stringtranslate.com

Полисульфобетаин

На рисунке показаны две химические структуры наиболее распространенных полисульфобетаинов.
Химические структуры полисульфобетаинов, содержащих (а) четвертичный аммониевый амид метакриловой кислоты (PSPP) и (б) четвертичный аммониевый эфир метакриловой кислоты (PSPE).

Полисульфобетаины представляют собой цвиттерионные полимеры, которые содержат положительно заряженный четвертичный аммоний и отрицательно заряженную сульфонатную группу в одной повторяющейся структурной единице. [1] [2] В последние годы полисульфобетаины привлекают все большее внимание из-за их хорошей биотолерантности и сверхнизкого загрязнения поверхностей. Эти свойства в основном относятся к прочно связанному слою гидратации вокруг каждой цвиттерионной группы, который эффективно подавляет адсорбцию белка и, таким образом, улучшает противообрастающее поведение. [3] [4] Поэтому полисульфобетаины обычно используются в качестве ультрафильтрационных мембран, [4] устройств, контактирующих с кровью, [5] и материалов для доставки лекарств . [3]

Химическую структуру полисульфобетаинов можно разделить на несколько подгрупп. Наиболее распространенными являются амиды (мет)акриловой кислоты («PSPP») или четвертичные эфиры («PSPE»). Также часто встречаются соединения из поли(винилпиридиния), поли(винилимидазолия) или четвертичного поли(пирролидиния), а также цвиттерионные ионены. [2] [6] [7] [8] [9] [10]

Синтез

Полисульфобетаины обычно синтезируются посредством свободнорадикальной полимеризации . [6] [11] Однако синтез полисульфобетаинов часто ограничивается их плохой растворимостью в большинстве растворителей, и в настоящее время в продаже имеется лишь несколько сульфобетаиновых мономеров, подходящих для свободнорадикальной полимеризации. Наиболее популярными являются SPE и SPP, которые обеспечивают хорошее сочетание гидрофильности и полимеризуемости. [11]

Поведение решения

Почти все полисульфобетаины нерастворимы в воде при низких температурах, однако многие полисульфобетаины имеют верхнюю критическую температуру растворения (UCST) в водном растворе. Это означает, что они претерпевают переход от коллапса катушки к глобуле при охлаждении. [12] [13] Такое поведение весьма необычно, поскольку другие цвиттерионные полимеры, например, поли(фосфатидилхолины) и поли(карбоксибетаины), как правило, не проявляют восприимчивого поведения к температурному стимулу. [14] [15] [16]

Причина поведения полисульфобетаинов в растворе типа UCST основана на их электрически нейтральном поведении, т. е. общий заряд равен нулю в большом диапазоне pH (приблизительно 2–14). Из-за нейтрализации зарядов между отдельными полимерными цепями присутствуют отталкивающие и притягивающие взаимодействия, и образуется внутренняя соль. Баланс этого сложного взаимодействия взаимодействий между многочисленными заряженными группами с водой и между собой сильно влияет на растворимость полисульфобетаинов в воде и в конечном итоге приводит к переходу типа UCST. Температура этого фазового перехода, часто называемая точкой просветления, очень чувствительна к молярной массе, архитектуре полимера, изотопам растворителя , например, H2O / D2O , и особенно к добавлению солей в раствор. [17] [18] [19] [20] [21] [22]

Присутствие солевых добавок в водном растворе приводит к изменению баланса притягивающих и отталкивающих взаимодействий и, следовательно, также к изменению растворимости. В частности, природа аниона соли оказывает сильное влияние на растворимость полисульфобетаинов. В то время как хаотропные анионы вызывают улучшенное растворение ( эффект всаливания ), космотропные анионы приводят к осаждению полисульфобетаинов ( эффект высаливания ). [23] [24] [25]

Тонкие пленки из полисульфобетаинов

Тонкие пленки, изготовленные из полисульфобетаинов, также обладают термочувствительностью , однако фазовый переход сильно смещен, что в основном связано с повышенной концентрацией полимера и измененными взаимодействиями полимер-полимер и полимер-вода. [12] [26] [27] Кроме того, и аналогично водным растворам, было обнаружено, что различные изотопы воды (H 2 O/D 2 O) и солевые добавки также влияют на фазовый переход. [20] [28] Интересно, что тонкие пленки полисульфобетаинов обладают эффектом конконсолвентности в смешанных парах вода/метанол, который не обнаружен в растворе вода/метанол. По-видимому, полисульфобетаины обладают смешиваемостью с низшими спиртами на стороне их фазовых диаграмм, богатой веществом. [29] [30]

Ссылки

  1. ^ Лоу, Эндрю Б.; Маккормик, Чарльз Л. (2002-11-01). «Синтез и свойства растворов цвиттерионных полимеров». Chemical Reviews . 102 (11): 4177–4190. doi :10.1021/cr020371t. ISSN  0009-2665. PMID  12428987.
  2. ^ ab Laschewsky, André (2014-05-23). ​​"Структуры и синтез цвиттерионных полимеров". Полимеры . 6 (5): 1544–1601. doi : 10.3390/polym6051544 . ISSN  2073-4360.
  3. ^ ab Woodfield, Peter A.; Zhu, Yicheng; Pei, Yiwen; Roth, Peter J. (2014-01-28). "Гидрофобно модифицированные сульфобетаиновые сополимеры с настраиваемым водным UCST посредством постполимеризационной модификации поли(пентафторфенилакрилата)". Macromolecules . 47 (2): 750–762. Bibcode :2014MaMol..47..750W. doi :10.1021/ma402391a. hdl : 20.500.11937/3990 . ISSN  0024-9297.
  4. ^ ab Wu, Jiang; Lin, Weifeng; Wang, Zhen; Chen, Shengfu; Chang, Yung (2012-05-15). «Исследование гидратации необрастающего материала поли(сульфобетаинметакрилата) методом низкопольного ядерного магнитного резонанса». Langmuir . 28 (19): 7436–7441. doi :10.1021/la300394c. ISSN  0743-7463. PMID  22512533.
  5. ^ Юань, Цзян; Хуан, Сяобо; Ли, Пэнфэй; Ли, Ли; Шэнь, Цзянь (28.08.2013). «Поверхностно-инициированная RAFT-полимеризация сульфобетаина из целлюлозных мембран для улучшения гемосовместимости и противобиологических свойств». Полимерная химия . 4 (19): 5074–5085. doi :10.1039/C3PY00565H. ISSN  1759-9962.
  6. ^ аб Кудайбергенов, Саркыт; Йегер, Вернер; Лащевски, Андре (2006), «Полимерные бетаины: синтез, характеристика и применение», Супрамолекулярные полимеры, полимерные олигомеры бетаинов , том. 201, Берлин, Гейдельберг: Springer Berlin Heidelberg, стр. 157–224, doi : 10.1007/12_078, ISBN 978-3-540-31923-8, получено 2022-02-22
  7. ^ Tarannum, Nazia; Singh, Meenakshi (2013-06-01). «Достижения в синтезе и применении сульфо- и карбоаналогов полибетаинов: обзор». Reviews in Advanced Sciences and Engineering . 2 (2): 90–111. doi :10.1166/rase.2013.1036. ISSN  2157-9121.
  8. ^ Wielema, TA; Engberts, JBFN (1987). «Цвиттерионные полимеры — I. Синтез новой серии поли(винилсульфобетаинов). Влияние структуры полимера на растворимость в воде». European Polymer Journal . 23 (12): 947–950. Bibcode : 1987EurPJ..23..947W. doi : 10.1016/0014-3057(87)90038-3. ISSN  0014-3057.
  9. ^ Grassl, B.; Galin, JC (1995). «Сегментированные цвиттериономеры поли(тетраметиленоксида) и их гомологичные ионены. 1. Синтез, молекулярная характеристика и термическая стабильность». Macromolecules . 28 (21): 7035–7045. Bibcode :1995MaMol..28.7035G. doi :10.1021/ma00125a001.
  10. ^ Grassl, Bruno; Meurer, Bernard; Scheer, Monique; Galin, Jean Claude (1997-01-01). "Сегментированные цвиттериономеры поли(тетраметиленоксида) и их гомологические ионы. 2. Разделение фаз с помощью ДСК и твердотельной 1 H-ЯМР-спектроскопии". Macromolecules . 30 (2): 236–245. Bibcode :1997MaMol..30..236G. doi :10.1021/ma960643s. ISSN  0024-9297.
  11. ^ ab Koeberle, P.; Laschewsky, A. (1994-04-01). "Гидрофобно модифицированные цвиттерионные полимеры: синтез, объемные свойства и смешиваемость с неорганическими солями". Macromolecules . 27 (8): 2165–2173. Bibcode :1994MaMol..27.2165K. doi :10.1021/ma00086a028. ISSN  0024-9297.
  12. ^ аб Нибуур, Барт-Ян; Пухмайр, Йонас; Герольд, Кристиан; Крейцер, Лукас; Хильдебранд, Вьетнам; Мюллер-Бушбаум, Питер; Лашевски, Андре; Пападакис, Кристина (21 мая 2018 г.). «Полисульфобетаины в водном растворе и в геометрии тонких пленок». Материалы . 11 (5): 850. Бибкод : 2018Mate...11..850N. дои : 10.3390/ma11050850 . ISSN  1996-1944 гг. ПМЦ 5978227 . ПМИД  29883371. 
  13. ^ Хильдебранд, Виет; Лашевски, Андре; Цем, Даниэль (13.10.2014). «О гидрофильности полицвиттериона поли (N,N-диметил-N-(3-(метакриламидо)пропил)аммониопропан сульфоната) в воде, дейтерированной воде и водных солевых растворах». Журнал Biomaterials Science, Polymer Edition . 25 (14–15): 1602–1618. doi :10.1080/09205063.2014.939918. ISSN  0920-5063. PMID  25058808. S2CID  23914906.
  14. ^ Bohrisch, Jörg; Schimmel, Thomas; Engelhardt, Heinz; Jaeger, Werner (2002-05-01). "Взаимодействие зарядов синтетических поликарбоксибетаинов в массе и растворе". Macromolecules . 35 (10): 4143–4149. Bibcode :2002MaMol..35.4143B. doi : 10.1021/ma0122019 . ISSN  0024-9297.
  15. ^ Бонте, Нелли; Лащевский, Андре (1 мая 1996 г.). «Цвиттер-ионные полимеры с карбобетаиновыми фрагментами». Полимер . 37 (10): 2011–2019. дои : 10.1016/0032-3861(96)87319-8. ISSN  0032-3861.
  16. ^ Favresse, P; Laschewsky, A (2001-03-01). "Синтез и исследование новых амфифильных поли(карбобетаинов) из мономеров диаллиламмония". Polymer . 42 (7): 2755–2766. doi :10.1016/S0032-3861(00)00686-8. ISSN  0032-3861.
  17. ^ Шульц, Д.Н.; Пайффер, генеральный директор; Агарвал, ПК; Лараби, Дж.; Каладас, Джей Джей; Сони, Л.; Хандверкер, Б.; Гарнер, RT (1 ноября 1986 г.). «Фазовое поведение и свойства раствора сульфобетаиновых полимеров». Полимер . 27 (11): 1734–1742. дои : 10.1016/0032-3861(86)90269-7. ISSN  0032-3861.
  18. ^ Вишневецкая, Наталья С.; Хильдебранд, Виет; Нибур, Барт-Ян; Грилло, Изабель; Филиппов, Сергей К.; Лащевский, Андре; Мюллер-Бушбаум, Питер; Пападакис, Кристин М. (2017-05-23). ​​""Шизофренические" мицеллы из дважды термочувствительных полисульфобетаин-b -поли(N -изопропилметакриламид) диблок-сополимеров". Macromolecules . 50 (10): 3985–3999. Bibcode :2017MaMol..50.3985V. doi :10.1021/acs.macromol.7b00356. ISSN  0024-9297.
  19. ^ Шмольдт, А.; Бенте, Х. Ф.; Хаберланд, Г. (1975-09-01). «Метаболизм дигитоксина микросомами печени крысы». Биохимическая фармакология . 24 (17): 1639–1641. ISSN  1873-2968. PMID  10.
  20. ^ аб Кройцер, Лукас П.; Видманн, Тобиас; Хон, Нури; Ван, Кун; Бисманн, Лоренц; Пейс, Леандер; Мулен, Жан-Франсуа; Хильдебранд, Вьетнам; Лашевский, Андре; Пападакис, Кристин М.; Мюллер-Бушбаум, Питер (14 мая 2019 г.). «Набухание и обменное поведение тонких пленок блок-сополимера на основе поли(сульфобетаина)». Макромолекулы . 52 (9): 3486–3498. Бибкод : 2019МаМол..52.3486К. doi : 10.1021/acs.macromol.9b00443. ISSN  0024-9297. S2CID  155174181.
  21. ^ Хильдебранд, Виет; Лашевски, Андре; Пач, Михаэль; Мюллер-Бушбаум, Питер; Пападакис, Кристина М. (2017). «Влияние структуры цвиттериона на термочувствительное поведение поли(сульфобетаинметакрилатов)». Полимерная химия . 8 (1): 310–322. doi : 10.1039/C6PY01220E . ISSN  1759-9954.
  22. ^ Юй, Цзинфэн; Лю, Юйдун; Сун, Санан; Гао, Ге; Лю, Фэнци (ноябрь 2017 г.). «Фазовое поведение высококонцентрированного раствора сульфобетаина цвиттерионного полимера». Polymer Journal . 49 (11): 767–774. doi :10.1038/pj.2017.51. ISSN  0032-3896.
  23. ^ Чжан, Y; Кремер, P (декабрь 2006 г.). «Взаимодействие макромолекул и ионов: ряд Хофмейстера». Current Opinion in Chemical Biology . 10 (6): 658–663. doi :10.1016/j.cbpa.2006.09.020. PMID  17035073. S2CID  21990688.
  24. ^ Lo Nostro, Pierandrea; Ninham, Barry W. (2012-04-11). «Явления Хофмейстера: обновление ионной специфичности в биологии». Chemical Reviews . 112 (4): 2286–2322. doi :10.1021/cr200271j. ISSN  0009-2665. PMID  22251403.
  25. ^ Wielema, Thomas A.; Engberts, Jan BFN (1990-01-01). "Цвиттерионные полимеры — III. Влияние соли на растворимость поливинилсульфобетаинов и поливинилбетаинов в водном растворе". European Polymer Journal . 26 (6): 639–642. Bibcode : 1990EurPJ..26..639W. doi : 10.1016/0014-3057(90)90220-X. ISSN  0014-3057.
  26. ^ Кройцер, Лукас П.; Видманн, Тобиас; Альдосари, Навара; Бисманн, Лоренц; Мангиапия, Гаэтано; Хильдебранд, Вьетнам; Лашевски, Андре; Пападакис, Кристин М.; Мюллер-Бушбаум, Питер (14 октября 2020 г.). «Циклическое хранение воды в тонких пленках диблок-сополимера на основе поли(сульфобетаина) с двойной термочувствительностью». Макромолекулы . 53 (20): 9108–9121. Бибкод : 2020МаМол..53.9108К. doi : 10.1021/acs.macromol.0c01335. ISSN  0024-9297. S2CID  226323489.
  27. ^ Кройцер, Лукас П.; Видманн, Тобиас; Бисманн, Лоренц; Хон, Нури; Пантле, Йоханнес; Меркл, Рафаэль; Мулен, Жан-Франсуа; Хильдебранд, Вьетнам; Лашевски, Андре; Пападакис, Кристин М.; Мюллер-Бушбаум, Питер (10 апреля 2020 г.). «Кинетика фазового перехода тонких пленок диблок-сополимера на основе поли(сульфобетаина) с двойной термочувствительностью». Макромолекулы . 53 (8): 2841–2855. Бибкод : 2020МаМол..53.2841К. doi : 10.1021/acs.macromol.0c00046. ISSN  0024-9297. S2CID  216346530.
  28. ^ Кройцер, Лукас П.; Видманн, Тобиас; Гейгер, Кристина; Ван, Пэйси; Вагиас, Апостол; Хегер, Джулиан Э.; Хаезе, Мартин; Хильдебранд, Вьетнам; Лашевски, Андре; Пападакис, Кристин М.; Мюллер-Бушбаум, Питер (3 августа 2021 г.). «Зависимое от соли поведение фазового перехода в тонких пленках диблок-сополимера на основе поли(сульфобетаина) с двойной термочувствительностью». Ленгмюр . 37 (30): 9179–9191. doi : 10.1021/acs.langmuir.1c01342. ISSN  0743-7463. PMID  34279952. S2CID  236141517.
  29. ^ Кройцер, Лукас П.; Гейгер, Кристина; Видманн, Тобиас; Ван, Пэйси; Кабитт, Роберт; Хильдебранд, Вьетнам; Лашевски, Андре; Пападакис, Кристин М.; Мюллер-Бушбаум, Питер (28 июля 2021 г.). «Сольватационное поведение тонких пленок диблок-сополимера на основе поли(сульфобетаина) в смешанных парах воды и метанола». Макромолекулы . 54 (15): 7147–7159. Бибкод : 2021МаМол..54.7147К. doi : 10.1021/acs.macromol.1c01179. ISSN  0024-9297. S2CID  237724968.
  30. ^ Кройцер, Лукас П.; Линденмейр, Кристоф; Гейгер, Кристина; Видманн, Тобиас; Хильдебранд, Вьетнам; Лащевский, Андре; Пападакис, Кристин М.; Мюллер-Бушбаум, Питер (19 января 2021 г.). «Поли (сульфобетаин) по сравнению с поли (N-изопропилметакриламидом): поведение тонких пленок по типу совместной неплатежеспособности в атмосфере вода/метанол». Макромолекулы . 54 (3): 1548–1556. Бибкод : 2021МаМол..54.1548К. doi : 10.1021/acs.macromol.0c02281. ISSN  0024-9297. S2CID  234184714.