Nghiên cứu tổng hợp dendrimer trên cơ sở sử dụng core diaminobutane (DAB)

Đề cương luận văn cao học CBHD: TS. Hoàng Thị Kim Dung
Phần 1
MỞ ĐẦU

Giới thiệu cấu trúc của dendrimer
Phân tử nhánh hình cây đầu tiên được gọi là các phân tử nhiều tầng và có thể được
điều chế phân kì bằng cách tổng hợp nhiều tầng (cascade synthesis).
Phân tử hình cây (phân tử nhiều tầng) là các hợp chất nhánh được lặp lại. Thuật
ngữ chung này bao gồm các dendrimer khác nhau. Nó cho thấy cấu trúc "gần như hoàn
hảo" và các tính chất đặc trưng của các hợp chất monodisperse (đơn phân tán). Khối
lượng phân tử của dendrimer thấp hơn các hợp chất cao phân tử.
Dendrimer hình cầu, là những phân tử lớn với kích thước nano và có một kiến trúc
đặc biệt được cấu tạo từ ba thành phần khác nhau:
(i) Một lõi trung tâm đó có thể là một nguyên tử hay nhóm nguyên tử có ít
nhất hai chức năng hóa học giống nhau.
(ii) Các nhánh phát ra từ lõi, được cấu tạo bởi sự lặp lại các nhánh và có ít
nhất một nhánh giao nhau, sự lặp lại được tổ chức trong một tiến trình
hình học, kết quả là tạo ra một số lớp tròn đồng tâm gọi là thế hệ.
(iii) Nhóm chức cuối, thường nằm ở bên ngoài của đại phân tử, có những tính
chất quan trọng.
HVTH: Lê Ngọc Mỹ 1
Đề cương luận văn cao học CBHD: TS. Hoàng Thị Kim Dung
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay vấn đề nghiên cứu tổng hợp dendrimer đang là một trong những đề tài
nóng bỏng, đang rất được chú trọng ở nhiều quốc gia trên thế giới và đã từng bước đạt
được nhiều tiến bộ vượt bậc. Dendrimer được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như y dược
và công nghệ sinh học, nano, xúc tác, môi trường, năng lượng, vật liệu…Trong đó ứng
dụng trong lĩnh vực y học là quan trọng nhất. Dendrimer được sử dụng làm: chất dẫn
truyền thuốc thông minh, mang thuốc đến những vị trí mong muốn trong cơ thể; vận
chuyển ADN vào tế bào cho liệu pháp trị liệu gen…Đặc biệt dendrimer được sử dụng làm
chất mang điều trị trong lĩnh vực ung thư và có rất nhiều tiềm năng phát triển, hứa hẹn cơ

hội cho những người mắc bệnh được chữa lành bệnh. Hiện nay có rất nhiều quốc gia, các
trường đại học, các trung tâm nghiên cứu, công ty dược phẩm đang đầu tư kinh phí
nghiên cứu tổng hợp dendrimer để ứng dụng nó trong y học và đời sống.
Việc tổng hợp dendrimer có hoạt tinh tốt, tinh khiết là điều hết sức cần thiết, vì vậy
việc lựa chọn tìm kiếm các core dendrimer hay các chất thích hợp phát triển nhánh bên
ngoài cũng rất quan trọng. Góp phần vào xu hướng đó thì chúng tôi cũng tiến hành
“Nghiên cứu tổng hợp dendrimer trên cơ sở sử dụng core diaminobutane (DAB)” nhằm
tổng hợp ra dendrimer có hoạt tính sinh học cao, tăng tính ái dầu (do DAB có mạch
cacbon dài), từ đó làm tăng hoạt tính của thuốc, giảm độ độc, giảm khả năng đào thải
thuốc ra khỏi cơ thể, mang thuốc đến nơi cần chữa trị.
HVTH: Lê Ngọc Mỹ 2
Đề cương luận văn cao học CBHD: TS. Hoàng Thị Kim Dung
2. Mục tiêu của đề tài
Tổng hợp dendrimer trên cơ sở sử dụng core diaminobutane ở điều kiện thông
thường, trong lò vi sóng, sóng siêu âm.
So sánh kết quả đạt được từ những phương pháp tổng hợp đó, để có thể xác định
phương pháp tổng hợp nào tối ưu hơn.
3. Luận điểm mới của đề tài
- Tổng hợp dendrimer sử dụng core diaminobutane (DAB) và sử dụng
ethylenediamine, methylacrylate để phát triển nhánh.
- Ngoài tổng hợp theo phương pháp truyền thống, ở điều kiện thường, chúng tôi
còn sử dụng phương pháp tổng hợp với sự hỗ trợ của các thiết bị như sóng vi ba trong lò
vi sóng, sóng siêu âm.
- Khảo sát so sánh hiệu suất đạt được từ 3 phương pháp trên.
4. Phạm vi nghiên cứu
Tổng hợp dendrimer từ core diaminobutane (DAB) và khảo sát hiệu suất của phản
ứng từ 3 phương pháp trong qui mô phòng thí nghiệm của Viện Khoa Học Công Nghệ
Tp Hồ Chí Minh.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Góp phần thúc đẩy nghiên cứu tổng hợp dendrimer cũng như nghiên cứu để tìm

kiếm dendrimer có hoạt tính tốt hơn, ứng dụng hiệu quả trong y học và đời sống. Cũng
như xác định các phương pháp tổng hợp thuận lợi hơn tối ưu hơn, phục vụ những hướng
nghiên cứu đang được quan tâm trên thế giới nhưng cũng như ở Việt Nam.
Những kết quả đạt được sẽ được xem xét so sánh với những kết quả có liên quan
và đưa ra kết luận về tính hiệu quả của nó.
Đồng thời góp phần vào việc phát triển các quá trình tổng hợp hữu cơ xanh và sạch
hơn theo định hướng của hóa học xanh (green chemistry).
6. Nội dung nghiên cứu
- Tổng hợp và tinh chế dendrimer từ core diaminobutane (DAB), phát triển nhánh
tử ethylenediamine, methyl acrylate, methanol. Bằng phương pháp tổng hợp thông
thường, tổng hợp có sự hỗ trợ của các thiết bị: lò vi sóng, bể siêu âm. Tổng hợp đến thế
hệ G=4.
HVTH: Lê Ngọc Mỹ 3
Đề cương luận văn cao học CBHD: TS. Hoàng Thị Kim Dung
- Xác định cấu trúc của các thế hệ của dendrimer bằng các phương pháp phân tích.
- Khảo sát và so sánh về hiệu suất của các kết quả đạt được từ 3 phương pháp trên.
7. Phương pháp thực hiện
- Tổng hợp và tinh chế dendrimer từ core diaminobutane (DAB), phát triển nhánh
từ ethylenediamine, methyl acrylate.
+ Tổng hợp bằng phương pháp truyền thống - ở nhiệt độ thường.
+ Tổng hợp có sự hỗ trợ của lò vi sóng.
+ Tổng hợp có sự hỗ trợ của bể siêu âm-sóng siêu âm.
- Xác định cấu trúc của các thế hệ của dendrimer bằng các phương pháp phân tích.
Như phổ IR, NMR, MS. Đo sắc ký gel. Chụp TEM, SEM, XRD.
8. Dự kiến kết quả đạt được
- Tổng hợp được dendrimer với core là diaminobutane (DAB) và xác định được
cấu trúc của các thế hệ của dendrimer tổng hợp được.
- Khảo sát so sánh hiệu suất của các thế hệ tổng hợp được từ 3 phương pháp trên.
HVTH: Lê Ngọc Mỹ 4
Đề cương luận văn cao học CBHD: TS. Hoàng Thị Kim Dung

Phần 2
TỔNG QUAN
Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
 Ngoài nước
Vào năm 1985, George R. Newkon, chuyên gia hóa học và trung tâm ở trường Đại
Học South Floride đã xuất bản bài báo về dendrimer. Ông tổng hợp dendrimer từ
polyamidoalcol có cấu trúc micelle gọi là “sự phân nhánh” bởi vì phân tử giống cấu trúc
của cây. Các nhóm hydroxyl bao bọc bên ngoài phân tử.
Đến năm 1987, Donald A Tomalia đã phát minh ra dendrimer hình que được tổng
hợp từ polyethylene amine, methylacrylate và ethylene diamine. Quá trình tiến hành ở
nhiệt độ thấp và có hiệu suất cao.
Năm 1988, Schmitt – Wilich đã tổng hợp ra dendrimer từ nguồn nguyên liệu
trimesoyl [benze-1,3,5-tricabonyl] với 1-lysin và vòng chelat Gadolium(IV)
Polyacryl ether dendrimer do Fech và Hawker phát minh được điều chế từ 3,5-dihydroxyl
benzol. Ngoài ra, từ các monomer như 2,2-Bis(dihydroxymethyl)propionic acid mà tổng
hợp ra các polyester dendrimer. Grinstaff và cộng sự cũng phát minh ra polyester có
nguồn nguyên liệu là glycerol và acid succinic.
Ngoài ra một số nhà khoa học đã điều chế vỏ nanocapsule. Ông Jeam-Thierry
Simonnet từ polyester của trimethylolpropane với triglyceride của acid caprilic. Ông
Gretchen M.Unger từ nguyên liệu là polyvinylpyrolidone.
Gần đây, Jie Bue và cộng sự viện hóa học và công nghệ khoa học Singapore đã
thành công trong việc tổng hợp PAMAM dendrimer trên nền silicagel. Phản ứng tiến
hành ở nhiệt độ cao.
Trong những năm 80 người ta đã tổng hợp nên dendrimer và xác định tính chất vật
lý và hóa học của nó. Những năm trở lại đây thì các nhà nghiên cứu mới khám phá ra tiềm
năng và ứng dụng của dendrimer trong lĩnh vực sinh học và y học, nó đã mở ra nhiều hứa
hẹn ở nhiều lĩnh vực từ chuyển giao gene đến ảnh cộng hưởng từ rồi khám phá ra vaccin,
thuốc kháng virus, kháng khuẩn, thuốc chữa ung thư và thuốc trị bệnh HIV.
Ngày này dendrimer đã sẵn sàng đi vào sản xuất ở quy mô công nghiệp.
Dendrimer

TN
là một công ty ở Mỹ chuyên sản xuất dendrimer PAMAM. Tuy nhiên giá
HVTH: Lê Ngọc Mỹ 5
Đề cương luận văn cao học CBHD: TS. Hoàng Thị Kim Dung
thành còn rất cao do công nghệ sản xuất còn khá phức tạp. Chúng thường được bán với
dạng dung dịch hòa tan trong methanol.
 Ở Việt Nam
Phòng Hóa học hữu cơ – Polymer, Viện công nghệ hóa học, Viện khoa học công
nghệ Thành phố Hồ Chí Minh được xem là đơn vị đầu tiên nghiên cứu tổng hợp
dendrimer.
Năm 2007, tác giả Phan Thị Thanh Thảo đã tổng hợp dendrimer từ core
ammoniac, phát triển nhánh bằng methylacrylate và ethylenediamine. (Luận văn Thạc sĩ
K14 )
Năm 2008, tác giả Nguyễn Thị Thủy đã tổng hợp lại dendrimer từ core
ammoniac, phát triển nhánh bằng methylacrylate và ethylendiamine, sau đó khảo sát các
yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng. (Luận văn tốt nghiệp Đại học)
Năm 2009, tác giả Nguyễn Anh Tuấn đã tổng hợp phức PAMAM dendrimer (core
ethylenediamine ) – Pt. (Luận văn Thạc sĩ K15)
HVTH: Lê Ngọc Mỹ 6
Đề cương luận văn cao học CBHD: TS. Hoàng Thị Kim Dung
Phần 3
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Chương 1
CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP DENDRIMER
1.1Lý thuyết phản ứng alkyl hóa
Phản ứng cộng vào nối đôi C = C tiếp cách là nhóm C = O theo cơ chế ái nhân. Do
hiệu ứng liên hợp nhóm C = O rút điện tử làm cho C = C mang điện tích dương nên các
tác nhân mang điện tích âm rất dể tấn công vào. Hơn nữa khi có mặt dung môi phân cực
hay xúc tác như acid Lewis để làm cho liên kết π trên C =C dễ phân cực và tác nhân cộng

hợp phân cực thì phản ứng xảy ra dể dàng hơn. Nhờ có sự phân cực trước nên giai đoạn
tạo ra phức π sẽ nhanh hơn. Vì quá trình phức π phá vỡ liên kết π tạo ra ion là quá trình
khó và chậm. Nó quyết định thời gian cộng hợp chung cho ca quá trình.
H
N
H
CH
2
CH
2
CH
2
CH
2
N
H
H
CH
2
CH
2
C O
CH
3
H
N
H
CH
2
CH

2
CH
2
CH
2
N
CH
2
CH
2
C O CH
3
O
O
H
C
H
CH C
O
CH
3
O
+
1.2Lý thuyết phản ứng cộng hợp vào nối đôi C = O
Phản ứng thực hiện theo cơ chế ái nhân. Nhóm C = O có khả năng cộng hợp với
rất nhiều nhóm, do nguyên tử oxy có độ âm điện lớn làm cho liên kết π bị phân cực mạnh
làm xuất hiện hai trung tâm: trung tâm dương trên nguyên tử cacbon và trung tâm âm trên
nguyên tử oxy. Trung tâm dương sẽ tương tác với các ái nhân, trung tâm âm tương tác với
các ái điện tử.
H

2
N R NH
2
CR
2
O
R
2
C
O
NH
OR
3
H R
2
C
NH
O
OR
3
R
1
NH
2
R
1
NH
2
R
3

OH
+
+
Cham
Nhanh
HVTH: Lê Ngọc Mỹ 7
Đề cương luận văn cao học CBHD: TS. Hoàng Thị Kim Dung
Đối với các ester thì khả năng cộng hợp còn kém hơn cả andehyd hay keton.
Thường quá trình cộng hợp vào C = O của ester xảy ra khó khăn nên người ta dùng xúc
tác để thúc đẩy quá trình phản ứng. Gần đây người ta sử dụng chất trao đổi ion làm xúc
tác thay cho acid. Với loại xúc tác này thì thao tác đơn giản hơn nhiều , dung môi này hòa
tan được cả hai tác chất tham gia phản ứng , xúc tác này không tham gia quá trình phản
ứng . Các dung môi thường sử dụng là MeOH, benzen, aceton.
Trong quy trình tổng hợp dendrimer phản ứng cộng hợp giữa methyl acrylate và
DAB có cơ chế giống phản ứng ester hóa (phản ứng cộng hợp vào C = O).
1.3 Lý thuyết phản ứng điều chế dendrimer từ core diaminobutane (DAB),
methylacrylate và ethylenediamine (EDA)
Sản phẩm bắt đầu từ core diaminobutane (DAB), qua hai phản ứng ester hóa và
phản ứng alkyl hóa. Nhóm NH
2
trên DAB sẽ thực hiện phản ứng alkyl hóa với
methylacryate, phản ứng ester hóa xảy ra giữa nhóm COO – trên phân tử methylacrylate
vừa gắn vào sẽ phản ứng với nhóm NH
2
của phân tử EDA tiếp đó và đưa đến hình thành
một thế hệ dendrimer.
Phản ứng alkyl hóa:
NH
2
CH

2
CH
2
CH
2
CH
2
NH
2
CH
2
CH COO CH
3
+
(CH
2
)
4
[N (CH
2
CH
2
COO
CH
3
)
2
]
2
Phản ứng ester hóa:

NH
2
CH
2
CH
2
NH
2
+
(CH
2
)
4
[N (CH
2
CH
2
COO CH
3
)
2
]
2
(CH
2
)
4
[N (CH
2
CH

2
COO NH
CH
2
CH
2
NH
2
)
2
]
2
Trong quá trình phản ứng thì phản ứng ester hóa xảy ra trong thời gian ngắn hơn
(1-3 ngày), còn phản ứng alkyl hóa xảy ra lâu hơn (4-10 ngày) tùy theo thế hệ do phản
ứng cộng vào nối đôi C = O của ester rất khó thực hiện. Methanol có vai trò là xúc tác
thúc đẩy phản ứng xảy ra nhanh hơn do làm tăng độ phân cực của liên kết π trên nối đôi C
= C. Mặt khác khi độ nhớt của dendrimer tăng nó có tác dụng pha loãng làm tăng sự tiếp
xúc giữa dendrimer và tác chất phản ứng.
Khi thực hiện phản ứng ester hóa người ta dùng dư lượng ethylenediamine để
tránh sinh ra phản ứng phụ.
HVTH: Lê Ngọc Mỹ 8
Đề cương luận văn cao học CBHD: TS. Hoàng Thị Kim Dung
Chương 2
THỰC NGHIỆM
2.1 Dụng cụ, thiết bị và hóa chất
2.1.1 Dụng cụ
- Bình cầu thủy tinh đáy tròn một cổ 100mL, 250mL, 500mL.
- Bình cầu cổ nhám 2 cổ đáy tròn 100 mL, 250 mL.
- Ống nhỏ giọt, pipep 1mL, 5mL, 10mL, ống đong 100mL.
- Đũa thủy tinh, erlen thủy tinh 250mL, becher thủy tinh các loại, cá từ, bong bóng.

2.1.2 Thiết bị
- Máy khuấy từ có hiệu chỉnh.
- Tủ sấy chân không OV-01.
- Lò vi sóng.
- Bể siêu âm.
- Phổ IR được đo trên máy IR – Vector 22 Brucker (Đức).
- Máy cô quay Buchi Rotavapor R-200, Heating Bath B-490 (Đức).
- Máy đo phổ khối Agilent 6410 Triple Quad GC/MS; Máy đo TGA TA Q500.
2.1.3 Hóa chất
- Methanol
- Methylacrylate
- Ethylenediamine
- Diaminobutane
2.2 Tổng hợp dendrimer
- Tổng hợp sản phẩm core G=-0.5
- Tổng hợp polyamine thế hệ thứ không G=0
- Tổng hợp polyester thế hệ thứ nhất G=0.5
- Tổng hợp polyamine thế hệ thứ nhất G=1
- Tổng hợp polyester thế hệ thứ hai G=1.5
- Tổng hợp polyamine thế hệ thứ hai G=2
- Tổng hợp polyester thế hệ thứ ba G=2.5
- Tổng hợp polyamine thế hệ thứ ba G=3
HVTH: Lê Ngọc Mỹ 9
Đề cương luận văn cao học CBHD: TS. Hoàng Thị Kim Dung
- Tổng hợp polyester thế hệ thứ tư G=3.5
- Tổng hợp polyamine thế hệ thứ tư G=4
2.3 Phân tích kết quả đạt được
- Đo sắc ký gel.
- Để xác định cấu trúc của các thế hệ dendrimer tổng hợp được bằng
+ Phổ IR

+ Phổ NMR
+ Phổ MS
- Xác định kích thước của các thế hệ dendrimer tổng hợp được bằng TEM, SEM,
XRD.
2.4 Khảo sát so sánh hiệu suất của các quá trình tổng hợp.
HVTH: Lê Ngọc Mỹ 10
Đề cương luận văn cao học CBHD: TS. Hoàng Thị Kim Dung
KẾ HOẠCH THỰC HIỆN

Địa điểm: Viện công nghệ hóa học Tp. Hồ Chí Minh
Thời gian dự kiến thực hiện đề tài
1. Thu thập tài liệu: 1/9/2010 - 1/10/2010
2. Thực nghiệm: 1/10/2010 – 1/4/2011
3. Viết luận văn: 1/4/2011 – 1/5/2011
HVTH: Lê Ngọc Mỹ 11
Đề cương luận văn cao học CBHD: TS. Hoàng Thị Kim Dung
TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tài liệu tiếng việt:
[1]. PGS.TSKH Phan Đình Châu (2005). Các quá trình cơ bản tổng hợp hữu cơ. Nhà
xuất bản Đại Học quốc gia TPHCM.
[2]. Trần Văn Thạnh (1998). Hóa học hữu cơ.
[3]. Phạm Thị Thanh Thảo (2007). Luận văn cao học nghiên cứu tổng hợp dendrimer. Đại
Học Cần Thơ
Tài liệu tiếng Anh
[4] A. Hiato et al.(2005). Precise synthesis so dendrimer-Like-Star-Branched Poly(methyl
methacrylate)s of High Genenrated, Macromolecules, 38, 101-107.
[5] Barbara Klajnert and Maria Bryszewska.(2001). Acta biochmica polonica, Vol. 48,
No.2, 199-208.
[6] Diana M.Watkins et al (1997), Dendrimer with hydropholic cores and the Pomation

of Supramolecular Dendrimers- Surfactants Assemblies, Langmuir, 13, 3136- 3141.
[7] Fritz Vögtle, Gabriele Richardt and Nicole Werner (2009). Dendrimer Chemistry,
concepts, synthesis, properties, applications.
[8] Gilliea et al .(2005). Dendrimer and dendrictic polymer in drug delivery, vol 10, pp
35-43.
[9] Jie bu (2003) Synthesis of PAMAM Dendrimer on Silicagel: a study on a reaction
Kinetics of Dendrimersation of FT- IR Spectrocopy, online number, 1038.
[10] Martin E. Rogers and Timothy E. Long (2003). Synthesis Method in Step-Growth
Polymers, Jonh Wiley & Sons Inc.
[11] Reiki Tanaka (2004), Themal Property of Phenylazomethine Dendrimer with
Dorphyrin Core, J. oh Photopolymer Science and technology, 17, 323-326.
[12] Sonke Svenson and Donald A. Tomalia (2005). Dendrimers in biochemical
applications-reflections on the field, Sciendirect,57, 2016-2129.
[13] Yuki Wakabayashi (2000), Infrag Absorption Characteristic og large – sized
Spherical Aryl- Ether- Dendrimer, Chem Pharm. Bull, 52, 90-915.
HVTH: Lê Ngọc Mỹ 12
Đề cương luận văn cao học CBHD: TS. Hoàng Thị Kim Dung
[14] Yukinao Suzuki (2000), Synthesis and Properties of a new type DNA dendrimer,
Oxford University Press, 44,125-126.
[15] Zhioxiong Wang (2003), Novel Transdermal Drug Delivery System with
Polyhydroxylalkaoate and Straburst Poliamidoamine Dendrimer, Jourmal of
Bioscience and Bioengineering, 95,541-534.
HVTH: Lê Ngọc Mỹ 13