상자없이 입자 : 주위 조건에서 광분해 성 고분자 PEG 브러쉬 최초의 합성
Summary
폴리 (에틸렌 글리콜) (PEG) 브러시 팔 성 고분자 좁은 질량 분포 및 조정할 수있는 나노 크기로 (BASPs는) 그 결과 생활의 부분 전송 다음에 PEG – 노보 넨 거대 단량체의 개환 메타 세 시스 중합 (ROMP)을 통해 합성된다 강성, 사진 분해성 비스 – 노보 넨의 가교제의 다양한 금액을 포함하는 유리 병에 브러시 개시.
Abstract
다양하게 기능화 된 나노 입자의 빠른 병렬 합성을위한 편리한 방법은 약물 전달, 생체 이미징 및 지원 촉매에 대한 새로운 공식의 발견을 가능하게 할 것이다. 이 보고서에서, 우리는 "브러시 최초의"방법으로 브러시 팔 성 폴리머 (BASP) 나노 입자의 병렬 합성을 보여줍니다. 이 방법에서, 노르 보르 넨 – 말단 폴리 (에틸렌 글리콜) (PEG)이 거대 단량체 (PEG-MM) 우선 리빙 브러시 매크로 개시제를 생성하는 개환 복분해 중합 (ROMP)을 통해 중합된다. 이 기자 원액의 분액 광분해 비스 – 노보 넨의 가교제의 다양한 금액을 포함 유리 병에 추가됩니다. 가교제에 대한 노출은 궁극적으로 PEG 구성 가교제 및 코로나로 구성 코어 BASPs를 산출 역학적으로 제어 브러쉬 + 브러쉬 스타 + 스타 커플 링 반응의 시리즈를 시작합니다. 최종 BASP 크기 첨가 가교제의 양에 의존한다. 우리는 SYN을 수행공기와 수분을 제거하는 데 특별한주의와 벤치 탑에 세 BASPs의 논문. 샘플은 겔 투과 크로마토 그래피 (GPC)에 의해 특징되며, 결과는 불활성 (글로브 박스) 조건을 살린 우리의 이전 보고서와 밀접 동의했다. 키 실용적인 기능, 장점 및 브러시 첫 번째 방법의 잠재적 인 단점을 설명합니다.
Introduction
고분자 나노 입자는 널리 약물 전달 플랫폼 지원 촉매, 생물 이미징 및 자기 조립 1-3으로 자신의 잠재력을 사용하기 위해 연구되고있다. 현대 응용 프로그램은 나노 입자의 합성은, 손쉬운 재현, 화학 기능과 호환 및 다양 4,5에 순종 할 것을 요구하고 있습니다. 긴장 올레핀의 개환 메타 세 시스 중합 (ROMP)는 제어 크기와 좁은 질량 분포 1,6-8와 기능성 고분자 나노 구조의 합성을위한 강력한 방법론이다. 예를 들어, 노르 보르 넨 – 작용 화 된 폴리 (에틸렌 글리콜) (PEG) 매크로 단량체 (MMS)를 효율적으로 수용성 병 브러시 중합체를 생성하기 위하여 ROMP 통해 중합 될 수있다. 이 방법을 사용하여, 다 이형성 약물 분자, 형광, 및 스핀 조영제를 운반 나노 구조물이 급속히 평행 6, 9, 10에서 제조 될 수있다.
ROMP는 성 고분자의 "팔 첫 번째"합성에 사용되어왔다. 아암 첫번째 방법에서는, 선형 중합체는 무기 중합체 구형 나노 구조물을 제공하는 다기능 가교제로 가교 결합된다. Schrock 및 동료는 노르 보르 넨, dicarbomethoxynorbornadiene 및 관능 넨 가교제와 트리메틸 실릴 보호 dicarboxynorbornene 선형 중합체의 가교 결합을 통해 성 중합체의 제 1 아암 우선 ROMP 합성을보고 하였다. 11,12 Buchmeiser이있는 물질의 합성에 대해이 방법을 확장했다 지원 촉매, 조직 공학, 크로마토 그래피 13-17 포함 된 응용 프로그램의 범위. 오타니과 동료 관계 "에서 아웃"중합 전략 (18, 19)을 통해 기능성 표면 성 고분자 나노 입자를 만들었습니다.
대부분의 암 – 최초의 중합 모노머, 폴리머, 스타 커플 링 반응의 복잡한 상호 작용을 포함한다. 일일반적으로 넓은 분자량 (MW) 분포에 이르게 단계 성장 메카니즘을 통해 전자 후자 진행한다. 관련 팔 첫 번째 원자 이동 라디칼 중합 반응에서 이러한 제한을 극복하기 위해, Matyjaszewski와 동료는 매우 좁은 분자량 분포 (20)와 성 고분자를 제공하는 미리 형성된 고분자의 MMS 팔 첫 번째 가교를 수행했습니다. 이 경우, MMS를의 입체의 부피, 및 사이트를 시작 전 성 암의 증가 비율은 제대로 통제 스타 + 스타 커플 링 프로세스를 억제하고, 생활, 체인의 성장 메커니즘을했다.
우리는 노르 보르 넨 – 말단 PEG-MM 및 비스 – 노르 보르 넨 가교제와 ROMP의 컨텍스트에서 동일한 전략을 시도 할 때, 매우 광범위한 멀티 모달 MW 분포 스타 폴리머를 얻었다. 이 결과는이 시스템에서 혼자 MM 스타 + 스타 커플 링을 억제 할만큼 부피가 커지지 않는 것을 제안했다. 스타 팔의 입체의 부피를 증가시키고 잠재적으로이 uncontro를 제한하려면커플 링을 채우면, 먼저 가교제의 부재 하에서 병 브러시 중합체를 형성하는 MM를 중합하고 가교 결합제를 추가하려고. 우리는 특정 조건 하에서,이 "솔 – 최초의"방법은 좁은 분자량 분포 및 조정할 수있는 코어와 코로나의 모든 기능 "브러시 팔 성 고분자"(BASPs)에 간단한 액세스를 제공하는 것을 발견하게 된 것을 기쁘게했다.
우리는 최근 그럽 제 3 세대 촉매 A (그림 1) 21를 사용하여 PEG의 BASPs의 브러시 첫 ROMP 합성을보고했다. 본 연구에서는 촉매에 PEG-MM B의 노출은 정의 백본 길이의 생활 브러쉬 매크로 개시제 (B1, 그림 1)을 생성합니다. 가교제 C의 다른 양을 포함 유리 병에 B 1의 분취 량의 전송 BASP를 시작형성. MW 및 BASPs의 크기는 따라서, C의 양이 증가 기하학적 첨가. 우리는이 기하학적 성장 과정에 대한 역학적 가설을 제공하고 기능, 질산화물 코어 코로나 – 표지 BASPs 좀처럼 후 중합 변형 단계 또는 순차적 인 단량체 첨가를 필요로하지 않고 제조 할 수 있다는 것을 보여 주었다. 그러나보고 된 모든 예제에서, 우리는 촉매의 비활성화에 대해 우려했다, 우리는 글로브 박스 내부에 N 2 분위기에서 모든 반응을 수행 하였다.
우리의 최초 보고서 이후, 우리는 브러시 첫 번째 방법은 노보 넨 종료 MMS를 및 기능 가교제의 넓은 범위에서 BASPs의 형성에 매우 효과적이라는 사실을 발견했다. 우리는 또한이 방법은 공기 나 수분을 제거하는 데 특별한주의와 함께 벤치 탑에서 수행 할 수있는 것을 발견했다.
여기서, 다른 MW의 세 BASPs 일련의 싸이됩니다주변 조건에 따라 브러시 첫 번째 방법으로 nthesized. 요컨대, B의 10은 10 당량의 평균 중합도 (DP)와 BI를 수득 15 분 동안 촉매 A (도 1A)의 1.0 당량에 노출 될 것이다. BI의이 배치의 세 가지 분주은 10, 15를 포함하는 별도의 유리 병에 옮겨, 20 당량 (N, 그림 1b) C의 것입니다. 4 시간 후, 중합을 에틸 비닐 에테르의 첨가를 통해 급냉한다. 스타 폴리머 및 MW MW의 분포는 다각도 레이저 광산란 검출기 (GPC-MALLS) 탑재 겔 투과 크로마토 그래피를 사용하여 악기 특성화 될 것이다.
Protocol
Representative Results
Discussion
브러쉬 우선 BASP 합성의 주요 장점은 신속하게 전문적인 장비가 필요하지 않고 병렬로 다양한 크기와 구성의 나노 구조를 합성 할 수있는 독특한 기능입니다. 본 연구는 노르 보르 넨 기능화 PEG 거대 단량체 (B,도 1) 및 비스 – 노르 보르 넨 니트로 벤질 에스테르 가교제 (C,도 1)를 사용하여 브러시 제 합성법을 보여준다. B에서 PEG 사슬은 최?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
우리는 화학의 MIT 부서와이 작품의 지원을위한 MIT 링컨 연구소의 고급 개념위원회 감사합니다.
Materials
| Grubbs Second Generation Catalyst | Materia (or Sigma Aldrich) | C848 (Sigma Aldrich: 569747) |
Used as purchased from manufacturer. *Provided as a generous gift. |
| Pyridine | Sigma Aldrich | 270970 | Used as purchased from manufacturer |
| O-(2-aminoethyl)polyethylene glycol 3000 | Sigma Aldrich | 07969 | Used as purchased from manufacturer |
| PEG-MM | N/A | N/A | Synthesized following reported procedures (Ref. 21, protocol 1) |
| norbornene-N-hydroxysuccinimidyl (NHS) ester | N/A | N/A | Synthesized following reported procedures (Ref. 21) |
| Bis-norb-NBOC Crosslinker | N/A | N/A | Synthesized following reported procedures (Ref. 21) |
| Pentane | Sigma Aldrich | 158941 | Used as purchased from manufacturer |
| Tetrahydrofuran (HPLC grade) | Sigma Aldrich | 34865 | Dried and purified over a solvent purification columns |
| Dichloromethane | VWR | BDH1113-4LG | Used as purchased from manufacturer |
| Acetonitrile (HPLC grade) | Sigma Aldrich | 34998 | Used as purchased from manufacturer |
| Acetic Acid | Sigma Aldrich | A6283 | Used as purchased from manufacturer |
| Sodium sulfate | Sigma Aldrich | 239313 | Used as purchased from manufacturer |
| Diethyl ether | Sigma Aldrich | 673811 | Used as purchased from manufacturer |
| Dimethylformamide (HPLC grade) | Sigma Aldrich | 270547 | Used as purchased from manufacturer |
| Lithium Bromide | Sigma Aldrich | 213225 | Used as purchased from manufacturer |
| MillQ Biocel A10 | Millipore | ||
| Beckmann Coulter HPLC (127p solvent module, 166p detector) | Beckmann Coulter | ||
| Zorbax 300SB-C18 PrepHT reverse phase column | Agilent | ||
| 1260 Infinity Liquid Chromatography | Agilent | ||
| GPC KD-806M column | Shodex | ||
| Dawn Heleos II Light Scatterer | Wyatt | ||
| Optilab T-rEX Refractive Index Detector | Wyatt | ||
| Glass Scintillation Vials – 40 ml | Chemglass | CG-4909-05 | |
| Glass Scintillation Vials – 4 ml | Chemglass | CG-4904-06 | |
| Glass Scintillation Vials (PTFE-lined cap) – 2 ml | Agilent | 5183-4518 | |
| Stir-bars | VWR | 5894x | various sizes |
| 13 mm 0.45 µm Nylon Syringe filter | PerkinElmer | 02542903 | |
| 13 mm 0.45 µm polytetrafluoroethylene syringe filter | PerkinElmer | 02542909 | |
| 1 ml disposable syringes | VWR | 53548-001 | |
| Swing bucket centrifuge or similar | Should be able to reach approximately 4,000 rpm | ||
| Round bottom flask | |||
| Fritted glass filter assembly | |||
| Rotary Evaporator | |||
| Balance |
References
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