Введение к работе
Актуальность темы. В последние десятилетия синтетические и гибридные полимеры привлекают внимание химиков, биологов, медиков как средства доставки лекарственных веществ, энтеросорбенты и т.д. Особый интерес связан с полимерами, макромолекулы которых частично или полностью построены из структурных элементов, составляющих цепи природных биополимеров, например, аминокислотных звеньев, гликозидных фрагментов и др. Синтез и исследование свойств полимеров, в состав которых входят как единичные звенья природных аминокислот, так и их последовательности, является актуальной задачей, лежащей на стыке химии высокомолекулярных соединений и биологической химии.
Использование трифункциональных природных аминокислот открывает широкие возможности конструирования макромолекул сложной архитектуры с прогнозируемой функциональной ролью. Особенностью таких аминокислот (лизина, аспарапшовой и глутаминовой и др.) является их способность формировать макромолекулы как линейного, так и разветвленного строения (в том числе и дендримеры). Известны и хорошо изучены разнообразные структуры на основе лизина, несущие аминогруппы на периферии. Следует отметить, что, по сравнению с линейными аналогами, полимеры с разветвленными заместителями часто менее токсичны. В ряде случаев они эффективнее взаимодействуют с целевыми объектами за счет более высокой плотности функциональных групп на «периферии» макромолекулы, а также их доступности.
Природные аминодикарбоновые кислоты (аспарагиновая и глутаминовая) позволяют создавать разветвленные структуры, которые (в отличие от лизиновых) несут периферические карбоксильные группы. Однако синтезу и исследованию полимеров с такими заместшелями посвящено сравнительно небольшое количество работ.
Цель диссертационной работы состоит в создании подходов к синтезу разветвленных (в том числе дендронизованных) полимеров с различными основными цепями, несущих заместители на основе L-аспарагиновой кислоты (L-Asp) и установление влияния структурных элементов на физико-химические свойства полимеров и информационные свойства их макромолекул. Данная цель достигается решением следующих задач:
модификацией разработанных ранее методов синтеза дендронизованных полимеров с заместителями на основе природных аминокислот применительно к акриловому полимеру с дендроном третьей генерации на основе L-Asp;
разработкой подходов к синтезу акриловых полимеров с боковыми заместителями на основе одного фрагмента L-Asp с концевыми группами различной природы;
разработкой методов синтеза разветвленных полимеров, макромолекулы которых состоят исключительно из природных аминодикарбоновых кислот;
изучением влияния природы основной цепи макромолекул, объема боковых заместителей, наличия жесткого спейсера, типа периферических групп на степень полимеризации образующихся полимеров, их физико-химические свойства, а также информационные свойства макромолекул.
Научная новизна. Впервые был получен дендронизованный полимер с основной полиакриловой цепью и дендронами третьей генерации на основе L-Asp, макромолекулы которого несут восемь периферических функционшіьньгх групп в каждом мономерном звене. Синтез осуществлен радикальной полимеризацией мономера, в котором дендрон с внешними гексилоксикарбонильными фрагментами отделен от полимеризующейся группы жестким бензамидным спейсером.
Предложенный в работе способ синтеза полимеров, основная и боковая цепи которых построены исключительно из остатков природных аминодикарбоновых кислот, методом полимеризации N-карбоксиангидридов является первым примером прямого получения таких объектов из сложных мономеров, уже имеющих заместитель — другую аминокислоту.
Впервые методом радикальной гомополимеризации получены и исследованы регулярные амфифильные полимеры с основной полиакриловой либо поли-а-глутаминовой цепью и боковыми заместителями на основе L-Asp, которые несут в каждом мономерном эвене ионогенную группу и длинный ачифатический радикал.
Практическая значимость работы. Разработанные в работе подходы к синтезу разветвленных макромолекул, частично или полностью построенных из остатков природных аминокислот, могут быть использованы для направленного получения сложных объектов с заданными свойствами. Простота предложенных методов синтеза полимеров, основная и боковая цепи которых построены исключительно из остатков природных аминодикарбоновых кислот, а также разветвленных полимеров, содержащих в структуре бокового заместителя и гидрофильный, и гидрофобный фрагменты, позволяет прогнозировать их перспективность. В работе получена информация о взаимосвязи между природой основной цепи, наличием и природой спейсера, типом периферических групп и способностью мономеров к полимеризации, а также между физико-химическими свойствами полимеров и конформацией их макромолекул.
Положения, выносимые на защиту
метод синтеза N-карбоксиангидридов, несущих присоединенные амидными связями заместители, являющиеся производными аминокислот:
подход к синтезу разветвленных полимеров, целиком построенных из природных аминокислот (методом полимеризации N-карбоксиангидридов);
способ синтеза и результаты исследования термодинамических, структурных и конформационных свойств амфифильных разветвленных полимеров, содержащих гидрофильный и гидрофобный фрагменты в каждом мономерном повторяющемся звене;
результаты исследования конформационных свойств дендронизованных полимеров, внутренняя сфера которых, построенная из остатков L-аспарагиновой кислоты, содержит группы, способные к образованию водородных связей:
установленные закономерности влияния структурных элементов разветвленных макромолекул на ряд физико-химических свойств полимеров.
Личный вклад автора состоит в активном участии в формулировке цели, задач и выводов данной работы, в непосредственном получении экспериментальных данных, вошедших в текст диссертации, выработке методологии исследования и интерпретации полученных результатов.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы представлялись на международных и российских конференциях и симпозиумах: "Современные тенденции орг. химии", Санкт-Петербург, июнь 2004 г.; "Modern Trends in organoelement and polymer chemistry" Moskow, Russia, INEOS, June, 2004: "Современные тенденции в орг. синтезе и проблемы химического образования", Санкт-Петербург, июнь 2005 г.; European Polymer Congress, Moskow, June 2005; "Мої. Mobility and Order in Polymer Systems" Saint-Petersburg, Russia, June 2005; Четвертой Всероссийской Каргинской конференции "Наука о полимерах 21-му веку ", Москва, январь 2007; Третьей Санкт-Петербургской конференции молодых ученых «Современные проблемы науки о полимерах», Санкт-Петербург, Россия, апрель 2007 г.; б"1 Int. Symposium, St. Petersberg, Russia, June 2008 г; «Основные тенденции развития химии в начале XXI века», Санкт-Петербург, апрель 2009 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 статьи, тезисы 12 докладов.
Структура и обьем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературных данных по синтезу и применению разветвленных полимеров, синтезированных, в том числе, и с использованием природных аминокислот, обсуждения результатов исследования, жспериментатьной части, выводов, приложений и списка цитируемой литературы. Работа изложена на 150 страницах и включает 51 рисунок, 8 схем, 17 таблиц и 3 приложения. Список литературы содержит 157 наименований.
