Dendronizovaný polymer - Dendronized polymer

Dendronizované polymery[1] (nebo dendronizované polymery) jsou lineární polymery ke každé opakující se jednotce, ke které jsou připojeny dendrony. Dendrony jsou pravidelně rozvětvené fragmenty podobné stromům a u větších je polymerní páteř obalena tak, aby poskytovala klobásové válcovité molekulární objekty. Obrázek 1 ukazuje kreslené znázornění s páteří v červené barvě a dendrony jako plátky koláče v zelené barvě. Poskytuje také konkrétní chemickou strukturu zobrazující a polymethylmethakrylát (PMMA) páteř, jejíž methylová skupina je nahrazena dendronem třetí generace (tři po sobě jdoucí větvící body).

kreslené znázornění dendronizovaného polymeru
chemická struktura dendronizovaného polymeru třetí generace

Obrázek 1. Kreslené znázornění (vlevo) a konkrétní příklad dendronizovaného polymeru třetí generace (vpravo). Periferní amin skupiny jsou modifikovány substituentem X, kterým je často a ochranná skupina. Po deprotekci a modifikaci lze dosáhnout podstatných změn vlastností. Dolní index n označuje počet opakujících se jednotek.

Struktura a aplikace

Dendronizované polymery mohou obsahovat několik tisíc dendronů v jednom makromolekula a mít natažené, anizotropní struktura. V tomto ohledu se liší od víceméně sférického tvaru dendrimery, kde je několik dendronů připojeno k malému tečkovitému jádru, což vede k izotropní struktuře. V závislosti na generaci dendronu se polymery liší tloušťkou, jak ukazuje obrázek mikroskopie atomové síly (obrázek 2). Neutrální a nabité dendronizované polymery jsou vysoce rozpustné v organických rozpouštědlech a ve vodě. To je způsobeno jejich nízkou tendencí k zapletení. Dendronizované polymery byly syntetizovány například s polymethylmethakrylátem, polystyren, polyacetylen, polyfenylen, polythiofen, polyfluoren, poly (fenylenvinylen), poly (fenylenacetylen), polysiloxan, polyoxanorbornen, poly (ethylenimin) (PEI) páteř. Molární hmotnosti bylo získáno až 200 Mio g / mol.[2] Dendronizované polymery byly zkoumány z hlediska kontroly objemové struktury, reakce na vnější podněty, chemie jedné molekuly, šablony pro nanočástice tvorba, katalýza, elektrooptická zařízení a biologické aplikace. Obzvláště atraktivní je použití ve vodě rozpustných dendronizovaných polymerů pro imobilizaci enzymů na pevných površích (uvnitř skleněných zkumavek nebo mikrofluidních zařízení) a pro přípravu dendronizovaných polymer-enzymových konjugátů.[3][4][5]

  • Obrázek 2. Mikroskopie atomové síly výškový obraz společně připravených dendronizovaných polymerů generace jedna až čtyři (PG1-PG4) odrážející různé tloušťky a zjevné délky perzistence pro každou generaci

  • Obrázek 3. Schematické znázornění molekulární hybridní struktury (konjugátu) mezi dendronizovaným polymerem a dvěma různými enzymy HRP (křenová peroxidáza) a SOD (Cu, Zn-superoxiddismutáza). PDB (SOD): 1SXA; PDB (HRP): 1ATJ; Modifikace HRP cukru od Gray & Montgomery, Výzkum sacharidů, 2006, 341, 198-209. Struktura Denpolu: Bertran et al. RSC Adv., 2013, 3, 126-140.

Syntéza

Dva hlavní přístupy do této třídy polymerů jsou: makromonomer trasa a trasa připojení. V prvním případě je polymerován monomer, který již nese dendron konečné velikosti. V druhém případě jsou dendrony konstruovány generací po generaci přímo na již existujícím polymeru. Obrázek 4 ukazuje rozdíl pro jednoduchý případ. Výsledkem cesty makromonomeru jsou kratší řetězce pro vyšší generace a cesta navázání je náchylná k nedokonalostem struktury, protože u každé makromolekuly je třeba provést enormní počet chemických reakcí.

Obrázek 4. Dva hlavní syntetické přístupy: Trasa makromonomeru (vlevo) a trasa připojení (vpravo).

Dějiny

Název „dendronizovaný polymer“, který je mezitím mezinárodně uznávaný, vytvořil Schlüter v roce 1998.[6] První zpráva o takové makromolekule, která se v té době nazývala „Dendrimer ve tvaru tyče“, sahá až k patentu Tomalie v roce 1987[7] a poté následovalo první zmínky Perceca v otevřené literatuře o polymer s „zúženými bočními řetězy“ v roce 1992.[8] V roce 1994 byl potenciál těchto polymerů válcovitý nanoobjekty byl uznán.[9] Do této oblasti přispělo mnoho skupin po celém světě. Najdete je v recenzních článcích.[10]

Viz také

Reference

  1. ^ [1]
  2. ^ B. Zhang, R. Wepf, K. Fischer, M. Schmidt, S. Besse, P. Lindner, BT King, R. Siegel, P. Schurtenberger, Y. Talmon, Y. Ding, M. Kröger, A. Halperin , AD Schlüter, Angew. Chem. Int. Vyd. 2011, 50, 737.
  3. ^ S. Fornera, T. Bauer, A. D. Schlüter, P. Walde, J. Mater. Chem. 2012, 22, 502.
  4. ^ S. Fornera, P. Kuhn, D. Lombardi, A. D. Schlüter, P. S. Dittrich, P. Walde, ChemPlusChem 2012, 77, 98.
  5. ^ A. Grotzky, T. Nauser, H. Erdogan, A. D. Schlüter, P. Walde, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 11392.
  6. ^ A. D. Schlüter, Horní. Curr. Chem. 1998, 197, 165.
  7. ^ D. A. Tomalia, P. M. Kirchoff, US patent 4 694 064 1987.
  8. ^ V. Percec, J. Heck, M. Lee, G. Ungar, A. Alvarez-Castillo, J. Mater. Chem. 1992, 2, 1033.
  9. ^ R. Freudenberger, W. Claussen, A. D. Schlüter, H. Wallmeier, Polymer 1994, 35, 4496.
  10. ^ A. D. Schlüter, J. P. Rabe Angew. Chem. Int. Vyd. 2000, 39, 864-883; A. Zhang, L. Shu, Z. Bo, A. D. Schlüter,Makromol. Chem. Phys. 2003, 204328-339; A. D. Schlüter, Horní. Curr. Chem. 2005, 245, 151-191; H. FrauenrathProg. Polym. Sci. 2005, 30325-384. B. M. Rosen, C. J. Wilson, D. A. Wilson, M. Peterca, M. R. Imam V. Percec,Chem. Rev. 2009, 1096275-6540; Y. Chen, X. Xiong, Chem. Commun. 2010, 46, 5049; J. I. Paez, M. Martinelli, V. Brunetti, M. C. Strumia, Polymery 2012, 4, 355.