Dokument: Von Epoxid-Bausteinen zu funktionalen Polymeren: Synthese von Cyclocarbonat-Monomeren und Polyhydroxyurethanen sowie Polymer-Proteinkonjugaten
| Titel: | Von Epoxid-Bausteinen zu funktionalen Polymeren: Synthese von Cyclocarbonat-Monomeren und Polyhydroxyurethanen sowie Polymer-Proteinkonjugaten | |||||||
| Weiterer Titel: | From epoxy building blocks to functional polymers: Synthesis of cyclic carbonate monomers and polyhydroxyurethanes as well as polymer-protein conjugates | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=57122 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20210817-130212-0 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Capar, Özgür [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Hartmann, Laura [Gutachter] Prof. Dr. Dr. h.c. Ritter, Helmut [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie | |||||||
| Beschreibungen: | Epoxide gelten sowohl in der Grundlagenforschung als auch in der chemischen Industrie als eine wichtige funktionelle Einheit. Durch ihre Verfügbarkeit, hohe Reaktivität und einfachen Handhabbarkeit bieten Epoxide auch in Zukunft facettenreiche Anwendungsmöglichkeiten. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Epoxid-Monomere und Epoxid-endgruppen funktionalisierte Komponenten in der Synthese von funktionalen Polymeren umgesetzt und hinsichtlich möglicher medizinischer Anwendungen untersucht.
Im ersten Teil der Arbeit wurden Epoxide bzw. Di- und Triglycidylether mit Kohlenstoffdioxid zu entsprechenden Cyclocarbonaten (CC) umgesetzt. Die sogenannte Transcarbonylierung wurde lösemittelfrei, bei moderaten Temperaturen, Atmosphärendruck und ohne weiterer Aufarbeitungsschritte und damit unter besonders praktischen Reaktionsbedingungen durchgeführt. CC mit verschiedenen chemischen Strukturen und unterschiedlichen Viskositäten konnten mit Umsätzen von bis zu 99% hergestellt und hinsichtlich ihrer physikalischen Eigenschaften diskutiert werden. Anschließend wurden die CC mit verschiedenen zwei- und mehrfach funktionalisierten Amin-Monomeren zu Polyhydroxyurethanen (PHU) umgesetzt. Der Aufbau dieser dreidimensionalen Netzwerke führt zur Härtung der CC-Amin-Matrix und wurde unter Verwendung eines Rheometers untersucht. Die erfassten Härtungseigenschaften sowie Struktur-Eigenschaft-Beziehungen wurden diskutiert und zur Formulierung härtender PHU genutzt. Damit konnten gezielte Materialeigenschaften, wie z.B. Festigkeit, Elastizität und Glasübergangstemperatur erreicht werden. Unter Verwendung der experimentellen Daten wurde in einem letzten Schritt ein niedrigviskoses und schnellhärtendes CC-Amin-Gemisch formuliert und hinsichtlich einer realen Applikation in einer Doppelkammerspritze untersucht. CC und PHU könnten eine vergleichsweise atoxische und grüne Alternative zu herkömmlichen applizierbaren Polyurethanen bieten, welche aus gesundheits- und umweltbedenklichen Isocyanaten hergestellt werden. Diese Vorteile machen eine Anwendung z.B. als applizierbare medizinische Beschichtungen, Dicht- und- oder Klebstoffe besonders interessant. Im zweiten Teil der Arbeit wurden Epoxide für Protein-Polymerkonjugate genutzt, welche anschließend in Nanopartikel überführt und hinsichtlich eines potenziellen Wirkstofftransports untersucht wurden. Hierfür müssen zunächst Epoxid-endgruppen funktionalisierte Polyethylenglycole (PEG) an freie Aminogruppen der Proteinoberfläche gekoppelt werden. Zum einen führt die hohe Reaktivität der Epoxide zu hohen Umsätzen, zum anderen erhalten die entstehenden Bindungen die native dreidimensionale Struktur des Proteins. Monoepoxidfunktionalisierte PEG sind kommerziell nur begrenzt und hochpreisig verfügbar. Als Alternative wurden im Rahmen dieser Arbeit kommerziell verfügbare und kostengünstige PEG-diglycidylether hinsichtlich der Proteinoberflächenmodifikation genutzt. Unter Verwendung von Cytochrom c und Lysozym als Modellproteine, wurden zunächst geeignete PEGylierungsbedingungen ermittelt um die PEGylierten Proteine anschließend mittels einer Emulsionstechnik in Protein-Nanopartikel zu überführen. Hinsichtlich einer Anwendung im Wirkstofftransport wurde in einem letzten Schritt die Verkapselung von Curcumin als Modellwirkstoff in den PEG-Protein-Nanopartikeln untersucht.Epoxides are considered one of the most important functional units in both fundamental research and the chemical industry. Due to their availability, high reactivity and easy handling, epoxies will continue to present a wide range of possibilities in the future. In the present work, epoxy monomers and epoxy end-groups of functionalized compounds were converted in the synthesis of functional polymers and investigated with regard to potential medical applications. In the first part of the work epoxides, more precisely di- and triglycidyl ether, were converted with carbon dioxide to corresponding cyclic carbonates (CCs). The so-called transcarbonylation was carried out solvent-free, at moderate temperatures, atmospheric pressure and without further processing steps and thus under particularly practical reaction conditions. CCs with different chemical structures and different viscosities were produced with conversions of up to 99% and discussed regarding their physical properties. Subsequently, the CCs were converted with different two- and multi-functionalized amine monomers to polyhydroxyurethanes (PHU). The structure of these three-dimensional networks leads to the hardening of the CC-amine matrix and was investigated by rheology. The determined curing capacities as well as structure-property-relationships were discussed and used to formulate curing PHUs with specific material properties such as hardness, elasticity and glass transition temperature. In a final step, a low-viscosity and fast-curing CC-amine mixture was investigated by using a double-chamber syringe for a practical application. CC and PHU offer a potential non-toxic and green alternative to conventional applicable polyurethanes, which are produced from isocyanates that are hazardous to health and the environment. These advantages make an application e.g. as applicable medical coatings, sealants and adhesives particularly interesting. In the second part of the work, epoxides were used for protein-polymer conjugates, which were converted into nanoparticles and examined with regard to potential drug delivery. For this purpose, epoxide-end group-functionalized polyethylene glycols (PEGs) must first be coupled to amine groups on the protein surface. On the one hand, the high reactivity of the epoxides leads to high conversions, and on the other hand, the resulting bonds maintain the native three-dimensional structure of the protein. Monoepoxide-functionalized PEGs are commercially only available in a limited and costly manner. As an alternative, commercially available and inexpensive PEG-diglycidyl ethers were used in this work with respect to protein surface modification. Using cytochrome c and lysozyme as model proteins, suitable reaction conditions were determined to convert the PEGylated proteins into protein nanoparticles by an emulsion technique. With regard to an application in drug delivery, in a final step curcumin as a model drug was encapsulated into the PEG-protein-nanoparticle and investigated. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Chemie » Organische Chemie und Makromolekulare Chemie | |||||||
| Dokument erstellt am: | 17.08.2021 | |||||||
| Dateien geändert am: | 17.08.2021 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 27.04.2021 | |||||||
| Datum der Promotion: | 23.06.2021 |
