Dendrimery Pavel Lhoták Ústav rganické Chemie Vysoká škola chemicko-technologická Technická 5, 166 28 Praha 6 Česká republika E-mail: Pavel.Lhotak@vscht.cz www: http://uoch.vscht.cz Jan Budka
Dendrimery 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 umber of publications - keyword dendrimers (according to a CAS-on line search)
ISTRIE This molecular architecture (cascade molecules) was described first in 1978 by Vögtle et al. (Synthesis 1978 155-158), after the same group had reported earlier (1974, 1975) repeatedly on multi armed octopus molecules (F. Vögtle, E. Weber. Angew. Chem. 1974, 86, 896-898 and 1974, 13, 814-816).
Příklady dendrimerů
ástup a rozvoj nanotechnologií nanomolekuly s definovanou strukturou a velikostí (stavební bloky nanotechnologických procesů) Polymery = vysoká polydisperzita Dendrimery = syntetické makromolekuly s přesně definovanou velikostí (polydisperzita 1.00)
Dendrimery molekuly s vysoce organizovanou prostorovou strukturou příklad: strukturní hierarchie biomakromolekul bílkoviny (20 aminokyselin) schopnost přesně zachovávat v biologickém prostředí velikost, tvar, topologii, flexibilitu i povahu povrchu molekuly dendrimery
Dendrimery - fraktálová geometrie poly(oligo)merní struktury imitující tvar stromu nebo keře
Struktura dendrimerů jádro iniciuje tvar a způsob větvení core vnitřní kaskádovitá struktura vnější povrchová oblast dendrimeru
Makromolekulární architektura a) lineární b) zesíťovaná c) větvěná d) dendritická náhodně hypervětvená dendrigrafty dendrony dendrimery
Divergentní strategie jádro G = 0 1 2 3 4 směr růstu: od jádra (přípojného bodu) k povrchu povrch Konvergentní strategie přípojný bod G = 0 1 2 3 4 směr růstu: od povrchu k jádru (přípojnému bodu)
Počet funkčních skupin geometrická řada W = c b G W počet povrchových funkčních skupin c multiplicita jádra (počet připojených větví) b multiplicita větvícího segmentu (obvykle 2 nebo 3) G číslo generace
Divergentní strategie větvení 1 2 G0 G1 G2 G3 G4 4 8 16 32 64 G5 G6 128 256
Divergentní strategie větvení 1 3 G0 G1 G2 G3 G4 G5 G6 4 12 36 108 324 972 2916
Synthesis of tetra-functional poly( oly(amidoamine) (PAMAM) dendrimers: komerčně dostupné až do G 7.5
PAMAM dendrimery Me Me n 2 n 2 Me G0.5 Me Me 2 2 2 2 n G1 2 2 Me Me Me Me Me n G1.5 Me Me Me Me
PAMAM dendrimery - pokračování G1.5 2 2 2 2 2 2 G2 n 2 2 2 2
PAMAM dendrimery - pokračování 2 2 2 2 G2 n 2 2 Me 2 2 Me Me Me Me Me Me Me Me Me n G2.5 Me Me Me 2 2 Me Me Me Me
PAMAM dendrimery - pokračování 2 2 2 2 2 2 2 2 n G3 2 2 Me 2 2 2 2 2 2
PAMAM dendrimery - pokračování Me Me Me Me Me Me Me Me Me Me Me Me Me Me Me Me Me Me Me Me Me Me Me Me Me Me Me Me Me Me Me Me n jádro - core větvení periférie G3.5 G3.5
Srovnání velikosti PAMAM dendrimerů s některými biomolekulami
Konvergentní strategie G1-Br + Br K 2 C 3 18-crown-6 G1- CBr 4 /P 3 G2-Br Br K 2 C 3 18-crown-6 G2-
Konvergentní strategie K 2 C 3 18-crown-6 CBr 4 /P 3 G3 G3- G3 G3-Br Br Fr Fréchet chet-dendrons dendrons G2 G2-
C 3 Konvergentní strategie G3 G3- K 2 C 3 18-crown-6 CBr 4 /P 3 G4 G4-Br Br C 3
Konvergentní strategie Fréchet chet-dendrons
Vlastnosti PAMAM v závislosti na generaci (G6-7) polydisperzita 1,000002 do 1,005 (G>7) congestion effect multiplicita větvení b =2 molekulová hmotnost další generace se přibližně zdvojnásobuje 517 1 430 3 256 6 909 14 215 (MALDI TF MS)
Topologie dendrimerů monofunkcionalizace
Topologie dendrimerů chemické modifikace PAMAM na povrchu
Topologie dendrimerů globální lokální bifunkcionalizace
Topologie dendrimerů bifunkcionalizace uvnitř dendrimeru
Příklady bifunkcionalizovaných dendrimerů globální lokální
Použití dendrimerů molekulární kontejnery klasická micela unimolekulární micela cílený transport a dávkování biologicky aktivních látek a léčiv
molekulární kontejnery-dendritic box Poly(propyleniminový propyleniminový) ) PPI dendrimer vytvářející dendritickou krabici inverzní unimolekulární micela (voda-superkritický C 2 )
Použití dendrimerů molekulární kontejnery (E)- eosin Br - Br C 2 - Br Br (Z)- photo-responsive azobenzene dendrimers
Dendrimery s azoskupinami
Povrchová modifikace - rozpustnost různé jádro (délka)
Povrchová modifikace - rozpustnost ost guest interactions between dendrimers and hydrophobic guests, which are sparingly soluble in water
Dendrimery s uzavřeným povrchem Grubbs hydrolýza
54 ferrocenových jednotek Metallodendrimery
Metallodendrimery kobaltocenium AuFe 3 klastry
Metallodendrimery MeC (modrý) -30 C v toluenu černá sraženina
Metallodendrimery Polymerizační reakce (RMP = ring opening metathesis polymerisation) norbornenu s G3 dendrimerem obsahujícím 16 ruthenium-karbenových skupin
Metallodendrimery
Bimetalické dendrimery nanočástice definované velikosti
Dendrimery s nanočásticemi Selektivní hydrogenace v závislosti na velikosti substrátu a použité generaci dendrimeru
Dendrimery s nanočásticemi využití R-S Au R interakcí
Dendrimery s nanočásticemi Interakce ATP 2 - s povrchem dendronizované Au nanočástice
Supramolekulární chemie dendrimerů a) R = C - b) R = C(C 2 ) 2 + Me 3
Supramolekulární chemie dendrimerů fotochemická excitace dovoluje intermolekulární přenos energie (singletový( stav) v rámci klastru
Supramolekulární chemie dendrimerů Synthesis of dendrimers with a tris(bipyridine)ruthenium(ii) ) core (Vögtle et al. and Balzani et al.)
Supramolekulární chemie dendrimerů a) b) c) Dendritic tris(bipyridine)ruthenium(ii) ) complexes with Fréchet type dendrons (c) according to VögtleV et al. and Balzani et al., and according to ewkome et al. (b) (lipophilic)) and (a) (hydrophilic)
Supramolekulární chemie dendrimerů
Supramolecular aggregates which give a hexameric (b) (here only one of the two isophthalic acid planes is shown) and a trimeric dendrimer (c) after Zimmerman et al.
Supramolekulární chemie dendrimerů Gallic acid dendrons self-assembling to supramolecular dendrimers, which again organize themselves in thermotropic, liquid-crystalline phases.
Supramolekulární chemie dendrimerů Self-organization of amphiphilic poly(propyleneamine) dendrimers (a) in solution, (b) at the air water interface.
Multivalentní glykodendrimery a) inhibitors of cell surface protein - carbohydrate interactions b) tools for studying such recognition processes in vitro
Multivalentní glykodendrimery
Dendrimery v medicíně Boron-containing polylysine dendron with an additional binding site for the coupling to an antibody. It is used in the boron neutron capture therapy.
Dendrimery v medicíně Ukázka dendrimeru používaného jako kontrastní látka v MR imagingu
Dendrimery s uzavřeným povrchem
Syntéza nanotrubek
Syntéza nanotrubek Computer-generated structure of a hexameric tin porphyrin dendrimer bridged by succinate ligands
Syntéza nanotrubek MALDI-MS MS spectra (the inset shows the expanded region for m/z 32000 100000 Da)
Syntéza nanotrubek SEC traces (toluene, UV detector at 289 nm) obtained on a double Waters Styragel R 4E column (MW range is 50 100000 Da)
Literatura o dendrimerech Zvláštní vydání o dendrimerech: Comptes Rendus Chimie,, 2003, 6,, 709-1212. Recent Developments in Dendrimer Chemistry: Tetrahedron,, 2003, 59(22), 3787-4024.
Děkujeme za pozornost! Jan Budka Jan Budka