Hợp Chất Nano Dendrimer

CƠNG NGHỆ HĨA HỌC NANO HỮU CƠ
1

DENDRIMER
TIỂU LUẬN HĨA HỌC


CÔNG NGHỆ HỢP CHẤT NANO HỮU CƠ

DENDRIMER
TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG TRONG Y – DƯỢC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
HỌC VIÊN THỰC HIỆN:
2


NỘI DUNG
1. MỞ ĐẦU
2. TỔNG QUAN VỀ DENDRIMER
3. PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP DENDRIMER
4. TỔNG HỢP DENDRIMER PAMAM G5.0 TỪ TÂM EDA
5. XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC CỦA DENDRIMER PAMAM
6. ỨNG DỤNG CỦA DENDRIMER

3


1. MỞ ĐẦU
• Hóa học polymer và kỹ thuật sản xuất đã có từ lâu đời và có vai trị quan trọng
trong sản xuất và đời sống của con người.

• Cùng với sự phát triển của khoa học – kỹ thuật, ngành công nghệ nano ra đời
như một sự tất yếu để đáp ứng cho nhu cầu tìm ra những vật liệu mới của con
người.
• Dendrimer hiện là một trong những nanopolymer được nghiên cứu nhiều nhất
bởi những tính chất cũng như là ứng dụng đặc biệt của nó.

4


2. TỔNG QUAN VỀ DENDRIMER
2.1 KHÁI NIỆM VÀ CẤU TẠO
• Khái niệm dendrimer được Donald A. Tomalia
và cộng sự đưa ra đầu tiên vào năm 1985.
• Dendrimer bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp “Dendron”
– nghĩa là nhánh cây.

Donald A. Tomalia

5


• Dendrimer là một nanopolymer có dạng hình
cầu, cấu trúc nhiều nhánh.
• Cấu tạo phân tử dendrimer gồm ba phần:
- Tâm phân tử (lõi, nhân, core).
- Các nhánh bên trong liên kết các nhóm bên
ngồi với tâm, giữa các nhánh có nhiều khơng
gian trống.
- Các nhóm bề mặt : nhóm anion, nhóm
cation, nhóm trung tính, nhóm ưa nước hoặc

nhóm kỵ nước.
6


2.2 PHÂN LOẠI
Theo cấu trúc hình học:
Dendrimer được phân chia thành các dạng là dendrgraft, dendron, dendrimer.

7


Theo nguyên tử tạo nhánh:

Dendrimer nhánh N

Dendrimer nhánh aryl

Ngoài ra, cịn có các dendrimer nhánh C, nhánh Si, nhánh saccharide, nhánh P, …
8


Theo loại kết nối:
Các dendrimer được phân chia và gọi tên theo các loại liên kết hóa học tại vị trí kết
nối như cầu nối N, cầu nối O, cầu nối aryl, cầu nối este, …

Dendrimer cầu nối N

Dendrimer cầu nối aryl
9

Theo thành phần tâm:
Một số tâm trong dendrimer: NH3, tâm ethylenediamine (EDA), tâm butylenediamine
(BDA), aryl, …

(a) Dendrimer tâm NH3

(b) Dendrimer tâm BDA
10


Theo nối tạo nhánh 1→2 và 1→3:

Mơ hình tạo nhánh 1→2

Mơ hình tạo nhánh 1→3

11


3. PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP DENDRIMER
3.1 Phương pháp “tổng hợp từ trong ra ngồi” (divergent)
• Dendrimer được xây dựng từ một lõi đa chức ở tâm, các monome sẽ gắn vào nhân hình thành thế hệ
dendrimer đầu tiên.
• Sau đó, các monome khác sẽ phản ứng với nhóm bên ngồi mới và hình thành thế hệ dendrimer kế tiếp.
• Tiếp tục lặp lại quy trình trên sẽ thu được một dendrimer thế hệ cao.

12

• Ưu điểm: tổng hợp được dendrimer ở thế hệ cao.
• Nhược điểm: thường kèm theo nhiều phản ứng phụ dẫn đến sản phẩm có
nhiều khuyết tật nên khó tinh chế sản phẩm cuối cùng.

13


3.2 Phương pháp “tổng hợp từ ngồi vào trong” (convergent)
• Phương pháp convergent bắt đầu xây dựng phân tử dendrimer từ các nhóm bên ngồi, rồi đến các nhánh
bên trong, sau cùng là lõi và phân tử dendrimer hồn chỉnh.
• Các monomer phản ứng với nhau tạo thành các drendron. Khi các drendron đạt tới kích cỡ mong muốn thì
chúng sẽ được gắn vào nhân và hình thành phân tử dendrimer.

14


• Ưu điểm: dễ dàng làm sạch và giảm thiểu khuyết tật trên sản phẩm đến mức tối
thiểu.
• Nhược điểm: địi hỏi sự sắp xếp tỉ mỉ các nhóm ngun tử trong khơng gian.
Khi số nhóm bên ngồi càng tang lên sẽ gây cản trở khơng gian cho các nhóm
tiếp theo. Do đó, chỉ thích hợp để tổng hợp các dendrimer ở thế hệ thấp hoặc
phần lõi có kích thước lớn.

15


3.3 Phương pháp “tổng hợp từ ngoài vào trong hai bước” (double – stage
convergent)
• Phương pháp này được coi là sự kết hợp của hai phương pháp divergent và convergent.
• Một dendrimer siêu lõi (hypercore) có nhiều nhóm bề mặt là những nhóm nối nhánh được tổng hợp theo

phương pháp divergent.
• Một dendron được tổng hợp theo phương pháp convergent có nhóm chức hoạt động.
•

Sau đó, dendron và dendrimer được nối với nhau sẽ cho ra sản phẩm.

16


• Ưu điểm: so với phương pháp convergent thông thường, phương pháp này
nhanh chóng tạo thành một dendrimer với độ đơn phân tán cao ở thế hệ cao
mà khơng có sự cản trở lập thể nhờ có sự trợ gúp của siêu lõi đa nhánh.

17


3.4 Phương pháp “tổng hợp tăng lũy thừa hai” (double exponential)
• Phương pháp này phát triển theo hướng divergent nhưng với tốc độ nhanh hơn theo cấp số nhân.
• Từ một dendron có hai nhóm nối nhánh và một nhóm chức bảo vệ, tiến hành hoạt hóa có chọn lọc các
nhóm đó theo hai hướng khác nhau (hướng ngoại vi và hướng tiêu điểm của dendron).
• Sau khi hoạt hóa, các Dendron sẽ phản ứng với nhau tạo thành dendron có thế hệ cao hơn.

18


3.5 Phương pháp “tổng hợp trực giao” (orthogonal)
• Sử dụng một monomer có nhánh khác nhau, một trong số đó khơng có khả năng nối nhánh nhưng khi
điều kiện phản ứng thích hợp thì sẽ được hoạt hóa để có thể tham gia nối nhánh.
• Sản phẩm tạo thành ban đầu cũng khơng có khả năng nối nhánh nhưng khi điều kiện phản ứng thích
hợp thì sẽ được hoạt hóa để có thể tham gia nối nhánh.

•

Cứ tiếp tục lặp lại quá trình sẽ thu được dendrimer..

19


• Ưu điểm: dendrimer có thể được tổng hợp nhanh và khơng phải trải qua nhiều
giai đoạn.
• Nhược điểm: khó tìm được chất phù hợp với các điều kiện nêu trên. Do đó,
phương pháp này ít được sử dụng.

20


3.6 Phương pháp “tổng hợp với monome siêu nhóm chức” (hypermonomer)
• Sử dụng một monomer có số nhóm chức nhiều hơn thơng thường.
• Ưu điểm: dendrimer tổng hợp được có số lượng nhánh và nhóm bề mặt tang nhanh nhưng các bước
cần thiết để tổng hợp ra một dendrimer vẫn không thay đổi so với các phương pháp thông thường.

21


4. TỔNG HỢP DENDRIMER PAMAM G5.0 TỪ TÂM EDA
Quá trình tổng hợp dendrimer PAMAM thế hệ G5.0 qua 12 giai đoạn, bắt đầu giai đoạn tổng hợp thế
hệ G-0.5 từ ethylenediamine (EDA) lần lượt đến các thế hệ kế tiếp G0, G0.5, G1.0, G1.5, G2.0,
G2.5, G3.0, G3.5, G4.0, G4.5 và G5.0

EDA: ethylenediamine
MA: methyl acrylate

22


Phản ứng tổng hợp dendrimer PAMAM G-0.5:

Phản ứng tổng hợp dendrimer PAMAM G0.0:

23


Sơ đồ tổng hợp dendrimer PAMAM thế hệ lẻ

Sơ đồ tổng hợp dendrimer PAMAM thế hệ chẵn
24


Dendrimer PAMAM G0.5

Dendrimer PAMAM G1.5
25