"Molecularly Imprinted Polymers" quali recettori artificiali per il riconoscimento specifico di aspartame in soluzioni acquose

The present work aimed to design, synthesise and evaluate non-covalent, stoichiometric Molecularly Imprinted Polymers for the selective recognition of aspartame, a widely used artificial sweetener showing a dipeptide-like structure. Polymerizable diaryl urea and squaramide monomers were synthesised as custom-made functional monomers targeting aspartame carboxylate functional group via non-covalent binding, and evaluation of their interaction with aspartame was carried out via 1H NMR titrations and Job plots in a highly polar organic medium as dimethyl sulfoxide. Giving the relative strength of template-monomer assemblies and the possible instability of aspartame when treated with alkali, the recognition ability of the resulting polymers was assessed in aqueous solutions using aspartame itself without prior modification as N-tetrabutylammonium salt, the latter being a common strategy to stabilise the anion binding in the organic solvent required for polymerisation. The equilibrium rebinding experiments carried out using aspartame aqueous solutions resulted in most cases in the non-specific binding to the polymer chains; the strong interactions between functional monomers and aspartame studied in a polar but aprotic solvent do not correlate to the polymer binding in water, which enhance the hydrophobic interactions between aspartame and the polymer backbone. A more hydrophilic cross-linker and multiple points of interactions between aspartame and functional monomers might be a possible strategy to improve MIPs binding performance.

Il presente lavoro ha avuto come obiettivo quello di progettare, sintetizzare e valutare Molecularly Imprinted Polymers stechiometrici per il riconoscimento selettivo dell’aspartame, edulcorante artificiale comunemente utilizzato, avente una struttura simil dipeptidica. Uree e squaramidi polimerizzabili sono stati sintetizzati come monomeri funzionali aventi come target specie ossianioniche; lo studio della loro interazione con l’aspartame, così come la sintesi dei polimeri, sono stati condotti in dimetilsolfossido, solvente polare ed aprotico. Data la relativa stabilità dei complessi monomero funzionale-aspartame e l’instabilità dell’aspartame in presenza di alcali, l’abilità dei polimeri per il riconoscimento selettivo dell’aspartame è stata condotta in soluzioni acquose utilizzando aspartame senza essere precedentemente modificato come sale di tetrabutilammonio (strategia comunemente utilizzata al fine di presentare una costante carica negativa anche nei solventi organici richiesti per la polimerizzazione). Gli esperimenti di legame in equilibrio condotti utilizzando soluzioni acquose di aspartame hanno rivelato, nella maggior parte dei casi, legami aspecifici alle catene polimeriche. La forte interazione tra monomeri funzionali ed aspartame in un solvente polare ed aprotico non trova riscontro in un solvente polare e protico come l’acqua, il quale favorisce le interazioni idrofobiche tra l’aspartame e lo scheletro del polimero. Un crosslinker più idrofilo e un maggior numero di punti di interazione tra aspartame e monomeri funzionali potrebbe costituire una strategia futura per migliorare le prestazioni dei polimeri.