MXPA04010989A - Copolimeros de aminoacidos y metodos de producirlos. - Google Patents

Abstract

Se describen copolimeros basados en acido aspartico sus moleculas precursoras y metodos de producirlos. Los copolimeros son solubles en agua en un amplio intervalo de peso molecular y composicion. Su preparacion involucra la conversion de una polisuccinimida a copolimeros de composicion definida, que contiene residuos aspartato y succinimida y/o residuos de asparagina. En particular los copolimeros incluyen terpolimeros de aspartato, asparagina, y succinimida solubles en agua.

Description

COPOLIMEROS DE AMINOÁCIDOS Y ME ODOS DE PRODUCIRLOS CAMPO DE LA INVENCION La presente invención concierne a copolimeros de aspartato de composición definida y a métodos de producirlos desde polisuccinimida. Más particularmente, la invención concierne a copolimeros de succinimida/aspartato y de aspartato/asparagina acuosoluble y a terpolimeros de aspartato, asparagina, y succinimida acuosolubles .

ANTECEDENTES DE LA INVENCION La polimerización de ácido aspártico y de precursores de ácido aspártico, tales como ácido maleico más amoniaco, para producir primero polisuccinimida, luego poliaspartato por medio de hidrólisis ligeramente alcalina de los anillos imida, ha sido sujeta de investigación y desarrollo comerciales por más de dos décadas. Muchos de estos esfuerzos se resumen en las Patentes E.U. Nos. 5,981,691 y 6,495,658 de Sises y colaboradores (1999, 2002) . Estos polímeros polianiónicos tienen las ventajas de fácil biodegradabilidad y buena biocompatibilidad. Aunque la investigación y el desarrollo de polisuccinimida y de poliaspartato en una gran escala ha tenido lugar en numerosas compañías durante este intervalo, la comercialización exitosa de las moléculas ha sido limitada por dificultades técnicas de varias clases. La Compañía Bayer ha usado la ruta de maléico-más amoníaco para producir moléculas de bajo peso molecular (aproximadamente 2000 a 3000 Da) . Además, estas moléculas son de morfología ramificada en vez de ser lineales, lo cual tiende a impedir la degradabilidad ambiental. Estas moléculas se han introducido en numerosos productos, incluyendo detergentes, en los cuales los poliaspartatos proporcionan dispersidad y protección contra la reincrustación de incrustaciones minerales. La ruta maléico más amoníaco, no obstante, no es extensible más allá del intervalo de pesos moleculares bajos. Este problema, más la morfología ramificada de los productos poliméricos, tiende a limitar la utilidad y los resultados de estas moléculas en muchos mercados. Otras compañías, por ejemplo Rohm y Haas, Solutia, y Donlar Corporation, se han enfocado sobre la polimerización ' del ácido aspártico mismo. La polimerización térmica vía seca del ácido aspártico da como resultado primero las polisuccinimidas, luego los poliaspartatos siguiendo la ruptura del anillo vía tratamiento ligeramente alcalino, que son de tamaño algo más grande (pesos moleculares alrededor de 3,000 a 5,000), y también menos ramificados, que los descritos anteriormente. Donlar introdujo este tipo de poliaspartato en algunos mercados de detergentes y también en una aplicación en el campo del petróleo, y ha hecho un esfuerzo para introducir el poliaspartato en los mercados de la agricultura como un aditivo para el suelo y mejorador del crecimiento. Mukouyama, en la Patente U.S. No. 6,380,350 (2002) expone la polimerización del ácido aspártico en agua vía térmica y presión en una autoclave. El producto es ácido poliaspártico, obtenido directamente, sin producción de la polisuccinimida intermediaria. De manera razonable, se reportaron altos rendimientos de ácidos aspárticos de bajos pesos moleculares. Muchos, si no es que la mayoría de los mercados requieren de moléculas más grandes, en numerosos casos muchas moléculas más grandes, que varían desde 10,000 a 100,000 0 más en peso molecular. El procedimiento principal para estos resultados ha sido el uso de catalizadores ácidos, típicamente, ácido fosfórico o ácido polifosfórico, hasta 30 % o más del peso del monómero de ácido aspártico, como un agente que promueve la polimerización rápida. En este procedimiento, los polímeros alcanzan un tamaño mayor antes de que la extensión de la cadena se termine. Dicha terminación es generalmente debida a la descomposición térmica del amino termini, los cuales son completamente ausentes en poliaspartatos producidos térmicamente a partir de la terminación de la extensión de la cadena. Moléculas en el intervalo de 30,000 Da y algo mayores son logrables vía catálisis ácida. Un beneficio adicional de este procedimiento es que el la formación del color tiende a ser suprimida bajo estas condiciones, dando como resultado polímeros de color blancuzco a ligeramente marrones, favorable. No obstante, el uso y remoción subsecuente del catalizador ácido aumenta significativamente el costo. Los intentos para producir copolímeros de aspartato y succinimida por medio de ruptura del anillo subestequiométricamente en medio ligeramente alcalino de los residuos imida de la succinimida no fueron exitosos (Wolky colaboradores, 1994) . El tratamiento de una suspensión acuosa de residuos de partículas de polisuccinimida con NaOH, por ejemplo, produjo una fase soluble que contenía poliaspartato de anillo totalmente interrumpido y una fase insoluble de polímero de succinimida. El ataque alcalino pareció llevar las moléculas de succinimida superficiales en solución, donde rápidamente se volvieron de abertura anular completa, dejando una partícula residual de polisuccinimida insoluble. Esencialmente, no hubo evidencia de copolímeros producidos vía este procedimiento. El uso de hidróxido de amonio para la abertura anular de la polisuccinimida fue reportado por Koskan y Mean en la Patente U.S. No. 5,219,952; no obstante, solamente se describió el poliaspartato como el producto. Cuando se usó un gran exceso de amoniaco liquido bajo presión para la ruptura del anillo de polisuccinimida, se produjo un homopolimero de asparagina (Ma, 2002; US 6,365,706) . Los copolimeros de ácido aspártico y succinimida que contienen niveles indefinidos de residuos asparagina se han descrito como productos de reacción de la ruta maléico-más-amoníaco para pesos . moleculares bajos, polisuccinimidas ramificadas, que resultan del uso de gran exceso de amoniaco. Además, cuando las temperaturas de polimerización fueron demasiado bajas o las condiciones de reacción fueron de otra manera insuficientes (por ejemplo, un intervalo demasiado corto de calentamiento), para efectuar completamente la ruptura del anillo de residuos succinimida, se reportó que tuvieron lugar residuos de ácido aspártico en los copolimeros del producto. (Ver, por ejemplo Groth y colaboradores, Patentes U.S. Nos. 5, 493, 004, 5,594,077, 5,714558, y 6, 054, 553; Kroner y colaboradores, Patentes Nos. 5,548,036 y 5,639,832) . Estos reportes describen copolimeros producidos como productos laterales indefinidos e indeseables, en vez de los copolimeros de aspartato-asparagina-succinimida definidos, descritos en la presente. Derivatización Otro aspecto útil de las polisuccinimidas es la reactividad de los anillos imida para la derivatización. Nucleófilos, tales como compuestos amino, forman fácilmente enlaces covalentes en la estructura principal del polímero vía la formación de enlaces amida en el carbono del carbonilo, por medio del ataque de los enlaces imida al nitrógeno de la imida. No obstante, debido a la baja solubilidad en agua y a la humectabilidad de estos compuestos, la mayoría de los esfuerzos para producir derivados de poliaspartato vía esta ruta (es decir la derivatización, seguida por la ruptura alcalina del anillo de residuos succinimida sin reaccionar) se ha conducido en solventes orgánicos tales como dimetil formamida y diclorometano, en los cuales la polisuccinimida y usualmente el aditivo nucleofílico son ambos solubles. El uso de dichos solventes es costoso y también milita contra el uso de los productos en muchos mercados, por ejemplo, los mercados biomédicos y del cuidado personal, en los cuales aún trazas de solventes orgánicos no son permisibles. Por estas razones, así como también por las razones ya citadas que conciernen a los homopolímeros por sí mismos, derivados de las polisuccinimidas y poliaspartatos no encuentran aplicaciones comercializables a la fecha. Se ha intentado funcionalizar la polisuccinimida en agua vía adición nucleofílica de compuestos amino a una suspensión acuosa de polisuccinimida. Cuando el nucleófilo se añade a la poliimida, éste es solubilizado gradualmente, y puede entonces adicionalmente ser funcionarizado mucho más fácilmente en agua. Los problemas con este procedimiento incluyen la producción de moléculas heterogéneas (polisuccinimidas superficiales de las partículas de polisuccinimidas tienden a volverse sobre-derivati zadas , las otras sub-derivatizadas) , más la lentitud e ineficiencia total del proceso. Consecuentemente, la mayoría de estos procedimientos no se han proseguido. Co-poliamidas de aminoácidos, acuosolubles, primera generación Los copolímeros de aspartato y succinimida fueron descritos por Sikes y colaboradores (1999, US 5, 981,691; Patente US No. 6,495,658; ambas incorporadas a la presente como referencia) . En estos procedimientos, se produjeron copolímeros vía copolimerización térmica del ácido aspártico y aspartato de sodio, que conduce directamente a copolímeros que contienen imida, y que pone en evidencia la producción intermedia de polisuccinimida. Los copolímeros son muy solubles en agua y por consiguiente, fácilmente derivables vía adición nucleofilica en agua, facilitando la producción económica de derivados de alto rendimiento que tengan perfiles ambientales favorables. No obstante, permanecen aún varios problemas inherentes. Por ejemplo, la síntesis de los copolímeros por medio de este método da como resultado productos significativamente ramificados, de bajo peso molecular, moderadamente a muy coloreados (ligeramente marrón a rojizo obscuro). Solamente los métodos descritos para lograr peso molecular algo mayores tuvieron la inclusión de reticulacón y de comonómeros expansores de cadena, tales como lisina, y la inclusión de un poliaspartato preformado en la mezcla polimerizante de ácido aspártico comonomérico y aspartato de sodio. Además, los procesos sintéticos descritos requieren el pH y contenido iónico de las soluciones reactantes, antes de la policondensación térmica, para ser controlados en límites estrechos. Esta restricción evita la utilización de estrategias tales como catálisis ácida para promover la producción de formas de alto peso molecular de polisuccinimida y poliaspartato. La catálisis ácida también proporciona la ventaja de producir polisuccinimidas de color claro (ligeramente marrón a color crema), como se mencionó anteriormente. Por consiguiente, los métodos disponibles actualmente para producir copolímeros de aspartato-succinimida acuosolubles, facilitan la producción solamente de formas ramificadas, de bajo peso molecular de los copolímeros.

SUMARIO DE IA INVENCION En un aspecto, la invención proporciona un copolímero que contiene aspartato que comprende residuos monoméricos seleccionados de (a) residuos aspartato, los cuales pueden ser substituidos en el carboxilo de la cadena lateral, (b) residuos asparagina, los cuales pueden ser substituidos en el nitrógeno de la cadena lateral, y (c) residuos succinimida. El copolímero comprende el residuo (a) y al menos un tipo de residuo seleccionado de (b) y (c) , y está caracterizado por: (i) un peso molecular mayor de 5,000 Daltones, o (ii) una morfología substancialmente lineal y un peso molecular mayor de 600 Daltones, o (iii) solubilidad en agua y un peso molecular mayor de 2,000 Daltones, o cualquier combinación de éstos. En una modalidad, el copolímero tiene un peso molecular de hasta aproximadamente 100,000 daltones. Preferiblemente, el copolímero es acuosoluble y tiene un peso molecular de aproximadamente 5000 a aproximadamente 100,000 Daltones. En una modalidad, un copolímero tal tiene también una morfología substancialmente lineal.

En otras modalidades, el copolimero tiene una morfología lineal y un peso molecular de aproximadamente 5000 a aproximadamente 100,000 Daltones, o de aproximadamente 30,000 a aproximadamente 100,000 Daltones. En aún modalidades adicionales, el copolimero tiene una morfología ramificada y un peso molecular de aproximadamente 5,000 a aproximadamente 100,000 Daltones, o de aproximadamente 30,000 a aproximadamente 100,000 Daltones. En los copolímeros objeto de la invención, el aspartato, asparagina y succinimida mencionados anteriormente, pueden comprender, por ejemplo, aproximadamente 5 a 95 moles por ciento de aspartato, 0 a 80 moles por ciento de asparagina, y 0 a aproximadamente 95 moles por ciento más preferiblemente aproximadamente 5 a 95 moles por ciento de succinimida (aunque los porcentajes molares de asparagina y succinimida no son simultáneamente cero) . En modalidades adicionales, los copolímeros comprenden aproximadamente 30 a 50 moles por ciento de aspartato, 0 a aproximadamente 5 moles por ciento de asparagina y aproximadamente 45 a 65 moles por ciento de succinimida. En modalidades adicionales, los copolímeros comprenden aproximadamente 5 a 95 moles por ciento de aspartato, aproximadamente 5. a 95 moles por ciento de asparagina, y 0 a aproximadamente 60 moles por ciento de succinimida. En un a modalidad, los copolímeros no tienen (cero moles por ciento) de residuos asparagina. En otra modalidad, los copolímeros no tienen (cero moles por ciento) de residuos succinimida. Preferiblemente, al menos 50 moles por ciento del copolímero consiste de residuos monoméricos seleccionados de residuos aspartato, asparagina, y succinimida anteriormente mencionados. Estos residuos pueden también constituir, por ejemplo, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, o más de 95 % del copolímero. Otros residuos monoméricos que pueden incluirse en el copolímero, a niveles de hasta aproximadamente 50 moles por ciento, incluyen, por ejemplo, residuos derivados de otros aminoácidos, ácidos dicarboxílicos, ácidos tri-carboxílicos, alquil aminas, alquil diaminas, alquil poliaminas, amino azúcares y amino sacáridos. En una modalidad, los residuos asparagina no son substituidos; en otras modalidades, uno o más residuos asparagina son substituidos en el nitrógeno de la cadena lateral, por ejemplo, con un grupo seleccionado independientemente de sulfonato, fosfonato, siloxano, , sacárido, polioxialquileno, alquilo graso, alquenilo graso, y acilo graso. En otra modalidad, los residuos aspartato no son substituidos y están en forma (ácida) neutralizada, o tienen un ión metálico contrario, preferiblemente seleccionado de sodio, potasio,, calcio, magnesio, zinc, aluminio, hierro, bario, cobre, molibdeno, níquel, cobalto, y manganeso. En una modalidad, el ión contrario es sodio. En otras modalidades, uno o más residuos aspartato son substituidos en el grupo carboxilo . de la cadena lateral, por ejemplo como un éster o amida. En un aspecto relacionado, la invención proporciona un método de sintetizar un copolímero de aspartato, el método comprende : (a) añadir a una suspensión acuosa de una polisuccinimida, a un pH de aproximadamente 8 - 12, un reactivo seleccionado de (i) hidróxido de amonio y (ii) una mezcla de hidróxido de amonio y de un hidróxido metálico, efectiva para producir un producto copolimérico que contenga residuos aspartato y asparagina; y (b) secar el producto copolimérico bajo condiciones no hidrolíticas . Cuando el producto copolimérico contiene residuos aspartato de amonio, la etapa (b) de secado es efectiva para convertir al menos una porción, y en algunos casos todos estos residuos aspartato de amonio a residuos ácido aspártico . Para formar un copolímero que contenga residuos succinimida, el método comprende adicionalmente la etapa © de calentar el producto copolimérico de (b) , efectivo para convertir al menos una porción, y en algunos casos todos los residuos ácido aspártico a residuos succinimida. Generalmente, se usa en la etapa (a) un pH de aproximadamente 9-11, y el hidróxido metálico, cuando está presente, es típicamente hidróxido de sodio. Las condiciones del secado de la etapa (b) preferiblemente incluyen una temperatura inferior a aproximadamente 90 °C . La etapa de calentamiento (c) generalmente se lleva a cabo a aproximadamente 160-350 °C, por ejemplo, aproximadamente 180 - 220 °C. En una modalidad adicional del método, una solución del copolímero formado desde la polisuccinimida vía la ruptura del anillo ligeramente alcalina (a) , es ajustada a un pH en el intervalo de 2 a 6.5 por adición de un ácido. La solución de copolímero de pH ajustado es entonces (b) secada, preferiblemente bajo condiciones hidrolíticas, para remover el agua, luego (c) calentada para convertir al menos algo de, y en algunos casos todos los residuos aspartato de amonio y ácido aspártico a residuos succinimida. Este procedimiento, que comprende, la etapa de ajuste de pH, es efectivo para producir copolímeros que tengan generalmente niveles más altos de succinimida y niveles más bajos de residuos aspartato que los procedimientos que no emplean esta etapa. La invención también proporciona métodos para la producción de copolimeros de ácido aspártico y de succinimida desde ácidos poliaspárticos o poliaspartatos preforinados . Soluciones de estos polímeros son ajustadas a un pH de 2 a 6.5, son secadas, preferiblemente no hidrolíticamente, luego calentadas para efectuar la ciclización de los residuos de ácido aspártico. Residuos de aspartato aniónico, que tengan iones contrarios catiónicos no volátiles, tales como sodio, son bloqueadas día ciclización y por consiguiente permanecen como residuos aspartato aniónico. Alternativamente, una solución de un poliaspartato polimérico que tenga un ón contrario catiónico diferente de hidrógeno, tal como un poliaspartato de sodio, es tratada para reemplazar el ión contrario con hidrógeno, por diálisis o por intercambio iónico, y la solución resultante, es liofilizada. La invención también incluye, en algunas modalidades, derivatizar el copolímero obtenido después de la etapa (c) de calentamiento, por reacción de uno o más reactivos derivatizantes en los grupos carbonilo de la succinimida, en los grupos laterales amina de la asparagina, en los grupos laterales carboxilo del aspartato, o una combinación de éstos. En una modalidad preferida, esta derivatización puede llevarse a cabo en un medio acuoso.

Los copolímeros y derivados de éstos producto tienen muchos usos prácticos, y pueden ser derivatizados adicionalmente y/o incorporados en varios productos, como se discute posteriormente de manera adicional. Por consiguiente, la invención también abarcar el uso de un copol mero de aspartato como se describió anteriormente, que comprende (a) residuos aspartato, los cuales pueden ser substituidos en el carboxilo de la cadena lateral, y al menos un residuo seleccionado de (b) residuos asparagina, los cuales pueden ser substituidos en el nitrógeno de la cadena lateral, y (c) residuos succinimida, y caracterizados por (i) un peso molecular mayor de 5, 000 Daltones, o (ii) una morfología subtancialmente lineal y un peso molecular mayor de 600 Daltones, o (iii) solubilidad en agua y un peso molecular mayor de 2000 Daltones, o cualquier combinación de éstos; en la producción de un producto tal, particularmente de un producto seleccionado de: un agente floculante, un agente de retención en suelos, un empaque biodegradable, un estabilizador enzimático, un reticulador para recubrimientos pulverizados, un aditivo para uso en recubrimientos removible, y un aditivo para uso en compuestos (por ejemplo, minerales/ fibras con aglutinantes orgánicos) . Por ejemplo, derivados útiles incluyen los productos de conjugar un copolimero que contenga imida de la invención con un compuesto que contenga hidroxilo polimérico, seleccionado de por ejemplo, almidón, pululano, celulósicos, póliglicoles, polialcoholes, y polisacáridos de gomas. Los productos pueden ser usados, por ejemplo, como agentes clarificantes en tratamiento de aguas y tratamiento de desechos, o como agentes para la conservación del agua y de retención en suelos en agricultura . Estos y otros objetos y aspectos de la invención serán más obvios cuando la siguiente descripción detallada de la invención sea estudiada conjuntamente con los dibujos anexos.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS La Figura 1, es un esquema de reacción que muestra la preparación de copolimeros de aspartato-asparagina-succinimida, de conformidad con modalidades seleccionadas de la invención, empleando un hidróxido metálico e hidróxido de amonio para ciclizar, con una etapa opcional de ajuste de pH; La Figura 2, es un esquema de reacción que muestra la preparación de copolimeros de aspartato-asparagina-succinimida, de conformidad con modalidades seleccionadas adicionales de la invención, empleando hidróxido de amonio para ciclizar, con una etapa opcional de ajuste de pH; La Figura 3, es un espectro en infrarrojo de la polisuccinimida de 5 kDa del Ejemplo 1, que muestra un pico de imida característico a 1705 cm"1 y una señal amida a 1524 cm"1, siendo esto indicativo de de residuos de ciclización como ocurriría en los puntos de ramificación; La Figura 4, es un espectro infrarrojo de poliaspartato de sodio, preparado desde la polisuccinimida de 30 kDa del Ejemplo 2, que muestra un diagnóstico de dupleto de amida en la región de 1500-1600 cm"1, y señales carboxilato angulosamente a 1385 cm"1 y ampliamente en la región de 3200 a 3300 cm"1. La Figura 5, es un espectro infrarrojo de un copolímero de aspartato de amonio y de asparagina, como sepreparó en el Ejemplo 12, usando 2 mmoles de NH4OH por mol de residuos succinimida en el material inicial, que muestra señales de asparagina características a 1642 cm"1 y 3062 cm"1, correspondientes al enlace amida del grupo-R de la cadena lateral; La Figura 6, es un espectro infrarrojo de un copolímero de aspartato de amonio/aspartato de sodio/asparagina, preparado como se describe en el Ejemplo 3, después de calentar a 220 °C por 10 horas, que muestra una señal imida prominente a 1704 cm"1; La Figura 7 es un espectro infrarrojo del terpolímero de aspartato de sodio/asparagina/succinimida del Ejemplo 8f que muestra un pico de imida definido a 1705 cnf1 y la emergencia de una señal amida de cadena lateral de asparagina a 1650 cm"1; y La Figura 8, es un espectro infrarrojo del copolimero de ácido aspártico/succinimida del Ejemplo 19, preparado por acidificación vía diálisis y liofilización de poliaspartato de sodio, que muestra una señal imida clara a 1720 cm"1.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION I . Definiciones Los términos que siguen, como se usan en la presente, tienen las definiciones siguientes, a menos que se indique de otra manera: "Peso molecular" de un polímero, se refiere a un peso que expresa el peso molecular promedio como se determinó por cromatografía por permeación sobre gel (GPC) , preferiblemente usando polímeros de poliaspartato comerciales como estándares. "Substancialmente lineal" con referencia a una estructura polimérica principal, indica que la estructura principal tiene a lo más un punto de ramificación por seis residuos monoméricos, preferiblemente a lo más uno por 12 residuos, y más preferiblemente a lo más uno por 20 residuos, generalmente con una base aleatoria. "Soluble en agua", indica que un copolímero es mayor que 95 , y preferiblemente mayor que 99 %, soluble en agua a temperatura ambiente. Un "residuo aspartato", como se usa en la presente, incluye residuos de estructura principal de la forma -CH (COOR) -CH2- (C=0) -NH- o -CH (CH2COOR) - (C=0) -NH- { formas OÍ y ß, respectivamente) , donde R eágehódr un ión contrario catiónico, o copolimeros derivados, un substituyente . El término, incluye así residuos de ácido aspártico así como también residuos de aspartato de amonio o metálico. Un "copolímero de "aspartato/succinimida", como se define en la presente, contiene residuos de aspartato y succinimida, puede también contener residuos de asparagina, y puede contener adicionalmente hasta 50 moles por ciento, preferiblemente hasta 10 moles por ciento, de otros residuos monoméricos. De manera similar, un "copolímero de aspartato/asparagina", como se define en la presente, contiene residuos de aspartato y de asparagina, puede contener también residuos de succinimida, y puede adicionalmente contener hasta 50 moles por ciento, preferiblemente hasta 10 moles por ciento, de otros residuos monoméricos. Ambos de estos términos están abarcados por el término "copolímero de aspartato" o "copolimero que contiene aspartato" como se usa en la presente. Como se hizo notar anteriormente, "aspartato" puede incluir "ácido aspártico", asi como también sus sales . "Una polisuccinimida", generalmente se refiere a un homopolímero de succinimida. No obstante, puede también referirse a un copolimero de succinimida, preferiblemente con uno o más comonómeros seleccionados de aminoácidos, ácidos dicarboxilicos, ácidos tricarboxilicos, alquil aminas, alquil diaminas, alquil poliaminas, amino azúcares, y amino sacáridos. Preferiblemente, el comonómero es un aminoácido, y más preferiblemente es ácido aspártico o aspartato. Un copolimero tal, incluirá típicamente al menos 50 moles por ciento de residuos succinimida . "Otros aminoácidos" incluyen, por ejemplo, aminoácidos como se encuentran de manera natural, variantes estereoquímicas (es decir, isómeros D o mezclas de D, L, incluyendo mezclas racémicas) , y homólogos de los mismos de uno o dos carbonos. "Acidos dicarboxílicos" y "ácidos tricarboxilicos", preferiblemente se refieren a ácidos alifáticos, preferiblemente que tengan hasta 12, más preferiblemente hasta 6, átomos de carbono, los cuales pueden incluir triples o dobles enlaces carbono-carbono. "Alquilo", como en alquil aminas, alquil diaminas, y alquil poliaminas, se refieren a una cadena de carbonos lineal o ramificada preferiblemente que tenga hasta 12, más preferiblemente hasta 6, átomos de carbono. II. Preparación de Copolimeros: Secuencias de Reacción Las limitaciones concernientes al Peso molecular, color, morfología polimérica y/o solubilidad en agua en la producción actual de copolimeros que contienen aspartato y succinimida, como se describió anteriormente en los Antecedentes de la Invención, son superados por las composiciones y métodos descritos en la presente. Los productos copoliméricos son distintos a los copolimeros de aspartato/succinimida del arte previo en virtud del intervalo grandemente expandido de Peso molecular, ligero color, morfología lineal, si se desea, alta solubilidad en agua, y la presencia opcional de residuos de asparagina. En general, y como se describe posteriormente de manera adicional, la preparación de los copolimeros involucra la conversión de polisuccinimida a un copolímero soluble en agua que contiene residuos aspartato y succinimida, y típicamente que incluye también residuos asparagina. Pueden prepararse alternativamente, un copolímero aspartato/asparagina . La composición molar del residuo puede regularse con precisión como se desea o se necesite .

Como se describe en la presente, los copolimeros de aspartato con succinimida y/o asparagina pueden producirse en proporciones molares controladas de estos residuos vía un tratamiento de ruptura del anillo imida, ligeramente alcalino. La Figura 1, es un esquema de reacción que ilustra modalidades seleccionadas de la invención. Como se muestra en la presente, una polisuccinimida (que puede ser preparada por medio de cualquier método conocido, incluyendo la polimerización de ácido aspártico, como se expuso) es suspendida en agua, luego es sometida a ruptura del anillo en medio alcalino a temperatura media por medio del tratamiento con hidróxido de amonio y de hidróxido de sodio (u otro hidróxido metálico) , suficiente para convertir totalmente la polisuccinimida a una solución clara de un copolimero de asparagina: aspartato de sodio/amonio (Figura 1, linea 2) . (Observe que "hidróxido de amonio", o "amoniaco acuoso", puede incluir alguna cantidad de amoniaco libre también) . Otros hidróxidos metálicos, tales como hidróxido de potasio, pueden ser usados en la hidrólisis alcalina en lugar de, o además de, el hidróxido de sodio. De manera similar, pueden usarse otros iones contrarios catiónicos, tales como calcio, magnesio, zinc, aluminio, hierro, bario, cobre, molibdeno, níquel, cobalto, o manganeso. La remoción del agua, asi como también del amoníaco, como se explicó anteriormente, produce un copolimero sólido enriquecido tanto en ácido aspártico como en aspartato de sodio (Figura 1, linea 3), y generalmente que contenga algún aspartato de amonio residual. Si se desea, este material es entonces sometido al ciclización por medio de suficiente tratamiento térmico para convertir los residuos de ácido aspártico a residuos de succinimida (Figura 1, linea 4). El producto es un copolimero que tiene tanto carácter de imida listo para derivatización como carácter aniónico en la forma de los residuos aspartato, proporcionando solubilidad acuosa sobre un amplio intervalo de composición y peso molecular, asi como también funcionalidad polianiónica . El peso molecular' de los copolimeros intermediarios y producto de la reacción se determina por medio del peso molecular de la polisuccinimida inicial, dichos polímeros están disponibles a pesos moleculares de hasta 100,000 Da o más, como se discute posteriormente. Los residuos asparagina se forman durante la abertura alcalina del anillo, cuando se añade amoníaco acuoso, amoníaco, igualmente un nucleófilo fuerte, al carbono del carbonilo adyacente al nitrógeno de la imida para formar un terminus amina no disociable del gripo-R suspendido del residuo. De manera significativa, puede diseñarse la fracción molar relativa de los residuos de asparagina, así como las fracciones molares de los residuos aspartato e imida remanentes, para producir una clase de terpolímeros funcionales y definibles de aspartato, asparagina y succinimida, asi como también copolimeros de aspartato y succinimida o asparagina. Por ejemplo, la composición puede ser controlada en virtud del hecho de que la nucleofilicidad relativa de la solución de hidrólisis alcalina de hidróxido de amonio o de hidróxido de sodio-más-amonio, es una función del pH. La proporción del residuo de los polímeros es también una función de las cantidades relativas de hidróxido de amonio e hidróxido de amonio usados, en comparación con el número de residuos imida que son tratados. Para ilustrar, si se corre la hidrólisis a pH de 9 o inferior, el amoníaco acuoso está predominantemente en la forma de amonio, NH4+, la pK de la disociación NH4+ «? NH3 + H+ que es de aproximadamente 9.25. El ión amonio no es un nucleófilo y por consiguiente no se añade covalentemente al polímero, dejando el ataque nucleofílico casi completamente a los iones hidróxido, OH", los cuales generan residuos aspartato a partir del ataque al grupo carbonilo adyacente al nitrógeno de la imida. Bajo estas condiciones, se minimiza la proporción de residuos de asparagina en el polímero final. Alternativamente, puede correrse la hidrólisis a pH 10-11 o superior, al cual está presente predominantemente el moniaco acuoso como NH3, conduciendo a un número creciente de residuos succinimida que son convertidos a asparagina en vez de a aspartato. No obstante, cuando se incrementa el pH, lo hace la cantidad de iones OH-, los cuales compiten exitosamente con las moléculas de amoniaco en el sitio de ataque de los anillos imida. Consecuentemente, de ahí resulta siempre una considerable fracción molar de residuos succinimida que se convierten a aspartato en vez de a asparagina, aún en la presencia de amoniaco acuoso concentrado. Bajo condiciones de pH más alto (hasta de aproximadamente 11.5, el cual es típicamente un límite superior práctico para soluciones acuosas dé NH4OH) , se minimiza la proporción de residuos succinimida en el polímero final, lo cual da origen a residuos de aspartato de amonio, como se describe posteriormente. (Alternativamente, copolímeros que no tienen residuos succinimida pueden ser preparados simplemente al omitir la etapa día ciclización) . El uso de la solución alcalina mezclada de molaridades apropiadas de hidróxido de amonio y de hidróxido de sodio, para la ruptura del anillo de polisuccinimida, a niveles regulados de pH (por ejemplo pH de aproximadamente 10, como se muestra en los Ejemplos 5-6 posteriores) , produce una solución de poliaspártato que tiene tanto amonio como sodio como iones contrarios. A partir del secado, mucho del amoniaco se pierde a la atmósfera (o la fase vapor en el reactor) de la solución acosa, debido a al equilibrio siguiente, que es forzado hacia la izquierda: TNH3 « NH3 + H20 « NH4+ + OH" Asi muchos o todos los cationes de amonio, los cuales actúan como iones contrarios al grupo carboxilico de los residuos aspartato, se volatilizan. Esta reacción general de las sales de amonio es mencionada algunas veces como el "efecto de la amina fugitiva" (por ejemplo, US 6,174,988 de Guth y colaboradores, 2001) . En el proceso, se consume la base (OH") , con el incremento concomitante de ácido (H+) por definición. Los cationes de hidrógeno, H+, entonces convierten los iones contrarios a los residuos de aspartato cuando la solución es secada, convirtiéndolos a residuos de ácido aspártico, a condición de que la cantidad de ión sodio del NaOH sea insuficiente para neutralizar los grupos carboxilato de los residuos aspartato. (Por consiguiente, la cantidad absoluta de NaOH seria subestequiométrica en relación al número de residuos aspartato si cualquiera de los residuos está a la izquierda como ácido aspártico) . La remoción del agua da un copolimero sólido que contiene residuos de ácido aspártico, aspartato de sodio, y asparagina. Si se logra el secado bajo condiciones no hidrolíticas (por ejemplo por convección o aire-forzado a aproximadamente 80 °C) , algunos iones contrarios de amonio, asi como también agua residual, típicamente permanecen (Figura 1, linea 3) . Estos, sin embargo, son retirados durante las etapas previas a la etapa de ciclización. Durante esta etapa, los residuos de ácido aspártico son convertidos térmicamente a residuos imida por calentamiento a, por ejemplo, 220 °C por 4 horas (Figura 1, línea 4) . El producto final es una copoliimida que contiene residuos de aspartato, asparagina y succinimida, la fracción molar de cada uno que sea seleccionable dependiendo de las condiciones de reacción de pH y de las cantidades relativas de hidróxido de sodio y de amonio que se usan durante el procedimiento de ruptura del anillo, como se describió anteriormente. Variaciones Seleccionadas La composición de los productos de la reacción anterior puede ser adicionalmente variada de una manera controlada al variar las condiciones de reacción o las composiciones de los reactivos. En una variación de la reacción, por ejemplo, el pH de la solución copolimérica producida a partir de la ruptura del anillo es ajustada a aproximadamente 2-6, típicamente a aproximadamente 3-5, - antes de secado y de ciclización (Ejemplos 7-11) . Se encontró que esta modificación suprime la formación de color y promueve la ciclización durante la etapa de calentamiento subsecuente. Como se muestra en los Ejemplos 7-11, el pH más bajo de la solución, la cantidad más alta de residuos succinimida (en relación a residuos aspartato) en el producto de ciclización. Se encontró que el HC1 y ácidos minerales comunes son adecuados para el ajuste de pH. En otra variación de la reacción, (Ejemplos 12-13) , la ruptura inicial del anillo de la polisuccinimida se lleva a cabo en hidróxido de amonio concentrado, sin un hidróxido metálico (ver la Figura 2) . Se produce una solución de un copolimero de aspartato de amonio y de asparagina (Figura 2, linea 2) . A partir de 1 secado, la solución produce un copolimero de asparagina y ácido aspártico (Figura 2, linea 2), típicamente en una proporción de residuo de aproximadamente 3:2. Como se describe en los Ejemplos 12-13 posteriores, se prepararon terpolímeros enriquecidos con asparagina al tratar polisuccinimidas con hidróxido de amonio, produciendo así copolímeros intermediarios de aspartato de amonio . y asparagina. La ciclización dio un terpolímero dé aspartato de amonio, asparagina, y succinimida (figura 2, línea 4) . Contrariamente, el por ciento molar de asparagina en el producto puede reducirse, al bajar la cantidad de hidróxido de amonio en relación al hidróxido metálico en el procedimiento de hidrólisis ligeramente alcalino de la Figura 1 (o, como se discutió anteriormente, al llevar a cabo esta etapa a un valor de pH inferior a la pK de la disociación del amoniaco) . Los ejemplos 14-15 ilustran las reacciones que combinan estas modificaciones, donde se lleva a cabo la ruptura del anillo con hidróxido de amonio solo, y el pH de la solución se ajusta antes de secado y ciclización (también ilustrada, como una etapa opcional, en la Figura 2) . La ciclización da un terpolimero de ácido aspártico (y/o aspartato de amonio), asparagina, y succinimida. La presencia o ausencia de residuos de ácido aspártico puede controlarse asi por medio de factores tales como la presencia y la cantidad de NaOH (u otro hidróxido metálico) usada durante la reacción de ruptura inicial del anillo, o el pH de la solución resultante antes de secado . Alternativamente, la cantidad de residuos de ácido aspártico ( y por consiguiente residuos succinimida en el producto ciclizado) puede reducirse por medio de la adición de sales de sodio o de otros iones contrarios catiónicos a las soluciones de poliaspartatoos de amonio antes de secado. Este procedimiento, demostrado en los Ejemplos 16-17, se usó para incrementar el número de residuos de aspartato, y asi la solubilidad, de polímeros ricos en asparagina preparados por medio de los procedimientos de los Ejemplos 14-15. Al usar este procedimiento, el pH de la solución se mantendría en el intervalo de la pK de los grupos carboxílicos disociables de los residuos aspartato (tanto las formas a como las ß) . Por consiguiente, algunos de los grupos carboxílicos deben de estar en la forma asociada (COOH) . En estas circunstancias, cualquier exceso de ión sodio precipitará como la sal sólida no alcalina, y no evitará la ciclización de los residuos de ácido aspártico de los polímeros secos. El proceso de la invención puede también llevarse a cabo sobre copolímeros de succinimida, tal como un copolímero de succinimida y aspartato, como se muestra en el Ejemplo 18. En este Ejemplo, una solución acuosa de un copolímero tal, que tiene una proporción de residuo de 1:1, se trató con hidróxido de amonio concentrado, y el producto se secó toda la noche a 80 °C, lo cual removió el exceso de amoníaco. El producto se redisolvió entonces en agua, el pH se ajustó a 4.0, y el sodio se resecó a 80 °C. El producto se calentó entonces a 180 °C al vacío para la ciclización. El producto resultante fue un terpolímero de aspartato de sodio, asparagina, y succinimida soluble en agua en una proporción molar de 0.56:0.94:1. La reacción correspondiente de un material inicial que tiene una proporción de residuo de 1:2 (aspartato a succinimida) dio un terpolimero soluble en agua con una proporción molar de 0.53:1:0.97. Como es claro de la descripción anterior, la invención proporciona métodos de producir terpolímeros de aspartato (metal, amonio, o ácido aspártico) , asparagina, y succinimida que tenga proporciones variables de estos residuos, que pueden ser controladas al variar diferentes parámetros del proceso, por ejemplo, la presencia o la cantidad de hidróxido metálico, el pH de la solución polimérica antes de secar, la presencia de sales, condiciones de ciclización,metc. Para ilustrar, la Tabla 1 siguiente da las proporciones molares de aspartato (sodio o amonio) , asparagina y succinimida en terpolímeros preparados por medio de las reacciones ejemplares descritas en los Ejemplos 7-18. (los intervalos de las proporciones molares son ejemplares solamente y no se pretende que sean limitantes) .

Tabla 1. Por ciento Molar de los Residuos en Composiciones de Copolimeros ejemplares a Ver los Ejemplos para las descripciones completas.

Copolimeros de aspartato y succinimida por intercambio iónico La invención proporciona adicionalmente métodos de generar copolimeros de aspartato y succinimida (es decir, que no tenga residuos de asparagina) . Los copolímeros así preparados tienen un intervalo mus expandido de Pesos moleculares, morfología lineal (si se desea) , y excelente color (si se desea) , en comparación con los productos del arte previo. Por ejemplo, homopolímeros de aspartato de sodio y otros polímeros enriquecidos con aspartato pueden también ser convertidos a polímeros que contengan imida por medio del ajuste de soluciones de los polímeros en el intervalo de pH de la disociación de los grupos carboxílieos de ácido aspártico, seguido por la ciclización térmica de los residuos del ácido aspártico (ver el Ejemplo 19) . Por consiguiente varios polímeros de aspartato de sodio fueron convertidos en copolímeros que contenían aspartato de sodio y succinimida, por ajuste de soluciones acuosas de los polímeros a pH 3-5, secado, y calentamiento para efectuar la ciclización como se describió anteriormente . Alternativamente, una solución de poliaspartato de sodio, preparada por ruptura del anillo de la polisuccinimida como se describió anteriormente (por ejemplo, con hidróxido de sodio a pH de 10 por 1-2 horas a 60 °C) puede ser convertida parcialmente a residuos de ácido poliaspártico por adición de una cantidad subestequeiométrica de un material de intercambio catiónico insoluble, tal como el comercializado bajo el nombre comercial de Dowex® o Amberlyst®. Los iones sodio (u otros iones contrarios catiónicos) que son liberados, son enlazados al material de intercambio, el cual puede entonces ser removido por tamizado o filtración, dejando una solución de poli (ácido aspártico-aspartato de sodio) . Esta solución es entonces secada para formar un copolimero sólido. El material seco es tratado térmicamente, por Ejemplo a 220 °C por 1 a 4 horas, efectivas para condensar los residuos de ácido aspártico a residuos succinimida. Alternativamente, la solución de poliaspartato de sodio, preparada como se describió anteriormente, puede ser bombeada a través de un dispositivo de intercambio catiónico que tenga canales de flujo a contra corriente separados por membranas intercambiadoras, donde un canal de flujo contiene el poliaspartato de sodio a ser intercambiado, y el flujo a contra corriente contiene un ácido mineral, con los parámetros de flujo y el ajuste de pH para remover parcialmente los iones sodio (u otros iones contrarios) . Un sistema de flujo de membranas de electrodiálisis puede también ser adaptado para remover parcialmente los iones contrarios catiónicos de una solución de poliaspartato. En cada caso, el flujo de salida contiene el copolimero de ácido aspártico y el aspartato de sodio.

El agua es removida de la solución de copolimero, y el sólido resultante es convertido al copolimero de aspartato/succinimida por medio de tratamiento térmico. En otra variación (Ejemplo 19) , una solución de poliaspartato de sodio (producida por ruptura del anillo en medio ligeramente alcalino de una polisuccinimida de 30 kDa, la cual fue a su vez producida por medio de tratamiento térmico de ácido aspártico de conformidad con el Ejemplo 2) , fue dializada contra grandes excesos volumétricos de HC1 0.1 N para convertir el poliaspartato de sodio a ácido poliaspártico y remover los iones contrarios de sodio. La solución fue entonces dializada dos veces adicionales contra HC1 0.1 N para remover el exceso de HC1, y el dializado, que contenia el ácido poliaspártico, fue liofilizado, se le removió el HC1 residual y se produjeron hojuelas pulverizadas, finas de un. copolimero de ácido aspártico/succinimida (Figura 8) . Se cree que esta es la primera demostración de la conversión de residuos de ácido aspártico a succinimidas bajo las condiciones de diálisis ligeramente ácida y liofilización . III. Preparación de Copolimeros: Métodos Ejemplares de Producción A. Polisuccinimida Inicial Por medio de los métodos de la presente invención, la reacción puede comenzar con una polisuccinimida preformada, tal como las disponibles de varios proveedores comerciales, o la polisuccinimida puede ser preparada, por ejemplo, por medio de polimerización de ácido aspártico o de sus precursores. Las polisuccinimidas producidas por medio de cualquier método conocido en el arte pueden ser convertidas a los copolímeros que conienen imida de la presente, facilitando asi la selección de formas de alto peso molecular, como las producidas vía la catálisis del ácido fosfórico. Además, pueden seleccionarse formas de polisuccinimida de poco color, tales como las que resultan de la catálisis ácida, de polimerizaciones en las cuales se usa bisulfato como un aditivo, o de polimerizaciones de soluciones . El aducto coloreado que obscurece la polisuccinimida y los poliaspartatos convencionales, a menudo se cree que está relacionado a la formación de dicetopiperazina (dimero cíclico de aminoácidos) tiene lugar precozmente en la polimerización. Una vez que se forma la polisuccinimida o aún formada parcialmente, no hay incremento notable o cambio en su color a partir del calentamiento adicional, a condición de que los productos no sean quemados debido al sobrecalentamiento. Por consiguiente, el color de las copoliimidas convertidas de la presente invención depende del color de la polisuccinimida inicial, la cual puede ser muy ligera de color. Por consiguiente, se proporcionan en la presente invención copoliimidas acuosolubles, de poco color, lineales del intervalo completo de Peso molecular conocido actualmente en el arte para las polisuccinimidas . La síntesis de polisuccinimidas ha sido descrita en el arte literalmente por durante 100 años. Cualquier método de producción de polisuccinimida puede ser usado para elaborar la polisuccinimida inicial. Se ha proporcionado previamente un resumen de los métodos establecidos en las Patentes US de Sikes y colaboradores (1999, Patentes US Nos. 5,981,691; 2002, US 6,495,658), las cuales se incorporan como referencia. Además, los procedimientos descritos más recientemente se resumen en la Tabla 2; las patentes citadas en la presente se incorporan igualmente a la presente como referencia.

Tabla 2. Métodos de Fabricación Seleccionados para la Producción de Polisuccinimida Pueden también producirse las polisuccinimidas vía fermentación de carbohidratos a ácido fumárico, seguido por la conversión enzimática de ácido fumárico a una solución de aspartato de amonio. La solución de aspartato es entonces secada (con 'pérdida de iones amonio como amoniaco en la fase vapor) , y el sólido polimerizado resultante a polisuccinimida por policondensación térmica (Mukouyama y Yasuda, 2001, US 6,300,105; Eyal y colaboradores, 2002, US 6,344,348) . Otros investigadores han usado soluciones de aspartato de amonio, en estos casos producido química y enzimáticamente, pero no vía fermentación, para preparar polisuccinimida vía polimerización térmica (Wang, 2000, CN 1267673; Cami y colaboradores, 2001, US 6,274,698) . Las polisuccinimidas resultantes pueden variar en color desde blanco a rojizo obscuro. Pueden ser de morfología molecular ramificada o sin ramificar. Sus pesos moleculares pueden variar desde el oligomérico (varios 100 de Daltones) a aproximadamente 100,000 Daltones o más. Los materiales iniciales para la producción de las polisuccinimidas pueden incluir anhídrido maleico, ácido maleico, amoníaco, glucosa (ruta de fermentación) , o cualquier otro precursor de ácido aspártico. El ácido aspártico mismo es un insumo monomérico preferido para la producción de polisuccinimida. Se reconoce que polisuccinimidas comerciales pueden contener niveles bajos {< 10 monómeros por ciento) de residuos diferentes de succinimida, ya sea internamente o como grupos finales, dependiendo del método de síntesis. De manera particular, la ruta del maleico más el amoníaco conduce a alguna incorporación mesurable de unidades succinil imino así como también de unidades de málico, maleico y fumárico (Groth y colaboradores, 2000, Patente U.S. No. 6,054,533). De manera similar, cantidades en trazas (> 1 monómero por ciento) de grupos finales maleimida, fumarámico, maleico, y fumárico se han reportado como componentes de polisuccinimidas producidas via condensación térmica de ácido aspártico (Matsubara y colaboradores, Polymer Preprints 37 (1), 699-700, ACS Spring Meeting, 1996; Macromolecules 30(8), 2305-2312, 1997) . Es también importante hacer notar que muchos comonómeros diferentes del ácido aspártico y sus precursores se han contemplado para la copolimérización para formar poliimidas ricas en succinimida pero que contienen también otros residuos. Dichos comonómeros incluyen todos los aminoácidos, muchos ácidos dicarboxilicos, y ácidos tricarboxilicos tales como ácido adipico, ácido malónico, y ácido cítrico; muchos otros compuestos mono- di- y poliamino tales como ácido amino caproico, caprolactamas, diaminohexano, triaminopropano, y otros; amino azúcares y amino sacáridos; y una multitud de otros comonómeros. B. Ruptura del anillo Una vez que una polisuccinimida, o el método para la producción de polisuccinimida, son seleccionados de conformidad con las especificaciones para el Peso molecular, y la morfología molecular, la polisuccinimda asi obtenida, típicamente es suspendida en agua hasta 40 a 45 % en peso del poliaspartato resultante. Puede usarse, cualquier tanque o recipiente de reacción disponibles. Después, el pH es ajustado en el intervalo de 8 a 12, preferiblemente 9 a 11, dependiendo de la cantidad relativa de residuos asparagina y/o succinimida deseada en el producto final. El álcali usado en esta etapa puede ser hidróxido de amonio o una co-solución de hidróxido de amonio y de un hidróxido metálico, preferiblemente hidróxido de sodio (o potasio), la proporción de los dos, seleccionada de conformidad con las cantidades relativas de residuos succinimida y aspartato que se desean en el producto final. Por ejemplo, para niveles aproximadamente equimolares en el copolímero resultante de residuos de succinimida y aspartato, pero que aún contengan posiblemente niveles residuales de residuos de asparagina, el álcali es ajustado a una solución molar 1:1 de hidróxido de sodio y de hidróxido de amonio. La reacción de ruptura del anillo se lleva a cabo a una temperatura en el intervalo de aproximadamente 65-90 °C, por ejemplo, aproximadamente 80 °C. El pH es preferiblemente retenido en el valor objetivo por medio del uso de un dispositivo de titulación del estado del pH automático. De conformidad con un aspecto útil de la reacción, como se discutió anteriormente, el componente hidróxido de amonio puede ser hecho más nucleofilico, menos nucleofilico, o esencialmente no nucleofí lico por medio del ajuste del pH en relación a la pK (~ 9.25) de la disociación del ión amonio acuoso. Consecuentemente, para producir copolimeros con 10 moles por ciento o menos de residuos de asparagina, que resulta de la adición de amoniaco al anillo succinimida, se prefiere correr la reacción de ruptura del anillo a pH de 9 o menos (disminuyendo hasta aproximadamente pH de 7) . Por otro lado, para producir copolimeros con hasta 50 % o más de residuos de asparagina, la reacción puede ser corrida preferiblemente a pH de 11 o superior (hasta aproximadamente pH de 12. Se hace notar también que, como en el caso para todas las polisuccinimidas, durante la ruptura del anillo, los residuos aspartato del polímero resultante pueden estar en las formas a o ß, dependiendo sobre cual carbono del carbonilo es el sitio de ataque. El arte previo y la literatura profesional muestran que la forma ß es favorecida en alguna medida, algunas veces hasta 80 %, dependiendo de las condiciones de ruptura del anillo C. Remoción del Agua La solución de copolímero resultante se seca, a casi o hasta sequedad completa, para producir un producto concentrado de un polímero acuosoluble. Si se usó hidróxido de amonio solo en la etapa de ruptura del anillo, resulta un copolímero de aspartato de amonio y asparagina. Los residuos de ácido aspártico pueden también estar presentes si la etapa de sequedad es suficiente para eliminar algunos o todos los iones contrarios de amonio. Si se usó una co-solución de hidróxido de amonio y de un hidróxido metálico, resulta un copolímero de aspartato de amonio, aspartato de sodio y asparagina. De nuevo, dependiendo de la efectividad de la etapa de secado al convertir los residuos de aspartato a residuos de aspártico, pueden también estar presentes, los residuos de ácido aspártico. Puede usarse cualquier horno, secador, evaporador, secador por aspersión, destilación, extracción por solvente u otro método de remoción de agua, en esta etapa de concentrado y secado. La etapa de secado puede lograrse por medio de cualquier método conocido en el arte, por ejemplo, calentamiento por convección simple, calentamiento ligero por medio de aire forzado, secado por aspersión, secado por congelación, y otros. Los copolímeros pueden ser precipitados desde la solución acuosa al bajar el pH, aislado . por filtración o centrifugación, lavado con un solvente anhidro tal como isopropanol, luego secado con aire a la temperatura ambiente o a temperatura elevada. Las cadenas poliméricas de los polímeros de peso molecular más alto pueden hidrolizarse parcialmente vía secado a temperatura elevada, y así ser convertidas a polímeros de peso molecular más bajo. Consecuentemente, se prefieren los métodos no hidrolíticos de secado, tales como secado por aspersión o precipitación en solvente, para conservar el tamaño molecular de los copolímeros del producto. Es también deseable conservar las temperaturas de secado inferiores a 90 °C, preferiblemente en el intervalo de 80 °C. Pueden usarse métodos alternativos de secado, tales como métodos de vacío parcial y temperaturas inferiores, o métodos por solvente. Por ejemplo, un solvente orgánico, ya sea miscible o inmiscible en agua, pueden ser añadidos para precipitar el copolímero, otra vez, seguido por filtración o centrifugación, y luego secado como se expuso anteriormente. Ejemplos de solventes miscibles en agua para dichos usos son isopropano y acetato de etilo, entre otros. Los solventes inmiscibles en agua para precipitación de los copolímeros incluyen éteres tales como éter ter-butílico y decanol, entre otros. Puede minimizarse el uso de agua o eliminarse substancialmente de una manera análoga al procedimiento de Martin (US 5,859,149). Esto es, la polisuccinimida puede ser suspendida en un solvente orgánico tal como dodecano, al cual se añade una cantidad subestequiomética (con respecto a la cantidad de residuos succinimida en la polisuccinimida) de NaOH pulverizado. A esta mezcla se añade adicionalmente una cantidad de amoníaco o de hidróxido de amonio suficiente para terminar la hidrólisis de los anillos imida. Alterntivamente, puede usarse una mezcla de polisuccinimida seca más NaOH pulverizado más amoníaco en vapor de agua, en cantidades apropiadas para efectuar la hidrólisis diferencial. En el caso de los copolimeros de peso molecular más alto, la solución puede volverse muy viscosa cuando se aproxima a la sequedad. En dichos caos, es necesario usar un reactor para alta viscosidad {por ejemplo, reactores de List, extrusores) para la etapa final del secado completo y día ciclización, que se describen posteriormente. Se encontró también que, a solución más ácida previa al secado (preferiblemente pH de 3 a 6) , más estables son los productos poliméricos durante el cierre del anillo. Además, la ciclización mismo es favorecido a valores de pH más bajos. D. Ciclización La reacción de ciclización, para producir copolimeros que contengan residuos de succinimida, se logra al proporcionar suficiente calor por un intervalo de tiempo suficiente, por ejemplo 160 °C a 220 °C por 1 a 4 horas, preferiblemente aproximadamente 180 °C por 3 horas. Los residuos asparagina son más lábiles a la oxidación y a la descomposición térmica que son residuos aspartato. Consecuentemente, es particularmente útil y efectivo correr la reacción de ciclización en el intervalo inferior, 160 °C a 190 °C, para conservar los residuos asparagina. Deberá excluirse el oxigeno para conservar los residuos asparagina así como también para suprimir la formación de color en los copolimeros del producto. El uso de temperaturas más bajas y la exclusión del oxígeno, además del uso de de una solución a pH más bajo durante la etapa de secado inicial, permite copolimeros ricos en asparagina, para proceder a la ciclización sin descomposición térmica del residuo de asparagina o apreciable formación de color. Los copolimeros libres de asparagina pueden generalmente ser secados desde la solución sin ajuste de pH y ciclizado eficientemente a temperaturas de aproximadamente 190 ° a 240 °C en un horno convencional . Dependiendo de las condiciones de agitación y de intercambio térmico, es también posible correr los reactores a temperaturas mucho más altas por tiempos de residencia mucho más cortos para lograr la ciclización. Por ejemplo, se contemplan temperaturas tan altas como 350 °C con tiempos de residencia de 5 minutos o menos. IV. Composiciones Ejemplares y Propiedades de los Copolímeros Objetivo El porcentaje den las composiciones molares de residuos de los copolímeros objetivo puede variar desde 5 a 90 % como aspartato de sodio, 0 a 80 % de asparagina, y 0 a 90 % de succinimida (donde los pos cientos molares de asparagina y de succinimida no sean simultáneamente cero) . Una composición de por ciento de residuo preferido del copolímero producto es 50 % de aspartato de sodio: 50 % succinimida. Otra composición de por ciento de residuo preferido es 50 % de aspartato de sodio, 5 % de asparagina, y 45 % de succinimida. Otra composición de por ciento de residuo preferido es 30 % de aspartato de sodio, 5 % de asparagina, y 65 % de succinimida. Otra composición de por ciento de residuo preferido es 20 % de aspartato de sodio, 60 % de asparagina, y 20 % de succinimida. Se contemplan muchas otras composiciones de por ciento de residuos útiles. Una modalidad preferida incluye copolímeros de aspartato y succinimida que tienen proporciones de residuos den 4:1 a 1:4, más preferiblemente 1:2 a 2:1, mayormente se prefiere 1:1. Otras modalidades preferidas son copolímeros de aspartato, asparagina, y succinimida que tienen porporciones de residuos desde 10:0.5:0.5 (aproximadamente 91/4.5/4.5) a 4:0.75:0.25 (80/15/5) a 1:0.5:0.95 (50/2.5:47.5) a 0.2:0.05:1 (16/4/80). Copolimero preferidos de aspartato, asparagina, y succinimida que enfatizan la funcionalidad de la succinimida preferiblemente tienen proporciones de residuos de 1:0.05:3.95 (20/1/79) a 1:0.05:0.95 (9/0.5/90.5). Los copolimeros de aspartato, asparagina, y succinimida preferidos que enfatizan la funcionalidad de la asparagina tienen proporciones de residuos de 0.1:1:0.2 (14/72/14) a 1:4:1 (17/66/17) .Los pesos moleculares preferidos de los copolimeros varían desde 600 a aproximadamente 100,000 Daltones y superiores. Más preferiblemente, los intervalos de pesos moleculares entre 2000 y 100,000. Mayormente se prefiere, que el intervalo de peso molecular sea de 3, 000 a 100, 000; en modalidades adicionales, el peso molecular es de 10,000 a 100,000. Se prefiere de manera particular incluir pesos moleculares de 600, 1, 500, 3, 000, 5,000, 10, 000, 30, 000, 70, 000, y 100,000, e intervalos entre éstos, dependiendo de los usos de los copolimeros. Por ejemplo, más preferibles, los pesos moleculares para el control de la incrustación e inhibición de la corrosión, son de 3,000 a 5,000. Mayormente se prefieren los pesos moleculares apara aditivos de detergentes, son de 10,000 a 20,000. Mayormente se prefieren pesos moleculares para agentes espesantes en lociones y champús de 60,000 a 75,000. Pesos moleculares más preferibles para materiales gelatinizantes son de 75,000 a 100,000 o superiores. La morfología molecular de los copolímeros varia desde muy ramificada a sin ramificar. Morfologías preferidas para copolímeros ramificados tienen puntos de ramificación cada segundo, cada tercer, cada cuarto o cada quinto residuo, típicamente con una base aleatoria. De manera particular, se prefiere el compolímero que tiene puntos de ramificación cada segundo, residuo en promedio.

Morfologías preferidas para copolímeros relativamente ramificados a completamente sin ramificar varían desde tener un punto de ramificación cada sexto residuo en promedio a no tener puntos de ramificación, en otras palabras que sea de morfología completamente lineal y sin ramificar. La morfología preferida para copolímeros completamente sin ramificar a relativamente sin ramificar exhibe puntos de ramificación a cada sexto, cada séptimo, cada octavo, cada noveno, cada décimo, cada quinceavo, cada veinteavo residuo, típicamente con una base aleatoria. De manera particular se prefiere la morfología que no tenga puntos de ramificación a lo largo de la estructura polimérica principal. El color de los copolímeros en formas sólidas varía desde blanco a rojizo obscuro. Los colores preferidos varían desde marrón a blanco. Colores preferidos particularmente son ámbar tenue, color crema y blanco. Los colores de soluciones acuosas, concentradas de los polímeros (~ 40 a 50 % en peso) varían desde rojizo obscuro a ámbar claro a claro, "blanco-agua". Los colores preferidos, de las soluciones varían desde ámbar tenue a claro. Mayormente se prefiere que el color de la solución sea claro, "blanco-agua". Los copolímeros de la invención son frecuentemente muy solubles en agua en un amplio intervalo de composiciones y de pesos moleculares. Esta solubilidad en agua, es una ventaja significativa porque, por ejemplo, permite preparar la derivatización de los copolímeros en solución acuosa, como se describe adicionalmente a continuación. Copolímeros preferidos son aquellos que tienen 95 % o más, preferiblemente 99 % o más, solubilidad acuosa a temperatura ambiente. En general, la solubilidad en agua aumenta con la disminución de la fracción molar de residuos imida, y en una extensión menor, con la disminución de la fracción molar de residuos asparagina. Pueden usarse los copolímeros que son menos solubles en agua (es decir, que tienen fracciones molares de estos residuos altas) , por ejemplo, intermediarios reactivos en solventes específicos y en formulaciones de solventes, o como componentes miscibles y activos de formulaciones de producto especificas que pueden tener o pueden no tene propiedades predominantemente acuosas. El solvente preferido para reacciones y usos que involucran los copolímeros, es el agua. En algunos casos, debido a las características específicas de un copolímero o producto particular en las cuales el copolímero es formulado, el solvente es un alcohol, particularmente isopropanol. Pueden también preferirse los solventes no polares en circunstancias particulares; por ejemplo, dimetil formamida, diclorometano, y N- metil pirrolidona son solventes orgánicos preferidos. Soluciones miscibles de dos o más de cada uno de estos solventes también son preferidos. para productos y reacciones específicas, particularmente soluciones alcohólicas, acuosas. V. Derivatización de los Copolímeros Objetivo Como se hizo notar anteriormente, una ventaja principal de los copolímeros de la presente invención sobre las polisuccinimidas tradicionales es su alta solubilidad en agua, facilitando así la preparación de la derivatización nucleofílica en un medio acuoso. Por consiguiente, uno de los principales usos de los copolímeros de la presente invención es servir como una estructura polimérica principal o plataforma polimérica para síntesis de muchos valores añadidos, derivados funcionales . Una variación de este concepto es conjugar los copolimeros de la presente invención con otras estructuras poliméricas principales tales como polisacáridos y proteínas. Así, una estructura polimérica principal no costosa y abundantemente disponible, la cual es esencialmente inerte, tal como el almidón o la celulosa, puede ser "decorada" y funcionalizada. En el caso de proteínas y enzimas, estas pueden ser estabilizadas o recubiertas por fijación de Tos copolimeros de la presente invención para extender el período útil de resultados de las proteínas y enzimas. Otro aspecto benéfico de la presente invención es la presencia de la amida, NH2 no disociable del grupo R de los residuos de asparagina, la cual es autofuncional y derivatizable . La poliasparagina es moderadamente activa, por ejemplo, como un inhibidor de la incrustación. Además, los residuos asparagina son análogos a los residuos de acrilamida de los polímeros de vinilo convencionales. Las poliacrilamidas y los copolimeros de ácido acrílico y acrilamida (PAM's) han sido ampliamente comercializados. Por ejemplo, copoli (acrílico, acrilamida) ha sido introducido como un agente de retención del suelo para uso en la prevención de la erosión (So ka, Lentz y colaboradores, 1993, 1997, 1998, 2000; Orts y colaboradores, 2001). Los copolimeros de la presente invención, incluyendo el subgrupo simple de moléculas de copoli (aspartato, asparagina) , puede encontrar, de manera similar usos en agricultura. Más allá de esto, el nitrógeno suspendido de la amida a lo largo de la estructura principal de los copolimeros ácido acrílico/acrilamida han sido derivatizados exitosamente, por ejemplo, con grupos sulfonato y fosfonato vía reacciones de transamidación (Fong, 1987, US 4, 703, 092) . Los terpolimeros de ácido acrilico, acrilamida, y acrilamida fosfonada - o sulfonada- han encontrado usos comerciales para control de la incrustación mineral, dispersidad, e inhibición de la corrosión, entre otros usos. De manera similar, los terpolimeros análogos de aspartato, asparagina y succinimida pueden ser asi funcionalizados y usados. Pueden usarse reacciones de amidación para funcionalizar de manera similar los grupos carboxilicos de residuos de aspartato (Fong, 1991; US 5,035,806). Esto puede hacerse separadamente o en combinación con la funcionalizacióh de ya sea uno u otro o ambos de los residuos imida y los residuos asparagina. Pueden añadirse reactivos nucleofilicos a los residuos de succinimida en el copolimero, en un carbono del carbonilo, para formar enlaces en la estructura principal del copolimero. Los nucleófilos comunes incluyen, por ejemplo, grupos amina, hidroxilo, y tiol. Por ejemplo, los compuestos amino, reaccionan con uno d elos carbonos del carbonilo del anillo imida para formar un enlace amida de cadena lateral (como se muestra a continuación) . Alternativamente, enlaces pueden formarse éster de cadena lateral en los carbonos del carbonilo en el caso de alcoholes u otros compuestos que contengan hidroxi, tales como carbohidratos o polisacáridos Los compuestos amino añadidos más eficientemente al anillo imida a un pH de aproximadamente 1 unidad de pH superior a la pK del grupo amina disociable del compuesto amino objetivo, típicamente en el intervalo de pH de 8 a 12, preferiblemente de 10.5 a 11.5. Los compuestos que contienen hidroxilo como nucleófilos también son mejor añadidos en este intervalo nucleofílico de pH. Dado el mezclado adecuado, dichas reacciones generalmente tienen lugar a temperatura ambiente durante el intervalo de una hora o más. A temperaturas elevadas, por ejemplo 60 °C, las reacciones son aceleradas, tienen lugar en minutos o aún en segundos dependiendo de la optimización de las condiciones de la reacción. Como se hizo notar anteriormente, las reacciones de derivatización se llevan a cabo preferiblemente en un medio acuoso. En este sentido, un "medio acuoso", se refiere a una suspensión acuosa, o preferiblemente, a una solución, en un solvente acuoso. Preferiblemente el solvente acuoso es agua; no obstante, el término también incluye mezclas de agua con un cosolvente, preferiblemente un cosolvente miscible en agua, tales como cetonas de alquilo inferior (por ejemplo acetona, MEK) , alcoholes (por ejemplo, metano!, etanol, propanol, isopropanol, butanol, isobutanol) o éteres (por ejemplo, dioxano, tetrahidrofurano, etilen glicol, dimetil éter, 2- metoxi etanol) , N-metil-N-pirrolidona, sulfolano, dimetil acetamida, acetonitrilo, dimetil formamida, dimetil sulfoxida, piridina, acetato de etilo, o carbonato de propileno. Si el copolimero no es completamente soluble en agua, puede usarse una suspensión o emulsión. En muchos casos, el polímero se disolverá cuando la reacción progrese. Pueden también usarse, por supuesto, otros solventes en los cuales los copolímeros sean solubles o dispersables, para la derivatización de los copolímeros. En algunos casos, debido a las características específicas de un copolimero o producto particular, en el cual el copolimero es formulado, el solvente preferido es un alcohol, particularmente isopropanol: Los solventes no polares pueden preferirse en circunstancias particulares; por ejemplo, son solventes orgánicos preferidos, dimetil formamida, diclorometano, y N- metil pirrolidona. Soluciones miscibles de dos o más de cada uno de estos solventes también se prefieren para productos y reacciones específicas, particularmente soluciones alcohólicas, acuosas . Dada la versatilidad de los copolímeros como intermediarios sintéticos, es muy grande el número de derivados posibles. Algunos ejemplos de derivados preferidos, que son solamente unos cuantos, seleccionados entre muchos y de ninguna manera se consideran limitantes, incluyen dispersantes que tienen funcionalidad de amino polialquileno; suavizantes y emolientes que tienen grupos amino siloxano; derivados para el tratamiento de aguas que tienen grupos aditivos suspendidos amino sulfonato o aminofosfonato; grupos funcionales cationizados para adhesión, reforzadores, y agentes aglutinantes; y otros. Otros ejemplos preferidos incluyen esteres de carbohidratos y sacáridos, por ejemplo de almidón, de celulosa, o de lignina. De manera similar se prefieren los copolimeros derivatizados para formar ésteres con alcoholes, alcoholes grasos, glicoles, poliglicoles, y lipidos. En particular, la invención proporciona un método de conjugar covalentemente un copolimero que contiene polisuccinimida de la invención con un polímero que contiene hidroxlo, tal como almidón, un polímero de celulosa, un poliglicol, un polialcohol, un polisacárido de goma o pululano. Se describen varias modalidades en los Ejemplos 20-23, usando almidón de maíz y almidón de papa. En general. El copolimero que contiene imida es añadido al polímero que contiene el hidroxilo en agua. El pH es ajustado en el intervalo nucleofílico, preferiblemente en el intervalo de 9 a 12, más preferiblemente de 10.5 a 11.5. Bajo estas condiciones, se forma un injerto de los dos polímeros. Como se muestra en los Ejemplos 21-24, dichos productos pueden ser útiles como agentes floculantes, particularmente cuando el copolimero que contiene succinimida es enriquecido en asparagina, y/o cuando se usa un copolimero de peso molecular relativamente bajo. VI. Usos de los Copolimeros Objetivo Los copolimeros de aspartato pueden usarse en numerosas aplicaciones de eopolimeros de aspartato, los cuales son conocidos en el arte. Dichas aplicaciones son múltiples e incluyen, por ejemplo, aditivos para detergentes, recubrimientos, aditivos para recubrimientos, inhibidores de la corrosión, inhibidores de incrustaciones, y aditivos para productos para el cuidado personal tales como champús, acondicionadores, y lociones. Usos particulamente preferidos incluyen materiales gelatinizantes como superabsorbentes y vehículos de liberación controlada, aditivos agrícolas, que incluyen formulaciones de liberación controlada y agentes para la conservación del agua/ control de la erosión, plastificantes para almidón y otros polisacáridos, por ejemplo, para uso en empaques biodegradables, modificadores funcionales de almidón y de otros polisacáridos tales como celulosa, usos cosméticos, nanoesferas y partículas, modificadores para moléculas y superficies biológicas que incluyen enzimas y envolturas celulares, por ejemplo estabilizadores enzimáticos, y una variedad de aplicaciones biomédicas relacionadas con fármacos, agentes tópicos, y otros tratamientos terapéuticos. Los eopolimeros pueden también ser usados como reticuladores para recubrimientos ' pulverizados, aditivos en recubrimientos removibles, y aditivos en compuestos (por ejemplo, aglutinantes orgánicos con fibras/minerales) . Como se describió anteriormente y se describe en los Ejemplos 21-23, los copolimeros de la invención pueden ser usados para preparar agentes floculantes. Aplicaciones especificas de dichos materiales incluyen el uso como agentes clarificantes en tratamiento de aguas y en tratamiento de desechos, y agentes para la retención en suelos y agentes para la conservación del agua en agricultura. Más de 100 usos establecidos de poliaspartato y sus derivados se resumen en la Patente U.S. No. 6,495,658 de Sikes y colaboradores, estos usos se incorporan a la presente como referencia. Las copoliimidas de la presente invención pueden igualmente ser aplicadas en los usos citados. Algunos ejemplos de los usos más comunes incluyen aditivos para detergentes, tanto para artículos de consumo como para especialidades; productos químicos para el tratamiento de aguas, que incluyen control de la incrustación e inhibición de la corrosión, dispersidad, entre otros; y aditivos para productos para el cuidado personal, tales como lociones y champús. Además, algunos otros usos que han sido descritos más recientemente para polímeros que contienen aspártico se indicaron en la Tabla 3. Los polímeros de la presente invención pueden también ser usados de conformidad con estas exposiciones, incorporadas integramente a la presente como referencia. Los métodos de formular o preparar composiciones para los usos descritos en la presente usando copolimeros de aspartato son conocidos y están disponibles para los expertos en la materia, e incluyen métodos descritos en las referencias citadas en esta sección. Como se discutió anteriormente, el uso de los copolimeros de aspartato de la invención imparte beneficios tales como peso molecular alto, buen color, solubilidad acuosa, y control de la composición del copolímero. Tabla 3. Usos Seleccionados de Polímeros que Contienen Acido Aspártico Uso No . de Año Autor Patente Aditivos para recubrimientos US 6,114,489 2000 Vicari y en polvo: Aglutinantes, colaboradores enlazadores-x, niveladores de flujo Adhesivos, agentes US 6,174,988 2001 Guth y reforzadores vía seca/húmeda colaboradores para productos de papel Aglutinantes para US 6,075,082 2000 Workman y estructuras no sinterizadas colaboradores de cerámica (presinterizado) Tabla 3. (Continuación) Uso No . de Año Autor Patente Moléculas de portadores para US 6,228,344 2001 Dorshow y diagnósticos médicos colaboradores Agentes limpiadores, virutas US 6,231,680 2001 Gerlach y de madera para superficies Lehmann plásticas Recubrimientos para JP 2002 Yashuda y fertilizantes de liberación 2002191206 colaboradores controlada Liberación controlada de US 6,239,192 2001 Muller y plásticos degradables colaboradores Composiciones descongelantes US 6,287,480 2001 Berglund y colaboradores Control de incrustaciones: US 6,187,195 2001 Zarges y Membranas de osmosis Solic. US 2002 colaboradores inversa, Agua estancada, 20020125199 Sicius y agua en afluencia colaboradores Aditivos para detergentes WO 03/14193 2002 Jordán y Gosselink Dispersantes, limpiadores US 6,245,157 2001 Gerlach y abrasivos colaboradores Tabla 3. (Continuación) Uso No de Año Autor Patente Dispersantes, pulidores JP 200109799 2000 Koyama y abrasivos colaboradores Dispersantes/espesantes para US 6,143,817 2000 Hallam y polimerización en emulsión colaboradores Inhibidores de gas hidrato US 6,232,273 2001 Namba y colaboradores Aditivos para nebulizadores JP 200191475 2000 Masaya y para el cabello colaboradores Películas aislantes para US 6,221, 43 2001 ubota y cristales líquidos . colaboradores Elementos de intercambio US 6, 139, 742 2000 Bhattacharyya iónico para membranas y secuestrantes de metales colaboradores Enlazadores de agentes wo 00/59458 200 Guth y activos para superficies US 6, 303, 794 2001 colaboradores proteináceas (cabello, piel, uñas, forros de piel, etc. Microesferas para formación US 6,200,548 2001 Bichon y de imágenes médicas colaboradores Tabla 3. (Continuación) EJEMPLOS Los siguientes ejemplos pretenden ilustrar pero de ninguna manera limitar la invención. Métodos Peso molecular. Los pesos moleculares de los copolimeros se determinaron por medio de cromatografía por permeación sobre gel (GPC) , con poliaspartatos comerciales y poliacrilatos como estándares. Además, los pesos moleculares de copolimeros específicos se midieron por medio de espectroscopia de masa (matriz-apoyada, desorpción de láser (MALDI MS) con detector aéreo de tiempo) , y luego se usaron ellos mismos como estándares para determinaciones por GPC. Color. El color de los copolimeros, tanto como sólidos y soluciones acuosas, se evaluó por comparación visual a colores estándares (ASTM) disponibles de fuentes comerciales. Además, los espectros de rayos visibles y ultravioleta de soluciones acuosas estándares d elos copolimeros se compararon para indicar la intensidad del desarrollo de color a longitudes de onda particulares. Morfología molecular. La linealidad vs . La ramificación de los copolimeros se evaluó de dos maneras. La primera empleó un método avanzado de microscopía de fuerza atómica. La segunda utilizó titulación cuantitativa de los grupos del extremo carboxílico, C- terminal de moléculas de polisuccimida . El número de grupos terminales en comparación con pesos moleculares conocidos de las moléculas puede proporcionar un indicio del número de ramales, cuando cada ramal tiene un grupo terminal. Microscopía de fuerza atómica. Primero, se usó un nuevo método de microscopía de fuerza atómica (AFM) , para inspeccionar visualmente la aparición de moléculas a niveles de nanómetros y angstroms. El método involucró primero inmovilizar los polímeros en las superficies de cristales de calcita permitiendo a los polímeros ser impregnados por sí mismos parcialmente en las superficies del cridtal en crecimiento por colocación de grupos funcionales de los copolímeros en posiciones de la retícula de la superficie del cristal. Los polímeros, así inmovilizados y retenidos a ustadamente a una superficie atómica plana, fueron luego sometidos a formación de imágenes vía AFM en modalidad de contacto en solución. Las diferencias evidentes visualmente entre moléculas ramificadas Vs . No ramificadas fueron claras. Espectroscopia de Rayos Infrarrojos. El espectro de rayos infrarrojos de los copolíemros se determinó por medio del uso de espectrómetro de IR convencionales equipados con reflejancia total atenuada. El espectro reveló picos de imida y amida característicos, indicando así la presencia o ausencia de residuos succinimida, así como también de aspartato, asparagina y otros residuos. El espectro también reveló la presencia de grupos aditivos funcionales en los copolímeros derivatizados. Proporción de residuos vía la evaluación de grupos titulables de productos polimericos Se hicieron manualmente titulaciones cuantitativas ácido-base de los copolímeros en el intervalo de pH de 7 a 2.5 por medio de tituladores digitales y también por medio del uso de un titulador automático. El procedimiento comenzó con pesar una cantidad estándar de material, típicamente 100 mg, en un vaso de precipitados que contenía agua destilada, típicamente 50 mi. El pH inicial se midió y se llevó a pH de 7 por adición de ya sea NaOH 1N o HC1 1N (reactivos y reguladores de pH estándares de Fisher Scientific) . La titulación se condujo registrando los volúmenes de titulante (HC1 1N) versus el pH desde pH 7 a 2.5. Los umoles de NaOH consumido en este intervalo correspondieron a los umoles de grupos titulables en la muestra original. Los controles consistieron de titulación de agua destilada y de compuestos estándares incluyendo ácido aspártico de grado reactivo, poliaspartatos de sodio purificados, ácidos aspárticos purificados, polisuccinimidas purificadas, y poliaspargina purificada (Sigma Chemical) . La cantidad de ácido o base que fue consumida en este intervalo indicó la cantidad de grupos titulables de ácido aspártico por peso unitario de los copolímeros . El material fue entonces retro-titulado a pH de 7 usando NaOH 1N, como una comparación y se verificó en la titulación posterior, luego continuó a pH de 10.0. La solución se calentó a 60 a 65 °C para facilitar la ruptura del anillo en medio alcalino de los residuos succinimida, si hay alguno. Se añadieron cantidades de NaOH 1N para mantener el pH a 10.0 hasta que el desplazamiento descendente del pH que acompaña a la ruptura del anillo (cuando las moléculas de OH- son consumidas) cesó. Este volumen también se registró como un indicio de la cantidad de residuos succinimida que han sido convertidos a residuos aspartato. Cuando una medición más cuantitativa de la aparición de nuevos residuos aspartato en la solución, se repitió la titulación a pH descendente. El pH se ajustó a pH de 7 vía adiciones de HC1 1N. Se continuó entonces a pH de 2.5, registrando otra vez el volumen de titulante versus el pH. El número de 'umoles de residuos succinimida en un producto polimérico particular se determinó de la diferencia entre los umoles de HC1 necesitados para titular desde pH de 7 a 2.5 después del procedimiento de ruptura del anillo, cuando se comparó con la cantidad original de umoles de HC1 consumido desde pH de 7 a 2.5 por el material polimérico reciente. El número de micromoles de residuos aspartato y de residuos succinimida fue después convertido a una cantidad en miligramos. La diferencia entre la cantidad original de muestra y la cantidad de residuos aspartato y succinimida correspondió a la cantidad de masa no titulable en la muestra original. Para los terpolimeros de aspartato asparagina, succinimida, la masa de materiales no titulables es equivalente a la cantidad de residuos asparagina. En casos en los que la masa extra de titulante o aditivos estuvo presente en las muestras de polímero de volumen en seco, se hicieron las correcciones apropiadas.

Análisis de aminoácidos. Los copolimeros fueron hidrolizados via tratamiento ácido para producir los constituyemtes monoméricos. Estos fueron entonces tratados para formar sus derivados feniltio carbamilo por medio del usos de fenilisotiocianato . Los aminoácidos derivatizados fueron entonces separados vía cromatografía líquida en fase inversa identificados por comparación con cromatogramas de estándares de los aminoácidos también tratados así. Este método generó datos cuantitativos de la composición de aminoácidos de los copolimeros. Ensayo de floculacion de suelos. Se obtuvieron suelos del US departement of Agriculture, Agriculture Research Service, de un sitio de Idaho. El ensayo de floculacion involucró la suspensión de una muestra de suelo en agua destilada en la presencia o ausencia de los aditivos a diferentes dosis. El agua contuvo cationes divalentes a 0.1 molar (calcio y/o magnesio), los cuales se han mostrado como una variable significativa a ser controlada (por ejemplo, Dontsova y Norton, 1999) . Aunque son posibles una variedad de distribuciones, mediciones de rutina involucraron una muestra de suelo de 25 mg colocada en 10 mi de agua en un frasquito ó tubo de ensayo de 20 mi. Una dosis efectiva típica de aditivo fue de 10 pg/ml (ppm) . La suspensión de suelo se sometió a vórtice o se mezcló de otra manera, y la sedimentación fue seguida por el uso de un espectrofotómetro u otro dispositivo para observar la dispersión de la luz, por ejemplo a 450 nm. Los sistemas control contuvieron ya sea ningún aditivo o PAM. Las suspensiones de suelo tratadas con PA comenzaron a sedimentar notablemente en segundos, produciendo sobrenadantes claros en un minuto más o menos, mientras que los controles in tratar permanecieron turbios en el transcurso del ensayo y algunas veces más tiempo. Ejemplos 1-2. Preparación de los Materiales Iniciales de Polisuccinimida Ejemplo 1. Preparación de una polisuccinimida moderadamente ramificada de peso molecular de aproximadamente 3 a 5 kDa. Se polimerizó térmicamente una cantidad de 0.1 moles de ácido aspártico (13.3 g) en un vaso de precipitados de 600 mi, en un horno al vacio a 220 °C por 4 horas. La polisuccinimida resultante, que se obtuvo esencialmente en producto cuantitativo de 9.7 gramos tuvo un peso molecular de 3 a 5 millares de Daltones (mencionados en lo sucesivo como 5 kDa) como se muestra por permeación de gel (peso promedio) . Fue moderadamente ramificado como se muestra por titulación de los grupos carboxilato, que indica un punto de ramificaicón en aproximadamente 1 a 10 residuos. El color de producto sólido fue ligeramente marrón. El espectro IR (Figura 3, mostró un pico de imida característico a 1705 cnf1 y una señal amida a 1524 cnf1, indicador de residuos de anillo interrumpido, como ocurriría en los puntos de ramificación. (2949 w, 1705 s, 1524 w, 1390 m, 1359 m, 1287 w, 1258 w, 1212 m, 1162 m) . Ejemplo 2. Preparación de una polisuccinimida no ramificada de peso molecular de aproximadamente 30 kDa que tenga un color excelente. Una mezcla de 0.1 moles de ácido aspártico (13.3 gramos) y 4 g de ácido polifosfórico (30 % en peso del ácido aspártico) en un vaso de precipitados de 600 mi, se calentó a 120 °C con agitación, formando una pasta homogénea de catalizador y de ácido aspártico. La mezcla fue entonces polimerizada por calentamiento en un horno al vacío a 190 °C por 4.5 horas. Se lavó el producto para remover el catalizador hasta que los lavados tuvieron pH neutro. La polisuccinimida producto, obtenida en un rendimiento casi cuantitativo, fue de color crema tenue, insoluble en agua, y tuvo un peso molecular por permeación de gel de aproximadamente 30 kDa. Los datos de titulación para grupos carboxílieos indicaron la presencia de pocos puntos de ramificación (menos de 1 por 10 residuos) , como se muestra también por una falta del pico de la amida a 1520 cm"1 en el espectro IR. (3622, 2946, 1704, 1390, 1369, 1297, 1258, 1210, 1159, 633 cm"1) . Un espectro infrarrojo (Figura 4) del poliaspartato de sodio preparado desde esta polisuccinimida mostró el diagnóstico del dupleto de la amida en la región de 1500"1 600 cm-1, y señales carboxilato, desplazadas a 1395 cm"1, y ampliamente en la región de 3200 a 3300 cm"1. (3278 s, 1582 s, 1520 s, 1395 s, 1316 w) . Ejemplos 3-6. Producción de copolimeros de aspartato de sodio, asparagina y succinimida por medio de la ruptura del anillo de polisuccinimida usando una solución equimolar de hidróxido de amonio e hidróxido de sodio, seguido por la restauración del los anillos succinimida via tratamiento térmico. Ejemplo 3. Material inicial de 5 kDa, pH de 8: La polisuccinimida preparada de conformidad con el Ejemplo 1 (9.7 g, o.l moles de residuo) se suspendió en 100 mi de agua destilada en un vaso de precipitados de 250 mi, y la mezcla se calentó a 80 °C con agitación. La suspensión se tituló manualmente hasta pH de 8 usando una solución 1 : 1 molar de NH4OH y NaOH (preparada desde 3.14 mi de NH4OH concentrado por 5 mi de NaOH 10 N, ambos de grado reactivo) . A este pH, la mayoría del amoníaco acuoso está en la forma no nucleofílica de NH+. Se continuó con la gitación y el calentamiento hasta que la suspensión de polisuccinimida se convirtió completamente a una solución de poliaspartato de sodio/amonio mezclados. La solución se calentó a sequedad a 120 °C toda la noche, luego a 180 °C por 3 horas en un horno al vacío (para excluir el oxígeno y suprimir la formación de color) , a una presión de 10 a 25 mm de Hg. Se mostró que el producto estaba compuesto de residuos de aspartato de sodio y asparagina como se indicó por medio de los datos del espectro infrarrojo y de titulación. Fue de color dorado y completamente soluble en agua, con un pH = 6. Para conducir la formación de anillos imida, se repitió el procedimiento, excepto que la ciclización se corrió a 220 °C por períodos hasta de 10 horas. Esto dio como resultado un copolímero de aspartato, asparagina y succinimida. El producto fue soluble en agua (pH = 4.79) y de color rojizo obscuro. El espectro de IR del producto obtenido después de calentamiento a 180 °C por tres horas mostró los picos asociados con polímeros de aspartato, por ejemplo a 1391 (carboxilato) , 1533 y 1589 (dupleto de amida primaria) , y 3300 cm"1 (carboxilato), así como también señales características de residuos asparagina, a 1648 cm"1 y 3072 cm"1 (cadena lateral del grupo -CONH2-R) (3300 s, 3072 m, 1648 s, 1589 s, 1533 s, 1391 s, 1196 w) . Después de calentamiento a 220 °C por 4.5 horas, la señal imida a 1704 cm"1 comenzó a emerger, como un resultado de los residuos de aspartato de amonio que se convirtieron a succinimidas (3292 s, 3057 w, 2933 w, 1704 sh, 1651 s, 1392 m, 1290 w, 1197 w) . Después de calentamiento a 220 °C por 10 horas, la señal imida a 1704 cm"1 se volvió prominente (figura 6) (3300 s, 1704 s, 1664 m, 1530 s, 1383 m, 1355 m, 1296 w, 1194 m) . Ejemplo 4. Material inicial de 30 kDa, pH de 9. se siguieron las condiciones y procedimientos de reacción como se describe en el ejemplo 3, usando la polisuccinimida preparada de conformidad con el Ejemplo 2 como material inicial. Además, la etapa de secado se logró vía el uso de un horno de aire forzado a 80 °C en vez de un horno de convección a 120 °C, para evitar la hidrólisis de la cadena polimérica durante el secado. Se condujo la ciclización a 220 °C por 4.5 horas. El producto copolimérico resultante, en este caso que tiene PM = 30 kDa, mínimamente ramificado y de color obscurecido en el material inicial, se mostró entonces que estaba compuesto de aspartato de sodio, asparagina, y succinimida, como se indicó por medio del espectro infrarrojo y los datos de titulación. Ejemplo 5. Material inicial de 5 kDa, pH de 10: se siguieron las condiciones y procedimientos de reacción del ejemplo 3, excepto que el pH de la ruptura del anillo en medio alcalino, se ajustó a 10. Esto conduce a la disociación de los iones amonio, de modo que estén presentes ellos mismos como moléculas de NH3 en medio acuoso, predominantemente libres. En este caso la competencia entre los nucleófilos, NH3 versus OH", mejoró a favor del amoniaco, dando como resultado una producción creciente de residuos de asparagina. Se corrió la ciclización a 220 °C por 2 horas. El producto copolimérico mostró estar compuesto de aspartato de sodio, asparagina y succinimida. Fue soluble en agua y de color obscuro, P ~ 5 kDa, moderadamente ramificado. Ejemplo 6. Material inicial de 30 kDa, pH de 10. se siguieron las condiciones de reacción y los procedimientos del Ejemplo 5, excepto que se usaron la polisuccinimida del Ejemplo 2 y las condiciones de secado del Ejemplo 4. El porducto copolimérico de nuevo mostró ser un terpolimero de aspartato de sodio, asparagina, y succinimida. El producto fue de color obscuro y soluble en agua, PM - 30 kDa, mínimamente ramificado. Ejemplos 7-11. Ajuste de pH Previo al Secasdo y Ciclización. Producción de un copolímero de aspartato de sodio, asparagina, y succinimida por ruptura del anillo de la polisuccinimida usando una cosolución de hidróxido de amonio y de hidróxido de sodio a 0.5:0.5 equivalentes de cada uno en relación a los moles de residuos succinimida, seguido por ajuste descendente de pH antes del secado y de la ciclización. Una suspensión de 313 g de polisuccinimida del Ejemplo 2 (3.23 moles como residuos succinimida, 97 g por mol) en 1.4 litros de agua destilada en un vaso de precipitados de 6 litros se calentó a 60- 65 °C con agitación. Una solución de NH4 OH y NaOH, preparada por adición de 101 mi de ?¾?? concentrado (Fisher Scientific, 15.9 M; 1.61 moles) a 161 mi de NaOH 10 N (Fisher Scientific; 1.61 moles), se añadió manualmente por medio de pipeta a la suspensión de polisuccinimida, manteniendo el pH a ~ 10. Se añadió el reactivo gota a gota durante 10 minutos, luego rápidamente durante otros 10 minutos, produciendo una solución que tuvo un pH final de 7.74. Se diluyó la solución a 2 litros, y se trataron cuatro alícuotas de 50p mi con respectivamente, HC1, H3PO4 , H2S04 o HNO3 , para obtener un valor designado de pH, antes de secado y ciclización. Se tomaron submuestras adicionales de cada una de las soluciones a pH ajustado para reacciones de ciclización a diferentes temperaturas por diferentes intervalos de tiempo. Los ejemplo 7-11 posteriores describen los resultados para mezclas de reacción tratadas con HC1 al pH indicado, seguido por ciclización a 180 °C por 3 horas al vacio a 10 a 25 mm de Hg. Cada uno de estos productos fue de color dorado claro. Los pesos moleculares de los productos copoliméricos se midieron por medio de GPC correlacionada con el peso molecular de la polisuccinimida inicial. Ejemplo 7. Tratamiento con HC1, pH de 5: procedimiento de ciclización a 180 °C, 3 horas. Se pipetearon alicuoatas de 25 mi de la solución de pH ajustado en placas refractarias de 200 mi para secado toda la noche a 80 °C en un horno de aire forzado. Estas muestras fueron entonces ciclizadas a 180 °C por 3 horas en el horno al vacio. El terpolimero producto resultante mostró por titulación cuantitativa tener una proporción de residuo de 1:0.67:0.3 (asp:asn: suc) . El espectro IR tuvo el aspecto de un pico imida más aparente a 1706 cm"1 que apareció para los productos de los ejemplos 4 y 6. Las señales de las amidas de la cadena lateral de asparagina (grupo R) fueron vistas como un apoyo alrededor de de 1600 cm"1 y un pico a 3060 cm"1. (3259, 3062, 1706, 1591, 1531, 1393, 1196, 635 cm"1) .

Ejemplo 8. Tratamiento con HC1, pH de 4.5: ciclización a 180 °C, 3 horas. Alícuotas de solución ajustadas a pH de. 4.5 fueron tratadas como se describe en el ejemplo 7. El terpolímero producto resultante tuvo una proporción de residuo de 1:1:0.4 ( asp : asn : suc) . El espectro IR (Figura 7) mostró un pico de imida definido a 1705 citf1 y la emergencia de una señal de amida de la cadena lateral de asparagina a 1650 cm"1. (3250 s, 3053 m, 1735 w, 1705 m, 1595 s, 1537 s, 1383 s, 1267 w, 1201 w) . Ejemplo 9. Tratamiento con HC1, pH de 4.0; ciclización a 180 °C, 3 horas. Alícuotas de solución ajustadas a pH de 4.0 fueron tratadas como se describe en el ejemplo 7. El terpolímero producto resultante tuvo una proporción de residuo de 0.75:1:0.63 (asp : asn: suc) . En el espectro IR, el pico imida a 1705 cm"1 comenzó a dominar, la señal amida de la cadena lateral de asparagina a 1653 cm-1 se volvió bien definido, , y el dupleto de amida primaria (1598, 1540 cm"1) fue menos pronunciado, cuando más de los residuos aspartato se habían convertido a residuos succinimida. (3262 s, 3056 m, 1705 s, 1653 s> 1598 s, 1540 m 1393 s, 1356 m, 1207 w, 1189 w) . Ejemplo 10. Tratamiento con HC1, pH de 3.5: ciclización a 180 °C, 3 horas.

Alícuotas de solución ajustadas a pH de 3.5 fueron tratadas como se describe en el Ejemplo 7. El producto terpolimérico resultante tuvo una proporción de residuo de 0.43:0.69:1 ( asp : asn : suc) . En el espectro IR, la señal imida (1704 cm"1) comenzó a ensombrecer las otras señales, aunque las señales de las amidas primaria y secundaria para asparagina y aspartato fueron aún evidentes. Ejemplo 11: Tratamiento con HCl, pH de 3.0: ciclización a 180 °C, 3 horas. Alícuotas de solución ajustadas a pH de 3.5 fueron tratadas como se describe en el Ejemplo 7. El producto terpolimérico tuvo una proporción de residuo de 0.21:0.80:1 ( asp : asn : suc) . El espectro IR comenzó a parecer el espectro de polisuccinimida; no obstante las señales de amidas primarias y secundarias permanecieron visibles . Los copolímeros del producto en los ejemplos 7-10 fueron completamente solubles en agua a pH neutro. El producto del Ejemplo 11, el más enriquecido con residuos succinimida, fue solamente parcialmente soluble en agua a pH de 7. Todos los copolímeros del producto comenzaron a precipitar a valores de pH inferiores a 3, incrementándose a medida que el % molar de residuos succinimida incrementaba . Se obtuvieron resultados similares a partir del secado y del tratamiento térmico (ciclización) de soluciones tratadas cpm los otros tres ácidos mencionados anteriormente . Se obtuvieron por cientos molares algo superiores de succinimida en los copolimeros del producto al extender el tiempo de calentamiento o aumentar la temperatura; no obstante, esto fue típicamente acompañad por un obscurecimiento de los productos. El obscurecimiento fue leve en tratamientos hasta 190 °C por hasta 7 horas. No obstante, a temperaturas más altas que ésta y por tiempos más prolongados, los productos a menudo se obscurecieron notablemente. Ejemplos 12-17. Reacciones que emplean hidróxido de amonio (no hidróxido metálico) Ejemplo 12. Preparación de copolimeros de aspartato de amonio y asparagina por ruptuta del anillo de polisuccinimida con 1 a 3 equivalentes de hidróxido de amonio concentrado (por equivalente de residuo de succinimida (no hidróxido metálico) . • Se pesaron en cada uno de tres frasquitos de 20 mi, una muestra de 0.97 g (10 milimoles de residuo) de- la polisuccinimida del Ejemplo 2 (peso molecular de 30 kDa. A cada uno de éstos se añadieron 10 mi de agua. El pH inicial = 5 a 5.29. Frasquito 1 (1 eq. de NH4OH) : se añadió NH40H concentrado (14.8 , 0.676 mi; 10 mmoles) , dando un pH de 11.26. El fraquito fue tapado firmemente y el contenido se agitó magnéticamente. El polímero se disolvió completamente en 2.5 horas a temperatura ambiente, y la solución tuvo un pH de 8.85. Frasquito 2 (2 eq. de NH4OH) : se añadió NH40H concentrado (14,8 N, 1.35 mi; 20 mmoles) dando un pH de 11.40. La reacción fue completa después de agitar por 20 minutos a temperatura ambiente, produciendo una solución ámbar claro. El pH final fue de 10.43. Frasquito 3 (3 eq. de N¾OH) : se añadió NH40H concentrado (4.8 N, 2.03 mi; 30 mmoles), dando un pH de 11.74. La disolución del polímero fue completa en 15 minutos a 23 °C. El pH final fue de 10.75. Los contenidos de los frasquitos se vertieron en placas refractarias de 200 mi y se colocaron en un horno de secado por aire forzado a 80 °C toda la noche. Se registraron los productos como: frasquito 1, 1.224 g; frasquito 2, 1.228 g; frasquito 3, 1.227 g. Un copolímero 1:1 de aspartato de amonio, asparagina tuvo un residuo de peso molecular intermedio entre aquellos del aspartato de amonio (132) y asparagina (114); esto es, un peso molecular promedio del residuo de 123 Da. Corrigiendo la cantidad original de polisuccinimida por el peso del residuo incrementado dio como resultado (123/97) (0.97 g) = 1.23 g como el producto teórico para un copolimero 1:1.

La comparación de los resultados experimentales con los teóricos (1.23 g para un copolimero de 1:1 de aspartato de amonio y asparagina) sugiere que los copolimeros del producto fueron aproximadamente 50 % asparagina. Los datos de titulación para estos copolimeros apoyaron esta indicación, pero con algún incremento en el % molar de asparagina cuando la cantidad de hidróxido de amonio se incrementó. Para el tratamiento de hidróxido de amonio : asparagina 1:1, los datos de titulación mostraron 42 % de los residuos de asparagina: el tratamiento de 1:2, 51 % como asparagina; el tratamiento de 1:3, 53 % de asparagina. Reacciones similares, usando las polisuccinimidas de los Ejemplos 1 y 2 en una proporción de succinimida: hidróxido de amonio de 1:2 produjeron copolimeros de aspartato de amonio y asparagina con hasta 70 % de residuos de asparagina. Los copolimeros fueron solubles en agua, formando soluciones amarillo tenue a claro de pH ~ 6. Hubo sin embargo algunas diferencias notables en sus propiedades acuosas. El copolimero de peso molecular más alto, no obstante, comenzó a formar un precipitado blanco en el intervalo de pH de 4 a 5 a partir de la titulación, y continuó preciptando a valores más bajos de pH, formado un sólido pegajoso.

El espectro de IR (Figura 5) del copolimero preparando usando el tratamiento 1-2 mostró señales de asparagina características a 1642 cm-1 y 3062 cm"1, correspondientes a los enlaces amida de la cadena lateral del grupo R-. (3199 s, 3062 m, 1642 s, 1527 s, 1391 s, 1276 m, 1195 w, 1126 w) . Ejemplo 13. Preparación de un terpolímero de aspartato de amonio, asparagina, y succinimida desde un copolimero intermediario de aspartato de amonio y asparagina. A. Preparación del copolimero intermediario Se suspendieron muestras de 16 g (0.165 moles de residuo succinimida) de la polisuccinimida del ejemplo 1 (5 kDa) y del ejemplo 2 (30 kDa) en 110 mi de H20 en poli botellas de 500 mi. A cada una de éstas se añadieron 20 g (0.336 moles) de hidróxido de amonio de grado reactivo, concentrado (14.8 M, 0.88 g/ml) Las botellas fueron cubiertas y las suspensiones se agitaron manualmente. Ambas muestras se disolvieron completamente en 6 minutos y se calentaron ligeramente. Las muestras fueron vertidas en placas refractarias y se secaron a 80 °C toda la noche. El producto de los copolímeros derivados de la polisuccinimida de peso molecular más alto del Ejemplo 2 fue de 19.7 g, y la muestra completa podría ser despegado fácilmente de la placa de secado, como un cristal ámbar claro. El otro copolimero, derivado de polisuccinimida de peso molecular más bajo, fue mucho más adherente al vidrio. Los datos de titulación para estos copolimeros de aspartato de amonio/asparagina mostró 61.4 % molar de Asn para un material de 5 kDa y 68.9 % molar de Asn para un material de 30 kDa. B. Ciclización Las muestras fueron colocadas en el horno al vacio para ciliczación a 170 °C por 3 horas a 10-25 mm de Hg. (Temperaturas de 180 °C y superiores condujeron al obscurecimiento de los productos) . Los productos fueron 16.8 g (material de 30 kDa) y 16.5 g (material de 5 kDa) . Las titulaciones de los terpolímeros mostraron proporciones de residuo aspartato de amonio : asparagina : succinimida de 0.22:1:0.29 para el material de 30 kDa y 0.22:1:0.25 para el producto de 5 kDa. El material de 30 kDa fue solamente parcialmente soluble en agua a pH de 5.68,-en titulación ascendente, el material se disolvió completamente a pH de alrededor de 9.5. El terpolimero de 5 kDa fue completamente soluble en agua, formando una solución amarillo brillante a pH de 4.9. Ejemplos 14-15. Ajuste de pH Previo al Secado y Ciclización de los Copolímeros enriquecidos en Asparagina del ejemplo 13a . Ejemplo 14. Una solución de 100 g del copolímero de aspartato de amonio/asparagina de 5 kDa del ejemplo 13a en agua destilada (pH inicial de 6.39) fue agitada mecánicamente, y se añadieron 15 mi de HC1 concentrado (12.1 N) , llevando el pH a 3.99. Esta solución fue vertida y enjuagada en una placa refractaria grande para secado por aire forzado a 80 °C por dos días. La placa fue entonces colocada al vacío a 180 3 horas. El producto (87.2 g) , que no tuvo obscurecimiento notable, fue fuertemente adherente al vidrio, pero podría ser liberada por raspado. Los datos de titulación indicaron un polímero con una proporción de residuo (asp:asn: suc) de 0.22:1:0.68. Por consiguiente, el tratamiento del pH incrementó la cantidad relativa de residuos succinimida en relación a los productos del Ejemplo 13B. Además, los residuos de áciod aspártico estuvieron presentes en la forma de ácido. El material disolvió lentamente pero formó una solución amarillenta con pH de 4.46. El ajuste de pH hacia arriba hizo al polímero más fácilmente soluble. Ejemplo 15. Se siguió el mismo procedimiento que en el Ejemplo 14, excepto que la polisuccinimida original fue el polímero de 30 kDa del Ejemplo 2 .

La titulación del producto indicó un terpolimero con proporción de residuo (ácido asártico: asparagina: succinimida) de 0.12:0.85:1. Como tal, el material fue enriquecido en ambos, asparagina y succinimida. El terpolimero resultante no fue fácilmente soluble en agua, produciendo una solución amarillenta pálida, parcial clara de pH de 4.66. Podría volverse soluble solamente con calentamiento, agitación, y tratamiento en medio alcalino a pH de 9 por 20 minutos. Ejemplos 16-17. Conversión de los terpolimeros enriquecidos en asparagina- y succinimida de los Ejemplos 14-15, en más solubles en agua por inclusión de iones contrarios de sodio. Una muestra de 32.33 g de la polisuccinimida del Ejemplo 1 {polisuccinimida de 0.33 moles de residuo, 5 kDa) , se suspendió en 215 mi de H20 destilada en una poli botella de 500 mi y se añadieron 40 g (0.67 moles) de NH0H concentrado (14.8 M, 0.88 g/ml) . El polímero se disolvió completamente en aproximadamente 6 minutos dando una solución de pH de 10.45. La solución fue transferida a una gran placa refractaria y fue secada por 2 días vía aire forzado a 80 °C. La titulación del copolímero de aspartato de sodio/asparagina resultante indicó 54 por ciento molar de asparagina.

El material se redisolvió en 200 mi de agua para dar una solución con pH de 5.69. La solución se tituló a pH de 4.48 con 2.4 mi de HC1 12.1 N. a esta solución se añadió entonces 4.78 g de NaCl (0.0825 moles, equivalentes a 25 % de los residuos succinimida originales) . La solución se vertió en la placa refractaria y se secó toda la noche a 80 °C. Después se colocó en el horno al vacio y el material fue ciclizado a 170 °C por 3 horas a 10- 25 mm de Hg. El rendimiento del terpolimero del producto fue de 38.7 g. El material fue removido fácilmente de la superficie del refractario. Los datos de titulación indicaron una proporción de residuo (NaAsp :Asn: Suc) de 0.375:1:0.438) equivalente a un % molar de residuo de 20.7:55.2 %:24.1). Porque el rendimiento fue muy próximo ai teórico, con base en esta proporción de residuo, se cree que mucho del HC1 y del NaCl añadidos durante la reacción se sublimaron durante las etapas de calentamiento como la sal de cloruro de amonio) . El material tuvo un color oro cálido, estrechamente parecido al color del polímero inicial después de la ciclización. Fue muy soluble en agua y generó una solución de pH de 4.9 a 5.0. En la titulación para bajar el pH, se formó un precipitado de color crema; con ajuste a pH de 7, fue completamente soluble.

Ejemplo 17. Se siguieron las reacciones y los procedimientos del ejemplo 16, generando un terpolimero de aspartato de sodio, asparagina> y succinimida . En este caso, el pH de la solución del copolimero de aspartato de amonio y asparagina se ajustó hacia abajo a pH de 4.0 antes de secado y ciclización. El terpolimero fue similar al producto del ejemplo 16, excepto que proporcionalmente hubo más residuos succinimida. La proporción de residuo fue de 0.31:1:0.54 (NaAsp : Asn: Suc) . Ejemplo 18. Material inicial para el copolimero de aspartato de sodio/succinimida Los copolimeros de aspartato de sodio/succinimida se formaron de conformidad con el método de Sikes y colaboradores (Patentes U.S Nos. 5,981,691 y 6,495,658) . Estos copolimeros tienden a ser oligoméricos, en el intervalo de 10 residuos (peso molecular de alrededor de 1200, con base en las mediciones por GPC. Una muestra de 13.3 g (100 mmoles) de ácido aspártico fue suspendida en 100 mi de agua destilada con agitación, y el ácido aspártico fue neutralizado parcialmente con 5 mi de NaOH 10 N (50 mmoles) . Se pipeteó NH4OH concentrado (3.38 mi, 14.8 N, 50 mmoles) en el vaso de precipitados, neutralizando completamente y solubilizando el ácido aspártico. El vaso de precipitados se colocó en un horno de secado a 120 °C toda la noche/ produciendo un cristal ligeramente amarillento, claro de los comonómeros, ácido aspártico (más aspartato de amonio residual) y aspartato de sodio. El vaso de precipitados se calentó entonces en un horno al vacio a 200 °C, 25 mm de Hg, por 4 horas, para convertir el material a un copolímero de aspartato de sodio y succinimida. Los datos de titulación confirmaron la proporción de residuo de 1 : 1. B. Preparación del terpolímero de aspartato: asparagina: succinimida Se disolvió una muestra de 1.175 g del copolimero de aspartato de sodio : succinimida 1:1 (eq. a 5 mmoles de residuo imida) en 10 mi de agua destilada para dar una solución que tenga un pH = 5.61. a esta solución se añadió 1 mi de NH4OH concentrado {14.8 M; ~ 15 mmoles) . El frasquito fue sellado y la solución se agitó por 15 minutos, tiempo después, del cual, se midió el pH a 10.84. Los contenidos se vertieron en un refractario de 200 mi y se colocaron en un horno a 80 °C, aire forzado, para secado toda la noche. Este tratamiento removió el amoniaco extraño. El material fue resolubilizado en 10 mi de agua destilada, fue transferido y enjuagado en un frasquito de-20 mi. Se ajustó el pH (6.18) a 4.0 por adición de 0.36 mi de HC1 concentrado (12.1 N) . La solución fue entonces vertida en una placa refractaria de 200 mi para secado por aire forzado a 80 °C toda la noche. La placa se calentó entonces en un horno al vacío a 180 °C a 25 iran de Hg por 3 horas . Los datos de titulación mostraron que el producto (1.288) fue un terpolímero de aspartato de sodio, asparagina, y succinimida en una proporción de residuo de 0.56:0.94:1 (asp: asn: suc) . El terpolímero fue soluble en agua . Se repitieron las reacciones y procedimientos de este Ejemplo, excepto que las proporciones de los monómeros de aspartato de amonio y aspartato de sodio se ajustaron (en la parte A) para producir un copolímero 1:2 de aspartato de sodio y succinimida. Se tituló una solución de este copolímero a pH de 4.0 y se ciclizó como se expuso anteriormente. El terpolímero resultante de aspartato de sodio, asparagina, y succinimida tuvo una proporción de residuo de 0.53:1:0.97 (asp : asn: suc) . Este terpolímero también fue soluble en agua. Ejemplo 19. Material inicial para el poliaspartato de sodio. Varios polímeros de aspartato de sodio se convirtieron en copolímeros de aspartato de sodio: succinimida por titulación descendente de sus soluciones en el intervalo de pH de 3 a 5, se secaron y se ciclizaron, de conformidad con los procedimientos generales descritos anteriormente. En otra variación (Ejemplo 19), una solución de poliaspartato de sodio (producido por ruptura del anilló en medio alcalino de una polisuccinimida de 30 kDa, la cual a su vez fue producida por tratamiento térmico de ácido aspártico de conformidad con el Ejemplo 2) se colocó en una bolsa de diálisis que tenia un recorte de peso molecular de 3 kDa y se dializó contra grandes excesos volumétricos de HC1 0.1 N (2-3 litros con 2 cambios), para convertir el poliaspartato de sodio a ácido poliaspártico y remover los iones contrarios del sodio. La solución fue entonces dializada dos veces adicionales contra HC1 0.01 N para remover el exceso de HC1, y el dializado que contenía el ácido poliaspártico, fue liofilizado, se removió el HC1 residual y se produjeron hojuelas pulverizadas, finas de un copolimero de ácido aspártico/succinimida. La Figura 8, es un espectro en infrarrojo del copolimero del producto, que tiene una señal imida clara a 1720 cm"1. Las absorbancias de los grupos de ácido carboxílico (COOH) no disociados se desplazaron algo hacia arriba desde los grupos carboxilato que los originaron (por ejemplo, Figura 3) . (3313 s, 3078 m, 2944 m, 1720 s, 1645 s, 1526 s, 1407 m, 1185 s) . Ejemplos 20-23. Terpolimeros de Aspartato, Asparagina, y Succinimida injertados en almidón; Ensayos para Actividad como Floculantes de Suelos Ejemplo 20. Injerto de un terpolimero de aspartato de sodio, asparagina, y succinimida a almidón de maíz por medio de adición nucleofilica en agua. Se preparó una suspensión al 0.1 % en peso de almidón de maíz comercial (Safeway) en agua, usando 100 mg de almidón de maíz en 10 mi de agua, a 162 mg por mol de residuo de glucosa, esto representa 0.617 mmoles de glucosa. Se añadió una muestra de 215 mg de un terpolimero de aspartato de sodio, asparagina, y succinimida, preparado como se describe en la presente (proporción molar de aproximadamente 1:1:1; aproximadamente 0.6 mmoles de succinimida) , con agitación, volviendo la fase de la solución de un color ámbar cuando se disolvió. El pH de la solución-suspensión de almidón-terpolimero se ajustó y se mantuvo a pH de 11 por adición de 80 µ? de NaOH 10 N. La ausencia relativa de un desplazamiento descendente del pH durante el curso de la reacción sirvió como un indicador de adición nucleofilica, en comparación con la reacción de ruptura del anillo de succinimida en medio alcalino, la cual consume iones hidróxido. El producto, se supuso que fue una composición de terpolimero-almidón s injertados, estuvo compuesto de hojuelas similares a gel, distintas a un control tratado de manera similar (suspendido y sometido a pH de 11 más calor), el cual permaneció como una suspensión blanca granular en enfriamiento. Se esperó que tenga lugar alguna reticulación del almidón, tendiendo a convertir el almidón en un material similar a gel que tiene una naturaleza polianiónica . Por consiguiente, los terpolimeros de la presente invención pueden usarse como agentes reticuladores y agentes funcionalizadores (en este caso, para solubilizar algunas de las moléculas de almidón y volverlas aniónicas mientras procede la reticulación e impartir absorbancia de agua) - Ejemplo 21. Injerto de un terpolímero de 5 kDa de aspartato de sodio, asparagina, y succinimida a almidón de papa por medio de adición nucleofilica en agua. El almidón de papa tiene un alto porcentaje de cadenas amilosa, las cuales son polímeros de glucosa lineales no ramificados en el intervalo de peso molecular de 800 kDa y superior, en contraste con el almidón de maíz, que está compuesto predominantemente de cadenas de amilopectinas de peso molecular alto (bien en millones de kDa) , las cuales son ramificadas significativamente y difíciles de solubilizar. Por consiguiente, se esperó que los injertos de almidón de papa seas más solubles en agua que los injertos de almidón de maíz del ejemplo 20. Muestras de 50 mg de almidón de papa (KMC, Dinamarca) se colocaron en 10 mi de agua en frasquitos de 20 mi, y se calentaron a 80 °C con agitación magnética. Esto correspondió a 0.3085 mmoles de residuos glucosa (50 mg/162 mg por mmol de residuos glucosa) . El almidón de papa formó suspensiones coloidales, agitables, claras. Muestras de 25, 50, 75 y 100 mg del terpoli ero del Ejemplo 16, proporción de residuo de 0.375:1:0.438 (Asp : Asn : Suc, equivalente a 180:450:210 umoles/ 100 mg) fueron disueltas cada una en 7 mi de agua, ajustando el pH con álcali si fuera necesario. Cada una, fue entonces pipeteada en una de las suspensiones coloidales de almidón de papa anteriores. El pH de cada reacción fue ajustado inmediatamente a pH de 11.5 por adición de NaOH 10 N. En cada tratamiento, el, pH permaneció estacionario en el transcurso de las reacciones. Después de 30 minutos de agitación, se ajustó el pH a 7, por adición de HC1 1N, se cubrieron los frasquitos, y las muestras se dejaron enfriar a temperatura ambiente. Se corrieron los ensayos de floculación de suelos usando estas soluciones, a niveles de 5, 10, 20, y 50 ppm (ug/ml) de materiales injertados de almidón. En estos ensayos, se observó durante el tiempo la dispersión de la luz de una suspensión de suelo estándar. Los floculantes redujeron el tiempo para las suspensiones para clarificar, mientras que los dispersantes incrementaron el tiempo de clarificación.

Cada una de las muestras exhibió actividad de floculación en todas las concentraciones, en comparación con los tratamientos control sin aditivos poliméricos y tratamientos en los cuales se añadieron dispersantes. La actividad aumentó significativamente al ir de 5 ppm a 10 ppm y marginalmente después de eso. Al comparar injertos de almidón^terpolimeros diferentes, la proporción más efectiva de almidón-terpolimero para este material se encontró que fue 1:1 en peso. Ejemplo 22. Injerto de un terpolimero de aspartato de sodio, asparagina, y succinimida a almidón de papa por adición nucleofilica en agua. Se pesó en frasquitos de 20 mi, una muestra de 50 mg de almidón de papa de KMC (0.3085 inmoles de residuos glucosa) , se añadieron 10 mi de agua, y el frasquito se calentó a 80 °C, con agitación. A esto se añadió, con agitación, una solución de 50 mg de un terpolimero de aspartato de amonio, asparagina y succinimida (Ejemplo 13) en agua. Se ajustó el pH a 11.47 con NaOH 10 N, y se dejó estacionario en el transcurso de la reacción. Después de 15 minutos, se retiró el frasquito de la placa caliente y se dejó enfriar por 15 minutos más. Los contenidos de los frasquitos se convirtieron en una solución ámbar claro que contenia una pequeña cantidad de residuo de flóculos ligeros de material. Se neutralizó la solución a pH = 7.25 con 1.5 mi de HCl 1 N. Se corrieron los ensayos de floculación de suelos a 10 y 20 g/ml (10,20 ppm) . El material injertado, de almidón fue activo como floculante, con actividad más alta a 20 ppm; no obstante, fue menos efectivo que el producto del Ejemplo 21, que empleó un terpolimero de peso molecular inferior. Ejemplo 23. Injerto de un terpolimero de aspartato de sodio, asparagina y succinimida de peso molecular bajo a almidón de papa por medio de adición nucleofilica en agua.

Se hizo reaccionar una muestra de 100 mg de almidón de papa (KMC) con 100 mg del terpolimero del Ejemplo 18, que tiene una proporción de residuo de 0.53:1:0.97 (as : asn: suc) y un peso molecular de aproximadamente 1200 Da), esencialmente conforme al procedimiento del Ejemplo 22. Este material tuvo actividad superior en ensayos de floculación de suelos (medida a 10 y 20 ppm) que los materiales de los ejemplos 21 y 22, formados desde terpolimero de pesos moleculares más altos.

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Claims (30)

105 NOVEDAD DE LA INVENCION Habiendo descrito la presente invención, se considera como novedad, y por lo tanto se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES :

1. Un copolimero de aspartato que comprende (a) residuos aspartato, los cuales pueden ser substituidos en el carboxilo de la cadena lateral, y al menos un tipo de residuo seleccionado de (b) residuos asparagina, los cuales pueden ser substituidos en el nitrógeno de la cadena lateral, y {c) residuos succinimida, y está caracterizado por: (i) un peso molecular mayor que 5,000 Daltones, o (ii) una morfología substancialmente lineal y un peso molecular mayor que 600 Daltones, o (iii) solubilidad en agua y un peso molecular mayor que 2,000 Daltones, o cualquier combinación de los mismos.

2. El copolimero de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado por (i) un peso molecular de aproximadamente 5,000 a aproximadamente 100,000 Daltones, o (ii) una morfología substancialmente lineal y un peso molecular de aproximadamente 600 a aproximadamente 100,000 Daltones, o (iii) solubilidad en agua y un peso molecular de 106 aproximadamente 2,000 a aproximadamente 100,000 Daltones, o una combinación de los mismos.

3. El copolimero de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado por la solubilidad en agua y un peso molecular de aproximadamente 5,000 a aproximadamente 100,000 Daltones.

4. El copolimero de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque tiene una morfología substancialiciente lineal.

5. El copolimero de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los residuos asparagina no son substituidos.

6. El copolimero de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los residuos aspartato no son substituidos.

7. El copolimero de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque los residuos aspartato tiene un ión contrario metálico.

8. El copolimero de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque tiene una morfología lineal y un peso molecular de aproximadamente 5,000 a aproximadamente 100, 000 Daltones.

9. El copolimero de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque tiene una morfología lineal y un peso molecular de aproximadamente 30,000 a aproximadamente 107 100,000 Daltones.

10. El copolimero de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque tiene una morfología ramificada y un peso molecular de aproximadamente 5,000 a aproximadamente 100,000 Daltones.

11. El copolimero de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque tiene una morfología ramificada y un peso molecular de aproximadamente 30,000 a aproximadamente 100,000 Daltones.

12. Un método de sintetizar un copolimero de aspartato, caracterizado porque comprende: (a) añadir a una suspensión acuosa de una polisuccinimida, a un pH de aproximadamente 8-12, un reactivo seleccionado de (i) hidróxido de amonio y (ii) una mezcla de hidróxido de amonio y un hidróxido metálico, efectiva para producir un producto copolimérico que contenga residuos aspartato y asparagina; y (b) secar el copolimero bajo condiciones no hidrolíticas .

13. El método de conformidad con la reivindicación caracterizado porque el producto copolimérico contiene residuos aspartato de amonio, y el secado es efectivo para convertir al menos una porción de los residuos aspartato de amonio a residuos de ácido aspártico.

14. El método de conformidad con la reivindicación 108 13, caracterizado adicionalmente porque comprende: (c) calentamiento del copolimero, efectivo para convertir al menos una porción de los residuos de ácido aspártico a residuos succinimida.

15. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el hidróxido metálico es hidróxido de sodio.

16. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque las condiciones no hidrolíticas comprenden una temperatura inferior que aproximadamente 90 °C.

17. El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el calentamiento es a aproximadamente 180 - 350 °C.

18. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el reactivo es (i) hidróxido de amonio .

19. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque comprende adicionalmente, antes de la etapa de secado (b) , ajustar el pH de una solución del copolimero a aproximadamente 2 a 6.

20. El método de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque comprende adicionalmente, después del ajuste, añadir una sal de metal alcalino a la solución, en una cantidad molar que sea inferior que la 109 cantidad molar de residuos succinimida en la polisuccinimida .

21. El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque la sal es una sal de sodio, y la cantidad molar de sal es de aproximadamente 25-50 % de la cantidad molar de residuos succinimida en la polisuccinimida .

22. El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque comprende derivatizar el copolímero por medio de la reacción de uno o más reactivos derivatizantes en grupos carbonilo de la succinimida, en grupos de la amida lateral de la aspargina, en grupos carboxilo laterales del aspartato, o una combinación de los mismos.

23. El método de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque la derivatización se lleva a cabo en un medio acuoso.

24. El método de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque la derivatización comprende hacer reaccionar el copolímero con un compuesto polimérico que contenga hidroxilo.

25. Un conjugado de un copolímero de aspartato con un compuesto polimérico que contenga hidroxilo, en donde el copolímero de aspartato comprende (a) residuos aspartato y al menos un tipo de residuo seleccionado de (b) residuos 110 asparagina y (c) residuos suecinimida, y está caracterizado por (i) un peso molecular mayor que 5,000 Daltones, o (ii) una morfología substancialmente lineal y un peso molecular mayor que 600 Daltones, o (iii) solubilidad en agua y un peso molecular mayor que 2,000 Daltones, o cualquier combinación de los mismos.

26. El conjugado de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado porque al menos uno de los compuesto pol iméricos que contienen hidroxilo está conjugado con la estructura principal del copolímero de aspartato vía un enlace éster de la cadena lateral .

27. El conjugado de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado adicionaimente por la actividad como un agente floculante.

28. Un método de preparar un copolímero que tenga residuos de ácido aspártico y succinimida, caracterizado porque comprende tratar una solución de un polímero de poliaspartato que tenga un ión contrario no catiónico diferente de hidrógeno para reemplazar el ión contrario con hidrógeno, por diálisis o intercambio iónico, y liofilizar la solución resultante.

29. El método de conformidad con la reivindicación 111 28, caracterizado porque el polímero de poliaspartato es poliaspartato de sodio.

30. Uso de un copolímero de aspartato de conformidad con la reivindicación 1 en la fabricación de un producto seleccionado de: un agente floculante, un agente de retención del suelo, un empaque biodegradable, un estabilizador enzimático, un reticulador para recubrimientos en polvo, un aditivo para uso en recubrimientos removibles, y un aditivo par uso en compuestos de minerales o fibras con aglutinantes orgánicos .