樹(shù)形大分子的研究進(jìn)展

1、樹(shù)形大分子的研究進(jìn)展樹(shù)形大分子的研究進(jìn)展 從多官能團(tuán)內(nèi)核出發(fā)，從多官能團(tuán)內(nèi)核出發(fā)，通過(guò)支化基元逐步重復(fù)通過(guò)支化基元逐步重復(fù)生長(zhǎng)生長(zhǎng),形成具有高度支化結(jié)構(gòu)的形成具有高度支化結(jié)構(gòu)的樹(shù)枝狀樹(shù)枝狀三維大分子。三維大分子。樹(shù)形大分子的介紹 Tomalia 1985 1985 年首次合成樹(shù)形聚年首次合成樹(shù)形聚( (酰胺酰胺胺胺) )大分子大分子 Hawker19891989年合成樹(shù)形冠醚大分子年合成樹(shù)形冠醚大分子 Balzani 1992 1992 年報(bào)道了有機(jī)過(guò)渡金屬樹(shù)形大分子年報(bào)道了有機(jī)過(guò)渡金屬樹(shù)形大分子 Percec 19951995年報(bào)道了液晶型的樹(shù)形大分子化合物年報(bào)道了液晶型的樹(shù)形大分子化合物樹(shù)

2、形大分子的發(fā)展和研究現(xiàn)狀q 目前，二十多類(lèi)，目前，二十多類(lèi)，200200多種樹(shù)形大分子被合成出來(lái)多種樹(shù)形大分子被合成出來(lái)樹(shù)形大分子的合成方法分散法收斂法核心出發(fā)逐步引入單體。代數(shù)高，分子量大;易有缺陷，產(chǎn)物與反應(yīng)物不易分離。構(gòu)造外圍分支，由核心連接。空間位阻，速率慢; 缺陷少，產(chǎn)物與反應(yīng)物易分離。I. Tomalia. J. Polymer. 1985, 17, 117.C. Hawker, J. Frechet. J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 7638.C.Dufes, I.F. Uchegbu, A.G. Schatzlein. Adv Drug Deli Re

3、v. 2005, 57, 2177PAMAM(聚酰胺- 胺) )合成過(guò)程中心有核內(nèi)部有空腔，大量支化單元表面均勻分布可修飾的官能基團(tuán)體積、形狀、功能基以及分子量都可以在分子水平精確控制-單分散性高度支化，具有規(guī)整，精致的完美結(jié)構(gòu),高代數(shù)呈球形。納米級(jí)尺寸。良好的溶解性，低的黏度。樹(shù)形大分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性質(zhì)低黏度、高溶解性低黏度、高溶解性納米層、聚合液晶、超分子納米層、聚合液晶、超分子內(nèi)部受體封裝膠團(tuán)能量和電子轉(zhuǎn)移分子識(shí)別催化劑、傳感器氧化還原特性外部受體樹(shù)形大分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性質(zhì)A.M. Caminade. Laboratoire de Chimie de Coordination du CN

4、RS 205, route de Narbonne, 31077 Toulouse cedex 4, FRANCE, 2005樹(shù)形大分子的應(yīng)用v 超分子化學(xué)的應(yīng)用v 催化劑方面的應(yīng)用v 生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用v 光學(xué)方面的應(yīng)用v 其他方面的應(yīng)用超分子的應(yīng)用 主-客體體系V. Balzani, F. Vgtle .C. R. Chimie. 2003, 6, 867Fig. 1. Schematic representation of (a) a conventional fluorescent sensor and (b) a fluorescent sensor with signal ampl

5、ification. Open rhombi indicate coordination sites and black rhombi indicate metal ions. The curved arrows represent quenching processes. In the case of a dendrimer, the absorbed photon excites a single fluorophore component, i.e. quenched by the metal ion, regardless of its position.超分子的應(yīng)用 分子自組裝Y.

6、Liu, M. Zhao, D.E. Bergbreiter. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 8720Fig.2. Schematic illustration of the pH-switchable “On/Off” function of the composite film. The polyamine dendrimer units are covalently attached to the Gantrez polymer network. At high pH the film has a net negative charge that exclud

7、es anions but passes cations; at low pH it is positively charged and excludes cations but passes anions; and at intermediate pH, it passes both cations and anions.催化劑方面的應(yīng)用 v 納米尺寸，形成納米微環(huán)境v 催化活性中心有可變性v 減少金屬催化劑流失v 分子結(jié)構(gòu)可精確控制Fig. 3. Shape-selective olefin epoxidation using dendrimers with a manganese(iii

8、) porphyrin core as catalystsP. Bhyrappa, J. K. Young, J. S. Moore, K.S. Suslick. J. Mol Catal A. 1996, 113. 109催化劑方面的應(yīng)用Fig.4. Epoxidation results for the intermolecular mixture of alkenes.The ratios of the epoxides are normalized with respect to corresponding Mn(TPP)+ values. Errors are estimated a

9、t (5% relative.substrate/dendrimera conversion, % turnover no.353 to 1 90 3181760 to 1 92 16193530 to 1 94 331817600 to 1 99 17400Fig.5 A unimolecular reverse micelle that efficiently catalyzes the elimination of tertiary halides. The nonpolar corona (yellow) shields the polar interior (blue) of hyd

10、roxyl functionalities, which are able to stabilize the carbocation intermediate.M.E. Piotti, F. Rivera, R. Bond, C.J. Hawker, J. M. J. Frechet. J. Am.Chem. Soc. 1999, 121, 9471催化劑方面的應(yīng)用Table 1. Effect of Changing the Dendrimer Structure and Concentration on the Yield and Turnover Number for the E1 El

11、imination Reaction (Reaction performed for 43 h at 70 oCa The molar ratio.Fig.6 Competitive Hydrogenations of 3-Cyclohexene-1-methanol and CyclohexeneUsing Various Pd Catalysts .Reaction conditions: 3-cyclohexene-1-methano l 0.5 mmol, cyclohexene 0.5 mmol, catalyst 5.0 mol of Pd, toluene 12.5 mL, H2

12、 1 atm, 30 oC.樹(shù)狀大分子封裝金屬粒子（1）小于4 nm納米粒子，比表面積大、催化效率高（2）表面基團(tuán)控制溶解性（3）能很好的穩(wěn)定納米粒子，并創(chuàng)造納米微環(huán)境（4）能再生使用M. Ooe, M. Murata, T.Mizugaki, K. Ebitani, K. Kaneda. Nano Lett. 2002, 2, 999催化劑方面的應(yīng)用生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用Fig.7 approaches for design of drug delivery systems.藥物載體v內(nèi)部空腔和結(jié)合點(diǎn)可內(nèi)部空腔和結(jié)合點(diǎn)可以攜帶藥物。以攜帶藥物。v高密度表面基團(tuán)經(jīng)過(guò)高密度表面基團(tuán)經(jīng)過(guò)修飾，改變水溶性和

13、靶修飾，改變水溶性和靶向作用。向作用。v毒性較低，通過(guò)擴(kuò)散毒性較低，通過(guò)擴(kuò)散和生物降解實(shí)現(xiàn)藥物釋和生物降解實(shí)現(xiàn)藥物釋放。放。v分子設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)生物相分子設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)生物相溶性和降解性。溶性和降解性。 R. Duncan, L. Izzo. Advanced Drug Delivery Reviews. 2005, 57, 2215外層用聚乙二醇修飾的聚芳醚類(lèi)樹(shù)形單分子膠束，疏水內(nèi)層和親水外層，在水溶液中有很強(qiáng)的增溶能力，每個(gè)膠束能包容9-10個(gè)疏水性消炎痛藥物分子，具有明顯的緩釋作用。Fig. 9. Structure of the G2 dendritic unimolecular micelle.

14、藥物載體M. Liu, K. Kono , J.M.J. Frechet. Journal of Controlled Release. 2000, 65, 121Fig. 8. In vitro release profile of indomethacin from the G3 dendritic unimolecular micelle.病毒：它的體積也小,轉(zhuǎn)染效率就相對(duì)較低.核酸：容易受到細(xì)胞毒素的損害。質(zhì)粒DNA ：易受到血漿和血清蛋白的降解.脂質(zhì)體：它有細(xì)胞毒性反應(yīng)?；蜉d體U. Boas, P.M.H. Heegaard. Chem. Soc. Rew. 2004, 33, 4

15、3.D.A. Tomalia. Prog. Polym. Sci. 2005, 30, 294生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用Fig.10. Top row: Three dimensional depiction of conformational change of an amino-terminated PAMAM dendrimer at increasing pH . Middle row: Two-dimensional depiction of the conformational change of an amino-terminated PAMAM dendrimer upon increas

16、ing pH.Fig. 9 The close dimensional size (nm) of selected proteins to respective generations of ammonia core-dendriPAMAM-(NH2)z dendrimer.v與許多重要蛋白質(zhì)和生物組裝分子的大小及形狀很匹配。vPAMAM生理?xiàng)l件下為聚陽(yáng)離子,且有很好的溶解性， 末端胺基很容易與DNA 中的帶負(fù)電的磷酸基相互作用。v內(nèi)部有空腔，促進(jìn)DNA結(jié)合的復(fù)合物的穩(wěn)定性?；蜉d體J. Dennig, E. Duncan. Reviews in Molecular Biotechnology

17、. 2002, 90, 339.Fig. 11 Model of activated dendrimer-mediated DNA uptake.In the first step of the transfection process, the DNAactivated-dendrimer complex binds to the surface of the cell. The complex is then taken into the cell by endocytosis, and incorporated into the endosome of the cell. From th

18、eendosome the DNA is released into the cytosol. A small percentage of the released DNA reaches the nucleus, where it is transcribed into RNA. In the last step the RNA is transported back into the cytosol and then translated into protein. The exact pathway and metabolism of transfectionreagents after

19、 release into the cytosol are still unclear.聚陽(yáng)離子末端基團(tuán)： DNA相互作用 (緊密結(jié)構(gòu)) 有效鍵合到真核細(xì)胞表面 細(xì)胞內(nèi)吞 緩沖細(xì)胞內(nèi)PH, 確保復(fù)合 物穩(wěn)定 核磁共振造影劑（MRI）生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用M. Fischer, F. Vgtle. Angew. Chem. Int. Ed. 1999, 38, 884.v大量表面基團(tuán)和空腔：可以增加造影劑復(fù)合物的數(shù)量v完美結(jié)構(gòu)，大分子尺寸：從血液循環(huán)排除慢，成像時(shí)間長(zhǎng)增加成像的靈敏度和清晰度（馳豫時(shí)間長(zhǎng)）H. Kobayashi, S. Kawamoto, T. Saga, N. Sato, T. Is

20、himori, J. Konishi, K. Ono, K. Togashi, M.W. Brechbiel. Bioconjugate Chem. 2001, 12, 587.核磁共振造影劑（MRI）Fig. 12. Flowchart of the protocol for preparing Avidin-G6-(1B4M-Gd)254.Fig. 13 Micro-MR image of SHIN3 cell pellets incubated with 4mol of Av-G6Gd, G6Gd, Gd-DTPA,S. Shukla, G. Wu, M. Chatterjee, W.

21、Yang, M. Sekido, L.A. Diop, R. Muller, J.J. Sudimack, R.J. Lee, R.F. Barth, W. Tjarks, Bioconjugate Chem. 2003, 14, 158硼中子俘獲治療試劑葉酸修飾的PAMAM分子可以結(jié)合250-400 10B，能夠靶向腫瘤細(xì)胞，10B與低能中子進(jìn)行核裂變產(chǎn)生能量以及細(xì)胞毒素破壞腫瘤細(xì)胞.癌癥治療Fig. 14 Schematic presentation of an EDA core 3rd generation PAMAM dendrimer G3-DE (1), Na(CH3)3NB10H

22、8NCO (2), andfolic acid FA(3).F. Vgtle, S. Gestermann, R. Hesse, H. Schwierz, B. Windisch. Prog. Polym. Sci. 2000, 25, 987.光學(xué)方面的應(yīng)用光開(kāi)關(guān)Fig. 15. The photo-responsive azobenzene dendrimer.樹(shù)狀大分子在其他方面應(yīng)用q 分析化學(xué)方面q 表面活性劑q 電化學(xué)應(yīng)用q 納米材料方面q 液晶材料q 信息儲(chǔ)存材料結(jié)論和展望 樹(shù)形大分子材料的研究已成為合成化學(xué)的研究熱點(diǎn)。樹(shù)形大分子材料的研究已成為合成化學(xué)的研究熱點(diǎn)。由于獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和

23、性能，使其在催化、超分子化學(xué)、生由于獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性能，使其在催化、超分子化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、光電子材料等領(lǐng)域得到了廣泛的研究與應(yīng)用，物醫(yī)學(xué)、光電子材料等領(lǐng)域得到了廣泛的研究與應(yīng)用，被科學(xué)家稱(chēng)為被科學(xué)家稱(chēng)為“有機(jī)化學(xué)新家庭有機(jī)化學(xué)新家庭”、“二十一世紀(jì)的新二十一世紀(jì)的新材料材料”、“新材料的突破新材料的突破”。 目前，樹(shù)形大分子的研究尚處于探索和積累階段，目前，樹(shù)形大分子的研究尚處于探索和積累階段，許多性能還屬未知。隨著研究和應(yīng)用的日益深入，其特許多性能還屬未知。隨著研究和應(yīng)用的日益深入，其特殊的結(jié)構(gòu)伴隨特異的性能，這種材料必將在多個(gè)領(lǐng)域顯殊的結(jié)構(gòu)伴隨特異的性能，這種材料必將在多個(gè)領(lǐng)域顯示廣闊的應(yīng)用

24、前景。示廣闊的應(yīng)用前景。參考文獻(xiàn)15.I. Tomalia. J. Polymer. 1985, 17, 117.16.C. Hawker, J. Frechet. J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 7638.17.C.Dufes, I.F. Uchegbu, A.G. Schatzlein. Adv Drug Deli Rev. 2005, 57, 217718.V. Balzani, F. Vgtle .C. R. Chimie. 2003, 6, 86719.Y. Liu, M. Zhao, D.E. Bergbreiter. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 872020.P. Bhyrappa, J. K. Young, J. S. Moore, K.S. Suslick. J. Mol Catal A. 1996, 113. 109 21.M.E. Piotti, F. Rivera, R. Bond, C.J. Hawker, J. M. J. Frechet. J. Am.Chem. Soc. 1999, 121, 9471 22.M. Ooe, M. Murata, T.Mizugaki, K. Ebitani,