Isosorbiid

Ajalugu

Esmakordselt mainisid isosorbiidi 1927. aastal saksa teadlased Johannes Müller ja Ulrich Hoffmann. Nad uurisid sorbitooli reageerimist erinevate veevabade ainetega, mille tulemusel said amorfse aine keemistemperatuuriga 157 °C (3 mmHg rõhu juures).
Mõni aasta hiljem sünteesiti isosorbiid kristallilisel kujul. Seda teostas W. C. Harden võttes eeskujuks Fauconnier'i meetodi (mannitoolist isomanniidi valmistamine).
Esimesed füüsikalis-keemilised omadused kajastati teaduskirjanduses hoopis F. K. Belli, C. J. Carri ja J. C. Krantzi poolt 1940. aastal. Nad tiitrisid isosorbiidi-boorhappe kompleksi naatriumhüdroksiidi lahusega. Selgus, et tulemused on sarnased isomanniidi-boorhappe kompleksi tiitrimisel saadud tiitrimiskõveraga, mis juba varem olid publitseeritud. Kuid lahuse juhtivuse määramisel selgus, et isosorbiidi-boorhappe lahusel on juhtivus suurem, seega täpselt sama ühendiga tegemist siiski ei olnud. Oletati, et uuritava ühendi üks hüdroksüülgrupp asub ekso-asendis.
Isoheksiidi täpse struktuuri kirjeldus sai avalikuks aastal 1946, teostajateks R. C. Hockett, H. G. Fletcher Jr., Elizabeth L. Sheffield ja R. Max Goepp Jr. Anti ülevaade isosorbiidi saamise ja tema füüsikaliste omaduste kohta, samuti raporteeriti mõned läbiviidud reaktsioonid.

Struktuur

Isosorbiid koosneb kahest tetrahüdrofuraani ringist, mis asetsevad teineteise suhtes 120º nurga all, moodustades nii V-kujulise molekuli. Kummagi tertahüdrofuraani tsükli küljes asetseb üks hüdroksüülrühm. Positsioonis 5 olev hüdroksüülrühm on endo-konfiguratsiooniga ja positsioonis 2 on ekso-konfiguratsiooniga.
Endo-konfiguratsiooniga hüdroksüülrühm moodustab molekulisisese vesikisideme hapnikuga, mis asub teises tetrahüdrofuraani tsüklis. Antud nukelofiilne tsenter on reaktsioonivõimelisem kui molekulis olev teine hüdroksüülrühm. Asendusreaktsioon toimub aga eelistatult ekso-asendis oleva hüdroksüülrühmaga, kuna see on steeriliselt vähem takistatud, see tähendab, et ruumiliselt pääsevad teised molekulid antud funktsionaalrühmale paremini ligi.
Oma isomeeridest erineb isosorbiid kahe hüdroksüülrühma paiknevuse poolest. Isomanniidis on mõlemad hüdroksüülrühmad endo-konfiguratsiooniga ja isoidiidis ekso-konfiguratsiooniga.

Isosorbiidi derivaatide kasutusalad

Isosorbiid on väga oluline koostisosa mitmete keemiliste ühendite ja materjalide puhul, mistõttu leiavad isosorbiidi derivaadid kasutust paljudes eluvaldkondades.
Enamasti on isosorbiidi derivaadid moodustunud hüdroksüülrühmades olevate vesinike asendamisel mõne muu funktsionaalrühmaga. See tähendab, et isosorbiidi molekul on ühendatud estersideme kaudu suurematesse üksustesse. Põhjuseks hüdroksüülrühmade nukleofiilsus, mille tõttu on nendega kergem läbi viia mitmeid asendusreaktsioone.

Plastifikaator

Ettevõte Roquette on loonud isosorbiidist plastifikaatori POLYSORBID 37, mis on kahte alkoksürühma sisaldav isosorbiidi diester. See konkreetne ühend on heaks asendajaks väga laialdaselt kasutusel olevale polüvinüülkloriidile (PVC), mis tegelikkuses ftalaatide sisalduse tõttu on küllaltki ohtlik polümeermaterjal.

Lisand polümeerides

Tänapäeval uuritakse isosorbiidi puhul peamiselt seda, kuidas saab isosorbiidi kasutada mitmetes polümeersetes materjalides. Eesmärgiks on vähendada naftasaaduste kasutamist ja suurendada biomassist sünteesitavate ühendite kui taastuvate ressursside osakaalu meie igapäevases elus.
Isosorbiidi lisatakse polüetüleentereftalaadile, saadud materjalist (polüetüleen isosorbiid tereftalaat) valmistatavad plastpudelid on vastupidavamad kõrgematele temperatuuridele. Tulemusena saab nendes plastpudelites hoida kuumemaid jooke.
Ka mitmetesse biopolümeeridesse viiakse isosorbiidi sisse. Näiteks püütakse polükarbonaatides ja epoksüvaikudes bisfenool A asendada isosorbiidiga, vältimaks bisfenool A ohtlike jäätmete sattumist loodusesse.

Ravimid

Veresoonkonna haiguste raviks kasutatakse nii isosorbiidmononitraati kui ka isosorbiiddinitraati, milles on vastavalt kas üks või kaks hüdroksüülrühma asendatud nitrorühmadega.
Isosorbiiddinitraat on valge lõhnatu kristalliline aine. Kõige enam on antud ühend tarvitusel stenokardia ja hüpertoonia ravimina.
Viimastel aastatel on aktuaalne olnud ka isosorbiid-5-mononitraadi negatiivne mõju inimorganismile, nimelt tekitab ühend endoteliaalset väärtalitlust ja oksüdatiivset stressi.
Lisaks võib isosorbiidi leida diureetikumide koostisosana. Avastus tehti juba 1964. aastal, positiivseks osutus võimalikkus isosorbiidi manustada suu kaudu. Seega anti ravimit välja nii tablettidena kui ka lahustamiseks sobiva maitsega vedelikus. Sarnase päritoluga diureetikume oli selleks ajaks avastatud ka teisi (näiteks mannitool ja sorbitool), kuid nende puudus seisnes selles, et neid sai organism omandada vaid süstimise kaudu.

Päikesekreemide komponent

Kuna isosorbiid on mittetoksiline ühend, on see väga sobiv päikesekreemides kasutamiseks. Sellel baseeruvaid päikesekreeme on valmistatud nii UVA- kui ka UVB-kiirguse kaitseks. UVA-kaitsekreemides on oluliseks isosorbiidi derivaadid etüültsüanoatsetaadi ja vanilliiniga, kuid UVB-kaitsekreemide puhul esineb isosorbiidi derivaat 4-metoksükaneelhappega. Isosorbiid on neis ühenditest stabiliseerivaks osaks teistele molekulidele, võimaldades nii tagada järjepidev UV-kiirguse neelavus.

Solvent farmaatsiatööstuses

Isosorbiidi derivaat dimetüülisosorbiid, kus mõlema hüdroksüülrühma vesinikud on asendatud metüülrühmadega, on sobilikuks solvendiks mitmete ravimite valmistamisel, kasutatakse näiteks salvide, kreemide, ihupiima, silma-, nina- ja kõrvatilkade tootmisel. Dimetüülisosorbiid on vähetoksiline, õrna magusa lõhna ja mõru maitsega keemiline ühend.

Kütuse koostisosa

Diiselmootorites kasutatavates kütustes on samuti võimalik leida nii isosorbiidi kui ka selle derivaate (näiteks dimetüülisosorbiid ja isosorbiiddinitraat).

Muud kasutusotstarbed tööstustoodetes

Isosorbiidi fosfaate, kus ekso-asendis olev hüdroksüülrühm on asendatud fosfaatrühmaga, on kasutusel nii detergentidena kui ka kosmeetikatööstuse toodete komponentidena.
Isosorbiidi monoestreid võib leida olmepuhastusvahenditest ja samuti detergentidest, näiteks nõudepesuvahendist. Antud monoestrites on ühe hüdroksüülrühma asemel estersideme kaudu isosorbiidi molekuli külge seotud lineaarne või hargnenud, küllastatud või küllastumata alküül- või alkenüülrühm sisaldades 6–22 süsinikuaatomit.