Polyethylenimin - Polyethylenimine - Wikipedia

Polyethylenimin
Polyethylenimin.svg
Jména
Název IUPAC
Poly (iminoethylen)
Ostatní jména
Polyaziridin, Poly [imino (1,2-ethandiyl)]
Identifikátory
ChemSpider
  • žádný
Informační karta ECHA100.123.818 Upravte to na Wikidata
Vlastnosti
(C2H5N)n, lineární forma
Molární hmotnost43.04 (opakovat jednotku ), hmotnost proměnné polymeru
Pokud není uvedeno jinak, jsou uvedeny údaje o materiálech v nich standardní stav (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
☒N ověřit (co je šekY☒N ?)
Reference Infoboxu

Polyethylenimin (PEI) nebo polyaziridin je polymer s opakující se jednotkou složenou z amin skupina a dva uhlíkové alifatické CH2CH2 distanční vložka. Lineární polyethyleniminy obsahují všechny sekundární aminy, na rozdíl od rozvětvených PEI, které obsahují primární, sekundární a terciární aminoskupiny. Úplně rozvětvený, dendrimerní byly také hlášeny formuláře.[1] PEI se vyrábí v průmyslovém měřítku a nachází mnoho aplikací obvykle odvozených od jeho polykationického charakteru.[2]

Lineární PEI fragment
Typický rozvětvený PEI fragment
PEI dendrimer generace 4

Vlastnosti

Lineární PEI jsou pevné látky při pokojová teplota zatímco rozvětvené PEI jsou kapaliny při všech molekulových hmotnostech. Lineární polyethyleniminy jsou rozpustné v horké vodě při nízkém pH methanolu, ethanol nebo chloroform. Jsou nerozpustné ve studené vodě, benzen, ethylether, a aceton. Mají bod tání 73–75 ° C. Mohou být skladovány při pokojové teplotě.

Syntéza

Rozvětvený PEI lze syntetizovat pomocí polymerace otevření kruhu z aziridin.[3] V závislosti na reakčních podmínkách lze dosáhnout různého stupně větvení. Lineární PEI je k dispozici postmodifikací jiných polymerů, jako jsou poly (2-oxazoliny) [4] nebo N-substituované polyaziridiny.[5] Lineární PEI byl syntetizován hydrolýzou poly (2-ethyl-2-oxazolinu)[6] a prodává se jako jetPEI.[7] Současná generace in-jet-jetPEI používá jako prekurzory poly (2-ethyl-2-oxazolin) polymery na míru.[8]

Aplikace

Polyethylenimin nachází mnoho uplatnění ve výrobcích, jako jsou: detergenty, lepidla, prostředky na úpravu vody a kosmetika.[9] Díky své schopnosti modifikovat povrch celulózových vláken se PEI používá jako prostředek pro zvýšení pevnosti za mokra v proces výroby papíru.[10] Používá se také jako flokulační činidlo se solemi oxidu křemičitého a jako chelatační činidlo se schopností komplexovat ionty kovů, jako je zinek a zirkon.[11] Existují také další vysoce specializované aplikace PEI:

Biologie

PEI má řadu použití zejména v laboratorní biologii tkáňová kultura, ale je také toxický pro buňky, pokud je používán v nadměrném množství.[12][13] Toxicita je způsobena dvěma různými mechanismy,[14] narušení buněčné membrány vedoucí k nekrotické buněčné smrti (okamžité) a narušení mitochondriální membrány po internalizaci vedoucí k apoptóze (opožděné).

Pořadatel přílohy

Polyetyleniminy se používají v buněčné kultuře slabě ukotvujících buněk ke zvýšení přilnavosti. PEI je kationtový polymer; negativně nabité vnější povrchy buněk jsou přitahovány k miskám potaženým PEI, což usnadňuje silnější připevnění mezi buňkami a destičkou.

Transfekční činidlo

Poly (ethylenimin) byl druhým objeveným polymerním transfekčním činidlem,[15] po poly-l-lysinu. PEI kondenzuje DNA na pozitivně nabité částice, které se vážou na zbytky povrchu aniontových buněk a jsou přeneseny do buňky prostřednictvím endocytóza. Jakmile se dostanou do buňky, protonace aminů má za následek příliv protiiontů a snížení osmotického potenciálu. Výsledkem je osmotický otok a prasknutí vezikuly uvolňující komplex polymer-DNA (polyplex) do cytoplazmy. Pokud se polyplex rozbalí, DNA může volně difundovat do jádra.[16][17]

Permeabilizace gramnegativních bakterií

Poly (ethylenimin) je také účinným permeabilizátorem vnější membrány Gramnegativní bakterie.[18]

CO2 zajmout

Pro CO byl použit lineární i rozvětvený polyethylenimin2 zachycení, často impregnované porézními materiály. První použití PEI polymeru v CO2 zachycení bylo věnováno zlepšení CO2 odstraňování v kosmických plavidlech, impregnované přes polymerní matrici[19] Poté byl nosič změněn na MCM-41, hexagonální mezostrukturovaný oxid křemičitý, a velké množství PEI bylo zadrženo v takzvaném "molekulárním koši".[20] Adsorpční materiály MCM-41-PEI vedly k vyššímu CO2 adsorpční kapacity než objemový materiál PEI nebo MCM-41 jednotlivě. Autoři tvrdí, že v tomto případě dochází k synergickému efektu v důsledku vysoké disperze PEI uvnitř struktury pórů materiálu. V důsledku tohoto zdokonalení byly vyvinuty další práce, které by hlouběji studovaly chování těchto materiálů. Na CO byly zaměřeny vyčerpávající práce2 adsorpční kapacita i CO2/Ó2 a CO2/ N2 adsorpční selektivita několika materiálů MCM-41-PEI s PEI polymery.[21][22] Impregnace PEI byla také testována na různých nosičích, jako je matrice ze skleněných vláken [23] a monolity.[24] Pro vhodný výkon v reálných podmínkách při zachycování po spalování (mírné teploty mezi 45-75 ° C a přítomnost vlhkosti) je však nutné použít tepelně a hydrotermálně stabilní materiály z oxidu křemičitého, jako je SBA-15,[25] který také představuje hexagonální mezostrukturu. Při použití materiálů impregnovaných PEI k adsorpci CO byla také testována vlhkost a podmínky v reálném světě2 ze vzduchu.[26]

Podrobné srovnání mezi PEI a dalšími molekulami obsahujícími aminoskupinu ukázalo vynikající výsledky vzorků obsahujících PEI s cykly. Také u jejich CO byl zaznamenán pouze mírný pokles2 absorpce při zvýšení teploty z 25 na 100 ° C, což ukazuje vysoký příspěvek chemisorpce k adsorpční kapacitě těchto pevných látek. Ze stejného důvodu je adsorpční kapacita pod zředěným CO2 činil až 90% hodnoty při čistém CO2 a také vysoká nežádoucí selektivita vůči SO2 bylo pozorováno.[27] V poslední době bylo vyvinuto mnoho úsilí ke zlepšení difúze PEI v porézní struktuře použitého nosiče. Lepší disperze PEI a vyšší CO2 účinnost (CO2/ NH molární poměr) byly dosaženy impregnací materiálu PE-MCM-41 uzavřeného templátem spíše než dokonalými válcovými póry kalcinovaného materiálu,[28] po dříve popsané trase.[29] Bylo také studováno kombinované použití organosilanů, jako je aminopropyl-trimethoxysilan, AP a PEI. První přístup používal jejich kombinaci k impregnaci porézních podpěr a dosažení rychlejšího CO2- kinetika adsorpce a vyšší stabilita během cyklů opětovného použití, ale žádná vyšší účinnost.[30] Novou metodou je takzvaná „dvojitá funkcionalizace“. Je založen na impregnaci materiálů dříve funkcionalizovaných roubováním (kovalentní vazba organosilanů). Aminoskupiny začleněné oběma cestami vykazovaly synergické účinky a dosahovaly vysokého CO2 vychytává až 235 mg CO2/ g (5,34 mmol CO2/G).[31] CO2 u těchto materiálů byla také studována kinetika adsorpce, která vykazovala podobné rychlosti adsorpce než impregnované pevné látky.[32] Toto je zajímavé zjištění s přihlédnutím k menšímu objemu pórů, který je k dispozici u materiálů s dvojí funkcionalitou. Lze tedy dojít k závěru, že jejich vyšší CO2 absorpci a účinnost ve srovnání s impregnovanými pevnými látkami lze připsat spíše synergickému účinku aminoskupin začleněných dvěma způsoby (roubováním a impregnací) než rychlejší kinetice adsorpce.

Modifikátor nízké pracovní funkce pro elektroniku

Poly (ethylenimin) a poly (ethylenimin) ethoxylovaný (PEIE) prokázali Zhou a Kippelen a kol. Jako účinné modifikátory funkcí nízké práce pro organickou elektroniku.[33] Mohlo by to univerzálně snížit pracovní funkci kovů, oxidů kovů, vodivých polymerů a grafenu atd. Je velmi důležité, aby vodivý polymer zpracovaný roztokem s nízkou funkcí mohl být vyroben modifikací PEI nebo PEIE. Na základě tohoto objevu byly polymery široce používány pro organické solární články, organické diody emitující světlo, tranzistory s efektem organického pole, perovskitové solární články, perovskitové diody emitující světlo, solární články s kvantovou tečkou a diody emitující světlo atd.

Viz také

Reference

  1. ^ Yemuland, Omprakash; Imae, Toyoko (2008). "Syntéza a charakterizace poly (ethyleniminových) dendrimerů". Koloidní a polymerní věda. 286 (6–7): 747–752. doi:10.1007 / s00396-007-1830-6. S2CID  98538201.
  2. ^ Davidson, Robert L .; Sittig, Marshall (1968). Ve vodě rozpustné pryskyřice. Reinhold Book Corp. ISBN  978-0278916135.
  3. ^ Zhuk, D. S., Gembitskii, P. A. a Kargin V. A. Russian Chemical Reviews; Vol 34: 7,1965
  4. ^ Tanaka, Ryuichi; Ueoka, Isao; Takaki, Yasuhiro; Kataoka, Kazuya; Saito, Shogo (1983). "Vysokomolekulární lineární polyethylenimin a poly (N-methylethylenimin)". Makromolekuly. 16 (6): 849–853. Bibcode:1983MaMol..16..849T. doi:10.1021 / ma00240a003.
  5. ^ Weyts, Katrien F .; Goethals, Eric J. (1988). "Nová syntéza lineárního polyethyleniminu". Bulletin polymerů. 19 (1): 13–19. doi:10.1007 / bf00255018. S2CID  97101501.
  6. ^ Brissault, B .; et al. (2003). "Syntéza lineárních polyethyleniminových derivátů pro transfekci DNA". Biokonjugovaná chemie. 14 (3): 581–587. doi:10.1021 / bc0200529. PMID  12757382.
  7. ^ „Archivovaná kopie“. Archivovány od originál dne 02.03.2010. Citováno 2010-04-02.CS1 maint: archivovaná kopie jako titul (odkaz)
  8. ^ „Způsob výroby lineárního polyethyleniminu (pei) pro účely transfekce a lineárního pei získaného touto metodou“. Archivovány od originál dne 2012-08-05.
  9. ^ Steuerle, Ulrich; Feuerhake, Robert (2006). „Aziridiny“. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002 / 14356007.a03_239.pub2.
  10. ^ Wågberg, Lars (2000). „Adsorpce polyelektrolytu na celulózová vlákna - recenze“. Nordic Pulp & Paper Research Journal. 15 (5): 586–597. doi:10.3183 / NPPRJ-2000-15-05-p586-597. S2CID  4942367.Šablona: Opravený odkaz
  11. ^ Madkour, Tarek M. (1999). Příručka pro polymerní data. Oxford University Press, Inc. str. 490. ISBN  978-0195107890.
  12. ^ Vancha AR; et al. (2004). „Využití polyethyleniminového polymeru v buněčné kultuře jako faktoru připojení a zesilovače lipofekce“. BMC biotechnologie. 4: 23. doi:10.1186/1472-6750-4-23. PMC  526208. PMID  15485583.
  13. ^ Hunter, A. C. (2006). "Molekulární překážky v designu polyfectinu a mechanické pozadí polykationem vyvolané cytotoxicity". Recenze pokročilého doručování drog. 58 (14): 1523–1531. doi:10.1016 / j.addr.2006.09.008. PMID  17079050.
  14. ^ Moghimi, S. M .; et al. (2005). „Dvoustupňová cytotoxicita zprostředkovaná poly (ethyleniminem): důsledky pro genový přenos / terapii“. Molekulární terapie. 11 (6): 990–995. doi:10.1016 / j.ymthe.2005.02.010. PMID  15922971.
  15. ^ Boussif, O .; et al. (1995). „Všestranný vektor pro přenos genů a oligonukleotidů do buněk v kultuře a in vivo: polyethylenimin“. Sborník Národní akademie věd. 92 (16): 7297–7301. Bibcode:1995PNAS ... 92.7297B. doi:10.1073 / pnas.92.16.7297. PMC  41326. PMID  7638184.
  16. ^ Rudolph, C; Lausier, J; Naundorf, S; Müller, RH; Rosenecker, J (2000). „Dodání genu in vivo do plic pomocí polyethyleniminu a zlomených polyamidoaminových dendrimerů“. Journal of Gene Medicine. 2 (4): 269–78. doi:10.1002 / 1521-2254 (200007/08) 2: 4 <269 :: AID-JGM112> 3.0.CO; 2-F. PMID  10953918.
  17. ^ Akinc, A; Thomas, M; Klibanov, AM; Langer, R (2004). „Zkoumání transfekce DNA zprostředkované polyethyleniminem a hypotéza protonové houby“. Journal of Gene Medicine. 7 (5): 657–663. doi:10,1002 / jgm.696. PMID  15543529.
  18. ^ Helander, I. M .; Alakomi, H.-L .; Latva-Kala, K .; Koski, P. (01.10.1997). „Polyethylenimin je účinný permeabilizátor gramnegativních bakterií“. Mikrobiologie. Mikrobiologická společnost. 143 (10): 3193–3199. doi:10.1099/00221287-143-10-3193. ISSN  1350-0872. PMID  9353921.
  19. ^ Satyapal, S .; Filburn, T .; Trela, J .; Strange, J. (2001). "Výkon a vlastnosti pevného aminového sorbentu pro odstraňování oxidu uhličitého v aplikacích na podporu vesmírného života". Energie a paliva. 15 (2): 250–255. doi:10.1021 / ef0002391.
  20. ^ Xu, X .; Song, C .; Andrésen, J. M .; Miller, B.G .; Scaroni, A. W. (2002). „Nové mezoporézní molekulární síto s modifikovaným polyethyleniminem typu MCM-41 jako vysokokapacitní adsorbent pro CO2Capture“. Energie a paliva. 16 (6): 1463–1469. doi:10.1021 / ef020058u.
  21. ^ X. Xu, C. Song, R. Wincek J. M. Andrésen, B. G. Miller, A. W. Scaroni, Fuel Chem. Div. Prepr. 2003; 48 162-163
  22. ^ X. Xu, C. Song, B. G. Miller, A. W. Scaroni, Ind. Eng. Chem. Res. 2005; 44 8113-8119
  23. ^ Li, P .; Ge, B .; Zhang, S .; Chen, S .; Zhang, Q .; Zhao, Y. (2008). „CO2Capture by Polyethylenimine-Modified Fibrous Adsorbent“. Langmuir. 24 (13): 6567–6574. doi:10.1021 / la800791s. PMID  18507414.
  24. ^ C. Chen, S. T. Yang, W. S. Ahn, R. Ryoo, „Název“ Chem. Commun. (2009) 3627-3629
  25. ^ Sanz, R .; Calleja, G .; Arencibia, A .; Sanz-Pérez, E. S. (2010). „Adsorpce CO2 na rozvětveném mezoporézním oxidu křemičitém impregnovaném polyethyleniminem SBA-15“. Appl. Surfovat. Sci. 256 (17): 5323–5328. doi:10.1016 / j.apsusc.2009.12.070.
  26. ^ Goeppert, A .; Czaun, M .; May, R. B .; Prakash, G. K. Surya; Olah, G. A .; Narayanan, S. R. (2011). „Zachycování oxidu uhličitého ze vzduchu pomocí regenerovatelného pevného adsorbentu na bázi polyaminu“. JACS. 133 (50): 20164–7. doi:10.1021 / ja2100005. PMID  22103291.
  27. ^ Sanz-Pérez, E.S .; Olivares-Marín, M .; Arencibia, A .; Sanz, R .; Calleja, G .; Maroto-Valer, M.M. (2013). „Adsorpční výkon CO2 amino-funkcionalizovaného SBA-15 za podmínek po spalování“. Int. J. Greenh. Řízení plynu. 17: 366. doi:10.1016 / j.ijggc.2013.05.011.
  28. ^ Heydari-Gorji, A .; Belmabkhout, Y .; Sayari, A. (2011). „Mezoporézní oxid křemičitý impregnovaný polyethyleniminem: Vliv aminové zátěže a povrchových alkylových řetězců na absorpci CO2“. Langmuir. 27 (20): 12411–6. doi:10.1021 / la202972t. PMID  21902260.
  29. ^ Yue, M.B .; Sun, L.B .; Cao, Y .; Wang, Y .; Wang, Z.J .; Zhu, J.H. (2008). „Efektivní zachytávač CO2 odvozený z asyntetizovaného MCM-41 modifikovaného aminem“. Chem. Eur. J. 14 (11): 3442–51. doi:10.1002 / chem.200701467. PMID  18283702.
  30. ^ Choi, S .; Gray, M.L .; Jones, C.W. (2011). „Aminy vázané pevné absorbenty spojují vysokou adsorpční kapacitu a regenerovatelnost pro zachycování CO2 z okolního vzduchu“. ChemSusChem. 4 (5): 628–35. doi:10.1002 / cssc.201000355. PMID  21548105.
  31. ^ Sanz, R .; Calleja, G .; Arencibia, A .; Sanz-Pérez, E.S. (2013). „Vývoj vysoce účinných adsorbentů pro zachycování CO2 na základě metody dvojí funkcionalizace roubování a impregnace“. J. Mater. Chem. A. 1 (6): 1956. doi:10.1039 / c2ta01343f.
  32. ^ Sanz, R .; Calleja, G .; Arencibia, A .; Sanz-Pérez, E.S. (2013). „Kinetika absorpce a adsorpce CO2 u pórů rozšířeného SBA-15 s dvojitou funkcí s aminoskupinami“. Energie a paliva. 27 (12): 7637. doi:10.1021 / ef4015229.
  33. ^ Zhou, Y .; Fuentes-Hernandez, C .; Shim, J .; Meyer, J .; Giordano, A. J .; Li, H .; Winget, P .; Papadopoulos, T .; Cheun, H .; Kim, J .; Fenoll, M .; Dindar, A .; Haske, W .; Najafabadi, E .; Khan, T. M .; Sojoudi, H .; Barlow, S .; Graham, S .; Bredas, J.-L .; Marder, S. R .; Kahn, A .; Kippelen, B. (2012). „Univerzální metoda výroby nízkofrekvenčních funkčních elektrod pro organickou elektroniku“. Věda. 336 (6079): 327–332. doi:10.1126 / science.1218829. PMID  22517855. S2CID  9949593.