo éter de trifenilmetano. Luego, mediante eterificación de Williamson se conecta un grupo n-dodecilo al hidroxilo secundario de la cadena de polipropilenglicol. Después de remover el grupo éter de trifenilmetano, el hidroxilo primario se convierte en mesilato, para facilitar su desplazamiento por el hidroxilo secundario en C-3 de la 1,2:5,6-di-O-isopropiliden-α-D-glucofuranosa. En el último paso, la desacetalización del compuesto en medio ácido conduce al producto final. En comparación con la 3-O-dodecil-D-glucopiranosa, el 3-dodecil éter extendido de D-glucopiranosa es cien veces más soluble en agua; tiene un HLB de 12,6 (4 unidades más que el 3-dodecil éter de glucosa sencillo); una CMC ligeramente menor, y es igualmente efectivo reduciendo la tensión interfacial (Scorzza et al., 2002a).


HO

OOHn

i

HO

OOTrn

ii

RO

OOTrn

iii

RO

OOHn

iv

RO

OOMsn

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

v

(6)

OO

OHO

OO

1,2:5,6-di-O-isopropiliden-α-D-glucofuranosa

RO

On

OO

OO

OO

RO

On

OHOO

OH

OH

OH

vi

(6)

(7)

Figura 2.57. Síntesis de 3-dodecil éter de D-glucopiranosa con extensión de polipropilenglicol. (i) cloruro de trifenilmetano (TrCl), piridina, reflujo, 3h; (ii) 1-bromododecano, KOH, 4:1 tolueno/DMSO, temperatura ambiente, 72 h; (iii) 4:1 AcOH/H2O, 100° C, 1 h 30 min; (iv) cloruro de mesilo (MsCl), 1:1 tolueno/trietilamina, temperatura ambiente, 72 h; (v) 1,2:5,6-di-O-isopropiliden-α-D-glucofuranosa, KOH, 4:1 tolueno/DMSO, temperatura ambiente, 72 h; (vi) 9:1 CF3COOH/H2O, temperatura ambiente,

30 min, dos veces (Scorzza et al., 2002a).

Scorzza et al. (2002b) siguieron un procedimiento similar al recién descrito para sintetizar una serie de 3-O-alquiléteres extendidos de D-glucopiranosa, con una extensión compuesta por polipropilenglicol y dos unidades de etilenglicol. En este caso, se añaden a la ruta de síntesis la preparación de 1,5-di-O-mesil-3-oxapentano a partir de dietilenglicol y su uso para eterificar el hidroxilo en C-3 de la 1,2:5,6-di-O-isopropiliden-α-D-glucofuranosa. El compuesto resultante se usa para eterificar el hidroxilo terminal de una cadena de alquilpolipropilenglicol y, de esta forma, obtener el producto final. Mediante esta ruta, la cual se describe en el esquema de la Figura 2.58, Scorzza et al. (2002b) sintetizaron varios alquiléteres extendidos de glucosa, a partir de una serie de alquilpropilenglicoles C8 a C14 con 6, 10 y 14 unidades de óxido de propileno. Como demostraron, propiedades como el HLB, la CMC y la tensión superficial a la CMC de los surfactantes con extensión de polipropilenglicol-dietilenglicol resultaron similares a las de los surfactantes con extensión de polipropilenglicol; la inserción de dietilenglicol en la extensión sólo aumentó ligeramente la solubilidad en agua.


HO

OO

Hn

i

iii

iv

O

OO

OO

OO

OO

OHO

OO

(1)

RO

OO

H

HO

OO

R

+n

n

OMsO OMs

+

OMsO

ii

OO

OO

OO

ORO

OO

n

OO R

OO

On

O OH

HO

HO

HO

(2)

(2')

(3) + (3')

(4) + (4')

Figura 2.58. Síntesis de 3-alquil éteres de glucosa con extensión de polipropilenglicol-dietilenglicol. (i) bromuro de alquilo, KOH, 4:1 tolueno/DMSO; (ii) KOH, 4:1 tolueno/DMSO; (iii) KOH, 4:1 tolueno/DMSO; (iv) 9:1 CF3COOH/H2O,

temperatura ambiente, 30 min, dos veces, o Amberlyst 15H+ en etanol 96% vol., a 50° C. (Scorzza et al., 2002b)

Según han reseñado Queneau et al. (2004) la eterificación de la sacarosa no-protegida tiende a favorecer la formación de 2-O-alquil-sacarosa. La relativa reactividad del 2-OH ha sido atribuida al establecimiento de un puente de hidrógeno intramolecular entre O-2 y 1’-OH, o bien entre O-2 y 3’-OH, incluso en solventes polares apróticos (véase la Figura 2.44), lo cual brindaría cierta estabilidad al 2-oxianión (Bock & Lemieux, 1982; Davies & Christordes, 1987; Lichtenthaler, Immel & Kreis, 1991).

Este razonamiento fue probado por Lichtenthaler, Immel & Pokinskyj (1995), quienes obtuvieron

selectivamente 2-O-bencil sacarosa (rendimiento > 80%) mediante reacción de sacarosa no-protegida con bromuro de bencilo en DMF, en presencia de hidruro de sodio. En contraste, el uso de sustratos voluminosos, como cloruro de t-butil-dimetilsililo o cloruro de t-butil-difenilsililo, tiende a favorecer la eterificación de los hidroxilos primarios 6-OH, 6’-OH, y 1’-OH (Lichtenthaler et al., 1995; Karl, Lee & Khan, 1982). Gagnaire et al. (1999; 2000) utilizaron la eterificación de sacarosa para preparar compuestos anfifílicos, usando como sustrato 1,2-epoxidodecano. En medio acuoso, en presencia de una amina terciaria (N-metilmorfolina, N,N-


dimetilbutanamina, 1,4-diazabiciclo[2.2.2]octano) y de agentes de transferencia de fase, obtuvieron monoéteres de sacarosa con rendimientos moderados, acompañados de diéteres y de dodecanodiol.

También se ha logrado preparar éteres de sacarosa mediante telomerización de butadieno catalizada con

paladio (Figura 2.59), aunque en este caso es más difícil controlar el grado de sustitución (Desvergnes-Breuil, Pinel & Gallezot, 2001). Desvergnes-Breuil et al. (2001) estudiaron la influencia de varios parámetros de reacción sobre el grado de eterificación de la sacarosa, particularmente la temperatura, la relación butadieno/sacarosa y la naturaleza del catalizador, hallando que el tipo de sal usada como precursor del catalizador y la relación metal/ligando son parámetros críticos.

OHOHO

OOH

OH

OH

OHO

OH

OH

ORORO

OOR

OR

OR

ORO

OR

OR

iPrOH, NaOH ac.(Pd/TPPTS) cat.

R = H oP

SO3Na

TPPTS =3

Figura 2.59. Telomerización de butadieno con sacarosa (Desvergnes-Breuil, et al., 2001).

2.3.7. Síntesis de N-alquil-aldosilaminas y sus derivados. La condensación de un monosacárido con una amina primaria da como resultado inicial una N-alquil-

aldosilamina, la cual puede reordenarse en condiciones ácidas en una 1-amino-1-deoxi-2-cetosa (producto de Amadori) más estable (Figura 2.60). Si se evita efectuar la reacción en condiciones de bajo pH y de alta temperatura se puede obtener N-alquil-aldosilamina libre de producto reordenado (van Doren, Smits, Pestman, Engberts & Kellogg, 2000). Estos análogos nitrogenados de los alquilglicósidos también se pueden preparar a partir de disacáridos reductores. Latge, Rico, Garelli & Lattes (1991), y posteriormente Costes, El Ghoul, Bon, Rico-Lattes & Lattes (1995) y Bhattacharya & Acharya (1999), sintetizaron N-alquil-lactosilaminas y N-alquil-maltosilaminas con rendimientos entre 60 y 70%, aplicando un protocolo que consiste en agitar una mezcla de disacárido y de amina primaria en isopropanol y agua, a temperatura moderada (~ 60° C), durante 24 horas. Las N-alquil-aldosilaminas de cadena larga son compuestos anfifílicos. Bhattacharya & Acharya (1999; 2000) demostraron que la N-hexadecil-lactosilamina y la N-hexadecil-maltosilamina forman agregados organizados, mientras que Garg, Martini, Britt & Walsh (2010) evaluaron la capacidad emulsificante de la N-hexadecil-lactosilamina.


OHOHO NHR

OH

OH

COH

HOOHOH

CH2OH

D-glucosa

RNH2

COH

HOOHOH

CH2OH

RN

H

HH

H

O H H

H

HH

H

CHOH

HOOHOH

CH2OH

RHN

HH

H

CH2

OHO

OHOH

CH2OH

RHN

HH

H

OOH

HOOH

OHNHR

N-alquil-glucosilamina 1-amino-1-deoxi-2-cetosa(producto de Amadori)

Figura 2.60. Formación de N-alquil-glucosilaminas por condensación de glucosa con una amina primaria (van Doren et al., 2000). Pero las N-alquilaldosilaminas son inestables en solución acuosa, lo que dificulta su aplicación directa

como surfactantes. El Ghoul, Latge, Rico, Lattes & Godefroy (1996) descubrieron que la acetilación de las N-alquilaldosilaminas mejora su estabilidad en solución acuosa sin afectar sus propiedades surfactantes.

Adicionalmente, según demostraron Costes et al. (1995), la acetilación de N-alquil-lactosilaminas genera

exclusivamente el anómero β de la N-acetil,N-alquil-lactosilamina (como se muestra en la Figura 2.61), dado que el anómero α presenta repulsión estérica entre el grupo acetilo y el grupo hidroxilo en C-2. En virtud de su grado de pureza anomérica este producto sería capaz de inducir la formación de agregados quirales (Costes et al. 1995). Pestman et al. (1999) además sintetizaron y evaluaron las propiedades de micelización de una serie de N-propanoil,N-alquil-glucosilaminas y de N-propanoil,N-alquil-lactosilaminas (C8, C10 y C12).

Tanto Costes et al. (1995) como Pestman et al. (1999) hallaron que los valores de CMC de las N-acil,N-

alquil-aldosilaminas se encuentran dentro del mismo orden de magnitud que los valores típicos de otros surfactantes noiónicos (10-2 a 10-4 M), y que éstos disminuyen por un factor de diez por cada dos grupos metileno adicionales en la cadena carbonada, tal como ocurre con otros surfactantes noiónicos. También comprobaron que la CMC de los derivados portadores del grupo propanoilo es ligeramente menor que la de los portadores del grupo acetilo, debido al mayor aporte hidrofóbico del primer sustituyente.


OOH

HOOH

O

OH

OHO

OHHO

OH

+ RNH2H2O

i-PrOH

OOH

HOOH

O

OHNHR

O

OHHO

OH

O

O OEt3NDMF

OOH

HOOH

O

OH

NHRO

OHHO

OH O

lactosaN-alquillactosilamina

N-acetil,N-alquillactosilamina

R = C8H17, C9H19, C10H21 y C12H25

Figura 2.61. Síntesis de N-acetil,N-alquil-lactosilaminas (Costes et al., 1995). La reducción de una N-alquil-aldosilamina con borohidruro de sodio en agua, o con hidrógeno en

presencia de Pd/C, da por resultado un N-alquilamino-1-deoxi-alditol (Figura 2.62). Latge et al. (1991) sintetizaron un serie de N-alquilamino-1-deoxi-lactitoles (C7, C8, C9, C10 y C12) y evaluaron su actividad superficial, demostrando que son surfactantes efectivos (γCMC = 32 – 44 mN/m), con valores de CMC (10-2 a 10-4 M) comparables a los de otros surfactantes noiónicos. Al igual que en el caso de las N-alquilaldosilaminas, la acetilación de los derivados N-alquilamino-1-deoxi-alditol es conveniente para mejorar su estabilidad en solución acuosa (Rico-Lattes & Lattes, 1997). Pestman et al. (1999) prepararon N-propanoil,N-alquilamino-1-deoxi-D-lactitoles y N-propanoil,N-alquilamino-1-deoxi-D-glucitoles con cadenas carbonadas C8, C10 y C12, y también sus equivalentes acetilados. Estos mismos autores (Pestman et al., 1999) pudieron comparar los valores de CMC de estos N-acil,N-alquilamino-1-deoxi-alditoles con los de las respectivas N-alquillactosilaminas y N-alquil-glucosilaminas acetiladas/propioniladas, demostrando que éstos son muy parecidos entre sí.

Los N-alquilamino-1-deoxi-D-alditoles pueden ser convertidos en surfactantes con dos colas lipofílicas conectando el nitrógeno a un grupo acilo de cadena larga. Esto se puede lograr mediante tratamiento de N-alquilamino-1-deoxi-D-alditol con N-aciltiazolidina-2-tiona, un agente acilante selectivo hacia el nitrógeno, el cual se obtiene por condensación de 2-mercaptotiazolina con cloruro de ácido.

Este procedimiento fue aplicado por Rico-Lattes & Lattes (1997) para sintetizar una serie de N-acil,N-

alquilamino-1-deoxi-lactitoles y N-acil,N-alquilamino-1-deoxi-glucitoles con rendimientos entre 20 y 60% (Figura 2.63). Estos surfactantes son suficientemente hidrofóbicos para ser solubles en solventes orgánicos apolares (Rico-Lattes & Lattes, 1997).


OOH

HOOH

O

OHNHR

O

OHHO

OHN-alquillactosilamina

H2, Pd/C

etanol

OOH

HOOH

O

OH

NHROH

OHHO

OH

O

O OEt3NDMF

N-alquilamino-1-deoxi-lactitol

OOH

HOOH

O

OH

NROH

OHHO

OHN-acetil,N-alquilamino-1-deoxi-lactitol

O

Figura 2.62. Síntesis de N-acil,N-alquilamino-1-deoxi-lactitol (Latge et al., 1991).

R1O N

HOH

OHHO

OHN-alquilamino-1-deoxi-alditol

N S

SO

Cl

O

N S

S

HN S

SH

+R1

O NOH

OHHO

OH

O

N-acil,N-alquilamino-1-deoxi-alditol

n m

m

m

n

R1 = H, β-galactosan = 5, 6, 7, 8m = 5, 7, 10, 12, 14, 16

Figura 2.63. Síntesis de N-acil,N-alquilamino-1-deoxi-alditoles (Adaptado de Rico-Lattes & Lattes (1997)).

A causa del número de coordinación del nitrógeno, la estructura N-alquilamino-1-deoxi-alditol ha sido

usada como punto de partida para preparar surfactantes geminales. En este particular, sobresalen los trabajos publicados por el grupo liderado por J. B. F. N. Engberts, el cual ha producido una extensa librería de surfactantes geminales basados en la referida estructura (a partir de una variedad de sacáridos, y con espaciadores y colas lipofílicas de diferente longitud y naturaleza) y ha caracterizado su comportamiento de agregación en disolución acuosa (Johnsson & Engberts, 2004). Su estrategia de síntesis se basa en la preparación de un bolaforme bis(1-amino-1-deoxi-D-alditil)alcano, cuyos átomos de nitrógeno son posteriormente acilados o alquilados. Esta metodología proporciona una serie de surfactantes geminales noiónicos simétricos.

La preparación de la serie de surfactantes geminales bis(N-tetradecanoil-1-amino-1-deoxi-D-

glucitil)alcano comprende, en primer lugar (como se aprecia en la Figura 2.64), la condensación de un α,ω-diaminoalcano (C6, C8, o C10) con glucosa en medio reductor (H2 en presencia de Pd/C). Seguidamente, los átomos de nitrógeno del producto de esta reacción se acilan con anhídrido tetradecanoico en etanol. Pestman et al. (1997) evaluaron el comportamiento liotrópico de estos compuestos, confirmando su pronunciada tendencia a


formar agregados. Van Doren, Smits, Pestman, Engberts & Kellogg (2000) añadieron a esta serie compuestos con grupos alcanoilo C12 y C16 y espaciadores de otras longitudes. Según señalan, algunos de estos surfactantes geminales mostraron gran capacidad para solubilizar líquidos orgánicos.

H2N NH2(CH2)nD-glucosa

HO

HOOH

HOOH

NH

OHHO

OHHO

OHNH(CH2)n

R O R

O O

Etanol

HO

HOOH

HOOH

N

OHHO

OHHO

OHN O

RRO

(CH2)nH2 40 bar, Pd/C,40º C, 24 h

Figura 2.64. Síntesis de bis(1-amino-1-deoxi-glucitil)alcanos, con n = 6, 8 y 10, y R = C13H27 (Pestman et al., 1997), y con n = 2, 4, 7 y 9, y R = C4H9, C5H11, C6H13, C7H15, C8H17, C9H19, C11H23, C15H31 (van Doren et al., 2000).

Posteriormente, Fielden et al. (2001) añadieron la serie de los bis(N-alquil-1-amino-1-deoxi-D-glucitil)alcanos. Para su preparación (la cual se describe en el esquema de la Figura 2.65), en lugar de acilar los átomos de nitrógeno del bolaforme bis(1-amino-1-deoxi-D-glucitil)alcano, estos se alquilan reductivamente con aldehídos saturados (C12, C14, C16, C18), en ácido acético glacial e hidrógeno, en presencia de paladio en carbono. Para alquilar con cis-9-octadecenal sin perder el doble enlace carbono-carbono se usa cianoborohidruro de sodio en metanol como medio reductor. Johnsson, Wagenaar, Stuart & Engberts (2003) cambiaron la naturaleza del espaciador, sustituyendo el α,ω-diaminoalcano por 1,8-diamino-3,6-dioxaoctano, e introdujeron un nuevo sacárido, la manosa. Siguiendo los mismos procedimientos de síntesis antes descritos obtuvieron bis(N-octadecen-9-oil-1-amino-1-deoxi-D-glucitil)-3,6-dioxaoctano, bis(N-octadecen-9-il-1-amino-1-deoxi-D-glucitil)-3,6-dioxaoctano, bis(N-octadecen-9-il-1-amino-1-deoxi-D-manitil)3,6-dioxaoctano, y bis(N-octadecen-9-il-1-amino-1-deoxi-D-manitil)hexano, cuya estructura se muestra en la Figura 2.66. Wagenaar & Engberts (2007) ampliaron aún más esta colección de surfactantes geminales, incluyendo en sus estructuras otros azúcares (galactosa, lactosa, arabinosa, talosa, melibiosa, eritrosa) junto con varios espaciadores.

HO

HOOH

HOOH

NH

OHHO

OHHO

OHNH(CH2)n

H R

O

H2 4 bar, 10% Pd/Ct.a., AcOH, 48 h

o

NaBH3CN/ metanolN2, t.a., 2hpH = 6 - 8

HO

HOOH

HOOH

N

OHHO

OHHO

OHN(CH2)n

CH2CH2cis-9-octadecenal

n = 4, 6

R = C11H23, C13H27, C15H31, C17H35, C17H33

R R

Figura 2.65. Síntesis de bis(N-alquil-1-amino-1-deoxi-D-glucitil)alcanos y de bis(N-alquenil-1-amino-1-deoxi-D-glucitil)alcanos (Fielden et al., 2001).


Schuur, Wagenaar, A. Heeres & E. H. Heeres (2004) lograron sintetizar anfífilos bolaformes asimétricos mediante dos etapas de aminación reductiva de azúcares (Figura 2.67). En la primera etapa la relación aldosa/1,6-diaminohexano se ajusta a 1:6,6, lo que da como resultado un 1-(1-deoxi-D-alditol-1-ilamino)-6-aminohexano. En la etapa siguiente, este producto intermedio se somete a alquilación reductiva con una aldosa distinta. Según señalan Schuur et al. (2007), este método permite obtener anfífilos bolaformes asimétricos con rendimientos entre 39 y 72%, atribuyendo los rendimientos más bajos a la difícil recuperación del producto debido a su excesiva adhesión al catalizador. Estos bolaformes asimétricos son potencialmente útiles como materiales de partida para la síntesis de nuevos surfactantes geminales basados en azúcares.

a)

HO

HOOH

HOOH

N

OHHO

OHHO

OHNO

O

C17:1O

O

C17:1 b)

HO

HOOH

HOOH

N

OHHO

OHHO

OHNO

OC18:1

C18:1

c)

HO

HOOH

HOOH

N

OHHO

OHHO

OHNO

OC18:1

C18:1 d)

HO

HOOH

HOOH

N

OHHO

OHHO

OHN

C18:1C18:1

Figura 2.66. Fórmula estructural de surfactantes geminales tipo bis(N-alquil-1-amino-1-deoxi-D-glucitil)alcanos a) bis(N-octadecen-9-oil-1-amino-1-deoxi-D-glucitil)-3,6-dioxaoctano, b) bis(N-octadecen-9-il-1-amino-1-deoxi-D-glucitil)-3,6-dioxaoctano, c) bis(N-octadecen-9-

il-1-amino-1-deoxi-D-manitil)3,6-dioxaoctano, y d) bis(N-octadecen-9-il-1-amino-1-deoxi-D-manitil)hexano (Johnsson et al., 2003).

D-glucosa + H2N (CH2)6 NH2H2, Pd/C

H2O, CH3OHHO

OH

OH

OH

OHNH

(CH2)6 NH2

H2, Pd/CH2O, CH3OH

D-galactosa

HOOH

OH

OH

OHNH

(CH2)6 NH OH

OH

OH

OHOH

Figura 2.67. Síntesis del anfífilo bolaforme asimétrico 1-(1-deoxi-D-galactitol-1-ilamino)-6-(1-deoxi-D-glucitol-1-ilamino)hexano (Schuur et al., 2004).


Warwel, Brüse & Schier (2004) y Warwel & Brüse (2004) sintetizaron surfactantes geminales a partir N-alquilamino-1-deoxi-glucitoles usando una estrategia distinta. Para ello, simplemente, unieron dos de estas moléculas a través de sus átomos de nitrógeno mediante un espaciador, el cual fue proporcionado por di-epóxidos de α,ω-olefinas (C8, C9, C10, y C14) y éteres glicídicos de dioles. Esto ocurre cuantitativamente por apertura del anillo oxirano en metanol seco, a 70° C. Entre todos los compuestos preparados por Warwel & Brüse (2004), aquellos con espaciadores más hidrofílicos (cuyas estructuras se muestran en la Figura 2.68) mostraron mayor actividad surfactante, logrando reducir la tensión superficial hasta 30 a 34 mN/m.

HO

N

HOOH

HOOH

O OOHOH OH

OH

N

OHHO

OHHO

nn

OO

OH

OH

HO

N

HOOH

HOOH

OH

N

OHHO

OHHO

nn

OO

OH

OH

HO

N

HOOH

HOOH

OH

N

OHHO

OHHO

nn

OO

OH

OH

HO

N

HOOH

HOOH

OH

N

OHHO

OHHO

x

nn

Figura 2.68. Estructura de algunos de los surfactantes geminales preparados por Warwel y Brüse a partir de N-alquilglucaminas (n = 6, 8, 10) y de éteres glicídicos de varios tipos de dioles (Adaptado de Warwel & Brüse (2004)).

2.3.8. Ramnolípidos y soforolípidos, surfactantes glicolipídicos naturales. Los biosurfactantes son un grupo diverso de moléculas producidas por bacterias, levaduras y hongos que,

como lo indica su nombre, poseen propiedades tensioactivas. Entre los surfactantes de origen bilógico que han sido más ampliamente estudiados se hallan los ramnolípidos y los soforolípidos. La estructura de estos compuestos glicolipídicos se muestra en la Figura 2.69. Como se puede apreciar, los ramnolípidos están constituidos por una o dos unidades de α-L-ramnosa unidas a través de un enlace glicosídico con una o dos unidades de ácido 3-hidroxicarboxílico, mientras que los soforolípidos han sido descritos como una mezcla de las formas lactónica y ácida de soforósidos (glicósido del disacárido 2’-O-β-D-glucopiranosil-β-D-glucopiranosa) del ácido 17-L-hidroxioléico (Hirata, 2009).


a)

OOH O

OHOH

CH3 OO

HO O

m

n

OOH O

OOH

CH3

OOH

OHOH

CH3

OO

HO O

m

n

OOH O

OHOH

CH3 OHO

n

OOH O

OOH

CH3

OOH

OHOH

CH3

OHO

n

b)

O O

OO

OH

HO

OHOH

HO

OHOH

OHO

Figura 2.69. Estructura de compuestos glicolipídicos naturales: a) ramnolípidos y diramnolípidos; b) soforolípido. Los ramnolípidos son producidos principalmente por varias cepas de Pseudomonas aeruginosa, aunque

existe evidencia de que otras especies de Pseudomonas también producen estos glicolípidos (Sekhon-Randhawa & Rahman, 2014). Las especies de Pseudomonas son capaces de utilizar fuentes de carbono de distinta naturaleza, tanto inmiscibles con agua (hidrocarburos, aceites vegetales, etc.) como solubles en agua (como glicerol, glucosa, manitol, etanol, entre otras), pero, en general, los sustratos hidrofóbicos proporcionan mayores niveles de producción (medidos en gramos por litro de sustrato) (Pornsunthorntawee, Wongpanit & Rujiravanit, 2010, p. 216).

Los soforolípidos son biosintetizados por varias especies de la levadura Candida, siendo la Candida

bombicola la más importante. Estos surfactantes pueden ser producidos a partir de carbohidratos, aunque la producción aumenta considerablemente si están presentes tanto una fuente de carbono hidrofílica como una hidrofóbica (hidrocarburos, lípidos, aceites vegetales y animales) (de Oliveira, Camilios-Neto, Baldo, Magri & Colabone-Celligoi, 2014).

Además de la naturaleza del microorganismo seleccionado y de la composición del sustrato, la producción

de ramnolípidos y de soforolípidos también es afectada por factores como la concentración de nitrógeno y de iones en el medio; las condiciones de pH, temperatura, velocidad de agitación y disponibilidad de oxígeno, y por la estrategia de cultivo aplicada (por lotes, alimentación por lotes, continua, etc.) (Pornsunthorntawee, Wongpanit & Rujiravanit, 2010, p. 215; de Oliveira, Camilios-Neto, Baldo, Magri & Colabone-Celligoi, 2014).


Los ramnolípidos son capaces de reducir la tensión interfacial del agua pura hasta valores por ligeramente menores que los 30 mN/m, con concentración micelar crítica dentro del intervalo de 5 a 200 mg/l (Finnerty, 1994; Pornsunthorntawee, Wongpanit & Rujiravanit, 2010, p. 213). Debido a la presencia de la función carboxilo las propiedades de las mezclas de ramnolípidos cambian ligeramente en función del pH, como han señalado Soberón-Chávez y Maier (2011, p. 5). Las mezclas de monoramnolípidos tienen valores de CMC dentro del intervalo de 1 µM a 10 µM a pH bajo (dependiendo de la fuerza iónica de la solución), mientras que a pH igual a 8, los monoramnolípidos se encuentran desprotonados y su CMC alcanza valores próximos a los 100 µM. Estos mismos autores indican que los valores de CMC característicos de los ramnolípidos son, en general, por los menos un orden de magnitud menores que los típicos de alquilmonoglicósidos (β-D-C8G1, β-D-C10G1, β-D-C12G1; CMC = 25 mM, 2,2 mM, y 0,19 mM, respectivamente), los cuales han sido reseñados por Nickel, Förster & von Rybinski (1997, p. 52). Con el propósito de disminuir el efecto del pH sobre el desempeño de los ramnolípidos, Miao, Callow, Dashtbozorg, Salager & Ju (2014) esterificaron la función ácido con etanol, obteniendo como resultado surfactantes noiónicos con capaces de funcionar como emulsificantes.

En comparación con los ramnolípidos, los soforolípidos son menos efectivos reduciendo la tensión superficial; permiten alcanzar tensiones entre 30 a 40 mN/m a la concentración mínima de 11 a 250 mg/l (van Bogaert, Ciesielska, Devreese & Soetaert, 2015, p. 20). No obstante, los soforolípidos causan un descenso de la tensión interfacial a bajas concentraciones casi tan rápido como los alquilpoliglucósidos, y mucho más rápido que el laurilsulfato de sodio. Según señalan Develter & Lauryssen (2010), debido a su baja tendencia a formar espumas y a su facilidad para mojar superficies en situaciones dinámicas, los soforolípidos muestran un desempeño notable en fórmulas limpiadoras concentradas, mientras que en fórmulas limpiadoras regulares complementan la acción de los alquilpoliglucósidos (Develter & Lauryssen, 2010).

A pesar de que los ramnolípidos presentan un mejor desempeño como surfactantes que los soforolípidos, estos últimos son más ampliamente usados en aplicaciones comerciales debido a sus costos más bajos de producción. Los soforolípidos son producidos con mayor rendimiento que los ramnolípidos (400 g/l en comparación con 100g/l de sustrato); pero, además, el proceso de recuperación de los primeros es más simple.

Esto se debe, principalmente, a que los soforolípidos son producidos por bioorganismos no-patogénicos.

En contraste, buena parte de las especies que son buenas productoras de ramnolípidos también son patógenos oportunistas, lo que ocasiona costos adicionales relacionados con el manejo de los microorganismos. De hecho, se estima que los costos de purificación de los ramnolípidos pueden alcanzar ente el 70 y 80 % del costo total de producción (Boxley, Pemberton & Maier, 2015). A pesar de que la producción a gran escala de biosurfactantes es todavía limitada, debido a los altos costos de producción relacionados con la complejidad del proceso productivo (Soberon-Chavez & Maier, 2011, p. 4), existen compañías que ofrecen comercialmente ramnolípidos y soforolípidos, como las que se mencionan en la Tabla 2.5.


Tabla 2.5. Compañías productoras de ramnolípidos y de soforolípidos en el mundo (Sekhon-Randhawa & Rahman, 2014).

Compañía Localización Producto Campo de aplicación TeeGene Biotech Reino Unido ramnolipidos y lipopéptidos Farmacéutica, cosmética, antimicrobial

AGAE Technologies LLC

EE.UU. ramnolipidos (R95, un ramnolipido de grado HPLC/MS) Farmacéutica, cosmecéutica, cosmética,

cuidado personal, bioremediación (in situ & ex situ), EOR.

Jeneil Biosurfactant Co.

LLC EE.UU.

ramnolipidos (ZONIX, un bio-fungicida y RECO, un ramnolipido usado en recuperación mejorada y en la limpieaza de tanques de almacenamiento de crudo)

Productos de limpieza, EOR

Paradigm Biomedical Inc.

EE.UU. ramnolipidos Agricultura, cosmética, EOR,

bioremediación, productos alimentarios, farmacéutica.

Rhamnolipid Companies, Inc.

EE.UU. ramnolipidos Agricultur, cosmétic, EOR, bioremediación, productos alimentarios, farmacéutica.

Saraya Co. Ltd. Japón soforolípidos (Sophoron, un detergente lavaplatos de

baja espumabilidad) Productos de limpieza e higiene

Ecover Belgium Bélgica soforolípidos Productos de limpieza, cosméticos, bioremediación, control de plagas,

farmacéutica. Groupe Soliance Francia soforolípidos Cosméticos MG Intobio Co.

Ltd. Korea del

Sur soforolípidos

Productos de belleza y de cuidado personal, productos para el baño.

Synthezyme LLC EE.UU. soforolípidos Productos de limpieza, cosméticos,

alimentarios, fungicidas, emulsionación de crudo

Allied Carbon Solutions (ACS)

Ltd Japón

soforolípidos (ACS-Sophor—first bio-based surfactant from Indian mahua oil)

Productos agroindustiales, investigación ecológica.

Henkel Alemania soforolípidos, ramnolipidos, lípidos de mannosilertritol Productos para limpiar vidrios, para

lavandería y belleza.

Kaneka Co. Japón lípidos de soforosa Cosméticos y productos de aseo

personal.

2.4. Compuestos químicos derivados de carbohidratos. En el capítulo anterior se abordó la utilidad de los carbohidratos como materia prima en la síntesis de

surfactantes, la cual se ha materializado a escala industrial en la producción de alquilpoliglucósidos, entre otros. No se debe perder de vista, sin embargo, que los carbohidratos poseen características químicas que los convierten en un sustrato valioso a partir del cual se puede obtener una extensa variedad de compuestos químicos, algunos de los cuales también son aprovechables para constituir la cabeza polar de surfactantes.

Son muchos los compuestos químicos que han podido sintetizarse a partir de carbohidratos, bien a través

de procesos químicos o de procesos biotecnológicos. La síntesis de muchos de estos derivados de carbohidratos ha sido descrita en resúmenes, como los publicados por Lichtenthaler (2010b; 2007) y por Martel et al. (2010). A una escala superior, existen iniciativas en favor de la creación de biorrefinerías (Kamm, Gruber & Kamm, 2007), las cuales producirían un número limitado de compuestos químicos fundamentales (“plataform chemicals”) a


partir de almidón, celulosa y grasas naturales (véase la Figura 2.70), de manera semejante a como funcionan las plantas petroquímicas, en las cuales diferentes fracciones del petróleo son convertidas en compuestos químicos básicos (gas de síntesis, etileno, propileno, butilenos, benceno y alquilbencenos), los cuales constituyen las corrientes generadoras de un conjunto más amplio de derivados (Koutinas, Du, Wang & Webb, 2008; Kamm et al., 2007; Werpy & Petersen, 2004; Bozell & Petersen, 2010). Entretanto, algunos compuestos químicos ya están siendo producidos a partir de carbohidratos a escala comercial, tal es el caso del isosórbido, del ácido succínico y del 5-hidroximetilfurfural, entre otros.

En el contexto de esta sección, dedicada a la revisión sobre el aprovechamiento de derivados de

carbohidratos en la síntesis de surfactantes, resulta evidente que son especialmente útiles para constituir la parte hidrofílica aquellos compuestos heteroatómicos difuncionales, o polifuncionales. Dada la amplia variedad de derivados de carbohidratos que poseen estas características, esta sección ha sido subdividida en tres apartados, dedicados reseñar la obtención y utilización de: ácidos dicarboxílicos 1,4; dioles y polioles, y de hidroxiácidos, hidroxiésteres e hidroxialdehídos.

COSECH

ABiomasa

cosechada

Nue

ces, sem

illas y

tubé

rculos

Biomasa ligno

celulósica

PretratamientoMecánico-‐Térmico



Pirólisis

Gasificación

Quemado / cogeneración (CHP)

aceite

amilosa

volátiles

inulina

amilopectina

Extractos

hemicelulosa

celulosa

aromáticos

Aceite de pirólisis

coque

H2, CO

condensados

coque

Hidrólisis Enzimática

bioquímicos y biopolímeros

azúcares

Energía eléctrica

Ferm

entación

biodiesel

Ácido acético

adhesivos

surfactantes

…

Calor/vapor

ácidos etanol

butanol

acetona

hidrógeno

Polihidroxialcanoatos

Celulosa , papel, biopolímeros

químicos

Combustibleslíquidos

HidrólisisEnzimática

o Fermentación

Síntesis catalítica

Figura 2.70. Diagrama esquemático de una biorrefinería (Liu, Abrahamson & Scott, 2012).


2.4.1. Ácidos dicarboxílicos 1,4. Los ácidos succínico, fumárico y málico son intermediarios metabólicos en el ciclo del ácido cítrico (así

se denomina a la ruta metabólica mediante la cual se produce la oxidación final de los grupos acetilo, provenientes de la degradación de los azúcares, los ácidos grasos y de gran parte de los aminoácidos, en dióxido de carbono y energía. Véase el esquema en la Figura 2.71). Pese a este hecho, hasta hace pocos años la síntesis industrial de todos estos diácidos 1,4 se realizaba a partir de anhídrido maléico de origen petroquímico, el cual se obtiene mediante oxidación del butano (véase la Figura 2.72). Gracias a los recientes avances en el campo de la biotecnología, los cuales han permitido crear cepas de microorganismos con capacidad mejorada para producir una variedad de compuestos (Lee, Kim, Choi, Yi & Lee, 2011; Cao, Cao & Lin, 2011), los métodos biosintéticos están alcanzando cada vez más importancia. Desde hace algunos años la producción de ácido succínico por fermentación biológica es económicamente competitiva con la ruta petroquímica (Banner et al., 2011, p. 448). La principal ventaja con que cuenta la ruta biotecnológica en comparación con la ruta petroquímica es que se alimenta de un material que ya es rico en oxígeno, razón por la cual requiere menos etapas de transformación. Adicionalmente, la fermentación biológica requiere un aporte energético más bajo y emite cantidades más pequeñas de gases de invernadero por tonelada producida. En los párrafos que siguen se resume el estado actual de los procesos de producción de ácidos dicarboxílicos 1,4 mediante fermentación de azúcares, y se muestran algunos ejemplos de su utilidad en la síntesis de surfactantes.

S

OCoA

COO-

COO-COO-

OH

COO-

COO-

COO-

COO-

COO-

COO-

HO

COO-

COO-

OCOO-

S

O

CoA

COO--OOC

O

COO--OOC

OH

COO--OOC

COO--OOC

citrato

cis-aconitato

isocitrato

α-cetoglutarato

succinil-CoA

succinato

fumarato

malato

oxalacetato

acetil-CoA

H2O

H2O

CO2

CoA-SHCO2

H2O

NADH

NADHFADH2

NADH

GTP(ATP)

Figura 2.71. Ciclo del ácido cítrico (adaptado de Nelson & Cox (2005, p. 580 y p. 602)).


Oxidación

OO

O

HidrólisisO O

OHOH

Reducción

OO

O

Hidrólisis OH

OHO

O

OH

OHO

O OH

Hidratación

IsomerizaciónOH

OHO

OHidratación

ac. fumárico

ac. málico

ac. succínico

Figura 2.72. Ruta petroquímica de producción de los ácidos fumárico, málico y succínico (adaptado de Banner et al. (2011, p. 448)).

Acido succínico.

El ácido succínico puede ser generado por la acción de microorganismos sobre azúcares (glucosa, sucrosa, maltosa, lactosa, y fructosa) o sobre glicerol. Entre los diferentes microorganismos que han sido investigados se hallan hongos (Aspergillus stc., Byssochlamys nivea, Lentinus degener, Paecilomyces varioti, Penicillium viniferum), levaduras (Saccharomyces cerevisiae), y bacterias Gram-positivas (Corynebacterium glutamicum, Enterococcus faecalis). Pero sólo algunos microorganismos, como el Anaerobiospirillum succiniciproducens, el Actinobacillus succinogenes, o el Mannheimia succiniciproducens MBEL55E, han mostrado capacidad para producir principalmente ácido succínico, y cantidades menores de otros ácidos orgánicos, como ácido acético (Bechthold, et al 2008). Adicionalmente, varias cepas de Escherichia coli genéticamente modificada han resultado efectivas en la producción de ácido succínico (Cao et al., 2011). Aunque actualmente la mayor parte del ácido succínico que se comercializa tiene origen petroquímico (más del 97% producido en 2011 (WEASTRA, 2012)), recientemente han sido instaladas las primeras plantas industriales para producir ácido succínico mediante fermentación de azúcares. En la Tabla 2.6 se señalan la plantas que se encuentran en operación y las que están en proyecto (Cok, Tsiropoulos, Roes & Patel, 2014; Carus, 2012).

Tabla 2.6. Estado de la producción industrial de ácido succínico a partir de azúcares (extraído de Cok et al. (2014)).

Capacidad (kt/año)

Compañía productora ácido

succínico 1,4-BDO PBS Inicio de operaciones Localización

Reverdia1 10 4to. trimestre 2012 Cassano, Spinola, Italia

Myriant 2 14 2do. trimestre 2013 Lake Providence, Louisiana, E.U.A

Myriant 3 77 1er. trimestre 2014 Lake Providence, Louisiana, E.U.A

BASF, Purac4 10 2013 Barcelona, España

BioAmber 3 1er. trimestre 2010 Pomacle, Francia

BioAmber, Mitsui 2 30 4to. trimestre 2014 Sarnia, Ontario, Canada

BioAmber, Mitsui 3 50 2016 Sarnia, Ontario, Canada

BioAmber, Mitsui 65 50 2014 Tailandia

BioAmber, Mitsui 65 50 E.U.A, Brasil

PTT MCC Biochem 36 20 Rayong, Tailandia Datos actualizados hasta junio de 2013. Abreviaturas: 1,4-BDO = 1,4-butanodiol, PBS = polibutilen succinato. 1 Empresa conjunta de DSM y Roquette; 2 Capacidad inicial; 3 Completa capacidad; 4 Empresa conjunta de BASF y Purac, subsidiaria CSM.


El ácido succínico tiene el potencial para convertirse en uno de los pilares de la industria de producción de compuestos químicos a partir de biomasa (Gallezot, 2012), más específicamente, podría reemplazar al anhídrido maléico en la síntesis de muchos derivados con cuatro átomos de carbono (Delhomme, Weuster-Botza & Kühn, 2009). Su reducción selectiva podría generar butanodiol, tetrahidrofurano y γ-butirolactona. La tecnología requerida para llevar a cabo estas transformaciones sería similar a la que se aplica para convertir anhídrido maléico de origen petroquímico en la misma familia de productos (Delhomme et al., 2009). Otro potencial uso para el ácido succínico es la generación de pirrolidona y la N-metilpirrolidona (Tosukhowong, Roffi, More, Augustine & Tanielyan, 2013), compuestos que tienen aplicación industrial como solventes. El campo de aplicación del ácido succínico alcanza la producción de polímeros, en particular de poliésteres, donde puede reemplazar al ácido adípico (Bechthold et al., 2008). El desarrollo de una ruta para la producción de anhídrido maléico a partir de ácido succínico representaría un avance importante en la industria de los surfactantes basados en biomasa, pues el anhídrido maléico es una materia prima indispensable en la preparación de sulfosuccinatos. En el esquema de la Figura 2.73 se muestran algunos de los compuestos que se pueden obtener a partir de ácido succínico.

OCH3H3CO

O

O

HOOH

O

O O

NH2HO

O

O HN O

N O

CH3

O OOOH

HO

O

O

HO

OOHO

OHOHO

OHOH

OH

OHHO

O

OFermentación

Figura 2.73. Derivados importantes del ácido succínico (adaptado de Bozell & Petersen (2010) y de Delhomme et al. (2009)).

Debido a su doble función, el ácido succínico es frecuentemente usado para añadir el grupo carboxilo a

compuestos que poseen grupos hidroxilo, con el propósito de modificar sus propiedades (Renault et al., 2012; Hasenhuettl, 2008, p. 23). Su doble función también convierte al ácido succínico en una especie útil para preparar poliésteres y poliamidas. Bevinakatti & Waite (2009) plantearon la posibilidad de sintetizar surfactantes noiónicos oligoméricos basados en la reacción de alcoholes polihídricos (glicerol, xilitol, sorbitol), ácidos dicarboxílcos (adípico, succínico, subérico, sebácico, glutárico) y un ácido monocarboxílico. En este caso, los grupos hidroxilo libres de los polioles son los que más aportan hidrofilicidad a la molécula, pues los grupos éster no son tan hidrofílicos. La posibilidad de usar alcoholes polihídricos con diferente número de grupos ―OH, o de esterificar algunos de los existentes, permitiría obtener surfactantes con una gama de valores de balance hidrofílico-lipofílico. En la Figura 2.74 se muestra como ejemplo la preparación de laurato de oligo(succinato de sorbitol) de acuerdo al procedimiento propuesto por Bevinakatti & Waite (2009). Rouse, Humphrey, Cale, Freemen & Barnes (2013) también prepararon surfactantes oligoméricos, mediante la reacción de ácido succínico (y otros diácidos) con poliglicerol y un ácido monocarboxílico. Esta reacción puede efectuarse con catálisis ácida o básica, y requiere en ambos casos temperaturas mayores que 200° C.


OHHO

O

OOH

HO

OH

OH

OH

OH+

K2CO3

Vacío, 130 - 170º C

OHC11H23

O

OHO

O

O

O

OH

OH

OH

OHC11H23

O

n

Figura 2.74. Preparación de laurato de oligo(succinato de sorbitol) de acuerdo al procedimiento descrito por Bevinakatti & Waite (2009).

Agach, Delbaere, Marinkovic, Estrine & Nardello-Rataj (2013) sintetizaron un surfactante noiónico cuya parte hidrofílica está constituida por un oligoéster formado por unidades de ácido succínico y de glicerol, y cuya parte hidrofóbica es aportada por ácido láurico o por 1-monolauroilglicerol (o α-monolaurato de glicerilo). La síntesis se efectúa sin solvente, a 190° C, y el agua generada se remueve con la ayuda de una trampa Dean-Stark. De esta manera prepararon lauroil oligo(glicerol-succinato)s (véase su estructura en la Figura 2.75) con relación molar de glicerol a ácido succínico igual a 1,9 (índice x en PGxSC12y, o x+y en PGxSC12Gy), y con diferentes relaciones molares de ácido láurico (o laurato) a succinato (índice y entre 0,10 y 0,5). Como se puede apreciar en la Tabla 2.7, todos los lauroil oligo(glicerol-succinato)s sintetizados en este estudio, con poca influencia del valor del índice x, produjeron tensiones superficiales a la CMC relativamente bajas (alrededor de 26 mN/m) y valores de CMC del mismo orden de magnitud que los de surfactantes noiónicos comerciales de referencia (cocoato de glicerilo polietoxilado, PEG-7, aceite de ricino hidrogenado polietoxilado, PEG-40, y alquilpoliglucósido C8-10). Los lauroil oligo(glicerol-succinato)s también forman espumas abundantes y estables, y proporcionan excelente solubilización micelar en comparación con los surfactantes noiónicos comerciales antes mencionados. En adición a sus buenas propiedades surfactantes, todos los lauroil oligo(glicerol-succinato)s son fácilmente biodegradables (se degradan en más del 60% en menos de 28 días), y no presentan punto de Krafft, ni punto de nube, en el intervalo entre 0 y 100° C (Agach et al, 2013).

OOC11H23

OO

OO

O

O

O

O

OH

O

OHO

OO

O

OO

OOH

OH

OHOH

Lα, α

Lβ, α

Tα

TβD

Figura 2.75. Representación aproximada dela estructura de los lauroil oligo(glicerol-succinato)s, donde se pueden apreciar diferentes tipos de unidades de glicerol; D = dendrítica; L = lineal y T = terminal (Agach et al, 2013).


Tabla 2.7. Concentración micelar crítica y tensión superficial a la CMC de lauroil oligo(glicerol-succinato)s y de surfactante comerciales de

referencia (Agach et al., 2013).

Surfactantes CMC (mM) γCMC (mN/m)

PG1.9SC120.10 1,18 (0.82)a 27,6 (27.9)a

PG1.9SC120.28 0,54 (0.26)a 26,2 (26.1)a

PG1.9SC120.50 0,37 (0.26)a 25,3 (25.7)a

PG1.8SC12G0.10 0,95 24,8

PG1.62SC12G0.28 0,45 25,7

PG1.4SC12G0.50 0,37 26,7

cocoato de glicerilo, polietoxilado (PEG-7)

0,20

30,4

aceite de castor hidrogenado, polietoxilado (PEG-40)

0,36

43,6

alquil poliglicósido C8-10 2,25 26,0 (a) producto obtenido tras 24 h de reacción.

Acido fumárico.

Aunque actualmente el ácido fumárico, o trans-2-butenodioico, se produce a gran escala a partir del anhídrido maléico, de origen petroquímico, en un principio (alrededor de los años 40) se producía exclusivamente mediante procesos fermentativos (Roa Engel, Straathof, Zijlmans, van Gulik & van der Wielen, 2008). Hoy en día, con el agotamiento de las reservas de hidrocarburo en un horizonte más próximo, y con la creciente preocupación que existe por el efecto que podría tener sobre el clima el CO2 que ha sido liberando al ambiente, la obtención de ácido fumárico por vía fermentativa está volviendo a ganar interés. La mayoría de los procesos fermentativos para la producción de ácido fumárico que han sido patentados se basan en el uso de variedades de hongos de la especie Rhizopus. Muchas de estas patentes se hallan reseñadas en los resúmenes de Roa Engel et al. (2008) y también de Xu, Li, Huang & Wen (2012). Según se señala en ambas fuentes, también ha sido considerado el uso de bacterias, como algunas variedades de Lactobacillus y cepas de Escherichia coli genéticamente modificada. En cuanto a la fuente de carbono, en la mayoría de los casos se usa glucosa como alimento, pero también existen referencias sobre el uso de xilosa, sacarosa, e incluso de almidón (Roa Engel et al., 2008). El proceso de producción de ácido fumárico por fermentación todavía requiere mejoras para producir con rendimientos que le permitan competir comercialmente con la ruta petroquímica (Lichtenthaler, 2010b, p. 21).

El ácido fumárico ha sido usado por O’Connor, Scardera & Grosser (1985) y por Lai & Chen (2006) para mejorar la solubilidad en agua de alcoholes grasos polioxialquilados. Esto se logra mediante el enlazamiento de unidades de ácido fumárico con algunos carbonos del poliéter, a través de un mecanismo mediado por radicales libres (véase la Figura 2.76). El producto de adición, por último, se trata con hidróxido de sodio, para ionizar las funciones ácido carboxílico. Como mencionan O’Connor et al. (1985), los ácidos fumárico y maléico son convenientes para este tipo de reacción porque no tienden a homopolimerizar. Esta reacción también fue utilizada por Lai & Chen (2008) para sintetizar surfactantes geminales, mediante la funcionalización de diésteres (preparados a partir de anhídrido maléico y alcoholes polioxialquilados) con ácido fumárico, como se describe en la Figura 2.77. De acuerdo con Lai & Chen (2008), los surfactantes geminales preparados a partir de alcoholes polietoxilados con 7 a 15 unidades de óxido de etileno permiten alcanzar tensiones superficiales a la CMC por


debajo de los 32 mN/m, en cambio, los preparados a partir de R(EO)20 o R(EO)30 son mucho más hidrofílicos, razón por la cual son menos efectivos reduciendo la tensión superficial.

Iniciación: O

CH3O

RO

H + RO. O

CH3O

RO

CH3

OH

nm nm

Propagación:

O

CH3O

RO

CH3O

Hnm

HO

OOH

O O

CH3O O

CH3O

HnmO

OHO OH

R

O

CH3O O

CH3O

Hn

m-1O

OHO OH

R

O

CH3O

RO

Hnm

+

O

CH3O O

CH3O

Hn

m-1O

OHO OH

R

+

O

CH3O

RO

CH3O

Hn

m

Figura 2.76. Mecanismo de la reacción de poliéteres con ácido fumárico (adaptado de O’Connor et al. (1985)).

CH2CH2OC18H37O Hn

O OO+200º C, 5 h

CH2CH2OC18H37O Cn

HC C

HC

OOCH2CH2

OOC18H37

n

CH2CH2OC18H37O Cn

HC CH

CO

OCH2CH2O

OC18H37n

O

O OH

Iniciador:

HO

OOH

OCHCH2OC18H37O C

n

HC C

HC

OOCH2CH

OOC18H37

nCH COOH

H2C COOHCH COOH

H2C COOH

CHCH2OC18H37O Cn

HC C

HC

OOCH2CH

OOC18H37

nHC COOHH2C COOH

CH COOHH2C COOH

NaOH CHCH2OC18H37O Cn

HC C

HC

OOCH2CH

OOC18H37

nHC COONaH2C COONa

CH COONaH2C COONa

Figura 2.77. Síntesis de surfactantes geminales tipo diester, funcionalizados con ácido fumárico; n = 7,

15, 20, 30 (adaptado de Lai & Chen (2008)).

En otra aplicación de ácido fumárico en la síntesis de surfactantes, éste se utiliza como dienófilo para añadir funciones carboxilo a los ésteres etílicos de ácidos de resina de coníferas isomerizados (Chen, Li, Tian, Liang & Jin, 2012). La isomerización de los ácidos ocurre por calentamiento de la resina, lo cual convierte el


ácido abiético, el compuesto más abundante, en ácido levopimárico. La resina es tratada con etanol a 180° C, en presencia de óxido de zinc, para convertir los ácidos en los respectivos ésteres etílicos. La cicloadición se efectúa en atmósfera de nitrógeno a 230° C, y se usa p-hidroquinona para prevenir la polimerización. El producto de la cicloadición posteriormente se hace reaccionar con 2,3-epoxipropil-trietilamonio para obtener el producto final, un surfactante catiónico bipolar (véase la Figura 2.78). Chen et al. (2012) caracterizaron parcialmente las propiedades de este surfactante, hallando que permite alcanzar una tensión interfacial de 39 mN/m, a la concentración micelar crítica de 3,9*10–4 M.

COOCH2CH3

COOH

HOOC+

COOCH2CH3

OH

O

OH

O

ON

COOCH2CH3

O

O

O

O

OHOH

N

Nisopropanol50º C, 5 h

230º C, 3h

Figura 2.78. Síntesis de un surfactante catiónico bipolar a partir del producto de cicloadición de ácido fumárico y levopimarato de etilo (Chen et al., 2012)).

Acido itacónico.

El ácido itacónico, o ácido 2-metiliden butanodicarboxílico, es un ácido difuncional con un enlace vinílico que encuentra aplicación en la producción de polímeros basados en derivados de biomasa, principalmente en la elaboración de resinas acrílicas o metacrílicas (Lichtenthaler, 2007, p. 41). Este diácido 1,4 también se obtiene por fermentación de azúcares, pero, a diferencia de los ácidos succínico y fumárico, no es un intermediario metabólico en el ciclo del ácido cítrico. Industrialmente se produce por fermentación de sacarosa o de glucosa con hongos filamentosos, entre los cuales los de la especie Aspergillus terreus producen los mejores rendimientos (Okabe, Lies, Kanamasa & Park, 2009; Willke & Vorlop, 2001). Actualmente se producen al año más de 41.000 toneladas, aunque existe capacidad instalada para producir 80.000 toneladas anuales (WEASTRA, S.R.O., 2012).

Los ésteres de ácidos dicarboxílicos α-β insaturados, como los ácidos fumárico e itacónico, son capaces

de actuar como receptores Michael. Típicamente, la reacción de Michael consiste en la adición de un ión enolato estabilizado al doble enlace de un compuesto carbonílico α,β-insaturado, lo cual conduce a la formación de un nuevo enlace carbono-carbono. La adición de alcoholes al doble enlace carbono-carbono de compuestos carbonílicos α,β-insaturados, conocida con el nombre de adición oxa-Michael, es menos practicada aunque, de acuerdo con Nising & Bräse (2012) se conoce desde 1878. El escaso interés en esta reacción se debe, según Nising & Bräse (2012), a la reversibilidad de la etapa de adición del alcohol al doble enlace y a la pobre nucleofilicidad de los alcoholes. No obstante, Mhaske & Argade (2003) y Sahoo, Mhaske & Argade (2003), lograron sintetizar ácido dodeciloxisuccínico mediante una reacción oxa-Michael, utilizando N-p-toluilmaleimida, en lugar de fumarato, como material de partida, como se muestra en la Figura 2.79.


N

O

O

1. ROH, 100° C, K2CO3 (cat.), 1 -2 h

2. HCl ac., reflujo, 1 -2 h

HOHO

O

OOR

a) R: -(CH2)7CH3 (Rendimiento= 90%)b) R: -(CH2)11CH3 (Rendimiento = 91%)

Figura 2.79. Síntesis de ácidos alcoxisuccínicos mediante reacción oxa-Michael (Reproducido de Mhaske & Argade (2003)). Okada, Banno, Toshima & Matsumura (2009), utilizaron la adición hetero-Michael para preparar

surfactantes a partir de ésteres metílicos de los ácidos fumárico, itacónico y aconítico (otro ácido carboxílico α,β-insaturado disponible a partir de biomasa), y usando tioles y aminas alifáticas como nucleófilos (los cuales son mejores nucleófilos que los alcoholes). Según señalan, las condiciones de reacción no son rigurosas: solamente se requiere usar carbonato de potasio como catalizador y acetona seca como solvente, y la reacción se efectúa a temperatura ambiente. Los productos obtenidos (Figura 2.80: 2-(alquiltio)succinatos de dimetilo (a); 2-((alquiltio)metil)succinatos de dimetilo (b); 1-(alquiltio)propano-1,2,3-tricarboxilatos de trimetilo (c); N-alquilaminosuccinatos de dimetilo (d); y un par de N-alquil-metoxicarbonil-γ-butirolactamas (e y f)) fueron sometidos a hidrólisis y neutralización con el propósito de transformarlos en las respectivas sales sódicas.

Okada et al. (2009) compararon las propiedades surfactantes de estas sales con las del laurato de sodio,

encontrando que los alquiltiosuccinatos (a’) y alquiltiometilsuccinatos (b’) de sodio permiten conseguir valores de tensión superficial a la CMC semejantes a los que se alcanzan con laurato de sodio, mientras que los 1-(alquiltio)propano-1,2,3-tricarboxilatos de sodio (c’) resultaron menos efectivos para reducir la tensión superficial, pero entre todas las sales sintetizadas el N-dodecilaminosuccinato de sodio (d’) produjo una tensión interfacial notablemente más baja (27 mN/m). Asimismo, la concentración micelar crítica de todos los surfactantes preparados resultó menor que la del laurato de sodio en un orden de magnitud. La mayoría de los surfactantes obtenidos por Okada et al. (2009) se degradaron en más de 60% en lodo activado dentro de un intervalo de 28 días, con base en lo cual afirman que son biodegradables en el ambiente. Sólo aquellos surfactantes con cadenas alifáticas de 16 carbonos se degradaron más lentamente, debido que son menos solubles en agua.

Los sulfosuccinatos se catalogan como surfactantes aniónicos suaves, por ello encuentran uso en la

fabricación de productos de higiene personal. Actualmente su producción se encuentra vinculada a la explotación del petróleo, pues se obtienen mediante sulfonación de monoésteres preparados a partir del anhídrido maléico, de origen petroquímico. Lograr sustituir la materia prima petroquímica por compuestos derivados de biomasa sería un avance importante en la producción biosostenible de surfactantes. Pero aun no existe un proceso comercialmente competitivo que permita obtener anhídrido maléico a partir de biomasa y, además, la esterificación y sulfonación de ácido fumárico no carece de dificultades (Berglund, Rova & Hodge, 2010, p. 131).


MeOOMe

O

O Fumarato de dimetilo

CnH2n+1SH

K2CO3 MeOOMe

O S

O

CnH2n+1

(a) 1. AcOH / HCl conc.

2. NaOH

NaOONa

O S

O

CnH2n+1

(a’)

CnH2n+1NH2 MeO

OMeO HN

O

CnH2n+1

(d) NaO

ONaO HN

O

CnH2n+1

(d’)

MeOOMe

O

O Itaconato de dimetilo

CnH2n+1SH

K2CO3 MeOOMe

O

O

S CnH2n+1

(b) 1. AcOH / HCl conc.

2. NaOH

NaOONa

O

O

S CnH2n+1

(b’)

CnH2n+1NH2

N

O

C12H25MeO

O (e)

N

O

C12H25NaO

O

MeOOMe

O

OO

OMe Aconitato de trimetilo

CnH2n+1SH

K2CO3 MeO

OMeO S

CnH2n+1

OMe

O O

(c) 1. AcOH / HCl conc.

2. NaOH

NaOONa

O S

O

CnH2n+1

ONa

O

(c’)

CnH2n+1NH2

N

O

C12H25MeO

O OOMe

(f)

N

O

C12H25NaO

O OONa

Figura 2.80. Surfactantes basados en el producto de adición de tioles y aminas al doble enlace carbono-carbono de policarboxilatos α,β-insaturados; n = 12, 14, 16 (adaptado de Okada et al. (2009)).

Alternamente, se ha propuesto producir surfactantes análogos a los sulfosuccinatos a partir de ácido

itacónico o de anhídrido itacónico, lo que proporcionaría sulfometilsuccinatos. Brown & Dong (2012) patentaron un proceso para producir sulfometilsuccinatos, el cual comprende tres etapas (Figura 2.81). La primera consiste en deshidratar el ácido itacónico para convertirlo en el respectivo anhídrido. A continuación, el anhídrido itacónico se hace reaccionar con un alcohol alifático para obtener un monoéster de ácido itacónico.

Finalmente, este producto se trata con disolución de sulfito de sodio para producir un sulfometilsuccinato.

El subíndice n en el producto (observable en la Figura 2.81) sugiere que durante la etapa de esterificación también ocurre oligomerización del ácido itacónico, aunque sobre este hecho Brown & Dong (2012) no ofrecen explicación. La polimerización de anhídrido itacónico puede ser reducida mediante la adición de inhibidores de la polimerización radicalaria, tales como hidroquinona o mequinol, como proponen Winkler, Lacerda, Mack & Meier (2015) y Lv, Li, Du & Li (2014).


HOOH

O

O

ácido metanosulfónico

DPGDME (solvente)

OO O

OO O ROH

HOO

O

O

Rn

HOO

O

O

Rn

Na2SO3HO

OO

O

Rn

SO3Na

Figura 2.81. Síntesis de sulfometilsuccinatos mediante sulfonación de monoésteres de ácido itacónico (Brown & Dong, 2012).

El ácido itacónico también ha sido utilizado para mejorar la solubilidad en agua de alcoholes

polietoxilados (Ding, Song, Wang, Xu & Wu, 2011). Esto se logra mediante la esterificación del alcohol polietoxilado con ácido itacónico, seguida de la sulfonación del doble enlace carbono-carbono, como se muestra en la Figura 2.82. La introducción de las funciones ionizables sulfonato y carboxilato al extremo de la cadena poliéter no sólo mejora la solubilidad en agua del alcohol polietoxilado, también aumenta su hidrofilicidad.

C9H19 O CH2CH2O Hn

HO OHO

OH2SO4, conc., 120° C

C9H19 O CH2CH2On

O OOH

C9H19 O CH2CH2On

O OOH Na2SO3 C9H19 O CH2CH2O

n

O OONa

SO3Na

Figura 2.82. Síntesis de ésteres sulfoitacónicos de nonilfenoles polietoxilados (Ding et al., 2011).

Debido a su enlace vinílico, los itaconatos de alcoholes alifáticos son considerados surfactantes polimerizables, pues éstos son capaces de enlazarse covalentemente a los polímeros que se encuentran dispersos en forma de látex. Esta característica brinda la posibilidad de preparar dispersiones poliméricas más estables y durables que las que sería posible formular con surfactantes convencionales, pues, debido a que éstos últimos se adhieren a las partículas de polímero a través de interacciones físicas, su desempeño es afectado por aquellos factores que perturban su equilibrio de adsorción-desorción. Prasath & Ramakrishnan (2005) sintetizaron monododecil itaconato y de monocetil itaconato y probaron su aplicación como surfactantes polimerizables en la preparación de dispersiones de poliestireno funcionalizadas con grupos carboxilato.


2.4.2. Dioles y polioles

Alcoholes de azúcares.

Mediante la hidrogenación de azúcares, efectuada a escala industrial por inyección de hidrógeno en presencia de un catalizador de níquel Raney, se obtienen una variedad de alcoholes polihídricos. La mayoría de estos polioles se usan en la industria alimentaria como edulcorantes, es decir, sustitutos del azúcar con bajo poder calórico, debido a que son metabolizados y asimilados parcialmente. Algunos de éstos están presentes en pequeñas cantidades en ciertas frutas y vegetales. En la Tabla 2.8 se listan los alcoholes polihídricos de mayor importancia junto con la poyección de Fischer de su estructura molecular, así como se indica el azúcar a partir del cual se fabrican industrialmente (Schiweck, Bär, Vogel, Schwarz & Kunz, 2002).

Tabla 2.8. Algunos azúcares y sus respectivos productos de hidrogenación.

D-arabinosa D-glucosa isomaltulosa† Lactosa maltosa D-fructosa D-glucosa D-xilosa

D-arabitol eritritol* isomalt D-lactitol D-maltitol D-manitol y D-sorbitol

D-sorbitol D-xilitol

CH2OHHO

OH

CH2OHOH

HHH

CH2OHOH

CH2OHOH

HH

CH2OHOH

HOOHOH

CH2Oglu

HH

HH

Rac

CH2OHOH

HOOgalOH

CH2OHHH

HH

CH2OHOH

HOOgluOH

CH2OH

HH

H

H

CH2OHHOHO

OHHCH2OHOH

HHH

manitol

CH2OHOH

HOOHOH

CH2OH

HH

HH

CH2OHOH

CH2OHOH

HOH

HH

(*) El eritritol es el único de los alcoholes que se produce a escala comercial mediante un proceso de fermentación. El material de partida es un sustrato rico en glucosa el cual es fermentado por el moho osmofílico Moniliella pollinis para generar eritritol. (†) La isomaltulosa, o 6-O-α-D-glucopiranosil-D-fructosa, se obtiene mediante conversión enzimática de la sacarosa. Debido a que la fructosa es una cetohexosa, la reducción de la isomaltulosa da como resultado una mezcla de manitol y sorbitol denominada isomalt.(*)

Aunque los monoésteres de alcoholes de azúcares tienen una estructura que los haría calificar como surfactantes, no se ha hallado mención de su uso, mientras que los ésteres de sacarosa y los ésteres de sorbitano y sus derivados polietoxilados son producidos y comercializados a gran escala. La razón de su escasa notoriedad podría estar relacionada con la dificultad para obtener ésteres de alcoholes polihídricos por métodos químicos comunes, los cuales requieren altas temperaturas y tiempos de reacción largos, condiciones que tienden generar productos de reacciones no deseadas (polimerización, deshidratación, resinificación, o carbonización). A esto hay que añadir la dificultad para preparar monoésteres selectivamente, debido a la polifuncionalidad de la molécula, y a que la mayoría de los alcoholes polihídricos son menos miscibles con los ácidos grasos que los ésteres producidos (Goldsmith, 1943).

No obstante, existe evidencia de que el uso de catalizadores biológicos permite obtener selectivamente monoésteres de alcoholes derivados de azúcares. Ducret, Giroux, Trani & Lortie (1995) han demostrado que mediante catálisis enzimática (Novozym 435) y presión reducida es posible preparar selectivamente monoésteres de sorbitol (97,3 % del total de ésteres), con una conversión casi total del ácido graso. Ducret, Giroux, Trani & Lortie (1996) también midieron algunas propiedades surfactantes de monoésteres de sorbitol y de monoésteres de otros alcoholes derivados de azúcares, encontrando que algunos de éstos son casi tan efectivos y tan eficientes como el monooleato de sorbitan (Span 80). Piao & Adachi (2004) incluso desarrollaron un proceso continuo para producir monoésteres a partir de varios alcoholes derivados de azúcares (arabitol, ribitol, xilitol y sorbitol) y de varios ácidos grasos (láurico, mirístico y palmítico). Éste consta de una serie de dos lechos: uno empacado con


alcohol de azúcar pulverizado, y otro empacado con el catalizador de enzima (la lipasa Candida antarctica) covalentemente unida a un soporte sólido de resina. A través de éstos se hace circular el ácido graso disuelto en acetona. Este proceso también permite obtener monoésteres con buena selectividad, aunque no produce conversiones tan altas como las logradas por Ducret et al. (1995).

Piao, Kishi & Adachi (2006) también publicaron información muy completa sobre las propiedades

surfactantes de varios monoésteres de xilitol y de monolauratos de arabitol, ribitol, y sorbitol, la cual compararon con las propiedades de monoacilgliceroles proporcionados por una casa comercial. Sus resultados muestran que los monoacilxilitoles, en general, tienen propiedades muy similares a las de los monoacilgliceroles y, además, que entre todos los monoésteres de alcoholes de azúcares, los monoacilxilitoles producen las tensiones interfaciales a la CMC más bajas. Piao & Adachi (2006) también evaluaron la capacidad de varios monoésteres de azúcares para estabilizar emulsiones formuladas a partir de aceite de soya, hallando que los monoacileritritoles tienen el mejor desempeño entre todos los ésteres probados. Por último, aunque no más recientemente, Chopineau, McCafferty, Therisod & Klibanov (1988) demostraron que la síntesis de monoésteres de alcoholes de azúcares también se puede lograr utilizando aceites vegetales como fuente de ácidos grasos. Aunque los rendimientos obtenidos fueron modestos (entre 20 y 33%), los autores hallaron que la transesterificación catalizada con lipasa pancreática de cerdo produce casi exclusivamente monoésteres primarios, y que esta enzima no tiene preferencia por un tipo de ácido graso en particular o por alguna posición de los triglicéridos.

La protección de algunas funciones hidroxilo es una estrategia viable para obtener monoésteres de

alcoholes de pentosas. Villa, Ronco, Guigue, Fauvin & Douillet (1996) patentaron un método para preparar monoésteres de xilitol, el cual se basa en la protección de dos pares de hidroxilos con el grupo isopropiliden cetal. La acilación se efectúa con ésteres de ácidos grasos o triglicéridos en presencia de un catalizador básico (hidróxido de calcio, de sodio o de potasio, o carbonato de potasio).

Fernández, Scorzza, Usubillaga & Salager (2005) también aplicaron este método de protección para

sintetizar monoéteres de xilitol y otros compuestos más complejos, siguiendo la serie de reacciones que se muestra en la Figura 2.83. Inicialmente, prepararon mezclas de O-metanosulfonil-diisopropiliden-xilitoles (IV y V) y de O-glicidil-diisopropiliden-xilitoles (VI y VII), a partir de una mezcla de 2,3:4,5-di-O-isopropiliden-D,L-xilitol (II) y de 1,2:4,5-di-O-isopropiliden-D,L-xilitol (III) (Figura 2.83(a)). Mediante reacción de IV y V con polipropilendodecanol (VIII) desprotonado, y después de la necesaria remoción del grupo protector, obtuvieron una mezcla de monoétres de xilitol (IX y X en la Figura 2.83(b)). Por otro lado, mediante la lenta adición de VI y VII a un recipiente cargado con II y III, y con hidróxido de potasio, obtuvieron la mezcla de compuestos 1,2-bis-[1-O-(2,3:4,5-di-O-isopropiliden)-D,L-xilitol]propan-2-ol (XI) y 1,2-bis-[3-O-(1,2:4,5-di-O-isopropiliden)-D,L-xilitol]propan-2-ol (XII) (Figura 2.83 (c)). Esta mezcla la hicieron reaccionar con polipropilendodecanol mesilado (1-O-metanosulfonil-2-O-dodecil-polipropileneglicol, XIII) y, seguidamente, removieron el grupo isopropiliden cetal, para producir una mezcla de surfactantes noiónicos con cabeza polar doble (XIV y XV, Figura 2.83(d)), constituida por dos unidades de xilitol conectadas a través de una molécula de glicerol.


a)

OHHO

OH

OH

OH(I)

O

H+

OHO

O

O

O(II)

OO

O

OH

O(III)

+

OMsO

O

O

O(IV)

OO

O

OMs

O(V)

+

OO

O

O

O(VI)

OO

O

O

O(VII)

+

O

O

Cl

O

MsClKOH

KOH

b)

(IV) (V)+1.

CF3COOH / H2O2.(VIII)

+ KOHHO

HO

HO

HO

OHHO

OHOH

+

O

O

(IX) (X)

C12H25O nPPG

C12H25O nPPGHO C12H25O nPPG

c)

(VI) (VII)+OHO

O

O

O(II)

OO

O

OH

O(III)

+ + KOH

OO

O

O

OHO

OO

O

O

O(XI)

OO

O

O

O(XII)

OH

OO

O

O

O

+

d) vv

O

O

O OO

OH

O

OO OO

(XI)

OO

O

O

O (XII)

OH

OO

O

O

O+

+ KOH

OH

O

OHOH OH

O

O

OH OHOH OH

(XV)

HOOH

HO

O

HO (XIV)

O

OHHO

OH

O

OH

C12H25O n

(XIII)

CF3COOH / H2O

1.

2.

PPG O C12H25MsOn

PPG

C12H25O nPPG

+

Figura 2.83. Síntesis de surfactantes noiónicos a partir de xilitol (adaptado de Fernández et al. (2005)).

Sorbitano e isosórbido.

La deshidratación del sorbitol, la cual se describe en la Figura 2.84, proporciona compuestos químicos valiosos, como 1,4-anhidrosorbitol (sorbitano) y 1,4,3,6-dianhidro-D-sorbitol (isosórbido). Esta reacción se efectúa a altas temperaturas (100 – 135° C) y con el uso de un catalizador ácido. Aunque se han usado ácidos minerales, como ácido sulfúrico, ácido clorhídrico, entre otros, estos tienen la desventaja de que requieren ser


removidos por neutralización, lo que implica un mayor consumo de reactivos. Recientemente se ha evaluado el uso de ácidos sólidos (Zhang, J. et al., 2015), y de métodos novedosos como la deshidratación a alta temperatura en agua pura (Yamaguchi, Hiyoshi, Sato & Shirai, 2011), o la irradiación con microondas (Khan, Mishra, Hwang, Kwak & Jhung, 2011).

OHOHO

OH OH

OH

AlmidónEnzimas H2

Cat.

OH

HO

HOOH

HOOH

OH

O OHHO

OH

-H2O

glucosa

sorbitol

sorbitan

+ isómeros

-H2O

O

O

OH

HO

isosórbido

Figura 2.84. Ruta de producción de sorbitano y de isosórbido a partir de almidón.

El sorbitano es el material de partida para la obtención de ésteres de sorbitano y de sus derivados polietoxilados (polisorbatos), surfactantes que juegan un rol importante en la producción industrial de productos alimentarios. Los ésteres de sorbitano comerciales, en general, consisten en una mezcla de mono-, di y triésteres (Hill, 2010, p. 67), puesto que la acilación del sorbitano en poco selectiva.

Gozlan et al. (2016) han propuesto un método para sintetizar monoéteres de sorbitano con propiedades

anfifílicas, los cuales podrían ser considerados una alternativa viable a los ésteres de sorbitano y sus derivados. Este método, el cual es a la vez sencillo y amigable con el medio ambiente, consiste en acetalizar aldehídos con sorbitano en medio ácido y, seguidamente, hidrogenar catalíticamente los respectivos acetales, como se muestra en la Figura 2.85. La acetalización puede lograrse con la mediación de ácido alcanforsulfónico en etanol, pero, como demostraron Gozlan et al. (2016), el uso de un catalizador ácido heterogéneo, como la resina Amberlyst 15, facilita su remoción antes de la etapa de hidrogenólisis. Como se reseña en la Tabla 2.9, todos los acetales de sorbitano y los monoéteres de sorbitano sintetizados producen una apreciable reducción de la tensión superficial del agua, aunque solo los acetales y éteres C8 – 12 mostraron perfiles de disminución de la tensión superficial típicos de surfactantes.

Gozlan et al. (2016) también compararon el desempeño de las mezclas de regioisómeros de

dodecilidensorbitano y de dodecilsorbitano con el del 6-O-lauroilsorbitano (puro) y del 6-O-lauroilsorbitano comercial (SPAN 20®), hallando que las mezclas de acetales y de monoéteres C12 de sorbitano presentan valores de concentración micelar crítica (0,034 y 0,091 mM, respectivamente) muy próximos a los del 6-O-lauroilsorbitano y del SPAN 20®, y que todos estos surfactantes son igualmente efectivos reduciendo la tensión superficial del agua (hasta 30 mN/m a la CMC).


O

OH

H

HO

HO

HO

H

O

n

CAT ácidoCPME, 80° C

15 h

n = 3 - 10O

OH

H

HO

O

O

O

OH

H

O

HO

On

n

+

H2 (30 bar)5% Pd/C (5% molar)CPME, 120° C15h

O

OH

H

HO

O

HOO

OH

H

HO

HO

O

O

OH

H

O

HO

HO

n

nn + +

3,5-O-acetales5,6-O-acetales

6-O-éter 5-O-éter 3-O-éter

sorbitán

Figura 2.85. Preparación de monoéteres de sorbitano mediante acetalización del sorbitano, seguida de hidrogenación catalítica de los acetales (adaptado de Gozlan et al. (2016)).

Tabla 2.9. Concentración micelar crítica y tensión superficial a la CMC de soluciones de los acetales y monoéteres sintetizados por Gozlan et al. (2016)

Longitud de la cadena carbonada

acetales éteres CMC/MAC

(mM) γ

(mN/m) CMC/MAC

(mM) γ

(mN/m) C5 6,3 35 7,6 32

C6 0,51 32 20,9 30

C8 0,29 28 0,59 26

C10 0,12 30 0,35 28

C12 0,034 30 0,091 30 NOTA: MAC = Concentración de agregación mínima

La doble deshidratación intramolecular del sorbitol, a temperatura entre 125 y 130° C, y con catálisis ácida, produce un diol heterocíclico denominado isosórbido, isosorbide, o 1,4:3,6-dianhidro-D-sorbitol (Schreck, McKinley Bradford, Clinton & Aubry, 2009; Holladay, Hu, Wang & Werpy, 2007), cuya estructura molecular se muestra en la Figura 2.84 . El uso de este diol heterocíclico como plataforma generadora de productos químicos a partir de biomasa ha despertado interés recientemente, pues es uno de los varios compuestos derivados de almidón que se hallan comercialmente disponibles (Rose & Palkovits, 2012; Roquette, 2010). Muchas de las aplicaciones del isosórbido que han sido descritas están relacionadas con la producción de poliésteres y otros polímeros biodegradables (Goerz & Ritter, 2013; Ashton Acton, 2013, p. 54). Adicionalmente, el éter dimetílico de isosórbido se ha usado como solvente en aplicaciones farmacéuticas, y se le considera muy útil debido a que permanece en estado líquido en un amplio intervalo de temperatura (-50 a 234° C) (Park, Gong & Knowles, 2012). Otros diéteres de isosórbido han hallado aplicación como aditivos en la formulación de combustibles (Deflort, Joly, Lacome, Gateau & Paille, 2002).


La molécula de isosórbido no es suficientemente polar para equilibrar la marcada afinidad lipofílica de una cadena de hidrocarburo con doce o más átomos de carbono, razón por la cual sus monoéteres no pueden considerarse surfactantes. Para convertir los monoéteres láuricos de isosórbido en moléculas con una afinidad hidrofílica-lipofílica más equilibrada, Lavergne, Zhu, Pizzino, Molinier & Aubry (2011) transformaron 2-O-monododecil isosórbido y 5-O-monododecil isosórbido en los respectivos sulfatos, mediante reacción con trióxido de azufre complejado con piridina (Figura 2.86). Lavergne et al. (2011) hallaron que el sulfato sódico de 5-O-monododecilisosórbido tiene propiedades espumantes comparables a las del dodecilsulfato de sodio y a las del sulfato sódico de dodecanol dietoxilado. También demostraron que este derivado de isosórbido es capaz de reducir la tensión superficial casi en la misma magnitud que el sulfato sódico de dodecanol dietoxilado, pero con una CMC ligeramente menor (2,2 mM, en comparación con 3,1 mM), resultando un poco más eficiente; aunque el sulfato de 5-O-monododecil isosórbido no resultó tan efectivo reduciendo la tensión superficial como el docedilsulfato de sodio, su CMC es casi cuatro veces menor que la de éste último. Paralelamente, los autores hallaron que el sulfato sódico de 2-O-monododecil isosórbido es poco útil en aplicaciones en medio acuoso, pues tiene una temperatura de Krafft de 42° C, 27° mayor que la de su isómero 5-O. Basándose en la comparación de modelos moleculares tridimensionales de ambos isómeros, los autores atribuyen la diferencia en la temperatura de Krafft a que el isómero 2-O puede adoptar una conformación menos plegada que la del 5-O, lo cual facilita su empaquetamiento intermolecular en la fase sólida.

O

O

H

H OH

HO

12

34

5

6C12H25Br

LiOH, DMSO, 90º C

O

O

H

H OH

O

O

O

H

H O

HO

C12H25

C12H25

+ diéter1. Piridina.SO3, DMF, T. amb.

2. Na, CH3OH, T. amb.

O

O

H

H OSO3Na

O

O

O

H

H O

NaO3SO

C12H25

C12H25

++

Figura 2.86. Síntesis de sulfato sódico de 5-O-monododecil isosórbido y de sulfato sódico de 2-O-monododecil isosórbido (Lavergne et al., 2011).

Lavergne, Zhu, Molinier & Aubry (2012) también utilizaron 5-O-monoéteres de isosórbido con el propósito de preparar surfactantes noiónicos, mediante sustitución del hidroxilo en el carbono 2 alternativamente con clorotrietilenglicol y con epiclorhidrina, en medio alcalino y solvente polar aprótico, como se describe en el esquema de la Figura 2.87. Entre los compuestos obtenidos: 5-O-dodecil-2-O-trietilenglicol isosórbido (I), 5-O-dodecil-2-O-gliceril isosórbido (II), y 5-O-dodecil-2-O-(glicerilisosórbido) isosórbido (III), sólo el primero resultó suficientemente soluble en agua para formar micelas, presentando una CMC (0,1 mM) del mismo orden de magnitud que la de éteres láuricos de polietilenglicol con 4 a 25 unidades de óxido de etileno. Con respecto a los otros dos compuestos, los autores atribuyen su escasa hidrofilicidad a la restricción estérica impuesta por la


configuración del isosórbido. Añaden que, aunque estos compuestos no pueden considerarse surfactantes, podrían ser útiles como co-surfactantes o como lípidos polares (en inglés “lipophylic linkers”) 12.

O

O

H

H OH

OC12H25

OCl

O

O

H

H O

OC12H25

O

O

H

H O

OC12H25

Cl CH2CH2O H3

CH2CH2O H3

LiOH, DMSO, 95º C

NaOH ac. 50%

O

O

H

H O

OC12H25

OHOH

O

O

O

H

H O

OC12H25

OH

O

O

H

HO

OH

KOH ac.

(I)

(II)

(III)

CTAB, n-hexano, 100º C, 4 h

Isosórbido, KOH ac.

DMF, 100º C, 12 h

CTAB, n-hexano, 50º C, 8 h

Figura 2.87. Síntesis de 5-O-dodecil-2-O-trietilenglicol isosórbido (I), 5-O-dodecil-2-O-gliceril isosórbido (II), y 5-O-dodecil-2-O-(gliceril isosórbido) isosórbido (III), a partir de 5-O-monododecil isosórbido. (Lavergne et al., 2012).

El uso de isosórbido como unidad de enlace, o “extensión”, entre una cadena carbonada lipofílica y un

fragmento polar (como se acaba de mostrar) tiene sus dificultades. La evidencia muestra que los hidroxilos en C-2 y C-5 reaccionan a velocidades significativamente diferentes; en reacciones de eterificación los rendimientos típicos de monoéteres se aproximan a 40%, siendo mayor la selectividad hacia la formación del isómero 5-O (entre 86 y 95%) (Zhu, Durand, Molinier & Aubry, 2008). Flèche & Huchette (1986) atribuyen esta mayor selectividad hacia el hidroxilo en la posición 5 a que éste, pese a que se encuentra menos expuesto y más impedido estéricamente para reaccionar debido a su configuración endo, es más nucleofílico debido a que tiende a establecer un enlace por puente de hidrógeno intramolecular con uno de los oxígenos pertenecientes a la estructura cíclica (como se advierte en la Figura 2.88). En contraste, el hidroxilo en la posición 2 está menos sometido a impedimento estérico, pero su protón es menos ácido (Abenhaïm et al., 1994).

O

O

OH

O H

1

23

45

6

Figura 2.88. Estructura tridimensional del isosórbido (Reproducido de Flèche & M. Huchette (1986)).

12 Así se denomina a aquellos anfífilos muy lipofílicos que tienen poca tendencia a adsorberse en la interface, prefiriendo concentrarse en el aceite, con sus partes débilmente polares orientadas hacia la interface. Se ha determinado que los “Lipophilic Linkers” contribuyen a mejorar la solubilización en microemulsión (Graciaa, A., J. Lachaise, C. Cucuphat, M. Bourrel, Salager, J.L. (1993). Improving Solubilization in Microemulsions with Additives—1: The Lipophilic Linker Role, Langmuir, 9, 669 – 672; Salager, J.L. (1999). Microemulsions. En G. Broze (Ed.), Handbook of Detergents - Part A: Properties (pp. 253-302). New York: Marcel Dekker).


La esterificación de los hidroxilos en C-2 y C-5 con cloruro de ácido, no obstante, parece ocurrir sin problemas. Parikh et al. (2015) hicieron reaccionar isosórbido con cloruro de cloroacetilo para obtener 2,5-O-bis(cloroacetil) isosórbido con rendimiento de 89%; esta reacción no requiere catalizador, y se efectúa en diclorometano, a reflujo. Posteriormente, desplazaron los dos átomos de cloro de este compuesto con dos moléculas de N,N-dimetilalquil-1-amina (C12, C14 y C16), logrando como resultado un anfífilo geminal con dos centros cargados positivamente, separados por una estructura de 2,5-O-diacetil isosórbido (Figura 2.89). Según determinaron Parikh et al. (2015), las disoluciones de anfífilo preparado a partir de N,N-dimetil-dodecil-1-amina de concentración igual a la CMC (8,6*10-4 M) producen una tensión superficial ligeramente mayor que 40 mN/m, mientras que los homólogos C14 y C16 producen tensiones superficiales mayores que ésta.

O

O

H

H OH

HOCl

ClO

+

CH2Cl2, reflujo, 4 h

O

O

H

H O

O

ClO

ClO

Rend. % = 89,9%

O

O

H

H O

O

ClO

ClO

N n+AE/ CH2Cl2 (8:2), reflujo

24 - 48 h

O

O

H

H O

O NO

O

N

n n

n Rend.%10 4612 6214 71

Figura 2.89. Síntesis de un surfactante catiónico geminal con “espaciador” basado en isosórbido (adaptado de Parikh et al. (2015)). Según se afirma en la patente U.S. 20120035090 A1 (Breffa et al., 2012) ciertos monoésteres de

isosórbido, derivados de ácidos carboxílicos con seis a veintidós átomos de carbono, tienen propiedades que los hacen útiles en la formulación de detergentes y limpiadores de uso doméstico. Éstos se preparan mediante condensación de isosórbido con ácidos carboxílicos en presencia de catalizadores ácidos o básicos y a temperaturas entre 120 y 220° C. Es probable, sin embargo, que los monoésteres de isosórbido sean relativamente hidrofóbicos, pues el mismo grupo también patentó la preparación de monoésteres de isosórbido sulfosuccinados (Breffa, Raths & Behler, 2012). Estos sulfosuccinatos se preparan, como se ilustra en la Figura 2.90, haciendo condensar anhídrido maléico con monoésteres de isosórbido. El producto de esta reacción luego es tratado con sulfito de sodio para obtener el producto final.

O

O

H

H OH

OC12H25C

O

OO O

Na2CO3,80° C, 2 h

O

O

H

H O

OC12H25C

O

ONaO

O

Na2SO3 ac. O

O

H

H O

OC12H25C

O

ONaO

O

SO3Na

Figura 2.90. Preparación de sulfosuccinatos de monolaurato de isosórbido (adaptado de Breffa, Raths & Behler (2012)).


2.4.3. Hidroxiácidos, hidroxiésteres e hidroxialdehídos

Ácido cítrico. (**)

Tradicionalmente, el ácido cítrico (véase su estructura molecular en la Figura 2.91) era extraído a partir del jugo de frutas cítricas. El jugo de frutas era mezclado con cal (óxido de calcio) para precipitar citrato de calcio. Luego, el citrato recuperado por filtración era tratado con ácido sulfúrico, con lo cual se conseguía liberar en solución el ácido cítrico y precipitar el calcio como sulfato de calcio. Actualmente, el proceso de precipitación ha sido desplazado por el de fermentación de azúcares, el cual es económicamente más rentable. Este proceso emplea una cepa de Aspergillus niger capaz de convertir la sacarosa en ácido cítrico. El sustrato para la fermentación generalmente está constituido por melaza, jarabes de azúcar de caña o de remolacha, o por jarabes de glucosa obtenidos a partir de almidón. La concentración de azúcares en estos jarabes generalmente varía entre 10 a 25% en peso. El proceso de recuperación del ácido cítrico comprende las operaciones de filtración, precipitación con cal, disolución con ácido sulfúrico y, finalmente, recristalización. Los subproductos del proceso de obtención de ácido cítrico tienen bajo impacto ambiental y, algunos de ellos, como el sulfato de calcio, pueden aprovecharse en otras aplicaciones (Verhoff, 2002).

HO OH

OO OH

O

OH Figura 2.91. Fórmula estructural del ácido cítrico.

Los monoésteres de ácido cítrico preparados a partir de alcoholes de cadena lineal, deberían tener

propiedades surfactantes. Según parece, los monoésteres cítricos de alcohol estearílico se usan como aditivos antioxidantes en aceites y grasas comestibles (Rajalakshmi & Narasimhan, 1995, p. 66). Adicionalmente, se ha planteado el uso de monoésteres cítricos como agentes solubilizantes en la fabricación de perfumes, cosméticos y de productos de cuidado personal que consisten en emulsiones aceite en agua (Cheetham, Graaf, Janousek, Klein & Watkins, 1994), y como agentes para mejorar la retención de humedad en las margarinas (Gooding, Neal & Vahlteich, 1950; Gooding & Vahlteich, 1949). Varios diésteres y triésteres (tricitrato de alcohol n-butílico, tricitrato de alcoholes C12-C14; tricitrato de 2-octildodecanol; tricitrato de alcohol isoestearílico; tricitrato de alcohol isocetílico) se usan como dispersantes de pigmentos (los cuales son sólidos y, a diferencia de los colorantes, son insolubles en el vehículo o sustrato al cual se incorporan) y como emolientes en la industria de los productos de cuidado personal, especialmente en la formulación de cosméticos (Imperante, 2007, p. 420-427).

En aplicaciones alimentarias son importantes los ésteres cítricos de mono- o diglicéridos (Hasenhuettl,

2008, p. 23). Éstos se obtienen por condensación de monoacilgliceroles o diacilgliceroles con ácido cítrico o con su anhídrido, en presencia de un catalizador ácido. La mezcla de productos resultante, la cual se debe al número de isómeros de posición posibles, se comercializa con el nombre CITREM E-472. En la Figura 2.92 se muestra la estructura molecular de los isómeros posibles en este producto. La distribución de estos isómeros depende de las proporciones molares de los reactivos, de la temperatura y del tiempo de reacción. La apariencia del CITREM puede variar, de líquida, líquido viscoso a sólida, en función del tipo de los mono- y diglicéridos usados, del grado de esterificación del ácido cítrico, y del grado de neutralización de los grupos ácidos. El CITREM es más


hidrofílico que los mono- y di-glicéridos a partir de los cuales se prepara, pues la unión con una molécula de ácido cítrico se traduce en un incremento en el tamaño de la región polar. Mediante neutralización de los grupos ácido carboxílico la hidrofilicidad del CITREM se incrementa considerablemente (Gaupp & Adams, 2004, pp. 74-82).

OH

O

O

OOH

OOH

ROOR

ácido cítrico mono-esterificado HO

O

O

OO OHO

OROR

RO

RO

ácido cítrico di-esterificado

O O

O

OO

O

HORO

OR

OR

OR

ROOR

ácido cítrico tri-esterificado

Figura 2.92. Ésteres cítricos constituyentes del CITREM (R = H, un grupo acilo, o un grupo citrato).

Debido a su estructura polifuncional ramificada, el ácido cítrico ha sido usado en la síntesis de

surfactantes dendríticos, como el patentado por Quintero et al. (2012) (Figura 2.93), para aplicarlo en la formulación de lodos de perforación de fase externa orgánica. En la preparación del surfactante, en primer lugar se sintetizan aminas ramificadas a partir de dietilentriamina y de ésteres grasos de polietilenglicol, en presencia de cloruro de tionilo y diclorometano. En una etapa posterior, las aminas ramificadas se hacen condensar con ácido cítrico en presencia de ácido bórico, a reflujo en tetrahidrofurano.

NN

N

O

OHR2N

OR2N O O

OO

O

n

OO

O

O

OO

O

O

OO

O

O

m p

n m p

n m p

n m p

Figura 2.93. Surfactante dendrítico con núcleo de ácido cítrico. (Quintero et al., 2012).

El ácido cítrico se deshidrata al calentarlo a 175° C, transformándose en ácido aconítico. Éste, a su vez, se transforma en anhídrido itacónico por descarboxilación, el cual, mediante calentamiento en ausencia de agua, se rearregla transformándose en anhídrido citracónico (Verhoff, 2002), como se aprecia en la Figura 2.94. Tanto el anhídrido itacónico como el citracónico son anhídridos de ácidos α,β-insaturados, cuyos monoéstres pueden ser sulfonados por tratamiento con disolución acuosa de bisulfito de sodio (Murphy & Hewat, 2010), tal como se preparan los sulfosuccinatos a partir de ésteres de anhídrido maléico. El mecanismo de esta reacción comprende una adición tipo Michael del azufre al doble enlace activado (Levinson, 2009, p. 19). Esta reacción se efectúa en medio acuoso a pH controlado, para evitar la hidrólisis del éster y para limitar la adición de iones hidroxilo al doble enlace en cuestión. La sulfonación de triésteres de ácido aconítico también es posible, como demostraron Gold, Eastoe, Grilli & Steytler (2006) (Figura 2.95). Entre los surfactantes sintetizados por este grupo sobresale el


1,4-bis(neopentiloxi)-3-(neopentiloxicarbonil)-1,4-dioxobutano-2-sulfonato de sodio, pues se ha demostrado que es capaz de formar agregados en agua, en hexano y en dióxido de carbono líquido, característica que lo convierte en uno de los surfactantes más adaptables descubiertos hasta ahora (Mohamedet al., 2010).

HOHO

HO

HO O

O

Oácido cítrico

HO

OH

OH

O

OO

ácido aconítico

OHHO

O

O

O

H2C

O O O

H3C

O O- H2O

calor

ácido itacónico anhídrido itacónico anhídrido citracónico

calor

- CO2 - H2O

calor calor

Figura 2.94. Conversión del ácido cítrico en anhídrido citracónico.

HO

OH

OH

O

OO

HO

ácido p-toluensulfónico / toluenoTrampa Dean-Stark

O

O

O

O

OO

Na2S2O5,Na2SO3

EtOH / agua

O

O

O

O

OO

SO3Na

Figura 2.95. Síntesis de sulfonatos de triésteres de ácido aconítico (Gold, Eastoe, Grilli & Steytler, 2006).

Ácido ascórbico.

Hasta hace poco la producción industrial de ácido ascórbico se hacía principalmente por el proceso de Reichstein–Grüssner (Figura 2.96). Éste comienza con la reducción catalítica de la D-glucosa a D-sorbitol. Luego, el D-sorbitol se oxida a L-sorbosa, mediante la acción de la Gluconobacter oxydans. La L-sorbosa se protege usando acetona en ácido sulfúrico, convirtiéndose en 2,3:4,6-di-O-isopropiliden-α-L-sorbofuranosa. Este compuesto se oxida con permanganato de potasio, transformándose en ácido di-O-isopropiliden-2-cetogulónico, el cual se desprotege y, posteriormente, experimenta rearreglo en medio ácido para convertirse en ácido ascórbico. El proceso de Reichstein–Grüssner ha sido desplazado por procesos netamente biocatalíticos, mediante los cuales se ha reducido el costo de producción (Pappenberger & Hohmann, 2014). El primer proceso microbiológico que logró competir con el de Reichstein–Grüssner fue desarrollado en China, y consiste en dos etapas de fermentación con bacterias diferentes (Bremus, Herrmann, Bringer-Meyer & Sahm, 2006). En la primera etapa se oxida D-glucosa a 2,5-diceto-gluconato, mediante la acción de ciertas cepas de Erwinia, o Acetobacter. Luego, el 2,5-diceto-gluconato se convierte en ácido 2-cetogulónico usando una cepa de Corynebacterium. Por último, el ácido 2-cetogulónico se rearregla en medio ácido para convertirse en ácido ascórbico (Oster & Fechtel, 2002). Otros procesos biotecnológicos están siendo desarrollados con el propósito de mejorar la eficiencia, reduciendo las etapas intermedias y la generación de subproductos. Estos se encuentran reseñados en el reciente resumen publicado por Pappenberger & Hohmann (2014).

El ácido ascórbico tiene propiedades antioxidantes, muy deseables para prevenir la descomposición de

grasas y aceites comestibles, y de ciertos cosméticos. Sin embargo, su uso con este propósito es limitado debido a


su baja solubilidad en sustancias hidrofóbicas. Esta dificultad se remedia convirtiendo el ácido ascórbico en ésteres 6-O-ascórbicos de ácidos grasos, como el palmitato de ascorbilo, el cual se usa como aditivo antioxidante en la industria alimentaria. Se ha comprobado que estos ésteres retienen la propiedad antioxidante del ácido ascórbico, pues se forman selectivamente a través de la reacción del 6–OH (Palma, Manzo, Allemandi, Fratoni & Lo Nostro, 2003), y que además no aportan sabor, olor o color alguno a los productos alimentarios o cosméticos (Karmee, 2009). Los alcanoatos de ascorbilo han sido catalogados como surfactantes aniónicos debido a su estructura anfifílica y a que poseen grupos ionizables (los grupos –OH en las posiciones 2 y 3 tienen valores de pKa iguales a 11,6 y 4,2, respectivamente) (Lo Nostro et al., 2003). El ácido 6-O-octanoil ascórbico, por ejemplo, tienden a formar micelas en solución acuosa, en cuyo interior es posible solubilizar sustancias lipofílicas (fármacos, por ejemplo), manteniéndolas protegidas de la oxidación, gracias a la cualidad antioxidante de las cabezas hidrofílicas que constituyen la parte externa de la micelas (Palma, Manzo, Allemandi, Fratoni & Lo Nostro, 2002; Palma et al., 2003). A temperatura relativamente baja, y a concentraciones mayores que 1 – 2% en peso, los alcanoatos de ascorbilo forman coageles en agua (Borsacchi, Ambrosi, Lo Nostro & Geppi, 2010). Un coagelxes una fase compuesta por una red de cristales lamelares entre los cuales existe agua entrampada (Figura 2.97). En estos cristales las cadenas alifáticas del surfactante están organizadas en capas compactas, como dedos entrelazados (Borsacchi et al., 2010). La consistencia semisólida de los coageles es apropiada para formular productos farmacéuticos de aplicación dermatológica, en los cuales se requiere solubilizar y estabilizar diferentes fármacos de naturaleza hidrofóbica. Palma et al. (2006) demostraron que la permeación de la Antralina, un fármaco anti-psoriático, se incrementa significativamente cuando el fármaco se vehiculiza en coageles de alcanoatos de 6-O-ascorbilo, en comparación con otros sistemas farmacéuticos, y además, hallaron que, entre todos los alcanoatos de ascorbilo probados (C8 – C16), el dodecanoato de 6-O-ascorbilo es más efectivo para mejorar la penetración de fármacos a través de la piel.

CHOHO H

H OHHO HHO H

CH2OH

CH2OHHO H

H OHHO HHO H

CH2OH

CH2OHHO H

H OHHO H

OCH2OH

H2 / CAT.Gluconobacter

oxydans acetonaH2SO4

D-glucosa D-sorbitol L-sorbosa

CH2OH

O

H2C

OO

O OCH2OH

HO HH OH

HO HO

OHO

OO

HO OH

OH

HHO

oxidaciónquímica

desprotección

lactonización

di-O-isopropiliden-α -L-sorbofuranosa

ácido 2-ceto-L-gulónicoácido L-ascórbico

1

23

4

6

5

Figura 2.96. Síntesis industrial de ácido ascórbico por el proceso Reichstein–Grüssner.


Figura 2.97. Representación esquemática de un coagel, en equilibrio con la fase gel y con agregados micelares (adaptado de Borsacchi et al. (2010)).

Además de ésteres ascórbicos de ácidos grasos saturados, también han sido sintetizados ésteres ascórbicos

de ácidos carboxílicos ramificados. Tal es el caso del ácido 2-octil-dodecanoil-6-O-ascórbico (Figura 2.98), el cual, según demostraron Lo Nostro et al. (2007), posee características estructurales y físicas que le permiten formar organogeles13, materiales útiles como matriz para la administración transdérmica de agentes bioactivos (Vintiloiu & Leroux, 2008). Por otra parte, Ambrosi et al. (2006) sintetizaron 1,12-diascorbil dodecanodioato, un surfactante bolaforme con dos cabezas polares de ácido ascórbico unidas por una cadena alifática de doce átomos de carbono. Estos autores demostraron que las moléculas de 1,12-diascorbil dodecanodioato tienden a asociarse en forma de nanotubos huecos en fase acuosa y a concentración mayor que 0,5% en peso.

También hallaron que la región más superficial de estos nanotubos tiene capacidad para reducir iones

Pd(II), lo que causa la deposición de nanopartículas esféricas de paladio. En virtud de la capacidad reductora de la superficie externa de los nanotubos de 1,12-diascorbil dodecanodioato, los autores sugieren que éstos podrían ser utilizados para producir materiales metálicos de tamaño nanométrico.

13 Los organogeles son materiales viscoelásticos y birrefringentes, compuestos por un líquido orgánico entrampado dentro de una red tridimensional de estructuras producidas por la autoasociación de moléculas de un anfífilo, generalmente, en forma de agregados tubulares (Vintiloiu, A. & Leroux, J.-‐C. (2008). Organogels and their use in drug delivery – A review. Journal of Controlled Release, 125(2008): 179 – 192)


OO OH

OH

OHHO

+H2SO4

OH

O

O

O

OO

OH

OHHO

Figura 2.98. Síntesis de ácido 2-octil-dodecanoil-6-O-ascórbico (Lo Nostro et al., 2007).

Otro anfífilo derivado de ácido ascórbico con potencial aplicación farmacéutica fue sintetizado por Astete, Dolliver, Whaley, Khachatryan & Sabliov (2011). Ellos combinaron el carácter hidrofílico del ácido ascórbico (vitamina C) con el carácter lipofílico del D-α-tocoferol (vitamina E) en un compuesto tensoactivo con propiedades antioxidantes, el cual utilizaron para preparar nanopartículas poliméricas de ácido poli(láctico-co-glicólico) por nanoprecipitación. Las nanopartículas poliméricas constituyen un prometedor sistema para el entrampamiento o encapsulación de compuestos bioactivos (fármacos, vitaminas, proteínas, péptidos, entre otros), y su aplicación como medio de suministro de fármacos está siendo intensamente investigada (Rawat, Singh, Saraf & Saraf, 2006). Astete et al. (2011) sugieren que sus nanopartículas con actividad antioxidante intrínseca pueden ser útiles en el tratamiento de enfermedades causadas por estrés oxidativo, como el cáncer y la aterosclerosis. La síntesis del surfactante comprende la condensación de tocoferol con anhídrido maléico, seguida por la condensación del maleato de tocoferol con ácido 5,6-isopropiliden-ascórbico mediada por cloroformato de etilo (Figura 2.99). La hidrólisis del grupo isopropiliden da como resultado el producto final, maleato de ácido ascórbico y de tocoferol. Este compuesto anfifílico resultó poco soluble en agua, pero soluble en solventes orgánicos polares como la acetona.

Furfural.

El furfural ha sido señalado como uno de los compuestos químicos clave para el desarrollo de la industria química basada en biomasa (Bozell & Petersen, 2010). Ha sido producido industrialmente a partir de material lignocelulósico desde hace más de cien años. La producción actual se estima en 300 kt anuales, gran parte de la cual se concentra en China (Gandini, 2011, p. 30).

El proceso de producción comprende, en primer lugar, la delignificación del material lignocelulósico

(frecuentemente bagazo de caña; tusas de maíz, cáscaras de arroz, entre otras fuentes), seguida de la depolimerización de la hemicelulosa para obtener una corriente rica en pentosas. Mediante ciclodeshidratación, en medio ácido y vapor a alta presión (como se muestra en la Figura 2.100), las pentosas se convierten en furfural, el cual posteriormente se recupera mediante varias operaciones de destilación (Montastruc, Ajao, Marinova, Barreto Do Carmo & Domenech, 2011; De Jong & Marcotullio, 2010).


O

CH3

CH3

HO

H3CCH3

3

OO O

CH3COONaCH3COCH3 Reflujo, 1h O

CH3

CH3O

H3CCH3

3

OO

HO

O

CH3

CH3O

H3CCH3

3

OO

HO

HO

OO

OH

OO

Cl OEt

OEt3N, CHCl3

C NH3C/

1.

2.

O

CH3

CH3O

H3CCH3

3

OO

O

O O

HOO

O

HCl 2N

EtOH O

CH3

CH3

O

H3CCH3

3

OO

O

O O

HOHO

HO

Figura 2.99. Síntesis de un anfífilo a partir de ácido ascórbico y de α-tocoferol (Astete et al., 2011).

OH

H

OOH

OH

OHH3O+

OH

H

HOOH

OH

OH - H2O OH

H

OOH OH - H2O OH

H

OO OH - H2O O

O

H

OH

H

OOH

OH

OHH3O+

OH

H

HOOH

OH

OH - H2O OH

H

OOH OH - H2O OH

H

OO OH - H2O O

O

H

Figura 2.100. Ruta de síntesis del furfural a partir de pentosas (Gandini, 2011, p. 30).

El furfural sirve de base para la obtención de otros compuestos orgánicos (Lichtenthaler, 2010b). Uno de estos es la 5-hidroxifuran-2(5H)-ona, la cual fue sintetizada por Gassama et al. (2013) mediante fotooxigenación del furfural. A partir de esta lactona α,β-insaturada, Gassama et al. (2013) sintetizaron surfactantes sulfonados. Como se observa en la Figura 2.100, en primer lugar, convirtieron la 5-hidroxifuran-2(5H)-ona en una alcoxifuranona α,β-insaturada mediante eterificación con un alcohol graso (C8, C10 y C12), usando ácido p-toluensulfónico en cloroformo, a reflujo. Luego, la alcoxifuranona α,β-insaturada fue tratada con bisulfito de sodio en agua y alcohol isopropílico, por 28 h y a 50° C, para convertirla en el respectivo sulfonato. En la Figura 2.101 también se indica la tensión superficial a la CMC de las 5-alcoxifuran-2(5H)-onas sulfonadas preparadas por Gassama et al. (2013). Según señalan, estos sulfonatos son tan efectivos reduciendo la tensión superficial


como algunos surfactantes aniónicos comerciales; la CMC de estos surfactantes también es más baja que la de alquilsulfatos y alquilsulfonatos comerciales con cadenas carbonadas de la misma longitud, lo que indica que el anillo lactónico se comporta como parte de la cola hidrofóbica. Todas las alcoxilactonas sulfonadas sintetizadas por Gassama et al. (2013) son biodegradables, pues se descomponen en más de 60% en un plazo de 28 días, y experimentan una biodegradación significativa (> 49%) en 10 días. Todas se degradan más fácilmente que el surfactante comercial laurilbenceno sulfonato de sodio.

OO

Hhv

O2 O OO

H

O CH3OH O OHO+ CH3COOH

O OHO HO n+H+, CHCl3

calor

- H2O OO O n

n: 6, 8, 10

OO O n

H2O / i-PrOH50º C

NaHSO3 (2 equiv.) OO O n

SO3Na

N Rend., % CMC, mM γCMC, mN/m T Krafft, º C

6 88 28,72 29,1 Nd.

8 63 5,81 29,0 31

10 71 0,81 28,1 43 - 45

Figura 2.101. Sintesis de 5-alcoxifuran-2(5H)-onas sulfonadas a partir de furfural (Gassama et al., 2013).

5-hidroximetilfurfural (5-HMF).

El 5-hidroximetilfurfural es otro de los compuestos con un importante potencial para apoyar el desarrollo de la industria química basada en la biomasa (Bozell & Petersen, 2010), como se muestra en la Figura 2.102. De forma general, se obtiene a partir de hexosas, mediante la eliminación de tres moléculas de agua (Figura 2.103). La trasformación de carbohidratos en 5-hidroximetilfurfural ha sido objeto de estudio desde la década de 1950. Varios métodos de preparación, que incluyen catálisis homogénea y heterogénea, han sido propuestos, y el número de artículos relacionados con este tema ha aumentado en los últimos años (Rosatella, Simeonov, Frade & Afonso, 2011). Recientemente se ha anunciado la entrada en operación de la primera planta industrial en producir 5-hidroximetilfurfural a partir de materia prima renovable en Muttenz, Suiza (Hüser, 2014), con capacidad para producir 20 toneladas anuales. El proceso de producción es una versión modificada del proceso de carbonización hidrotérmica (mediante el cual la biomasa se convierte en un producto parecido al carbón por la acción del calor y del vapor a alta presión).


OHHO

O

5-hidroximetilfurfural

OOHHO

O

OHO

HO OH

OH OH

D-fructosa (inulina)OOHHO

OO

ONH2HO

OOHHO

O CH3H3C ONH2H2N

OHH

OO

H2, Cu/Ru

NH2OHH2 / Ni

Ba(MnO4)2H2 / Ni,NH3

Pt / O2 Ag 2

O

H 2 / P

t

91%

90%

75%

100%

93%

75%

72%

H+

Figura 2.102. Utilidad de 5-hidroximetil furfural como compuesto fundamental para la síntesis de otros

compuestos (Lichtenthaler, 2010b).

OHOHO OH

OH

OH

hexosas

isomerización

bases, ácidos, oenzimas

OH

OHOHO OH

OH

fructosa

deshidratación

ácidos

OHHO

O

5-hidroximetilfurfural

Líquidos iónicos

Figura 2.103. Ruta para la producción 5-hidroximetilfurfural a partir de hexosas (adaptado de Bond, Alonso & Dumesic (2013, p. 78)). Kraus & Lee (2013) aprovecharon la capacidad de conexión del 5-hidroximetilfurfural para sintetizar una

serie de surfactantes, mediante esterificación de este compuesto con ácidos grasos, seguida de sulfonación con bisulfito de sodio (Figura 2.104). No obstante la clara estructura anfifílica de estos compuestos, su temperatura de Krafft resultó relativamente alta (77, 81, y 82° C, para los ésteres C10, C14 y C18) lo que dificultaría su aplicación como surfactantes. Adicionalmente, Arias, Climent, Corma & Iborra (2014) y Corma, Arias, Climent & Iborra (2014) hallaron la manera de sintetizar selectivamente éteres 5-alcoximetilfurfural, mediante reacción de cantidades equimolares de 5-hidroximetilfurfural y de un alcohol alifático (C8 – C18) en presencia de zeolitas H-Beta (un catalizador ácido, compuesto por aluminosilicatos), a 100° C. Estas condiciones de reacción favorecen la formación de 5-alcoximetilfurfural, en comparación con la formación del éter dimérico de 5-hidroximetilfurfural, o con la acetalización. El ácido p-toluensulfónico también permite preparar selectivamente 5-alcoximetilfurfural, aunque es menos eficiente. Como demostraron Arias et al. (2014), la función aldehído de los compuestos 5-alcoximetilfurfural se oxida selectivamente con aire, en presencia de un catalizador de oro soportado en


nanopartículas de CeO2, lo que da como resultado una serie de ácidos 5-((alcoxi)metil)furano-2-carboxlicos, como se describe en la Figura 2.105. Las sales de estos ácidos, debido a su carácter anfifílico, deben poseer propiedades surfactantes, aunque no existe aun evidencia publicada que lo demuestre. Ambos catalizadores, las zeolitas H-Beta y el Au/CeO2 pueden ser reusados varias veces sin perder actividad, lo cual es muy ventajoso desde el punto de vista ambiental y económico.

OHOR

O O

EtOAc, EtOH, H2O

NaHSO3O

SO3NaOR

O OH

Figura 2.104. Sintesis de sulfonatos a partir de ésteres de 5-hidroximetil furfural (Reproducido de Kraus & Lee (2013)).

OHHO

O

100° C

zeolitas H-BetaNaOH ac.

Au / CeO2OHRO

OROH aireO

OHRO

O

Figura 2.105. Sintesis de acidos 5-((alcoxi)metil)furano-2-carboxlicos (Reproducido de Arias, Climent, Corma & Iborra (2014)).

Derivados de la Isomaltulosa

La isomaltulosa es un disacárido que se obtiene a partir de sacarosa, mediante bioconversión. Su importancia industrial se debe a que su producto de hidrogenación catalítica, el alcohol polihídrico denominado isomalt, es un edulcorante de bajo contenido calórico con un gusto similar al de la sacarosa. Lichtenthaler & Mondel (1997) sintetizaron varias familias de compuestos anfifílicos a partir de derivados de isomaltulosa según las rutas que se muestran en la Figura 2.106. Por un lado, convirtieron la isomaltulosa en 5-(α-D-glucosiloximetil)-furfural (α-GMF), mediante deshidratación selectiva de la unidad de fructosa por acción de una resina ácida en DMSO, a 120° C. El producto de oxidación del α-GMF es un ácido carboxílico a partir del cual sintetizaron compuestos anfifílicos, mediante esterificación de un alcohol alifático de cadena larga inducida por DCC (N,N'-diciclohexilcarbodiimida). La aminación reductiva, con hidrógeno y níquel en metanol y amoniaco, convierte el α-GMF en la respectiva amina, a partir de la cual prepararon otros compuestos anfifílicos, por condensación con un cloruro de ácido carboxílico de cadena larga. Lichtenthaler & Mondel (1997), también sintetizaron la lactona del ácido glucosil-α-(1→5)-D-arabinónico (GPA), mediante oxidación de la isomaltulosa con aire en medio alcalino. La reacción de esta lactona con aminas primarias de cadena larga da lugar a otra familia de anfífilos. La morfología de los cristales líquidos formados por los tres tipos de compuestos anfifílicos que se mencionan ha sido caracterizada por Hanemann, Schumacher, Haase & Lichtenthaler (1997).


OHOHO

OOH

OH

OOHHO

OH OH

isomaltulosa

120º C70%

H+, DMSO

OHOHO

OOH

OH

OH

O

α-GMF

OHOHO

OOH

OH

OOH

OH

Olactona delGPA

> 80%

1. O2 / KOH 2N2. H+

H 2 / N

iNH 3

/ MeO

H

OHOHO

OOH

OH

ONH2

OHOHO

OOH

OH

OOH

O

Cl R

O

OHOHO

OOH

OH

O

HN R

O

ROH / DCC

NaClO2 / H

2 O

OHOHO

OOH

OH

OOR

O

RNH2

OHOHO

OOH

OH

HN

OH

OH

OH

OR

Figura. 2.106. Síntesis de compuestos anfifílicos a partir de los derivados de isomaltulosa: 5-(α-D-glucosiloximetil)-furfural (α-GMF) y la lactona del ácido glucosil-α-(1→5)-D-arabinonico (GPA) (Lichtenthaler & Mondel, 1997).

Por otro lado, Trombotto, Bouchu, Descotes & Queneau (2000) convirtieron la isomaltulosa en lactona de

carboximetil glicósido, mediante oxidación con peróxido de hidrógeno y posterior acetilación de los grupos hidroxilo (Figura 2.107). La condensación de ésta lactona con aminas alifáticas de cadena larga proporciona compuestos anfifílicos, entre los cuales aquellos con cadenas alifáticas más largas (C10 – C16) son capaces de formar cristales líquidos (Chambertet al., 2007).

OHOHO

OOH

OHOHOHO

OOH

OH

OOHHO

OH OH

isomaltulosaOH

O

OAcOAcO

OO

OAc

O

OHOHO

OOH

OH

NH

OR

H2O2 / pH=2

40%

Ac2O / AcONa

cuant.

carboximetil glicósido(CMG)

RNH2

R = C6, C8, C10, C12, C14, C16Lactona de CMG

Figura 2.107. Síntesis de (N-alquilcarbamoil)metil-α-D-glucopiranosidos anfifílicos a partir de isomaltulosa (Chambert et al., 2007).


3. Comentarios Finales

La biomasa fue en un tiempo la única fuente de compuestos tensoactivos. Con la aparición de la industria petroquímica los tradicionales jabones fueron sustituidos por surfactantes sintéticos en muchas aplicaciones. Las últimas dos décadas del siglo XX vieron la aparición de nuevos surfactantes derivados ácidos grasos y de azúcares, los cuales combinan efectividad con compatibilidad con el medio ambiente y benignidad al tacto (tales como los APG, NMGA, MES). Pero debido a sus altos costos de producción en comparación con los surfactantes sintéticos tradicionales, sólo han alcanzado abarcar una muy pequeña porción del mercado global.

En el futuro esta situación podría cambiar, y la balanza podría inclinarse a favor del uso de la biomasa

como fuente de materias primas debido, principalmente, a dos factores. Por un lado, los precios del petróleo podrían aumentar, producto del progresivo agotamiento de las reservas. Por otro lado, existe una creciente preocupación en torno a los efectos que la explotación de los recursos fósiles están causando sobre el medio ambiente, en particular sobre la temperatura media global. Estas consideraciones ya se vienen tomando en serio en algunos sectores, desde los cuales se ha impulsado, a través del patrocinio y financiamiento de proyectos de investigación, la formulación de nuevas formas de aprovechar las fuentes renovables para obtener compuestos químicos básicos e intermedios, y también nuevos surfactantes. Debido a su amplia disponibilidad con un satisfactorio grado de pureza, el almidón y los azúcares, junto con los aceites y grasas naturales, constituyen la plataforma que tradicionalmente ha sido usada para producir compuestos químicos derivados de biomasa, entre ellos algunos tensoactivos. Actualmente se está explorando el uso de materiales que aunque son más complejos, no impactan directamente sobre los inventarios de alimentos. Tal es el caso de la hemicelulosa proveniente de desechos de la industria agroalimentaria y maderera, la cual es una sustancia rica en pentosas.

No cabe duda que el principal desafío que enfrenta el desarrollo de surfactantes derivados de biomasa es el diseño de compuestos y de procesos de producción que sean económicamente competitivos, con respecto a la producción a gran escala de la misma clase de compuestos a partir de derivados del petróleo. Ciertamente que un barril de petróleo más caro contribuiría a hacer la obtención de compuestos químicos a partir de fuentes renovables económicamente más viable. Pero tal vez, el factor ambiental comience a jugar en el futuro un rol más importante en la toma de decisiones a escala global. De allí que la investigación relacionada con el aprovechamiento de la biomasa en la producción de surfactantes y de otros compuestos químicos, y con el mejoramiento de los métodos de transformación de ésta, seguirá vigente.


Referencias

Abenhaïm, D., Loupy, A., Munnier, L., Tamion, R., Marsais, F. & Quéguiner, G. (1994). Selective alkylations of 1,4:3,6-

dianhydro-d-glucitol (isosorbide). Carbohydrate Research, 261(2), 255–266 Agach, M., Delbaere, S., Marinkovic, S., Estrine, B. & Nardello-Rataj, V. (2013). Synthesis, characterization,

biodegradability and surfactant properties of bio-sourced lauroyl poly(glycerol-succinate) oligoesters. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 419, 263– 273

Allen, D. K. & Tao, B. Y. (1999). Carbohydrate-Alkyl Ester Derivatives as Biosurfactants. Journal of Surfactants and Detergents, 2(3), 383-390

Allen, D. K. & Tao, B. Y. (2002). Synthesis and Characterization of Maltose Fatty Acid Monoesters as Biosurfactants. Journal of Surfactants and Detergents, 5(3), 245 – 255

Ambrosi, M., Fratini, E., Alfredsson, V., Ninham, B. W., Giorgi, R., Lo Nostro, P. & Baglioni, P. (2006). Nanotubes from a Vitamin C-Based Bolaamphiphile. Journal of the American Chemical Society, 128(22), 7209-7214

American Oil Chemists' Society (2015) Home & Personal Care: Oleoline forecasts global fatty alcohol capacity. INFORM: International News on Fats, Oils, and Related Materials, 26 (4), 229 – 231

Anilkumar, P. & Jayakannan, M. (2006). New renewable resource amphiphilic molecular design for size-controlled and highly ordered polyaniline nanofibers. Langmuir, 22(13), 5952-5957

Antony, M. J. & Jayakannan, M. (2007). Amphiphilic Azobenzenesulfonic Acid Anionic Surfactant for Water-Soluble, Ordered, and Luminescent Polypyrrole Nanospheres. Journal of Physical Chemistry B, 111(44), 12772-12780

Aresta, M., Dibenedetto, A., Nocito, F. & Ferragina, C. (2009). Valorization of bio-glycerol: New catalytic materials for the synthesis of glycerol carbonate via glycerolysis of urea. Journal of Catalysis, 268(1), 106–114

Arias, K. S., Climent, M. J., Corma, A. & Iborra, S. (2014). Biomass-Derived Chemicals: Synthesis of BiodegradableSurfactant Ether Molecules from Hidroximetilfurfural. ChemSusChem, 7(1), 210 – 220

Ashton Acton, Q. (Ed.). (2013). Advances in Sorbitol Research and Application Advances in Sorbitol Research and Application, Annual Editión. Atlanta-Georgia, EE.UU.: Scholarly Editions

Astete, C. E., Dolliver, D., Whaley, M., Khachatryan, L. & Sabliov, C. M. (2011). Antioxidant Poly(lactic-co-glycolic) acid Nanoparticles Made with R-Tocopherol Ascorbic Acid Surfactant. ACS Nano, 5(12), 9313–9325

Baczko, K., Nugier-Chauvin, C., Banoub, J., Thibault, P. & Plusquellec, D. (1995). A new synthesis of 6-O-acylsucroses and of mixed 6,6'-di-O-acylsucroses. Carbohydrate Research, 269(1), 79-88

Baker, I.J.A., Drummond, C.J., Furlong, D.N. & Grieser, F. (2004). Surfactant Biodegradation: Sugar- Based Surfactants Compared to Other Surfactants. En Zoller, U. (Ed.). Handbook of Detergents: Part B: Environmental Impact (p.p. 739 - 760). New York: Marcel Dekker

Balachandran, V. S., Jadhav, S. R., Pradhan, P., De Carlo, S. & John, G. (2010). Adhesive Vesicles through Adaptive Response of a Biobased Surfactant. Angewandte Chemie, 122(49), 9699 –9702

Balachandran, V. S., Jadhav, S. R., Vemulay, P. K. & John, G. (2013). Recent advances in cardanol chemistry in a nutshell: from a nut to nanomaterials. Chemical Society Reviews, 42(2), 427—438

Banner, T., Fosmer, A., Jessen, H., Marasco, E., Rush, Veldhouse, J. & De Souza, M. (2011). Microbial Bioprocesses for Industrial-Scale Chemical Production. En Tao, J. & Kazlauskas, R. (Eds.), Biocatalysis for Green Chemistry and Chemical Process Development (pp. 429 - 467). New Jersey, EE.UU.: John Wiley & Sons

Barakat, Y., Gendy, T.S. & Ibrahim, V. (2008). Surfactants with Natural Hydrophobic Tails HLB-CMC Relationship of Polyoxyethylenated Cholesterol. Australian Journal of Basic and Applied Sciences, 2(3), 372-380

Barrault, J., Clacens, J.-M. & Pouilloux, Y. (2004). Selective oligomerization of glycerol over mesoporous catalysts. Topics in Catalysis, 27(1–4), 137-142

Bault, P., Gode, P., Goethals, G., Goodby, J. W., Haley, J. A., Kelly, S. M., Mehl, G. H., Ronco, G. & Villa, P. (1998). An homologous series of 6-O-n-alkyl-a-D-galactopyranoses: synthesis and thermotropic mesomorphic properties. Liquid Crystals, 24(2), 283 - 293

Bazin, H. G., Polat, T. & Linhardt, R. J. (1998). Synthesis of sucrose-based surfactants through regioselective sulfonation of acylsucrose and the nucleophilic opening of a sucrose cyclic sulfate. Carbohydrate Research, 309(2), 189-205

Bazin, H. G., Polat, T. & Linhardt, R. J. (2001). U.S.Patent No. 6184196 B1. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office

Bechthold, I., Bretz, K., Kabasci, S., Kopitzky, R. & Springer, A. (2008). Succinic Acid: A New Platform Chemical for Biobased Polymers from Renewable Resources. Chemical Engineering & Technology, 31(5), 647–654

Behler, A., Biermann, M., Hill, K., Raths, H.-C., Saint Victor, M.-E. & Uphues, G. (2001). Industrial Surfactant Syntheses. En Texter, J. (Ed.), Reactions and Synthesis in Surfactant Systems (pp. 1 - 44). New York: Marcel Dekker


Behler, A. (2009). Production of Quaternary Surfactants. En U. Zoller (E.d.), Handbook of Detergents. Part F: Production (pp. 365-372). Boca Ratón-FL, EE.UU.: CRC Press

Behr, A., Eilting, J., Irawadi, K., Leschinski, J. & Lindner, F. (2008). Improved utilisation of renewable resources: New important derivatives of glicerol. Green Chemistry, 10(1), 13–30

Behr, A., Becker, M., Beckmann, T., Johnen, L., Leschinski, J. & Reyer, S. (2009). Telomerization: Advances and Applications of a Versatile Reaction. Angewandte Chemie International Edition, 48(20), 3598–3614

Bell, B. M., Briggs, J. R.,Campbell, R. M.,Chambers, S. M.,Gaarenstroom, P. D., Hippler, J. G., Hook, B. D., Kearns, K., Kenney, J. M., Kruper, W. J., Schreck, D. J., Theriault, C. N. & Wolfe, C. P. (2008). Glycerin as a Renewable Feedstock for Epichlorohydrin Production. The GTE Process. Clean, 36(8), 657 – 661

Bell, J. B., Currier, V. A. & Malkemus, J. D. (1959). U.S. Patent No. 2915529. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office.

Benvegnu, T., Plusquellec, D. & Lemiègre, L. (2008). Surfactants from Renewable Sources: Synthesis and Applications. En Belgacem, M.N. & Gandini, A. (Eds.), Monomers, Polymers and Composites from Renewable Resources (pp. 153 - 178). Oxford, U.K.: Elsevier

Berger, P. D. & Dado, G. P. (2004). New Anionic Surfactants Derived from Olefin Sulfonic Acids. En Spitz, L. (Ed.), SODEOPEC: Soaps, Detergents, Oleochemicals, and Personal Care Products (pp. 402-411). Champaign, Ill, EE.UU.: AOCS Press

Berglund, K. A., Rova, U. & Hodge, D. B. (2010). Fermentation-Based Building Blocks for Renewable Resource-Based Surfactants. En Kjellin, M. & Johansson, I. (Eds.), Surfactants from Renewable Resources (pp. 127 - 141). Chichester, U.K.: John Wiley and Sons

Bertho, J.-N., Mathaly, P., Dubois, V., de Septfontaines De Baynast, R. (1997). U.S. Patent No. 5688930 A. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office

Berthod, A., Tomer, S. & Dorsey, J. G. (2001). Polyoxyethylene alkyl ether nonionic surfactants: physicochemical properties and use for colesterol determination in food. Talanta, 55(1), 69–83

Bevinakatti, H. S. y Waite, A. G. (2009). U.S. Patent No. 2009/0215629 A1. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office

Bevinakatti, H. S., Waite, A. G. & Frank, J. (2010). U.S. Patent No. 2010/0184871 A1. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office.

Bhattacharya, S. & Acharya, S. N. G. (1999). Pronounced Hydrogel Formation by the Self-Assembled Aggregates of N-Alkyl Disaccharide Amphiphiles. Chemistry of Materials, 11(12), 3504-3511

Bhattacharya, S. & Acharya, S. N. G. (2000). Vesicle and Tubular Microstructure Formation from Synthetic Sugar-Linked Amphiphiles. Evidence of Vesicle Formation from Single-Chain Amphiphiles Bearing a Disaccharide Headgroup. Langmuir, 16(1), 87-97

Bock, K. & Lemieux, R. U. (1982). The Conformational Properties Of Sucrose In Aqueous Solution: Intramolecular Hydrogen-Bonding. Carbohydrate Research, 100(1), 63-74

Bond, J. Q., Alonso, D. M. & Dumesic, J. A. (2013). Catalytic Strategies for Converting Lignocellulosic Carbohydrates to Fuels and Chemicals. En Wyman, C. E. (Ed.), Aqueous Pretreatment of Plant Biomass for Biological and Chemical Conversion to Fuels and Chemicals (pp. 61 - 102). Chichester, U.K.: John Wiley & Sons

Bong, D. T., Clark, T. D., Granja, J. R. & Ghadiri, M. R. (2001). Self-Assembling Organic Nanotubes. Angewandte Chemie, 40(6), 988 – 1011

Bordes R. & Holmberg K. (2009). Amino acid-based surfactants. En Somasundaran P. (Ed.), Encyclopedia of surface and colloid science (2nd ed., pp. 1–17). Boca Ratón-FL, EE.UU.: CRC Press

Bordes R. & Holmberg K. (2015). Amino acid-based surfactants – do they deserve more attention?. Advances in Colloid and Interface Science, 222, 79–91

Bornscheuer, U. T. (1995). Lipase-catalyzed syntheses of monoacylglycerols. Enzyme Microbial Technology, 17(7), 578-586 Borowy-Borowski, H., Sikorska-Walker, M. & Walker, P. R. (2000). U.S. Patent No. 6045826 A. Washington, DC: U.S.

Patent and Trademark Office. Borsacchi, S., Ambrosi, M., Lo Nostro, P. & Geppi, M. (2010). Understanding the Properties of the Coagel and Gel Phases:

A 2H and 13C NMR Study of Amphiphilic Ascorbic Acid Derivatives. The Journal of Physical Chemistry B, 114(48), 15872–15878

Bouxin, F., Marinkovic, S., Le Bras, J. & Estrine, B. (2010). Direct conversion of xylan into alkyl pentosides. Carbohydrate Research, 345(17), 2469–2473

Boxley, C. J., Pemberton, J. E. & Maier, R. M. (2015). Rhamnolipids and related biosurfactants for cosmetics and cosmeceutical markets. International News on Fats, Oils, and Related Materials (INFORM), 26(4), 206 – 210

Bozell, J. J. & Petersen, G. R. (2010). Technology development for the production of biobased products from biorefinery carbohydrates—the US Department of Energy’s “Top 10” revisited. Green Chemistry, 12(4), 539–554


Breffa, C., Beckedahl, B., Dierker, M., Behler, A., Alexandre, T., Löh, T., Nieendick, C., Both, S. & Weuthen, M. (2012). U.S. Patent No. 20120035090 A1. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office

Breffa, C., Raths, H.-C. & Behler, A. (2012). U.S. Patent No. 8334318 B2. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office

Bremus, C., Herrmann, U., Bringer-Meyer, S. & Sahm, H. (2006). The use of microorganisms in L-ascorbic acid production. Journal of Biotechnology, 124(1), 196–205

Brown, A. M. & Dong, X. M. (2012). U.S. Patent No. 2012/0270764 A1. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Bruce, I. E., Mehta, L., Porter, M. J., Stein, B. K. & Tyman, J. H. P. (2009). Anionic Surfactants Synthesised from

Replenishable Phenolic Lipids. Journal of Surfactants and Detergents, 12(4), 337–344 Bruson, H. A. & Riener, T. W. (1953). U.S. Patent No. 2636040 A. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office Cabaret, D., Kazandjan, R. & Wakselman, M. (1986). Synthesis of reducing disaccharides bearing a lipophilic chain for the

conjugation to proteins. Carbohydrate Research, 149(2), 464-470 Cao, Y., Cao, Y. & Lin, X. (2011). Metabolically engineered Escherichia coli for biotechnological production of four-carbon

1,4-dicarboxylic acids. Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology, 38(6), 649–656 Carnero-Ruiz, C. (Ed.). (2009). Sugar-Based Surfactants: Fundamentals and Applications. Boca Ratón, EE.UU.: CRC Press Carus, M. (V. i. S. d. P.). (2012). World-wide Investments in Bio-based Chemicals II. Hürth, Alemania: Nova Institut for

Ecology and Innovation. Recuperado de: http://bio-based.eu/policy/ Cawley, J. D. & Stern, M. H. (1954). U.S. Patent No. 2680749 A. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office. Chailloux, N., Nardello-Rataj V., Salager J. L., Aubry, J. M. (2003). Application of the HLD Concept to the Characterization

of Polyglycerol Surfactants. Comunicaciones Jornadas Comité Español Detergencia, 33, 49-58 Chambert, S., Doutheau, A., Queneau, Y. Cowling, S. J., Goodby, J. W. & Mackenzie, G. (2007). Synthesis and

Thermotropic Behavior of Simple New Glucolipid Amides. Journal of Carbohydrate Chemistry, 26(1), 27-39 Chauvin, C. & Plusquellec, D. (1991). A New Chemoenzymatic Synthesis of 6’-O-acylsucroses. Tetrahedron Letters, 32(29),

1495-3498 Chauvin, C., Baczko, K. & Plusquellec, D. (1993). New Highly Regioselective Reactions of Unprotected Sucrose. Synthesis

of 2- O-Acylsucroses and 2-O-(N-Alkylcarbamoyl) sucroses. The Journal of Organic Chemistry, 58(8), 2291-2295 Cheetham, P. S. J., Graaf, T. P., Janousek, A., Klein, E. & Watkins, S. D. (1994). W.I.P.O. Patent No. WO 1994010970 A1.

Ginebra, Suiza: World Intellectual Property Organization. Chen, J., Kimura, Y. & Adachi, S. (2005). Synthesis of Linoleoyl Disaccharides through Lipase-Catalyzed Condensation and

Their Surface Activities. Journal of Bioscience and Bioengineering, 100(3), 274–279 Chen, V., Li, S., Tian, B., Liang, T. & Jin, Y. (2012). Synthesis of a Rosin Gemini Surfactant and Its Properties.

Environmental Engineering Science, 29(7): 606-610. doi:10.1089/ees.2011.0043 Chopineau, J., McCafferty, F. D., Therisod, M. & Klibanov, A. M. (1988). Production of Biosurfactants from Sugar Alcohols

and Vegetable Oils Catalyzedby Lipases in a Nonaqueous Medium. Biotechnology Bioengineering, 31(3), 208-214 Chupa, J., Sachdev, A., Misner, S. & Smith, G. A. (2007). Soap, Fatty Acids, and Synthetic Detergents. En Kent J. A. (Ed.),

Kent and Riegel’s Handbook of Industrial Chemistry and Biotechnology (11th ed., pp. 1694 - 1741). New York: Springer Science

Claude, S., Mouloungui, Z., Yoo, J.-W. & Gaset, A. (2000). U.S. Patent No. 6025504. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office

Cok, B., Tsiropoulos, I., Roes, A. L. & Patel, M. K. (2014). Succinic acid production derived from carbohydrates: An energy and greenhouse gas assessment of a platform chemical toward a bio-based economy. Biofuels, Bioproducts and Biorefining, 8(1), 16–29

Corma, A., Arias, K. S., Climent, M. J. & Iborra, S. (2014). W.I.P.O. Patent No. WO/2014/140398. Ginebra, Suiza: World Intellectual Property Organization.

Costes, F., El Ghoul, M., Bon, M., Rico-Lattes, I. & Lattes, A. (1995). Synthesis and Structural Analysis of Long Chain N-Acetyl-N-alkyllactosylaminesa, New Series of Surfactants Derived from Unprotected Lactose. Langmuir, 11(10), 3644-3647

Cottrell, T. & Van Peij, J. (2004). Sorbitan esters and polysorbates. En Whitehurst, R. J. (Ed.), Emulsifiers in Food Technology (pp. 162 -185). Oxford: Blackwell.

Cox, M. F. & Weerasooriya, U. (1997). Methyl Ester Ethoxylates. Journal American Oil Chemists’ Society, 74(7), 847 – 859 Cox, M. F. & Weerasooriya, U. (1998). Impact of Molecular Structure on the Performance of Methyl Ester Ethoxylates.

Journal of Surfactants and Detergents, 1(1), 11-22 Cox, M. F. & Weerasooriya, U. (2003). Methyl Ester Ethoxylates. En Holmberg, K. (Ed.), Novel Surfactants: Preparation,

Applications, and Biodegradability (2nd ed., pp. 467 - 493). New York: Marcel Dekker Currier, V. A., Bell, J. B. & Malkemus, J. D. (1958). U.S. Patent No. 2856413 A. Washington, DC: U.S. Patent and

Trademark Office


da Silva, A. E., Rodrigues Marcelino, H., Salgado Gomes, M. C. Oliveira, E. E., Nagashima Jr., T.& Tabosa Egito, E. S. (2012). Xylan, a Promising Hemicellulose for Pharmaceutical Use. En Reinhard Verbeek, C. J. (Ed.), Products and Applications of Biopolymers, ISBN 978-953-51-0226-7, Publisher: InTech, Chapters published March 07, 2012, Open Acess Book

Davies, D. B. & Christordes, J. C. (1987). Comparison of intramolecular hydrogen-bonding conformations of sucrosecontaining oligosaccharides in solution and the solid state. Carbohydrate Research, 163(2), 269-274

de Groot, A. C., Nater, J. P.& Weyland, J. W. (1994). Unwanted Effects of Cosmetics and Drugs Used in Dermatology. Amsterdam: Elsevier Science.

de Jong, W. & Marcotullio, G. (2010). Overview of Biorefineries based on Co-Production of Furfural: Existing Concepts and Novel Developments. International Journal of Chemical Reactor Engineering, 8(A69). doi: 10.2202/1542-6580.2174

de Oliveira, M. R., Camilios-Neto, D., Baldo, C., Magri & Colabone-Celligoi, M. A. (2014). Biosynthesis And Production of Sophorolipids. International Journal of Scientific & Technology Research, 3(11), 133 – 146

de Weert, J. P. A., Viñas, M., Grotenhuis, T., Rijnaarts, H. H. M. & Langenhoff, A. A. M. (2011). Degradation of 4-n-nonylphenol under nitrate reducing conditions. Biodegradation, 22(1), 175–187

Deflort, B., Joly, S., Lacome, T., Gateau, P. & Paille, F. (2002) U.S. Patent No. 20020174596 A1. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office

Delhomme, C., Weuster-Botza, D. & Kühn, F. E. (2009). Succinic acid from renewable resources as a C4 building-block chemical—a review of the catalytic possibilities in aqueous media. Green Chemistry, 11(1), 13–26

Demchenko, A. V. (Ed.). (2008a). Handbook of Chemical Glycosylation: Advances in Stereoselectivity and Therapeutic Relevance. Weinheim, Alemania: WILEY-VCH

Demchenko, A.V. (2008b). General Aspects of the Glycosidic Bond Formation. En Demchenko, A. V. (Ed.), Handbook of Chemical Glycosylation: Advances in Stereoselectivity and Therapeutic Relevance (pp. 1-21). Weinheim, Alemania: Wiley

Desvergnes-Breuil, V., Pinel, C. & Gallezot, P. (2001). Green approach to substituted carbohydrates: telomerisation of butadiene with sucrose. Green Chemistry, 3(4), 175–177

Develter, D. W. G. & Lauryssen, L. M. L. (2010). Properties and industrial applications of sophorolipids. European Journal of Lipid Science and Technology, 2010(112), 628– 638

Develter, D. W. G. (2013). Sophorolipids Biosurfactants: State of art, applications and Outlook. International News on Fats, Oils, and Related Materials (INFORM), 24(2), 121 – 124

Dewick, P. M. (2009). Medicinal Natural Products: A Biosynthetic Approach (3d ed.). West Sussex, Reino Unido: John Wiley & Sons

Ding, J., Song, B., Wang, C., Xu, J. & Wu, Y. (2011). Synthesis and Characterization of Sodium NonylphenolEthoxylate (10) Sulfoitaconate Esters. Journal of Surfactants and Detergents, 14(1), 43-49

Doe, P. H., Wade, W. H. & Schechter, R. S. (1977). Alkyl Benzene Sulfonates for Producing Low Interfacial Tensions between Hydrocarbons and Water. Journal of Colloid and Interface Science, 59(3), 525-531

Dreja, M., Karsten, S. & Vockenroth, I. K. (2014). W.I.P.O. Patent No. WO 2014076010 A1. Ginebra, Suiza: World Intellectual Property Organization

Ducret, A., Giroux, A., Trani, M. & Lortie, R. (1995). Enzymatic Preparation of Biosurfactants from Sugars or Sugar Alcohols and Fatty Acids in Organic Media Under Reduced Pressure. Biotechnology and Bioengineering, 48(3), 214-221

Ducret, A., Giroux, A., Trani, M. & Lortie, R. (1996). Characterization of Enzymatically Prepared Biosurfactants. Journal of the American Oil Chemists' Society, 73(1), 109-113

Duhem, N., Danhier, F. & Préat, V. (2014). Vitamin E-based nanomedicines for anti-cancer drug delivery. Journal of Controlled Release, 182, 33–44

Eastman Chemical Company. (2005). Eastman Vitamin E TPGS NF. Applications and Properties. Recuperado de www.parmentier.de/gpf/tpgsbrosch.pdf

El Ghoul, M., Latge, P., Rico, I., Lattes, A. & Godefroy, L. (1996). U. S. Patent No. 5539091 A. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office

El Seoud, O. A. & Galgano, P. D. (2009). Sugar-Based Ionic Surfactants: Syntheses, Solution Properties, and Applications. En Carnero Ruiz, C. (Ed.), Sugar-Based Surfactants for Consumer Products and Technical Applications (pp. 309 - 360). Boca Raton-FL, EE.UU.: CRC Press

Ender, C. (1941). U.S. Patent No. 2241341. Washington, D.C.: U.S. Patent and Trademark Office. Estrine, B., Bouquillon, S., Hénin, F. & Muzart, J. (2004). Telomerization of Butadiene with L-Arabinose and D-Xylose in

DMF: Selective Formation of their Monooctadienyl Glycosides. European Journal of Organic Chemistry, 2004(13), 2914-2922


European Chemicals Agency - ECHA (2012). SVHC - Substances of very high concern identification - Support Document: 4-Nonylphenol, Branched And Linear. Recuperado de http://echa.europa.eu/documents/10162/14598345/ support_document_4-nonylphenol+ethoxylates_20130612_en.pdf

European Parliament And The Council Of The European Union (2003). DIRECTIVE 2003/30/EC on the promotion of the use of biofuels or other renewable fuels for transport. Official Journal of the European Union. 08 de mayo de 2003. Recuperado de http://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=celex:32003L0030

European Parliament and The Council Of The European Union (2003). DIRECTIVE 2003/53/EC amending for the 26th time Council Directive 76/769/EEC relating to restrictions on the marketing and use of certain dangerous substances and preparations: nonylphenol, nonylphenol ethoxylate and cement. Official Journal of the European Union. 18 de junio de 2003. Recuperado de http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2003:178:0024:0027:en:PDF

European Parliament and The Council Of The European Union (2004). REGULATION (EC) No 648/2004 on Detergents. Official Journal of the European Union.31 de Marzo de 2004. Recuperado de http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2004:104:0001:0035:en:PDF

Fabry, B. (1997). Patent Situation in the Field of Alkyl Polyglycosides. En Hill, K., von Rybinski, W. & Stoll, G. (Eds.), Alkyl Polyglycosides (pp. 211 - 223). Weinheim, Alemania: VCH.

Fan, Z., Corbet, M., Zhao, Y., De Campo, F., Clacens, J.-M., Pera-Titus, M., Métivier, P. & Wang, L. (2013). Cyclic glyceryl sulfate: a simple and versatile bio-based synthonfor the facile and convergent synthesis of novel surface-active agents. Tetrahedron Letters, 54(28), 3595–3598

Feenstra, L. (Coord.) (2009). An Inventory and Assessment of Options for Reducing Emissions: Nonylphenols. Project contract no. 037038, SOCOPSE (Source Control of Priority Substances in Europe). September 2009. Recuperado de http://www.socopse.se/download/18.3cd20f1b1243376c1168000577/1350483854313/SR+Nonylphenols.pdf

Fernández, A., Scorzza, C., Usubillaga, A. & Salager, J.-L. (2005). Synthesis of New Extended Surfactants Containing a Xylitol Polar Group. Journal of Surfactants and Detergents, 8(2), 193 – 198

Ferrer, M., Comelles, F., Plou, F. J., Cruces, M. A., Fuentes, G., Parra, J. L. & Ballesteros, A. (2002). Comparative Surface Activities of Di- and Trisaccharide Fatty Acid Esters. Langmuir, 18(3), 667-673.

Ferrières, V., Bertho, J.-N. & Plusquellec, D. (1998). A convenient synthesis of alkyl d-glycofuranosiduronic acids and alkyl d-glycofuranosides from unprotected carbohydrates. Carbohydrate Research, 311(1-2), 25-35

Ferrières, V., Benvegnu, T., Lefeuvre, M., Plusquellec, D., Mackenzie, G., Watson, M. J., Haley, J. A., Goodby, J. W., Pindak, R. & Durbin, M. K. (1999). Diastereospecific synthesis and amphiphilic properties of new alkyl β-D-fructopyranosides. Journal of the Chemical Society, Perkin Transactions 2, 1999(5), 951–959

Feuge, R., Weiss, T. & Zeringue, H. (1973). U.S. Patent No. 3714144 A. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office Fielden, M. L., Perrin, C., Kremer, A., Bergsma, M., Stuart, M. C., Camilleri, P. & Engberts, J. B. F. N. (2001). Sugar-based

tertiary amino gemini surfactants with a vesicle-to micelle transition in the endosomal pH range mediate efficient transfection in vitro. European Journal of Biochemistry, 268(5), 1269-1279

Finnerty, W. R. (1994). Biosurfactants in environmental biotechnology. Current Opinion in Biotechnology, (5), 291- 295 Flèche, G. & Huchette, M. (1986). Isosorbide: Preparation, Properties and Chemistry. Starch / Stärke, 38(1), 26-30 Flick, E. W. (1993). Industrial Surfactants (2nd ed.). New Jersey, EE.UU.: Noyes Foley, P., Kermanshahipour, A., Beach, E. S. & Zimmerman, J. B. (2012). Derivation and synthesis of renewable surfactants.

Chemical Society Reviews, 41(4), 1499–1518 Folmer, B. M., Svensson, M., Holmberg, K. & Brown, W. (1999). The Physicochemical Behavior of Phytosterol Ethoxylates.

Journal of Colloid and Interface Science, 213(1), 112–120 Folmer, B. M. (2003). Sterol surfactants: from synthesis to applications. Advances in Colloid and Interface Science, 103(2),

99–119 Foster, N. C., MacArthur, B. W., Sheats, W. B., Shea, M. C. & Trivedi, S. N. (2009). Production of Methyl Ester Sulfonates.

En U. Zoller (E.d.), Handbook of Detergents. Part F: Production (pp. 201-219). Boca Ratón-FL, USA CRC Press Franklin, R., Hoey, M. D. & Zachwieja, J. (2001). Cationic and Amine Based Surfactants. En F. D. Gunstone & Hamilton, R.

J. (Eds.), Oleochemical Manufacture and Applications (pp. 23 - 49). Boca Ratón-FL, EE.UU.: CRC Press Fregapane, G., Sarney, D. B. & Vulfson, E. N. (1991). Enzymatic solvent-free synthesis of sugar acetal fatty acid esters.

Enzyme and Microbial Technology, 13(10), 796-800 Fügedi, P. (2006). Glycosylation Methods. En Levy, D. E. & Fügedi, P. (Eds.), The Organic Chemistry of Sugars (pp. 90 -

151). Boca Raton-FL, EE.UU.: CRC Press Gaber, Y., Orellana-Åkerman, C., & Hatti-Kaul, R. (2014). Environmentally evaluated HPLC-ELSD method to monitor

enzymatic synthesis of a non-ionic surfactant.Chemistry Central Journal, 8:33. doi: 10.1186/1752-153X-8-33. Recuperado de http://journal.chemistrycentral.com/content/8/1/33

Gabriel, F. L. P., Giger, W., Guenther, K. & Kohler, H.-P. E. (2005). Differential Degradation of Nonylphenol Isomers by Sphingomonas xenophaga Bayram. Applied And Environmental Microbiology, 71(3), 1123–1129


Gagnaire, J., Toraman, G., Descotes, G., Bouchu, A. & Queneau, Y. (1999). Synthesis in water of amphiphilic sucrose hydroxyalkyl ethers. Tetrahedron Letters, 40(14), 2757-2760

Gagnaire, J., Cornet, A., Bouchu, A., Descotes, G. & Queneau, Y. (2000). Study of the competition between homogeneous and interfacial reactions during the synthesis of surfactant sucrose hydroxyalkyl ethers in water. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 172(1-3), 125–138

Gallezot, P. (2012). Conversion of biomass to selected chemical products. Chemical Society Reviews, 41(4), 1538–1558 Gandini, A. (2011). Furans as Offsprings of Sugars and Polysaccharides and Progenitors of an Emblematic Family of

Polymer Siblings. En Mathers, R. T. & Meier, M. A. R. (Eds.), Green Polymerization Methods: Renewable Starting Materials, Catalysis and Waste Reduction (pp. 29 - 56).Weinheim, Alemania: WILEY-VCH

Gao, C., Millqvist-Fureby, A., Whitcombe, M. J. & Vulfson, E. N. (1999). Regioselective Synthesis of Dimeric (gemini) and Trimeric Sugar-Based Surfactants. Journal of Surfactants and Detergents, 2(3), 293-302

Garg, N., Martini, S., Britt, D. W. & Walsh, M. K. (2010). Emulsifying properties of lactose-amines in oil-in-water emulsions. Food Research International, 43(4), 1111–1115

Garofalakis, G., Murray, B. S. & Sarney, D. B. (2000). Surface Activity and Critical Aggregation Concentration of Pure Sugar Esters with Different Sugar Headgroups. Journal of Colloid and Interface Science, 229(2), 391–398

Gassama, A., Ernenwein, C., Youssef, A., Agach, M., Riguet, E., Marinković, S., Estrine, B. & Hoffmann, N. (2013). Sulfonated surfactants obtained from furfural. Green Chemistry, 15(6), 1558-1566

Gaupp, R. & Adams, W. (2004). Acid esters of mono- and diglycerides. En Whitehurst, R. J. (ed.), Emulsifiers in food technology (pp. 59 - 85). Oxford, U.K. Blackwell Publishing

Giardi, C., Lapinte, V., Nielloud, F., Devoisselle, J.-M. & Robin, J.-J. (2010). Synthesis of Polyoxazolines Using Glycerol Carbonate Derivative and End Chains Functionalization Via Carbonate and Isocyanate Routes. Journal of Polymer Science. Part A: Polymer Chemistry, 48(18), 4027-4035

Go, A.-R., Lee, Y., Kim, Y. H., Park, S., Choi, J., Lee, J., Han, S. O., Kim, S. W. & Park, C. (2013) Enzymatic coproduction of biodiesel and glycerol carbonate from soybean oil in solvent-free system. Enzyme and Microbial Technology, 53(3), 154–158

Goerz, O. & H. Ritter, O. (2013). Polymers with shape memory effect from renewable resources: crosslinking of polyesters based on isosorbide, itaconic acid and succinic acid. Polymer International, 62(5), 709–712

Gold, S., Eastoe, J., Grilli, R. & Steytler, D. C. (2006). Branched trichain sulfosuccinates as novel water in CO2 dispersants. Colloid and Polymer Science, 284(11), 1333–1337

Goldsmith, H. A. (1943). Polyhydric Alcohol Esters of Fatty Acids their Preparation, Properties and Uses. Chemical Reviews, 33(3), 257–349

Goodby, J. W., Haley, J. A., Mackenzie, G., Watson, M. J., Plusquellec, D. & Ferrières, V. (1995). Amphitropic liquid-crystalline propertiesof some novel alkyl furanosides. Journal of Materials Chemistry, 5(12), 2209 – 2220

Gooding C. M. & Vahlteich, H. W. (1949). U.S. Patent No. 2485638. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office Gooding, C. M., Neal, R. H. & Vahlteich, H. W. (1950). U.S. Patent No. US2518678. Washington, DC: U.S. Patent and

Trademark Office Gozlan, C., Deruer, E., Duclos, M. C., Molinier, V., Aubry, J. M., Redl, A., Dugueta, N. & Lemaire, M. (2016). Preparation

of amphiphilic sorbitan monoethers through hydrogenolysis of sorbitan acetals and evaluation as bio-based surfactants. Green Chemistry, 2016(18), 1994–2004.

Graf, J. (2005). Anti-Aging Skin Care Ingredient Technologies. En Burgess, C. M. (Ed.). Cosmetic Dermatology (pp. 17 - 26). Heidelberg, Alemania: Springer-Verlag

Grover, A. R. (2009). Production and Economics of Alkylphenols, Alkylphenolethoxylates, and Their Raw Materials. En U. Zoller (E.d.), Handbook of Detergents. Part F: Production (pp. 49-67). Boca Ratón-FL, EE.UU.: CRC Press

Gunstone, F. D. (2004). The Chemistry of Oils And Fats: Sources, Composition, Properties and Uses. Oxford, U.K.: Blackwell

Guo, Y., Luo, J., Tan, S., Otieno, B. O., Zhang, Z. (2013). The applications of Vitamin E TPGS in drug delivery. European Journal of Pharmaceutical Sciences, 49(2), 175–186

Gurr, M. I., Harwood, J. L. & Frayn, K. N. (2002). Lipid Biochemistry (5th ed.). Oxford, UK: Blackwell Science Guzman, D. (2010). Surfactant manufacturers look for green but cheap petro-alternatives. Recuperado de

http://www.icis.com/resources/news/2010/10/04/9396996/surfactant-manufacturers-look-for-green-but-cheap-petro-alternatives/

Hadad, C., Damez, C., Bouquillon, S., Estrine, B., Hénin, F., Muzart, J., Pezron, I. & Komunjer, L. (2006). Neutral pentosides surfactants issued from the butadiene telomerization with pentoses: preparation and amphiphilic properties. Carbohydrate Research, 341(11), 1938–1944

Hama, I., Okamoto, T., Hidai, E., & Yamada, K. (1997). Direct Ethoxylation of Fatty Methyl Ester over Al-Mg Composite Oxide Catalyst. Journal of the American Oil Chemists’ Society, 74(1), 19 – 24


Hanemann, T., Schumacher, E., Haase, W. & Lichtenthaler, F. W. (1997). Some novel disaccharide-derived liquid crystals. Liquid Crystals, 22(1), 47-50

Harrabin, R. (2008, 14 de enero). EU rethinks biofuels guidelines. BBC News. Recuperado de http://news.bbc.co.uk/2/hi/europe/7186380.stm

Hasenhuettl, G. L. (2008). Synthesis and Commercial Preparation of Food Emulsifiers. En Hasenhuettl, G. L. & Hartel, R. W. (Eds.), Food Emulsifiers and Their Applications (2nd ed., pp. 11 - 38). New York: Springer Science

Hass, H.B., Summit, N.J., Snell, F.D. & Osipow, L.J. (1959). U.S. Patent No. 2893990. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office

Hayes, D. G., Kitamoto, D., Solaiman, D. K.Y. & Ashby, R. D. (Eds.). (2009). Biobased Surfactants and Detergents: Synthesis, Properties, and Applications. Urbana, EE.UU.: AOCS Press

Hayes, D. G. (2012). Bioprocessing Approaches to Synthesize Bio-based Surfactants and Detergents. En Dunford. N. T. (Ed.), Food and Industrial Bioproducts and Bioprocessing (pp. 243-266). Oxford: John Wiley & Sons

He, G., He, Z., Zheng, X., Li, J., Liu, C., Song, X., Ouyang, L. & Wu, F. (2012). Synthesis, Characterization and In Vitro Evaluation of Self-Assembled poly(ethylene glycol)-glycyrrhetinic Acid Conjugates. Letters in Organic Chemistry, 9(3), 202-210

Henke, C. O., Prahl, M. A. & Weiland, H. J. (1934). U.S. 1984714. Washington, D.C.: U.S. Patent and Trademark Office. Hermanson, G. T. (2013). Bioconjugate Techniques (3d ed.). Londres: Elsevier/Academic Press Hill, K. & Le Hen-Ferrenbach, C. (2009). Sugar-Based Surfactants for Consumer Products and Technical Applications. En

Carnero Ruiz, C. (Ed.), Sugar-Based Surfactants for Consumer Products and Technical Applications (pp. 1 -20). Boca Raton-FL, EE.UU.: CRC Press

Hill, K. (2010). Surfactants Based on Carbohydrates and Proteins for Consumer Products and Technical Applications. En Kjellin, M. & Johansson, I. (Eds.), Surfactants from Renewable Resources (pp. 65 - 84). Chichester, U.K, Wiley

Hirata, Y., Ryu, M., Oda, Y., Igarashi, K., Nagatsuka, A., Furuta, T. & Sugiura, M. (2009). Novel characteristics of sophorolipids, yeast glycolipid biosurfactants, as biodegradable low-foaming surfactants. Journal of Bioscience and Bioengineering, 108(2), 142–146

Höfle, G., Steglich, W. & Vorbrüggen, H. (1978). 4-Dialkylaminopyridines as highly active acylation catalysts. Angewandte Chemie International Edition, 17(8), 569–583

Holladay, J. E., Hu, J., Wang, Y. & Werpy, T. A. (2007). U.S. Patent No. 2007/0173651 A1. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office

Holmberg, K. (Ed.). (2003). Novel Surfactants: Preparation Applications And Biodegradability (2a ed.). New York: Marcel Dekker

Huang, W., Wang, W., Wang, P., Zhang, C.-N., Tian, Q., Zhang, Y., Wang, X.-H., Cha, R.-T., Wang, C.-H., & Yuan, Z. (2011). Glycyrrhetinic acid-functionalized degradable micelles as liver-targeted drug carrier. Journal of Materials Science: Materials in Medicine, 22(4), 853–863

Hüser, T. (02/03/2014). First Industrial Production for Renewable 5-HMF in Operating State. Recuperado de: http://www.process-worldwide.com/management/environmental_engineering/articles/432220/

Imperante, J. A. (2007). Esters in Pigmented Products. En Linda D. Rhein, Mitchell Schlossman, Anthony O’Lenick, P. Somasundaran (Eds.), Surfactants In Personalcare Products And Decorative Cosmetics (3d ed., pp. 406 - 445). Boca Raton-FL, EE.UU.: CRC Press

Infante, M. R., Pérez, L., Pinazo, A., Clapés, P., & Morán, M. C. (2003). Amino Acid–Based Surfactants. En Holmberg, K. (Ed.), Novel Surfactants: Preparation, Applications, and Biodegradability (2nd ed. 193-216). Marcel Dekker NY

Istratov, V., Kautz, H., Kim, Y.-K., Schubert, R. & Frey, H. (2003). Linear-dendritic nonionic poly(propylene oxide)–polyglycerol surfactants. Tetrahedron, 59(22), 4017–4024

Jakobson, G., & Siemanowski, W. (1990). U.S. Patent No. 4960953. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office Janiš, R., Krejčí, J., & Klásek, A. (2000). Preparation of 1-monoacyIgIyceroIs from gIycidoI and fatty acids catalyzed by the

chromium(III)-fatty acid system. European Journal of Lipid Science and Technology, 102(5), 351–354 JECFA - Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives (1989). Polyglycerol Esters of Fatty Acids. Recuperado de

http://www.fao.org/ag/agn/jecfa-additives/specs/Monograph1/Additive-317.pdf Jérôme, F. & Barrault, J. (2011). Selective Conversion of Glycerol into Functional Monomers via Catalytic Processes. En

Mathers, R. T. & Meier, M. A. R. (Eds.), Green Polymerization Methods: Renewable Starting Materials, Catalysis and Waste Reduction (p.p. 57 - 87). Weinheim, Alemania: WILEY-VCH Verlag

Jo, Y. J., Lee, O. K. & Lee, E. Y. (2014). Dimethyl carbonate-mediated lipid extraction and lipase-catalyzed in situ transesterification for simultaneous preparation of fatty acid methyl esters and glycerol carbonate from Chlorella sp. KR-1 biomass. Bioresource Technology, 158: 105–110

Johannisbauer, W., Körner, H. & Nitsche, M. (1994). European Pantent No. EP0493495B1. Munich: European Patent Office Johansson, I. & Svensson, M. (2001). Surfactants based on fatty acids and other Natural hydrophobes. Current Opinion in

Colloid & Interface Science, 6(2), 178-188


Johansson, I. (2004). Does hydrophobe branching make a surfactant more or less hydrophilic? Speciality Chemicals

Magazine, Noviembre 2004. Recuperado de www.firp.ula.ve/archivos/.../04_SCM_Johansson.pdf John, G., Masuda, M., Okada, Y., Yase, K. & Shimizu, T. (2001). Nanotube Formation from Renewable Resourcesvia Coiled

Nanofibers. Advanced Materials, 13(10), 715-718 John, G., Jung, J. H., Minamikawa, H., Yoshida, K. & Shimizu, T. (2002). Morphological Control of Helical Solid Bilayers

in High-Axial-RatioNanostructures Through Binary Self-Assembly. Chemistry - A European Journal, 8(23), 5494 – 5500)

Johnson Matthey Davy Technologies Limited (2014). Natural Detergent Alcohols. Recuperado de: http://davyprotech.com/what-we-do/licensed-processes-and-core-technologies/licensed-processes/natural-detergent-alcohols-nda/specification/

Johnsson, M., Wagenaar, A., Stuart, M. C. A. & Engberts, J. B. F. N. (2003). Sugar-Based Gemini Surfactants with pH-Dependent Aggregation Behavior: Vesicle-to-Micelle Transition, Critical Micelle Concentration, and Vesicle Surface Charge Reversal. Langmuir, 19(11), 4609-4618

Johnsson, M. & Engberts, J. B. F. N. (2004). Novel sugar-based gemini surfactants: aggregation properties in aqueous solution. Journal of Physical Organic Chemistry, 17(11), 934–944

Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives, JECFA (1996). Glycerol Ester Of Wood Rosin. Recuperado de http://www.fao.org/ag/agn/jecfa-additives/specs/Monograph1/Additive-213.pdf

Julis, J., Bartlett, S. A., Baader, S., Beresford, N., Routledge, E. J., Cazina, C. S. J. & Cole-Hamilton, D. J. (2014). Selective ethenolysis and oestrogenicity of compounds from cashew nut shell liquid. Green Chemistry, 16(5), 2846–2856

Kamm, B., Gruber, P. R. & Kamm, M. (2007). Biorefineries – Industrial Processes and Products. Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry [Wiley Online Library]. John Wiley & Sons. doi: 10.1002/14356007.104_101

Kan, C.-C., Yan, J. & Bittman, R. (1992). Rates of Spontaneous Exchange of Synthetic Radiolabeled Sterols between Lipid Vesicles. Biochemistry, 31(6), 1866-1874

Kargar, M., Hekmatshoar, R., Ghandi, M. & Mostashar, A. (2013). Use of Glycerol Carbonate in an Efficient, One-Pot and Solvent Free Synthesis of 1,3-sn-Diglycerides. Journal of the American Oil Chemists' Society, 90(2), 259–264

Karl, H., Lee, C. K. & Khan, R. (1982). Synthesis And Reactions Of Tert-Butyldiphenylsilyl Ethers Of Sucrose. Carbohydrate Research, 101(1), 31-38

Karmee, S. K. (2009). Biocatalytic synthesis of ascorbyl esters and their biotechnological applications. Applied Microbiology and Biotechnology, 81(6), 1013–1022

Kato, T., Nakamura, T., Yamashita, M., Kawaguchi, M., Kato, T. & Itoh, T. (2003). Surfactantproperties of purified polyglycerol monolaurates. Journal of Surfactants and Detergents, 6(4), 331-337

Kattimuttathu, S., Foerst, G., Schubert, R. & Bartsch, E. (2012). Synthesis and Micellization Properties of New Anionic Reactive Surfactants Based on Hydrogenated Cardanol. Journal of Surfactants and Detergents, 15(2), 207–215

Kennedy, J. F., Kumar, H., Panesar, P. S., Marwaha, S. S., Goyal, R., Parmar, A. & Kaur, S. (2006). Enzyme-catalyzed regioselective synthesis of sugar esters and related compounds. Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 81(6), 866–876

Khan, N. A., Mishra, D. K., Hwang, J.-S., Kwak, Y.-W. & Jhung, S. H. (2011). Liquid-phase dehydration of sorbitol under microwave irradiation in the presence of acidic resin catalysts. Research on Chemical Intermediates, 11(37), 1231–1238.

Kharchafi, G., Jérôme, F., Douliez, J.-P. & Barrault, J. (2006). Facile and regioselective mono- or diesterification of glycerol derivativesover recyclable phosphazene organocatalyst. Green Chemistry, 8(8), 710–716

Kim, S. C., Kim, Y. H., Lee, H., Yoon, D. Y. & Song, B. K. (2007). Lipase-catalyzed synthesis of glycerol carbonate from renewable glycerol and dimethyl carbonate through transesterification. Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic, 49(1-4), 75–78

Kjellin, M. & Johansson, I. (Eds.). (2010). Surfactants from Renewable Resources. Chichester, U.K.: John Wiley & Sons. Knepper T. P. & Berna, J. L. (2003). Surfactants: properties, production and environmental aspects. En Knepper, T.P.,

Barceló, &, De Voogt, P. (Eds.), Wilson & Wilson’s Comprehensive Analytical Chemistry Volume Xl: Analysis and Fate of Surfactants in the Aquatic Environment (pp. 1 - 45). Amsterdam: Elsevier Science

Kodali, D. R. (1987). Improved method for the synthesis of 1- or 3-acyl-sn-glycerols. The Journal of Lipid Research. Note on Methodology, 28(4), 464-469

Koide, Y. & Esumi, K. (2003). Physicochemical Properties of Ring-Structured Surfactants. En Esumi, K. & Ueno, M. (Eds.), Structure-Performance Relationships in Surfactants (2nd ed., pp. 309 - 340). New York: Marcel Dekker.

Komori S. & Okahara, M., (1963). U.S. Patent No. 3102114 A. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office Koutinas, A. A., Du, C., Wang, R.H. & Webb, C. (2008). Production of Chemicals from Biomass. En Clark, J. & Deswarte,

F. (Eds.), Introduction to Chemicals from Biomass (2nd ed., pp. 77 - 102). Padstow, U.K.: John Wiley & Sons


Krafft, P., Gilbeau, P. Gosselin, B. & Claessens, S. (2005). W.I.P.O. Patent No. WO 2005054167 A1. Ginebra, Suiza: World Intellectual Property Organization

Kraus, G. A. & Lee, J. J. (2013). A Direct Synthesis of Renewable Sulfonate-Based Surfactants. Journal of Surfactants and Detergents, 16(3), 317–320

Kronberg, B., Holmberg, K. & Lindman, L. (2014). Surface Chemistry of Surfactants and Polymers. West Sussex, U. K.: John Wiley & Sons

Kubicek, P., Sladek, P. & Buricova, I. (2005). W.I.P.O. Patent No. WO 2005021476. Ginebra, Suiza: World Intellectual Property Organization

Lai, C.-C. & Chen, K.-M. (2008). Preparation and surface activity ofpolyoxyethylene-carboxylated modified Gemini surfactants. Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects, 320(1-3), 6–10

Lai, C.-C. & Chen, K.-M. (2006). Preparation and Properties of Novel Water-Soluble Surfactants. I. Synthesis and Surface Activity of Polycarboxylated Multihydrophilic Surfactants. Journal of Applied Polymer Science, 102(4), 3559–3564

Lakhrissi, L., Hassan, N., Lakhrissi, B., Massoui, M., Essassi, E. M., Ruso, J. M., Solans, C. & Rodriguez-Abreu, C. (2011). Surfactants Based on Bis-Galactobenzimidazolones: Synthesis, Self-Assembly and Ion Sensing Properties. Journal of Surfactants and Detergents, 14(4), 487-495

Latge, P., Rico, I., Garelli, R. & Lattes, A. (1991). Synthesis Of Long Chain N-Alkyllactylamines From Unprotected Lactose A Nev Series Of Nonionic Surfactants. Journal of Dispersion Science and Technology, 12(3-4), 227-237

Laughlin, R. G., Fu, Y.-C., Wireko, F. C., Scheibel, J. J. & Munyon, R. L. (2003). N-Alkanoyl-N-Alkyl-1-Glycamines. En Holmberg, K. (Ed.), Novel Surfactants: Preparation, Applications, and Biodegradability (2nd ed., pp. 1 - 34). New York: Marcel Dekker

Lavergne, A., Zhu, Y., Pizzino, A., Molinier, V. & Aubry, J. M. (2011). Synthesis and foaming properties of new anionic surfactants based on a renewable building block: Sodium dodecyl isosorbide sulfates. Journal of Colloid Interface Science, 360(2), 645–653

Lavergne, A., Zhu, Y., Molinier, V. & Aubry, J.-M. (2012). Aqueousphasebehavior of isosorbide-based non-ionicsurfactants. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 404: 56–62

Lee, J. W. Kim, H. U., Choi, S., Yi, J. & Lee, S. Y. (2011). Microbial production of building block chemicals and polymers. Current Opinion in Biotechnology, 22(6), 758–767

Lee, K., Park, C.-H. & Lee, E. (2010). Biosynthesis of glycerol carbonate from glycerol by lipase in dimethyl carbonate as the solvent. Bioprocess & Biosystems Engineering, 33(9), 1059 - 1065

Levinson, M. I. (2009). Surfactant Production: Present Realities and Future Perspectives. En Zoller, U. (ed.), Handbook Of Detergents, Part F: Production (pp. 1 - 35). Boca Raton-FL, EE.UU.: CRC Press

Levy, D. E. (2006). Functionalization of Sugars. En Levy, D. E. & Fügedi, P. (Eds.), The Organic Chemistry of Sugars (p.p. 198 - 263). Boca Raton-FL, EE.UU.: CRC Press

Lewandowski, H. & Schwuger, M. J. (2003). α-Sulfomonocarboxylic Esters. En Holmberg, K. (Ed.), Novel Surfactants: Preparation, Applications, and Biodegradability (2nd ed., pp. 425 - 466). New York: Marcel Dekker

Lichtenthaler, F. W., Immel, S. & Kreis, U. (1991). Evolution of the Structural Representation of Sucrose. Starch/Stärke, 43(4), 121-132

Lichtenthaler, F. W., Immel, S. & Pokinskyj, P. (1995). Selective 2-O-Benzylation of Sucrose: A Facile Entry to Its 2-Deoxy- and 2-Keto-Derivatives and to Sucrosamine. Liebigs Annalen der Chemie, 1995(11), 1939 - 1947

Lichtenthaler, F. W. & Mondel, S. (1997). Perspectives in the use of low molecular weightcarbohydrates as organic raw materials. Pure and Applied Chemistry, 69(9), 1853-1866

Lichtenthaler, F. W. (2007). Carbohydrates As Renewable Raw Materials: A Major Challenge of Green Chemistry. En Tundo, P., Perosa, A. & Zecchini, F. (Eds.), Methods And Reagents For Green Chemistry (pp. 23 - 64). New Jersey: John Wiley & Sons

Lichtenthaler, F. W. (2010a). Carbohydrates: Occurrence, Structures and Chemistry. En Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Edición digital. doi: 10.1002/14356007.a05_079.pub

Lichtenthaler, F. W. (2010b). Carbohydrates as Organic Raw Materials. En Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry [Wiley Online Library]. Vol. 6, pp. 583 – 616, John Wiley & Sons. doi: 10.1002/14356007.n05_n07

Lipshutz, B. H. & Taft, B. R. (2008). Heck Couplings at Room Temperature in Nanometer Aqueous Micelles. Organic Letters, 10(7), 1329–1332)

Lipshutz, B. H. Ghorai, S., Abela, A. R., Moser, R., Nishikata, T., Duplais, C. & Krasovskiy, A. (2011). TPGS-750-M: A Second-Generation Amphiphile for Metal-Catalyzed Cross-Couplings in Water at Room Temperatura. The Journal of Organic Chemistry, 76(11), 4379–4391

Liu, S., Abrahamson, L. P. & Scott, G. M. (2012). Short communication. Biorefinery: Ensuring biomass as a sustainable renewablesource of chemicals, materials, and energy. Biomass and Bioenergy, 39(2012), 1-4

Lo, C. & Cameron, W. (2012). Oleochemicals (Report Abstract del Informe PERP2011S6), ChemSystems, PERP Program, Recuperado de: http://database.thinking.nexant.com/reports/search/docs/abstracts/2011S6_abs.pdf


Lo Nostro, P., Ninham, B. W., Fratoni, L., Palma, S., Manzo, R. H., Allemandi, D. & Baglioni, P. (2003). Effect of Water Structure on the Formation of Coagels from Ascorbyl-Alkanoates. Langmuir, 19(8), 3222-3228

Lo Nostro, P., Ramsch, R., Fratini, E., Lagi, M., Ridi, F., Carretti, E., Ambrosi, M., Ninham, B. W. & Baglioni, P. (2007). Organogels from a Vitamin C-Based Surfactant. The Journal of Physical Chemistry B, 111(40), 11714 – 11721

Lok, C.M., Mank, A.P.J. & Ward, J. P. (1985). Synthesis of glycidol esters and mono/di-acylglycerols from glycidol. Chemistry and Physics of Lipids, 36(4), 329–334

Lüders, H. (2000). Chemical Properties and Derivatization of Surface-Active Alkyl Glucosides and Alkyl Polyglucosides. En Balzer, D. & Lüders, H. (Eds.), Nonionic Surfactants: Alkyl Polyglucosides (pp. 77 - 83). Marcel Dekker NY USA

Ludot, C., Estrine, B., Hoffmann, N., Le Bras, J., Marinkovic, S. & Muzart, J. (2014). Manufacture of decyl pentosides surfactants by wood hemicelluloses transglycosidation: A potential pretreatment process for Wood biomass valorization. Industrial Crops and Products, 58: 335–339

Lv, A., Li, Z.-L., Du, F.-S. & Li, Z.-C. (2014). Synthesis, Functionalization, and Controlled Degradation of High Molecular Weight Polyester from Itaconic Acid via ADMET Polymerization. Macromolecules, 47(22), 7707–7716

Mandracchia, D., Tripodo, G., Latrofa, A. & Dorati, R. (2014). Amphiphilic inulin-D-α-tocopherol succinate (INVITE) bioconjugatesfor biomedical applications. Carbohydrate Polymers, 103: 46– 54

Mangiafico, S., Aleo, D., Saita, M. G. A. & Cro, M. (2011). W.I.P.O. Patent No. WO 2011154985 A1. Ginebra, Suiza: World Intellectual Property Organization

Mao, M. H. K., Weeman, J. M. & Miller, L. E. (1986). European Patent No. EP0092876B1. Munich: European Patent Office Marinkovic, S., Le Bras, J., Nardello-Rataj, V., Agach, M. & Estrine, B. (2012). Acidic Pretreatment of Wheat Straw in

Decanol for the Production of Surfactant, Lignin and Glucose. International Journal of Molecular Sciences, 13(1), 348-357

Martel, F., Estrine, B., Plantier-Royon, R., Hoffmann, N. & Portella, C. (2010). Development of Agriculture Left-Overs: Fine Organic Chemicals from Wheat Hemicellulose-Derived Pentoses. Topics in Current Chemistry 294: 79–115

Martin, A. & Richter, M. (2011). Oligomerization of glycerol – a critical review. European Journal of Lipid Science and Technology, 113(1), 100–117

McNeill, G.P. (1999). Enzymic Processes. En Gunstone, F. D. (Ed.), Lipid Synthesis and Manufacture (pp. 288 - 320). Sheffield, U.K.: Sheffield Academic Press

Meier, M. A. R., Metzger, J. O. & Schubert, U. S. (2007). Plant oil renewable resources as green alternatives in polymer science. Chemical Society Reviews, 36(11), 1788–1802

Meissner, D., Grassert, I., Oehme, G., Holzhüter, G. & Vill, V. (2000). Preparation and characterization of new micelle-forming cholesterol amphiphiles. Colloid and Polymer Science, 278(4), 364-368.

Metzger, J. O. & Bornscheuer, U. (2006). Lipids as renewable resources: current state of chemical and biotechnological conversion and diversification. Applied Microbiology and Biotechnology, 71(1), 13–22

Mhaske, S. B. & Argade, N. P. (2003). Base-Induced Alcoholysis of N-Arylmaleimides: Facile in situ Oxa-Michael Addition to Alkyl Maleanilates: Two-Step One-Pot Rapid Access to Alkoxysuccinic Acids. Synthesis, 2003(6), 863-870

Miao, S., Callow, N., Dashtbozorg, S. S., Salager, J.-L. & Ju, L.-K. (2014). Ethylation of Di-rhamnolipids: A Green Route to Produce Novel Sugar Fatty Acid Nonionic Surfactants. Journal of Surfactants and Detergents, 17(6), 1069–1080

Min J.Y. & Lee, E.Y. (2011). Lipase-catalyzed simultaneous biosynthesis of biodiesel and glycerol carbonate from corn oil in dimethyl carbonate. Biotechnology Letters. 33(9), 1789-1796

Minamikawa, H., Murakami, T. & Hato, M. (1994). Synthesis of 1,3-di-O-alkyl-2-O-(3-glycosyl)glycerols bearing oligosaccharides as hydrophilic groups. Chemistry and Physics of Lipids, 72(2), 111-118

Miñana-Pérez, M., Graciaa, A., Lachaise, J. & Salager, J.L. (1995a). Solubilization of polar oils with extended surfactants. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 100: 217-224

Miñana-Pérez, M., Graciaa, A., Lachaise, J. & Salager, J.L. (1995b). Sobilization of polar oils in microemulsion systems. Progress in Colloid and Polymer Science, 98: 177-179

Mohamed, A., Trickett, K., Chin, S. Y., Cummings, S., Sagisaka, M., Hudson, L., Nave, S., Dyer, R., Rogers, S. E., Heenan, R. K. & Eastoe, J. (2010). Universal Surfactant for Water, Oils, and CO2. Langmuir, 26(17), 13861–13866

Montastruc, L., Ajao, O., Marinova, M., Barreto Do Carmo, C. & Domenech, S. (2011). Hemicellulose Biorefinery for Furfural Production: Energy Requirement Analysis And Minimization. Journal of Science & Technology for Forest Products and Processes, 1(3), 48 - 53

Moonen, H. & Bas, H. (2004). Mono- and diglycerides. En Whitehurst, R. J. (Ed.), Emulsifiers in Food Technology (pp. 40 - 58). Oxford: Blackwell

Morán, M. C., Pinazo, A., Pérez, L., Clapés, P., Angelet, M., García, M. T., Vinardell M. P. & Infante, M. R. (2004). “Green” amino acid-based surfactants. Green Chemistry, 6(5), 233 – 240

Mülhaupt, R. & Sunder, A. (2001). European Patent No. 1141083 A2. Munich: European Patent Office.


Murayama, K., Hoshino, M., Kusuoku, H., Nagai, M. & Sugino, K. (1999). U.S. Patent No. 5863945 A. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office

Murphy, P. M. & Hewat, T. (2010). U.S. Patent No. 20100003737 A1. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office Naciones Unidas (1998). Protocolo de Kyoto de la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático.

Recuperado de: http://unfccc.int/kyoto_protocol/items/2830.php Negishi, M., Irie, A., Nagata, N. & Ichikawa, A. (1991). Specific binding of glycyrrhetinic acid to the rat liver membrane.

Biochimica et Biophysica Acta, 1066(1), 77-82 Nelen, B. A. P. & Cooper, J. M. (2004). Sucrose esters. En Whitehurst R. J. (Ed.), Emulsifiers in Food Technology (pp. 131 -

161). Oxford: Blackwell Nelson, D. L. & Cox, M. M. (2005). Principios de Bioquímica-Lehninger (4th ed.). Barcelona, España: Omega Nickel, D., Forster, T. & von Rybinski, W. (1997). Physicochemical Properties of Alkyl Polyglycosides. En Hill, K., von

Rybinski, W. & Stoll, G. (Eds.), Alkyl polyglycosides: Technology, Properties and Applications (pp. 39 - 70). New York: VCH

Nising, C. F. & Bräse, S. (2012). Recent developments in the field of oxa-Michael reactions. Chemical Society Reviews, 41(3), 988–999

Noiret, N., Rivaux, Y., Brochette, P., Algarra, L. & Patin, H. (1999). Polyglyceryl Amines as Surfactants I: Symmetrical Polyglyceryl Amines and Aqueous Solution Properties. Journal of Surfactants and Detergents, 2(3), 349–355

Norlin, L.-H. (2002). Tall Oil. En Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (6th ed.). Edición digital en CD-ROM Norn, V. (2004). Polyglycerol esters. En Whitehurst, R. J. (Ed.), Emulsifiers in Food Technology (pp. 110 - 128). Oxford,

U.K.: Blackwell Noweck, K. (2002). Fatty Alcohols. En Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (6th ed.). Edición en CD-ROM. O’Brien, R. D. (2009). Fats and Oils: Formulating and Processing for Applications (3d ed.). Boca Raton-FL, EE.UU.: CRC

Press O’Connor, J. M., Scardera, M. & Grosser, F. R. (1985). U.S. Patent No. 4533485. Washington, DC: U.S. Patent and

Trademark Office Ohtake, S. & Wang, Y. J. (2010). Trehalose: Current Use and Future Applications. Journal of Pharmaceutical Sciences,

100(6), 2020 – 2053 Okabe, M., Lies, D., Kanamasa, S. & Park, E. Y. (2009). Biotechnological production of itaconic acid and its biosynthesis in

Aspergillus terreus. Applied Microbiology and Biotechnology, 84(4), 597-606 Okada, Y., Banno, T., Toshima, K. & Matsumura, S. (2009). Synthesis and properties of polycarboxylate-type green

surfactants with S- or N- linkages. Journal of Oleo Science, 58(10), 519-528 Okutsu, M. & Kitsuki, T. (2002). U.S. Patent No. 6495703. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office. O'Lenick Jr., A. J. & O'Lenick, K. A. (2003). U.S. Patent No. 6627612 B1. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark

Office O'Lenick Jr., A. J., Smith, D. A. & Anderson, D. (2005). U.S. Patent No. 6881710 B1. Washington, DC: U.S. Patent and

Trademark Office O'Lenick, K.A. & O'Lenick Jr., A. J. (2008). U.S. Patent No. 7335627 B1. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark

Office O'Lenick, A. J. Jr. (2009). U.S. Patent No. 7507399 B1. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office Osipow, L. I. & Rosenblatt, W. (1969). U.S. Patent No. 3480616 A. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office Oster, B. & Fechtel, U. (2002). Vitamin C (L-Ascorbic Acid). En Eggersdorfer, M. et al., Vitamins, Ullmann's Encyclopedia

of Industrial Chemistry (6th ed.). Edición digital en CD-ROM Otomo, N. (2009). Basic Properties of Sucrose Fatty Acid Esters and their Applications. En Hayes, D. G., Kitamoto, D.,

Solaiman, D. K. Y., Ashby, R. D. (Eds.), Biobased Surfactants and Detergents: Synthesis, Properties, and Applications (pp. 275-298). Urbana-IL, EE.UU.: AOCS Press

Ou, G., He, B., Li, X. & Lei, J. (2012). Glycerol Carbonate: A Novel Biosolvent with Strong Ionizing and Dissociating Powers. Scientific World Journal. 2012: ID 697161. doi:10.1100/2012/697161

Pagliaro, M. & Rossi, M. (2010). The Future of Glycerol (2nd ed.). Cambridge, U.K.: RSC Green Chemistry Series, The Royal Society of Chemistry

Palma, S., Manzo, R. H., Allemandi, D., Fratoni, L. & Lo Nostro, P. (2002). Solubilization Of Hydrophobic Drugs in octanoyl-6-O-ascorbic acid Micellar Dispersions. Journal of Pharmaceutical Sciences, 91(8), 1810 - 1816

Palma, S., Manzo, R. H., Allemandi, D., Fratoni, L. & Lo Nostro, P. (2003). Drugs solubilization in ascorbyl/decanoate micellar solutions. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 212(2-3), 163-173

Palma, S., Maletto, B., Lo Nostro, P., Manzo, R. H., Pistoresi-Palencia, M. C. & Allemandi, D. A. (2006). Potential Use of Ascorbic Acid–Based Surfactants as Skin Penetration Enhancers. Drug Development and Industrial Pharmacy, 32(2006), 821–827


Pappenberger, G. & Hohmann, H.-P. (2014). Industrial Production of L-Ascorbic Acid (Vitamin C) and D-Isoascorbic Acid. Advances in Biochemical Engineering / Biotechnology, 143: 143–188

Parajó, J.C., Garrote, G., Cruz, J.M. & Dominguez, H. (2004). Production of xylooligosaccharides by autohydrolysis of lignocellulosic materials. Trends in Food Science & Technology, 15(3-4), 115–120

Parikh, K., Mistry, B., Jana, S., Gajaria, T., Gupta, S., Devkar, R. V. & Kumar, S. (2015). Isosorbide spacer containing gemini surfactants: surface and biochemical study. Colloid and Polymer Science, 293(5), 1437-1446

Park, H.-S., Gong, M.-S. & Knowles, J. C. (2012). Synthesis and biocompatibility properties of polyester containing various diacid based on isosorbide. Journal of Biomaterials Applications, 27(1), 99–109

Patel, K. R., Li, M.P., Schuh, J.R. & Baldeschwieler, J.D. (1984). The Pharmacological Efficacy Of A Rigid Non-Phospholipid Liposome Drug Delivery System. Biochimica et Biophysica Acta, 797(1), 20-26.

Patial, P., Shaheen, A. & Ahmad, I. (2014). Synthesis, Characterization and Evaluation of the Surface Active Properties of Novel Cationic Imidazolium Gemini Surfactants. Journal of Surfactants and Detergents, 17(2), 253-260

Pellissier, H. (2004). The glycosylation of steroids. Tetrahedron, 60(24), 5123–5162 Pérez, L., Pinazo, A., Pons, R. & Infante, M. R. (2014). Gemini surfactants from natural amino acids. Advances in Colloid

and Interface Science, 205: 134–155 Pestman, J. M., Terpstra, K. R., Stuart, M. C. A., van Doren, H. A., Brisson, A., Kellogg, R. M. & Engberts, J. B. F. N.

(1997). Nonionic Bolaamphiphiles and Gemini Surfactants Based on Carbohydrates. Langmuir, 13(25), 6857-6860 Pestman, J. M., Kevelam, J., Blandamer, M. J., van Doren, H. A., Kellogg, R. M. & Engberts, J. B. F. N. (1999).

Thermodynamics of Micellization of Nonionic Saccharide-Based N-Acyl-N-alkylaldosylamine and N-Acyl-N-alkylamino-1-deoxyalditol Surfactants. Langmuir, 15(6), 2009-2014

Peters, S., Rose, T. & Moser, M. (2010). Sucrose: A Prospering and Sustainable Organic Raw Material. Topics in Current Chemistry, 294, 1–23. doi: 10.1007/128_2010_58

Peungjitton, P., Sangvanich, P., Pornpakakul, S., Petsom, A. & Roengsumran, S. (2009). Sodium Cardanol Sulfonate Surfactant from Cashew Nut Shell Liquid. Journal of Surfactants and Detergents, 12(2), 85–89

Piao, J. & Adachi, S. (2004). Enzymatic Preparation of Fatty Acid Esters of Sugar Alcohols by Condensation in Acetone using a Packed-bed Reactor with Immobilized Candida antarctica Lipase. Biocatalysis and Biotransformation, 22(4), 269 – 274

Piao, J. & Adachi, S. (2006). Stability of O/W emulsions prepared using various monoacyl sugar alcohols as an emulsifier. Innovative Food Science and Emerging Technologies, 7(3), 211–216

Piao, J., Kishi, S. & Adachi, S. (2006). Surface tensions of aqueous solutions of 1-O-monoacyl sugar alcohols. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 277(1-3), 15–19

Piispanen, P. S., Byström, S., Svensson, M., Kronberg, B., Blute, I. & Norin, T. (2002). Synthesis and Characterization of Surface-Active Compounds Derived from Cholesterol Derivatives and Glucose. Journal of Surfactants and Detergents, 5(4), 345–351

Pinazo, A., Pons, R., Perez, L. & Infante, M. R. (2011). Amino Acids as Raw Material for Biocompatible Surfactants. Industrial & Engineering Chemistry Research, 50(9), 4805–4817

Polat, T. & Linhardt, R. J. (2001). Syntheses and Applications of Sucrose-Based Esters. Journal of Surfactants and Detergents, 4(4), 415–421

Pornsunthorntawee, O., Wongpanit, P. & Rujiravanit, R. (2010). Rhamnolipid Biosurfactants: Production and Their Potential in Environmental Biotechnology. En Ramkrishna, S. (Ed.). Biosurfactants, Advances in Experimental Medicine and Biology, 612, p.p. 211 – 221. New York: Springer Science

Prasath, R. A. & Ramakrishnan, S. (2005). Synthesis, characterization, and utilization of itaconate-based polymerizable surfactants for the preparation of surface-carboxylated polystyrene latexes. Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 43(15), 3257–3267

Preuss, T. G., Gehrhardt, J., Schirmer, K., Coors, A., Rubach, M., Russ, A., Jones, P. D., Giesy, J. P. & Ratte, H. T. (2006). Nonylphenol Isomers Differ in Estrogenic Activity. Environmental Science & Technology, 40(16), 5147-5153

Pyo, S.-H. & Hayes, D. G. (2009). Synthesis of Saccharide Fatty Acid Ester Biosurfactants Catalyzed by Lipase. En Hayes, D. G., Kitamoto, D., Solaiman, D. K. Y., Ashby, R. D. (Eds.), Biobased Surfactants and Detergents: Synthesis, Properties, and Applications (pp. 323-350). Urbana-IL, EE.UU.: AOCS Press

Queneau, Y., Fitremann, J. & Trombotto, S. (2004). The chemistry of unprotected sucrose: the selectivity issue. C. R. Chimie, 7(2), 177–188

Quintero, L., Clark, D. E., Cardenas, A. E., Salager, J.-L., Forgiarini, A. & Bahsas, A. H. (2012). U.S. Patent No. 2012/0241220 A1. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office

Rajalakshmi, D. & Narasimhan, S. (1995). Food Antioxidants: Sources and Methods of Evaluation. En Madhavi, D.L., Deshpande, S.S. & Salunkhe, D.K. (Eds.), Food Antioxidants: Technological, Toxicological, and Health Perspectives. Nueva York: Marcel Dekker


Rao, X. (2012). Synthesis and applications of Rosin-based surfactants. En Zhang, J. (Ed.), Rosin-Based Chemicals and Polymers (pp. 129- 172). Shawbury: Smithers Rapra

Rawat, M., Singh, D., Saraf, S. & Saraf, S. (2006). Nanocarriers: Promising Vehicle for Bioactive Drugs. Biological and Pharmaceutical Bulletin, 29(9), 1790—1798

Renault, B., Portella, C., Marinkovic, S. & Estrine, B. (2012). Synthesis and Surface Properties of Succinic Acid End-Capped Alkyl-Polyxylosides. Journal of Surfactants and Detergents, 15(2), 191–198

Rhode, O. Weuthen, M. & Nickel, D. (1997). New Nonionic Derivatives of Alkyl Polyglycosides- Synthesis and Properties. En Hill, K., von Rybinski, W. & Stoll, G. (Eds.), Alkyl Polyglycosides (pp. 139 - 149). Weinheim, Alemania: VCH.

Richards, A.B., Krakowka, S., Dexter, L.B., Schmid, H., Wolterbeek, A.P.M., Waalkens-Berendsen, D.H., Shigoyuki, A. & Kurimoto, M. (2002). Trehalose: a review of properties, history of use and human tolerance, and results of multiple safety studies. Food and Chemical Toxicology, 40(7), 871–898

Rico-Lattes, I. & Lattes, A. (1997). Synthesis of new sugar-based surfactants having biological applications: key role of their self-association. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 123-124(1997), 37-48

Roa Engel, C. A., Straathof, A. J. J., Zijlmans, T. W., van Gulik, W. M. & van der Wielen, L. A. M. (2008). Fumaric acid production by fermentation. Applied Microbiology and Biotechnology, 78(3), 379–389

Roelfsema, W.A., Kuster, B. F. M., Heslinga, M. C., Pluim, H. & Verhage, M. (2002). Lactose and derivatives. En Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (6th ed.). Edición digital en CD-ROM

Rokicki, G., Rakoczy, P., Parzuchowski, P. & Sobiecki, M. (2005). Hyperbranched aliphatic polyethers obtained from environmentally benign monomer: glycerol carbonate. Green Chemistry, 7(7), 529–539

Roquette (2010). Roquette, the world leader for Isosorbide, is greatly increasing its production capacity. Roquette Corporate Website/News & Documentation. Recuperado de http://www.roquette.com/news-2010-starch-polyols-food-paper/roquette-the-world-leader-for-isosorbide-is-greatly-increasing-its-production-capacity/

Rosatella, A. A., Simeonov, S. P., Frade, R. F. M. & Afonso, C. A. M. (2011). 5-Hydroxymethylfurfural (HMF) as a building block platform: Biological properties, synthesis and synthetic applications. Green Chemistry, 13(4), 754–793

Rose, M. & Palkovits, R. (2012). Isosorbide as a Renewable Platform chemical for Versatile Applications—Quo Vadis?. ChemSusChem, 5(1), 167 – 176

Rosen, M. J. & Tracy, D. J. (1998). Gemini Surfactants. Journal of Surfactants and Detergents, 1(4), 547-554 Rouse, S. P. N., Humphrey, J. R., Cale, B., Freemen, D. & Barnes, A. (2013). U.S. Patent No. 20130237672 A1. Washington,

DC: U.S. Patent and Trademark Office Rousseau, J., Rousseau, C., Lynikaite, B., Šačkus, A., de Leon, C., Rollin, P. & Tatibouët, A. (2009) Tosylated glycerol

carbonate, a versatile bis-electrophile to access new functionalized glycidol derivatives. Tetrahedron, 65(41), 8571–8581

Ryan, D. A. & Gin, D. Y. (2008). Glycoside Synthesis from 1-Oxygen Substituted Glycosyl Donors: Hemiacetals and O-Acyl/Carbonyl Derivatives. En Demchenko, A. V. (Ed.), Handbook of Chemical Glycosylation: Advances in Stereoselectivity and Therapeutic Relevance (pp. 95-132). Weinheim, Alemania: WILEY-VCH

Sagitani, H., Hayashi, Y. & Ochiai, M. (1989). Solution Properties of Homogeneous Polyglycerol Dodecyl Ether Nonionic Surfactants. Journal of the American Oil Chemists' Society, 66(1), 146 – 152

Sahoo, M. K., Mhaske, S. B. & Argade, N. P. (2003). Facile Routes to Alkoxymaleimides/Maleic Anhydrides. Synthesis, 2003(3), 0346-0349

Salager, J.L. (1999). Microemulsions. En Broze, G. (Ed.), Handbook of Detergents - Part A: Properties (pp. 253-302). New York: Marcel Dekker

Salager J. L., Anton R. E., Sabatini D. A., Harwell J. H., Acosta E. J., Tolosa L. I. (2005). Enhancing Solubilization in Microemulsion – State of the Art and Current Trends. Journal of Surfactants and Detergents, 8(1), 3-21

Sarney, D. B., Kapeller, H., Fregapane, G. & Vulfson, E. N. (1994). Chemo-Enzymatic Synthesis of Disaccharide Fatty Acid Esters. Journal Of The American Oil Chemists’ Society, 71(7), 711 – 714

Satsuki, T., Umehara, K. & Yoneyama, Y. (1992). Performance and Physicochemical Properties of a-Sulfo Fatty Acid Methyl Esters. Journal of the American Oil Chemists' Society, 69(7), 672 – 677

Scheibel, J. J., Connor, D. S., Shumate, R. E. & St. Laurent, J. B. (1994). U.S. Patent No. 5334764 A. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office

Scheibel, J. J. (2009). Production of Alcohols and Alcohol Sulfates. En U. Zoller (Ed.), Handbook of Detergents. Part F: Production (pp. 117-137). Boca Ratón-FL, EE.UU.: CRC Press

Schiefelbein, L., Keller, M., Weissmann, F., Luber, M., Bracher, F. & Friess, W. (2010). Synthesis, characterization and assessment of suitability of trehalose fatty acidesters as alternatives for polysorbates in protein formulation. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 76(3), 342–350

Schiweck, H., Bär, A., R.Vogel, Schwarz, E. & Kunz, M. (2002). Sugar Alcohols. En Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (6ª ed.). Edición digital en CD-ROM


Schmitt, B., Knebel, J. & Caspari, M. (2008). U.S. Patent No. 20080255372 A1. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office.

Scholnick, F., Sucharski, M.K. & Linfield, W.M. (1974). Lactose-Derived Surfactants (I), Fatty Esters of Lactose. Journal Of The American Oil Chemists’ Society, 51(2), 8 – 11

Schreck, D. J., Kruper, W. J., Varjian, R. D., Jones, M. E., Campbell, R. M., Kearns, K., Hook, B. D., Briggs, J. R. & Hippler, J. G. (2006). W.I.P.O. Patent No. WO 2006020234. Ginebra, Suiza: World Intellectual Property Organization

Schreck, D. J., McKinley Bradford, M., Clinton, N. A. & Aubry, P. (2009). U.S. Patent No. 20090259057 A1. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office

Schuur, B., Wagenaar, A., Heeres, A. & Heeres, E. H. J. (2004). A synthetic strategy for novel nonsymmetrical bola amphiphiles based on carbohydrates. Carbohydrate Research, 339(6), 1147–1153

Scorzza, C., Godé, P., Martin, P., Miñana-Pérez, M., Salager, J.-L., Villa, P. & Goethals, G. (2002a). Synthesis and Surfactant Properties of a New “Extended”Glucidoamphiphile Made from D-Glucose. Journal of Surfactants and Detergents, 5(4), 331–335

Scorzza, C., Godé, P., Goethals, G., Martin, P., Miñana-Pérez, M., Salager, J.-L., Usubillaga, A. & Villa, P. (2002b). Another New Family of “Extended” Glucidoamphiphiles.Synthesis and Surfactant Properties for DifferentSugar Head Groups and Spacer Arm Lengths. Journal of Surfactants and Detergents, 5(4), 337–343

Scorzza, C., Nieves, J., Vejar, F. & Bullón, J. (2010). Synthesis and Physicochemical Characterization of Anionic Surfactants Derived from Cashew Nut Shell Oil. Journal of Surfactants and Detergents, 13(1), 27–31

Seiden, P. & Martin, J. B. (1976). U.S. Patent No. 3968169. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office Sekhon-Randhawa K.K. & Rahman P.K.S.M (2014). Rhamnolipid biosurfactants—past, present, and future scenario of

global market. Front. Microbiol, 9(5), 1 – 7, doi:10.3389/fmicb.2014.00454 Shan, J., Jiang, B., Yu, B., Li, C., Sun, Y., Guo, H., Wu, J., Klumpp, E., Schaeffer, A. & Ji, R. (2011). Isomer-Specific

Degradation of Branched and Linear 4-Nonylphenol Isomers in an Oxic Soil. Environmental Science & Technology, 45(19), 8283–8289

Shi, W., Wang, P., Li, C., Li, J., Li, H., Zhang, Z., Wu, S. & Wang, J. (2014). Synthesis of Cardanol Sulfonate Gemini Surfactant and Enthalpy-Entropy Compensation of Micellization in Aqueous Solutions. Open Journal of Applied Sciences, 4: 360-365. doi: 10.4236/ojapps.2014.46033

Shi, Y.-G., Li, J.-R. & Chu, Y.-H. (2011). Enzyme-catalyzed regioselective synthesis of sucrose-based esters. Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 86(12), 1457–1468

Shinde, S. D. & Jayakannan, M. (2013). New Amphiphilic Sulfonic Acid Dopant-Cum-Templates for Diverse Conducting Polyaniline Nanomaterials. Journal of Applied Polymer Science, 127(3), 1781–1793

Shumate, R. E., Stark, C. M., Scheibel, J. J. & Severson, R. G. Jr. (1995).U.S. Patent No. 5449770 A. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office

Simao, A.-C., Lynikaite-Pukleviciene, B., Rousseau, C., Tatibouet, A., Cassel, S., Sackus, A., Rauter, A. P., & Rollin, P. (2006). 1,2-Glycerol Carbonate: A Versatile Renewable Synthon. Letters in Organic Chemistry, 3(10), 744-748

Simon, C. K. (1967). U.S. Patent No. 3353961 A. Washington, D.C.: U.S. Patent and Trademark Office. Smith, M.B. (1994). Organic Synthesis. New York: McGraw Hill Smulders, E., Rähse, W., Von Rybinski, W., Steber, J., Sung, E. & Wiebel, F. (2002). Laundry Detergents. Weinheim,

Alemania: Wiley-VCH Soberón-Chávez, G. & Maier, R. M. (2011). Biosurfactants: A General Overview. En Soberón-Chávez, G. (Ed),

Microbiology Monographs, Volumen 20, (pp. 1 – 11). Berlín: Springer. Solvay Chemicals Internacional (2005). Polyglycerols – General Overview: Product Data Sheet. Recuperado de

http://www.solvay.us/en/binaries/Polyglycerols-Gen-Overview-238156.pdf Solvay Chemicals International (2008a). Polyglycerols in Personal Care: Application Data Sheet. Recuperado de

http://www.solvay.us/en/binaries/Polyglycerols-Personal-Care-238159.pdf Solvay Chemicals International (2008b). Polyglycerols in Industrial Applications: Application Data Sheet. Recuperado de

http://www.solvay.us/en/binaries/Polyglycerols-Ind-Apps-238157.pdf Sonnati, M. O., Amigoni, S., Taffin de Givenchy, E. P., Darmanin, T., Choulet, O. & Guittard, F. (2013). Critical Review:

Glycerol carbonate as a versatile building block for tomorrow: synthesis, reactivity, properties and applications, Green Chemistry, 15(2), 283-306

Soultani, S., Ognier, S., Engasser, J.-M. & Ghoul, M. (2003). Comparative study of some surface active properties of fructose esters and commercial sucrose esters. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 227(1-3), 35–44

Speijers, G.J.A. (s. f.). Glycerol Ester Of Wood Rosin: food and beverage grade. Section on Public Health of the Advisory Centre of Toxicology, National Institute of Public Health and Environmental Protection (RIVM), Bilthoven, Netherlands. Recuperado de http://www.inchem.org/documents/jecfa/jecmono/v37je02.htm


Stiriba, S.-E., Kautz, H. & Frey, H. (2002). Hyperbranched Molecular Nanocapsules: Comparison of the Hyperbranched

Architecture with the Perfect Linear Analogue. Journal of the American Chemical Society, 124(33), 9698-9699 Sturm, R.N. (1973). Biodegradability of Nonionic Surfactants: Screening for Predicting Rate and Ultimate Biodegradation.

Journal of the American Oil Chemists' Society, 50(5), 159 – 167 Svensson, M. & Brinck, J. (2003). Surfactants Based on Sterols and Other Alicyclic Compounds. En Holmberg, K. (Ed.),

Novel Surfactants: Preparation, Applications, and Biodegradability (2nd ed., pp. 217 - 239). New York: Marcel Dekker

Szymanowski, J. (2009). Production of Oxyethylated Fatty Acid Methyl Esters. En U. Zoller (E.d.), Handbook of Detergents. Part F: Production (pp. 271-284). Boca Ratón-FL, EE.UU.: CRC Press

Tadros, T. F. (2005). Applied Surfactants: Principles and Applications. Weinheim, Alemania: WILEY-VCH. Takayoshi, K. & Kenji, H. (2001). JP Patent No. 2001-172277. Tokyo: Japan Patent Office. Tan, C.-T. (2004). Beverage Emulsions. En Friberg, S. E., Larsson, K. & Sjoblom, J. (Eds.). Food Elmulsions (4th ed.) (pp.

484 - 524). New York: Marcel Dekker Tatsumi, T., Zhang, W., Kida, T., Nakatsuji, Y., Ono, D., Takeda, T. & Ikeda, I. (2000). Novel Hydrolyzable and

Biodegradable Cationic Gemini Surfactants: 1,3-Bis[(acyloxyalkyl)-dimethylammonio]-2-hydroxypropane Dichloride. Journal of Surfactants and Detergents, 3(2), 167–172

Teshigawara, T., Miyahara, R., Fukuhara, T. & Oka, T. (2009). Development of novel cosmetic base using sterol surfactant. II. Solubilizing of sparingly soluble ultraviolet ray absorbers. Journal of Oleo Science, 58(1), 27-36

Tian, Q., Wang, X.-H., Wang, W., Zhang, C.-N., Wang, P. & Yuan, Z. (2012). Self-assembly and liver targeting of sulfated chitosan nanoparticles functionalized with glycyrrhetinic acid. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine, 8(6), 870–879

Tosukhowong, T., Roffi, K., More, S. R., Augustine, R. L. & Tanielyan, S. (2013). W.I.P.O. Patent No. WO2013033649 A1. Munich: World Intellectual Property Organization

Trajano, H. L. & Wyman, C. E. (2013). Fundamentals of BiomassPretreatment at Low pH. En Wyman, C. E. (Ed.), Aqueous Pretreatment of Plant Biomass for Biologicaland Chemical Conversion to Fuels and Chemicals (pp. 103-128). Chichester, U.K.: John Wiley & Sons

Trombotto, S. Bouchu, A., Descotes, G. & Queneau, Y. (2000). Hydrogen peroxide oxidation of palatinose and trehalulose: direct preparation of carboxymethyl a-D-glucopyranoside. Tetrahedron Letters, 41(43), 8273–8277

Tudorache, M., Protesescu, L., Comana, S. & Parvulescu, V. I. (2012). Efficient bio-conversion of glycerol to glycerol carbonate catalyzed by lipase extracted from Aspergillus niger. Green Chemistry, 14(2), 478-482

Tundo, P. & Selva, M. (2002). The Chemistry of Dimethyl Carbonate. Accounts of Chemical Research, 35(9), 706–716 Tykarska, E., Sobiak, S. &Gdaniec, M. (2012). Supramolecular Organization of Neutral and Ionic Forms of Pharmaceutically

Relevant Glycyrrhizic Acid-Amphiphile Self-Assembly and Inclusion of Small Drug Molecules. Crystal Growth & Design, 12(4), 2133−2137

Tyman, J.H.P. (1978). Long-chain phenols: XIII. Quantitative analysis of the phenolic composition of natural cashew nut-shell liquid (anacardium occidentale) by thin-layer chromatography, densitometry and ultraviolet spectrophotometry. Journal of Chromatography, 166(1), 159–172

Tyman, J.H.P. (1996). Studies in Organic Chemistry Nº 52: Synthetic And Natural Phenols. Amsterdam: Elsevier Science Tyman, J. H. P. & Bruce, I. E. (2003). Synthesis and Characterization of Polyethoxylate Surfactants Derived from Phenolic

Lipids. Journal of Surfactants and Detergents, 6(4), 291–297 Tyman, J. H. P. & Bruce, I. E. (2004). Surfactant Properties and Biodegradationof Polyethoxylates from Phenolic Lipids,

Journal of Surfactants and Detergents, 7(2), 169-173 Uno, M. & Okutsu, M. (2011). U.S. Patent No. 7888517B2. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office Urata, K., Yano, S., Kawamata, A., Takaishi, N. & Inamoto, Y. (1988). A Convenient Synthesis of Long-Chain 1-O-Alkyl

Glyceryl Ethers. Journal of the American Oil Chemists' Society, 65(8), 1299-1302 Urata, K. & Takaishi, N. (1994). The Alkyl Glycidyl Ether as Synthetic Building Blocks. Journal of the American Oil

Chemists' Society, 71(9), 1027 – 1033 Urata, K., Yano, S. & Takaishi, N. (1995). Preparations and Reactions of Alkyl Ethers of Some Aldohexoses. Journal of the

American Oil Chemists' Society, 72(1), 73-81 Urata, K. & Takaishi, N. (1996). Ether Lipids Based on the Glyceryl Ether Skeleton: Present State, Future Potential. Journal

of the American Oil Chemists' Society, 73(7), 819 – 830 Urata, K. & Takaishi, N. (1998). Applications of Protecting Groups in the Synthesis of Surfactants, Lipids, and Related

Compounds. Journal of Surfactants and Detergents, 1(1), 73–82 Urata, K. & Takaishi, N. (1999). Newer Synthetic Approaches to Surfactants, Lipids, and Related Compounds Based on C-3

Building Blocks: Recent Advances Related to Fatty Chemistry. Journal of Surfactants and Detergents, 2(1), 91–103


Urata, K. & Takaishi, N. (2001). A Perspective on the Contribution of Surfactants and Lipids Toward “Green Chemistry”: Present States and Future Potential. Journal of Surfactants and Detergents, 4(2), 191–200

Urata, K. & Takaishi, N. (2002a). Self-Assembly of Compounds Based on a Glycerin Skeleton as a C-3 Building Block. Part I. Journal of Surfactants and Detergents, 5(3), 287–294

Urata, K. & Takaishi, N. (2002b). Self-Assembly of Compounds Based on a Glycerin Skeleton as C-3 Building Block. Part II. Journal of Surfactants and Detergents, 5(4), 403–409

Valentin, R., Alignan, M., Giacinti, G., Renaud, F. N. R., Raymond, B. & Mouloungui, Z. (2012). Pure short-chain glycerol fatty acid esters and glycerylic cyclocarbonic fatty acid esters as surface active and antimicrobial coagels protecting surfaces by promoting superhydrophilicity. Journal of Colloid and Interface Science, 365(1), 280–288

van Bogaert, I.N.A., Ciesielska, K., Devreese, B. & Soetaert, W. (2015). Sophorolipids: Microbial Synthesis and Application. En Kosaric, N. & Vardar-Sukan, F. (Eds.), Biosurfactants: Production and Utilization—Processes, Technologies, and Economics (pp. 19 – 36). Boca Raton, FL, EE.UU.: CRC Press / Taylor & Francis Group

van Doren, H. A., Smits, E., Pestman, J. M., Engberts, J. B. F. N. & Kellogg, R. M. (2000). Mesogenic sugars. From aldoses to liquid crystals and surfactants. Chemical Society Reviews, 29(3), 183–199

van Es, D. S., Marinkovic, S., Oduber, X. & Estrine, B. (2013). Use of Furandicarboxylic Acid and Its Decyl Ester as Additives in the Fischer’s Glycosylation of Decanol by D-Glucose: Physicochemical Properties of the Surfactant Compositions Obtained. Journal of Surfactants and Detergents, 16(2), 147–154

Vassilev, S. V., Baxter, D., Andersen, L. K. & Vassileva, C. G. (2010). An overview of the chemical composition of biomass. Fuel, 89(5), 913–933

Vázquez, M.J., Alonso, J.L., Domínguez, H. & Parajó, J.C. (2000). Xylooligosaccharides: manufacture and applications. Trends in Food Science & Technology, 11(11), 387–393

Verhoff, F. H. (2002). Citric Acid. En Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (6th ed.). Edición digital en CD-ROM Vieville, C., Yoo, J.W., Pelet, S. & Mouloungui, Z. (1998). Synthesis of glycerol carbonate by direct carbonatation of

glicerol in supercritical CO2 in the presence of zeolites and ion Exchange resins. Catalysis Letters, 56(4), 245–247 Villa, P. J., Ronco, G. L., Guigue, O. F. R., Fauvin, M. A.ndrianjatovo & Douillet, O. C. E. (1996). Pantente No.

FR2728257-A1. Paris: Institut National de la Propriété Industrielle (INPI) Vintiloiu, A. & Leroux, J.-C. (2008). Organogels and their use in drug delivery — A review. Journal of Controlled Release,

125(3), 179–192 Vlahov, I. R., Vlahova, P. I. & Linhardt, R. J. (1997). Regioselective Synthesis of Sucrose Monoesters as Surfactants.

Journal of Carbohydrate Chemistry, 16(1), 1-10 von Minden, H.M., Morr, M., Milkereit, G., Heinz, E. & Vill, V. (2002). Synthesis and mesogenic properties of glycosyl

diacylglycerols. Chemistry and Physics of Lipids, 114(1), 55–80 von Rybinski, W. & Hill, K. (1998). Alkyl Polyglycosides: Properties and Applications of a new Class of Surfactants.

Angewandte Chemie International Edition, 37(10), 1328-1345 von Rybinski, W. & Hill, K. (2003) Alkyl Polyglycosides. En Holmberg, K. (Ed.), Novel Surfactants: Preparation,

Applications, and Biodegradability (2nd ed., pp. 35 - 93). New York: Marcel Dekker Wade, L.G. (2004). Química Orgánica (5th ed.). Madrid: Pearson Educación Wagenaar, A. & Engberts, J. B. F. N. (2007). Synthesis of nonionic reduced-sugar based bola amphiphiles and gemini

surfactants with an α,ω-diamino-(oxa)alkyl spacer. Tetrahedron, 63(43), 10622–10629 Wang, J., Wang, Y., Li, C. & Li, J. (2011). Synthesis and Surface Activity of Biomass Cardanol Sulfonate Surfactant,

Advanced Materials Research, 183-185: 1534-1538. doi:10.4028/www.scientific.net/AMR.183-185.1534 Wang, Q., Zhang, S. & Yang, J. (2007). Regioselective formation of 6-O-acylsucroses and 6,3’-di-O-acylsucroses via the

stannylene acetal method. Carbohydrate Research, 342(17), 2657–2663 Wang, Z. (2009). Comprehensive Organic Name Reactions and Reagents. New Jersey, EE.UU.: John Wiley & Sons Warwel, S., Brüse, F., Demes, C., Kunz, M. & Rüsch gen. Klaas, M. (2001). Polymers and surfactants on the basis of

renewable resources. Chemosphere, 43(1), 39 – 48 Warwel, S. & Brüse, F. (2004). Glucamine-Based Gemini Surfactants II: Gemini Surfactants from Long-Chain N-Alkyl

Glucamines and Epoxy Resins. Journal of Surfactants and Detergents, 7(2), 187–193 Warwel, S., Brüse, F. & Schier, H. (2004). Glucamine-Based Gemini Surfactants I: Gemini Surfactants from Long-Chain N-

Alkyl Glucamines and α,ω-Diepoxides. Journal Of Surfactants And Detergents, 7(2), 181–186 WEASTRA, S.R.O. (2012). WP 8.1. Determination of market potential for selected platform chemicals Itaconic acid,

Succinic acid, 2,5-Furandicarboxylic acid. Recuperado de http://www.bioconsept.eu/wp-content/uploads/BioConSepT_Market-potential-for-selected-platform-chemicals_ppt1.pdf

Werpy, T. & Petersen, G. (Eds.). (2004). Top Value Added Chemicals from Biomass. Volume I: Results of Screening for Potential Candidates from Sugars and Synthesis Gas (NREL/TP-510-35523). Golden-CO, EE.UU.: The National Renewable Energy Laboratory (NREL) for the U.S. Department of Energy. Recuperado de www.nrel.gov/docs/fy04osti/35523.pdf


Willke, T. & Vorlop, K.-D. (2001). Biotechnological production of itaconic acid. Applied Microbiology and Biotechnology,

56(3-4), 289–295 Wilms, D., Stiriba, S.-E. & Frey, H. (2010). Hyperbranched Polyglycerols: From the Controlled Synthesis of Biocompatible

Polyether Polyols to Multipurpose Applications. Accounts of Chemical Research, 43(1), 129-141 Winkler, M., Lacerda, T. M., Mack, F. & Meier, M. A. R. (2015). Renewable Polymers from Itaconic Acid by

Polycondensation and Ring-Opening-Metathesis Polymerization. Macromolecules, 48(5), 1398–1403 Wittcoff, H. A., Reuben, B. G. & Plotkin, J. S. (2013). Industrial Organic Chemicals (3d ed.). New Jersey: John Wiley &

Sons Wu, F., Xu, T., Liu, C., Chen, C., Song, X., Zheng, Y., & He, G. (2013). Glycyrrhetinic Acid-Poly(ethylene glycol)-

glycyrrhetinic Acid Tri-Block Conjugates Based Self-Assembled Micelles for Hepatic Targeted Delivery of Poorly Water Soluble Drug. The Scientific World Journal, Article ID 913654. Recuperado de http://dx.doi.org/10.1155/2013/913654

Wu, H.-W. (2002). W.I.P.O. Patent No. WO 2002067992 A2. Ginebra, Suiza: World Intellectual Property Organization Wyman, C. E., Decker, S. R., Himmel, M. E., Brady, J. W., Skopec, C. E. & Viikari, L. (2005). Hydrolysis of cellulose and

hemicellulose, in Polysaccharides: Structural Diversity and Functional Versatility. En Dumitriu, S. (Ed.), Polysaccharides: Structural Diversity and Functional Versatility (2nd ed) (pp. 995–1033). New York: Marcel Dekker

Xu, Q., Li, S., Huang, H. & Wen, J. (2012). Key technologies for the industrial production of fumaric acid by fermentation. Biotechnology Advances, 30(6), 1685–1696

Yamagishi, F., Endo, F., Oci, H. & Kozuka, Y. (1974). U.S. Patent No. 3792041. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office

Yamaguchi, A., Hiyoshi, N., Sato, O. & Shirai, M. (2011). Sorbitol dehydration in high temperature liquid water. Green Chemistry, 2011(13), 873–881

Yang, F., Hanna, M. A. & Sun, R. (2012). Value-added uses for crude glycerol --a byproduct of biodiesel production. Biotechnology for Biofuels, 5(13). doi:10.1186/1754-6834-5-13.

ver http://www.biotechnologyforbiofuels.com/content/5/1/13) Yang, T., Rebsdorf, M., Engelrud, U. & Xu, X. (2005). Enzymatic Production of Monoacylglycerols Containing

Polyunsaturated Fatty Acids through an Efficient Glycerolysis System. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 53(5), 1475-1481

Yoo, J.-W., Mouloungui, Z. & Gaset, A. (1998). W.I.P.O. Patent No. WO/1998/040371. Ginebra, Suiza: World Intellectual Property Organization

Yu, C. C., Lee, Y.-S., Cheon, B. S. & Lee, S. H. (2003). Synthesis of Glycerol Monostearate with High Purity. Bulletin of the Korean Chemical Society Notes, 24(8), 1229- 1231

Zhang, J., Wang, L., Liu, F., Meng, X., Mao, J. & Xiao, F.-S. (2015). Enhanced Catalytic Performance In Dehydration of Sorbitol to Isosorbide over a Superhydrophobic Mesoporous Acid Catalyst. Catalysis Today, 242(Part B), 249–254

Zhang, X., Song, F., Taxipalati, M., Wei, W. & Feng, F. (2014). Comparative Study of Surface-Active Properties and Antimicrobial Activities of Disaccharide Monoesters. PLoS ONE, 9(12), e114845. doi:10.1371/journal.pone.0114845

Zhang, Y., Xu, Y., Qiu, S. & Yang, L. (2013). Synthesis and Properties of Mono or Double Long-Chain Alkanolamine Surfactants. Journal of Surfactants and Detergents, 16(6), 841-848

Zhang, Z. Tan, S. & Feng, S.-S. (2012). Vitamin E TPGS as a molecular biomaterial for drug delivery. Biomaterials, 33(19), 4889-4906

Zhao, J. (2007) U.S. Patent No. 20070128289 A1. Washington, D.C.: U.S. Patent and Trademark Office Zhu, Y., Durand, M., Molinier, V. & Aubry, J.-M. (2008). Isosorbide as a novel polar head derived from renewable

resources. Application to the design of short-chain amphiphiles with hydrotropic properties. Green Chemistry, 10(5), 532–540

Zwijnenburg, A. (2013). Fats and Oils as Raw Material for the Chemical Industry. En Imhof, P. & van der Waal, J. C. (Eds.), Catalytic Process Development for Renewable Materials (pp. 167 – 181). Weinheim, Alemania: Wiley-VCH


Texto: Surfactantes producidos a partir de derivados de la biomasa Autor: María Soledad ORTIZ PACHECO email: [email protected] Referencia: Super Cuaderno FIRP # SC307R Versión # 2 (12/07/2016) Editado y publicado por: Laboratorio FIRP Escuela de INGENIERIA QUIMICA, UNIVERSIDAD de Los ANDES Mérida 5101 VENEZUELA

Derechos reservados

Condiciones de Reproducción

Los cuadernos FIRP están destinados a docentes y estudiantes. Pueden reproducirse libremente solo para uso individual.

Su venta o su reproducción como material de apoyo de cursos con pago de matrícula requiere una autorización escrita del autor o del editor ([email protected])

Laboratorio FIRP, telef: (0274) 2402954 Fax: (0274) 2402957 Escuela de INGENIERIA QUIMICA,

e-mail: [email protected] UNIVERSIDAD de Los ANDES Mérida 5101 VENEZUELA

www.firp.ula.ve

Documents

Contenido - Lab FIRP English