PAMAM树枝状分子的合成与研究
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问
提
答 疑
Question and answer
Question and answer
• 合成0.5代PAMAM树枝状分子的实验步骤 移取2.2ml乙二胺于100ml三颈瓶，加入8.74g甲醇作为 溶剂，在氮气保护下，置于冰水浴中，一边搅拌一边以恒压 滴液漏斗滴加丙烯酸甲酯24.0ml，滴加速度控制在每秒一滴。 滴加完毕后继续冰水浴搅拌反应30min。之后撤去冰水浴， 常温避光搅拌24h。然后通过后处理纯化产物 合成1.0代PAMAM树枝状分子的实验步骤 称取4.0g0.5G PAMAM于100ml三颈瓶中，加入12.04g甲醇 作为溶剂，在氮气保护下，置于冰水浴中，一边搅拌一边以 恒压滴液漏斗滴加16.0ml乙二胺，滴加速度为每秒一滴。滴 加完毕后继续冰水浴搅拌20min。之后撤去冰水浴，常温避 光搅拌24h。然后通过后处理纯化产物。
PAMAM树枝状分子的合成
• PAMAM树枝状分子的合成原理 • 本论文采用发散法合成PAMAM树枝状分子。先以 乙二胺为初始核，与丙烯酸甲醋进行Michael加成 反应，生成0.5代PAMAM树枝状分子;接着用0.5代 产物与过量的乙二胺进行酞胺化反应，得到1.0代 PAMAM树枝状分子。然后交替重复进行以上两个反 应步骤，得到代数依次增加的PAMAM树枝状分子
1.0代产物的红外分析
• 从1.0代PAMAM红外光谱图中可以看出，3280.67 cm-1是 -NH2的伸缩振动峰；在2937.06 cm-1和2864.57 cm-1处 出现了两组吸收峰，它们分别为-CH2-的不对称伸缩振动 和对称伸缩振动；而1642.21 cm-1和1557.43 cm-1处的强 吸收峰是酰胺基的特征吸收峰，它们分别是由羰基伸缩振 动和-CONH-的N-H键的弯曲振动、C-N键的伸缩振动引起 的；在1469.16 cm-1出现了-CH2-的弯曲振动吸收峰， 1195.39 cm-1和1115.03 cm-1分别是伯胺和叔胺的伸缩振 动。由于2.0和3.0代分子与1.0代分子所含的官能团种类相 同，只是支化带不同而已，所以三者的光谱谱图非常相似， 红外分析表明整代产物中都含有-NH2、-CH2-等特征基团， 与理论结构相符
0.5代产物的红外分析
• 从0.5G红外光谱谱图可以看出，图中可以看出，在波数 1736.41 cm-1处出现了典型的强羰基特征吸收峰，在 1197.05cm-1和1174.18 cm-1处分别出现了酯基的特征吸 收峰，说明羰基是以酯基形式存在的。在1039.00 cm-1和 1130.66cm-1处分别出现了C-N基的弱的伸缩振动峰，证 明了N原子是以-CH2-N形式存在的，这与分子结构是相符 的。在波数2953.04 cm-1和2828.05 cm-1处分别出现了强 吸收峰，它们分别为-CH3和-CH2-的不对称伸缩振动峰和 对称伸缩振动峰，对应于1437.16 cm-1处出现了-CH2-的 不对称变形振动峰，并且在1358.22 cm-1处相互现了CH3的弯曲振动吸收峰，证明产物中含有-CH3、-CH2-、 -COO-、-N-(三阶)等特征基团。以上结果都说明合成的产 品与目标产物相符。
PAMAM树枝状大分子的应用
• 作为催化剂载体
• 研究发现，通过在树枝状大分子的孔腔内部引入具有催化 活性的中心，可以使整个催化过程在分子的孔腔内完成。 也可以利用树枝状大分子外围官能团的反应活性，将催化 剂的活性中心联结在分子的外围，从而在分子外围完成催 化过程。 • 此外，具有特定分子结构的树枝状大分子本身也可以起到 催化剂载体的作用。例如，将代数为4代的PAMAM树枝状大 分子作为催化剂载体，在其分子表面上分散一些具有催化 活性的过渡金属原子，比如Cu, Pt和Pd等，可以制成具有 很强催化活性的催化剂，该类催化剂可用于催化烯烃的顺 式加氢反应
PAMAM树枝状分子的合成 与研究
汇报人：李玉涛 2015年10月13日
前言
• 树枝状分子由三部分组成:一个引发核，一个由重 复单元组成的内体以及一个具有多个尾端官能团 的外层表面。它是一种三维结构，结构形状像树 枝，也有一些树枝状分子结构像球形。 • 树枝状分子在某些方面与传统聚合物分子相似。 比如，树枝状分子的组成同样有重复的结构单元， 分子量同样可以达到上万的程度。但是单元分子 量同样可以达到上万的程度。但是，这类树枝状 高分子却与以往的高聚物有明显的、十分重要的 区别:传统聚合是一个随机的反应过程，聚合物的 分子量具有多分散性，只能用一个范围来衡量;而 这类树枝状高分子的合成过程，则是以能在分子 水平上严格地设计、控制分子的大小、形状结构 等为特点的。
合成PAMAM树枝状分子的方法
• 收敛法
与发散法相对应的是收敛法，采用将预先合成 好的树枝状低聚物依次连接在核心分子上的合成策 略。收敛法由C.J.Hawker和J.M.Frechet在制备聚芳 醚结构的树枝状大分子时首先提出。该种方法与上 面提到的发散法正好相反，其合成步骤是先合成一 个一个的小分支，然后这些小分支两两相连，发展 成较大的“枝”，最后两个(或多个)对称的大“枝” 连在一起形成树枝状大分子。这种方法的优点是可 以把末端带不同官能团的“枝”整合在同一个树枝 状大分子里面。
树枝状大分子的结构
目录
• PAMAM树枝状大分子的概况 • PAMAM树枝状大分子的应用 • PAMAM树枝状大分子的合成 • PAMAM树枝状大分子的表征
PAMAM树枝状大分子的概况
• 聚酰胺—胺(Polyamidoamine，简称PAMAM)树 枝状大分子是最早合成的树枝形聚合物之一。 PAMAM树枝状大分子具有非常规整、精致的结构， 分子体积、形状及功能基团都可精确控制。 • 其相对分子质量可被严格控制，呈单分散性，内 部具有空腔，可以包裹药物分子，PAMAM 树枝 状高分子高浓度的末端官能团能与许多有机、无 机、生物物质等发生化学反应。通过修饰引进阴 离子、阳离子及疏水基团，从而提高生物相容性、 生物利用度和靶向性。
PAMAM树枝状大分子的应用
PAMAM树枝状大分子用于DNA传递和基因治疗
在生理条件下，PAMAM树枝状大分子末端的胺基完全质子 化成为带正电荷的氨基正离子。所以大分子的表面有很高的 正电荷密度，能与DNA分子主链上带负电的磷酸基团发生静 电相互作用，形成复合物。该复合物可将负载在上面的基因 片断载入细胞核，使基因片断上的遗传信息得以表达，这在 DNA传递和基因治疗领域具有重要的意义。采用这种手段介 导DNA片断，除了可在体内或体外获得高水平的DNA转运效率 外，还具有一系列优良特性。首先，树枝状大分子/DNA复合 物具有很好的稳定性和溶解性，在水溶液中可稳定存在几周; 其次，可大大提高DNA转染效率;另外还可以延长DNA在体内 的存留时间与传统的阳离子脂载体系统介导的转染技术相比， 核酸分子与树枝状大分子的复合物可在体外转染大量不同的 真核细胞，并且具有普遍的高效性。
合成PAMAM树枝状分子的方法
• 发散法
发散法是Vogue合成聚丙烯亚胺时提出的，该种 合成方法的步骤是先合成初始核，然后以此核为中 心一步一步往外接枝，原来的一个增长活性点发展 到下一代变成两个(或三个)具有同样活性的增长点。 增长活性点数目(即表面官能团数目)因此成指数增 长，分子质量也成指数增长。这种方法能够制备出 高代数的树枝状大分子。但是随着代数的增加，空 间位阻增加，分子外围增长活性点进一步的接枝困 难，所以高代数的树枝状大分子表面缺陷比较严重。
PAMAM树枝状大分子的应用
• 树枝状大分子用作药物载体
•
作为药物载体，树枝状大分子比其它药物分子有着明显 的结构优势。首先,它的表面连有大量的官能团，经过修 饰可以连接大量药物分子;其次高代的数枝状大分子在空 间呈球状分布，内部存在着较大的孔腔，这些孔腔里可以 包埋药物分子。这些结构特点使树枝状大分子的载药量大 大提高。如果在表面官能团上连接具有药物靶向引导功能 的基团，树枝状大分子还可以用于药物的靶向控释。而且 树枝状大分子的粒径一般在lOnm左右，所以在实现药物释 放的同时不会造成血栓的形成。
结百度文库与讨论
• 利用分散法合成0.5G~4.5G的PAMAM树枝状分子， 其产率列于表2-4
从表2-4中所列数据，可以看出无论是半代树枝 状高分子，还是整代树枝状分子，其产率基本上 都是随着支化代数的增高而增大的，有的甚至超 过了100% 。产率超过100%的原因有两方面，一是 随着支化代的升高，其粘度增大，不利于过量反 应物和溶剂的分离。二是支化代增加，其树形臂 长增加，内部孔腔增多，体积增大，增加了分离 难度。 • 无论是半代树枝状分子，还是整代树枝状分子， 随着支化代数的增高，.颜色由淡黄色逐渐加深至 棕红色，逐渐由粘度较低的糖汁状转变为胶粘的 玻璃状。而且，酯端基的半代树枝状分子的粘度 要比其对应的胺端基的整代树枝状高分子的粘度 低，颜色要深一些。
PAMAM树枝状大分子的应用
• 作为表面活性剂 • PAMAM树状大分子中的碳氢链是亲油性基团而胺基 是亲水性基团，所以PAMAM具有增溶、破乳、稳定 等表面活性剂所具有的作用。但是PAMAM树状大分 子作为表面活性剂与传统的表面活性剂在结构上 是不一样的。随着代数的增多，它接近于球形， 而传统的表面活性剂多为线型。因而PAMAM树状大 分子作为表面活性剂又有其自身特点。
问
提
答 疑
Question and answer
Question and answer
• 合成0.5代PAMAM树枝状分子的实验步骤 移取2.2ml乙二胺于100ml三颈瓶，加入8.74g甲醇作为 溶剂，在氮气保护下，置于冰水浴中，一边搅拌一边以恒压 滴液漏斗滴加丙烯酸甲酯24.0ml，滴加速度控制在每秒一滴。 滴加完毕后继续冰水浴搅拌反应30min。之后撤去冰水浴， 常温避光搅拌24h。然后通过后处理纯化产物 合成1.0代PAMAM树枝状分子的实验步骤 称取4.0g0.5G PAMAM于100ml三颈瓶中，加入12.04g甲醇 作为溶剂，在氮气保护下，置于冰水浴中，一边搅拌一边以 恒压滴液漏斗滴加16.0ml乙二胺，滴加速度为每秒一滴。滴 加完毕后继续冰水浴搅拌20min。之后撤去冰水浴，常温避 光搅拌24h。然后通过后处理纯化产物。
PAMAM树枝状分子的合成
• PAMAM树枝状分子的合成原理 • 本论文采用发散法合成PAMAM树枝状分子。先以 乙二胺为初始核，与丙烯酸甲醋进行Michael加成 反应，生成0.5代PAMAM树枝状分子;接着用0.5代 产物与过量的乙二胺进行酞胺化反应，得到1.0代 PAMAM树枝状分子。然后交替重复进行以上两个反 应步骤，得到代数依次增加的PAMAM树枝状分子
1.0代产物的红外分析
• 从1.0代PAMAM红外光谱图中可以看出，3280.67 cm-1是 -NH2的伸缩振动峰；在2937.06 cm-1和2864.57 cm-1处 出现了两组吸收峰，它们分别为-CH2-的不对称伸缩振动 和对称伸缩振动；而1642.21 cm-1和1557.43 cm-1处的强 吸收峰是酰胺基的特征吸收峰，它们分别是由羰基伸缩振 动和-CONH-的N-H键的弯曲振动、C-N键的伸缩振动引起 的；在1469.16 cm-1出现了-CH2-的弯曲振动吸收峰， 1195.39 cm-1和1115.03 cm-1分别是伯胺和叔胺的伸缩振 动。由于2.0和3.0代分子与1.0代分子所含的官能团种类相 同，只是支化带不同而已，所以三者的光谱谱图非常相似， 红外分析表明整代产物中都含有-NH2、-CH2-等特征基团， 与理论结构相符
0.5代产物的红外分析
• 从0.5G红外光谱谱图可以看出，图中可以看出，在波数 1736.41 cm-1处出现了典型的强羰基特征吸收峰，在 1197.05cm-1和1174.18 cm-1处分别出现了酯基的特征吸 收峰，说明羰基是以酯基形式存在的。在1039.00 cm-1和 1130.66cm-1处分别出现了C-N基的弱的伸缩振动峰，证 明了N原子是以-CH2-N形式存在的，这与分子结构是相符 的。在波数2953.04 cm-1和2828.05 cm-1处分别出现了强 吸收峰，它们分别为-CH3和-CH2-的不对称伸缩振动峰和 对称伸缩振动峰，对应于1437.16 cm-1处出现了-CH2-的 不对称变形振动峰，并且在1358.22 cm-1处相互现了CH3的弯曲振动吸收峰，证明产物中含有-CH3、-CH2-、 -COO-、-N-(三阶)等特征基团。以上结果都说明合成的产 品与目标产物相符。
PAMAM树枝状大分子的应用
• 作为催化剂载体
• 研究发现，通过在树枝状大分子的孔腔内部引入具有催化 活性的中心，可以使整个催化过程在分子的孔腔内完成。 也可以利用树枝状大分子外围官能团的反应活性，将催化 剂的活性中心联结在分子的外围，从而在分子外围完成催 化过程。 • 此外，具有特定分子结构的树枝状大分子本身也可以起到 催化剂载体的作用。例如，将代数为4代的PAMAM树枝状大 分子作为催化剂载体，在其分子表面上分散一些具有催化 活性的过渡金属原子，比如Cu, Pt和Pd等，可以制成具有 很强催化活性的催化剂，该类催化剂可用于催化烯烃的顺 式加氢反应
PAMAM树枝状分子的合成 与研究
汇报人：李玉涛 2015年10月13日
前言
• 树枝状分子由三部分组成:一个引发核，一个由重 复单元组成的内体以及一个具有多个尾端官能团 的外层表面。它是一种三维结构，结构形状像树 枝，也有一些树枝状分子结构像球形。 • 树枝状分子在某些方面与传统聚合物分子相似。 比如，树枝状分子的组成同样有重复的结构单元， 分子量同样可以达到上万的程度。但是单元分子 量同样可以达到上万的程度。但是，这类树枝状 高分子却与以往的高聚物有明显的、十分重要的 区别:传统聚合是一个随机的反应过程，聚合物的 分子量具有多分散性，只能用一个范围来衡量;而 这类树枝状高分子的合成过程，则是以能在分子 水平上严格地设计、控制分子的大小、形状结构 等为特点的。
合成PAMAM树枝状分子的方法
• 收敛法
与发散法相对应的是收敛法，采用将预先合成 好的树枝状低聚物依次连接在核心分子上的合成策 略。收敛法由C.J.Hawker和J.M.Frechet在制备聚芳 醚结构的树枝状大分子时首先提出。该种方法与上 面提到的发散法正好相反，其合成步骤是先合成一 个一个的小分支，然后这些小分支两两相连，发展 成较大的“枝”，最后两个(或多个)对称的大“枝” 连在一起形成树枝状大分子。这种方法的优点是可 以把末端带不同官能团的“枝”整合在同一个树枝 状大分子里面。
树枝状大分子的结构
目录
• PAMAM树枝状大分子的概况 • PAMAM树枝状大分子的应用 • PAMAM树枝状大分子的合成 • PAMAM树枝状大分子的表征
PAMAM树枝状大分子的概况
• 聚酰胺—胺(Polyamidoamine，简称PAMAM)树 枝状大分子是最早合成的树枝形聚合物之一。 PAMAM树枝状大分子具有非常规整、精致的结构， 分子体积、形状及功能基团都可精确控制。 • 其相对分子质量可被严格控制，呈单分散性，内 部具有空腔，可以包裹药物分子，PAMAM 树枝 状高分子高浓度的末端官能团能与许多有机、无 机、生物物质等发生化学反应。通过修饰引进阴 离子、阳离子及疏水基团，从而提高生物相容性、 生物利用度和靶向性。
PAMAM树枝状大分子的应用
PAMAM树枝状大分子用于DNA传递和基因治疗
在生理条件下，PAMAM树枝状大分子末端的胺基完全质子 化成为带正电荷的氨基正离子。所以大分子的表面有很高的 正电荷密度，能与DNA分子主链上带负电的磷酸基团发生静 电相互作用，形成复合物。该复合物可将负载在上面的基因 片断载入细胞核，使基因片断上的遗传信息得以表达，这在 DNA传递和基因治疗领域具有重要的意义。采用这种手段介 导DNA片断，除了可在体内或体外获得高水平的DNA转运效率 外，还具有一系列优良特性。首先，树枝状大分子/DNA复合 物具有很好的稳定性和溶解性，在水溶液中可稳定存在几周; 其次，可大大提高DNA转染效率;另外还可以延长DNA在体内 的存留时间与传统的阳离子脂载体系统介导的转染技术相比， 核酸分子与树枝状大分子的复合物可在体外转染大量不同的 真核细胞，并且具有普遍的高效性。
合成PAMAM树枝状分子的方法
• 发散法
发散法是Vogue合成聚丙烯亚胺时提出的，该种 合成方法的步骤是先合成初始核，然后以此核为中 心一步一步往外接枝，原来的一个增长活性点发展 到下一代变成两个(或三个)具有同样活性的增长点。 增长活性点数目(即表面官能团数目)因此成指数增 长，分子质量也成指数增长。这种方法能够制备出 高代数的树枝状大分子。但是随着代数的增加，空 间位阻增加，分子外围增长活性点进一步的接枝困 难，所以高代数的树枝状大分子表面缺陷比较严重。
PAMAM树枝状大分子的应用
• 树枝状大分子用作药物载体
•
作为药物载体，树枝状大分子比其它药物分子有着明显 的结构优势。首先,它的表面连有大量的官能团，经过修 饰可以连接大量药物分子;其次高代的数枝状大分子在空 间呈球状分布，内部存在着较大的孔腔，这些孔腔里可以 包埋药物分子。这些结构特点使树枝状大分子的载药量大 大提高。如果在表面官能团上连接具有药物靶向引导功能 的基团，树枝状大分子还可以用于药物的靶向控释。而且 树枝状大分子的粒径一般在lOnm左右，所以在实现药物释 放的同时不会造成血栓的形成。
结百度文库与讨论
• 利用分散法合成0.5G~4.5G的PAMAM树枝状分子， 其产率列于表2-4
从表2-4中所列数据，可以看出无论是半代树枝 状高分子，还是整代树枝状分子，其产率基本上 都是随着支化代数的增高而增大的，有的甚至超 过了100% 。产率超过100%的原因有两方面，一是 随着支化代的升高，其粘度增大，不利于过量反 应物和溶剂的分离。二是支化代增加，其树形臂 长增加，内部孔腔增多，体积增大，增加了分离 难度。 • 无论是半代树枝状分子，还是整代树枝状分子， 随着支化代数的增高，.颜色由淡黄色逐渐加深至 棕红色，逐渐由粘度较低的糖汁状转变为胶粘的 玻璃状。而且，酯端基的半代树枝状分子的粘度 要比其对应的胺端基的整代树枝状高分子的粘度 低，颜色要深一些。
PAMAM树枝状大分子的应用
• 作为表面活性剂 • PAMAM树状大分子中的碳氢链是亲油性基团而胺基 是亲水性基团，所以PAMAM具有增溶、破乳、稳定 等表面活性剂所具有的作用。但是PAMAM树状大分 子作为表面活性剂与传统的表面活性剂在结构上 是不一样的。随着代数的增多，它接近于球形， 而传统的表面活性剂多为线型。因而PAMAM树状大 分子作为表面活性剂又有其自身特点。