diplomska naloga- GK koncna · 2017-11-28 · razvojem zelene kemije so raziskovalci znova odkrili...

Razvoj dendrimeRazvoj dendrimebaz

Gregor Kodri

Razvoj dendrimernih poliHIPE nosilcev kot baznih katalizatorjev

Diplomsko delo

Maribor,

Gregor Kodri

rnih poliHIPE nosilcev kot nih katalizatorjev

Diplomsko delo

Maribor, avgust

Gregor Kodrič


Diplomsko delo

avgust 2014


rnih poliHIPE nosilcev kot rnih poliHIPE nosilcev kot

Razvoj dendrime

Študent:

Študijski program:

Predvideni strokovni naslov:

Mentor:

Komentor:

Razvoj dendrime

Diplomsko delo

Študent:

Študijski program:


Mentor:

Komentor:

Razvoj dendrime

Diplomsko delo univerzitetnega

Študijski program:


Razvoj dendrimernih poliHIPE nosilcev kot baz

katalizatorjev

univerzitetnega

Gregor Kodri

univerzitetni študijski program I. stopnje Kemija

Predvideni strokovni naslov: diplomirani kemik

doc

prof

Maribor,

rnih poliHIPE nosilcev kot baz

katalizatorjev

univerzitetnega študijskega

Gregor Kodri


diplomirani kemik

doc. dr. Jernej Iskra

prof. dr. Peter Krajnc

Maribor, avgust


katalizatorjev

študijskega programa

Gregor Kodrič


diplomirani kemik (UN)

. dr. Jernej Iskra

Peter Krajnc

avgust 2014


programa I. stopnje


(UN)

rnih poliHIPE nosilcev kot baznih

I. stopnje


nih


Razvoj dendrimernih poliHIPE nosilcev kot bazičnih katalizatorjev

I

IZJAVA Izjavljam, da sem diplomsko delo izdelal sam, prispevki drugih so posebej označeni. Pregledal sem literaturo s področja diplomskega dela po naslednjih geslih:

Vir: Thomson Reuters Web of Science (apps.webofknowledge.com.ezproxy.lib.ukm.si) Gesla: Število referenc base catalyst + dendrimer 226 polyHIPE 274 polyHIPE + base 73 solid supported catalysis + dendrimer 22

Vir: Digitalna knjižnica Univerze v Mariboru (dkum.uni-mb.si) Gesla: Število referenc base catalyst + dendrimer 7 polyHIPE 31 PolyHIPE + base 6 solid supported catalysis + dendrimer 5

Vir: COBIB-COBISS (http://www.cobiss.si/scripts/cobiss?ukaz=getid) Gesla: Število referenc base catalyst 5 polyHIPE 86 Dendrimer 16

Skupno število pregledanih člankov: 34 Skupno število pregledanih knjig: 4

Maribor, avgust 2014 Gregor Kodrič


II

Zahvala Delo sem opravil v Laboratoriju za organsko ter polimerno kemijo in tehnologijo na Fakulteti za kemijo in kemijsko tehnologijo Univerze v Mariboru. Prav posebno se zahvaljujem mentorju doc. dr. Jerneju Iskri za strokovno pomoč, številne koristne nasvete pri eksperimentalnem delu ter vodenje. Zahvalil bi se komentorju prof. dr. Petru Krajncu za pomoč na področju polimerne kemije. Zahvaljujem se tudi dr. Muzaferi Paljevac, vsem drugim sodelavcem iz Laboratorija za organsko in polimerno kemijo ter kolegom iz Laboratorija za organsko in bioorgansko kemijo Instituta Jožef Stefan za pomoč pri spektroskopskih meritvah. Na koncu bi se rad zahvalil še najbližjim družinskim članom za pomoč in vzpodbudo skozi vsa študijska leta.


III

Razvoj dendrimernih poliHIPE nosilcev kot baznih katalizatorjev

Povzetek PoliHIPE materiali so porozni emulzijsko pripravljeni polimeri, sintetizirani znotraj emulzij z visokim deležem notranje faze (HIPE). Zelo porozna notranja struktura jim daje posebne karakteristike, zato so uporabni pri različnih tehničnih in industrijskih aplikacijah. Raznovrstnost uporabe dosežejo s funkcionalizacijo ter modifikacijo raznih strukturnih parametrov med in po sintezi. Namen diplomskega dela je bila študija zdužitve aminskega dendrimera kot organskega baznega katalizatorja s PoliHIPE polimerom. Z vezavo teh katalizatorjev na polimerne nosilce smo hoteli združiti najboljše lastnosti obeh materialov. Tako bi imeli poleg katalitičnih lastnosti še možnost boljšega izolacijskega postopka produktov iz reakcij, možnost recikliranja takega katalizatorja, znižanja stroškov reakcij, procesi bi lahko potekali hitreje, najpomembnejša pridobitev tega postopka pa bi bila, da bi s tako funkcionaliziranimi polimernimi katalizatorji zmanjšali količino odpadne snovi pri reakcijah, kar bi moralo biti vodilo pri načrtovanju modernih sinteznih postopkov. Uporabili smo aminske dendrimere na osnovi tris-(2-aminoetil)amina. Sintezo dendrimera smo opravili tako, da smo najprej vezali akrilonitril na tris-(2-aminoetil)amin v vodi kot topilu, nakar smo vmesni nitrilni produkt reducirali do amina z LiAlH4 in tako smo dobili prvo generacijo aminskih dendrimerov. Le-te je mogoče uporabiti v namene organokatalize kot bazne katalizatorje v širokem spektru reakcij. Uporabnost tris-(2-aminoetil)amina in iz njega izhajajočih dendrimerov smo preizkušali pri aldolnih reakcijah (Knoevenagelova kondenzacija) kot testnih reakcijah. Tako smo preverili, pod kakšnimi pogoji osnovni aminski katalizator tris-(2-aminoetil)amin katalizira reakcije med benzaldehidom in tremi modelnimi ketoni različnih reaktivnosti (acetofenon, dibenzoilmetan, dimedon) in ugotovili, da se le najbolj reaktiven substrat – dimedon - pretvori v odgovarjajoč produkt kondenzacije. Ključne besede: reakcije na trdnih nosilcih, PoliHIPE polimeri, aminski dendrimeri, bazni katalizatorji, obnovljivi reagenti, aldolna kondenzacija UDK: 544.478-03(043.2)


IV

Development of the polyHIPE carriers as base catalysts

Abstract PolyHIPE materials are porous emulsion prepared polymers synthesized within high internal phase emulsion (HIPE). Very porous inner structure provides specific properties which makes them useful in various technical and industrial applications. Diversified applicability is achieved by functionalization and modification of various structural parameters during and after synthesis. The aim of this work was to study synthetic methods of merging of amino dendrimer as organic base catalyst with PolyHIPE polymer. With binding of the catalyst on polymeric carriers, we wanted to combine the best properties of both materials. In this way we would gain - in addition of catalytic properties - the possibility of easier isolation procedure, ability to recycle such a catalyst, reduction of the reactions costs, processes could run faster, but most importantly, such a functionalized polymer catalysts would reduce the amount of waste, and contribute greatly to the preservation of our environment, which is also a guiding principle in the design of modern synthesis processes. We studied amino dendrimers based on tris-(2-aminoethyl)amine compound. The synthesis of dendrimere was carried out first by binding the acrylonitrile on tris-(2-aminoethyl)amine in water as solvent, then the intermediate nitrile product was reduced to amine with LiAlH4, and thus the first generation of amino dendrimers was obtained. This can be used in organocatalysis as base catalysts within a wide range of reactions. We tested the use of tris-(2-aminoethyl)amine and the resulting dendrimers in the aldol reactions (Knoevenagel condensation) as test reactions. In this way we verified under wich circumstances the amine catalyst tris-(2-aminoethyl)amine catalyzes reactions between benzaldehyde and three model ketones with different reactivities (acetophenone, dibenzoylmethane, dimedone) and discovered that only the most reactive substrate – dimedone - changes to corresponding condensation product. Key words: solid supported reactions, PolyHIPE polymers, amine dendrimers, base catalysts, recycable reagents, aldol condensation UDK: 544.478-03(043.2)


V

Kazalo

1 Uvod ................................................................................................................................ 1

2 Teoretični del ................................................................................................................... 3

2.1 PoliHIPE nosilci ....................................................................................................... 3

2.1.1 Uporaba PoliHIPE materialov .......................................................................... 4

2.1.2 Funkcionalizacija PoliHIPE-ov ........................................................................ 5

2.2 Dendrimeri ............................................................................................................... 6

2.2.1 Sinteza ............................................................................................................... 6

2.2.2 Molekulska struktura in lastnosti ...................................................................... 8

2.2.3 Uporaba ............................................................................................................. 9

2.2.4 Dendrimeri kot katalizatorji ............................................................................ 10

2.3 Priprava aminskih dendrimerov ............................................................................. 10

2.4 Dendrimeri na polimernih nosilcih ........................................................................ 12

3 Eksperimentalni del ....................................................................................................... 13

3.1 Materiali ................................................................................................................. 13

3.2 Laboratorijski instrumenti ...................................................................................... 13

3.3 Laboratorijske metode ............................................................................................ 14

3.3.1 Adicija amina 2 na akrilonitril 1 ..................................................................... 14

3.3.2 Sinteza adicijskega produkta 3 (10.0 mmol TREN) ....................................... 15

3.3.3 Redukcija nitrila 3 z reagentom LiAlH4 ......................................................... 16

3.3.4 Redukcija nitrila 3 z reagentom LiAlH4 (Izolacija z MeOH) ......................... 17

3.3.5 Redukcija nitrila 3 s kompleksom borana ...................................................... 18

3.3.6 Vezava amina 2 na benzil klorid 5 ................................................................. 19

3.3.7 Reakcija aldolne kondenzacije benzaldehida 7 in acetofenona 8 ................... 20

3.3.8 Reakcija aldolne kondenzacije benzaldehida 7 in dibenzoilmetana 9 ............ 21

3.3.9 Reakcija aldolne kondenzacije med benzaldehidom 7 in dimedonom 10 ...... 22

4 Rezultati in diskusija ..................................................................................................... 23

4.1 Reakcija konjugirane adicije TREN na akrilonitril ................................................ 24

4.2 Reakcije redukcije vmesnega nitrila ...................................................................... 25

4.3 Modelna reakcija vezave amina na polimerni nosilec ........................................... 28

4.4 Testne katalize na modelni reakciji kondenzacije karbonilnih spojin ................... 29

5 Zaključki ........................................................................................................................ 33

6 Literatura ....................................................................................................................... 34


VI

Seznam tabel

Tabela 4-1: Spremenjeni izolacijski postopki redukcije nitrila 3 ......................................... 28

Seznam slik in shem

Shema 1-1: Klasična uporaba trdnih nosilcev v kemijski reakciji .......................................... 1

Shema 1-2: Uporaba dendrimernega katalizatorja na polimernem nosilcu v reakcijah ......... 2

Slika 2-1: SEM mikrograf, na katerem je prikazana struktura PoliHIPE monolitov .............. 3

Shema 2-2: Proces priprave PoliHIPE-ov ............................................................................... 4

Shema 2-3: Funkcionalizacija VBC/DVB poliHIPE-a z TREN-om ...................................... 5

Shema 2-4: Možni poti sinteze dendrimerov (A.-divergentna metoda; B.-konvergentna metoda) .................................................................................................................................... 6

Shema 2-5: Sinteza prve generacije PAMAM iz etilendiamina ............................................. 8

Shema 2-6: Četrta generacija PPI dendrimera ........................................................................ 9

Shema 2-7: Michaelova adicija akrilonitrila na TREN s sledečo redukcijo ......................... 11

Shema 3-1 ............................................................................................................................. 14

Shema 3-2 ............................................................................................................................. 15

Shema 3-3 ............................................................................................................................. 16

Shema 3-4 ............................................................................................................................. 17

Shema 3-5 ............................................................................................................................. 18

Shema 3-6 ............................................................................................................................. 19

Shema 3-7 ............................................................................................................................. 20

Shema 3-8 ............................................................................................................................. 21

Shema 3-9 ............................................................................................................................. 22

Shema 4-1: Sinteza aminskih dendrimerov iz TREN-a 2 ..................................................... 23

Shema 4-2: Primerjava reakcij v AcOH in H2O ................................................................... 25

Shema 4-3: Redukcijski postopek 1, 2 in 3 ........................................................................... 26

Shema 4-4: Redukcijski postopek 4 ...................................................................................... 27

Shema 4-5: Vezava TREN 2 na benzilno mesto ................................................................... 29

Shema 4-6: Potek aldolne kondenzacije [20] ........................................................................ 29

Shema 4-7: Modelne reakcije za testiranje jakosti baznih katalizatorjev ............................. 30

Shema 4-8: Modelna reakcija acetofenona in banzaldehida ................................................. 31

Shema 4-9: Modelna reakcija dibenzoilmetana in benzaldehida .......................................... 31

Shema 4-10: Modelna reakcija dimedona in benzaldehida .................................................. 32


VII

Uporabljeni simboli in kratice

mizh.sp. masa vmesnega nitrilnega produkta (mg) mp masa produkta (mg) mred. masa reducenta LiAlH4 (mg) Grški simboli

η izkoristek (%) Kratice

AN akrilonitril

BK benzilklorid

brs širok singlet

DKM diklorometan

DMF N,N-dimetilformamid

DVB divinilbenzen

EA etilacetat

HIPE emulzije z visokim deležem notranje faze

IR infrardeča spektroskopija

MS masna spektroskopija

NMR nuklearna magnetna resonanca

SEM vrstični elektronski mikroskop

PAMAM poli(amidoamin)

PoliHIPE polimeri sintetizirani znotraj emulzij z visokim deležem notranje faze

PPI poli(propilenimin)

THF tetrahidrofuran

TREN tris-(2-aminoetil)amin

VBC 4-vinilbenzil klorid

Razvoj dendrimernih PoliHIPE nosilcev kot bazičnih katalizatorjev

1

1 Uvod

Raziskovalci ugotavljajo, da je postopek sinteze organskih spojin z uporabo katalizatorjev, reagentov, in/ali odstranjevalcev nečistoč vezanih na polimerne nosilce in raztopljenim produktom, v velikem porastu zadnja leta, še posebej v farmacevtski industriji. Do sedaj so takšne reakcije potekale večinoma šaržno, sedaj pa stremijo k razvoju reakcijskih sistemov, kjer bi potekale reakcije kontinuirno, kar bi pripomoglo k avtomatizaciji postopka, večji proizvodnji, manjši reakcijski dodelavi.[1] V literaturi je opisano, da je študij polimerno podprtih reakcij pričel poglobljeno potekati od leta 1963 dalje, saj so takrat evidentirali prve poskuse sinteze peptidov in oligonukleotidov na takšen način. Pri teh metodah so prvi oligopeptidni ali oligonukleotidni strukturni del vezali na netopni nosilec, potem pa so postopno dodajali primerne strukture, dokler ni bil sestavljen željen oligomer. Nato so oligomer odstranili iz nosilca. Shema 1-1 prikazuje poizkuse prvih pomembnih primerov reakcij pri katerih so uporabljeni polimerno podprti substrati.

Shema 1-1: Klasična uporaba trdnih nosilcev v kemijski reakciji

V začetku sedemdesetih let prejšnjega stoletja so različni raziskovalci želeli to metodo razširiti še na druga področja organske sinteze. Menili so, da lahko z vezavo substrata, reagenta, katalizatorja, ali odstranjevalca nečistoč na polimerni nosilec dosežejo velike izboljšave v sinteznem postopku. V osemdesetih letih je bilo tako na to temo opravljenih že okoli tisoč raziskav, vendar polimerna kemija ni zaživela v organski sintezi. Šele z razvojem zelene kemije so raziskovalci znova odkrili potencial reakcij na trdnih nosilcih.[1] Ugotovili so, da so glavne prednosti spojin vezanih na polimerni nosilec njihova enostavna ločitev iz reakcijske mešanice, enostavno jih je reciklirati (prednost pri zelo dragih katalizatorjih in ligandih), pri takšnih spojinah je tudi lažje ravnati z materiali, ki so toksični, ali pa imajo močan vonj. Pri polimerno-vezanih spojinah je mogoče tudi učinkovitejše upravljanje z visokimi prebitki reagentov pri vodenju reakcije, pri tem se stranske produkte ali presežne reagente z lahkoto odstrani z filtracijo in s tem zmanjša dodatne korake prečiščevanja in izolacije (kromatografija, destilacija, kristalizacija). Dodatna prednost uporabe polimernih nosilcev je, da se za reaktante znotraj nosilcev izoblikuje posebno mikro okolje. Poveča se stabilnost katalizatorja znotraj polimernega matriksa, poveča se selektivnost za intramolekularne reakcije, okrepi se regioselektivnost zaradi steričnih ovir. Pri teh metodah obstajajo tudi slabosti in omejitve. Mogoči so sledovi polimernih nosilcev v končnem produktu; potrebna sta dodatna koraka pri sintezi, saj je potrebno začetni material prvo vezati na nosilec, na koncu pa je potrebno produkt tudi odstraniti iz nosilca; izvajati je potrebno monitoring reakcije in produkta vezanega na nosilec; potrebna je tudi ponovna optimizacija postopka (izbira pravilnih topil ob uporabi posameznih izbranih nosilcev).[1]-[3] Vezava katalizatorjev na polimerni nosilec je zelo uporabna možnost pri reakcijah na trdnih nosilcih, saj omogoča regeneracijo katalizatorja, poleg tega pa so zelo primerni za pretočne reakcijske sisteme.[4] Katalizatorji so običajno dragi in v velikih industrijskih obratih


2

predstavljajo velik delež procesnih stroškov, zato bi reciklaža katalizatorjev predstavljala za podjetja finančno ugodno rešitev. Cilj diplomske naloge je raziskati možnost priprave dendrimerov na PoliHIPE trdnih nosilcih. Raziskali bi sintezo aminskega dendrimera z Michaelovo adicijo amina na akrilonitril in sledečo redukcijo nitrilne skupine v aminsko. PoliHIPE nosilec pripravimo v HIPE emulzijah (emulzije z visokim deležem notranje faze), za katere je značilno, da po končanem postopku polimerizacije in čiščenja dajejo zelo porozne materiale. Raziskali bomo možnost vezave aminskega dendrimera na poliHIPE nosilec, preko reakcije substitucije na benzilnem mestu PoliHIPE-a na bazi vinilbenzil klorida, zamreženega z divinilbenzenom. Shema 1-2 prikazuje reakcijo, pri kateri je dendrimerni katalizator prve generacije vezan na polimerni nosilec. Katalitsko sposobnost tako pripravljenih dendrimerov bomo testirali na bazno kataliziranih reakcijah aldolne kondenzacije (Knoevenagelove reakcije).

Substrat 1 + Substrat 2 Produkt

P-katalizator =N

N

N

NH2

NH2

NH2

NH2

N

NH2

NH2

Shema 1-2: Uporaba dendrimernega katalizatorja na polimernem nosilcu v reakcijah

2

2.1

PoliHIPEvisokim deležem notranje fazeviskoznefaza zavzame veimenujemo notranja faza, manKarakteristikapljic notranje faze, vgrajene v konkapljic samo tanek film zunanje faze med sosedfaze nastanejo produkti razliNamikrometrskih skoraj sferiimenujemo okna1 je prikazan SEM mikrograf in iz njega so razvidne sestavljajo

Odprto celimedsebojne povezanosti vseh sosednjih prazninic. Ttudi okoli 0,1 mm pa tudi preko 100je lahpovezana, pa relativno 3-20PoliHIPE

Teoretič

2.1 PoliHIPE nosilci

PoliHIPE-i so poroznivisokim deležem notranje fazeviskozne, te pa sestavljajofaza zavzame veimenujemo notranja faza, manKarakteristične lastnostikapljic notranje faze, vgrajene v konkapljic polidisperzna in naredi se deformacijasamo tanek film zunanje faze med sosedfaze pusti za seboj porozno repliko emulzije. To je preprost oblikovni procesnastanejo produkti razliNastali porozni matriks je opredeljenmikrometrskih skoraj sferiimenujemo okna

je prikazan SEM mikrograf in iz njega so razvidne sestavljajo.[5]

Slika 2

Odprto celični polimeri somedsebojne povezanosti vseh sosednjih prazninic. Ttudi okoli 0,01

mm pa tudi preko 100je lahko do 10povezana, pa relativno

20 m2 g-1, dosežene paPoliHIPE-ov so podobne konv

Teoretični del

PoliHIPE nosilci

o porozni emulzijsko pripravljeni polimeri, sintetizirani znotraj visokim deležem notranje faze

te pa sestavljajofaza zavzame več kot 74% celotne prostorninske frakcije. imenujemo notranja faza, man

čne lastnosti PoliHIPE monolitov so kapljic notranje faze, kateri vgrajene v končnem materialu. Zaradi visoke koncentracije notranje faze, je distribucija

polidisperzna in naredi se deformacijasamo tanek film zunanje faze med sosed

pusti za seboj porozno repliko emulzije. To je preprost oblikovni procesnastanejo produkti različnih oblik in velikosti.

stali porozni matriks je opredeljenmikrometrskih skoraj sferiimenujemo okna. Te majhne pore se nahajajo v zidovih nekaterih PoliHIPE

je prikazan SEM mikrograf in iz njega so razvidne

2-1: SEM mikrograf, na katerem je

čni polimeri somedsebojne povezanosti vseh sosednjih prazninic. T

01 g cm-3. Povpremm pa tudi preko 100 mm, ve

ko do 10 cm3 g-1. Čeprav je morfologija materiala zelo visoko porozna in medsebojno povezana, pa relativno visoka

, dosežene paov so podobne konv

Razvoj dendrimernih PoliHIPE nosilcev kot bazi

emulzijsko pripravljeni polimeri, sintetizirani znotraj visokim deležem notranje faze (HIPE).

te pa sestavljajo zelo koncentrirane dispergirane sisteme v katerih dispe% celotne prostorninske frakcije.

imenujemo notranja faza, manjšo kontinuirno fazo pa imenujemo tudi zunanja fazaPoliHIPE monolitov so

kateri sledi strjevanje zunanje fanem materialu. Zaradi visoke koncentracije notranje faze, je distribucija

polidisperzna in naredi se deformacijasamo tanek film zunanje faze med sosed

pusti za seboj porozno repliko emulzije. To je preprost oblikovni procesnastanejo produkti različnih oblik in velikosti.

stali porozni matriks je opredeljenmikrometrskih skoraj sferičnih prazninic. Prazninice sestavljajo mnogo manjše pore, ki jih

. Te majhne pore se nahajajo v zidovih nekaterih PoliHIPEje prikazan SEM mikrograf in iz njega so razvidne

: SEM mikrograf, na katerem je

ni polimeri so opredeljenimedsebojne povezanosti vseh sosednjih prazninic. T

. Povprečni premer mm, velikost por pa znaša od 5 do 100

Čeprav je morfologija materiala zelo visoko porozna in medsebojno visoka velikos

, dosežene pa so lahko tudi velikosti do 700ov so podobne konvencionalnim plinsko pihanim polistirenskim penam,


3

emulzijsko pripravljeni polimeri, sintetizirani znotraj (HIPE). Emulzij

zelo koncentrirane dispergirane sisteme v katerih dispe% celotne prostorninske frakcije.

šo kontinuirno fazo pa imenujemo tudi zunanja fazaPoliHIPE monolitov so

sledi strjevanje zunanje fanem materialu. Zaradi visoke koncentracije notranje faze, je distribucija

polidisperzna in naredi se deformacija nesferisamo tanek film zunanje faze med sosednjimi kapljicami. Nakn

pusti za seboj porozno repliko emulzije. To je preprost oblikovni procesnih oblik in velikosti.

stali porozni matriks je opredeljen s trabekularno morfologijo, kinih prazninic. Prazninice sestavljajo mnogo manjše pore, ki jih


: SEM mikrograf, na katerem je prikazana

opredeljeni z ekstremno nizko suhomedsebojne povezanosti vseh sosednjih prazninic. T

premer praznin likost por pa znaša od 5 do 100

eprav je morfologija materiala zelo visoko porozna in medsebojno velikost prazninic

so lahko tudi velikosti do 700encionalnim plinsko pihanim polistirenskim penam,


emulzijsko pripravljeni polimeri, sintetizirani znotraj mulzije z visokim deležem notranje faze

zelo koncentrirane dispergirane sisteme v katerih dispe% celotne prostorninske frakcije. Glavno dispergirano fazo ve

šo kontinuirno fazo pa imenujemo tudi zunanja fazaPoliHIPE monolitov so posledica polimerizacije zunanje faze okoli

sledi strjevanje zunanje faze, emulzijske kapljice nem materialu. Zaradi visoke koncentracije notranje faze, je distribucija

nesferičnih oblik, za to deformacijo pa ostane njimi kapljicami. Nakn

pusti za seboj porozno repliko emulzije. To je preprost oblikovni proces

trabekularno morfologijo, kinih prazninic. Prazninice sestavljajo mnogo manjše pore, ki jih


prikazana struktura PoliHIPE m

z ekstremno nizko suhomedsebojne povezanosti vseh sosednjih prazninic. Tipično je nižja od 0,

praznin v PoliHlikost por pa znaša od 5 do 100

eprav je morfologija materiala zelo visoko porozna in medsebojno t prazninic povzroči nizko

so lahko tudi velikosti do 700encionalnim plinsko pihanim polistirenskim penam,


emulzijsko pripravljeni polimeri, sintetizirani znotraj z visokim deležem notranje faze

zelo koncentrirane dispergirane sisteme v katerih dispeGlavno dispergirano fazo ve

šo kontinuirno fazo pa imenujemo tudi zunanja fazapolimerizacije zunanje faze okoli

ze, emulzijske kapljice nem materialu. Zaradi visoke koncentracije notranje faze, je distribucija

nih oblik, za to deformacijo pa ostane njimi kapljicami. Naknadna odstranitev notranje

pusti za seboj porozno repliko emulzije. To je preprost oblikovni proces

trabekularno morfologijo, kinih prazninic. Prazninice sestavljajo mnogo manjše pore, ki jih

. Te majhne pore se nahajajo v zidovih nekaterih PoliHIPEje prikazan SEM mikrograf in iz njega so razvidne prazninice, ter pore, ki jih

struktura PoliHIPE m

z ekstremno nizko suho gostoto zaradi kompletne čno je nižja od 0,

v PoliHIPE materialulikost por pa znaša od 5 do 100 µm. Totalna prostornina por

eprav je morfologija materiala zelo visoko porozna in medsebojno či nizko do zm

so lahko tudi velikosti do 700 m2 g-1. Mehanske lastnencionalnim plinsko pihanim polistirenskim penam,


emulzijsko pripravljeni polimeri, sintetizirani znotraj z visokim deležem notranje faze

zelo koncentrirane dispergirane sisteme v katerih dispeGlavno dispergirano fazo ve

šo kontinuirno fazo pa imenujemo tudi zunanja fazapolimerizacije zunanje faze okoli

ze, emulzijske kapljice pa nem materialu. Zaradi visoke koncentracije notranje faze, je distribucija

nih oblik, za to deformacijo pa ostane adna odstranitev notranje

pusti za seboj porozno repliko emulzije. To je preprost oblikovni proces, pri katerem

trabekularno morfologijo, ki je sestavljena iz nih prazninic. Prazninice sestavljajo mnogo manjše pore, ki jih

. Te majhne pore se nahajajo v zidovih nekaterih PoliHIPE-ov. Na Sprazninice, ter pore, ki jih

struktura PoliHIPE monolitov

gostoto zaradi kompletne no je nižja od 0,1 g cm-3

IPE materialu lahko varira od . Totalna prostornina por

eprav je morfologija materiala zelo visoko porozna in medsebojno do zmerno površino

. Mehanske lastnencionalnim plinsko pihanim polistirenskim penam,

nih katalizatorjev

emulzijsko pripravljeni polimeri, sintetizirani znotraj emulzij z z visokim deležem notranje faze so zelo

zelo koncentrirane dispergirane sisteme v katerih dispergirana Glavno dispergirano fazo večkrat

šo kontinuirno fazo pa imenujemo tudi zunanja faza.[5]-[6] polimerizacije zunanje faze okoli

pa so tako nem materialu. Zaradi visoke koncentracije notranje faze, je distribucija

nih oblik, za to deformacijo pa ostane adna odstranitev notranje

, pri katerem

je sestavljena iz nih prazninic. Prazninice sestavljajo mnogo manjše pore, ki jih

Na Sliki 2-prazninice, ter pore, ki jih

onolitov

gostoto zaradi kompletne 3, možno je

lahko varira od . Totalna prostornina por

eprav je morfologija materiala zelo visoko porozna in medsebojno erno površino okoli

. Mehanske lastnosti encionalnim plinsko pihanim polistirenskim penam, čeprav

mulzij z so zelo rgirana

krat

polimerizacije zunanje faze okoli tako

nem materialu. Zaradi visoke koncentracije notranje faze, je distribucija nih oblik, za to deformacijo pa ostane

adna odstranitev notranje , pri katerem

je sestavljena iz nih prazninic. Prazninice sestavljajo mnogo manjše pore, ki jih

prazninice, ter pore, ki jih

gostoto zaradi kompletne je

lahko varira od . Totalna prostornina por

eprav je morfologija materiala zelo visoko porozna in medsebojno okoli

osti eprav

manjša velikost praznin in višja stopnja celipen proizvaja višjo tlaProces priprauporablja v/o (voda v olju) monomeri topni v olju, vodna faza pa služi kot temelj poroznostizamreževalnifaza je tekoNotranjo fazo dodajamo posledi polimerizacija zunanje faze, ki je odvisna od uporab(toplotna, redoks, katalitikrčenja polimernega filma med polimerizacijo, se tvorijo majhne med seboj povezane razpoke v zidoviporoznost v neprekinjeni polimerni strukturi. Pridobljen monolit je Soxhletovna mestu kapljic notranje faze privedejo do visoko noemulzijsko p

Do sedaj je bil najbolj raziskan PoliHIPE material stiren zamrežen z divinilbenzenom, lahko pa se uporabijo tudi drugi monomerilastnostmi

2.1.1 Uporaba PoliHIPE materialov

Zaradi edinstvenih karakteristik in visoko notranje povPoliHIPE-odprte celičmotornih predelov makroporoznmikroporoznih zidov za molekularno shranjevanje.Področje na katerem so bili PoliHIPE materiali zelo podrobno raziskaniza trdne nosilce pri sintezi. Uporablja se jih tudi kot separacijske tkiv, ter za druge specialne aplikacijenosilci za Večino danaporoznosti in zamrežeuporaba pareaktivnih mest da se omogoheterogenostjo in je difuzija v kroglice izrednega pomena.primernih topil za uporabo. Pri poroznih materialih predhodno nabrekanje ni potrebno, zato

manjša velikost praznin in višja stopnja celipen proizvaja višjo tlačProces priprave PoliHIPE

rablja v/o (voda v olju) monomeri topni v olju, vodna faza pa služi kot temelj poroznostizamreževalni reagentfaza je tekoča, ponavadi je sestavljena iz vode, v vodi topnega iniciatorja in stabilizatorja. Notranjo fazo dodajamo posledi polimerizacija zunanje faze, ki je odvisna od uporab(toplotna, redoks, kataliti

enja polimernega filma med polimerizacijo, se tvorijo majhne med seboj povezane razpoke v zidovih por in prazninporoznost v neprekinjeni polimerni strukturi. Pridobljen monolit je

vo ekstrakcijo na mestu kapljic notranje faze privedejo do visoko noemulzijsko pripravljenih poroznih struktur

Do sedaj je bil najbolj raziskan PoliHIPE material stiren zamrežen z divinilbenzenom, pa se uporabijo tudi drugi monomeri

lastnostmi.[5]-[6]

Uporaba PoliHIPE materialov

Zaradi edinstvenih karakteristik in visoko notranje pov-om zagotovljena uporaba na razli

odprte celične morfologije bi jih lahko uporabljali motornih predelov makroporozna struktura je lahko uporabnamikroporoznih zidov za molekularno shranjevanje.

čje na katerem so bili PoliHIPE materiali zelo podrobno raziskaniza trdne nosilce pri sintezi. Uporablja se jih tudi kot separacijske tkiv, ter za druge specialne aplikacije

različne organske spojineino današnjih polimernih

poroznosti in zamrežeuporaba pa ima vseeno

aktivnih mest nahajada se omogoči dostop do reaktivnih mest.heterogenostjo in je difuzija v kroglice izrednega pomena.primernih topil za uporabo. Pri poroznih materialih predhodno nabrekanje ni potrebno, zato


manjša velikost praznin in višja stopnja celipen proizvaja višjo tlačno moč.[5]

ve PoliHIPE-ov je zelo preprost.rablja v/o (voda v olju) emulzij

monomeri topni v olju, vodna faza pa služi kot temelj poroznostireagent in primerni surfaktant so skupaj zmešani kot zunanja faza. Not

a, ponavadi je sestavljena iz vode, v vodi topnega iniciatorja in stabilizatorja. Notranjo fazo dodajamo počasi ob mešanju, zaradi ohranjanja enotne emulzije. sledi polimerizacija zunanje faze, ki je odvisna od uporab(toplotna, redoks, katalitična, UV

enja polimernega filma med polimerizacijo, se tvorijo majhne med seboj povezane por in praznin

poroznost v neprekinjeni polimerni strukturi. Pridobljen monolit je o ekstrakcijo za dokonč

na mestu kapljic notranje faze privedejo do visoko noripravljenih poroznih struktur

Shema



Zaradi edinstvenih karakteristik in visoko notranje povom zagotovljena uporaba na razli

ne morfologije bi jih lahko uporabljali motornih predelov ter v drugih ograjenih prostorih. Visoko notranje povezana

a struktura je lahko uporabnamikroporoznih zidov za molekularno shranjevanje.

je na katerem so bili PoliHIPE materiali zelo podrobno raziskaniza trdne nosilce pri sintezi. Uporablja se jih tudi kot separacijske tkiv, ter za druge specialne aplikacije

ne organske spojinepolimernih nosilcev je mogo

poroznosti in zamreženja. Ti polimerni noima vseeno nekatere omejitve.

nahaja znotraj delca, zato je nabrekanje takšnegi dostop do reaktivnih mest.

heterogenostjo in je difuzija v kroglice izrednega pomena.primernih topil za uporabo. Pri poroznih materialih predhodno nabrekanje ni potrebno, zato


manjša velikost praznin in višja stopnja celi[5] je zelo preprost.

mulzija z visokim deležem notranje fazemonomeri topni v olju, vodna faza pa služi kot temelj poroznosti

in primerni surfaktant so skupaj zmešani kot zunanja faza. Nota, ponavadi je sestavljena iz vode, v vodi topnega iniciatorja in stabilizatorja.

časi ob mešanju, zaradi ohranjanja enotne emulzije. sledi polimerizacija zunanje faze, ki je odvisna od uporab

, UV ali mikrovalovno inducirana iniciacija). Zaradi majhnega enja polimernega filma med polimerizacijo, se tvorijo majhne med seboj povezane

por in praznin, zaradi poroznost v neprekinjeni polimerni strukturi. Pridobljen monolit je

a dokončno odstranitev notranje faze. na mestu kapljic notranje faze privedejo do visoko no

ripravljenih poroznih struktur.

Shema 2-2: Proces priprave PoliHIPE



Zaradi edinstvenih karakteristik in visoko notranje povom zagotovljena uporaba na različ

ne morfologije bi jih lahko uporabljali v drugih ograjenih prostorih. Visoko notranje povezana

a struktura je lahko uporabnamikroporoznih zidov za molekularno shranjevanje.

je na katerem so bili PoliHIPE materiali zelo podrobno raziskaniza trdne nosilce pri sintezi. Uporablja se jih tudi kot separacijske tkiv, ter za druge specialne aplikacije. Nas zanima predvsem njihova uporaba kot trdni

ne organske spojine.[5] nosilcev je mogo

Ti polimerni nonekatere omejitve.

znotraj delca, zato je nabrekanje takšnegi dostop do reaktivnih mest.

heterogenostjo in je difuzija v kroglice izrednega pomena.primernih topil za uporabo. Pri poroznih materialih predhodno nabrekanje ni potrebno, zato


4

manjša velikost praznin in višja stopnja celično sferič

je zelo preprost. Za pripravoz visokim deležem notranje faze

monomeri topni v olju, vodna faza pa služi kot temelj poroznostiin primerni surfaktant so skupaj zmešani kot zunanja faza. Not

a, ponavadi je sestavljena iz vode, v vodi topnega iniciatorja in stabilizatorja. asi ob mešanju, zaradi ohranjanja enotne emulzije.

sledi polimerizacija zunanje faze, ki je odvisna od uporabali mikrovalovno inducirana iniciacija). Zaradi majhnega

enja polimernega filma med polimerizacijo, se tvorijo majhne med seboj povezane zaradi česar nastane

poroznost v neprekinjeni polimerni strukturi. Pridobljen monolit je odstranitev notranje faze.

na mestu kapljic notranje faze privedejo do visoko no

: Proces priprave PoliHIPE

Do sedaj je bil najbolj raziskan PoliHIPE material stiren zamrežen z divinilbenzenom, pa se uporabijo tudi drugi monomeri pri izdelavi PoliHIPE

Zaradi edinstvenih karakteristik in visoko notranje povom zagotovljena uporaba na različnih področ

ne morfologije bi jih lahko uporabljali pri toplotni in akustiv drugih ograjenih prostorih. Visoko notranje povezana

a struktura je lahko uporabna za doseganje visokih transportnih hitrosti do mikroporoznih zidov za molekularno shranjevanje.

je na katerem so bili PoliHIPE materiali zelo podrobno raziskaniza trdne nosilce pri sintezi. Uporablja se jih tudi kot separacijske

Nas zanima predvsem njihova uporaba kot trdni

nosilcev je mogoče dobiti v obliki kroglicTi polimerni nosilci so sedaj komercialno dobav

nekatere omejitve. Pri sferičnih polimernih materialih znotraj delca, zato je nabrekanje takšneg

i dostop do reaktivnih mest. Posledičheterogenostjo in je difuzija v kroglice izrednega pomena.primernih topil za uporabo. Pri poroznih materialih predhodno nabrekanje ni potrebno, zato


sferične simetrije emulzijsko pridobljenih

Za pripravo PoliHIPEz visokim deležem notranje faze

monomeri topni v olju, vodna faza pa služi kot temelj poroznostiin primerni surfaktant so skupaj zmešani kot zunanja faza. Not


sledi polimerizacija zunanje faze, ki je odvisna od uporabljenega ali mikrovalovno inducirana iniciacija). Zaradi majhnega

enja polimernega filma med polimerizacijo, se tvorijo majhne med seboj povezane esar nastane zelo povezana odprto celi

poroznost v neprekinjeni polimerni strukturi. Pridobljen monolit je odstranitev notranje faze. Prazninice, katere ostanejo

na mestu kapljic notranje faze privedejo do visoko notranje povezanih

: Proces priprave PoliHIPE-ov

Do sedaj je bil najbolj raziskan PoliHIPE material stiren zamrežen z divinilbenzenom, pri izdelavi PoliHIPE

Zaradi edinstvenih karakteristik in visoko notranje povezane narave poroznih monolitovnih področjih znanosti

pri toplotni in akustiv drugih ograjenih prostorih. Visoko notranje povezana

za doseganje visokih transportnih hitrosti do

je na katerem so bili PoliHIPE materiali zelo podrobno raziskaniza trdne nosilce pri sintezi. Uporablja se jih tudi kot separacijske


e dobiti v obliki kroglicsilci so sedaj komercialno dobavPri sferičnih polimernih materialih

znotraj delca, zato je nabrekanje takšnega materialaPosledično je takšna aplikacija omejena s

heterogenostjo in je difuzija v kroglice izrednega pomena. To spoznanje zmanjša števprimernih topil za uporabo. Pri poroznih materialih predhodno nabrekanje ni potrebno, zato


ne simetrije emulzijsko pridobljenih

PoliHIPE-ovz visokim deležem notranje faze. V teh primerih so

monomeri topni v olju, vodna faza pa služi kot temelj poroznosti (Shema 2-in primerni surfaktant so skupaj zmešani kot zunanja faza. Not


ljenega iniciacijskega sistema ali mikrovalovno inducirana iniciacija). Zaradi majhnega

enja polimernega filma med polimerizacijo, se tvorijo majhne med seboj povezane o povezana odprto celi

poroznost v neprekinjeni polimerni strukturi. Pridobljen monolit je običajno obdelan s Prazninice, katere ostanejo

tranje povezanih, odprto celi

Do sedaj je bil najbolj raziskan PoliHIPE material stiren zamrežen z divinilbenzenom, pri izdelavi PoliHIPE-ov z edinstvenimi

ezane narave poroznih monolitovznanosti in tehnologije

pri toplotni in akustični izolacijiv drugih ograjenih prostorih. Visoko notranje povezana


je na katerem so bili PoliHIPE materiali zelo podrobno raziskani, je njihova uporaba za trdne nosilce pri sintezi. Uporablja se jih tudi kot separacijske medije, pri inženiringu


e dobiti v obliki kroglic z razlisilci so sedaj komercialno dobav

nih polimernih materialih a materiala zelo

no je takšna aplikacija omejena s To spoznanje zmanjša štev

primernih topil za uporabo. Pri poroznih materialih predhodno nabrekanje ni potrebno, zato



ov se ponavadi . V teh primerih so

-2). Monomeri, in primerni surfaktant so skupaj zmešani kot zunanja faza. Notranja

a, ponavadi je sestavljena iz vode, v vodi topnega iniciatorja in stabilizatorja. asi ob mešanju, zaradi ohranjanja enotne emulzije. Po mešanju

iniciacijskega sistema ali mikrovalovno inducirana iniciacija). Zaradi majhnega

enja polimernega filma med polimerizacijo, se tvorijo majhne med seboj povezane o povezana odprto celič

običajno obdelan s Prazninice, katere ostanejo

, odprto celičnih,

Do sedaj je bil najbolj raziskan PoliHIPE material stiren zamrežen z divinilbenzenom, ov z edinstvenimi

ezane narave poroznih monolitovin tehnologije. Zaradi

čni izolaciji znotraj v drugih ograjenih prostorih. Visoko notranje povezana


je njihova uporaba medije, pri inženiringu


z različno stopnjo silci so sedaj komercialno dobavljivi, njihova

nih polimernih materialih se večzelo pomembno,

no je takšna aplikacija omejena s To spoznanje zmanjša štev


nih katalizatorjev


se ponavadi . V teh primerih so

Monomeri, ranja

a, ponavadi je sestavljena iz vode, v vodi topnega iniciatorja in stabilizatorja. Po mešanju

iniciacijskega sistema ali mikrovalovno inducirana iniciacija). Zaradi majhnega

enja polimernega filma med polimerizacijo, se tvorijo majhne med seboj povezane o povezana odprto celična

ajno obdelan s Prazninice, katere ostanejo

, odprto celičnih,

Do sedaj je bil najbolj raziskan PoliHIPE material stiren zamrežen z divinilbenzenom, ov z edinstvenimi

ezane narave poroznih monolitov je . Zaradi znotraj

v drugih ograjenih prostorih. Visoko notranje povezana za doseganje visokih transportnih hitrosti do

je njihova uporaba medije, pri inženiringu


stopnjo ljivi, njihova

večina pomembno,

no je takšna aplikacija omejena s To spoznanje zmanjša število



5

imamo pri njihovi uporabi večji nabor primernih topil, vseeno pa so reaktivna mesta znotraj poroznih matric dosegljiva le z difuzijo, kar pa je seveda počasen proces. Porozne kroglice so tudi lahko lomljive, zaradi elektrostatičnega naboja pa je z njimi tudi težko ravnati.[7] Najbolj primerni polimerni nosilci so visoko permeabilni monoliti, ki jih lahko pripravimo v HIPE emulzijah. Produkt postopka imenujejo PoliHIPE, ti pa lahko imajo veliko površinsko področje, tudi do 550 m2/g.

2.1.2 Funkcionalizacija PoliHIPE-ov

Da bi uporabili to edinstveno strukturo in karakteristike PoliHIPE-ov v namene kemijske pretvorbe, je nujna funkcionalizacija strukture. Modifikacija dovoli spremembe v kemijski sestavi, ki omogočajo vezavo določenega strukturnega elementa, ostanejo pa nedotaknjene mehanične lastnosti, površinsko področje, morfologija por.[5] To je zelo široko področje raziskav, zato bo v nadaljevanju opisanih samo nekaj primerov modifikacije in funkcionalizacije glavnih karakterističnih PoliHIPE lastnosti. Do sedaj so znanstveniki uspeli razviti tri glavne metode vezave spojin na polimerne nosilce. Te vključujejo: (a) ujetje, kjer se katalizator vgradi znotraj polimerne mreže v porah, (b) ionsko ujemanje, kjer se kationi ali anioni vežejo z ujemajoče komplementarnim ionom, (c) kovalentna vezava.[1]-[3] Z uravnavo pogojev priprave lahko pridobimo PoliHIPE materiale, ki imajo veliko površinsko področje in odprto notranje povezano strukturo z veliki porami. Tako imajo materiali nizko gostoto, visoko permeabilnost, primerno površinsko področje in še druge funkcionalne lastnosti. Z izbiro monomerov pa lahko uvedemo v polimer funkcionalno skupino. Z uporabo metakrilne kisline kot monomera so vgradili kislinsko funkcijo v PoliHIPE matriks. Nadalje pa so kislinske skupine pretvorili v zelo reaktivne kislinske kloride, ki omogočajo nadaljnjo funkcionalizacijo z nukleofili. S tem se širi nabor novih aplikacij.[5] Funkcionalizacijo stiren/divinilbenzen (DVB) PoliHIPE materialov so dosegli z aromatsko substitucijo ali pa preko nezreagirane dvojne vezi DVB-ja. Ta proces funkcionalizacije so poenostavili pri sintezi PoliHIPE materialov, ki vsebujejo 4-vinilbenzil klorid (VBC).[7] Na Shemi 2–3 je prikazana funkcionalizacija VBC/DVB poliHIPE-a, oz. reakcija nukleofilne substitucije med VBC/DVB poliHIPE-om in tris-(2-aminoetil)aminom (TREN).

Shema 2-3: Funkcionalizacija VBC/DVB poliHIPE-a z TREN-om

V članku [7] so za vezavo tris(2-aminoetil)amina, pripravili VBC/DVB (6/4 molarno razmerje) PoliHIPE material. Monolite so nato v pretočnem sistemu obdelali z raztopino

tris(2-aminoda se je pojavilPrimerjalnedo manjšega zamreževanjareakcijski čdaljšim reakcijskim pretočnem sistemu potekajoRezultati eksperimentov so pokazali, da je izkoristek reakcije boljšpermeabilne še dodatno

2.2 Dendrimeri

Dendrimeri sintetizira pa se jih postopno po korakih Zasledimo pa tudi, da dendrimere pojmujejo kot nov razred polimernih Polimerna kemija se tradicionalno bolj odkrili, da se lastnosti visoko razvejanih makromolekul razlipolimerov.1980 in te makromolekule pprevede v besedo drevo). Istoskupina, ki je te molekule imenovala arboroli (v latinšdrevo), vendar se je vseeno v strokovnem svetu bolje op

2.2.1 Sinteza

Dendrimere se pripravlja z uporabo divergentne ali konvergetne metodamiin konvergentno metodo sinteze

Shema 2

Pri divergentni metodimolekula reagira z dobimo dendrimer prve generacije. Nato pride do aktivacije mirujo

amino-etil)amina v DMFda se je pojavilo zamreževanjePrimerjalne šaržne reado manjšega zamreževanjareakcijski čas. Tako so bile reakcije

reakcijskim ččnem sistemu potekajo

Rezultati eksperimentov so pokazali, da je izkoristek reakcije boljšpermeabilne monolitske PoliHIPE nosilce priše dodatno olajšajo prenos

endrimeri

endrimeri so definirane visoko razvejanesintetizira pa se jih postopno po korakih Zasledimo pa tudi, da dendrimere pojmujejo kot nov razred polimernih Polimerna kemija se tradicionalno bolj odkrili, da se lastnosti visoko razvejanih makromolekul razlipolimerov.[10] Prvi je odkril1980 in te makromolekule pprevede v besedo drevo). Istoskupina, ki je te molekule imenovala arboroli (v latinšdrevo), vendar se je vseeno v strokovnem svetu bolje op

Sinteza

Dendrimere se pripravlja z uporabo divergentne ali konvergetne metodami seveda obstajajo temeljne razin konvergentno metodo sinteze

2-4: Možni poti

Pri divergentni metodimolekula reagira z monomerno, ki vsebuje eno reaktivno in dve mirujodobimo dendrimer prve generacije. Nato pride do aktivacije mirujo


l)amina v DMF-ju. Zao zamreževanje

reakcijske študije so pokazale, dado manjšega zamreževanja, vendar pa

as. Tako so bile reakcije reakcijskim časom so izboljšali izkoristek.

nem sistemu potekajo hitreje kot pa tisteRezultati eksperimentov so pokazali, da je izkoristek reakcije boljš

monolitske PoliHIPE nosilce priolajšajo prenos snovi

definirane visoko razvejanesintetizira pa se jih postopno po korakih Zasledimo pa tudi, da dendrimere pojmujejo kot nov razred polimernih Polimerna kemija se tradicionalno bolj odkrili, da se lastnosti visoko razvejanih makromolekul razli

Prvi je odkril razvejane makromolekule Donald Tomalia s sodelavci leta 1980 in te makromolekule poimenoval dendrimeri (izhaja izprevede v besedo drevo). Istočasno se je s tem problemom ukvarjala tudi Newkomova skupina, ki je te molekule imenovala arboroli (v latinšdrevo), vendar se je vseeno v strokovnem svetu bolje op

Dendrimere se pripravlja z uporabo divergentne ali konvergetne obstajajo temeljne raz

in konvergentno metodo sinteze.

Možni poti sinteze dendrimerov (

Pri divergentni metodi dendrimeri rastejo iz multifunkcionalne jedrne molekule. Jedrna monomerno, ki vsebuje eno reaktivno in dve mirujo

dobimo dendrimer prve generacije. Nato pride do aktivacije mirujo


-ju. Začetni eksperimenti izvedeni pri 60o zamreževanje med dvem

kcijske študije so pokazale, da, vendar pa je

as. Tako so bile reakcije s TRENso izboljšali izkoristek.hitreje kot pa tiste

Rezultati eksperimentov so pokazali, da je izkoristek reakcije boljšmonolitske PoliHIPE nosilce pri

snovi.[7]

definirane visoko razvejane sintetizira pa se jih postopno po korakih v ponavljajoZasledimo pa tudi, da dendrimere pojmujejo kot nov razred polimernih Polimerna kemija se tradicionalno bolj osredotoodkrili, da se lastnosti visoko razvejanih makromolekul razli

razvejane makromolekule Donald Tomalia s sodelavci leta oimenoval dendrimeri (izhaja iz

prevede v besedo drevo). Istočasno se je s tem problemom ukvarjala tudi Newkomova skupina, ki je te molekule imenovala arboroli (v latinšdrevo), vendar se je vseeno v strokovnem svetu bolje op

Dendrimere se pripravlja z uporabo divergentne ali konvergetne obstajajo temeljne razlike.

.[10]

sinteze dendrimerov (

dendrimeri rastejo iz multifunkcionalne jedrne molekule. Jedrna monomerno, ki vsebuje eno reaktivno in dve mirujo



6

ni eksperimenti izvedeni pri 60med dvema amino skupinama

kcijske študije so pokazale, da takrat za dokon

s TREN-om izvedso izboljšali izkoristek. Ugotovili pa so tudi, da hitreje kot pa tiste v šaržnem reaktorju.

Rezultati eksperimentov so pokazali, da je izkoristek reakcije boljšmonolitske PoliHIPE nosilce pri organskih sintezah v raztopinah. Monoliti

makromolekule, ki izhajajo iz centralnega jedra, v ponavljajoč

Zasledimo pa tudi, da dendrimere pojmujejo kot nov razred polimernih osredotoča na linearne polimere.

odkrili, da se lastnosti visoko razvejanih makromolekul razlirazvejane makromolekule Donald Tomalia s sodelavci leta

oimenoval dendrimeri (izhaja izasno se je s tem problemom ukvarjala tudi Newkomova

skupina, ki je te molekule imenovala arboroli (v latinščdrevo), vendar se je vseeno v strokovnem svetu bolje op

Dendrimere se pripravlja z uporabo divergentne ali konvergetne like. Shema 2-

sinteze dendrimerov (A.-divergentna metoda; B.




ni eksperimenti izvedeni pri 60a amino skupinama

pride pri nižji za dokončanje reakcije potreben daljši

izvedene pri temperaturi 45Ugotovili pa so tudi, da

v šaržnem reaktorju.Rezultati eksperimentov so pokazali, da je izkoristek reakcije boljš

organskih sintezah v raztopinah. Monoliti

makromolekule, ki izhajajo iz centralnega jedra, v ponavljajočih se reakcijskih sekvencah

Zasledimo pa tudi, da dendrimere pojmujejo kot nov razred polimernih na linearne polimere.

odkrili, da se lastnosti visoko razvejanih makromolekul razlirazvejane makromolekule Donald Tomalia s sodelavci leta

oimenoval dendrimeri (izhaja iz grške besede dendron, ki se asno se je s tem problemom ukvarjala tudi Newkomova

skupina, ki je te molekule imenovala arboroli (v latinščini pomeni beseda arbor prav tako drevo), vendar se je vseeno v strokovnem svetu bolje oprijel izraz dendrimeri

Dendrimere se pripravlja z uporabo divergentne ali konvergetne sintezne metode-4 prikazuje razlike med divergentno

divergentna metoda; B.




ni eksperimenti izvedeni pri 60 °C so nakazovali, a amino skupinama tris(2-aminoeti

pride pri nižji reakcijski temperaturi čanje reakcije potreben daljši

ene pri temperaturi 45Ugotovili pa so tudi, da

v šaržnem reaktorju. Rezultati eksperimentov so pokazali, da je izkoristek reakcije boljši, če uporabljamo visoko

organskih sintezah v raztopinah. Monoliti

makromolekule, ki izhajajo iz centralnega jedra, ih se reakcijskih sekvencah

Zasledimo pa tudi, da dendrimere pojmujejo kot nov razred polimernih materialovna linearne polimere. Nedavno

odkrili, da se lastnosti visoko razvejanih makromolekul razlikujejo od linearnih razvejane makromolekule Donald Tomalia s sodelavci leta

grške besede dendron, ki se asno se je s tem problemom ukvarjala tudi Newkomova

ini pomeni beseda arbor prav tako rijel izraz dendrimeri

sintezne metodeprikazuje razlike med divergentno

divergentna metoda; B.-konvergentna metoda

dendrimeri rastejo iz multifunkcionalne jedrne molekule. Jedrna monomerno, ki vsebuje eno reaktivno in dve mirujoči skupini. S tem

dobimo dendrimer prve generacije. Nato pride do aktivacije mirujočih perifernih skupin, ki


°C so nakazovali, aminoetil)amina.

reakcijski temperaturi anje reakcije potreben daljši

ene pri temperaturi 45 °C inUgotovili pa so tudi, da reakcije v

e uporabljamo visoko organskih sintezah v raztopinah. Monoliti

makromolekule, ki izhajajo iz centralnega jedra, ih se reakcijskih sekvencah.[8]-

materialov.[10] Nedavno pa so

kujejo od linearnih razvejane makromolekule Donald Tomalia s sodelavci leta

grške besede dendron, ki se asno se je s tem problemom ukvarjala tudi Newkomova

ini pomeni beseda arbor prav tako rijel izraz dendrimeri.[10]

sintezne metode. Med temi prikazuje razlike med divergentno

konvergentna metoda

dendrimeri rastejo iz multifunkcionalne jedrne molekule. Jedrna či skupini. S tem

ih perifernih skupin, ki

nih katalizatorjev

°C so nakazovali, l)amina.

reakcijski temperaturi anje reakcije potreben daljši

in z ije v

e uporabljamo visoko organskih sintezah v raztopinah. Monoliti pa

makromolekule, ki izhajajo iz centralnega jedra, -[9]

pa so kujejo od linearnih

razvejane makromolekule Donald Tomalia s sodelavci leta grške besede dendron, ki se

asno se je s tem problemom ukvarjala tudi Newkomova ini pomeni beseda arbor prav tako

. Med temi prikazuje razlike med divergentno

konvergentna metoda)

dendrimeri rastejo iz multifunkcionalne jedrne molekule. Jedrna i skupini. S tem

ih perifernih skupin, ki


7

reagirajo z monomernimi enotami dalje. Ta proces se ponavlja več generacij zaporedoma. Divergentni pristop je uspešen za proizvodnjo velikih količin dendrimerov. Problemi nastanejo, kadar se pojavijo stranske reakcije, ali pa pride do nedokončanja reakcij končnih skupin, kar vodi do nepravilnosti. Stranske reakcije preprečimo z uporabljeno veliko količino reagentov, kar pa lahko privede do manjših problemov pri izolaciji in čiščenju na koncu. Konvergentno metodo so izumili zaradi različnih slabosti, ki jih vsebuje divergentna sinteza. Pri konvergentnem postopku poteka gradnja dendrimera postopno, začne se z končnimi skupinami, gradnja pa poteka navznoter. Ko so razvejane polimerne skupine dovolj velike, jih pripnejo na multifunkcionalno jedrno molekulo. Konvergentna metoda ima kar nekaj prednosti, saj se da enostavno prečistiti reakcijsko mešanico ter izolirati željen produkt, pojav napak pa je v končni strukturi minimiziran. Ta metoda seveda vsebuje tudi slabosti, saj ne omogoča priprave dendrimerov visokega števila generacij, zaradi steričnih problemov, ki se pojavijo ob spoju razvejanih polimernih skupin na jedrno molekulo. Prvi sintetizirani dendrimeri so bili poliamidoamini (PAMAM), pri katerih se kot jedrna molekula uporablja amoniak ali etilendiamin (Shema 2-5). Dandanes so dendrimeri komercialno dobavljivi, glavni dve podjetji, ki jih proizvajata sta Dendritech (ZDA) in DSM (Nizozemska).[10]


8

H2NNH2 +

O

ON

N

OO

O

O

O

O

O O

H2NNH2

NN

NHO

HN

O

HN O

NH

O

NH2

H2N

NH2

NH2

Shema 2-5: Sinteza prve generacije PAMAM iz etilendiamina

2.2.2 Molekulska struktura in lastnosti

Med rastjo dendrimerov postanejo verige daljše in vse bolj razvejane, pri tem pa dendrimeri prevzamejo globularno strukturo. Vse bolj ko gremo proti periferiji makromolekule, vidimo, da so dendrimeri vse gosteje pakirani in tako dobimo zaprto membrani podobno strukturo. Ko dosežejo kritično stopnjo razvejanosti ne morejo več rasti zaradi pomanjkanja prostora; ta pojav imenujejo efekt »izgorele zvezde«. Povečana gostota razvejanosti, ki nastane skozi generacije, ima lahko presenetljive efekte na strukture dendrimerov. Ti so karakterizirani po prisotnosti notranjih votlinic in številčnosti končnih reaktivnih skupin. Dendrimeri so za razliko od linearnih polimerov monodisperzne makromolekule. Klasični polimerizacijski proces, pri katerem nastanejo linearni polimeri, je po naravi naključen postopek in produkti, ki nastanejo, so različnih velikosti in molekulskih mas. Pri sintezi dendrimerov pa se lahko njihovo velikost in molekulsko maso nadzoruje. Zaradi svoje strukture imajo dendrimeri v primerjavi z linearnimi polimeri izboljšane fizične in kemijske lastnosti.

Zaradi prisotnosti mnogih verižnih koncev so dendrimeri zelo topni, mešljivi in imajo visoko renjihovih koncih hidrofilne skupine, tedaj so topni v polarnihkončDendrimeri nižjih generacij so dovolj veliki, da imajo sferipovršini niso dovolj tesno zapakirani.notranjih votlinic imajo nekaj edinstvenih lastnosti. zaobjetja gostujoBiološke lastnosti dendrimerov so pomembne zaradi narašuporabe v biomedicinskih aplikacijah. Katiokatodvisna od generiranih generacij in s tem povedendrimeri imajo karboksilatno površino in niso citotoksiobmodendrimeri se med drugim tudi uporabljajo za tar

2.2.3

Sedaj obstaja že velastnosti, kprilagojene glede na razlitemeljijo na neprimerljivi molekulin prisotnosti notranjih votlinic. Te specifiuporabnost pri visoko tehnološki uporabi, te pa vkljuindustrijske aplikacije.Študije kažejo, da seterapevtskih agentov. Molekule zdravil so lahko stacionirane znotraj dendrimera ali pa so

Zaradi prisotnosti mnogih verižnih koncev so dendrimeri zelo topni, mešljivi in imajo visoko reaktivnost. Na njihovonjihovih koncih hidrofilne skupine, tedaj so topni v polarnihkončne skupine, so pa ti topni v nepolarnih topilih. Dendrimeri nižjih generacij so dovolj veliki, da imajo sferipovršini niso dovolj tesno zapakirani.notranjih votlinic imajo nekaj edinstvenih lastnosti. zaobjetja gostujoBiološke lastnosti dendrimerov so pomembne zaradi narašuporabe v biomedicinskih aplikacijah. Katiokationske skupine pri nizkem pHodvisna od generiranih generacij in s tem povedendrimeri imajo karboksilatno površino in niso citotoksiobmočju.[10] dendrimeri se med drugim tudi uporabljajo za tar

2.2.3 Uporaba

Sedaj obstaja že velastnosti, ki se lahko kažejo na površini, vprilagojene glede na razlitemeljijo na neprimerljivi molekulin prisotnosti notranjih votlinic. Te specifiuporabnost pri visoko tehnološki uporabi, te pa vkljuindustrijske aplikacije.Študije kažejo, da seterapevtskih agentov. Molekule zdravil so lahko stacionirane znotraj dendrimera ali pa so

Zaradi prisotnosti mnogih verižnih koncev so dendrimeri zelo topni, mešljivi in imajo aktivnost. Na njihovo

njihovih koncih hidrofilne skupine, tedaj so topni v polarnihne skupine, so pa ti topni v nepolarnih topilih.

Dendrimeri nižjih generacij so dovolj veliki, da imajo sferipovršini niso dovolj tesno zapakirani.notranjih votlinic imajo nekaj edinstvenih lastnosti. zaobjetja gostujoče molekule v njihovi notranjosti.Biološke lastnosti dendrimerov so pomembne zaradi narašuporabe v biomedicinskih aplikacijah. Katio

ionske skupine pri nizkem pHodvisna od generiranih generacij in s tem povedendrimeri imajo karboksilatno površino in niso citotoksi

Shema 2-6 prikazujedendrimeri se med drugim tudi uporabljajo za tar

Shema

Uporaba

Sedaj obstaja že več kot petdeset razlii se lahko kažejo na površini, v

prilagojene glede na razlitemeljijo na neprimerljivi molekulin prisotnosti notranjih votlinic. Te specifiuporabnost pri visoko tehnološki uporabi, te pa vkljuindustrijske aplikacije. Študije kažejo, da se dendrimeri terapevtskih agentov. Molekule zdravil so lahko stacionirane znotraj dendrimera ali pa so


Zaradi prisotnosti mnogih verižnih koncev so dendrimeri zelo topni, mešljivi in imajo aktivnost. Na njihovo topnost zelo


Dendrimeri nižjih generacij so dovolj veliki, da imajo sferipovršini niso dovolj tesno zapakirani.notranjih votlinic imajo nekaj edinstvenih lastnosti.

e molekule v njihovi notranjosti.Biološke lastnosti dendrimerov so pomembne zaradi narašuporabe v biomedicinskih aplikacijah. Katio

ionske skupine pri nizkem pH-ju) so navadno hemolitiodvisna od generiranih generacij in s tem povedendrimeri imajo karboksilatno površino in niso citotoksi

6 prikazuje dendrimeri se med drugim tudi uporabljajo za tar

Shema 2-6: Č

kot petdeset razlii se lahko kažejo na površini, v

prilagojene glede na različne vrste uporabe.temeljijo na neprimerljivi molekulski enotnosti, multifunkcionalnem površinskem podroin prisotnosti notranjih votlinic. Te specifiuporabnost pri visoko tehnološki uporabi, te pa vklju

dendrimeri lahko terapevtskih agentov. Molekule zdravil so lahko stacionirane znotraj dendrimera ali pa so


9

Zaradi prisotnosti mnogih verižnih koncev so dendrimeri zelo topni, mešljivi in imajo topnost zelo vpliva narava skupin na površini.


Dendrimeri nižjih generacij so dovolj veliki, da imajo sferipovršini niso dovolj tesno zapakirani. Zaradi svoje globularne oblike in prisotnosti notranjih votlinic imajo nekaj edinstvenih lastnosti.

e molekule v njihovi notranjosti.Biološke lastnosti dendrimerov so pomembne zaradi narašuporabe v biomedicinskih aplikacijah. Katio

ju) so navadno hemolitiodvisna od generiranih generacij in s tem povečanim številom površinskih skupin.dendrimeri imajo karboksilatno površino in niso citotoksi

dendrimer polipropilenimin (PPI) dendrimeri se med drugim tudi uporabljajo za tarč

Četrta generacija

kot petdeset različnih vrst dendrimerov, vsaka vrsta ima svoje posebne i se lahko kažejo na površini, v notranjosti in jedrni molekuli;

ne vrste uporabe. Mnoge potencialne aplikacije dendrimerov ski enotnosti, multifunkcionalnem površinskem podro

in prisotnosti notranjih votlinic. Te specifiuporabnost pri visoko tehnološki uporabi, te pa vklju

lahko uporabljajo za tarterapevtskih agentov. Molekule zdravil so lahko stacionirane znotraj dendrimera ali pa so


Zaradi prisotnosti mnogih verižnih koncev so dendrimeri zelo topni, mešljivi in imajo vpliva narava skupin na površini.


Dendrimeri nižjih generacij so dovolj veliki, da imajo sferiZaradi svoje globularne oblike in prisotnosti

notranjih votlinic imajo nekaj edinstvenih lastnosti. Najpomembnejša lase molekule v njihovi notranjosti.[10]

Biološke lastnosti dendrimerov so pomembne zaradi narašuporabe v biomedicinskih aplikacijah. Kationski dendrimeri (dendrimeri, ki

ju) so navadno hemolitičodvisna od generiranih generacij in s tem povečanim številom površinskih skupin.dendrimeri imajo karboksilatno površino in niso citotoksič

dendrimer polipropilenimin (PPI) dendrimeri se med drugim tudi uporabljajo za tarčno dostavo zdravil

generacija PPI dendrimera

nih vrst dendrimerov, vsaka vrsta ima svoje posebne notranjosti in jedrni molekuli;

Mnoge potencialne aplikacije dendrimerov ski enotnosti, multifunkcionalnem površinskem podro

in prisotnosti notranjih votlinic. Te specifične lastnosti omogouporabnost pri visoko tehnološki uporabi, te pa vklju

uporabljajo za tarterapevtskih agentov. Molekule zdravil so lahko stacionirane znotraj dendrimera ali pa so


Zaradi prisotnosti mnogih verižnih koncev so dendrimeri zelo topni, mešljivi in imajo vpliva narava skupin na površini.

njihovih koncih hidrofilne skupine, tedaj so topni v polarnih topilih, če pa imajo hidrofob

Dendrimeri nižjih generacij so dovolj veliki, da imajo sferično obliko, vendar pa na Zaradi svoje globularne oblike in prisotnosti

Najpomembnejša las

Biološke lastnosti dendrimerov so pomembne zaradi naraščajočega interesa njihove nski dendrimeri (dendrimeri, ki

ju) so navadno hemolitični in citotoksianim številom površinskih skupin.

dendrimeri imajo karboksilatno površino in niso citotoksični v širokedendrimer polipropilenimin (PPI)

no dostavo zdravil.[11]

dendrimera

nih vrst dendrimerov, vsaka vrsta ima svoje posebne notranjosti in jedrni molekuli;


ne lastnosti omogouporabnost pri visoko tehnološki uporabi, te pa vključujejo tudi biomedicinske in

uporabljajo za tarčno dostavo zdravil in drugih terapevtskih agentov. Molekule zdravil so lahko stacionirane znotraj dendrimera ali pa so


Zaradi prisotnosti mnogih verižnih koncev so dendrimeri zelo topni, mešljivi in imajo vpliva narava skupin na površini. Č

topilih, če pa imajo hidrofob

obliko, vendar pa na Zaradi svoje globularne oblike in prisotnosti

Najpomembnejša lastnost je zmožnost

ajočega interesa njihove nski dendrimeri (dendrimeri, ki

ni in citotoksični. Toksianim številom površinskih skupin.

v širokem koncentrdendrimer polipropilenimin (PPI) četrte generacije. Ti

[11]

nih vrst dendrimerov, vsaka vrsta ima svoje posebne notranjosti in jedrni molekuli; te lastnosti pa so


ne lastnosti omogočajo dendrimerom ujejo tudi biomedicinske in

avo zdravil in drugih terapevtskih agentov. Molekule zdravil so lahko stacionirane znotraj dendrimera ali pa so

nih katalizatorjev

Zaradi prisotnosti mnogih verižnih koncev so dendrimeri zelo topni, mešljivi in imajo vpliva narava skupin na površini. Če so na

e pa imajo hidrofobne


nost je zmožnost

ega interesa njihove nski dendrimeri (dendrimeri, ki tvorijo

ni. Toksičnost je anim številom površinskih skupin. Anionski

koncentracijskem etrte generacije. Ti

nih vrst dendrimerov, vsaka vrsta ima svoje posebne te lastnosti pa so

Mnoge potencialne aplikacije dendrimerov ski enotnosti, multifunkcionalnem površinskem področju

ajo dendrimerom ujejo tudi biomedicinske in


Zaradi prisotnosti mnogih verižnih koncev so dendrimeri zelo topni, mešljivi in imajo e so na

ne


nost je zmožnost

ega interesa njihove tvorijo nost je

Anionski

etrte generacije. Ti

nih vrst dendrimerov, vsaka vrsta ima svoje posebne te lastnosti pa so

Mnoge potencialne aplikacije dendrimerov

ajo dendrimerom ujejo tudi biomedicinske in



10

pripete na njegovo površino. Dendrimeri lahko delujejo tudi kot nosilci imenovani vektorji v genski terapiji, ki prenesejo gene skozi celične membrane v jedro celice. Dendrimere se uporablja tudi v industrijskih procesih, največkrat kot nanokatalizatorje, saj imajo multifunkcionalno površino in vsa katalitična mesta so v reakcijski mešanici vedno izpostavljena. V njih najdemo kombinacijo prednosti homogenih in heterogenih katalizatorjev. Homogeni katalizatorji so efektivni zaradi dobre dostopnosti aktivnih mest, vendar pa jih je velikokrat težavno odstraniti iz reakcijske mešanice. Heterogene katalizatorje je iz reakcijske mešanice lahko ločiti, vendar pa je njihova reakcijska kinetika omejena z masnim transportom. Medtem ko se lahko dendrimere reciklira z enostavnimi ultrafiltracijskimi metodami.[10]

2.2.4 Dendrimeri kot katalizatorji

Organokataliza je opisana kot pospeševanje kemijskih reakcij s substehiometričnimi količinami organskih spojin, ki ne vsebujejo kovinskih atomov. Mnogi organokatalizatorji so preproste molekule, katere kažejo odlično selektivnost ter dajejo dober donos. Organokatalizatorji imajo mnoge prednosti, običajno so robustni, poceni, že predhodno pripravljeni in netoksični. Mnogo organokatalizatorjev je inertnih za vplive vlage in kisika. Zaradi teh lastnosti organokatalitske reakcije ne potrebujejo zahtevnih reakcijskih pogojev (inertna atmosfera…). Ta metoda je še posebno primerna za sintezo farmacevtskih učinkovin, ki ne smejo vsebovati sledov kovine.[12] Organokataliza z dendrimeri je nastajajoče področje raziskav zaradi okoljske prijaznosti in efektivnosti teh katalizatorjev, ki so po lastnostih med preprostimi organskimi molekulami in kompleksnimi sintetičnimi ter biopolimernimi encimi. Najbolj uporabljeni dendrimeri so poliamidoaminski (PAMAM) dendrimeri, kateri se zaradi aminske skupine uporabljajo tudi kot bazni katalizatorji.[12] PAMAM dendrimeri so komercialno dostopni, topni v vodi in se jih lahko uporablja v vodnem mediju in s tem tudi enostavno loči od organskih spojin. Število površinskih aminskih skupin narašča eksponentno s stopnjo generacij. Prisotnost velikega števila funkcionalnih skupin v zelo mali prostornini, naredi te skupine bolj katalitično aktivne zaradi kooperativnega efekta. PAMAM dendrimere so uporabili kot katalizatorje za reakcije Knoevenagelove kondenzacije, kot tudi tri komponentne Mannichove reakcije v vodi. Reakcije so potekle efektivno pod milimi pogoji, v primerjavi z drugimi katalizatorji pa je bil postopek izolacije enostavnejši. Dva pomembna vidika tega katalitičnega procesa sta bila zmanjšana količina odpadne snovi in zmanjšana uporaba organskih topil.[12]

2.3 Priprava aminskih dendrimerov

Pri sintezi aminskih dendrimerov se raziskovalci največkrat odločajo za divergentno sintezno metodo. Ena izmed možnih aminskih dendrimernih struktur je tris-(2-aminoetil)amin in en korak sinteze je sestavljen iz Michaelove adicije akrilonitrila (AN) na osnovni amin s sledečo redukcijo nitrilne skupine v aminsko. Primer uporabe tris-(2-aminoetil)amina (TREN) kot osnovnega amina je prikazana na Shemi 2-7. S ponovitvijo teh postopkov dobimo dendrimer naslednje generacije.


11

Shema 2-7: Michaelova adicija akrilonitrila na TREN s sledečo redukcijo

Katritzky s sodelavci je opravil sintezo z Michaelovo adicijo amina na akrilonitril v ocetni kislini kot reakcijskem mediju in pri tem dobili odlične donose reakcije. Drugi in tudi najbolj zahteven korak za pripravo teh dendrimerov je redukcija nitrilnih skupin v aminske skupine. Obstaja mnogo metod za redukcijo nitrilov v amine, vendar pa so do sedaj uporabili le dve metodi pri pripravi dendrimerov, ki so zadovoljivo reducirale spojine z multiplimi nitrilnimi skupinami v tiste z multiplimi aminskimi skupinami. Pri prvi metodi se uporabljajo hidridi (NaBH4, LiAlH4…) v prisotnosti prehodnih kovinskih kompleksih soli, pri drugi metodi pa se za redukcijo uporablja heterogeno katalizirana hidrogenacija.


12

Vögtle je prvi redukcijo multiplega nitrila opravil z uporabo NaBH4/CoCl2, pri tem pa je dobil 24% donos. Kasneje je nadgradil metodo z uporabo diisobutilaluminijevega hidrida v mešanem topilnem sistemu THF/heksan in dobil 89% izkoristek. Najbolj znan heterogen katalizator za hidrogeniranje z vodikom je Raney nikljev reagent in v tem sistemu je bil izkoristek redukcije 70% ob dodatku NaOH kot ko-katalizatorja. Z uporabo specialnih tehnik pa so povečali izkoristek na >99%.[13]

2.4 Dendrimeri na polimernih nosilcih

Kot smo že zapisali na začetku je vezava katalizatorjev na polimerne nosilce pri sinteznih reakcijah, zaradi številnih pozitivnih lastnosti zelo koristna. Razvidno je, da vezava predhodno sintetiziranih ali komercialno dobavljivih dendrimernih katalizatorjev na površino netopnih polimernih nosilcev poteka preko tvorbe kovalentne vezi. Polimerno podprti amino dendrimeri imajo veliko primarnih in terciarnih amino skupin, ki so zaradi dendritske strukture tesno zapakirane. Že opisane lastnosti na primeru PAMAM dendrimerov lahko sedaj posplošimo na različne amino dendrimere, zato sledi, da tesno zapakirane amino skupine lahko delujejo kot efektivni organokatalizatorji zaradi kooperativnega efekta med njimi. To so pokazali s tem, da so podprte PPI (poli(propilen imin) dendrimere uporabili kot organokatalizatorje pri Knoevenagelovi kondenzaciji med karbonilnimi spojinami in aktivnimi vodikovimi spojinami. Knoevenagelova kondenzacija je sintetično zelo pomembna reakcija tako v kemiji in pri znanosti gradiv. Reakcija je široko uporabljena pri sintezi naravnih produktov, biološko pomembnih molekul in fotoničnih materialov. Pri tej reakciji so raziskovali veliko število različnih katalizatorjev, vključno z tistimi vezanimi na polimerne nosilce.[9] Uporabili so modelno reakcijo med benzaldehidom in malonitrilom za optimizacijo reakcijskih pogojev (topilo, koncentracija katalizatorja, reakcijski čas). Za uspešno reakcijo so potrebovali le 0,5 mol.% katalizatorja, reakcijski čas je bil 5 min, produkcijski donos pa je znašal okoli 100%. Katalizator so po reakciji enostavno ločili z preprosto filtracijo in spiranjem z etanolom. Na ta način so katalizator reciklirali in ga lahko ponovno uporabili v nadaljnjih reakcijah.[9]


13

3 Eksperimentalni del

3.1 Materiali

Uporabljeni komercialno dostopni reaktanti so bili: acetofenon (Fluka), akrilonitril (Aldrich), benzaldehid (Carlo Erba), benzil klorid (Sigma-Aldrich), dibenzoilmetan (Aldrich), dimedon (Fluka), tris-(2-aminoetil)-amin (Aldrich). Uporabljeni reagenti so bili: boran dimetil sulfid kompleks (Fluka AG), litijev aluminijev hidrid (Aldrich), tris-(2-aminoetil)-amin (Aldrich). Topila uporabljena pri izvedbi reakcij, izolaciji ter čiščenju produktov so bila: acetonitril (Sigma-Aldrich), tetrahidrofuran (Sigma-Aldrich), dietil eter (Sigma-Aldrich), diklorometan (Sigma-Aldrich), etanol (Carlo Erba), etil acetat (J.T. Baker), 37% vodna raztopina klorovodikove kisline (Carlo Erba), metanol (Fluka, Riedel-de-Haën), N,N-dimetilformamid (Carlo Erba). Pri izvedbi reakcij, izolaciji in čiščenju sem še uporabljal: brezvodni kalcijev diklorid (Sigma-Aldrich), brezvodni natrijev karbonat (Merck), natrijev hidroksid (Sigma-Aldrich).

3.2 Laboratorijski instrumenti

IR spektre produktov smo posneli na Fakulteti za kemijo in kemijsko tehnologijo UM na Shimadzu IRAffinity – 1 spektrofotometru. Enote pri posnetih spektrih so valovna števila (recipročne vrednosti valovne dolžine) podana v cm-1. 1H in 13C NMR spektre produktov smo posneli na Nacionalnem centru za NMR spektroskopijo visoke ločljivosti na Kemijskem institutu na Varian Inova 300 spektrometru (300 MHz). Kemijski premiki (δ) so podani v ppm glede na interni standard tetrametilsilan za 1H NMR in CDCl3 za 13C NMR. Masne meritve smo opravili v Masnospektrokemijskem centru Instituta »Jožef Stefan« na Autospec Q spektrometru z ESI ionizacijo (70eV).


14

3.3 Laboratorijske metode

3.3.1 Adicija amina 2 na akrilonitril 1

Shema 3-1

V 50 mililitrsko bučko smo zatehtali 318 mg (6,0 mmol) akrilonitrila 1, dodali 146 mg (1,0 mmol) tris-(2-aminoetil)-amina 2 in vanjo odpipetirali 2 ml H2O. Reakcijsko zmes smo mešali 24 ur pri temperaturi 80 °C. Po pretečenem času smo pustili reakcijsko mešanico, da se je ohladila na sobno temperaturo. Raztopini smo pod znižanim tlakom oddestilirali prebiten akrilonitril 1. Surovi reakcijski zmesi smo dodali 10 ml DKM in ga sprali dvakrat s po 20 ml H2O, organsko fazo posušili z brezvodnim CaCl2, nato pa oddestilirali topilo pod znižanim tlakom. Dobili smo 387 mg (83%) olja. Surov reakcijski produkt smo analizirali s pomočjo NMR in IR spektroskopije ter produkt identificirali na osnovi primerjave spektroskopskih podatkov z literaturnimi.


15

3.3.2 Sinteza adicijskega produkta 3 (10.0 mmol TREN)

Shema 3-2

V 100 mililitrsko bučko smo zatehtali 3,180 g (60,0 mmol) akrilonitrila 1, dodali 1,460 g (10,0 mmol) tris-(2-aminoetil)-amina 2 in vanjo odpipetirali 20 ml H2O. Reakcijsko zmes smo mešali 24 ur pri temperaturi 80 °C. Po pretečenem času smo pustili reakcijsko mešanico, da se je ohladila na sobno temperaturo. Raztopini smo pod znižanim tlakom oddestilirali prebiten akrilonitril 1. Surovi reakcijski zmesi smo dodali 30 ml DKM in ga sprali dvakrat s po 40 ml H2O, organsko fazo posušili z brezvodnim CaCl2, nato pa oddestilirali topilo pod znižanim tlakom. Dobili smo 3,926 g (85%) olja. Surov reakcijski produkt smo analizirali s pomočjo NMR, MS in IR spektroskopije ter produkt identificirali na osnovi primerjave spektroskopskih podatkov z literaturnimi. Nitril dendrimer 3 [14]: 3,926 g (85%), brezbarvno olje. 1H NMR (300MHz, CDCl3): δ 2,52 (m, 12H), 2,57-2,75 (m, 12H), 2,89 (m, 12H). 13C NMR (300 MHz, DMSO): δ 15,6, 48,9, 50,9, 52,8, 120,0. MS (ES+): m/z 465 (M+, 100%), 412 (M-53, 80%). HRMS (C24H30N10): izračunano (465,3203), izmerjeno (465,3204). IR: 2955, 2831, 2245, 1111, 1026.


16

3.3.3 Redukcija nitrila 3 z reagentom LiAlH4

NN

N

NCN

CN

NC

NC

CN

CN

6 LiAlH4N

N

N

N

NH2

NH2H2N

NH2

H2N

NH2

THF, N2 atm., 0°C 1h, r.t. 22h

3 4

Shema 3-3

V bučko smo zatehtali 65 mg (1,7 mmol) LiAlH4, nato smo bučko ohladili na ledeni kopeli in počasi kapljično dodali 2 ml brezvodnega THF-ja, ter pričeli z mešanjem na magnetnem mešalniku. Predhodno smo 116 mg (0,25 mmol) nitrila 3 raztopili v 5 ml brezvodnega THF-ja. Bučko smo prepihali z N2 (zagotovitev inertne atmosfere med reakcijo), nato pa vanjo počasi kapljično dodajali raztopino nitrila 3. Po 1 uri mešanja smo odstavili ledeno kopel, reakcijsko mešanico pa pustili na mešalniku še naslednjih 22 ur pri sobni temperaturi. Po končani reakciji smo bučko zopet ohladili na ledeni kopeli ter dodali nekaj kapljic EA-ja in nato 3 ml H2O. To raztopino smo 3-krat estrahirali z EA (3-krat 5 ml). Organske faze smo zbrali skupaj, jih posušili z brezvodnim CaCl2, nato pa oddestilirali topilo pod znižanim tlakom. Dobili smo 15 mg olja. Surov reakcijski produkt smo analizirali s pomočjo NMR in IR spektroskopije ter produkt identificirali na osnovi primerjave spektroskopskih podatkov z literaturnimi.


17

3.3.4 Redukcija nitrila 3 z reagentom LiAlH4 (Izolacija z MeOH)

NN

N

N

CN

CN

NC

NC

CN

CN

6 LiAlH4N

N

N

N

NH2

NH2H2N

NH2

H2N

NH2

THF, N2 atm., 0°C 15 min, 65°C 3h

3 4

Shema 3-4

V bučko smo zatehtali 125 mg (3,3 mmol) LiAlH4, nato smo bučko ohladili na ledeni kopeli in počasi kapljično dodali 10 ml brezvodnega THF-ja, ter pričel z mešanjem na magnetnem mešalniku. Predhodno smo 232 mg (0,5 mmol) nitrila 3 raztopili v 5 ml brezvodnega THF-ja. Bučko smo prepihali z N2 (zagotovitev inertne atmosfere med reakcijo), nato pa vanjo počasi kapljično dodajali raztopino nitrila 3. Po končanem dodajanju, smo temperaturo reakcijske mešanice počasi dvigovali na 65 °C, nato pa smo pri tej temperaturi mešanico mešali še nadaljnje 3 ure. Po končani reakciji smo bučko zopet ohladili na ledeni kopeli ter dodali 10 ml EA-ja. Raztopino smo posušili z brezvodnim CaCl2, nato pa oddestilirali topilo pod znižanim tlakom. Dobili smo 512 mg vmesnega produkta. Temu produktu smo odvzeli 400 mg snovi, ga raztopili v 5 ml brezvodnega THF-ja in dodali 10 ml metanola. Suspenzijo smo filtrirali, oborino zbrano na filtrirnem papirju pa večkrat sprali z metanolom. Skupnemu filtratu smo oddestilirali topilo pod znižanim tlakom. Dobili smo 184 mg (75%) olja. Surov reakcijski produkt smo analizirali s pomočjo NMR in IR spektroskopije ter produkt identificirali na osnovi primerjave spektroskopskih podatkov z literaturnimi. Aminski dendrimer 4 [14]: 184 mg (75%), rumeno olje. 1H NMR (300 MHz, DMSO/D2O) 1,44 (m, 12H), 2,15 (m, 12H), 2,44 (m, 12H) 4.27 (t, J= 7 Hz, 12H). IR: 3356, 2955, 2855, 1605, 1196, 1034.


18

3.3.5 Redukcija nitrila 3 s kompleksom borana

Shema 3-5

V bučko smo zatehtali 129 mg (1,7 mmol) (CH3)2S ⋅ BH3, nato smo bučko ohladili z ledeno kopeljo in počasi kapljično dodali 2 ml brezvodnega THF-ja, ter pričeli z mešanjem na magnetnem mešalniku. Predhodno smo 232 mg (0,25 mmol) vmesnega nitrila 3 raztopili v 5 ml brezvodnega THF-ja. Bučko smo prepihali z N2 (zagotovitev inertne atmosfere med reakcijo), nato pa vanjo počasi kapljično dodajali raztopino vmesnega nitrila. Po končanem dodajanju smo temperaturo reakcijske mešanice počasi dvigovali na 65 °C, nato pa smo pri tej temperaturi mešanico mešali še naslednje 3 ure. Po pretečenem času, smo mešanico ohladili z ledeno kopeljo, ter počasi dodali nekaj kapljic metanola, nato pa še 1,5 ml 1 M HCl. Mešanico smo zopet segreli na 65 °C in jo pri tej temperaturi mešali 30 min. Potem smo mešanico ohladili na sobno temperaturo in dodali toliko nasičene vodne raztopine Na2CO3, da je pH raztopine bil močno bazičen. Raztopino smo prelili v lij ločnik, kjer sta se oblikovali dve fazi. Vodno fazo smo ločili od preostanka, ter ji dodali za estrakcijo 5 ml Et2O. Tokrat smo odvzeli organsko fazo, jo posušili z brezvodnim CaCl2, nato pa oddestilirali topilo pod znižanim tlakom. Dobili smo 15 mg olja. Surov reakcijski produkt smo identificirali s pomočjo organskih analiznih metod (1H NMR, IR), podatke pridobljene s temi metodami, pa primerjali z literaturnimi.


19

3.3.6 Vezava amina 2 na benzil klorid 5

Shema 3-6

V bučko smo zatehtali 146 mg (1,0 mmol) TREN-a 2, ter 759.5 mg (6,0 mmol) benzil klorida 5, nato pa vanjo odpipetirali 3 ml acetonitrila (ali DMF). Reakcijsko mešanico smo na magnetnem mešalniku pri temperaturi 80 °C (ali 135 °C) mešali 24 ur. Po pretečenem času smo ohladili mešanico na sobno temperaturo, nato pa oddestilirali nezreagirane reagente pod znižanim tlakom. Ostanku v bučki smo dodali za estrakcijo 3 ml DKM, prelili raztopino v lij ločnik, ter dodali 3 ml H2O. Organsko fazo smo ločili, jo posušili z brezvodnim CaCl2, nato pa oddestilirali topilo pod znižanim tlakom. Surov reakcijski produkt smo identificirali s pomočjo organskih analiznih metod (1H NMR, IR), podatke pridobljene s temi metodami, pa primerjali z literaturnimi.


20

3.3.7 Reakcija aldolne kondenzacije benzaldehida 7 in acetofenona 8

Shema 3-7

V bučko smo zatehtali 120 mg (1,0 mmol) acetofenona 8, 44 mg (15 mol%) TREN-a 2, ter še 106 mg (1,0 mmol) benzaldehida 7, na koncu pa v bučko odpipetirali 2 ml topila (EtOH:H2O=9:1, EtOH ali H2O). Reakcijsko mešanico smo mešali pri sobnih pogojih 24 ur. Nato smo raztopino prelili v lij ločnik, dodali 5 ml DKM-a, ter 1 ml 1M HCl-a za nevtralizacijo prebitnega TREN-a. Organsko fazo smo ločili, jo sprali s 5 ml H2O, nato pa posušili z brezvodnim CaCl2. Na koncu smo oddestilirali topilo pod znižanim tlakom. Surov reakcijski produkt smo identificirali s pomočjo organskih analiznih metod (1H NMR, IR), podatke pridobljene s temi metodami, pa primerjali z literaturnimi.


21

3.3.8 Reakcija aldolne kondenzacije benzaldehida 7 in dibenzoilmetana 9

Shema 3-8

V bučko smo zatehtali 224 mg (1,0 mmol) dibenzoilmetana 9, 44 mg (15 mol.%) TREN-a 2, ter še 106 mg (1,0 mmol) benzaldehida 7, na koncu pa v bučko odpipetirali 2 ml topila (EtOH:H2O=9:1, EtOH ali H2O). Reakcijsko mešanico smo mešali pri sobnih pogojih 24 ur. Nato smo raztopino prelili v lij ločnik, dodali 5 ml DKM-a, ter 1 ml 1M HCl-a za nevtralizacijo prebitnega TREN-a. Organsko fazo smo ločili, jo sprali s 5 ml H2O, nato pa posušili z brezvodnim CaCl2. Na koncu smo oddestilirali topilo pod znižanim tlakom. Surov reakcijski produkt smo identificirali s pomočjo organskih analiznih metod (1H NMR, IR), podatke pridobljene s temi metodami, pa primerjali z literaturnimi.


22

3.3.9 Reakcija aldolne kondenzacije med benzaldehidom 7 in dimedonom 10

Shema 3-9

V bučko smo zatehtali 280 mg (2,0 mmol) dimedona 10, 44 mg (15 mol.%) TREN-a 2, ter še 106 mg (1,0 mmol) benzaldehida 7, na koncu pa v bučko odpipetirali 2 ml topila (EtOH:H2O=9:1). Reakcijsko mešanico smo mešali pri sobnih pogojih 24 ur. Nato smo raztopino prelili v lij ločnik, dodali 5 ml DKM-a, ter 1 ml 1M HCl-a za nevtralizacijo prebitnega TREN-a. Organsko fazo smo ločili, jo sprali s 5 ml H2O, nato pa posušili z brezvodnim CaCl2. Na koncu smo oddestilirali topilo pod znižanim tlakom. Izolirali smo 247 mg bledo rumenega trdnega produkta. Identificirali smo ga s pomočjo organskih analiznih metod (1H NMR, IR), podatke pridobljene s temi metodami, pa primerjali z literaturnimi. Dobili smo 247 mg (64%) bledo rumenega trdnega produkta. Surov reakcijski produkt smo analizirali s pomočjo NMR in IR spektroskopije ter produkt identificirali na osnovi primerjave spektroskopskih podatkov z literaturnimi. 2,2'-(fenilmetilen)bis(5,5-dimetilcikloheksan-1,3-dion) 11 [15]: 247 mg (64%), svetlo rumen trden produkt. 1H NMR (300MHz, CDCl3): δ 1,10 (s, 6H), 1,24 (s, 6H), 2,28-2,55 (m, 8H), 5,54 (s, 1H), 7,05-7,35 (m, 5H), 11,90 (brs). IR: 3063, 2950, 2870, 1697, 1574, 1366.


23

4 Rezultati in diskusija

V prvem delu diplomskega dela smo raziskali možnost vezave dendrimerov na polimerne nosilce tipa PoliHIPE. S tem bi združili najboljše lastnosti obeh materialov. Tako bi imeli poleg dobrih katalitičnih lastnosti dendrimerov, še možnost boljšega izolacijskega postopka produktov iz reakcij, možnost recikliranja takšnega katalizatorja, znižanje stroškov reakcij, povečanje hitrosti procesov… Poleg tega pa se s tem odpira možnost kontinuirnih reakcij v monolitnih kolonah, hkrati pa bi zmanjšali količino odpadne snovi pri reakcijah in veliko doprinesli k ohranitvi našega okolja, to pa seveda mora biti vodilo pri načrtovanju modernih sinteznih postopkov. Dendrimere smo sintetizirali na osnovi spojine tris-(2-aminoetil)amin 2 (Shema 4-1).

CN+N

H2N

H2N

NH2 N

N

N

CN

NC

CN

NC

N

CN

CN

N

N

N

NH2

NH2

NH2

NH2

N

NH2

NH2

LiAlH4

1)CN

2) LiAlH4

NH2 NH2H2N

NH2

NH2

H2N

H2N

H2N

NH2

NH2

H2N

H2N

12 3

4

Shema 4-1: Sinteza aminskih dendrimerov iz TREN-a 2

Sinteza poteka najprej z vezavo akrilonitrila (AN) 1 na tris-(2-aminoetil)amin (TREN) 2, nakar sledi redukcija vmesnega nitrilnega intermediata 3 in tako razvijemo prvo generacijo aminskih dendrimerov. Aminski dendrimeri kažejo lastnosti baznih katalizatorjev in tako


24

smo sposobnost bazne katalize sintetiziranih dendrimerov testirali na modelni reakciji aldolne kondenzacije (Knoevenagelova reakcija).

4.1 Reakcija konjugirane adicije TREN na akrilonitril

V podpoglavju o sintezi dendrimerov smo zapisali, da lahko te pripravimo po dveh sinteznih metodah. Pri našem delu smo se odločili za divergentno sintezno metodo aminskih dendrimerov. Odločili smo se, da pripravimo dendrimer aminskega tipa, ki ima jedrno molekulo TREN 2. Eno dendrimerno stopnjo naredimo z adicijo TREN-a 2 na akrilonitril (AN) 1. Spojina TREN 2 ima tri reaktivne NH2 skupine in vsaka se lahko dvakrat veže na AN 1, zato bi teoretično potrebovali za kvantitativni nastanek vmesnega produkta šestkratni prebitek AN-a glede na TREN. Michaelov tip adicije (1,4 - nukleofilna adicija) imenujejo formalno tudi konjugirana adicija nukleofila na elektronsko deficitarne alkene, ima pa zelo široko uporabo v organski sintezi. Posebno adicija aminov na α,β-nenasičene karbonilne spojine in nitrile ustvari β amino ketone oz. nitrile, ki so zelo uporabni intermediati pri sintezi velikega števila produktov z zelo širokim spektrom biološke aktivnosti.[16] V literaturi smo zasledili, da so reakcije konjugirane adicije na analognem sistemu potekale v dveh različnih topilih, ocetna kislina in acetonitril.[12], [13] Odločili smo se, da bomo najprej uporabili že znano metodo za to reakcijo. Tako smo najprej zmes AN 1 in TREN 2 v razmerju 6:1 raztopili v ocetni kislini in mešali 48 ur pri temperaturi 80 °C. Nato smo presežek AN-a odparili pod znižanim tlakom. Sledila je ekstrakcija z DKM in vodno raztopino amoniaka, nakar smo raztopino sprali, posušili in odstranili topilo pod znižanim tlakom. Ugotovili smo, da v 100% ocetni kislini reakcija ni potekala po pričakovanjih, saj v bučki po odparevanju ni bilo produkta, izhodni AN pa se zaradi nizkega vrelišča odpari. Zaradi neuspešne reakcije smo se odločili, da bomo reakcijo izvedli v vodi, saj prisotnost vode v reakcijski zmesi zaradi hidrofobnega efekta pripomore k posebnim reakcijskim pogojem, ki pripomorejo k večji sintezni uspešnosti.[17] Analogna reakcija v vodi kot topilu se je izkazala za zelo uspešno, saj je bila reakcija končana dva-krat hitreje kot v ocetni kislini, čeprav reaktanti niso bili topni v vodi. Poleg tega ne potrebujemo organskih topil. Pri vsaki kemijski reakciji pa je cilj doseči dober izkoristek in čistost produkta. Po izolaciji pa smo s spektroskopskimi metodami ugotovili, da je nastal nitril 3 z zelo dobrim izkoristkom 85% in čistostjo več kot 99%. Shema 4-2 prikazuje shemo reakcije konjugirane adicije in primerjavo reakcij v AcOH in H2O.


25

Shema 4-2: Primerjava reakcij v AcOH in H2O

Testne eksperimente smo najprej izvajali na reakcijah z manjšimi količinami reaktantov. Zaradi nadaljnje študije dendrimerov kot katalizatorjev pa potrebujemo večjo količino produkta. Pri prenosu reakcij iz manjših na večje količine lahko pride do zapletov, saj imamo tedaj namesto reakcijskega mikro okolja, mezo ali celo makro reakcijsko okolje, pri katerih pa so mogoče drugačne fizikalne in/ali kemijske lastnosti. Zato smo sintezno metodo preverili na večjem merilu in smo naredili 10-milimolski eksperiment. Reakcija je potekala podobno kot pri minimolski količini, le pri destilaciji prebitnega AN-a pod znižanim tlakom je zaradi večje količine postopek potekal dalj časa. Opravljene analize so naša dognanja o uspešnosti reakcije tako z manjšimi kot tudi z večjimi količinami potrdile.

4.2 Reakcije redukcije vmesnega nitrila

Za redukcijo nitrilov v amine obstaja kar nekaj metod in reducentov. Mi smo se odločili za metodo, pri kateri se uporabljajo za redukcijo hidridi ali kompleksi hidridov. Pri naših reakcijah smo tako uporabljali dva reducenta LiAlH4 in (CH3)2S ⋅ BH3, ki sta ena izmed najbolj klasičnih reducentov poleg vodika. V literaturi smo poiskali podobne reakcije redukcije nitrilov v aminske derivate.[18], [19] Omeniti je potrebno, da so te reakcije redukcije precej zahtevne, saj pri njih rokujemo z reagenti, ki so lahko potencialno eksplozivni pri stiku z H2O, zato je z njimi potrebno upravljati v inertni atmosferi, uporabljati pa je potrebno brezvodna topila. So temperaturno občutljivi, zato jih ne smemo uporabljati pri zelo visokih reakcijskih temperaturah. Ti reducenti so tudi škodljivi za zdravje in okolje. Za reducent LiAlH4 pa sem še v različni literaturi zasledil, da je odličen reducent, vendar pa je izolacija njegovih anorganskih soli iz reakcijske mešanice večkrat zahtevna, kar se je izkazalo tudi pri naših eksperimentih. Najprej smo izvedli redukcijo nitrila 3 s šest-kratnim prebitkom LiAlH4 v brezvodnem THF v inertni atmosferi, da preprečimo hidrolizo reducirnega reagenta. Reakcija je potekala 1 uro pri 0°C, nato pa smo pustili mešati še 22 ur pri sobnih pogojih (Shema 4-3). Reakcijski


26

produkt smo izolirali z ekstrakcijo EA/voda. Fazna separacija je bila zelo počasna, poleg tega smo v testni reakciji uporabljali 0,25 mmol nitrila 3 in smo nizke izkoristke produkta po izolacijskem postopku pripisovali posledici majhne količine reaktanta. Pri naslednjih eksperimentih smo tako uporabili večje količine reaktantov, vendar smo tudi pri 1,0 mmol skali izolirali le malo produkta. Zato smo sklepali, da majhna količina reaktantov ni bila vzrok nizkih reakcijskih donosov. V surovem reakcijskem produktu tudi ni bilo prisotnih nobenih izhodnih spojin, zato sklepamo, da je redukcija potekla uspešno, saj bi v nasprotnem primeru imeli v končnem produktu tudi izhodno spojino 3. Vsa ta dognanja so nas privedla do predvidevanja, da je glavna težava ekstrakcija produkta v organsko fazo, zato ga večina še ostane v vodni fazi.

NN

N

NCN

CN

NC

NC

CN

CN

6 LiAlH4N

N

N

N

NH2

NH2H2N

NH2

H2N

NH2

THF, N2 atm.

3 4

Reakcijski pogoji:- 0°C 1h, r.t. 22h

- 0°C 75min

- 0°C 15min, 65°C 3h

Produkt:- analiza produkta ni pokazalaprisotnosti izhodnega nitrila 3

- analiza produkta ni pokazalaprisotnosti izhodnega nitrila 3- analiza produkta ni pokazalaprisotnosti izhodnega nitrila 3

Shema 4-3: Redukcijski postopek 1, 2 in 3

Zaradi težav med izolacijo, smo se odločili poiskati alternativno metodo izolacije aminskega produkta 4. Reakcijski čas smo zmanjšali in reakcijo izvajali le 75 min pri 0 °C (Shema 4-3). Po koncu reakcije smo dodali vodo in 20% vodno raztopino NaOH, da smo se prepričali, da produkt ni v obliki amonijeve soli, ki je bolj topna v vodi. Nastala je oborina, ki smo jo previdno ločili od preostale raztopine. Reakcijski produkt smo iz raztopine izolirali z ekstrakcijo DKM/EtOH, prav tako smo tudi sprali oborino z mešanico DKM/EtOH. Organske faze ekstrakcije in spiranja smo zbrali skupaj, jih posušili z brezvodnim CaCl2, nato pa odparili topilo pod znižanim tlakom. Reakcijski donos je bil tudi v tem primeru nizek, po analizi produktov smo pa sprejeli sklep identičen prejšnjemu, v katerem menimo, da so težave v izolaciji produkta. Produkta predhodnih reakcij smo analizirali z MS in ugotovili, da je prisotnih več produktov in da redukcija verjetno ni potekla na vseh nitrilnih skupinah. Zato smo naslednjo reakcijo redukcije izvedli tako, da smo začeli reakcijo pri 0°C nato pa reakcijsko


27

zmes segrevali 3 ure pri 65 °C (Shema 4-3). Izolacijo smo naredili z ekstrakcijo z EA in tudi tokrat smo izolirali produkt z majhnim masnim deležem. LiAlH4 se je izkazal pri različnih eksperimentih kot zelo zahteven reducent, zato smo poizkusili redukcijo še z (CH3)2S ⋅ BH3 (Shema 4-4). Redukcija je potekala pod inertno atmosfero pod enakimi reakcijskimi pogoji kot z LiAlH4 v postopku 3. Pri izolaciji smo uporabili nasičeno vodno raztopino Na2CO3 in tako močno zvišali pH raztopine in produkt ekstrahirali v EA. Zopet smo se po končanem izolacijskem postopku srečali z že znanimi težavami, ki so se pojavljale pri eksperimentih z LiAlH4 (majhen masni izkoristek). Lahko pa sklepamo, da je tudi v tem primeru potekla redukcija, saj po izolaciji nismo dobili izhodne spojine 3.

Shema 4-4: Redukcijski postopek 4

Težave, katere so se pojavljale pri izolacijah posameznih reakcij in naši predhodni sklepi o uspešnosti poteka reakcije, so nas privedle do sprememb pri izolacijskem postopku. Opravili smo eksperimente postopka 4, 5, 6 in izolacijski postopek z MeOH v katerih smo preverili alternativne izolacijske postopke. Potek reakcije postopka 4 in 6 sta zelo podobna postopku 1. Razlikujejo se le po načinu izolacije. Pri postopku 4 smo dodali po končani reakciji EA, nastalo zmes posušili z CaCl2, nato pa oddestilirali topilo pod znižanim tlakom. Pri postopku 6 smo po reakciji dodali DKM/EtOH, nastalo zmes posušili in zopet oddestilirali topilo pod znižanim tlakom. Reakcijski potek postopka 5 je podoben postopku 3. Pri izolaciji produkta, pa smo dodali EA, nastalo zmes posušili, nato pa oddestilirali topilo pod znižanim tlakom. Iz surovega reakcijskega produkta postopka 5 smo želeli izolirati aminski produkt 4, zato smo surovi produkt raztopili v brezvodnem THF-ju in dodali metanol. Suspenzijo smo filtrirali, oborino zbrano na filtrirnem papirju večkrat sprali z metanolom, nato pa skupnemu filtratu oddestilirali topilo pod znižanim tlakom. Večini alternativnih postopkom je skupna prevelika masa izoliranega surovega reakcijskega produkta glede na maso izhodnih spojin, izjema je le izolacijski postopek z MeOH (Tabela 4-1). Po tehtnem razmisleku smo dognali, da je presežek dosežen, saj končni produkti vsebujejo glavni produkt, stranske produkte anorganske litijeve soli, poleg tega pa so najverjetneje prisotni še ostanki topil (brezvodni THF, EA). V zaključku reakcij teh postopkov nismo nevtralizirali presežnega hidrida, niti nismo zvišali pH-ja raztopine, zato predvidevamo, da glavni produkt teh postopkov obstaja v obliki iona, na katerega so vezane druge ionske snovi iz reakcijske mešanice. Zaradi vseh opisanih težav smo se odločili preizkusiti izolacijsko metodo z MeOH na surovem reakcijskem produktu postopka 5. Po


28

izolaciji smo s spektroskopskimi metodami ugotovili, da je nastal dendrimer 4 z izkoristkom 75%.

Tabela 4-1: Spremenjeni izolacijski postopki redukcije nitrila 3

mizh. sp. mred. mp η Dodatek EA, odparevanje

464 mg 247 mg 1036 mg 212%

Ekstrakcija DKM/H2O

232 mg 125,4 mg 512 mg 210%

Dodatek EA, odparevanje

232 mg 125,4 mg 589 mg 241%

Izolacija MeOH 232 mg 125,4 mg 184 mg 75%

4.3 Modelna reakcija vezave amina na polimerni nosilec

Reaktivno mesto VBC/DVB PoliHIPE materialov primerno za funkcionalizacijo in modifikacijo je benzilno mesto, na katerem je vezan atom klora. Na teh mestih lahko pride do reakcij nukleofilnih substitucij in na polimere se vežejo namesto klorida molekule TREN-a ali pa tudi amino dendrimeri, ki so dobri nukleofili. Pri delu smo imeli omejene količine VBC/DVB PoliHIPE materiala, zato smo testne reakcije nukleofilne substitucije opravljali med benzilkloridom in TREN-om. Benzil klorid ima isto reaktivno mesto kot omenjeni polimer, saj ima na benzilni ogljikov atom vezan atom klora in tako lahko pride do reakcij nukleofilne substitucije. Poleg tega lahko s klasičnimi metodami organske analize raziščemo reaktivnost sistema, kar je v primeru polimerov težko izvedljivo. Predvidevali smo, da zaradi podobnega reaktivnega mesta ne bo težav pri prenosu metode iz benzilklorida na polimerni material. V začetni stopnji smo se odločili, da bomo izvedli eksperimente v topilih acetonitril in DMF, reakcije smo izvajali pod refluksom 24 ur. Pri reakciji v acetonitrilu, je reakcija potekala pri 80 °C, pri reakciji v DMF pa je reakcija potekala pri 135 °C. Po izolaciji ter identifikaciji izoliranega produkta smo ugotovili, da potek reakcije ni bil uspešen v nobenem primeru. Pri reakciji v acetonitrilu so bile v reakcijski zmesi prisotne le izhodne spojine, pri reakciji v DMF-u pa je bilo poleg benzilklorida prisotno še topilo. DMF je mešljiv tako z DKM kot tudi z vodo, tako je ekstrakcija manj učinkovita, poleg tega pa ima visoko temperaturo vrelišča, zato ga je težavno oddestilirati. V literaturi [6] smo zasledili, da je funkcionalizacija VBC/DVB PoliHIPE materialov z TREN spojino potekala pri reakcijski temperaturi 45 °C, zaradi pojava zamreževanja pri višji temperaturi. Reakcijo smo tako izvedli pri temperaturi 45 °C, v izolacijskem postopku pa uporabili EA, ki ni tako mešljiv z DMF. Po večkratnem spiranju organske faze z vodo smo dobili surov reakcijski produkt, v katerem ni bilo DMF, ugotovili pa smo, da je prisotna večinoma izhodna spojina 5. V Shemi 4-5 so prikazane te reakcije substitucije na benzilnem mestu.

Neuspeli poizreaktivnosti TRENpotečpovespregledati tudi dejstva, da so do sedaj opravljali te reakcije nukleofilne substitucije na VBC/DVB PoliHIPE materialih, altern

4.4

Pri kondenzacijskih reakcijah se dve (vkondenzirata in pri tem kondenzacijo karbonilnih spojin. So pa izredno pomembne v sintezni kemiji, ker se z njihovo pomostrukturni elementi. Vereakcij je bazno kataliziranih.ravnotežju, aldolni produkali keton

Knoevenagorganski kemiji. topilih. Glavna razlika med tema dvema pristopoma je višja kislost aktivnega metilenskega vodika v primerjavi z

Cl

+

5

Neuspeli poizreaktivnosti TRENpoteči njihova povečali s spremembo spregledati tudi dejstva, da so do sedaj opravljali te reakcije nukleofilne substitucije na VBC/DVB PoliHIPE materialih, alternativni poti z reduktivnim aminiranjem benzaldehida.

4.4 Testne katalize na modelni reakciji kondenzacije karbonilnih spojin

Pri kondenzacijskih reakcijah se dve (vkondenzirata in pri tem kondenzacijo karbonilnih spojin. So pa izredno pomembne v sintezni kemiji, ker se z njihovo pomočstrukturni elementi. Vereakcij je bazno kataliziranih.ravnotežju, aldolni produkali keton (Shema 4

Knoevenagelova kondenzacija je organski kemiji. topilih. Glavna razlika med tema dvema pristopoma je višja kislost aktivnega metilenskega vodika v primerjavi z

H2N

H2N

+

Shema

Neuspeli poizkusi nukleofilne substitucije najverjetneje reaktivnosti TREN-a. Aminske

i njihova nukleofilna substitucija klorida na benzilnem mestupremembo funkcionalne aminske

spregledati tudi dejstva, da so do sedaj opravljali te reakcije nukleofilne substitucije na VBC/DVB PoliHIPE materialih,

ativni poti z reduktivnim aminiranjem benzaldehida.

Testne katalize na modelni reakciji kondenzacije karbonilnih spojin

Pri kondenzacijskih reakcijah se dve (vkondenzirata in pri tem kondenzacijo karbonilnih spojin. So pa izredno pomembne v sintezni kemiji, ker se z njihovo pomočjo na enostaven nastrukturni elementi. Večina sintetireakcij je bazno kataliziranih.ravnotežju, aldolni produk

(Shema 4-6).[21]

lova kondenzacija je organski kemiji. V tej kondenzacijitopilih. Glavna razlika med tema dvema pristopoma je višja kislost aktivnega metilenskega vodika v primerjavi z α-karbonilnim vodikom


NN

2

Shema 4-5: Vezava TREN

kusi nukleofilne substitucije najverjetneje a. Aminske skupine imajo nukleofilen zna

nukleofilna substitucija klorida na benzilnem mestufunkcionalne aminske

spregledati tudi dejstva, da so do sedaj opravljali te reakcije nukleofilne substitucije na VBC/DVB PoliHIPE materialih, pri uporabi benzilklorida pa so produkt sintetizirali po



Pri kondenzacijskih reakcijah se dve (vkondenzirata in pri tem tvorita novo spojino. Aldolna reakcija je splošen izraz za kondenzacijo karbonilnih spojin. So pa izredno pomembne v sintezni kemiji, ker se z

jo na enostaven način tvori včina sintetično uporabnih karbonilnih ali aldolnih kondenzacijskih

reakcij je bazno kataliziranih. Ker sta karbonilni spojinski substrat in aldolni produkt v ravnotežju, aldolni produkt ponavadi reagira dalje in pri tem se tvori

[21]

Shema 4-

lova kondenzacija je vrsta aldolne reakcije in spada med klasiV tej kondenzaciji

topilih. Glavna razlika med tema dvema pristopoma je višja kislost aktivnega metilenskega karbonilnim vodikom


29

NH2

Reakcijs-Aceton-DMF, 1-DMF, 4

Vezava TREN

kusi nukleofilne substitucije najverjetneje skupine imajo nukleofilen zna

nukleofilna substitucija klorida na benzilnem mestufunkcionalne aminske skupine v amidno

spregledati tudi dejstva, da so do sedaj opravljali te reakcije nukleofilne substitucije na pri uporabi benzilklorida pa so produkt sintetizirali po



Pri kondenzacijskih reakcijah se dve (včasih tudi vetvorita novo spojino. Aldolna reakcija je splošen izraz za

kondenzacijo karbonilnih spojin. So pa izredno pomembne v sintezni kemiji, ker se z čin tvori vez ogljik

ina sintetično uporabnih karbonilnih ali aldolnih kondenzacijskih Ker sta karbonilni spojinski substrat in aldolni produkt v

t ponavadi reagira dalje in pri tem se tvori

-6: Potek aldolne kondenzacije

vrsta aldolne reakcije in spada med klasi reagirata aldehid in keton ter katalizatorji

topilih. Glavna razlika med tema dvema pristopoma je višja kislost aktivnega metilenskega karbonilnim vodikom.[22]


Ph

Ph

ski pogoji:nitril, 80°C, 24135°C, 24h45°C, 24h

Vezava TREN 2 na benzilno mesto

kusi nukleofilne substitucije najverjetneje skupine imajo nukleofilen zna

nukleofilna substitucija klorida na benzilnem mestuskupine v amidno


ativni poti z reduktivnim aminiranjem benzaldehida.[20]


časih tudi več spojin) spojini kombinirata ali tvorita novo spojino. Aldolna reakcija je splošen izraz za

kondenzacijo karbonilnih spojin. So pa izredno pomembne v sintezni kemiji, ker se z ez ogljik-ogljik

no uporabnih karbonilnih ali aldolnih kondenzacijskih Ker sta karbonilni spojinski substrat in aldolni produkt v

t ponavadi reagira dalje in pri tem se tvori

dolne kondenzacije

vrsta aldolne reakcije in spada med klasireagirata aldehid in keton ter katalizatorji

topilih. Glavna razlika med tema dvema pristopoma je višja kislost aktivnega metilenskega [22]


N

N

N

Ph

h

h

Ph

4hProduk-prisotn-prisote-prisote

6

na benzilno mesto

kusi nukleofilne substitucije najverjetneje nakazujejo skupine imajo nukleofilen značaj in teoreti

nukleofilna substitucija klorida na benzilnem mestu. skupine v amidno. Nenazadnje pa ne moremo


[20]


č spojin) spojini kombinirata ali tvorita novo spojino. Aldolna reakcija je splošen izraz za

kondenzacijo karbonilnih spojin. So pa izredno pomembne v sintezni kemiji, ker se z ogljik in na ta na


t ponavadi reagira dalje in pri tem se tvori α β

dolne kondenzacije

vrsta aldolne reakcije in spada med klasireagirata aldehid in keton ter katalizatorji

topilih. Glavna razlika med tema dvema pristopoma je višja kislost aktivnega metilenskega


N

Ph

Ph

kt:ne izhodne sen DMF in Ben DMF in B

6

nakazujejo na problaj in teoretično bi morala

Reaktivnost bi lahko . Nenazadnje pa ne moremo



spojin) spojini kombinirata ali tvorita novo spojino. Aldolna reakcija je splošen izraz za

kondenzacijo karbonilnih spojin. So pa izredno pomembne v sintezni kemiji, ker se z in na ta način se lahko gradijo


α,β-nenasičeni aldehid

vrsta aldolne reakcije in spada med klasične reakcijereagirata aldehid in keton ter katalizatorji v organskih


nih katalizatorjev

spojineBKBK

na probleme v čno bi morala





kondenzacijo karbonilnih spojin. So pa izredno pomembne v sintezni kemiji, ker se z in se lahko gradijo


nenasičeni aldehid

čne reakcije v v organskih


eme v no bi morala




kondenzacijo karbonilnih spojin. So pa izredno pomembne v sintezni kemiji, ker se z in se lahko gradijo


eni aldehid

v v organskih



30

Zapisali smo že, da so reakcije karbonilnih ali aldolnih kondenzacij večinoma bazno katalizirane. Med bazne katalizatorje se šteje tako spojina TREN, kot tudi aminski dendrimeri, ki izhajajo iz te spojine. Z eksperimenti smo ugotavljali bazične sposobnosti omenjenih spojin, katere bi lahko v nadaljnjih študijah uporabili tudi na polimernih dendrimerih. Kot modelni substrat smo izbrali benzaldehid, ki ne more tvoriti enolne oblike in tako ne poteče klasična aldolna kondenzacija. Izmed ketonov pa smo izbrali (dimedon, dibenzoilmetan in acetofenon). Ti ketoni so bili izbrani na podlagi njihove reaktivnosti v aldolnih kondenzacijah, tako je bil dimedon predstavnik zelo reaktivnih 1,3-dikarbonilnih ketonov, dibenzoilmetan je bil predstavnik malo manj reaktivnih 1,3-dikarbonilnih ketonov, acetofenon pa je bil predstavnik slabo reaktivnih ketonov. Shema 4-7 tudi prikazuje shemo aldolne kondenzacije, kjer so prikazani različni ketonski predstavniki.

Shema 4-7: Modelne reakcije za testiranje jakosti baznih katalizatorjev

Pri eksperimentih smo se najprej osredotočili na uporabo različnih topil, v katerih so potekale reakcije, iz teh poskusov pa smo kasneje izbrali najprimernejše topilo. Imeli smo EtOH, zmes EtOH in H2O (v razmerju EtOH:H2O=9:1), ter H2O. V literaturi so podobne reakcije v katalitskih pogojih končane v 5 minutah.[9] Zato smo tudi mi uporabili pri začetnih eksperimentih enak reakcijski čas. V čašo smo zatehtali po 1 mmol vsakega substrata, ter 15 mol% TREN-a (bazni katalizator), na koncu pa vanjo odpipetirali topilo. Po koncu reakcije je sledila izolacija, ter identifikacija produktov. Izkazalo se je, da so v izoliranem surovem produktu v veliki večini prisotne izhodne spojine (Shema 4-8). Zato smo na primeru reakcije acetofenona z benzaldehidom ponovili reakcije, le da smo reakcijski čas povečali na 24 ur. Ugotovili smo, da v vseh treh uporabljenih topilih reakcija ni potekala in smo izolirali večinoma le izhodne spojine.


31

Shema 4-8: Modelna reakcija acetofenona in benzaldehida

Analogno študijo smo naredili tudi na dibenzoilmetanu (Shema 4-9), kot topilo pa uporabili zmes EtOH in H2O (9:1). Reakcije so potekale prav tako 24 ur. Pri analizi produktov smo ugotovili, da je pri reakciji dibenzoilmetana na benzaldehid v produktu prisotnih še večinoma izhodna spojina.

15 mol.% TREN

OO O

7 9

EtOH/H2O, r.t. 24h

Shema 4-9: Modelna reakcija dibenzoilmetana in benzaldehida

Reakcijo med dimedonom in benzaldehidom smo izvedli v zmesi EtOH/H2O (9:1) in pustili mešati 24 ur. Po izolacijskem postopku smo izolirali 247 mg produkta in z analizo spektroskopskih podatkov ugotovili, da je potekla reakcija kondenzacije, vendar v tem primeru je reakcija šla naprej in je nastal produkt 11 kot edini produkt reakcije. Analogna reakcija brez katalizatorja je bila počasnejša, saj se je pri njej pretvorilo le 50% benzaldehida.


32

Shema 4-10: Modelna reakcija dimedona in benzaldehida

Izkazalo se je, da TREN katalizira le reakcijo dimedona, medtem ko je za pretvorbo acetofenona in dibenzoilmetana premalo aktiven. Tako je odprta pot za nadaljnje študije o vplivu dendrimerov in polimernega nosilca na aktivnost katalize na teh substratih.


33

5 Zaključki

V diplomski nalogi smo raziskovali možnost sinteze aminskih dendrimerov in njihove aktivnosti kot baznih katalizatorjev. Dendrimerom je mogoče preko funkcionalizacije PoliHIPE polimerov dodati še njihove posebne značilnosti, dendrimere pa tako obogatiti in jim zagotoviti širšo in boljšo uporabno vrednost. Vodilo raziskave je bil poudarek na »zeleni organski sintezni kemiji«. Najprej smo sintetizirali aminske dendrimere, ki so bistvenega pomena za to diplomsko nalogo. V prvi stopnji reakcije smo z reakcijo konjugirane adicije AN-a na TREN sintetizirali vmesni nitrilni produkt. Reakcije adicije smo preverili z manjšimi količinami substratov, kot tudi pri večji količini reaktantov. Ugotovili smo, da adicija poteče v vseh primerih z dobrim izkoristkom. V naslednjem koraku smo reducirali vmesne nitrilne produkte za pripravo aminskega dendrimera prve generacije. Pri redukciji smo uporabljali dva močna in učinkovita reagenta LiAlH4 in (CH3)2S ⋅ BH3. Izkazalo se je, da sta oba reagenta dovolj reaktivna za pretvorbo nitrilne skupine v vmesnem produktu v aminske skupine. Raziskali smo kar nekaj različnih reakcijskih postopkov, vendar smo se vsakokrat soočili z nizkimi masami izoliranega produkta. Ugotovili smo, da je ključna točka sinteze izolacija aminskega dendrimera, ki je topen v vodi in ga je težko izolirati. Poizkusili smo alternativne izolacijske postopke, kjer smo se izognili uporabi vode in v tem primeru lahko izoliramo aminski dendrimer z dobrim izkoristkom. V drugem delu diplomske naloge smo raziskali, kako se aminski dendrimer lahko veže na benzil klorid kot model polimernega nosilca VBC/DVB PoliHIPE z istim reaktivnim mestom. Raziskali smo vezavo TREN-a na benzil klorid v topilih DMF in MeCN. V zadnjem delu diplomske naloge smo se usmerili v študij bazno katalizirane aldolne reakcije, kjer smo želeli ugotoviti, katera modelna reakcija je najbolj primerna za študij bazno katalizirane aldolne reakcije z aminskimi dendrimeri. Za primerjavo smo uporabili modelni katalizator TREN, s katerim bi lahko v nadaljnjih študijah primerjali reaktivnost aminskih dendrimerov. Ugotavljali smo razlike med reakcijami benzaldehida in tremi različno reaktivnimi ketoni – acetofenon, dibenzoilmetan in dimedon. Študirali smo bazno katalizirane reakcije v treh topilih in sicer v etanolu, vodi in v zmesi etanol/voda (9:1). Ugotovili smo, da je TREN premalo reaktiven za katalizo reakcij acetofenona in dibenzoilmetana, medtem ko reakcija z dimedonom poteče kvantitativno, v 24 urah pa produkt aldolne reakcije že reagira naprej in izolirali smo produkt, v katerem se kondenzirata dve molekuli dimedona in ena molekula benzaldehida. Cilj diplomske naloge je bil razviti sintezno pot do polimerno vezanih aminskih dendrimerov, ter raziskati metodo, s katero bi lahko določili njihove bazno katalizne sposobnosti. V diplomskem delu smo tako postavili temelje, ki omogočajo nadaljnji razvoj aminskih dendrimerov na polimernih nosilcih tipa PoliHIPE. Razvili smo metodo, ki omogoča sintezo aminskega dendrimera in raziskali kritične točke sinteze. S tem je postavljen temelj za sintezo dendrimerov poljubne generacije in njihovo vezavo v polimerno matrico. Poleg tega pa smo raziskali osnovne modelne aldolne reakcije, ki bi lahko služile za oceno reaktivnosti različnih dendrimernih baznih katalizatorjev.


34

6 Literatura

[1] Hodge P. Synthesis of Organic Compounds Using Polymer-Supported Reagents, Catalysts, and/or Scavengers in Benchtop Flow Systems. Ind. Eng. Chem. Res., 44 (23), 8542-8553, 2005.

[2] McNamara A. C., Dixon J. M., Bradley M. Recoverable Catalysts and Reagents Using Recyclable Polystyrene-Based Supports. Chem. Rev., 102 (10), 3275-3300, 2002.

[3] Solinas A., Taddei M. Solid-Supported Reagents and Catch-and-Release Techniques in Organic Synthesis. Synthesis, (16), 2409-2453, 2007.

[4] Clapham B., Reger S. T., Janda D. K. Polymer-supported catalysis in synthetic organic chemistry. Tetrahedron, 57 (22), 4637-4662, 2001.

[5] Feuerabendt F. Nithitanakul M., Pakeyangkoon P. Poly(HIPEs), Applications and Modifications. Int. J. Eng. Res. Rev., 2 (1), 23-31, 2014.

[6] Pulko I., Krajnc P. High Internal Phase Emulsion Templating – A Path To Hierarchically Porous Functional Polymers. Macromol. Rapid Commun., 33 (20), 1731-1746, 2012.

[7] Krajnc P., Brown F. J., Cameron R. N. Monolithic Scavenger Resins by Amine Functionalizations of Poly(4-vinylbenzyl chloride-co-divinylbenzene) PolyHIPE Materials. Org. Lett., 4 (15), 2497-2500, 2002.

[8] Jansen J. F., de Brabander-van den Berg E. M., Meijer E. W. Encapsulation of Guest Molecules into a Dendritic Box. Science, 266 (5188), 1226-1229, 1994.

[9] Panicker G. K. R., Krishnapillai S. Synthesis of on resin poly(propylene imine) dendrimer and its use as organocatalyst. Tetrahedron Lett., 55 (15), 2352-2354, 2014.

[10] Klajnert B., Bryszewska M. Dendrimers: properties and aplications. Acta Biochim.

Pol., 48 (1), 199-208, 2001. [11] Shao N., Su Y., Hu J., Zhang J., Zhang H., Cheng Y. Comparison of generation 3

polyamidoamine dendrimer and generation 4 polypropylenimine dendrimer on drug loading, complex structure, release behavior, and cytotoxicity. Int. J. Nanomedicine, 6, 3361-3372, 2011.

[12] Rajesh G. K., Jinimol T., Krishnapillai S. Organocatalysis by poly(amidoamine) dendrimers; Knoevenagel and Mannich reactions catalyzed in water. Arkivoc, (10), 106-120, 2009.

[13] Katritzky R. A., Yang B., Tack D. R. Synthesis of Dendraamines, Dendramides and Their New Application in the Oil Industry. J. Chin. Chem. Soc., 44 (6), 575-580, 1997.

[14] Moors R., Vögtle F. Dendrimer Polyamine. Chem. Ber., 126, 2133-2135, 1993. [15] Yu J.-J., Wang L.-M., Liu J.-Q., Guo F.-L., Liu Y., Jiao N. A Green Approach for

Synthesis of Tetraketones in Water and under Catalyst free Conditions. Green Chem., 12 (2), 216-219, 2010.

[16] Ranu C. B., Dey S. S., Hajra A. Solvent-free, catalyst-free Michael-type addition of amines to electron-deficient alkenes. Arkivoc, (7), 76-81, 2002.

[17] Narayan S., Muldoon J., Finn G. M., Fokin V. V., Kolb C. H., Barry K. »On Water«: Unique Reactivity of Organic Compounds in Aqueous Suspension. Angew. Chem.

Int. Ed., 44 (21), 3275-3279, 2005.


35

[18] Siddqui S. Bina, Gulzar T., Begum S. Rasheed M., Sattar A. F., Afshan F. Two New Insecticidal Amides and a New Alcoholic Amide from Piper nigrum. Helv. Chim.

Acta, 86, 2760-2767, 2003. [19] Di Antonio M., Doria F., Richter N. S., Bertipaglia C., Mella M., Sissi C., Palumbo

M., Freccero M. Quinone Methides Tethered to Naphthalene Diimides as Selective G-Quadruplex Alkylating Agents. J. Am. Chem.. Soc., 131 (36), 13132-13141, 2009.

[20] Thomas W. E., Cudahy M. M., Spilman H. C., Dinh M. D., Watkins L. T., Vidmar J. T. Cholesterol Lowering Bile Acid Binding Agents: Novel Lipophilic Polyamines. J.

Med. Chem., 35 (7), 1233-1245, 1991. [21] Smith B. M., March J. March's Advanced Organic Chemistry: Reactions,

Mechanisms, and Structure, sixth Edition. Hoboken: John Wiley &Sons, Inc., 1339, 2007.

[22] Menegatti R. Green Chemistry – Aspects for the Knoevenagel Reaction, 2012. DOI: 10.5772/36489 http://cdn.intechopen.com/pdfs-wm/33320.pdf (dostop 23. 07. 2014)

diplomska naloga- GK koncna · 2017-11-28 · razvojem zelene kemije so raziskovalci znova odkrili...

Documents

Transcript of diplomska naloga- GK koncna · 2017-11-28 · razvojem zelene kemije so raziskovalci znova odkrili...