Hypervertakte glycopolymeren gebruikmakende van gecontroleerde radicalaire polymerisatietechnieken

Vakgroep Organische Chemie Onderzoeksgroep Polymeerchemie (PCR)

Hypervertakte glycopolymeren gebruikmakende van gecontroleerde radicalaire polymerisatietechnieken

Proefschrift voorgelegd tot het behalen van de graad van Master of Science in de Chemie door

Stef VANDEWALLE

Academiejaar 2013-2014

Promotor: Prof. Dr. Filip Du Prez Begeleider: Sofie Wallyn

Inhoudsopgave Lijst met afkortingen ................................................................................................................................ i Hoofdstuk 1

Inleiding en doel .............................................................................................................. 1

Hoofdstuk 2

Theoretische beschrijving van het werk .......................................................................... 6

2.1

Gecontroleerde radicalaire polymerisatie .............................................................................. 6

2.1.1

NMP : Nitroxide Gemedieerde Polymerisatie ................................................................. 8

2.1.2

RAFT : Reversibele Additie Fragmentatie keten Transfer polymerisatie ........................ 8

2.1.3

ATRP : Atoom Transfer Radicale Polymerisatie ............................................................. 10

2.1.4

SET-LRP : “Single Electron Transfer” Levende Radicalaire Polymerisatie ..................... 11

2.2

Post-modificatie voor de synthese van functionele polymeren ........................................... 12

2.2.1

Click chemie ................................................................................................................... 13

2.3

Dendritische macromoleculen .............................................................................................. 18

2.4

Stimuliresponsieve polymeren .............................................................................................. 20

2.5

Glycopolymeren .................................................................................................................... 21

2.5.1

Synthese van glycopolymeren ....................................................................................... 22

2.5.2

Invloed van suikers op Tcp in PNIPAAm/suiker copolymeren ...................................... 23

2.5.3

Specifieke interacties van glycopolymeren met lectines (conA) en proteïnen ............. 24

Hoofdstuk 3

Beschrijving van het eigen werk .................................................................................... 27

3.1

Inleiding ................................................................................................................................. 27

3.2

Synthese van hypervertakte thermoresponsieve glycopolymeren via SET-LRP strategie .... 28

3.2.1

Synthese van AB2 initiator ............................................................................................. 29

3.2.2

Synthese van de thermoresponsieve prepolymeren .................................................... 30

3.2.3

Post-modificatie van poly(N-isopropylacrylamide) ....................................................... 32

3.2.4

Opening van thiolacton met vorming van hypervertakte structuren ........................... 33

3.3

Synthese van thermoresponsieve hypervertakte glycopolymeren via RAFT strategie......... 36

3.3.1

Synthese van het RAFT reagens .................................................................................... 36

3.3.2

Copolymerisatie van N-isopropylacrylamide en propargylacrylaat .............................. 38

3.3.3

Post-modificatie van poly(N-isopropylacrylamide-co-propargylacrylaat) .................... 43

3.3.4

Hypervertakte glycopolymeren van poly(NIPAAm-co-Mannose) door aminolyse van de trithiocarbonaatverbinding ........................................................................................... 51

Hoofdstuk 4

Experimenteel ............................................................................................................... 54

4.1

Gebruikte commerciële reagentia......................................................................................... 54

4.2

Zuivering van commerciële reagentia ................................................................................... 56

4.3

Synthese van vertakte initiator AB2....................................................................................... 57

4.4

Polymerisatie van NIPAAm met vertakte initiator AB2 ......................................................... 58

Inhoudsopgave

II

4.5

Post-modificatie van PNIPAAm met natriummethaanthiosulfonaat ................................... 59

4.6

Opening van thiolactonring ter vorming van hypervertakte structuren .............................. 59

4.7

Synthese van RAFT reagens (1c) ............................................................................................ 59

4.8

Synthese van 2’-azidoethyl-O-α-D-mannopyranoside (azide-mannose m4) ........................ 61

4.9

Copolymerisatie van poly(propargylacrylaat-co- N-isopropylacrylamide)............................ 63

4.10

Post-modificatie van poly(NIPAAm-co-ProA) ........................................................................ 63

4.11

Gebruikte apparatuur ............................................................................................................ 66

Hoofdstuk 5

Conclusie ....................................................................................................................... 69

Referenties ............................................................................................................................................ 73 Dankwoord ............................................................................................................................................ 75

Lijst met afkortingen CRP

Gecontroleerde Radicalaire Polymerisatie

CuAAC

Koper(I) Azide Alkyn Click

LCST

‘Lower Critical Solution’ Temperatuur

UCST

‘Upper Critical Solution’ Temperatuur

SET-LRP

Single Electron Transfer Levende Radicalaire Polymerisatie

RAFT

Reversibele Additie Fragmentatie keten Transfer polymerisatie

NMP

Nitroxide Gemedieerde Polymerisatie

ATRP

Atoom Transfer Radicalaire Polymerisatie

NIPAAm

N-isopropylacrylamide

ProA

Propargylacrylaat

AIBN

Azobisisobutyronitrile

BPO

Benzoylperoxide

CTA

‘Chain Transfer Agent’ – Raft reagens

Bipy

2,2’-bipyridine

PMDETA

N,N,N’,N’’,N’’-Pentamethyldiethylenetriamine

Cu(I)X

Koper(I)halogenide

Cu(II)X2

Koper(II)dihalogenide

Me6TREN

Tris[2-(dimethylaminoethyl)]amine

DMF

N,N’-Dimethylformamide

DMSO

Dimethylsulfoxide

DMPA

2,2-Dimethoxy-2-fenylacetofenon

DB

Vertakkingsgraad

Ɖ

Polydispersiteit

pH

Zuurtegraad

PNIPAAm

Poly(N-isopropylacrylamide)

Tcp

Witwordingstemperatuur

conA

Concanavalin A

Lijst met afkortingen

ii

DC-SIGN

‘Dendritic Cell Specific Intercellular adhesion molecule 3 Grabbing Non-integrin’

gp 120

‘Envelop Glycoprotein 120 (Mw)’

HIV

Humaan immunodeficiëntievirus

IC50

Half maximale Inhibitieconcentratie

DP

‘Degree of Polymerization’ - polymerisatiegraad

ITC

Isothermische Titratie Calorimetrie

SPR

‘Surface Plasmon Resonance’

QCM

‘Quartz Crystal Microbalance’

K2CO3

Kaliumcarbonaat

conv

Conversie

M

Monomeer

I

Initiator

L

Ligand

Mn

Moleculair gewicht

MALDI-TOF

Matrix geassisteerde Laser Desorptie/Ionisatie – Time Of Flight

MS

Massa Spectroscopie

Da

Dalton

GPC

Gelpermeatie Chromatografie

PBu3

Tirbutylfosfine

NMR

Nucleaire Magnetische Resonantie

DCC

N,N’-dicyclohexylcarbodi-imide

DMAP

Dimethylaminopyridine

APT

‘Attached Proton Test’

HSQC

‘Heteronuclear Single Quantum Coherence’

THF

Tetrahydrofuran

TFA

Trifluorazijnzuur

DCM

Dichloromethaan

DMA

N,N’-dimethylacetamide

GC-MS

Gas Chromatografie Massaspectroscopie

UV-Vis

Ultraviolet-Visible

Lijst met afkortingen

iii

PMMA

Poly(methylmethacrylaat)

LC-MS

Liquid Chromatografie Massaspectroscopie

IR

Infrarood

TLC

‘Thin Layer Chromatography’

Et3N

Triëthylamine

EtOAc

Ethylacetaat

Et2O

Diëthylether

ESI-MS

Elektrospray Ionisatie Massaspectroscopie

Hoofdstuk 1 Inleiding en doel De laatste jaren is er in de polymeerchemie een grote opmars in de synthese en het gebruik van glycopolymeren. Deze structuren worden omschreven als polymeren met repeterende suikermoleculen die over het algemeen met behulp van gecontroleerde radicalaire polymerisatietechnieken (CRP) bereid worden. Zo werden reeds op succesvolle wijze via CRP in combinatie met click chemie (CuAAC) glycopolymeren gesynthetiseerd door Haddleton en collega’s.1 Glycopolymeren bezitten de unieke eigenschap om complexe proteïnen te herkennen waardoor ze specifieke bindingen aangaan met koolhydraat bindende eiwitten, zogenaamde lectines. Deze binding kan enerzijds bijkomende inzichten verschaffen in biologische interacties in plant en mens. Anderzijds kan deze binding worden ingezet in zogenaamd anti-adhesie therapieën in therapeutische toepassingen.2-4 In deze scriptie wordt getracht de opmerkelijke eigenschappen van zowel glycopolymeren als hypervertakte polymeren te combineren door de synthese van hypervertakte glycopolymeren. Dit zijn sterk vertakte macromoleculaire structuren die gekenmerkt worden door een lage viscositeit, aanpasbare oplosbaarheid en een hoge functionalisatiegraad bezitten. In vergelijking met de verwante dendrimeren kunnen ze via een éénstapsmechanisme gevormd worden.5,6 Talrijke architecturen voor glycopolymeren met specifieke suikermoleculen werden al gesynthetiseerd zoals lineaire, “graft shaped” en stervormige polymeren. Becer et al. heeft de invloed van de polymeerarchitectuur op de interacties met lectines onderzocht waarbij de hoogste bindingsaffiniteit bekomen werd voor stervormige polymeren.3 Er wordt verwacht dat hypervertakte polymeren een hoge bindingsaffiniteit zullen vertonen omwille van hun hoge functionalisatiegraad. Click chemie is een overkoepelende term voor selectieve, krachtige en snelle reacties waarbij een heteroatomaire binding wordt gevormd, een concept dat door Sharpless geïntroduceerd werd.7 De koper(I) azide alkyn cylcoadditie (CuAAC) en thiol-X reactie vormen belangrijke efficiënte reacties die veel worden toegepast in de polymeerwereld. De eerstgenoemde bestaat uit een koppeling van een azidefunctionaliteit met een terminaal alkyn gekatalyseerd door koper(I) ter vorming van een 1,4 gesubstitueerde triazoolring8 (Figuur 1) en werd reeds toegepast in de synthese van glycopolymeren door Haddleton en collega’s.1,9

Hoofdstuk 1 : Inleiding en doel

2

Figuur 1 : Koper(I) gekatalyseerde cycloadditiereactie (CuAAC) die leidt tot een regioselectief (1,4) product.

De thiol-X reactie wordt op zijn beurt gekenmerkt door een koppeling van een thiolfunctionaliteit op een reactieve X-groep zoals epoxides, alkenen, alkynen, maleïmides, acrylaten en norbornenen (zie Figuur 7).10 Naast deze reacties kunnen thiolen ook efficiënt combineren met methaanthiosulfonaten via de vorming van disulfiden11,12 (Figuur 2). Een nieuw geïntroduceerd concept is het gebruik van een thiolacton-eenheid als precursor voor een thiolfunctionaliteit.13 Door opening van de thiolacton ring wordt een thiol vrijgegeven die verder kan reageren in een thiol-X reactie of andere efficiënte reacties. Het mooie aan dit concept is dat simultaan een extra functionaliteit (R1) wordt geïntroduceerd afkomstig van het primair amine (Figuur 2).

Figuur 2 : De thiolacton strategie: opening van thiolacton–eenheid met een primair amine gevolgd door een thiol-click reactie (links) ; gebruikte thiol koppelingsreactie : reactie van een thiol met methaanthiosulfonaatfunctionaliteit ter vorming van een disulfide (rechts).

In deze scriptie wordt voor de synthese van hypervertakte glycopolymeren gebruik gemaakt van twee verschillende synthesestrategieën die elk gebruikmaken van CRP in combinatie met click chemie. Voor beide benaderingen wordt gebruik gemaakt van het monomeer Nisopropylacrylamide om tot thermoresponsieve polymeren met LCST-gedrag te komen. Hierdoor kunnen de beoogde specifieke interacties van de glycopolymeren met lectines veranderen en getest worden in functie van de temperatuur.14 De ene beoogde strategie maakt gebruik van SET-LRP als CRP, terwijl de tweede strategie gebruik maakt van RAFT. (Figuur 3). Beide polymerisatietechnieken laten het toe om polymeren met een gecontroleerd moleculair gewicht, nauwe dispersiteit (Ɖ) en uitstekend eindgroepbehoud te bereiden.15-17


3

Via SET-LRP worden bij kamertemperatuur polymeren bekomen bestaande uit een modificeerbare halogeeneindgroep en een functionele eindgroep afkomstig van de initiator. Door middel van RAFT worden, bij verhoogde temperatuur, polymeren bekomen bestaande uit

een

functionele

R-groep

aan

het

α-uiteinde

en

een

modificeerbare

trithiocarbonylthioverbinding aan het ω-uiteinde, beiden afkomstig van het gebruikte RAFT reagens (Z-C(=S)S-R). Beide methodes laten het dus toe om, via uiteenlopende chemische reacties, functionele polymeren te bereiden door de keuze van een specifieke SETinitiator/RAFT reagens. Uiteindelijk is het doel om twee types hypervertakte glycopolymeren te bereiden: enerzijds hypervertakte polymeren met suikereenheden per vertakkingseenheid via de SET-LRP strategie en anderzijds hypervertakte polymeren bestaande uit suikereenheden in de hoofdketen via de RAFT strategie (zie Figuur 3).

Figuur 3 : Schematische voorstelling van de gevolgde strategieën voor de vorming van hypervertakte thermoresponsieve glycopolymeren. (1) SET-LRP benadering in combinatie met thiolacton-strategie met vorming van hypervertakte polymeren met een mannoseeenheid per vertakkingseenheid. (2) RAFT benadering in combinatie met CuAAC en thiol-X met vorming van hypervertakte polymeren met mannose-eenheden in de hoofdketen.


4

De SET-LRP strategie (1) wordt voorafgegaan door de synthese van een geschikte vertakte initiator AB2 (waarbij A staat voor thiolacton-eenheid en B een broom-initiërende groep voorstelt). Met deze initiator wordt een polymerisatie uitgevoerd met N-isopropylacrylamide (NIPAAm) waarbij een vertakt prepolymeer bekomen wordt die een LCST-gedrag vertoont. Het vertakt prepolymeer wordt gekenmerkt door een thiolactonfunctionaliteit aan de kop met daarop twee polymeerketens eindigend op een broomgroep. Deze broomgroepen worden in een volgende stap via een SN2 post-modificatiereactie met natriummethaanthiosulfonaat (Na+ SSO2CH3) omgezet in methaanthiosulfonaatgroepen.12 In deze masterscriptie wordt de thiolactonring geopend door een mannose-eenheid die een primair amine op de 2-positie bezit. Dit zorgt voor de introductie van mannose in het polymeer, alsook voor de vrijgave van een

thiolfunctionaliteit,

die

in

een

volgend

stadium

kan

reageren

met

de

methaanthiosulfonaatgroepen, leidend tot hypervertakte thermoresponsieve glycopolymeren met een mannose-eenheid per vertakkingseenheid. De tweede strategie (RAFT strategie) (2) wordt voorafgegaan door de synthese van een geschikt RAFT reagens. Het RAFT reagens bestaat uit een specifieke trithiocarbonaatfunctionaliteit (ω-eindgroep) en een diol aan het α-uiteinde. Deze hydroxylgroepen kunnen in een later stadium worden omgezet in reactieve acrylaatverbindingen, die vervolgens kunnen reageren met een thiol via een Michael-additie reactie In een volgende stap wordt een copolymerisatie uitgevoerd van N-isopropylacrylamide (NIPAAm) en propargylacrylaat (ProA).18 Deze twee monomeren zijn niet arbitrair gekozen. NIPAAm zorgt ervoor dat het copolymeer een LCST-gedrag vertoont,

terwijl de alkyn-functionaliteiten van ProA via

CuAAC met een azide-mannose kunnen worden omgezet tot mannose-eenheden. Het gesynthetiseerde polymeer bevat een trithiocarbonaat groep die via aminolyse kan worden omgezet in een thiolfunctionaliteit.11 Deze thiolfunctionaliteit kan een Michael-additie ondergaan met de acrylaatgroepen10 op het andere ketenuiteinde waardoor hypervertakte thermoresponsieve glycopolymeren met mannose-eenheden in de polymeerketen bekomen worden. Via de eerste strategie worden, gebruikmakend van SET-LRP, homopolymeren met nauwe dispersiteit bereid waardoor het mogelijk is om deze te karakteriseren via MALDI-TOF analyse. Dit is een krachtige techniek die het mogelijk maakt om de massa van een polymeer op een nauwkeurige manier te bepalen waardoor het slagen van de gebruikte postmodificatiereacties

aangetoond

kan

worden.

gekarakteriseerd gebruik makende van

1

Bijkomend

worden

deze

polymeren

H NMR, GPC en UV-Vis turbidimetrie.


5

Via de tweede strategie worden, gebruik makende van een RAFT polymerisatie, copolymeren bekomen waardoor er geen MALDI-TOF analyse toegepast wordt voor de karakterisatie. De polymeren worden gekarakteriseerd met behulp van

1

H-NMR, GPC en UV-Vis

turbidimetrie die allen een indicatie geven voor het slagen van de gebruikte postmodificatiereacties. In beide strategieën worden mannose-eenheden in de polymeerketen geïncorporeerd waardoor de witwordingstemperatuur van het polymeer opschuift naar hogere waarden. Deze verhoging in Tcp wordt gemeten via UV-Vis turbidimetrie. De vorming van hypervertakte structuren wordt onderzocht via GPC analyse waarbij een grote toename in moleculair gewicht en dispersiteit verwacht wordt bij vorming van hypervertakte structuren. Beide strategieën geven, zoals reeds eerder aangehaald, aanleiding tot de bereiding van twee klassen hypververtakte glycopolymeren (Figuur 3). Deze kunnen aanleiding geven tot een verschillende bindingsaffiniteit met lectines die getest kunnen worden door gebruik te maken van turbidimetrie of ‘surface plasmon resonance’ (SPR) studies. Ook kan de bindingsaffiniteit met lectines veranderen in functie van de temperatuur door het feit dat NIPAAm een thermoresponsiviteit introduceert in de polymeerketen. Deze temperatuursafhankelijkheid kan bepaald worden met behulp van turbidimetrie of SPR metingen bij verschillende temperaturen.

Hoofdstuk 2 Theoretische beschrijving van het werk 2.1 Gecontroleerde radicalaire polymerisatie Vrije radicalaire polymerisaties worden frequent aangewend voor de commerciële bereiding van verschillende hoogmoleculaire polymeren gezien de eenvoudige experimentele set-up, het gebruik van goedkope reagentia en de grote tolerantie voor functionele groepen, solventen en onzuiverheden. Het grote nadeel van deze techniek is echter het gebrek aan controle over moleculaire gewichten, polydispersiteit en eindgroepbehoud van de structuren als gevolg van radicalaire terminatie en transferreacties van de groeiende ketens.19 De introductie van gecontroleerde radicalaire polymerisatietechnieken (CRP) laat toe om goed gedefinieerde polymeren te synthetiseren. Deze quasi levende polymerisatie beperkt de terminatie en transferreacties van groeiende ketens waardoor polymeren met gecontroleerd moleculair gewicht, lage polydispersiteit en specifieke functionele eindgroepen worden bekomen. Deze polymerisatietechniek vertoont tolerantie voor een groot aantal functionele groepen

waardoor

polymerisatie

mogelijk

wordt

voor

een

verscheidenheid

aan

monomeren.20,15 Om terminatie en transferreacties te minimaliseren worden in CRP zeer lage radicaalconcentraties aangewend. Dit steunt op het feit dat terminatie een tweede orde kinetiek vertoont in functie van de concentratie van propagerende radicalen, terwijl propagatie een eerste orde kinetiek vertoont (vgl. 1.1 en 1.2). Er mag worden aangenomen dat terminatie verwaarloosd mag worden bij een concentratie aan propagerende radicalen van 10-7 – 10-8 M.21

Met:

𝑅𝑝 = 𝑘𝑝 [𝑃𝑛∙ ][𝑀]

(1.1)

𝑅𝑡 = 2 𝑘𝑡 [𝑃𝑛∙ ]2

(1.2)

𝑅𝑝 = propagatiesnelheid ; 𝑅𝑡 = terminatiesnelheid 𝑘𝑝 = propagatiesnelheidsconstante ; 𝑘𝑡 = terminatiesnelheidsconstante [𝑃𝑛∙ ] = radicaalconcentratie ; [𝑀] = monomeerconentratie

Hoofdstuk 2 : Theoretische beschrijving van het werk

7

Deze lage concentratie aan radicalen wordt bekomen door gebruik te maken van een snel en dynamisch

evenwicht

tussen

slapende

polymeerketens

en

propagerende

(actieve)

radicaalketens waarbij het evenwicht naar het slapende species ligt (Figuur 4). Hierbij zijn terminatiereacties minimaal en wordt controle over de polymerisatie bekomen.

Figuur 4 : Evenwicht tussen slapende en actieve species bij CRP waarbij het evenwicht naar het slapende species ligt.

Steunend op dit principe zijn enkele mechanismen ontwikkeld waaronder Nitroxide Gemedieerde Polymerisatie (NMP), Reversibele Additie Fragmentatie keten Transfer polymerisatie (RAFT), Atoom Transfer Radicale Polymerisatie (ATRP) en Single Electron Transfer Levende Radicalaire Polymerisatie (SET-LRP) de meest gekende zijn (Figuur 5). Wegens hun gebruik in het masterscriptie onderzoek zullen RAFT en SET-LRP in de volgende paragrafen meer in detail worden uiteengezet.

Figuur 5: De verschillende gecontroleerde radicalaire polymerisatiemechanismen: a) NMP, b) ATRP, c) SET-LRP en d) RAFT.


2.1.1

8

NMP : Nitroxide Gemedieerde Polymerisatie

Het NMP proces is gebaseerd op de thermische dissociatie van het slapend species om de concentratie aan radicalen in het systeem minimaal te houden. Hiervoor wordt gebruik gemaakt van een nitroxideverbinding welke stabiele radicalen vormt bij verhoogde temperatuur. De reactie wordt typisch geïnitieerd door thermische initiatoren zoals azobisisobutyronitirle (AIBN) en benzoylperoxide (BPO). Door de snelle uitwisseling tussen slapend en actief species en de snelle deactivatie blijft respectievelijk de dispersiteit en de kans op terminatie minimaal.22

2.1.2

RAFT : Reversibele Additie Fragmentatie keten Transfer polymerisatie

RAFT polymerisatie werd voor het eerst beschreven in 1998 door de groep van Rizzardo en Chamot.23 Deze CRP techniek is gebaseerd op een dynamisch evenwicht tussen actieve en slapende species die wordt bekomen door een reeks reversibele additie-fragmentatie stappen, voorgesteld in Figuur 6.

Figuur 6 : Reactiemechanisme van reversibele additie-fragmentatie ketentransfer (RAFT) polymerisatie.


9

De polymerisatie wordt geïnitieerd met behulp van een radicalaire initiator (bijv. AIBN) met vorming van Pn· radicalen. In een volgende stap, de reversibele ketentransfer, adderen deze propagerende radicalen Pn· aan de thiocarbonylthioverbinding (RAFT reagens) ter vorming van een radicalair adduct die fragmenteert in een polymerisch thiocarbonylthiocomponent en een nieuw radicaal R·. Dit radicaal R· initieert de polymerisatie met vorming van nieuw propagerende radicalen Pm·. Additie-fragmentatie stappen stellen vervolgens een evenwicht in tussen de propagerende radicaalketens (Pn· en Pm·) en de slapende polymerische ketens. Dit snel evenwicht leidt tot polymeren met een nauwe dispersiteit (Ɖ). Bovendien wordt onder deze omstandigheden een moleculair gewicht waargenomen dat recht evenredig is met de conversie, wat het gecontroleerd karakter van deze techniek bevestigt. 17,24 Voor een optimale controle over de polymerisatie is de keuze van de Z-en R-groep van het RAFT reagens een cruciale stap. De thiocarbonylthioverbinding heeft de algemene structuur (Z-C(=S)S-R) waarbij de Z-groep zorgt voor stabilisatie van het intermediair radicaal en de R-groep in staat moet zijn een nieuwe keten te initiëren. De keuze wordt hoofdzakelijk bepaald door het type monomeer en de reactiecondities.15 Deze techniek laat de synthese van verschillende polymeerstructuren toe, gaande van blokcopolymeren, gradiëntcopolymeren tot sterpolymeren. Ook is het mogelijk om via RAFT een groot aantal functionele monomeren (acrylaten, methacrylaten, (meth)acrylamides, acrylonitriles, styreen, dieen en vinylmonomeren) te polymeriseren met hoge moleculaire gewichten, lage Đ en hoge conversie.15 De via RAFT gesynthetiseerde polymeren bezitten enerzijds een typische thiocarbonylthio eindgroep. Deze reactieve ω-eindgroep kan gemodificeerd worden tot verschillende functionaliteiten.25 Zo kan de thiocarbonylthio eindgroep gemodificeerd worden tot een thiol via aminolyse.26 Deze thiolfunctionaliteit kan op zijn beurt reageren met een reeks van functionaliteiten10: alkenen, alkynen, thiosulfonaten11,... Enkele mogelijke efficiënte thiol-reacties die in de polymeerchemie frequent worden toegepast worden weergegeven in Figuur 7. Anderzijds bestaat het α-uiteinde uit de geïntroduceerde R-groep waardoor het mogelijk is om een functionaliteit in te voeren via de keuze van deze R-groep. Via deze techniek zijn een verscheidenheid aan macromoleculen met welbepaalde eindgroepen bereid: maleïmide-eindgroep

27

, biotin

28

,

galactose 29,... RAFT polymerisatie kan dus in combinatie met post-modificaties leiden tot de vorming van specifieke functionele polymeren.


10

Figuur 7 : Schematische voorstelling van een RAFT polymeer gekenmerkt door een functionele R-groep aan het α-uiteinde en een thiocarbonylthio eindgroep aan het ω-uiteinde die door aminolyse kan omgezet worden in een thiolfunctionaliteit. Dit thiol kan verder reageren in efficiënte koppelingsreacties ter vorming van specifieke functionele polymeren.

2.1.3

ATRP : Atoom Transfer Radicale Polymerisatie

Een ATRP proces wordt gekenmerkt door een homolytische splitsing van een alkylhalide (RX met R: alkylgroep en X: Cl,Br) en door een transitiemetaalcomplex. Het katalysatorcomplex bestaat typisch uit een koperhalide gecomplexeerd door amineliganden (bijv. bipy, PMDETA) en zorgt voor een snel activatie/deactivatie evenwicht via een reversibel redoxproces. Bij initiatie abstraheert Cu+/L het halogeenatoom (X = Cl, Br) van de initiator waardoor een radicaal R˙ en X-Cu2+/L gevormd wordt. Het geactiveerd radicaal R˙ kan vervolgens propageren met een monomeer, een slapend species (Pn-X) vormen door opname van het halide-atoom of termineren door koppeling en/of disproportionatie. Opdat het evenwicht naar het slapend species snel moet gebeuren om de radicaalconcentratie laag te houden, moet het


11

halideatoom snel en selectief kunnen migreren tussen het transitiemetaal en de groeiende keten (kact << kdeact, zie Figuur 5).30 Via deze CRP worden polymeren bekomen met een specifieke halogeeneindgroep. Naast het gebruik van functionele monomeren en functionele initiatoren laat deze techniek toe om via deze specifieke halogeeneindgroep functionele polymeren te vormen. Deze eindgroep kan fungeren als initiator voor een volgende ATRP polymerisatie voor de synthese van blokcopolymeren. Naast de initiërende eigenschap kan deze groep m.b.v. post-modificatie omgezet worden tot andere interessante functionele groepen. Hierdoor is het mogelijk om op relatief eenvoudige wijze een verscheidenheid aan polymeerarchitecturen te synthetiseren.31

2.1.4 SET-LRP : “Single Electron Transfer” Levende Radicalaire Polymerisatie Deze gecontroleerde radicalaire polymerisatietechniek werd in 2006 geïntroduceerd door Percec en collega’s.32 In overeenstemming met ATRP is het mechanisme gebaseerd op het evenwicht tussen slapende en actieve species gebruik makende van alkylhalides in combinaties met een transitiemetaalcomplex. Bij SET-LRP wordt dit evenwicht bereikt door een zogenaamd “outer-sphere heterolytic” SET proces waarbij Cu(0) zorgt voor de activatie van de propagerende radicaalketens en Cu(II)X2/N-ligand (X = Cl, Br) zorgt voor de deactivatie van deze groeiende ketens (Figuur 8). Zowel bij deactivatie als bij activatie wordt de koper katalysator omgezet tot Cu(I)X/L. Het is extreem belangrijk dat het in situ gevormde Cu(I)X/L snel terug disproportioneert tot Cu(0) en Cu(II)X2/L zodat controle over deze CRP niet verloren zou gaan. Om snelle disproportionering te bekomen wordt in deze techniek gebruik gemaakt van sterke liganden (bijv. Me6TREN) in combinatie met polaire solventen (zoals water, DMF, DMSO,…).16 Het koper katalysatorcomplex kan bekomen worden door enerzijds toevoegen van Cu(0) en Cu(II)X2/N-ligand aan het reactiemengsel en anderzijds door toevoegen van Cu(I)X/N-ligand waarbij Cu(0) en Cu(II)X2/N-ligand in situ gevormd worden door disproportionering.33,34


12

Figuur 8 : Reactiemechanisme van” Single Electron Transfer” (SET) Levende Radicalaire Polymerisatie.

Ten

opzichte

van

ATRP

brengt

SET-LRP

enkele

voordelen

met

zich

mee.

Zo kunnen polymeren met hoog moleculair gewicht, nauwe dispersiteit (Ɖ < 1.15) en met behoud van eindgroepfunctionalisatie (zelfs bij conversies ≥ 99%) gesynthetiseerd worden. Bovendien zijn dergelijke polymerisaties snel en kunnen deze uitgevoerd worden bij lage temperatuur. SET-LRP werd al succesvol toegepast voor de synthese van verschillende polymeerarchitecturen.16 Functionaliteiten kunnen via SET-LRP op overeenkomstige wijze als ATRP geïntroduceerd worden door het gebruik van een functionele inititiator, functioneel monomeer en door modificatie van de halogeeneindgroep.

2.2 Post-modificatie voor de synthese van functionele polymeren De synthese van polymeren via CRP maakt het mogelijk om controle te hebben over architectuur, het moleculair gewicht, eindgroepen en polydispersiteit. Door incorporatie van functionele chemoselectieve monomeren of door de polymerisatie te initiëren met functionele initiatoren is het mogelijk om functionele polymeren te bereiden. Ondanks het succes van de gecontroleerde polymerisatiemethode is het invoeren van functionaliteiten beperkt door


13

mogelijks verlies van het gecontroleerd karakter van de polymerisatie of het optreden van mogelijke zijreacties. De synthese van functionele polymeren door middel van post-modificatie werd geïntroduceerd en reeds veelzijdig gebruikt daar ze toelaten functionaliteiten met behulp van efficiënte “click” reacties in te voeren.35 Figuur 9 geeft een illustratie van de synthese van functionele polymeren door middel van post-polymerisatiemodificatie waarbij gebruik gemaakt wordt van de efficiënte koper(I) azide-alkyn click reactie. Algemeen wordt eerst door middel van gecontroleerde polymerisatietechnieken een polymeer gesynthetiseerd bestaande uit repeterende eenheden die reactief zijn voor specifieke functionaliteiten. Hierdoor kunnen, via een efficiënte koppelingsreactie, nieuwe functionele groepen in de polymeerketen geïntroduceerd worden. Er wordt verwezen naar de synthese van glycopolymeren via de CuAAC reactie gebruikmakend van suikerazides en alkynbevattende polymeren (zie 2.5.1).

Figuur 9 : Vereenvoudigde voorstelling van het concept post-modificatie polymerisatie waarbij in dit geval een functioneel azide geklikt wordt aan een polymeerketen die alkynfunctionaliteiten bevat.

2.2.1

Click chemie

Het concept click chemie werd geïntroduceerd in 2001 door Sharpless en collega’s.7 In het afgelopen decennium werd het een inspiratie voor chemici in talrijke disciplines met een exponentiële populariteit tot gevolg. Het aantal applicaties gebruikmakend van click chemie is enorm. In de polymeerchemie kent het begrip ook een opmars voor de synthese van talrijke functionele polymeren die via gecontroleerde “levende” polymerisatietechnieken onmogelijk zijn. Volgens de definitie van Sharpless moet een click reactie voldoen aan een reeks strenge vereisten. De algemene definitie, gepubliceerd in 2001, stelt de volgende condities voorop:


14

“The reaction must be modular, wide in scope, give very high yields, generate only inoffensive byproducts that can be removed by nonchromatographic methods, and be stereospecific. The required process characteristics include simple reaction conditions, readily available starting materials and reagents, the use of no solvent or a solvent that is benign or easily removed, and simple product isolation. Purification must be by nonchromatographic methods, such as crystallization or distillation, and the product must be stable under physiological conditions.” Deze definitie kan mits een paar aandachtspunten doorgetrokken worden naar de macromoleculaire chemie.36 De belangrijkste eigenschappen voor een reactie om als macromoleculaire click reactie bestempeld te worden zijn weergegeven in Figuur 10. Hierbij worden basiscriteria van Sharpless aangevuld met typische criteria voor een macromoleculaire click reactie zoals equimolaire hoeveelheden en een hoge opbrengst. Dit is een vereiste voor het bekomen van een zuiver product en om zo de opzuivering van macromoleculen minimaal te houden. In volgende paragrafen zullen enkele click reacties besproken worden die in deze masterscriptie aangewend worden.

Figuur 10 : De belangrijkste concepten van click chemie op polymeergebied.36


15

2.2.1.1 CuAAC : koper(I) azide alkyn cylcoadditie De koper(I) gekatalyseerde azide-alkyn cycloadditie (CuAAC) is een alombekende click reactie

die

toepassingen

vindt

in

talloze

macromoleculaire

toepassingen.1,37

Een azidefunctionaliteit wordt gekoppeld met een terminaal alkynfunctionaliteit met behulp van een metaal als katalysator, zoals Cu(I), met vorming van een regioselectieve 1,4-triazool ring (Figuur 11).38,8 De reactie wordt gekenmerkt door hoge rendementen, weinig tot geen nevenproducten, milde reactiecondities, uitstekende tolerantie t.o.v. functionele groepen en de reactie is water compatibel. Aan deze click reactie zijn echter ook enkele nadelen verbonden zoals het gebruik van de toxische metaalkatalysator Cu(I) en eventueel explosief, laagmoleculaire azides.

Figuur 11 : Koper(I) gekatalyseerde cylcoadditiereactie (CuAAC) die leidt tot een regioselectief (1,4) product.

2.2.1.2 Thiol-X chemie Thiol-X chemie wordt frequent aangewend in de synthese van functionele polymeren. Dit is een overkoepelende term voor enkele efficiënte reacties die op zich niet aan alle voorwaarden van een click reactie voldoen.39 Bij deze reacties reageert een thiol functionele groep met enkele specifieke functionaliteiten zoals alkenen, geactiveerde alkenen, alkynen, broombevattende verbindingen, epoxides en isocyanaten.10 Deze mogelijke reacties werden al schematisch weergegeven in Figuur 7. Hieronder worden de thiol-een en thio-bromo reacties meer in detail besproken.

2.2.1.2.1 Thiol–een reactie

De term thiol-een verwijst naar de reactie van een thiol functionele groep met een reeks van geactiveerde onverzadigde verbindingen zoals maleïmide

40

, acrylaten

41

en norbornenen

42

.

Naast geactiveerde dubbele bindingen is reactie ook mogelijk met ongeactiveerde koolstofkoolstof dubbele bindingen. De reactie kan zich voltrekken via twee voorkomende


16

mechanismen, met in begrip van radicalaire additie en Michael type nucleofiele additie. Deze reactie, die op zich niet aan alle voorwaarden van een click reactie voldoet, vindt vooral toepassingen in de vorming van polymeernetwerken43, dendrimeren44 en hypervertakte polymeren45.

2.2.1.2.1.1

Radicalaire thiol additie

Het mechanisme van de radicalaire thiol-additie wordt gegeven in Figuur 12. Het bestaat uit een initiatie, een propagatie en een terminatie. Hierbij kan de reactie geïnitieerd worden door twee klassen van initiatoren: fotochemische en thermische initiatoren. Een veelgebruikte thermische initiator is azobisisobutyronitrile (AIBN) die radicalen vormt bij opwarmen van de verbinding (typische “half life” van 2.4 bij 75°C). Fotochemische initiatoren zijn verbindingen die bij een bepaalde golflengte radicalen vormen. 2,2-dimethoxy-2fenylacetofenon (DMPA) is een populaire fotoinitiator die radicalen vormt bij een typische golflengte van 365 nm. Deze radicalaire thiol-een reactie kan in polymeersynthese niet gezien worden als click reactie door de geringe efficiëntie als gevolg van terminatiereacties als zijreactie. Doch kunnen deze zijreacties minimaal gehouden worden door de reactie uit te voeren met een overmaat reagens, hierdoor wordt de zuivering weliswaar problematisch.39

Figuur 12 : Reactiemechanisme van radicalaire thiol-een reactie.

Hoofdstuk 2 : Theoretische beschrijving van het werk 2.2.1.2.1.2

17

Michael-type nucleofiele additie

Deze additiereactie verloopt via een nucleofiele additie van R-SH aan een geactiveerde onverzadigde koolstof-koolstof binding. Een typerend voorbeeld van een geactiveerde dubbele binding, geschikt voor het ondergaan van een Michael type additie, is een acrylaatverbinding. De nucleofiele additiereactie wordt typisch gekatalyseerd door een base, zoals pyridine of triëthylamine. Het mechanisme wordt algemeen voorgesteld in Figuur 13. Ook deze thiol-een koppeling voldoet niet aan alle vereisten van het click concept. Zo wordt meestal niet equimolair gewerkt waardoor een tijdsrovende zuivering moet worden uigevoerd.39

Figuur 13 : Reactiemechanisme van de base gekatalyseerde thiol-een reactie.

2.2.1.2.2 Thio–bromo reactie

Een andere thiol-X reactie die gebruikt zal worden in deze masterscriptie is de base gekatalyseerde substitutiereactie van een zacht thiol-nucleofiel met een halogeen (Cl, Br) “leaving group”. De reactiesnelheidsconstante is hoog en de opzuivering is eenvoudig waardoor deze reactie vaak als een click reactie bestempeld word ondanks vrijgave van het sterke zuur HBr.46 Deze thio-bromo chemie werd succesvol gebruikt door Percec en collega’s voor de synthese van iteratieve divergente dendrimeren.47


18

2.3 Dendritische macromoleculen Talrijke macromoleculen met verscheidene architecturen werden al op succesvolle manier gesynthetiseerd: lineaire, verknoopte, cyclische, stervormige, dendritische, borstelachtige,... polymeren. De laatste decennia is veel aandacht gegaan naar de synthese van dendritische macromoleculen. In 1980 zetten Tomalia en collega’s de toon met de synthese van de eerste dendrimeren.5 Dendritische polymeren kunnen omschreven worden als sterk 3D vertakte macromoleculaire structuren met een functioneel oppervlak. De meest gekende klassen die onder de noemer van dendritische polymeren vallen zijn: “dendronized” polymeren, dendrigrafts, dendrimeren en hypervertakte polymeren. Deze structuren worden weergegeven in Figuur 14. Dendrimeren zijn perfect vertakte 3D-structuren met een vertakkingsgraad (DB) van 1 omgeven door een hoog aantal functionele groepen aan het oppervlak. In vergelijking met lineaire polymeren bezitten ze een uitstekende oplosbaarheid, zeer lage viscositeit en een Ɖ typisch onder 1.05. Een nadeel die gepaard gaat met dendrimeren is de moeizame en tijdrovende synthese waardoor de commercialisering gering is.

Figuur 14 : De vier belangrijkste klassen van de dendritische macromoleculen met dendrimeren, hypervertakte polymeren, dendrigrafts en dendronized polymers. [38]

Hypervertakte polymeren zijn vertakte macromoleculen met vergelijkbare eigenschappen als dendrimeren.6,48 Deze macromoleculaire structuren zijn sterk vertakte structuren die bekomen worden via een éénstapssynthese. Deze ongecontroleerde divergente polymerisatiereactie zorgt voor meer willekeurige architecturen in vergelijking met dendrimeren. Een typische DB


19

van hypervertakte polymeren ligt in het gebied van 0.4-0.6. Hypervertakte polymeren worden bekomen vertrekkende van monomeren bestaande uit een ABg (g>1) functionaliteit. In het ideale geval reageert functionaliteit A enkel met functionaliteit B van een ander monomeer molecule. Deze koppeling moet voldoende snel en met hoge opbrengst verlopen waardoor click reacties frequent worden aangewend. Zo zijn reeds enkele voorbeelden gepubliceerd waarbij gebruik gemaakt wordt van thiol-yn chemie voor de synthese van hypervertakte polymeren.45,49 Door deze koppeling ontstaat een ongecontroleerde vertakte structuur opgebouwd uit dendritische en lineaire sites. Een algemeen voorbeeld van een hypervertakte macromolecule wordt gegeven in Figuur 15. Hypervertakte macromoleculen bezitten meestal een hoge dispersiteit (Ɖ>2). Toch vertonen deze polymeren vergelijkbare eigenschappen aan dendrimeren. Zo zijn ze sterk vertakt en vormen een 3D globulaire structuur met een hoog aantal functionele groepen. In tegenstelling tot lineaire structuren vertonen ze ook een lage viscositeit en een hoge oplosbaarheid.6 De voorgenoemde opmerkelijke eigenschappen, in combinatie met de eenvoudige éénstapsreactie, maakt van hypervertakte polymeren een kosteneffectief alternatief voor dendrimeren. Hierdoor vinden deze structuren toenemende interesse in de polymeerwereld en zijn reeds commerciële toepassingen gekend.50

Figuur 15 : Algemeen voorbeeld van een hypervertakt polymeer uitgaande van een AB 2 monomeer.


20

2.4 Stimuliresponsieve polymeren Stimuliresponsieve polymeren, ook gekend als slimme polymeren, zijn materialen die reageren op externe stimuli zoals pH, temperatuur, elektrisch veld, druk,… via een verandering in hun fysische en chemische omgeving (zoals veranderende oplosbaarheid, kleur, conformatie,...). De meest bestudeerde externe stimuli zijn temperatuur en zuurtegraad. Stimuliresponsieve polymeren die reageren op aanpassingen in temperatuur worden ook thermoresponsieve polymeren genoemd. Een verandering in temperatuur gaat gepaard met een verandering in oplosbaarheid van het polymeer. Er worden twee klassen thermoresponsieve polymeren onderscheiden. Enerzijds zijn er de polymeren die een UCST-gedrag vertonen, die bij lage temperatuur onoplosbaar zijn en bij hoger temperatuur oplosbaar in een bepaald solvent. Anderzijds zijn er de polymeren die een LCST-gedrag vertonen, deze zijn bij lage temperatuur oplosbaar en bij hogere temperatuur onoplosbaar. In Figuur 16 is het vloeistof-vloeistof fasediagram weergegeven voor enerzijds het LCST-gedrag (links) en anderzijds het UCST-gedrag (rechts) van polymeren in oplossing. De temperatuur wordt voorgesteld in functie van de gewichtsfractie polymeer waarbij ontmenging optreedt. De curve toont bij elke polymeerconcentratie de overeenkomstige temperatuur waarbij het polymeer in oplossing gaat.51

Figuur 16 : LCST(links) en UCST(rechts) gedrag van thermoresponsieve polymeren in oplossing. 52


21

Polymeren die een LCST (“Lower Critical Solution Temperature”) gedrag vertonen zijn mengbaar

in

Dit

verklaard

kan

het

gebruikte worden

solvent door

onder sterke

een

bepaalde

specifieke

kritische

intermoleculaire

temperatuur. interacties

(waterstofbrugvorming) tussen de polymeerketens en solventmoleculen. Bij opwarmen boven deze kritische temperatuur gaat het systeem ontmengen als gevolg van het verbreken van deze enthalpisch gunstige interacties en een sterke entropietoename als gevolg van het hydrofoob effect (Figuur 17). Het LCST-gedrag is sterk afhankelijk van de hydrofiele/hydrofobe balans in de zijketens van het polymeer, lengte van de polymeerketen, pH en aanwezigheid van zouten die waterstofbruggen kunnen versterken of afzwakken (salt-in en salt-out methode).51 Poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm) is een typisch voorbeeld van een wateroplosbaar polymeer met LCST-gedrag. Het heeft een LCST in het gebied van 28°C en vindt veelal toepassingen in geneesmiddelafgifte in het menselijk lichaam.53

Figuur 17 : Voorstelling van faseseparatie bij thermoresponsieve polymeren. 51

2.5 Glycopolymeren Glycopolymeren bestaan uit een polymeerketen gefunctionaliseerd met specifieke koolhydraten. Ze kunnen bijvoorbeeld gesynthetiseerd worden met behulp van CRP in combinatie met click chemie.1 Een toepassing van glycopolymeren is de specifieke interactie met koolhydraat-bindende proteïnen, lectines. Alhoewel oligosacchariden de meest specifieke en sterkste interacties ondergaan met lectines, wordt frequent gebruik gemaakt van glycopolymeren voor de bestudering van lectines. Dit komt doordat oligosacchariden een moeizame chemische synthese met een tijdrovende opzuivering en een complexe analyse vertonen.3


2.5.1

22

Synthese van glycopolymeren

Glycopolymeren werden reeds op succesvolle manier gesynthetiseerd met de combinatie van gecontroleerde

polymerisatie

en

click

chemie

door

Haddleton

en

collega’s.9

Voor synthese van glycopolymeren kunnen er twee syntheseprocedures gevolgd worden. Enerzijds kunnen glycopolymeren bekomen worden door gecontroleerde polymerisatie van glycomonomeren die bijvoorbeeld m.b.v. click chemie bereid kunnen worden (Figuur 18, route A). De synthese van dergelijke polymeren is vaak tijdsrovend en zelden worden hoge opbrengsten

verkregen.

Anderzijds

kunnen

functionele

suikers

na

gecontroleerde

polymerisatie geklikt worden op polymeerketens (Figuur 18, route B).

Figuur 18 : De twee syntheseroutes voor bereiding van glycopolymeren startende van suikermonomeren (bovenaan, route A) en door gebruik te maken van een klikbaar suiker (onderaan, route B) met behulp van ATRP en CuAAC gebruikt door Haddleton en collega's. 1


23

De meest gebruikte click mechanismen voor deze synthese zijn koper gekatalyseerde azidealkyn cycloadditie (CuAAC) en thiol gebaseerde reacties. Voor deze mechanismen zijn azide- of thiol-bevattende suikers vereist die op eenvoudige wijze bekomen kunnen worden. Azide-bevattende suikers zijn eenvoudiger te synthetiseren in vergelijking met thiolbevattende suikers.1 Voor de synthese van azide-bevattende suikers wordt verwezen naar paper van Hayes en collega’s.54 Een nadeel van het gebruik van CuAAC is de moeilijke verwijdering van de Cu(I)-katalysator, wat de inzetbaarheid in biologische toepassingen bemoeilijkt. Daarnaast zijn er meer thiol-suikers commercieel beschikbaar in vergelijking met azide-suikers waardoor er minder reactiestappen zijn tijdens de synthese. Naast functionele suikers moeten de monomeren/polymeren bestaan uit een functionele groep die reactief is voor respectievelijk azide en thiol functionele groepen. Hierbij kan gedacht worden aan alkyngroepen (reactieve propargyl units) voor azides en aan alkenen, alkynen, pfluoro fenyl en halogenen voor thiolen.1

2.5.2

Invloed van suikers op Tcp in PNIPAAm/suiker copolymeren

Poly(N-isopropylacrylamide) is een polymeer die een LCST-gedrag vertoont met een typische witwordingstemperatuur (Tcp) in water in de buurt van 32°C. Deze temperatuur, in de buurt van fysiologische condities, maakt PNIPAAm uitermate geschikt als thermoresponsief materiaal in biomedische applicaties. De biocompabiliteit van deze materialen kan verder verhoogd worden door synthese van copolymeren uitgaande van PNIPAAm en glycomonomeren. Naast een verhoging in biocompabiliteit kunnen deze synthetische biomacromoleculen ook zorgen voor specifieke interacties met lectines (conA) en proteïnes.3 De incorporatie van suikermoleculen in de polymeerketen heeft een invloed op de witwordingstemperatuur van de waterige copolymeer oplossing.14 Deze wordt sterk beïnvloed door het type suiker, de relatieve hoeveelheid suikermoleculen in de keten, de ketenlengte van de spacer van de suikermolecule en het type copoloymeer (willekeurig of blok). Door deze parameters te optimaliseren kunnen copolymeren bekomen worden met de gewenste Tcp wat nuttig kan zijn in toepassingen die een specifieke Tcp wenst.


2.5.3

24

Specifieke interacties van glycopolymeren met lectines (conA) en proteïnen

Door hun unieke eigenschappen en de toenemende ontwikkeling in de polymeersynthese is de

populariteit

van

glycopolymeren

in

de

laatste

decennia

sterk

toegenomen.

Een belangrijke eigenschap van glycopolymeren is de specifieke interactie met een reeks complexe koolhydraat-bindende proteïnen (Figuur 19). Deze proteïnen zijn beter bekend als lectines en spelen een essentiële rol in initiatie van biochemische processen als gevolg van specifieke koolhydraat-lectine interacties met oligosacchariden aan het celmembraan.2 De binding tussen glycopolymeren en lectines kunnen inzicht geven in biologische interacties in planten en het menselijk lichaam.3 Deze bindingseigenschap van glycopolymeren en lectines kan ook ingezet worden voor therapeutische toepassingen. Bij deze anti-adhesie therapie doet het glycopolymeer dienst als inhibitor voor een gastheer-receptor binding om zo een virale hechting tussen gastheer en receptor te voorkomen. Hierbij wordt verwezen naar een studie van Becer en collega’s waarbij de rol van glycopolymeren getest wordt als inhibitoren voor binding van DC-SIGN en gp 120. DC-SIGN is een menselijk C-type lectine die de binding aangaat met het virale HIV glycoproteïne gp120 waardoor de adhesie, besmettelijkheid en doorzettingsvermogen van het virus versterkt wordt.55

Figuur 19 : Schematische voorstelling van glycopolymeer - lectine binding. 56


25

Glycopolymeren vertonen net zoals oligosacchariden een sterke en specifieke interactie met lectines, mede door het cluster glycoside effect. Glycopolymeren bezitten meerdere koolhydraten in eenzelfde molecule waardoor de bindingsconstante voor koolhydraat/lectine binding toeneemt, in vergelijking met de bindingsconstante voor een individueel koolhydraat.57 De eigenschappen van een polymeerketen, zoals ketenlengte en architectuur, kunnen gecontroleerd worden aan de hand van gecontroleerde polymerisatietechnieken. Deze controle is belangrijk om de interactie tussen lectine/glycopolymeer te optimaliseren. De interactie wordt beïnvloed door de architectuur van de keten, de ketenlengte, het type suiker (mannose, galactose, glucose,...) en het aantal suikers in de polymeerketen. Een gedetailleerde studie met betrekking tot de stoichiometrie van de interactie, de snelheid van de polymeer/lectine clustering, het inhibitie vermogen (IC50) en de stabiliteit van de interactie werd uitgevoerd door Gou et al.56 De algemene trends die naar voor komen in deze studie worden hieronder besproken. 

De ketenlengte heeft een zekere invloed op de lectine/polymeer interactie: een hoge DP (40-60) vertoont een hogere interactiesnelheid, een hogere affiniteit en een hoger aantal lectine-eenheden per polymeerketen in vergelijking met een lage DP (20-30).



De bindingseigenschappen (stoichiometrie, kinetiek, IC50, stabiliteit) zijn zeer sterk afhankelijk van de aanwezige suikers (%) in de polymeerketen. Meer suikers betekent algemeen een sterkere interactie.



Het type suiker heeft ook een merkbare invloed op de bindingseigenschappen. Algemeen kan gezegd worden dat polymeren met mannose de meest efficiënte liganden zijn voor lectine clustering. Glycopolymeren, opgebouwd uit enkel galactose, vertonen weinig tot geen interactie met lectines.

Voor een gedetailleerde bespreking wordt verwezen naar de paper van Gou en collega’s.56 Interacties tussen glycopolymeren en lectines kunnen getest worden aan de hand van een reeks analytische technieken. Het meest gebruikte lectine in bindingsstudies is Canavalia ensiformis (Concanavalin A, ConA) (Figuur 20), een plant lectine dat gemakkelijk en goedkoop geïsoleerd kan worden.58 ConA is een tetrameer bij neutrale pH en wordt gekenmerkt door 4 bindingssites, specifiek voor mannose en glucose.59


26

Dit lectine bezit een gelijkaardige structuur in vergelijking met andere lectines, waardoor studies uitgevoerd op ConA makkelijk kunnen doorgetrokken worden naar de binding met andere lectines. De gebruikte analysetechnieken zijn turbidimetrie, kwantitatieve precipitatie, analytische ultracentrifugatie, isothermische titratie calorimetrie (ITC), surface plasmon resonance (SPR) en quartz crystal microbalance (QCM).3

Figuur 20 : 3D-structuur van concanavalin A (Con A.) 59

Hoofdstuk 3 Beschrijving van het eigen werk 3.1 Inleiding Het doel van deze masterscriptie is de synthese van hypervertakte glycopolymeren gebruikmakend van gecontroleerde radicalaire polymerisatietechnieken (CRP) in combinatie met gekende post-modificatiereacties. Hierbij worden de unieke herkenningseigenschappen van glycopolymeren, die over het algemeen gesynthetiseerd worden via CRP, gecombineerd met de opmerkelijke eigenschappen van hypervertakte polymeren. Zo bezitten deze laatste structuren een lage viscositeit, aanpasbare oplosbaarheid en een hoge functionalisatiegraad. Voor de synthese van de hypervertakte glycopolymeren worden twee verschillende synthese strategieën gevolgd. De eerste strategie (1) maakt gebruik van “Single Electron Transfer” Levende Radicalaire Polymerisatie (SET-LRP) als gecontroleerde polymerisatietechniek, terwijl de tweede strategie (2) gebruik maakt van Reversibele Additie Fragmentatie keten Transfer polymerisatie (RAFT) (Figuur 21). Beide methoden laten het toe om op relatief eenvoudige wijze functionaliteiten te introduceren op de polymeerketen.

SET-LRP strategie (1)

RAFT strategie (2)

• Stap 1 : Synthese van geschikte AB2 intitiator (A: thiolacton ; B: Br-initiërende groep) • Stap 2 : Polymerisatie van NIPAAm • Stap 3 : Modificatie van Br-eindgroepen • Stap 4 : Ring opening van thiolacton functie m.b.v. amine-mannose

Hypervertakt glycopolymeer

• Stap 1 : Synthese van geschikt RAFT reagens • Stap 2 : Copolymerisatie van NIPAAm/ProA • Stap 3 : Modificatie van α-uiteinde in acrylaten • Stap 4 : Omzetting van ProA in mannose (CuAAC) • Stap 5 : Aminolyse van ω-eindgroep

Figuur 21 : Algemeen schema van de gevolgde strategieën voor de synthese van hypervertakte glycopolymeren: SET-LRP strategie (1) en RAFT strategie (2).

Hoofdstuk 3 :Beschrijving van het eigen werk

28

3.2 Synthese van hypervertakte thermoresponsieve glycopolymeren via SET-LRP strategie Figuur 22 geeft de algemene syntheseroute weer die werd aangewend in de SET-LRP strategie. Eerst en vooral wordt een geschikte AB2 initiator gesynthetiseerd, waarbij A staat voor een thiolactonfunctionaliteit en B de broom-initiërende groepen voorstellen. Deze initiator wordt

vervolgens gebruikt voor de SET-LRP

polymerisatie van

N-isopropylacrylamide (NIPAAm) resulterend in het vertakt thermoresponsief prepolymeer (1). De broom-eindgroepen worden in een volgende stap via een SN2- post-modificatiereactie gemodificeerd in methaanthiosulfonaatfunctionaliteiten (2). Deze groepen zijn gekend om snel te reageren met thiolfunctionaliteiten via vorming van disulfidebruggen.12 In een finale stap (3) wordt het thiolacton geopend met een mannose-eenheid die een primair amine bevat op de 2-positie. Hierdoor wordt het mannose geïntroduceerd op de keten en simultaan wordt een thiol vrijgesteld dat meteen kan reageren met de aanwezige methaanthiosulfonaatgroepen wat aanleiding geeft tot hypervertakte glycopolymeren.

Figuur 22 : Algemeen overzicht van de gevolgde SET-LRP strategie ter vorming van hypervertakte glycopolymeren.


29

3.2.1 Synthese van AB2 initiator Een eerste stap in de SET-LRP synthesestrategie voor hypervertakte glycopolymeren is de synthese van een geschikte AB2 initiator dat zowel een thiolacton-eenheid als twee broomfunctionaliteiten bevat (Figuur 23).47 Hiervoor werd vertrokken van het commercieel beschikbare DL-homocysteine thiolacton hydrochloride die in aanwezigheid van K2CO3 reageert met 2-bromoacetylbromide met vorming van product 2a. In een volgende stap werden twee hydroxylfunctionaliteiten geïntroduceerd in de structuur via een thio-bromo reactie van 2a met 1-thioglycerol. Deze hydroxylgroepen werden vervolgens gereageerd met 2-bromopropionylbromide

met

vorming

van

de

gewenste

AB2

intiator

(2c).

De totale opbrengst van deze reactie bedraagt 65% en de zuivering gebeurde via kolomchromatografie.

Figuur 23 : Syntheseroute voor de synthese van het gebruikte AB2 initiator.


30

3.2.2 Synthese van de thermoresponsieve prepolymeren In een volgende stap van de synthesestategie werd de verkregen AB2 initiator gebruikt voor de

polymerisatie

van


via

SET-LRP

(Figuur

24).

Deze polymerisatietechniek, die gebruikt maakt van Cu(0) als katalysator, is gekend om snel te polymeriseren, zelfs bij kamertemperatuur. Bovendien verzekert deze techniek eindgroepbehoud, ook bij hoge conversies.16 Dit laatste is een belangrijke eigenschap in synthesestrategieën van hypervertakte polymeren in het algemeen.

Figuur 24 : SET-LRP polymerisatie van NIPAAm gebruik makende van de AB2 initiator (2c).

In deze scriptie werden twee verschillende benaderingen van SET-LRP uitgevoerd, namelijk het directe gebruik van Cu(0) als katalysator en de disproportionering van Cu(I) tot Cu(0)33. In de eerste benadering werd Cu(0) aangewend in de vorm van pellets waardoor de reproduceerbaarheid bevorderd werd, terwijl in de tweede aanpak Cu(I) gedurende een uur werd geroerd onder inerte atmosfeer in de aanwezigheid van het ligand Me6Tren om zo gereduceerd te worden tot Cu(0). Deze reductie werd bevestigd door de vorming van koper(0) partikels die duidelijk zichtbaar waren in de oplossing. In beide gevallen kon water aangewend worden als solvent met een minimale hoeveelheid DMF om de oplosbaarheid van de initiator te verzekeren. Tabel 1 : Reactieomstandigheden en analyseresultaten voor SET-LRP synthese van PNIPAAm via direct gebruik van Cu(0) (links) en via disproportionering van Cu(I) (rechts). [M]0/[I]0/[L]0/[CuBr2]0

t

Mn(g/mol)

ᴆ

(h)

conv

[M]0/[I]0/[L]0/[CuBr]0

t

Mn(g/mol)

ᴆ

(h)

(%)

conv (%)

50/1/0.12/0.05

4

3500

1.2

65

50/0.8/0.4/0.4

4

7800

1.13

85

100/1/0.12/0.05

6

6300

1.1

89

50/1/0.4/0.4

6

4500

1.08

90


31

Met beide benaderingen werden homopolymeren bekomen met lage dispersiteiten, zelfs bij hoge conversies (Tabel 1). De polymeren werden geanalyseerd met behulp van MALDI-TOF. Dit is een techniek die het mogelijk maakt om massa’s van polymeren op een nauwkeurige manier te bepalen. Hierbij wordt het polymeer gefragmenteerd en geladen door middel van een ionisatie. Deze positief geladen fragmenten worden dan via een Time Of Flight (TOF) massa analysator gescheiden en vervolgens gedetecteerd. In Figuur 25a wordt een karakteristiek MALDI-TOF

spectrum

gegeven voor het

gesynthetiseerde poly(N-

isopropylacrylamide). Elke piek in het spectrum correspondeert met een fragment van het polymeer waarbij de afstand tussen 2 pieken typisch de massa van het gebruikte monomeer voorstelt. In dit geval komt deze afstand overeen met de massa van N-isopropylacrylamide, namelijk 113.08 Da (Figuur 25b).

113.08 Da

b)

2500

3000

m/z (Da)

a) c) 2000

2500

3000

m/z (Da)

3500

4000

Theoretische

Experimentele

massa (Da)

massa (Da)

2932.93

2933.08

3046.01

3046.38

3159.09

3159.49

3272.17

3272.61

Figuur 25: MALDI-TOF analyse van poly(NIPAAm-Br) met a) MALDI TOF spectrum, b) specifieke afstand tussen 2 fragmenten, c) vergelijking tussen theoretische massa en experimentele massa van de fragmenten.

Via MALDI-TOF is het tevens ook mogelijk om het eindgroepbehoud na de polymerisatie te controleren. Dit kan door de theoretisch berekende massa’s van de polymeerfragmenten te vergelijken met de experimentele massa’s van de fragmenten. Indien deze massa’s nagenoeg overeen komen, kan besloten worden dat het gewenste polymeer met de karakteristieke eindgroepen gesynthetiseerd werd. Een voorbeeld is gegeven in Figuur 25c voor het gesynthetiseerde PNIPAAm.


32

3.2.3 Post-modificatie van poly(N-isopropylacrylamide)

In een volgende stap werd het PNIPAAm onderworpen aan een SN2-post-modificatiereactie waarbij de broomgroepen omgezet worden in methaanthiosulfonaatgroepen.12 Hierbij werd het polymeer gereageerd met natriummethaanthiosulfonaat in DMF bij 40°C (Figuur 26).

Figuur 26 : Post-modificatie van broomgroepen in methaanthiosulfonaatgroepen m.b.v. natriummethaanthiosulfonaat.

Na de modificatie werd het polymeer geanalyseerd via 1H NMR. In het spectrum verschijnt een nieuw signaal bij 3.2 ppm, dat correspondeert met de methylgroep van het methaanthiosulfonaat, wat er dus op wijst dat de post-modificatie geslaagd is. GPC laat ook zien dat er weinig tot geen stijging optreedt in moleculair gewicht en dispersiteit. Door de modificatie is er een minimale verandering in moleculair gewicht van het polymeer die gemeten kan worden met behulp van MALDI-TOF massa analyse. Opnieuw wordt de theoretisch bepaalde massa van de gevormde fragmenten vergeleken met de experimenteel opgemeten fragmentmassa’s na modificatiereactie. Deze komen nagenoeg overeen met elkaar wat een indicatie is voor een geslaagde modificatiereactie (Figuur 27).


1500

2000

2500

3000

3500

33

Theoretische

Experimentele

massa (Da)

massa (Da)

2995.41

2996.12

3108.49

3109.21

3221.57

3221.08

3334.65

3335.23

4000

m/z (Da)

Figuur 27 : MALDI-TOF spectrum (links) van poly(NIPAAm-SSO2CH3) en theoretische en experimentele massa van fragmenten (rechts).

3.2.4 Opening van thiolacton met vorming van hypervertakte structuren

In een laatste stap van de SET-LRP strategie werd de thiolactonring geopend met een commercieel beschikbare mannose-eenheid die een primair amine bevat op de 2-positie. Via deze opening wordt enerzijds mannose geïntroduceerd op de polymeerketen en wordt anderzijds een thiol vrijgesteld.13 Dit thiol kan vervolgens reageren met de aanwezige methaanthiosulfonaatgroepen via vorming van disulfidebruggen11, leidend tot hypervertakte thermoresponsieve glycopolymeren met één mannose-eenheid per vertakkingseenheid (Figuur 28).

Figuur 28 : Thiolacton ringopening met amine-mannose ter vorming van hypervertakte glycopolymeren.

Het succes van de koppeling van de vrijgestelde thiolen met de methaanthiosulfonaatgroepen via disulfidebruggen ter vorming van hypervertakte polymeren werd bevestigd door GPC analyse. Er is een grote toename in moleculair gewicht en dispersiteit van de polymeerketen (Figuur 29), wat een typische eigenschap is van hypervertakte polymeren in het algemeen. Het feit dat de N-isopropylacrylamide ketens verbonden zijn met disulfidebruggen zorgt


ervoor

dat

het

hypervertakte

34

polymeer

een

opmerkelijke

eigenschap

vertoont.

Disulfidebruggen kunnen immers gereduceerd worden tot thiolen door reactie met reducerende reagentia zoals tributylfosfine (PBu3) waardoor de hypervertakte polymeren omgezet worden tot het overeenkomstig ‘laagmoleculair’ prepolymeer. Dit kan ook besloten worden uit de GPC resultaten van het polymeer na reductie van het hypervertakte polymeer met PBu3 (Figuur 29).

Genormaliseerde intensiteit

2

3 1

1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 19

24

29

Elutietijd (min)

34

39

Figuur 29 : GPC chromatogrammen van het prepolymeer [1], het hypervertakte glycopolymeer [2] en het gereduceerde hypervertakte glycopolymeer [3].

De hypervertakte glycopolymeren zijn niet enkel reduceerbaar, maar bezitten ook een thermoresponsiviteit daar deze structuren opgebouwd zijn uit PNIPAAm prepolymeren. De aanwezigheid van de mannose-eenheden werd aangetoond via UV-Vis turbidimetrie. De introductie van het hydrofiele mannose op de keten zorgt voor een verschuiving van de witwordingstemperatuur (Tcp) naar een hogere temperatuur. Dit is te verklaren doordat de hydrofiele mannose-eenheden een gunstige interactie ondergaan met het oplosmiddel (water) waardoor de Tcp opschuift naar hogere waarden (Figuur 31). De witwordingstemperatuur van het polymeer in water kan bepaald worden aan de hand van UV-Vis metingen. Hierbij wordt het polymeer in een bepaalde concentratie (1mg/mL H2O) in een cuvet gebracht. De transmissie van het licht doorheen de cuvet wordt gemeten in functie van de temperatuur. Bij lage temperatuur is het polymeer in oplossing waardoor de transmissie 100% is. Bij opwarmen gaat bij een bepaalde temperatuur het polymeer onoplosbaar worden in water. Bij deze temperatuur gaat de transmissie aanzienlijk naar


35

beneden waardoor Tcp gemeten kan worden (Figuur 30). De witwordingstemperatuur Tcp wordt bepaald door het beginpunt van de dalende rechte in de transmissiecurve.

Figuur 30 : Schematische voorstelling van de Tcp-bepaling met behulp van lichttransmissie in functie van de temperatuur.

1,2

Transmissie

1

2

1

0,8 0,6 0,4 0,2 0 30

35

40

T (°C) Figuur 31 : Transmissiecurven van het prepolymeer [1] en het hypervertakte glycopolymeer [2] met Tcp(prepolymeer) = 32°C Tcp(hypervertakt glycopolymeer) = 39°C.


36

3.3 Synthese van thermoresponsieve hypervertakte glycopolymeren via RAFT strategie Figuur 32 geeft een algemeen overzicht van de gevolgde synthese voor het bekomen van glycopolymeren via de RAFT strategie. Eerst en vooral wordt een RAFT reagens gesynthetiseerd om daarna copolymerisaties uit te voeren met NIPAAm en propargylacrylaat (ProA) in bepaalde verhoudingen. Het α-uiteinde van de polymeerketen wordt met behulp van acryloylchloride gemodificeerd in reactieve acrylaatgroepen, terwijl de alkyngroepen op de polymeerketen gereageerd worden met een azide-mannose via een CuAAC reactie. Door middel van aminolyse wordt de ω-trithiocarbonaatgroep omgezet in een thiolfunctionaliteit die daarna via een Michael-additie met acrylaatgroepen hypervertakte glycopolymeren kan vormen.

Figuur 32 : Algemeen overzicht van de gevolgde RAFT strategie ter vorming van hypervertakte glycopolymeren.

3.3.1 Synthese van het RAFT reagens Het RAFT reagens (2,3-dihydroxypropyl-2-(((butylthio)carbonothioyl)thio)propanoaat (1c) werd via een driestapsreactie gesynthetiseerd (Figuur 33). Eerst en vooral werd RAFT reagens 2-[(Butylsulfanyl)carbonothioyl]sulfanyl propaanzuur (1a) gesynthetiseerd volgens een procedure beschreven in de literatuur.60 Hiervoor werd butaanthiol gereageerd met koolstofdisulfide en 2-bromopropionzuur in aanwezigheid van NaOH met vorming van 1a. Deze trithiocarbonaatverbinding wordt gekenmerkt door een carbonzuur aan het α-uiteinde die in een volgende stap wordt omgezet in een acetonide via een verestering met solketal, in aanwezigheid van N,N’-dicyclohexylcarbodi-imide (DCC) en een katalytische hoeveelheid 4dimethylaminopyridine (DMAP). Na 3 dagen roeren bij kamertemperatuur werd component


37

1b bekomen. Via 1H-NMR, 13C-APT en 2D-HSQC wordt de structuur bevestigd. Component 1b wordt gekenmerkt door een acetonide groep aan het α-uiteinde die door hydrolyse onder zure omstandigheden omgezet kon worden in component 1c. Component 1c bezit twee alcoholfunctionaliteiten aan het α-uiteinde van de trithiocarbonaatverbinding en werd gebruikt als functioneel RAFT reagens in de RAFT polymerisaties. Het rendement van de totale synthese bedraagt 65 %.

Figuur 33 : Syntheseroute voor de synthese van het gebruikte RAFT reagens.

1

H NMR analyse bevestigt de ontscherming van de acetonidefunctionaliteit met vorming van

het RAFT reagens met een diol functionaliteit (1c) (Figuur 34). Met behulp van 2D-HSQC kunnen de signalen uit de 1H NMR spectra toegewezen worden aan het correcte proton in de structuur. Zo komen er extra signalen bij in het 1H NMR spectrum van component 1c in het gebied van 3-5 ppm : een CH-signaal verschijnt bij 3.9 ppm en 2 CH2-signalen verschijnen bij 4.2 ppm en 3.6 ppm. Hierbij is het signaal bij 3.6 ppm opgesplitst in 2 signalen die elk afzonderlijk koppelen naar hetzelfde koolstof in 2D-HSQC. Naast deze signalen verschijnt ook een sterk verbreed signaal bij 2.3 ppm. Dit verbreed signaal correspondeert met de hydroxylgroepen aanwezig op het α-uiteinde van het gesynthetiseerde RAFT reagens. Bovendien stemmen de integraties en de koppelingen in 2D-HSQC van de signalen overeen met de gewenste structuur.


38

Figuur 34 : 1H NMR spectra van het RAFT reagens met carbonzuur 1a (onderaan) en het RAFT reagens met diol 1c (bovenaan) (opgenomen in CDCl3; op 300 MHz).

3.3.2 Copolymerisatie van N-isopropylacrylamide en propargylacrylaat

Met behulp van de gecontroleerde radicalaire polymerisatietechniek RAFT werden copolymerisaties van NIPAAm en ProA uitgevoerd met component 1c als RAFT reagens. Deze copolymerisaties werden uitgevoerd in THF met AIBN als radicaalinitiator en dit bij een temperatuur van 65°C. Eerst en vooral werd een kinetische studie van de copolymerisatie uitgevoerd om een idee te krijgen over de karakteristieken. Zo werden de conversies van beide monomeren bepaald in functie van de tijd. Uit de kinetische studie is het duidelijk dat beide monomeren met gelijkaardige snelheden reageren. Hierdoor kan dus de verhouding van NIPAAm/ProA in de polymeerketen verzekerd worden door de keuze van de initiële verhouding van beide monomeren. Voor de copolymerisaties werd algemeen een reactietijd van 5 uur aangewend.


39

Na de opzuivering werd de macromoleculaire structuur van het copolymeer verder geanalyseerd. Het moleculair gewicht en dispersiteit werd gemeten via Gel Permeatie Chromatografie (GPC) in dimethylacetamide (DMA) als solvent. Met behulp van 1H NMR is het mogelijk om de verhouding NIPAAm/ProA in de polymeerketen te bepalen. Door de incorporatie van NIPAAm in de polymeerketen vertoont het polymeer een LCSTgedrag. De overeenkomstige Tcp wordt door middel van lichttransmissie bepaald. Ook kan de trithiocarbonaat-functionaliteit aan de polymere ω-eindgroep aangetoond worden via een UVVis meting. Deze trithiocarbonaat groep vertoont een specifieke UV-Vis absorptie rond 320 nm. 3.3.2.1 Kinetiek studie Een kinetische studie werd uitgevoerd op een copolymerisatie van NIPAAm en ProA met een verhouding NIPAAm/ProA van 10/1. Op gepaste tijdstippen tijdens de reactie werden stalen genomen voor verdere analyse via GPC, 1H NMR en GC-MS. Via GPC is het mogelijk om de evolutie van het getalgemiddelde moleculair gewicht en de dispersiteit te volgen in functie van de reactietijd. GC-MS en 1H NMR analyses werden uitgevoerd voor de bepaling van de conversies van beide monomeren (NIPAAm en ProA) in het reactiemengsel. Voor GC-MS werd gebruik gemaakt van tolueen als interne standaard om de conversies in functie van de tijd te bepalen. De GC piekoppervlaktes voor het NIPAAm- en ProA-signaal relatief t.o.v. tolueenpiek werden bepaald in functie van de tijd om zo de conversies te bepalen.

t9,t8,t7

1,1

t6

t5

t4

t3

t2

Genormaliseerde Intensiteit

0,9 0,7 0,5 0,3 0,1 -0,1 -0,3 28

30

32 34 Elutietijd (min)

36

Figuur 35 : GPC chromatogrammen voor poly(NIPAAm-co-ProA) (NIPAAm/ProA : 10/1) in functie van de tijd (opgenomen op GPC met DMA als solvent).


40

Uit de studie van de GPC-chromatogrammen kan worden afgeleid dat er een duidelijke toename in het moleculair gewicht optreedt in functie van de reactietijd. De curven schuiven namelijk op naar een lagere elutietijd bij langere reactietijd. Bovendien zijn de curven symmetrisch wat de controleerbaarheid van de gebruikte RAFT polymerisatietechniek beaamt. Er is wel een minimale toename in dispersiteit van de polymeerketen met toenemende reactietijd, maar de Ɖ blijft onder 1,4 (Tabel 2,Figuur 35 en Figuur 36). Tabel 2 : Karakteristieken van de kinetische studie van poly(NIPAAm-co-ProA).

Tijdstip

t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9

Tijd

Conversie

Conversie

ln([M]0/[M]t)

ln([M]0/[M]t)

(min)

(NIPAAm)

(ProA)

(NIPAAm)

(ProA)

0 5 10 20 30 60 120 255 285 300

0 12 34 44 50 58 68 78 81 84

0 1 11 19 26 43 60 66 69 70

0 0.13 0.41 0.59 0.70 0.87 1.12 1.50 1.63 1.81

0 0.01 0.12 0.22 0.30 0.56 0.92 1.08 1.18 1.22

Ɖ

Mn (Da)

-

-

1.19 1.20 1.31 1.31 1.38 1.38 1.37

1011 1445 2818 4402 5876 6300 6200

Uit Figuur 36 kan worden afgeleid dat er voor beide monomeren een quasi lineair verband optreedt tussen ln([M]0/[M]t) in functie van de tijd. Dit impliceert een eerste orde kinetiek, wat typisch is voor gecontroleerde polymerisaties. Er kan tevens uit de figuur besloten worden dat beide monomeren in de keten geïncorporeerd worden met gelijkaardige snelheid. Hierbij dient te worden opgemerkt dat NIPAAm relatief sneller reageert in vergelijking met ProA, en dit vooral bij begin van de polymerisatie. De gelijkaardige reactiesnelheid van beide monomeren maakt het mogelijk om op een gecontroleerde wijze het aantal ProA in de keten te kiezen door keuze van verhouding van monomeren aan begin van de polymerisatie. 7000

2

1,5

6000 1,2 0,8

ProA

0,4

NIPAM

0 0

200 Tijd (min)

400

5000

Ɖ

Mn (g/mol)

ln ([M]0/[M]t)

1,6

4000

1,25

3000 2000 1000 0

1 40

60 80 Conversie NIPAAm (%)

100

Figuur 36 : Kinetische studie van poly(NIPAM-co-ProA) : eerste orde kinetiek grafiek (links) , Mn en Ɖ i.f.v. de conversie NIPAAm (rechts).


41

3.3.2.2 RAFT copolymerisatie

De copolymerisatie van NIPAAm en ProA via RAFT ter vorming van het statistisch polymeer poly(N-isopropylacrylamide-co-propargylacrylaat) wordt weergegeven in Figuur 37.

Figuur 37 : Copolymerisatie van NIPAAm en ProA via RAFT polymerisatietechniek.

NIPAAm en ProA werden in een bepaalde verhouding gepolymeriseerd via RAFT met 1c als RAFT reagens. Beide monomeren werden samen met 1c en azobisisobutyronitrile (AIBN) opgelost in THF waarbij [M]0/[CTA]0/[I]0 = 30/1/0.11. Dit werd gereageerd gedurende 5 uur bij 65°C om een copolymeer te bekomen met een gewenste verhouding NIPAAm/ProA. In Tabel 3 worden de reactieomstandigheden en analyseresultaten samengevat van enkele gesynthetiseerde copolymeren via RAFT. Tabel 3 : Reactieomstandigheden en analyseresultaten voor de RAFT-synthese van poly(NIPAAm-co-ProA).

NIPAAm/

#ProA –

Tcp(c)

ProA(a)

groepen(b)

(°C)

1.21

*

*

*

4000

1.38

*

*

*

5

3250

1.45

4.31

5

*

25

5

5100

1.27

4.29

8

*

Raft 8

25

5

4900

1.38

4.42

7-8

11.5

Raft 9

27.27

2.73

6400

1.34

9.41

5

15.5

Raft 11**

25

5

5500

1.26

4.57

8-9

*

Raft 12**

27.27

2.73

5660

1.36

9.29

4-5

*

Raft 14

27.27

2.73

6200

1.37

*

*

*

Polymeer

NIPAAm

ProA

Mn,GPC

(eq.)

(eq.)

Raft 2

25

5

4000

Raft 3

20

10

Raft 4

25

Raft 7

Ɖ

Alle polymerisaties werden uitgevoerd bij 65°C gedurende 5 uur; solvent: THF, initiator: AIBN (0.11 eq); RAFT-reagens: component 1c (1 eq.), lichttransmissie,

* niet

(a)

bepaald via 1H NMR analyse,

bepaald,

**gepolymeriseerd

(b)bepaald

via verhouding uit 1H NMR en Mn,GPC,

gedurende 4 uur 30 min.

(c)

bepaald via


42

Het moleculair gewicht en dispersiteit werd gemeten via Gel Permeatie Chromatografie (GPC) met dimethylacetamide (DMA) inclusief 5 w% LiBr als solvent. Er dient te worden opgemerkt dat de gemeten Mn via GPC een overschatting geeft van de reële Mn-waarden. Dit komt doordat de gebruikte GPC-kolom gekalibreerd werd met poly(methylmethacrylaat) (PMMA) standaarden die een ander hydrodynamisch volume bezitten in vergelijking met poly(NIPAAm-co-ProA). De uiteindelijke verhouding van NIPAAm/ProA aanwezig in de polymeerketen kan bepaald worden aan de hand van 1H NMR. Dit kan door de verhouding te nemen van de integratie van een karakteristiek NIPAAm-signaal met de integratie van een karakteristiek signaal afkomstig van propargylacrylaat. Voor NIPAAm wordt gebruik gemaakt van het signaal b bij 4 ppm die een CH voorstelt. Voor ProA wordt gebruik gemaakt van het signaal a bij 4.5 ppm die een CH2 voorstelt. In Figuur 38 is het voorbeeld gegeven voor Raft 8 waarbij de signalen aangeduid zijn met hun overeenkomstige letter in de structuur. De verhouding NIPAAm/ProA wordt gegeven door :

𝑁𝐼𝑃𝐴𝑀 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑔𝑟𝑎𝑡𝑖𝑒 (𝑏) = 1 𝑃𝑟𝑜𝐴 2 ∗ 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑔𝑟𝑎𝑡𝑖𝑒 (𝑎)

Figuur 38 : Bepaling van verhouding NIPAAm/ProA in de polymeerketen voor Raft 8 via 1H NMR (300 MHz, solvent : CDCl3).


43

De Tcp van enkele gesynthetiseerde copolymeren, namelijk Raft 8 en Raft 9, werd bepaald en met elkaar vergeleken. De transmissie in functie van de temperatuur wordt uitgezet voor beide polymeren. Hieruit kan Tcp bepaald worden: Tcp(Raft 8) = 11.5 °C en Tcp(Raft 9) = 15.5 °C (Figuur 39). Raft 8 vertoont een lagere Tcp dan Raft 9 daar er meer ProA-eenheden geïncorporeerd zijn in dit copolymeer. Vermits de literatuur beschrijft dat de witwordingstemperatuur van PNIPAAm onafhankelijk is van het moleculair gewicht61, mag uit de analyses afgeleid worden dat Tcp afhankelijk is van de hoeveelheid geïncorporeerd ProA ten opzichte van geïncorporeerd NIPAAm. Hoe groter de ProA/NIPAAm verhouding, hoe lager Tcp. Dit fenomeen kan verklaard worden door een toename aan hydrofobiciteit in de polymeerketen met toenemende ProA-eenheden. Deze toename gaat gepaard met een verlaagde Tcp, mede door geringere interactie met de watermoleculen.

Transmissie (I/I0)

1,2 1 0,8 0,6 0,4

a b

0,2 0 0

10

20

30

40

50

Temperatuur (°C) Figuur 39 : Transmissiecurven voor Raft 8 [a] en Raft 9 [b] met Tcp (Raft 8) = 11.5°C en Tcp(Raft9) = 15.5 °C.

3.3.3 Post-modificatie van poly(N-isopropylacrylamide-co-propargylacrylaat)

3.3.3.1 Modificatie van hydroxylgroepen met acryloylchloride

Poly(NIPAAm-co-ProA), gesynthetiseerd via RAFT, wordt in een volgende stap onderworpen

aan

een

post-modificatiereactie

met

acryloylchloride.

Via

een

veresteringsreactie kunnen de hydroxylgroepen op het α-uiteinde omgezet worden in acrylaatgroepen (Figuur 40). Het polymeer wordt na reactie onderzocht met GPC, UV-Vis en 1

H NMR.


44

Et3N , DCM

Figuur 40 : Post-modificatie van eindstandige hydroxylgroepen in poly(NIPAAm-co-ProA) met behulp van acryloylchloride.

Na de substitutie van de eindstandige hydroxylgroepen door acryloylchloride werd het polymeer opnieuw geanalyseerd met GPC. In Tabel 4 worden Mn waarden en dispersiteiten weergegeven voor Raft 8 en Raft 9 voor en na reactie. Na modificatie is er voor beide polymeren een merkbare toename in moleculair gewicht, gemeten via GPC. Acrylaten als eindgroep op het polymeer kunnen zorgen voor een andere opvouwing van de kluwen waardoor er een verandering optreedt in hydrodynamisch volume, die aanleiding heeft tot een toename in moleculair gewicht bepaald via GPC. Dit leek dan ook een eerste indicatie voor het doorgaan van de post-modificatiereactie. Tabel 4 : GPC data van poly(NIPAAm-co-ProA) voor en na modificatie met acryloylchloride.

Mn,GPC

Đ

Raft 8

4900

1.38

Raft 8 acrylaat

5680

1.38

Raft 9

6400

1.34

Raft 9 acrylaat

7150

1.39

Polymeer

Via transmissiemetingen werd de witwordingstemperatuur van het polymeer na deze postmodificatiereactie bepaald. Dit werd gedaan voor Raft 8 en Raft 9 waarvoor de transmissiecurven worden weergegeven in Figuur 41. Voor beide polymeren is er na reactie met acryloylchloride een meetbare verandering in Tcp die voor beide polymeren verlaagt met ongeveer 3°C. Dit leek dan ook een tweede indicatie voor het doorgaan van de koppeling van acrylaten op het α-uiteinde van de polymeerketen. Mits acrylaatgroepen meer hydrofoob zijn dan alcoholgroepen en aanwezig zijn als eindgroepen verwacht men een minimale daling in Tcp.


Tcp ↓

1,2 1

1

0,8 2

0,6

Tcp ↓

1,2

Transmissie (I/I0)

Transmissie (I/I0)

45

0,4 0,2

1 3

0,8 0,6 4

0,4 0,2 0

0 5

15

25

Temperatuur (°C)

35

10

20

30

40

Temperatuur (°C)

Figuur 41 : Transmissiecurven ter bepaling van Tcp voor Raft 8 (links) en Raft 9 (rechts) voor en na reactie met acryloylchloride. Met Tcp(Raft8) = 11.5°C [1] en Tcp(Raft8 acrylaat) = 9.5°C [2] en Tcp(Raft9) = 15.5°C [3] en Tcp(Raft9 acrylaat) = 12.5°C [4].

De analyse van het gemodificeerde polymeer via 1H NMR is moeizaam daar de typische acrylaatsignalen (5.5-6.5 ppm) onder de verbrede N-H piek van NIPAAm liggen. Toch werd er op dit stadium van het onderzoek nog van uitgegaan dat de koppeling met acrylaten geslaagd was door de aanwezigheid van kleine signalen op de verbrede N-H piek (Figuur 42). Uit sectie 3.3.4 zal echter blijken dat de koppeling van de acrylaten op het αuiteinde niet doorgegaan is.

Figuur 42 : 1H NMR spectrum van RAFT polymeer (Raft 8) na reactie met acryloylchoride (500 MHz, solvent : CDCl3).


46

3.3.3.2 CuAAC reactie met azide-mannose en alkyngroepen in polymeerketen

De alkyngroepen aanwezig in het copolymeer werden vervolgens gereageerd met azidemannose. Deze post-modificatiereactie wordt weergegeven in Figuur 43. Deze click reactie wordt gekatalyseerd door Cu(I) gecomplexeerd met PMDETA. Wegens de geringe oplosbaarheid van het gebruikte mannose azide werd de reactie uitgevoerd in DMF. Er werd geroerd bij 40°C en dit gedurende 4 uur. De synthese van het gebruikte azidemannose wordt in de volgende paragraaf uitvoerig besproken.

Figuur 43 : CuAAC reactie met azide-mannose en alkyngroepen aanwezig in de polymeerketen.

Na de post-modificatiereactie werd het polymeer gezuiverd door neer te slaan in koud Et2O en het verkregen glycopolymeer werd geanalyseerd via GPC,

1

H NMR, FTIR en

lichttransmissie.

3.3.3.2.1 Synthese van azide-mannose

De syntheseroute van het gebruikte azide-mannose wordt weergegeven in Figuur 44.54 Er werd een mannose bereid die gekarakteriseerd wordt door een azide groep verbonden met een ethyleen linker op de 1-positie. Door gebruik te maken van een ethyleen spacer is er de verwachting dat de reactiviteit positief beïnvloed wordt in vergelijking met een azide die rechtstreeks gebonden is aan de 1-positie. In een eerste stap werd D-(+)-mannose geacetyleerd met behulp van azijnzuuranhydride in droog pyridine ter vorming van m1. De hydroxylgroepen worden in deze stap beschermd als acetylgroepen. Hierdoor is het mogelijk om in de volgende synthesestap de acetylgroep op de anomere 1-positie selectief te substitueren met het alcohol 2-bromoëthanol. Deze reactie werd


47

uitgevoerd in DCM en werd gekatalyseerd door boor trifluoride etheraat. In een derde stap werd via een SN2 reactie de halidegroep gesubstitueerd door een azidefunctionaliteit met behulp van natriumazide waardoor m3 bekomen werd. In de finale synthesestap werd m3 ontschermd door een behandeling in methanol met een katalytische hoeveelheid kaliumcarbonaat. Hierbij werd mannose (m4) bekomen, gefunctionaliseerd met een azide door middel van een ethyleenspacer op de 1-positie. Het totaal rendement van deze vierstapssynthese bedraagt 45 %.

. Figuur 44 : Gevolgde syntheseroute voor de bereiding van het gebruikte azide-mannose.

De synthese van het azide-mannose werd gevolgd door karakterisatie met 1H-NMR, LC-MS analyse en infrarood metingen. Met infrarood is het mogelijk om op eenvoudige wijze de synthese van m4 op te volgen. Elke stap, behalve stap 2, gaat gepaard met een meetbare verandering in het IR spectrum. De IR spectra van D-(+)-mannose, m1, m3 en m4 worden weergegeven in Figuur 45. D-(+)-mannose wordt gekenmerkt door een intense rekvibratie tussen 3200-3600 cm-1, afkomstig van de alcoholgroepen aanwezig in het C-glycoside.


48

Component m1, geacetyleerd mannose, wordt gekenmerkt door een intense rekvibratie bij 1730 cm-1,afkomstig van de carbonylgroepen van de acetylfunctionaliteiten in m1. In het IR spectrum is geen vibratie meer aanwezig bij 3200-3600 cm-1, waaruit besloten kon worden dat er geen significante hoeveelheid aan hydroxylgroepen meer aanwezig waren. Component m2 werd niet geanalyseerd via IR omdat weinig verandert in het spectrum in vergelijking met m1. Hiervoor werd uitsluitend 1H-NMR gebruikt voor de karakterisatie. Component m3 wordt gekenmerkt door een intense rekvibratie bij 1730 cm-1, afkomstig van de carbonyl functies. Naast deze rekvibratie vertoont m3 ook een vibratie bij 2100 cm-1, wat typische vibraties zijn voor azidefunctionaliteiten. De finale component m4 vertoont net als m3 een rekvibratie bij 2100 cm-1, het azide,en een intense rekvibratie rond 3200-3600 cm-1, terwijl de rekvibratie bij 1730 cm-1 volledig verdwenen is. Deze analyse bevestigt de ontscherming van de hydroxylgroepen en de incorporatie van de azidefunctionaliteit. Bovendien werd een LC-MS en 1H NMR analyse van het eindproduct uitgevoerd die de synthese van het gewenste product bekrachtigen. Voor de karakterisatie via 1H NMR wordt verwezen naar het experimenteel gedeelte 4.8 en naar Figuur 48.

OH

N3

C=O

Figuur 45 : IR spectra van D-(+)-mannose; m1; m3 en m4 waarbij de karakteristieke vibraties aangeduid zijn.


3.3.3.2.2

49

Post-modificatie via CuAAC

Het gesynthetiseerde poly(NIPAAm-co-ProA) bevat alkyngroepen in de polymeerketen die kunnen reageren met de azidefunctionaliteit aanwezig op de mannose-component. Via deze click reactie werden glycopolymeren met mannose-eenheden in de polymeerketen bekomen. Het koppelen van mannose-eenheden op de alkyngroepen in de polymeerketen doet het moleculair gewicht van de keten toenemen. Voor het polymeer Raft 8 dat 7 alkyngroepen bevat per keten, betekent dit een toename van ongeveer 1750 Da. In Figuur 46 worden de GPC curves getoond van Raft 8, Raft 8 met acrylaat en Raft 8 mannose. Er is een duidelijke toename in Mn waarneembaar na koppeling van het mannose op de polymeerketen terwijl de dispersiteiten constant blijven. Uit Tabel 5 wordt duidelijk dat de toename in moleculair gewicht meer is dan verwacht. Er dient terug gewezen te worden op het feit dat via GPC het hydrodynamisch volume bepaald wordt.

1,2

c

b a

Intensiteit

1 Tabel 5 : GPC data voor Raft 8, Raft 8 acrylaat en Raft 8 mannose.

0,8 0,6 0,4 0,2

Polymeer

Mn,GPC

PDI

Raft 8

4900

1.38

Raft 8 acrylaat

5680

1.38

Raft 8 mannose

9800

1.39

0 28

33

38

elutietijd (min) Figuur 46 : GPC curves voor Raft 8 [a] , Raft 8 acrylaat [b] en Raft 8 mannose [c].

Het koppelen van mannose op poly(NIPAAm-co-ProA) betekent dat de hydrofobe alkyngroepen afkomstig van propargylacrylaat vervangen worden door hydrofiele mannose eenheden, waardoor een toename in Tcp verwacht werd. In Figuur 47 worden de transmissiecurves van Raft 8 en Raft 8 mannose met elkaar vergeleken. Er is inderdaad een verandering in Tcp na aanbrengen van het mannose in de polymeerketen. De witwordingstemperatuur van Raft 8 mannose is aanzienlijk hoger dan die van Raft 8 (Figuur 47).


Tcp stijging

1,2

Transmissie (I/I0)

50

1 0,8

2 1

0,6 0,4 0,2 0 5

25 Temperatuur (°C)

45

Figuur 47 : Transmissiecurve ter bepaling van Tcp voor Raft 8 voor en na reactie met azide-mannose met Tcp (Raft 8) = 11.5 °C [1] en Tcp (Raft 8 mannose) = 33 °C [2].

Het polymeer werd na koppelen met het mannose geanalyseerd met 1H NMR. In het spectrum verschijnen nieuwe signalen in vergelijking met het spectrum voor de mannose koppeling (Figuur 48). Er is een nieuw signaal bij 7.94 ppm wat het proton d voorstelt op de triazoolring, wat aantoont dat de CuAAC reactie succesvol doorgegaan is. Ook verschijnen er nieuwe signalen in het gebied van 4.3-5.3 ppm die de CH’s van het gekoppelde mannose voorstellen. Andere signalen kunnen niet worden onderscheiden in het spectrum door de overlap met signalen afkomstig van de polymeerruggegraat.

Figuur 48 : 1H NMR van Raft 8 polymeer na koppelen van mannose (300 MHz, solvent : DMSO-d6).


51

3.3.4 Hypervertakte glycopolymeren van poly(NIPAAm-co-Mannose) door aminolyse van de trithiocarbonaatverbinding

Het copolymeer werd uiteindelijk gereageerd met n-propylamine die het trithiocarbonaat omzet tot een thiol (zie Figuur 7). Uit literatuur blijkt dat het primair amine een hogere reactiviteit

vertoont

met

de

trithiocarbonaatgroep

in

vergelijking

met

de

acrylaten.62 Het succes van de aminolyse werd nagegaan worden met behulp van UV-Vis metingen. Deze analyse steunt op het feit dat de trithiocarbonaatverbinding een typische absorptie vertoont bij 320 nm. Na aminolyse met het primair amine wordt een thiol gevormd, waardoor de absorptie bij 320 nm verdwijnt, wat een indicatie is voor het volledig doorgaan van de aminolyse (Figuur 49).

Intensiteit

1 0,5

2

0

1

-0,5 270

320

370

420

golflengte (nm)

Figuur 49 : UV-Vis meting van poly(NIPAAm-co-Mannose) voor [1] en na [2] aminolyse met n-propylamine (concentratie: 1.6 mg/ ml DMF).

Door de aminolyse van het trithiocarbonaat komt, zoals reeds aangehaald, een thiolfunctionaliteit vrij die een Michael-additie kan aangaan met de acrylaten op het αuiteinde van de polymeerketen (zie Figuur 13). Vanuit dit standpunt kunnen de polymeerstructuren nu beschouwd worden als AB2 precursoren voor de synthese van hypervertakte polymeren. Hierbij kan het thiol (A-eenheid) enkel reageren met de acrylaten (B-eenheden) via een Michael-additie, waardoor hypervertakte glycopolymeren gevormd kunnen worden. Echter, na toevoeging van Et3N en overnacht reageren bleek de Michael reactie echter niet doorgegaan te zijn. Dit werd besloten na analyse via GPC, waarbij gezien werd dat het moleculair gewicht en dispersiteit nauwelijks veranderde, terwijl er een grote toename verwacht wordt bij de vorming van hypervertakte polymeren. Aangezien deze reactie reeds op


52

geconcentreerde schaal uitgevoerd werd en thiolen bekend staan om snel te reageren met acrylaatgroepen werd er op dit stadium nagegaan of er in de voorafgaande stappen van de RAFT strategie iets fout kan gegaan zijn. Hiervoor werd elke stap die gevolgd werd tijdens de synthese nog eens uitvoerig apart bestudeerd om het probleem op te sporen. Daaruit kon besloten worden dat het probleem waarschijnlijk te vinden is bij de koppeling van de acrylaten op de polymeerketen. Zoals reeds gezegd is de analyse van de acrylaatkoppeling via 1H NMR niet eenduidig. Enerzijds overlappen de kenmerkende acrylaatsignalen met het sterk verbrede NH-signaal van NIPAAm. Anderzijds is er het feit dat het overtollige ProA monomeer moeilijk uit het polymeer te verwijderen is, waardoor de zichtbare signalen bij 5.5–6.5 ppm wellicht overeenkomen met acrylaten van het ProA monomeer. Wegens het falen van de acrylaatkoppeling op de keten werden in de laatste fase van de masterscriptie drie alternatieve methodes toegepast voor de substitutie van de eindstandige hydroxylgroepen. Eerst en vooral werd de verestering met acryloylchloride uitgevoerd onder zeer droge condities in droog pyridine bij -20°C. Deze omstandigheden werden gekozen om de mogelijke eliminatie van de hydroxylgroep, die kan optreden als zijreactie, uit te schakelen. Een tweede toegepaste methode maakt gebruik van een veresteringreactie met acrylzuur in combinatie met DCC en DMAP. Als laatste poging werd een reactie uitgevoerd om

de

hydroxylgroepen

om

te

zetten

in

broomgroepen

met

behulp

van

2-

bromopropionylbromide. Deze broomgroepen kunnen dan in een verdere stap reageren met thiolen in een thio-bromo reactie (zie Figuur 7). Elk van deze drie alternatieven voor postmodificatie van de hydroxylgroepen waren niet succesvol, zoals bleek uit 1H NMR analyse. In de toekomst kunnen andere syntheseroutes gevolgd worden om deze RAFT strategie, ter vorming van hypervertakte glycopolymeren met suikereenheden in de hoofdketen, toch succesvol te maken. Hierbij wordt gedacht aan de synthese van een RAFT reagens die bestaat uit 2 primaire alcoholen op het α-uiteinde. Naast deze strategie wordt ook gedacht aan het uitvoeren van een copolymerisatie van N-isopropylacrylamide met een mannose-monomeer via SET-LRP. Hiervoor zou eerst een mannose-monomeer gesynthetiseerd worden via een klikreactie met azide-mannose (m4) op het propargylacrylaatmonomeer. Dit zou gepolymeriseerd kunnen worden met NIPAAm via de beschreven SET-LRP strategie, gebruikmakende van de vertakte AB2 initiator waardoor mannose in de polymeerketen geïntroduceerd wordt. Via de gekende post-modificatie met natriummethaanthiosulfonaat, gevolgd door een thiolacton ringopening met een willekeurig primair amine zou men kunnen


53

komen tot hypervertakte glycopolymeren (Figuur 50). Dit zou een bijkomend voordeel kunnen geven door de introductie van extra functionaliteiten via de keuze van het primair amine voor de thiolacton ringopening.

Figuur 50 : Alternatieve syntheseroute voor de vorming van hypervertakte thermoresponsieve glycopolymeren.

Hoofdstuk 4 Experimenteel 4.1 Gebruikte commerciële reagentia Gebruikte Reagentia

CAS

Zuiverheid (%)

Leverancier

ethanol diethylether tolueen hexaan methanol dimethylformamide tetrahydrofuran dimethylsulfoxide ethylacetaat dichloromethaan pyridine N,N-dimethylacetamide (DMA) N-isopropylacrylamide propargylacrylaat (ProA) acrylzuur azijnzuur azijnzuuranhydride citroenzuur trifluorazijnzuur (TFA) natrium trifluorazijnzuur (NaTFA) koper(I)bromide koper(II)dibromide boortrifluoride diethyletheraat kaliumcarbonaat (K2CO3)

64-17-5 60-29-7 108-88-3 110-54-3 67-56-1 68-12-2 109-99-9 67-68-5 141-78-6 75-09-2 110-86-1 127-19-5 2210-25-5 10477-47-1 79-10-7 64-19-7 108-24-7 77-92-9 76-05-1 2923-18-4 7787-70-4 7789-45-9 109-63-7 584-08-7

95 ≥ 99.8 99.9 Technical ≥ 99 ≥ 99 ≥ 99.9 ≥ 99.9 ≥ 99.8 ≥ 99.8 ≥ 99.9 99 ≥ 98 98 99 ≥ 99.8 ≥ 98 ≥ 99.5 ≥ 99 98 98 99 ≥ 46.5 ≥ 99

Chem-Labs Sigma Aldrich Sigma Aldrich Chem-Labs Acros Sigma Aldrich Sigma Aldrich Sigma Aldrich Sigma Aldrich Sigma Aldrich Sigma Aldrich TCI Sigma Aldrich Sigma Aldrich Acros Sigma Aldrich Sigma Aldrich TCI Sigma Aldrich Sigma Aldrich Sigma Aldrich Sigma Aldrich ROTH

magnesiumsulfaat (MgSO4)

7487-88-9

zeer zuiver

BOOM

AIBN triëthylamine (Et3N) phenothiazine aluminiumoxide (Al2O3)

78-67-1 121-44-8 92-84-2 1344-28-1

98 99 99 -

Sigma Aldrich Acros Acros Sigma Aldrich

trans-2-[3-(4-tert-butylphenyl)-2-methyl -2-propenylidene]malononitrile (DCTB) isopropylideneglycerol (solketal) 4-dimethylaminopyridine (DMAP)

300364-84-5

≥ 98

TCI

100-79-8 1122-58-3

98 99

Sigma Aldrich Sigma Aldrich

Hoofdstuk 4 : Experimenteel

N,N-dicyclohexylcarbodi-imide (DCC) D-(+)-mannose 2-bromoethanol natrium azide D-(+)-mannosamine hydrochloride acryloylchloride DL-homocysteïne thiolacton hydrochloride 2-bromoacetylbromide 1-thioglycerol 2-bromopropionylbromide tributylfosfine

55

538-75-0 3458-28-4 540-51-2 26628-22-8 5505-63-5 814-68-6 6038-19-3 598-21-0 96-27-5 563-76-8 998-40-3

99 ≥ 99 97 99 ≥ 99 96 99 ≥ 98 ≥ 97 97 95

Acros Sigma Aldrich Acros Acros Sigma Aldrich abcr Acros Sigma Aldrich Sigma Aldrich Sigma Aldrich Acros


56

4.2 Zuivering van commerciële reagentia 

Cu(I)Br

Het is aangewezen om het Cu(II) aanwezig in Cu(I)Br te reduceren met behulp van azijnzuur. Hierbij wordt Cu(I)Br geroerd in een oplossing van geconcentreerd azijnzuur gedurende 24 uur. Daarna wordt het Cu(I)Br afgefiltreerd en het opgeloste Cu(II)Br2 en azijnzuur weggewassen met ethanol en diëthylether. Het Cu(I)Br wordt overnacht gedroogd in een vacuümoven bij een temperatuur van 75°C.




N-isopropylacrylamide (NIPAAm) wordt gezuiverd door herkristallisatie in een 50:50 tolueen/n-hexaan oplossing bij 70°C gedurende 2 uur. De oplossing wordt na het refluxen overnacht bewaard bij een temperatuur van 3°C zodat het NIPAAm kristalliseert. NIPAAm wordt afgefiltreerd en veelvuldig gewassen met n-hexaan.


57

4.3 Synthese van vertakte initiator AB2 

Synthese van 2-bromo-N-thiolacton acetamide (2a)

DL-homocysteïne thiolacton hydrochloride (9.2 g; 60 mmol) en kaliumcarbonaat (25 g; 180 mmol) worden opgelost in 200 mL H2O waarna 200 mL CH2Cl2 wordt toegevoegd. Dit tweefasensysteem wordt vervolgens gekoeld tot 0°C en een oplossing van 2-bromoacetylbromide (10.5 mL; 120 mmol) in CH2Cl2 (40 mL) wordt druppelgewijs toegevoegd gedurende een half uur. Hierna wordt de oplossing nog geroerd gedurende een uur bij kamertemperatuur. De twee fasen worden gescheiden en de organische fase wordt twee keer gewassen met een 5% waterige oplossing van citroenzuur (40 mL) en tweemaal met H2O (40 mL), vooraleer het gedroogd wordt over magnesiumsulfaat (MgSO4). Het solvent wordt verwijderd onder verminderde druk om een vast wit product te verkrijgen met een rendement van 86%. 

Synthese van 2-((2,3-dihydroxypropyl)thio)-N-thiolacton acetamide (2b)

Aan een oplossing van 2a (5 g; 21 mmol) en 1-thioglycerol (4.54 g; 42 mmol) in dichloormethaan (40 mL) wordt een oplossing van Et3N (12.8 g; 126 mmol) in dichloromethane (10 mL) druppelgewijs toevoegd bij kamertemperatuur. De conversie van de reactie wordt gevolgd via TLC (eluens: DCM/EtOAc 7/1) (Rf = 0.6 naar Rf = 0.15 ). 

Synthese van de vertakte thiolacton SET-LRP initiator (2c)

Na complete conversie bepaald via TLC wordt het reactiemengsel met 2b gekoeld tot 0°C en een oplossing van 2-bromopropionylbromide (27.2 g; 126 mmol) in CHCl2 (40 mL) wordt druppelgewijs toegevoegd gedurende een periode van 45 min. Het reactiemengsel wordt vervolgens geroerd voor 2 uur bij kamertemperatuur waarbij de conversie gevolgd wordt via TLC (eluens: DCM/EtOAc 7/1). Vervolgens werd het mengsel verdund met Et2O (100 mL) en gewassen met H2O (2 x 50 mL) en met een verzadigde NaHCO3 oplossing. De organische fase wordt gedroogd over MgSO4 en geconcentreerd onder verminderde druk. Het residu wordt opgezuiverd via kolomchromatografie (eluens: hexane/EtOAc 4/1) en een bruinachtige olie wordt verkregen met een rendement van 65%.

Hoofdstuk 4 : Experimenteel 1H

58

NMR (300 MHz, CDCl3): δ(ppm): 1.77 (d, 6H, 2x CH3); 1.99 (m, 1H, CH2); 2.77 (m, 1H,

CH2); 2.85 (m, 2H, CH2S); 3.26 (m, 4H, CH2S en CH2O); 4.11-4.73 (m, 2H, 2x CHBr), 4.114.73 (m, 2H, SCH2CO); 4.11 -4.73 (m, 1H, N(H)CHCO); 5.21 (m, 1H, CHO); 6.94 (m, 1H, NH).

13C-APT

NMR (300MHz, CDCl3): δ(ppm): 21.78 (2 x CH3); 27.55 (CH2S); 31.51

(CH2CH2); 32.79 (CH2S); 36.28 (CH2O); 39.89 (2x CHBr); 59.76 (N(H)CHCO); 64.50 (SCH2CO); 71.75 (CHO); 169.13 (C(O)O); 170 (C(O)S); 205 (C(O)NH).

4.4 Polymerisatie van NIPAAm met vertakte initiator AB2 

Via direct gebruik van Cu(0)

In een eerste kolf wordt het monomeer NIPAAm samen opgelost met de AB2 initiator in water met een minimale hoeveelheid DMF om de oplosbaarheid van de initiator te garanderen. Hieraan wordt een spatelpunt Cu(0) pellets aan toegevoegd. Aan een tweede kolf wordt CuBr2 samen met Me6Tren opgelost in water. Alles wordt zodanig afgewogen dat aan volgende condities wordt voldaan : [M]0/[I]0/[L]0/[CuBr2]0 = 50 of 100/1/0.12/0.05 waarbij c[NIPAAm] = 2.5 mol/L. Beide kolven worden gespoeld met N2 gas gedurende 30 min om het zuurstof te verwijderen. Daarna wordt kolf 2 samengevoegd aan kolf 1 waardoor de eigenlijke SET polymerisatie start. Na polymerisatie wordt de oplossing tweemaal aangelengd met tolueen en ingedampt onder verlaagde druk. Daarna wordt het geheel gefiltreerd over Al2O3 om het koper te verwijderen, de filter wordt meermaals gespoeld met THF. De kleurloze oplossing wordt ingedampt onder verlaagde druk tot een volume van ongeveer 10 mL en daarna tweemaal neergeslaan in koud Et2O (100 mL). Het polymeer wordt afgefiltreerd en meermaals gewassen met Et2O en gedroogd in de vacuümoven. 

Via disproportionering van Cu(I)Br

In een eerste kolf wordt het monomeer NIPAAm samen opgelost met de AB2 initiator in water met een minimale hoeveelheid DMF om de oplosbaarheid van de initiator te garanderen. Aan een tweede kolf wordt CuBr samen met Me6Tren opgelost in water. Dit wordt geroerd voor 1 uur om Cu(I) te disproportioneren tot Cu(0) en Cu(II). Alles wordt zodanig afgewogen dat aan volgende condities wordt voldaan : [M]0/[I]0/[L]0/[CuBr]0 = 50/1/0.4/0.4 waarbij c[NIPAAm] = 2.5 mol/L. Beide kolven worden nadien gespoeld met N2 gas gedurende 30 min om het zuurstof te verwijderen.


59

Daarna wordt kolf 1 samengevoegd aan kolf 2 waardoor de eigenlijke SET polymerisatie start. De polymerisatie wordt op dezelfde manier afgewerkt als hierboven beschreven.

4.5 Post-modificatie van PNIPAAm met natriummethaanthiosulfonaat Poly(N-isopropylacrylamide) (2 g; 0.44 mmol) wordt opgelost in DMF, hieraan wordt natriummethaanthiosulfonaat (177.08 mg; 1.32 mmol) toegevoegd. Er wordt gereageerd voor 24 uur bij een temperatuur van 40°C. Nadien wordt de oplossing druppelsgewijs toegevoegd aan THF waarbij het overtollige natriumthiosulfonaat neerslaat en het gemodificeerde polymeer in oplossing blijft. Het natriummethaanthiosulfonaat wordt afgefiltreerd en gespoeld met THF. Het volume van het eluens wordt gereduceerd tot ongeveer 10 mL en het polymeer wordt bekomen door neer te slaan in koud Et2O (100 mL). Het polymeer wordt afgefiltreerd en gedroogd in de vacuümoven.

4.6 Opening van thiolactonring ter vorming van hypervertakte structuren Aan

een

oplossing

van

het

gemodificeerde

poly(N-isopropylacrylamide)

met

methaanthiosulfonaat (1 g; 0.2 mmol) in DMSO wordt een overmaat van het amine mannose (358 mg; 2 mmol) toegevoegd. Er wordt overnacht gereageerd en de reactie wordt afgewerkt door het polymeer neer te slaan in koud Et2O.

4.7 Synthese van RAFT reagens (1c) 

Synthese van 2-(((butylthio)carbonothioyl)thio)propaanzuur (1a)

Het RAFT reagens 1a werd bekomen via een éénstapsreactie die meermaals in de literatuur beschreven staat.60 Rendement: 85 %. 1H NMR (300 MHz, CDCl3): δ(ppm): 0.86 (t, 3H, CH3); 1.36 (m, 2H, CH2); 1.54 (d, 3H, CH3); 1.61 (m, 2H, CH2); 3.3 (t, 2H, CH2); 4.76 (m, 1H, CH).




60

Synthese van (2,2-dimethyl-1,3-dioxolan-4-yl)methyl 2(((butylthio)carbonothioyl)thio)propanoaat (1b)

Voor de veresteringreactie wordt 1a (10 g; 42 mmol) opgelost in droog DCM, aan deze oplossing wordt het alcohol , solketal (isopropylideneglycerol) (4.346 mL; 35 mmol) samen met DMAP (4-dimethylaminopyridine) (1.71 g; 14 mmol) toegevoegd. Als laatste component wordt DCC (N,N’-dicyclohexylcarbodi-imide) (9 g; 43.75 mmol)

toegevoegd. Dit

reactiemengsel wordt geroerd gedurende 3 dagen. De verestering wordt gekenmerkt door de vorming van een vaste stof, namelijk DCU. Deze vaste stof wordt afgefiltreerd en overvloedig gespoeld met DCM. Het eluens wordt ingedampt en er wordt een gele olie bekomen. Deze olie wordt gezuiverd met behulp van kolomchromatografie met hexaan/ethylacetaat (9:1) als eluens. 1H NMR (300 MHz, CDCl3): δ(ppm): 0.86 (t, 3H, CH3); 1.29 (s, 3H, CH3); 1.36 (m, 2H, CH2); 1.38 (s, 3H, CH3); 1.54 (d, 3H, CH3); 1.61 (m, 2H, CH2); 3.3 (t, 2H, CH2); 3.69 (m, 1H, CH2); 4.00 (m, 1H, CH2); 4.12 (m, 2H, CH2); 4.24 (m, 1H, CH); 4.76 (m, 1H, CH). 13C-ATP

NMR (300 MHz, CDCl3): δ(ppm): 13.89 (CH3); 16.67 (CH3); 22.05 (CH2); 25.32

(CH3); 26.62 (CH3); 30.05 (CH2); 37.07 (CH2); 47.74 (CH); 65.44 (CH2); 66.37 (CH2); 73 (CH); 109.71 (Cq); 170.9 (Cq).



Synthese van 2,3-dihydroxypropyl 2(((butylthio)carbonothioyl)thio)propanoaat (1c)

Product 1b wordt opgelost in 75 mL DCM en geroerd bij kamertemperatuur. Hierbij wordt druppelsgewijs 25 mL TFA toegevoegd en er wordt geroerd gedurende 5 uur bij kamertemperatuur. De bruingele vloeistof wordt ingedamd onder verlaagde druk om een bruingele olie te bekomen. 1H NMR (300 MHz, CDCl3): δ(ppm): 0.86 (t, 3H, CH3); 1.36 (m, 2H, CH2); 1.54 (d, 3H, CH3); 1.61 (m, 2H, CH2); 2.23 (s, 1H, OH); 3.3 (t, 2H, CH2); 3.55 (m, 1H, CH2); 3.67 (m, 1H, CH2); 3.89 (m, 1H, CH); 4.20 (m, 2H, CH2); 4.76 (m, 1H, CH). 13C-ATP

NMR (300 MHz, CDCl3): δ(ppm): 13.58 (CH3); 16.40 (CH3); 22.05 (CH2); 30.09

(CH2); 37.20 (CH2); 47.85 (CH); 63.19 (CH2); 66.4 (CH2); 69.67 (CH); 171.5 (Cq).


61

4.8 Synthese van 2’-azidoethyl-O-α-D-mannopyranoside (azidemannose m4)54  Aan

het

Synthese van 1,2,3,4,6-penta-O-acetyl-α-D-mannopyranoside (m1) commercieel

beschikbare

D-(+)-mannose

(5

g;

27.75

mmol)

wordt

azijnzuuranhydride (13,1 mL; 138.75 mmol) toegevoegd. Dit mengsel wordt opgelost in pyridine (11.18 mL; 138.75 mmol) en overnacht geroerd bij kamertemperatuur. Het reactiemengsel wordt gefiltreerd over silicagel om het overtollige azijnzuuranhydride te verwijderen. De filter wordt overvloedig gespoeld met tolueen en het eluens wordt ingedampt onder verlaagde druk. Er wordt een kleverige vloeistof bekomen. Dit wordt nog 3 maal opgelost in tolueen en ingedampt onder verlaagde druk om al het pyridine te verwijderen. Rendement: 87 %. 1H NMR (300 MHz, CDCl3): δ(ppm): 1.94 (s, 3H, CH3CO); 1.98 (s, 3H, CH3CO); 2.04 (s, 3H, CH3CO); 2.10 (s, 3H, CH3CO); 2.12 (s, 3H, CH3CO); 3.92-4.12 (d, 2H, CH2OC=O); 4.17-4.27 (m, 1H, CHCH2); 5.03-5.44 (3H, m, CH, CH, CH), 6.00 (s, 1H, CHOCO). 

Synthese van 2’-bromoethyl 2,3,4,6-tetra-O-acetyl-α-D-mannopyranoside (m2)

Aan een oplossing van m1(7.6g; 19.47 mmol) en 2-bromoethanol (1.87mL; 20.68 mmol) in droog DCM wordt druppelsgewijs boortrifluoride etheraat (9.26 mL; 75.29 mmol) toegevoegd. Het reactiemengsel wordt overnacht geroerd in het donker bij kamertemperatuur onder N2-atmosfeer. Nadien wordt DCM toegevoegd en het reactiemengsel wordt geneutraliseerd met NaHCO3. De organische fase wordt nog 3 maal gewassen met een hoeveelheid gedestilleerd water en wordt nadien ingedampt onder verlaagde druk. Het product kristalliseert uit tot een witgeel poeder en wordt opgezuiverd door omkristallisatie in ethylacetaat/hexaan (1/1, v/v). Rendement: 68%. 1H NMR (300 MHz, CDCl3): δ(ppm): 1.94 (s, 3H, CH3CO); 1.98 (s, 3H, CH3CO); 2.04 (s, 3H, CH3CO); 2.10 (s, 3H, CH3CO); 3.46 (t, 2H, CH2Br); 3.87 (m, 2H, CH2O); 4.06 (d, 2H, CH2OC=O); 4.20 (m, 1H, CHCH2); 4.81 (s, 1H, CHO); 5.18-5.33 (3H, m, CH, CH, CH).

13C-ATP

NMR (300 MHz, CDCl3): δ(ppm):

20.65-20.92 (4 x OC=OCH3); 26.6 (CH2Br); 62.44 (CH2); 66 (CH); 68.5 (CH2); 68.94 (CH); 69.05 (CH); 69.43 (CH); 97.75 (OCHO); 169.76-170.6 ( 4 x OC=OCH3).




62

Synthese van 2’-azidoethyl 2,3,4,6-tetra-O-acetyl-α-D-mannopyranoside (m3)

Aan een oplossing van component m2 (3 g; 6.59 mmol) in DMF wordt omzichtig natriumazide (2.57 g; 39.54 mmol) toegevoegd. Het reactiemengsel wordt gereageerd bij 60°C voor 3 uur. De reactie wordt gevolgd via TLC analyse met ethylacetaat/hexaan (2/1, v/v) (startproduct Rf = 0.7, reactieproduct Rf = 0.56). De oplossing wordt ingedampt onder verlaagde druk en nadien opgelost in DCM. Dit wordt 4 maal geëxtraheerd met gedestilleerd water en de organische fase wordt gedroogd over MgSO4 en nadien ingedampt onder verlaagde druk. Er wordt een geelachtig schuim/poeder bekomen die wordt omgekristalliseerd in ethylacetaat/hexaan (2/1, v/v). Rendement: 89 %. 1H NMR (300 MHz, CDCl3): δ(ppm): 1.94 (s, 3H, CH3CO); 1.98 (s, 3H, CH3CO); 2.04 (s, 3H, CH3CO); 2.10 (s, 3H, CH3CO); 3.32-3.48 (m, 2H, CH2N3); 3.56-3.66 (m, 1H, CH2O); 3.76-3.85 (m, 1H, CH2O); 3.94-4.09 (m, 2H, CH2OC=O); 4.17-4.27 (m, 1H, CHCH2); 4.80 (s, 1H, CHO); 5.18-5.33 (m, 3H, CH, CH, CH). 13C-ATP NMR (300 MHz, CDCl3): δ(ppm): 20.66-20.87 (4 x OC=OCH3); 50.36 (CH2N3); 62.46 (CH2); 66 (CH); 68.5 (CH2); 68.94 (CH); 69.05 (CH); 69.43 (CH); 97.76 (OCHO); 169.76-170.6 ( 4 x OC=OCH3).



Synthese van 2’-azidoethyl-O-α-D-mannopyranoside (m4)

Aan een oplossing van component m4 in watervrij methanol wordt een katalytische hoeveelheid K2CO3 toegevoegd. Dit reactiemengsel wordt geroerd onder N2 atmosfeer bij kamertemperatuur voor 3 uur. Het mengsel wordt ingedampt onder verlaagde druk en het product wordt bekomen als een geel/wit schuim/poeder. Rendement: 85 %. 1H NMR (300 MHz, DMSO): δ(ppm): 3.29-3.71 (m, 9H, 3 CHOH, CH2OH, CH2N3, CH2O ); 3.72-3.83 (m, 1H, CHCH2); 3.90-4.60 (s, 4H, 4 OH); 4.68 (d, 1H, OCHO). ESI-MS: tR 3.043 min (M+NH4+) = 267.20 g/mol.


63

4.9 Copolymerisatie van poly(propargylacrylaat-coN-isopropylacrylamide) NIPAAm en ProA worden in een bepaalde verhouding samen met het RAFT reagens 1c en azobisisobutyronitrile (AIBN) opgelost in tetrahydrofuran (THF) waarbij [M]0 /[CTA]0/[I]0 = 30/1/0.11. Deze oplossing wordt in een schlenkfles gebracht en onderworpen aan 3 “FreezePump-Thaw” cyclussen (bevriezen in vloeibare stikstof, vacuüm zuigen en ontdooien) om O2 uit de oplossing te verwijderen. Daarna wordt de oplossing opgewarmd tot 65°C waardoor NIPAAm en ProA gepolymeriseerd worden. Na 5 uur wordt de polymerisatie gestopt door het reactiemengsel te koelen tot kamertemperatuur en bloot te stellen aan de lucht. Het copolymeer wordt gezuiverd door het mengsel neer te slaan in een 10-voudige overmaat koud diëthylether (Et2O). Het copolymeer wordt afgefiltreerd en meermaals gewassen met Et2O. Het polymeer wordt opnieuw opgelost in THF en wordt ingedampt over verlaagde druk om het ProA-monomeer te verwijderen. Daarna wordt opnieuw neergeslaan in koud Et2O en wordt nadien gedroogd aan de vacuümpomp om alle ProA-monomeer te verwijderen.

4.10 Post-modificatie van poly(NIPAAm-co-ProA) 

Reactie van hydroxylgroepen met acryloylchloride

Poly(NIPAAm-co-ProA) (2.8 g; 1.12 mmol) wordt samen met Et3N (1.249 mL; 8.96 mmol) opgelost in droog CH2Cl2. Aan dit mengsel wordt druppelsgewijs acryloylchloride (0.725 mL; 8.96 mmol) toegevoegd bij een temperatuur van 0°C. Dit wordt gereageerd gedurende 24 uur bij kamertemperatuur. Daarna wordt het geheel ingedampt met een spatelpunt phenothiazine om het solvent en overtollige acryloylchloride te verwijderen. Daarna wordt de gele vaste stof opgelost in CH2Cl2 en tweemaal neergeslaan in koud Et2O. Het polymeer wordt afgefiltreerd en meermaals gewassen met Et2O.




64

CuAAC reactie met 2’-azidoethyl-O-α-D-mannopyranoside m4

Poly(NIPAAm-co-ProA) (2 g; 0.4 mmol) wordt samen met Cu(I)Br (17.21 mg; 0.12 mmol) en PMDETA (25.06 μL ; 0.12mmol) in een kolf opgelost in DMF. Azide-mannose m4 (109.66 mg; 0.44 mmol) wordt tevens opgelost in DMF en toegevoegd aan het polymeermengsel. Dit geheel wordt geroerd gedurende 4 uur onder N2-atmosfeer. Het koper wordt uit het mengsel gereduceerd door meermaals te filteren over Al2O3. Hierbij is het onmogelijk om alle koper te verwijderen uit het polymeer. Nadien wordt het mengsel ingedampt onder verlaagd druk tot een volume van 5mL en neergeslaan in 25 mL koud Et2O. Het polymeer wordt na affilteren op millipore filter bekomen als lichtgroene schilfers. 

Aminolyse van de trithiocarbonaatgroep

Poly(NIPAAm-co-ProA) (0.424 g; 0.0597 mmol) wordt opgelost in THF. Aan dit mengsel wordt

n-propylamine

(0.1

mL;

1,194

mmol)

toegevoegd

bij

kamertemperatuur.

De reactie wordt gevolgd via UV-Vis analyse. Na aminolyse verdwijnt het typische signaal van de trithiocarbonaatfunctionaliteit en wordt Et3N (0.167 mL; 1.194 mmol) aan het mengsel toegevoegd voor de Michael-additie te starten van het thiol met de acrylaten. Dit mengsel wordt gereageerd overnacht en nadien wordt een GPC staal genomen.



Reactie van hydroxylgroepen met acryloylchloride bij -20°C

Poly(NIPAAm-co-ProA) (2.8 g; 1.12 mmol) wordt opgelost in droog pyridine en wordt tweemaal ingedampt onder verlaagde druk en dit onder N2-atmosfeer. Los het polymeer opnieuw op in droog pyridine en breng de kolf onder argonatmosfeer. Hieraan wordt druppelsgewijs gedestilleerd acryloylchloride (0.725 mL; 8.96 mmol) aan toegevoegd in een ijsbad met NH4Cl (temperatuur: -20°C). Het geheel wordt gereageerd voor 5 min en tot kamertemperatuur gebracht. Vervolgens wordt MeOH toegevoegd die dienst doet als quencher van het ongereageerde acryloylchloride. Hierbij gaat het gevormde neerslag (zout) terug in oplossing. Nadien wordt tweemaal neergeslaan in THF, hierbij slaan de overtollige pyridinezouten neer en lost het polymeer op. Nadien wordt het polymeer neergeslaan in koud Et2O en gedroogd in de vacuümoven.




65

Reactie van hydroxylgroepen met acrylzuur

Poly(NIPAAm-co-ProA) (2 g; 0.8 mmol) wordt samen met DMAP (0.04 g; 0.32 mmol) opgelost in droog CH2Cl2. Aan dit mengsel wordt acrylzuur (0.066 mL; 0.96 mmol) toegevoegd, als laatste wordt DCC (0.206 g; 1 mmol) toegevoegd. Er wordt gereageerd bij kamertemperatuur gedurende 24 uur. Daarna wordt het geheel ingedampt met een spatelpunt phenothiazine om het solvent en overtollige acrylzuur te verwijderen. Vervolgens wordt het geheel tweemaal opgelost in pyridine en ingedampt onder verlaagde druk. Daarna wordt de oranje/gele vaste stof opgelost in THF en tweemaal neergeslaan in koud Et2O. Het polymeer wordt afgefiltreerd en meermaals gewassen met Et2O.



Reactie van hydroxylgroepen met 2-bromopropionylbromide

Poly(NIPAAm-co-ProA) (2.8 g; 1.12 mmol) wordt samen met Et3N (1.249 mL; 8.96 mmol) opgelost in droog CH2Cl2. Aan dit mengsel wordt druppelsgewijs 2-bromopropionylbromide (0.93 mL; 8.96 mmol) toegevoegd bij een temperatuur van 0°C. Dit wordt gereageerd gedurende 24 uur bij kamertemperatuur. Daarna wordt het geheel ingedampt om het solvent en overtollige 2-bromopropionylbromide te verwijderen. Daarna wordt de gele vaste stof opgelost in CH2Cl2 en tweemaal neergeslaan in koud Et2O. Het polymeer wordt afgefiltreerd en meermaals gewassen met Et2O.


66

4.11 Gebruikte apparatuur 

1H

Nucleaire Magnetische Resonantie (1H NMR)

Een Bruker Avance 300 (300MHz) en een Bruker Avance 500 (500MHz) FT-NMR toestel werden gebruikt voor de opname van 1H NMR-spectra. De spectra werden geanalyseerd gebruik makende van ACD/Spec Manager-software uitgegeven door ACD Labs.



Gelpermeatiechromatografie (GPC)

GPC analyses werden uitgevoerd op drie in serie gekoppelde Polymer Standards GPC kolommen (1 x GRAM Analytical 30 Å, 10 μm en 2 x GRAM Analytical 1000 Å, 10 μm) met N,N-dimethylacetamide (DMA) met 0.42 mg.L-1 LiBr als solvent en dit bij 35 °C. De aangewende flow rate voor de analyse is standaard 1ml/min. De kolommen worden gekalibreerd met nauwe polydispersiteit PMMA standaarden, gaande van 690 g/mol tot 1944000 g/mol. Het systeem maakt gebruik van een Hitachi Column Oven L-7300, een Waters 2414 Refractive Index Detecter, een Waters 600 controllere en een Waters 610 Fluid Unit. De GPC chromatogrammen werden geanalyseerd met Empower software van Waters. 

Gaschromatografie (GC)

GC-analyses werden uigevoerd op een GC800 toestel van Carlo Erba Instruments met een CTC A2005 autosampler. De componenten gescheiden op een DB 5MS kolom (60 m x 0.249 mm

x

0.25

μm)

van

J&W

Scientific

met

tolueen

als

inwendige

standaard.

Het gebruikte carrier gas is helium en de gebruikte detectie is een FID detector. Het temperatuur programma werd ingesteld waarbij gedurende twee minuten een constante temperatuur van 50°C aangehouden wordt. Hierna werd de temperatuur verhoogd met 5°C/min tot een temperatuur van 260°C.




67

Turbidimetrie via UV-Vis analyse

Lichttransmissie

metingen

werden

aangewend

voor

de

bepaling

van

de

witwordingstemperatuur (Tcp). Hiervoor werd gebruik gemaakt van een Cary 300 Bio UVVisible spectrofotometer bij een golflengte van 600 nm. De stalen werden eerst gekoeld tot een geschikte temperatuur om het polymeer (1 mg/mL) volledig in oplossing te brengen. Vervolgens werden de stalen in het instrument geplaatst en gekoeld tot 5°C. Twee gecontroleerde opwarm/koelcyclussen met een opwarm/koelsnelheid van 1°C/min worden daarop uitgevoerd waarbij de transmissie wordt gemeten. De witwordingstemperatuur wordt gegeven door de temperatuur waarbij de transmissie begint te dalen gedurende het opwarmen. 

UV-Vis metingen

UV-Vis metingen werden uitgevoerd op een AnalytikJena Specord 200 in quartz cuvetten met een dikte van 10 mm. Er werd gescand van een golflengte van 200 nm tot 550 nm.



Elektrospray ionisatie massaspectroscopie (ESI MS)

De LC-MS spectra werden opgenomen met een LCQ quadrupole ion trap mass spectrometer die voorzien is van een elektronspray ionisatie bron (ThermoFinnigan, San Jose, Ca, USA). Als solvent werd gebruik gemaakt van water en/of acetonitrile. 

Matrix Geassisteerde Laser Desorptie/Ionisatie ‘Time Of Flight’ massa Spectroscopie (MALDI-TOF MS)

Matrix geassisteerde laser desorptie/ionisatie ‘time of flight’ massa spectroscopie (MALDITOF MS) werd uitgevoerd op een Applied Biosystems Voyager. De STR MALDI-TOF massa spectrometer is voorzien van een 2 m lineaire and 3 m reflector ‘flight’ tubes, en een 355 nm Blue Lion Biotech Marathon solid state laser (3.5 ns puls). Alle massaspectra werden verkregen met een versnellingspotentiaal van 20 kV in positieve ion modus en in reflectron modus. Trans-2-[3-(4-tert-butylphenyl)-2-methyl-2-propenylidene]malononitrile, (DCTB) (30 mg/mL in DCM) werd gebruikt als matrix, NaTFA (19 mg/mL in acetone) werd aangewend


als kationiserend

68

reagens, en de polymeerstalen werden opgelost in THF (4 mg/mL).

De analyseoplossingen werden bereid door 10 μL van de matrix, 10 μL van het polymeer and 1 μL van de zoutoplossing te mengen. Vervolgens werd 0.5 μL van deze oplossing gespot op de staalplaat en de spots werden gedroogd in lucht bij kamertemperatuur. Een poly(ethylene oxide) standaard (Mn = 2000 g/mol) werd aangewend voor kalibratie. Alle data werden verwerkt gebruikmakend van het Data Explorer 4.0.0.0 (Applied Biosystems) softwarepakket.

Hoofdstuk 5 Conclusie Door de toenemende populariteit van glycopolymeren in de polymeerchemie werd in deze scriptie tot doel gesteld om hypervertakte glycopolymeren te bereiden door middel van gecontroleerde

polymerisatietechnieken

(CRP) in

combinatie

met

efficiënte

post-

modificatiereacties. In een eerste synthesestrategie werd gebruik gemaakt van SET-LRP als CRP, terwijl in een tweede strategie RAFT werd aangewend voor de synthese van gecontroleerde polymeerstructuren (Figuur 51). Beide strategieën maken gebruik van N-isopropylacrylamide als monomeer, wat zorgt voor de aanwezigheid van een extra temperatuur afhankelijkheid in de macromoleculaire structuur van het hypervertakte glycopolymeer.

Figuur 51: Schematische voorstelling van de gevolgde strategieën voor de vorming van hypervertakte thermoresponsieve glycopolymeren. (1) SET-LRP benadering in combinatie met thiolacton-strategie met vorming van hypervertakte polymeren met een mannoseeenheid per vertakkingsgraad. (2) RAFT benadering in combinatie met CuAAC en thiol-X met vorming van hypervertakte polymeren met mannose-eenheden in de hoofdketen.

Hoofdstuk 5 : Conclusie

70

Via de gecontroleerde SET-LRP polymerisatietechniek was het mogelijk om, door gebruik van een geschikte AB2 (A : thiolacton-eenheid, B : broom initiërende groepen) initiator, een vertakt prepolymeer poly(N-isopropylacrylamide) te bereiden met nauwe dispersiteiten, gecontroleerde moleculaire gewichten en uitstekend eindgroepbehoud bij hoge conversies, wat het mogelijk maakt om eindgroepen succesvol te modificeren. Het succes van de aangewende

post-modificatie

die

de

eindstandige

broomgroepen

van

poly(N-

isopropylacrylamide) omzet in methaanthiosulfonaatgroepen werd aangetoond met een MALDI-TOF analyse. In een laatste stap werd de thiolactonring, aanwezig op de polymeerketen, geopend met een commercieel beschikbare mannose-eenheid die een primair amine bevat op de 2-positie. Deze opening zorgt voor de introductie van mannose in het polymeer en de vrijgave van een thiolfunctionaliteit die kan reageren met de eindstandige methaanthiosulfonaatgroepen ter vorming van reduceerbare disulfidebruggen. Na deze reactie vertoont GPC analyse een grote toename in moleculair gewicht en dispersiteit, wat aantoont dat er effectief hypervertakte polymeren werden gevormd. De hypervertakte polymeren zijn opgebouwd uit disulfidebruggen die met het reductans tributylfosfine werden gereduceerd tot het overeenkomstig ‘laagmoleculair’ prepolymeer. GPC analyse toont dat na reductie van het hypervertakte glycopolymeer het moleculair gewicht van het polymeer verschuift naar opmerkelijk lagere waarden. Mannose wordt in deze strategie geïntroduceerd door opening van de thiolacton-eenheid waardoor de bekomen hypervertakte glycopolymeren bestaan uit hypervertakte poly(Nisopropylacrylamide)

ketens

met

een

mannose-eenheid

per

vertakkingseenheid.

De introductie van hydrofiele mannose-eenheden in de polymeerketen heeft een invloed op het LCST-gedrag van de thermoresponsieve hypervertakte glycopolymeren. Met behulp van transmissiemetingen werd een stijging in witwordingstemperatuur (Tcp) van ongeveer 7°C opgemeten na koppelen van mannose aan het vertakt poly(N-isopropylacrylamide). In een tweede strategie wordt gebruik gemaakt van RAFT als gecontroleerde polymerisatietechniek voor de mogelijke bereiding van hypervertakte glycopolymeren. Hierbij is het in principe mogelijk een nog grotere hoeveelheid mannose-eenheden te incorporeren door azide-mannose te koppelen met de alkyngroepen van het gepolymeriseerde ProA.


71

Eerst werd met gebruik van een functioneel RAFT reagens, bestaande uit een diol aan het α-uiteinde en een trithiocarbonaatverbinding aan het ω-uiteinde, een copolymerisatie uitgevoerd van N-isopropylacrylamide (NIPAAm) en propargylacrylaat (ProA) waardoor alkyngroepen in de polymeerketen geïntroduceerd werden. Er werden terug copolymeren met nauwe

dispersiteiten,

gecontroleerde

moleculaire

gewichten

en

een

uitstekend

eindgroepbehoud gesynthetiseerd. Vermits uit kinetische studie bleek dat beide monomeren met gelijkaardige snelheid in de keten geïncorporeerd worden, is het mogelijk om het aantal alkyneenheden in de polymeerketen van het prepolymeer te controleren door keuze van de initiële NIPAAm/ProA verhouding. Een koper (I) gekatalyseerde click reactie met een zelf bereid azide-bevattend mannose zorgt voor de introductie van mannose-eenheden in de polymeerketen. Het succes van deze koppeling werd bevestigd via 1H NMR en GPC analyse. De introductie van de vele hydrofiele mannose-eenheden

in

de

polymeerketen

heeft

een

significante

invloed

op

de

thermoresponsiviteit, met een grote stijging van de witwordingstemperatuur tot gevolg. Algemeen bezit een RAFT polymeer typisch een trithiocarbonaateenheid op het ω-uiteinde die door een aminolyse met een primair amine omgezet kan worden in een thiolfunctionaliteit. UV-Vis analyse bevestigde de aanwezigheid van deze trithiocarbonaat op de polymeerketen door een typische absorptie bij 320 nm. Het gesynthetiseerde prepolymeer bezit op het α-uiteinde van de keten een diol die door een veresteringsreactie met acryloylchloride getracht werd om te zetten in twee reactieve acrylaatgroepen. Deze post-modificatie zou in combinatie met een aminolyse leiden tot een thiol-een Michael-additie waardoor hypervertakte polymeren ontstaan. De aminolyse van de trithiocarbonaatgroep tot een thiolfunctionaliteit werd bevestigd door de verdwijning van de absorptie bij 320 nm in de UV-Vis analyse. In eerste instantie werd uit GPC, turbidimetrie en 1H NMR analyse besloten dat de koppeling van de acrylaten op de polymeerketen succesvol was. Echter bleek dat bij nader onderzoek de veresteringsreactie met acryloylchloride problematisch was, waardoor de introductie van acrylaatgroepen niet doorgegaan was. Hierdoor kon er geen verdere Michael-additie optreden met de eindstandige thiolfunctionaliteit (na aminolyse) en werden geen hypervertakte glycopolymeren bekomen via de aangewende RAFT strategie.


72

Alternatieve koppelingsreacties werden uitgevoerd om het probleem met de acrylaatkoppeling op te lossen. Echter, elk van deze drie alternatieven voor post-modificatie om te komen tot hypervertakte polymeren via de RAFT strategie waren ook niet succesvol. In de toekomst kunnen andere syntheseroutes gevolgd worden, waarbij gedacht wordt aan de synthese van een functioneel RAFT reagens bestaande uit 2 primaire alcoholen op het

α-uiteinde.

Ook wordt voorzien om met de gesynthetiseerde AB2 initiator (A: thiolacton, B: broomgroepen) via SET-LRP een copolymerisatie uit te voeren van NIPAAm met een mannose monomeer. Via de eerder beschreven SET-LRP strategie, met de post-modificatie met natriummethaanthiosulfonaat en opening van thiolacton-eenheid met een willekeurig primair amine, zou een hypervertakt thermoresponsief glycopolymeer met mannose-eenheden in de polymeerketen bereid kunnen worden. In een vervolgonderzoek kunnen de gesynthetiseerde hypervertakte thermoresponsieve glycopolymeren getest worden op hun interactie met lectines. Hierbij kunnen beide gesynthetiseerde hypervertakte glycopolymeren, enerzijds via SET-LRP (1) en anderzijds via RAFT (2), vergeleken worden met elkaar om al dan niet een verschil op te merken in interactie tussen de polymeren met mannose-eenheden op de vertakkingseenheid en polymeren met mannose-eenheden in de hoofdketen. De interacties van de gesynthetiseerde hypervertakte glycopolymeren kunnen ook vergeleken worden met lineaire glycopolymeren die

uitgebreid

in

de

literatuur

beschreven

staan.3,63

Daarnaast

kan

de

extra

temperatuursafhankelijkheid, ten gevolge van de thermoresponsiviteit, op de interactie met lectines getest worden door UV-Vis metingen respectievelijk uit te voeren boven en onder de witwordingstemperatuur. Deze experimenten zijn de komende maanden gepland in samenwerking met Dr. Remzi Becer (Queen Mary University, Londen), die eerder uitvoerig andere types suiker-bevattende polymeerstructuren bereidde en succesvol geanalyseerd heeft op de interactie-eigenschappen.

Referenties (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17) (18) (19) (20) (21) (22) (23) (24) (25) (26) (27) (28) (29) (30) (31) (32) (33) (34)

Slavin, S.; Burns, J.; Haddleton, D. M.; Becer, C. R. European Polymer Journal 2011, 47, 435. JM, B.; JL, T.; L., S. In Biochemstry. 5th edition; W.H. Freeman and Company: 2002. Becer, C. R. Macromol Rapid Comm 2012, 33, 742. Haddleton, D. M.; Becer, R.; Gibson, M. I. Abstr Pap Am Chem S 2012, 243. Tomalia, D. A.; Frechet, J. M. J. J. Polym. Sci. Pol. Chem. 2002, 40, 2719. Yan, D.; Gao, C.; Frey, H. Hyperbranched Polymers: Synthesis, Properties and Applications; John Wiley & Sons, Inc., 2011. Kolb, H. C.; Finn, M. G.; Sharpless, K. B. Angewandte Chemie-International Edition 2001, 40, 2004. Rostovtsev, V. V.; Green, L. G.; Fokin, V. V.; Sharpless, K. B. Angewandte Chemie-International Edition 2002, 41, 2596. Haddleton, D. M.; Mantovani, G.; Clarkson, G. J. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 4823. Hoyle, C. E.; Lowe, A. B.; Bowman, C. N. Chemical Society Reviews 2010, 39, 1355. Roth, P. J.; Kessler, D.; Zentel, R.; Theato, P. J. Polym. Sci. Pol. Chem. 2009, 47, 3118. Boyer, C.; Soeriyadi, A. H.; Roth, P. J.; Whittaker, M. R.; Davis, T. P. Chemical Communications 2011, 47, 1318. Espeel, P.; Goethals, F.; Du Prez, F. E. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 1678. Oezyuerek, Z.; Komber, H.; Gramm, S.; Schmaljohann, D.; Mueller, A. H. E.; Voit, B. Macromolecular Chemistry and Physics 2007, 208, 1035. Aldrich Sigma, Controlled radical polymerization guide ATRP/RAFT/NMP Rosen, B. M.; Percec, V. Chemical Reviews 2009, 109, 5069. Moad, G.; Rizzardo, E.; Thang, S. H. Aust. J. Chem. 2006, 59, 669. Zhang, B.-Y.; He, W.-D.; Li, L.-Y.; Sun, X.-L.; Li, W.-T.; Zhang, K.-R. J. Polym. Sci. Pol. Chem. 2010, 48, 3604. Matyjaszewski, K.; Spanswick, J. Mater. Today 2005, 8, 26. Braunecker, W. A.; Matyjaszewski, K. Prog. Polym. Sci. 2007, 32, 93. Goto, A.; Fukuda, T. Prog. Polym. Sci. 2004, 29, 329. Nicolas, J.; Guillaneuf, Y.; Lefay, C.; Bertin, D.; Gigmes, D.; Charleux, B. Prog. Polym. Sci., 38, 63. Chiefari, J.; Chong, Y. K.; Ercole, F.; Krstina, J.; Jeffery, J.; Le, T. P. T.; Mayadunne, R. T. A.; Meijs, G. F.; Moad, C. L.; Moad, G.; Rizzardo, E.; Thang, S. H. Macromolecules 1998, 31, 5559. Moad, G.; Rizzardo, E.; Thang, S. H. Aust. J. Chem. 2009, 62, 1402. Willcock, H.; O'Reilly, R. K. Polymer Chemistry 2010, 1, 149. Castro, E. A. Pure Appl. Chem. 2009, 81, 685. Bays, E.; Tao, L.; Chang, C. W.; Maynard, H. D. Biomacromolecules 2009, 10, 1777. Hong, C. Y.; Pan, C. Y. Macromolecules 2006, 39, 3517. Bathfield, M.; D'Agosto, F.; Spitz, R.; Charreyre, M. T.; Delair, T. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 2546. Matyjaszewski, K.; Xia, J. H. Chemical Reviews 2001, 101, 2921. Matyjaszewski, K.; Tsarevsky, N. V. Nature Chemistry 2009, 1, 276. Percec, V.; Guliashvili, T.; Ladislaw, J. S.; Wistrand, A.; Stjerndahl, A.; Sienkowska, M. J.; Monteiro, M. J.; Sahoo, S. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 14156. Zhang, Q.; Wilson, P.; Li, Z.; McHale, R.; Godfrey, J.; Anastasaki, A.; Waldron, C.; Haddleton, D. M. J. Am. Chem. Soc., 135, 7355. Zhang, Q.; Zhang, Z.; Wang, W.; Cheng, Z.; Zhu, J.; Zhou, N.; Zhang, W.; Wu, Z.; Zhu, X. J. Polym. Sci. Pol. Chem., 49, 4694.

Referenties (35) (36) (37) (38) (39) (40) (41) (42) (43) (44) (45) (46) (47) (48) (49) (50) (51) (52) (53) (54) (55) (56) (57) (58) (59) (60) (61) (62) (63)

74

Gauthier, M. A.; Gibson, M. I.; Klok, H.-A. Angewandte Chemie-International Edition 2009, 48, 48. Barner-Kowollik, C.; Du Prez, F. E.; Espeel, P.; Hawker, C. J.; Junkers, T.; Schlaad, H.; Van Camp, W. Angewandte Chemie-International Edition, 50, 60. Theato, P.; Klok, H.-A. Functional Polymers by Post-Polymerization Modification: concepts, guidelines and applications; Wiley-VCH GmbH & co. KGaA, 2013. Tornoe, C. W.; Christensen, C.; Meldal, M. J. Org. Chem. 2002, 67, 3057. Koo, S. P. S.; Stamenovic, M. M.; Prasath, R. A.; Inglis, A. J.; Du Prez, F. E.; Barner-Kowollik, C.; Van Camp, W.; Junkers, T. J. Polym. Sci. Pol. Chem. 2010, 48, 1699. Pounder, R. J.; Stanford, M. J.; Brooks, P.; Richards, S. P.; Dove, A. P. Chemical Communications 2008, 5158. Durmaz, H.; Butun, M.; Hizal, G.; Tunca, U. J. Polym. Sci. Pol. Chem. 2012, 50, 3116. Stamenovic, M. M.; Espeel, P.; Van Camp, W.; Du Prez, F. E. Macromolecules 2011, 44, 5619. Rydholm, A. E.; Bowman, C. N.; Anseth, K. S. Biomaterials 2005, 26, 4495. Killops, K. L.; Campos, L. M.; Hawker, C. J. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 5062. Konkolewicz, D.; Gaillard, S.; West, A. G.; Cheng, Y. Y.; Gray-Weale, A.; Schmidt, T. W.; Nolan, S. P.; Perrier, S. Organometallics 2011, 30, 1315. Hoyle, C. E.; Lowe, A. B.; Bowman, C. N. 2009. Rosen, B. M.; Lligadas, G.; Hahn, C.; Percec, V. J. Polym. Sci. Pol. Chem. 2009, 47, 3931. Carlmark, A.; Hawker, C. J.; Hult, A.; Malkoch, M. Chemical Society Reviews 2009, 38, 352. Konkolewicz, D.; Gray-Weale, A.; Perrier, S. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 18075. Evonik industries, Science newsletter Elements 25, E.I. 2008. Doctoraatscriptie van Katrien Bernaerts : Geavanceerde polymeerarchitecturen met stimuliresponsieve eigenschappen uitgaande van heterofunctionele initiatoren (2005-2006). Gibson, M. I.; O'Reilly, R. K. Chemical Reviews 2013. Zhu, Z. C.; Gao, N.; Wang, H. J.; Sukhishvili, S. A. J. Control. Release 2013, 171, 73. Hayes, W.; Osborn, H. M. I.; Osborne, S. D.; Rastall, R. A.; Romagnoli, B. Tetrahedron 2003, 59, 7983. Becer, C. R.; Gibson, M. I.; Geng, J.; Ilyas, R.; Wallis, R.; Mitchell, D. A.; Haddleton, D. M. J. Am. Chem. Soc., 132, 15130. Gou, Y.; Geng, J.; Richards, S.-J.; Burns, J.; Becer, C. R.; Haddleton, D. M. J. Polym. Sci. Pol. Chem., 51, 2588. Lundquist, J. J.; Toone, E. J. Chemical Reviews 2002, 102, 555. Becer, C. R. Macromolecular Rapid Communications, 33, 742. Hardman, K. D.; Ainsworth, C. F. biochemistry 1972, 11, 4910. Ferguson, C. J.; Hughes, R. J.; Nguyen, D.; Pham, B. T. T.; Gilbert, R. G.; Serelis, A. K.; Such, C. H.; Hawkett, B. S. Macromolecules 2005, 38, 2191. Zhang, Y.; Furyk, S.; Sagle, L. B.; Cho, Y.; Bergbreiter, D. E.; Cremer, P. S. Journal of Physical Chemistry C 2007, 111, 8916. Espeel, P.; Goethals, F.; Driessen, F.; Nguyen, L.-T. T.; Du Prez, F. E. Polymer Chemistry 2013, 4, 2449. Geng, J.; Lindqvist, J.; Mantovani, G.; Chen, G.; Sayers, C. T.; Clarkson, G. J.; Haddleton, D. M. Qsar & Combinatorial Science 2007, 26, 1220.

Dankwoord Graag wil ik mijn promotor, Prof. Dr. F.E. Du Prez, bedanken die het me mogelijk maakte dit wetenschappelijk onderzoek in kader van mijn masterscriptie uit te voeren. De uitstekende begeleiding en zijn uitgebreide kennis in de polymeerchemie waren een meerwaarde voor mijn masterscirptie. Ook wil ik mijn begeleider, Sofie Wallyn, bedanken voor haar ondersteuning en enorme hulp tijdens dit onderzoek. Haar wetenschappelijke inzichten deden me kritisch nadenken over mijn werk, wat mijn praktische vaardigheden en mijn masterscriptie tot een hoger niveau tilde. Naast dit zorgde Sofie voor een leuke sfeer tijdens het uitvoeren van het praktisch werk in het labo. In het algemeen wil ik de mensen van de PCR-groep bedanken voor de hulpvaardigheid en de positieve sfeer in het labo.

Hypervertakte glycopolymeren gebruikmakende van gecontroleerde radicalaire polymerisatietechnieken

Recommend Documents