Polymerace za otevření kruhu laktonů a laktidů
Loading...
Date
Authors
Boháčová, Zdeňka
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická
Abstract
Medicínské aplikace tvoří z biodegradabilních alifatických polyesterů na bázi polylaktonů, polylaktidů a jejich kopolymerů velmi atraktivní skupinu materiálů. Metody přípravy těchto polymerů jsou založeny na polymeraci za otevření kruhu laktonů a laktidů. Mnoho organokovových sloučenin se vyznačují jako účinné a vysoce selektivní katalyzátory těchto polymerací, avšak je známo, že deriváty těžkých kovů jsou škodlivé pro lidský organismus. Z tohoto důvodu je v dnešní době rostoucí zájem o vývoj účinných „green“ polymeračních systémů pro syntézu biodegradabilních alifatických polyesterů. Předložená disertační práce se věnuje přípravě alifatických polyesterů založených na polykaprolaktonu, polylaktidu, polyglykolidu a zejména jejich kopolymeru pomocí organického katalyzátoru náležícího do skupiny N-heterocyklických karbenů (NHC) bez přítomnosti centrálního atomu těžkého kovu. Literární rešerše je zaměřená na pokroky v polymeraci za otevření kruhu (ROP) cyklických esterů (laktonů a laktidů) pomocí organických "metal-free" katalyzátorů. Nicméně, nebyly nalezeny žádné studie, kde se pro přípravu polyglykolidu nebo jeho kopolymerů využívá polymerace za otevření kruhu pomocí karbenových katalyzátorů. Experimentální část práce popisuje přípravu a vlastnosti 1,3-di-tert-butylimidazol-2-ylidenu (NHC-tBu) karbenu připraveného z jeho stabilní chloridové soli. Další část je zaměřena na přípravu polyesterů z cyklických monomerů, jmenovitě L-laktidu, D, L-laktidu, glykolidu a -kaprolaktonu pomocí NHC-tBu jako katalyzátoru. Byla zkoumána nová metoda přípravy termosenzitivního amfifilního triblokového kopolymeru na bázi biodegradabilního hydrofobního polylaktidu, polyglykolidu a biokompatibilního hydrofilního polyethylenglykolu (PLGA–PEG–PLGA) pomocí připraveného NHC-tBu. Dále byly studovány podmínky polymerace (například: přečištění monomeru, teploty polymerace, různé typy rozpouštědel, poměry rozpouštědla ku monomeru a nebo různé poměry iniciátoru ku katalyzátoru). Na závěr byl připravený PLGA–PEG–PLGA kopolymer srovnán s kopolymerem připraveným pomocí Sn(II)2-ethylhexanoátu. NHC-tBu se v přítomnosti PEG projevil jako účinný katalyzátor polymerace za otevření kruhu laktonu a laktidů. Připravené kopolymery dosahovaly vysoké konverze monomeru (70 – 85%) s polydisperzitou (Mw/Mn okolo 1,2). Byl připraven PLGA–PEG–PLGA kopolymer se dvěma fázovými přechody (sol-gel a gel suspenze) a gelační teplotou v rozmezí 35 – 43 °C. Změny polymeračních podmínek neměly ve většině případů zásadní vliv na chemické vlastnosti kopolymeru, jako jsou molekulová hmotnost nebo polydisperzita, ale měly významný vliv na visko-elastické vlastnosti.
Biodegradable aliphatic polyesters based on polylactones, polylactides and their copolymers are particularly interesting for their applications in the medical field. The major polymerization method used to synthesize these polymers has been the ring-opening polymerization (ROP) of lactones or lactides. Many organometallic compounds are effective initiators for the controlled ROP synthesis of polyesters but heavy metals derivatives are harmful for the human organisms. There has been an increasing interest in the development of efficient "green" catalytic systems for the synthesis of biodegradable aliphatic polyesters. This thesis is dedicated to the synthesis of aliphatic polyesters based on polycaprolactone, polylactide and polyglycolide and especially their copolymers using organic catalyst from the group of free N-heterocyclic carbenes (NHC) without the central heavy metal atom. A literature review is focused on the recent advances in the ROP of lactones and lactides using organic metal-free catalysts. However, there is no evidence of using carbenes for ROP synthesis of polyglycolide or its copolymers. An experimental part of this work briefly describes the preparation and properties of 1,3-di-tert-butylimidazol-2-ylidene (NHC-tBu) free carbene from its stable chloride salt. The next section is focused on the preparation of polyesters from cyclic ester monomers, namely L lactide, D,L-lactide, glycolide and -caprolactone using NHC-tBu catalyst. In particular, novel synthesis of thermosensitive amphiphilic triblock copolymers based on hydrophobic biodegradable polylactide, polyglycolide and biocompatible hydrophilic polyethylene glycol (PLGA–PEG–PLGA) using prepared NHC-tBu has been investigated. Consequently, influences of reaction conditions (i.e. monomers purification, reaction temperature, type of solvent, solvent to monomer ratio and initiator to catalyst ratio) have been evaluated. Finally, the comparison of PLGA–PEG–PLGA copolymers prepared using NHC-tBu and Sn(II)2-ethylhexanoate catalysts has been performed. It was demonstrated that combination of NHC-tBu with PEG creates the effective catalytic system for ring opening polymerization of lactone or lactides. Polymers were prepared with the high conversion of monomer (70 – 85%) and low polydispersity index (Mw/Mn at around 1.2). PLGA–PEG–PLGA copolymer with two phase transitions (sol-gel and gel-suspension) and gelation temperature between 35 – 43 °C was obtained. In most cases, changes in the reaction conditions did not have significant influence on chemical properties such as molecular weight or polydispersity index, however essentially affected the physical properties such as visco-elastic behaviors.
Biodegradable aliphatic polyesters based on polylactones, polylactides and their copolymers are particularly interesting for their applications in the medical field. The major polymerization method used to synthesize these polymers has been the ring-opening polymerization (ROP) of lactones or lactides. Many organometallic compounds are effective initiators for the controlled ROP synthesis of polyesters but heavy metals derivatives are harmful for the human organisms. There has been an increasing interest in the development of efficient "green" catalytic systems for the synthesis of biodegradable aliphatic polyesters. This thesis is dedicated to the synthesis of aliphatic polyesters based on polycaprolactone, polylactide and polyglycolide and especially their copolymers using organic catalyst from the group of free N-heterocyclic carbenes (NHC) without the central heavy metal atom. A literature review is focused on the recent advances in the ROP of lactones and lactides using organic metal-free catalysts. However, there is no evidence of using carbenes for ROP synthesis of polyglycolide or its copolymers. An experimental part of this work briefly describes the preparation and properties of 1,3-di-tert-butylimidazol-2-ylidene (NHC-tBu) free carbene from its stable chloride salt. The next section is focused on the preparation of polyesters from cyclic ester monomers, namely L lactide, D,L-lactide, glycolide and -caprolactone using NHC-tBu catalyst. In particular, novel synthesis of thermosensitive amphiphilic triblock copolymers based on hydrophobic biodegradable polylactide, polyglycolide and biocompatible hydrophilic polyethylene glycol (PLGA–PEG–PLGA) using prepared NHC-tBu has been investigated. Consequently, influences of reaction conditions (i.e. monomers purification, reaction temperature, type of solvent, solvent to monomer ratio and initiator to catalyst ratio) have been evaluated. Finally, the comparison of PLGA–PEG–PLGA copolymers prepared using NHC-tBu and Sn(II)2-ethylhexanoate catalysts has been performed. It was demonstrated that combination of NHC-tBu with PEG creates the effective catalytic system for ring opening polymerization of lactone or lactides. Polymers were prepared with the high conversion of monomer (70 – 85%) and low polydispersity index (Mw/Mn at around 1.2). PLGA–PEG–PLGA copolymer with two phase transitions (sol-gel and gel-suspension) and gelation temperature between 35 – 43 °C was obtained. In most cases, changes in the reaction conditions did not have significant influence on chemical properties such as molecular weight or polydispersity index, however essentially affected the physical properties such as visco-elastic behaviors.
Description
Citation
BOHÁČOVÁ, Z. Polymerace za otevření kruhu laktonů a laktidů [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická. 2015.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Chemie makromolekulárních materiálů
Comittee
Date of acceptance
2015-09-29
Defence
Předseda komise představil doktorandku. Ing. Boháčová publikovala článek v impaktovaném časopise. Ještě v průběhu magisterského studia se účastnila studia na univerzitě ve Stockholmu v rámci programu Erasmus.
Předseda komise předal doktorandce slovo. Následovala powerpointová prezentace, v níž doktorandka shrnula podstatné výsledky své práce.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení