อ่าน 3 นาที
พอลิเมอร์เดนโดรไนซ์
ใน เคมีพอลิเมอร์ และ วิทยาศาสตร์วัสดุ พอ ลิเมอร์เดนโดรไนซ์ [ 1 ] ( ภาษาอังกฤษแบบ บริติช : dendronised polymers ; จาก dendro- ' ต้นไม้ ' ) เป็น พอลิเม อ ร์ พอลิเมอร์เดนโดรไน...
พอลิเมอร์เดนโดรไนซ์
ในเคมีพอลิเมอร์และวิทยาศาสตร์วัสดุพอลิเมอร์เดนโดรไนซ์[ 1 ] ( ภาษาอังกฤษแบบ บริติช : dendronised polymers ; จากdendro- ' ต้นไม้' ) เป็น พอลิเม อ ร์ พอลิเมอร์เดนโดรไน ซ์มีแกนหลักเชิงเส้น และในแต่ละหน่วยซ้ำของแกนหลักเชิงเส้น จะมีเดนดรอนติดอยู่ เดนดรอนเป็น พอลิเมอร์ ที่มีกิ่งก้านสาขา อย่างสม่ำเสมอ มีลักษณะคล้ายต้นไม้ ซึ่งประกอบด้วยหน่วยซ้ำ หากเดนดรอนมีขนาดใหญ่แกนหลักของพอลิเมอร์จะพันรอบตัวเอง ทำให้มีรูปร่างทรงกระบอกคล้ายไส้กรอก
ภาพที่ 1 (ซ้าย) แสดงภาพการ์ตูน โดยโครงสร้างหลักเป็นสีแดง และส่วนที่คล้ายเดนดรอนเป็นสีเขียว ภาพที่ 1 (ขวา) แสดงตัวอย่างที่เป็นรูปธรรม โครงสร้างหลักคือโพลีเมทิลเมทาคริเลต (PMMA) ซึ่ง หมู่เมทิล ( −CH 3 ) ถูกแทนที่ด้วยเดนดรอนรุ่นที่สาม (จุดแตกแขนงต่อเนื่องกันสามจุด)
รูปที่ 1. ภาพการ์ตูนแสดงโครงสร้าง (ซ้าย) และตัวอย่างที่เป็นรูปธรรมของพอลิเมอร์เดนโดรไนซ์รุ่นที่สาม (ขวา) หมู่ เอมีน รอบนอก ถูกดัดแปลงด้วยหมู่แทนที่ X ซึ่งมักจะเป็นหมู่ป้องกันเมื่อทำการกำจัดหมู่ป้องกันและดัดแปลงแล้ว คุณสมบัติจะเปลี่ยนแปลงไปอย่างมาก ตัวอักษรย่อ n แสดงถึงจำนวนหน่วยซ้ำ
โครงสร้างและการประยุกต์ใช้
พอลิเมอร์เดนโดรไนซ์สามารถมีเดนดรอนหลายพันตัวในโมเลกุลขนาดใหญ่หนึ่งโมเลกุลและมีโครงสร้างที่ยืดออกและไม่เป็นเนื้อเดียวกันในแง่นี้ พวกมันแตกต่างจากเดนดริเมอร์ ที่มีรูปร่างเป็นทรงกลม ซึ่งมีเดนดรอนเพียงไม่กี่ตัวติดอยู่กับแกนกลางขนาดเล็กคล้ายจุด ทำให้มีโครงสร้างที่เป็นเนื้อเดียวกัน ขึ้นอยู่กับรุ่นของเดนดรอน พอลิเมอร์จะมีขนาดความหนาแตกต่างกัน ดังที่ภาพจากกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอมแสดงให้เห็น (รูปที่ 2) พอลิเมอร์เดนโดรไนซ์ที่เป็นกลางและมีประจุละลายได้ดีในตัวทำละลายอินทรีย์และในน้ำ ตามลำดับ เนื่องจากมีแนวโน้มที่จะพันกันน้อย พอลิเมอร์เดนโดรไนซ์ได้รับการสังเคราะห์ขึ้นโดยใช้โครงสร้างหลัก เช่น โพลีเมทิลเมทาคริเลต โพลีสไตรีน โพลีอะเซทิลีนโพลีฟีนิลี น โพลีไทโอ ฟีน โพ ลีฟลูออรีน โพ ลี ( ฟีนิลีนไวนิลีน) โพลี(ฟีนิลีนอะเซทิลีน) โพลีไซ ลอก เซนโพลีออกซานอร์ บอร์ นีน และโพลี(เอทิลีนอิมิน) (PEI) มวลโมลาร์สูงถึง 200,000,000 กรัม/โมล ได้รับมาแล้ว[ 2 ]โพลิเมอร์เดนโดรไนซ์ได้รับการศึกษาเพื่อใช้ในการควบคุมโครงสร้างโดยรวม การตอบสนองต่อสิ่งเร้าภายนอก เคมีโมเลกุลเดี่ยว แม่แบบสำหรับ การสร้าง อนุภาคนาโน ตัวเร่งปฏิกิริยา อุปกรณ์อิเล็กโทรออปติก และการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับชีวภาพ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การใช้โพลิเมอร์เดนโดรไนซ์ที่ละลายน้ำได้สำหรับการตรึงเอนไซม์บนพื้นผิวของแข็ง (ภายในหลอดแก้วหรืออุปกรณ์ไมโครฟลูอิดิก) และสำหรับการเตรียมสารประกอบโพลิเมอร์-เอนไซม์เดนโดรไนซ์นั้นน่าสนใจเป็นอย่างยิ่ง[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]
- รูปที่ 2 ภาพความสูง จากกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอมของพอลิเมอร์เดนโดรไนซ์ที่เตรียมร่วมกันรุ่นที่หนึ่งถึงสี่ (PG1-PG4) ซึ่งสะท้อนให้เห็นถึงความหนาและความยาวคงตัวที่ปรากฏแตกต่างกันสำหรับแต่ละรุ่น
- รูปที่ 3 แผนภาพแสดงโครงสร้างไฮบริดโมเลกุล (คอนจูเกต) ระหว่างพอลิเมอร์เดนโดรไนซ์กับเอนไซม์สองชนิดที่แตกต่างกัน ได้แก่ HRP (horseradish peroxidase) และ SOD (Cu,Zn-superoxide dismutase) PDB (SOD): 1SXA; PDB (HRP): 1ATJ; การดัดแปลงน้ำตาลของ HRP มาจาก Gray & Montgomery, Carbohydrate Research , 2006 , 341 , 198-209 โครงสร้างเดนโดรไนซ์พอลิเมอร์: Bertran et al. RSC Adv. , 2013 , 3 , 126-140
สังเคราะห์
มีแนวทางหลักสองวิธีในการสังเคราะห์พอลิเมอร์เดนโดรไนซ์ ได้แก่ มาโครโมโนเมอร์และการเชื่อมต่อ
สำหรับวิธีการสังเคราะห์มาโครโมโนเมอร์ นักวิจัยจะสังเคราะห์มาโครโมโนเมอร์ก่อน ซึ่งก็คือโมโนเมอร์ที่เชื่อมต่อกับเดนดรอน จากนั้นจึงนำมาโครโมโนเมอร์เหล่านั้นมาสังเคราะห์พอลิเมอร์แบบเส้นตรง
สำหรับวิธีการยึดติด นักทดลองจะเริ่มต้นด้วยการทำให้โมโนเมอร์เกิดพอลิเมอไรเซชันแบบเชิงเส้น จากนั้นจึงเติมเดนดรอนทีละรุ่นลงบนพอลิเมอร์โดยตรง
วิธีการใช้มาโครโมโนเมอร์ทำให้ได้สายโซ่ที่สั้นกว่า แต่ช่วยให้สามารถสร้างเดนดรอนได้หลายรุ่นมากขึ้น ส่วนวิธีการใช้การเชื่อมต่อ (attach-to) นั้นตรงกันข้าม วิธีนี้ทำให้ได้สายโซ่ที่ยาวกว่า แต่มีแนวโน้มที่จะเกิดความไม่สม่ำเสมอทางโครงสร้างหากผู้ทำการทดลองพยายามสร้างเดนดรอนหลายรุ่น เนื่องจากต้องทำปฏิกิริยาเคมีจำนวนมหาศาล
ประวัติศาสตร์
ชื่อ “พอลิเมอร์เดนโดรไนซ์” ซึ่งปัจจุบันได้รับการยอมรับในระดับสากลนั้น บัญญัติโดย Schlüter ในปี 1998 [ 6 ]รายงานฉบับแรกเกี่ยวกับโมเลกุลขนาดใหญ่ดังกล่าว ซึ่งในขณะนั้นเรียกว่า “เดนดริเมอร์รูปแท่ง” ย้อนกลับไปถึงสิทธิบัตรของ Tomalia ในปี 1987 [ 7 ]และตามมาด้วยการกล่าวถึงครั้งแรกในเอกสารสาธารณะของ Percec เกี่ยวกับ พอลิเมอร์ที่มี “โซ่ข้างเรียว” ในปี 1992 [ 8 ]ในปี 1994 ศักยภาพของพอลิเมอร์เหล่านี้ในฐานะโครงสร้างนาโน ทรงกระบอก ได้รับการยอมรับ[ 9 ]หลายกลุ่มทั่วโลกมีส่วนร่วมในสาขานี้ สามารถพบได้ในบทความวิจารณ์[ 10 ]
ดูเพิ่มเติม
สรุปเนื้อหา
ข้อมูลสำคัญจากบทความ
ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ พอลิเมอร์เดนโดรไนซ์
ใน เคมีพอลิเมอร์ และ วิทยาศาสตร์วัสดุ พอ ลิเมอร์เดนโดรไนซ์ [ 1 ] ( ภาษาอังกฤษแบบ บริติช : dendronised polymers ; จาก dendro- ' ต้นไม้ ' ) เป็น พอลิเม อ ร์ พอลิเมอร์เดนโดรไน...
โครงสร้างและการประยุกต์ใช้
พอลิเมอร์เดนโดรไนซ์สามารถมีเดนดรอนหลายพันตัวในโมเลกุลขนาดใหญ่หนึ่ง โมเลกุล และมีโครงสร้างที่ยืดออกและ ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน ในแง่นี้ พวกมันแตกต่างจาก เดนดริเมอร์ ที่มีรูปร่างเป็นทรงกลม ซึ่งมีเดนดรอนเพียงไม่กี่ตัวติดอยู่กับแกนกลางขนาดเล็กคล้ายจุด...
สังเคราะห์
มีแนวทางหลักสองวิธีในการสังเคราะห์พอลิเมอร์เดนโดรไนซ์ ได้แก่ มาโครโมโนเมอร์และการเชื่อมต่อ
ประวัติศาสตร์
ชื่อ “พอลิเมอร์เดนโดรไนซ์” ซึ่งปัจจุบันได้รับการยอมรับในระดับสากลนั้น บัญญัติโดย Schlüter ในปี 1998 [ 6 ] รายงานฉบับแรกเกี่ยวกับโมเลกุลขนาดใหญ่ดังกล่าว ซึ่งในขณะนั้นเรียกว่า “เดนดริเมอร์รูปแท่ง” ย้อนกลับไปถึงสิทธิบัตรของ Tomalia ในปี 1987 [ 7 ]...