Амфифильные полимеры N-винилпирролидона

Скачать

Синтез и модификация биологически активного полимера N-винилпирролидона, содержащего гидрофобный остаток, получение амфифильного полимера различной молекулярной массы, введение в боковую цепь оксиранового цикла с последующей реакцией с аминокислотой.

Размер: 1,3 M
Тип: дипломная работа
Категория: Химия
Скачать

Другие файлы:

Химия N-винилпирролидона и его полимеров
В книге рассмотрены методы синтеза N-винилпирролидона, физические и химические свойства N-винилпирролидона, методы его анализа. Специальный раздел пос...

Полимеры медико-биологического назначения
Открытие ученых университета Джорджии: полимеры нового типа, продукты разложения которых безопасны для человека и окружающей среды. Биодеградирующие п...

Полимеры
Природные полимеры. Химическое строение полимера. Целлюлоза. Физические свойства целлюлозы. Строение целлюлозного волокна. Крахмал. Глютин. Казеин. Ка...

Полимеры и электротехническая медь
Полимеры как основа неметаллических конструкционных материалов. Реакции полимеризации, сополимеризации и поликонденсации. Термопластичные и термореакт...

Полимерия
Классификация. Свойства и важнейшие характеристики. Получение. Полимеры в сельском хозяйстве. Овцы в синтетических шубах. Полимеры в машиностроении. П...


Краткое сожержание материала:

Размещено на

Введение

В последнее время возрастает мировой интерес к полимерам медицинского назначения. Среди большого круга водорастворимых полимеров поли-N-винилпирролидон заслуживает самого пристального внимания в качестве модели природных полимеров с амидными группами - белковых молекул. Полимеры этого типа находят широкое применение в медицине, они входят в состав большого числа лекарственных препаратов. Гомо- и сополимеры N-винилпирролидона выступают в качестве носителей биологически активных веществ.

Область практического применения поли-N-виниламидов может быть существенно расширена, поскольку изменение строения бокового заместителя и получение различных сополимеров приведет к обнаружению полимеров с новыми функциональными свойствами. Кроме того, выявление новых свойств самого поливинилпирролидона и уже полученных производных может способствовать развитию большого ряда перспективных направлений в биотехнологии, микробиологии, медицине, нанотехнологии и т.д.

Целью данной дипломной работы является синтез и дальнейшая модификация биологически активного полимера N-винилпирролидона, содержащего гидрофобный остаток - получение амфифильного полимера различной молекулярной массы, введение в боковую цепь оксиранового цикла с последующей реакцией с аминокислотой. Данное исследование дает возможность получения новых амфифильных полимеров, которые могут быть использованы в медицине в качестве компонентов кровезаменителей.

полимер винилпирролидон амфифильный оксирановый

1. Литературный обзор

1.1 Амфифильные полимеры. Основные понятия и характеристики

1.1.1 Строение амфифильных полимеров

Типичная амфифильная молекула полимера (от греч. амфи, означающего «с двух сторон», и фило - «любящий») содержит в своем составе достаточно длинные гидрофильную и гидрофобную части. Один из вариантов такой структуры показан на Рис. 1.

Рис. 1. Строение простейшего амфифильного полимера

Полимеры, имеющие дифильное строение, получают полимеризацией мономеров различных типов (обычно двух) или последующей модификацией водорастворимого полимера по функциональным группам. В зависимости от способа получения амфифильные молекулы полимеров могут иметь различное строение, например, блок-сополимеры состоят из блока(ов) одного вида гомополимера, присоединенного к блоку(ам) другого вида [1. Alexandris P. Amphiphilic copolymers and their applications. // Curr. Opin. Colloid Interface Sci., 1996, V.1, № 4, P.490-501.]. При этом блочные полимеры могут быть трех основных видов: диблочные, триблочные, и с концевой гидрофобной группой. Мультиблочные макромолекулы могут иметь регулярное или случайное чередование блоков.

Чаще всего наряду с линейными амфифильными полимерами, рассматриваются также гребнеобразные амфифильные сополимеры. Как правило, они содержат привитые к их основной цепи, построенной из однотипных звеньев, блоки, состоящие из звеньев другого типа (Рис. 2).

Блок-сополимер:

ди-блок

ААААААВВВВВВ

три-блок

АААВВВВВВВААА

с концевой гидрофобной группой

ААААААААААААВ

Привитой сополимер:

ААААААААААА

В В В

В В В

В

Рис. 2. Архитектура блочных сополимеров

А - гидрофильный блок, В-гидрофобный блок.

В зависимости от наличия заряда в гидрофильном блоке макромолекулы амфифильные полимеры могут быть ионными (полиэлектролиты) и неионными. В качестве неионного гидрофильного фрагмента в большинстве рассматриваемых в настоящее время амфифильных полимеров используются блоки полиэтиленоксида (ПЭО) [2]. В ряде случаев наряду с блоками полиэтиленоксида для введения в полимер гидрофобных фрагментов в полимер вводят блоки других алкилеоксидов - полипропиленоксида (ППО) и полибутиленоксида (ПБО). Сополимеры ПЭО и ППО объединены торговым названием Плюроники, а сополимеры ПЭО и ПБО - Синпероники.

Реже в качестве неионных гидрофильных блоков, придающих амфифильным полимерам растворимость в воде, в отдельных работах используют также фрагменты поливинилового спирта, полиакриламида, поливинилпирролидона.

Ионные амфифильные блок-сополимеры могут быть анионными или катионными. В случае анионных дифильных молекул заряженные блоки представлены полиакриловой кислотой, полиметакриловой кислотой, полималеиновой кислотой и другими кислотами. Для синтеза амфифильных полимеров они сочетаются с неионными блоками полистирола, полиметилметакрилата или полиизобутилена.

При получении положительно заряженных амфифильных макромолекул носителями заряда обычно выступают протонированные третичные амины, у которых степень ионизации зависит от рН среды. Примерами таких катионных полиэлектролитных блоков могут служить поли (2-винилпиридин), поли [2 (диметиламино) этилметакрилат], полиимины различного строения.

В большинстве случаев в качестве гидрофобных фрагментов амфифильные полимеры содержат блоки или длинноцепные группы с алифатическими последовательностями или ароматическими углеводородными радикалами.

Для ПЭО можно привести следующий перечень гидрофобных составляющих амфифильных полимеров (по возрастанию гидрофобности): L-лизин, в-бензоил-L-аспартат, г-бензоил-L-глутамат, капролактон. Разумеется, круг используемых полимеров приведенными примерами не исчерпывается. Основными методами получения таких амфифильных полимеров на основе ПЭО является анионная полимеризация или же радикальная полимеризация с использованием различных инициаторов. Все эти методы позволяют получить полимеры с молекулярной массой (1-100)Ч103, а также с различным гидрофильно-гидрофобным балансом.

К настоящему времени синтезировано большое количество блок-сополимеров с самой разнообразной архитектурой, которые были реализованы при создании амфифильных полимеров.

Примерами блочных амфифильных полимеров может служить большое количество различных блок-сополимеров, например: полиэтиленоксид (ПЭО) - полилактид [2. Yasugi K., Nagasaki Y., Kato M., Kataoka K. Preparation and characterization of polymer micelles from poly(ethylene glycol)-poly(lactide) block copolymers as potential drug carrier. // J. Controll. Rel., 1999, V.62, № 1-2, P.89-100.], ПЭО - поли (в-бензил-L-аспартат) [3. Kataoka K., Matsumoto Т., Yokoyama M., Okano Т., Sakurai Y., Fukushima S., Okamoto K., Kwon G.S. Doxombicin-loaded poly(ethylene glycol)-poly (benzyl aspartate) copolymer micelles: their pharmaceutical characteristics and biological significance. // J. Controll. Rel., 2000, V.64, № 1-3, P.143-153.], полиэтиленоксид (ПЭО) - поли-е-капролактон (PCL) [4. Allen C, Han J., Yu Y., Maysinger D., Eisenberg A. Polycaprolactone-b-poly(ethylene oxide) copolymer micelles as a delivery vehicle for dihydrotestosterone. // J. Controll. Rel., 2000, V.63, № 3, P.275-286.], ПЭО - полипропиленоксид (ППО) [5. Kabanov A.V., Nazarova I.R., Astafieva I.V., Batrakova E.V., Alakhov V.Yu., Yaroslavov A.A., Kabanov V.A. Micelle formation and solubilization of fluorescent probes in poly(oxyethylene-b-oxypropylene-b-oxyethylene) solutions. // Macromolecules, 1995, V.28, № 7, P.2303-2314.].

Отдельной группой амфифильных полимеров являются полимеры, содержащие в качестве гидрофильного фрагмента полимерную цепь из гидрофильных мономерных звеньев, а в качестве гидрофобного фрагмента длинноцепные алифатические радикалы. Примерами амфифильных полимеров, имеющих такое строение, могут служить системы (ПЭО) - диациллипид, ПЭО - алкилфосфатидилэтаноламин [6. Klibanov A.L., Maruyama K., Torchilin V.P., Huang L. Amphipathic polyethyleneglycols effectively prolong the circulation time of liposomes. // FEBS Lett., 1990, V.268, № 1, P.235-238.], полимеры поливинилпирролидона и полиакриламида с одной концевой гидрофобной группой [7. Кусков А.Н., Штильман М.И., Тсатсакис А.М., Торчилин В.П., Ямсков И.А. Синтез амфифильных полимеров поли-N-винил-пирролидона и акриламида различного строения. // Журнал прикладной химии, 2005, Т. 78, № 5, C.822-826.]. Молекулы полимеров, содержащие жирнокислотные остатки, являются амфифильными, так как имеют большую гидрофильную часть и короткую, но сильно гидрофобную часть.

Свойства амфифильных полимеров определяются химическим строением и гидрофильно-гидрофобным балансом их макромолекул. В зависимости от гидрофильно-гидрофобного баланса такие сополимеры могут быть как масло-, так и водорастворимыми, в связи с чем можно выделить два класса полимеров: иономеры и гидрофобно-модифицированные полимеры.

1.1.2 Самоорганизация амфифильных полимеров

Явление мицеллообразования представляет интерес для различных областей химии, таких как физическая химия, биохимия, химия полимеров. В частности, значительное внимание уделяется амфифильным полимерам различного строения, которые способны к самоорганизации в водных растворах, подобно низкомолекулярным поверхностно-активным...