Biodegradowalne polimery funkcyjne – rozszerzenie możliwości zastosowania biomateriałów

• Autorzy: Kawalec M. , Pastusiak M. , Jaworska J. , Komar P. , Kurcok P. , Dobrzyński P.

Warianty tytułu

EN

Biodegradable fuctional polymers – extending frontiers of biomaterials

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Acetyloacetoniany cyrkonu (IV), żelaza (III), cynku (II), lantanu (III), i itru (III)) oraz tris(2,2,6,6--tetrametylo-3,5-heptanodionianu) skandu zostały z powodzeniem zastosowane w polimeryzacji modelowych 5-metylo-2-okso-1,3-dioksano-5-karboksylanu etylu (MTC-Et) i 5-metylo-2-okso-1,3-dioksano-5--karboksylanu benzylu (MTC-Bz) oraz α-bromo-ε-kaprolaktonu. Proces polimeryzacji prowadzono w masie w podwyższonej temperaturze. Zależność konwersji monomerów węglanowych od czasu polimeryzacji była monitorowana przy pomocy techniki 1H NMR, a wysokocząsteczkowy produkt scharakteryzowano techniką SEC. Kinetyka prowadzonej reakcji zależała nie tylko od temperatury, ale również od rodzaju zastosowanego inicjatora. Zbadano również wpływ temperatury prowadzonej polimeryzacji na masy cząsteczkowe otrzymanych produktów. Badania te wykazały, że zależność temperatura polimeryzacji – masa molowa produktu jest skomplikowana i dla procesów istnieje temperatura optymalna. Co istotne, w szczególnych przypadkach otrzymywane poliwęglany charakteryzowały się frakcją o wysokiej masie przekraczającej nawet 1 Mg/mol. Szczegółowe wyniki przeprowadzonych badań ujawniły także relatywnie silną reakcję transestryfikacji towarzyszącą polimeryzacji z otwarciem pierścienia MTC-Et. W przypadku polimeryzacji MTC-Bz, którego podstawnik benzylowy powinien stanowić większą zawadę przestrzenną przy wiązaniu estrowym niż podstawnik etylowy MTC-Et i w ten sposób ograniczać transestryfikację, występowanie reakcji transacylowania wydaje się być jeszcze silniejsze. W przypadku α-bromo-ε-kaprolaktonu polimeryzacja z otwarciem pierścienia przebiegała najefektywniej, gdy była inicjowana acetyloacetonianem cyrkonu (IV) i tris(2,2,6,6-tetrametylo-3,5--heptanodionianem) skandu (III), pozwalając na otrzymanie polimeru funkcyjnego. Acetyloacetonian cynku (II) reagował z bromopochodną w sposób, który nie prowadził do otrzymania polimerów.

EN

A series of metal acetylacetonates (zirconium (IV), iron (III), zinc (II), lanthanum (III) and yttrium (III)) as well as scandium (III) tris(2,2,6,6-tetramethyl-3,5--heptanedionate) were successfully applied in bulk polymerizations of model ethyl 5-methyl-2-oxo-1,3-dioxane-5-carboxylate (MTC-Et) and benzyl 5-methyl-2--oxo-1,3-dioxane-5-carboxylate (MTC-Bz) as well as α-bromo-ε-caprolactone. The polymerization experiments were carried out at elevated temperatures. Rate of the carbonate monomers conversion during polymerization experiments was followed by 1H NMR while macromolecular product was also characterized with SEC technique. Rate of the monomers conversion was temperature-dependant but it relied also on type of applied polymerization initiator. The study revealed also strong dependence of the products molar masses on temperature regime. It was found that the reactions have some optimum temperature. Noticingly, several experimental conditions were found to yield polycarbonates containing fractions of high molar mass material of about 1 Mg/mol. Complementary results revealed occurrence of relatively strong transesterification in ring-opening polymerization of MTC-Et. Significantly bulkier benzyl substituent of MTC-Bz, in comparison with ethyl substituent of MTC-Et which was supposed to hinder sterically reactivity of the ester linkage, did not retard transesterification occurring during polymerization. Contrary, transacylation seemed to be even more pronounced in the case of MTC-Bz polymerization. In the case of α-bromo-ε-caprolactone ROP zirconium (IV) acetylacetonate and scandium(III) tris(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate) were found to be the most effective and allowed to obtain functional polymer. Zinc (II) acetylacetonate reacted with the brominated lactone without polymer formation.

Słowa kluczowe

PL

polimery bioresorbowalne; polimery funkcyjne; polimeryzacja koordynacyjna; cykliczne węglany; funkcjonalizowany kaprolakton; polimeryzacja z otwarciem pierścienia

EN

bioresorbable polymers; functional polymers; coordination polymerization; cyclic carbonates; functional caprolactone; ring opening polymerization

• Wydawca: Polish Society for Biomaterials in Cracow
• Czasopismo: Engineering of Biomaterials
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 17, no. 127
• Strony: 16--21
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kawalec M.

• Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych, Polska Akademia Nauk, ul. M. Skłodowskiej-Curie 34, 41-819 Zabrze

autor

Pastusiak M.

• Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych, Polska Akademia Nauk, ul. M. Skłodowskiej-Curie 34, 41-819 Zabrze

autor

Jaworska J.

• Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych, Polska Akademia Nauk, ul. M. Skłodowskiej-Curie 34, 41-819 Zabrze

autor

Komar P.

• Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych, Polska Akademia Nauk, ul. M. Skłodowskiej-Curie 34, 41-819 Zabrze
• Wydział Matematyczno-Przyrodniczy, Akademia im. Jana Długosza w Częstochowie, Al. Armii Krajowej 13/15, 42-200 Częstochowa

autor

Kurcok P.

• Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych, Polska Akademia Nauk, ul. M. Skłodowskiej-Curie 34, 41-819 Zabrze
• Wydział Matematyczno-Przyrodniczy, Akademia im. Jana Długosza w Częstochowie, Al. Armii Krajowej 13/15, 42-200 Częstochowa

autor

Dobrzyński P.

• Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych, Polska Akademia Nauk, ul. M. Skłodowskiej-Curie 34, 41-819 Zabrze
• Wydział Matematyczno-Przyrodniczy, Akademia im. Jana Długosza w Częstochowie, Al. Armii Krajowej 13/15, 42-200 Częstochowa

Bibliografia

• [1] Welle A., Kroger M., Doring M., Niederer K., Pindel E., Chronakis S.: Electrospun aliphatic polycarbonates as tailored tissue scaffold materials. Biomaterials 28 (2007) 2211-2219.
• [2] Seow W.Y., Yang Y.Y.: Functional polycarbonates and their self--assemblies as promising non-viral vectors. Original. J. Controlled Release 139 (2009) 40-47.
• [3] Cooley C.B., Trantow B.M., Nederberg F., Kiesewetter M.K., Hedrick J.L., Waymouth R. M., Wender P.A.: Oligocarbonate Molecular Transporters: Oligomerization-Based Syntheses and Cell--Penetrating Studies. J. Am. Chem. Soc. 131 (2009) 16401-16403.
• [4] Yang C., Ong Z.Y., Yang Y.-Y., Ee P.L.R., Hedrick J.L.: Novel Biodegradable Block Copolymers of Poly(ethylene glycol) (PEG) and Cationic Polycarbonate: Effects of PEG Configuration on Gene. Macromol. Rapid Commun. 32 (2011) 1826-1833.
• [5] Le Hellaye M., Fortin N., Guilloteau J., Soum A., Lecommandoux S., Guillaume S. M.: Biodegradable Polycarbonate-b-polypeptide and Polyester-b-polypeptide Block Copolymers: Synthesis and Nanoparticle Formation Towards Biomaterials. Biomacromolecules 9 (2008) 1924-1933.
• [6] Hu B., Tu Y.-Y., Yan G.-P., Zhuo R.-X., Bottle S. E., Wu Y., Fan C.-L., Duan Y.-J.: Polycarbonate microspheres containing mitomycin C and magnetic powders as potential hepatic carcinoma therapeutics. Colloids Surf. B 84 (2011) 550-555.
• [7] Sahoo S., Kumar N., Bhattacharya C., Sagiri S.S., Jain K., Pal K., Ray S.S., Nayak B.: Organogels: Properties and Applications in Drug Delivery. Des. Monomers Polym. 14 (2011) 95-108.
• [8] Tempelaar S., Mespouille L., Coulembier O., Dubois P., Dove A.P.:Synthesis and post-polymerisation modifications of aliphatic poly(carbonate)s prepared by ring-opening polymerization. Chem. Soc. Rev. 42 (2013) 1312-1336.
• [9] Ponsart S., Coudane J., Vert M.: A Novel Route To Poly(ε-caprolactone)-Based Copolymers via Anionic Derivatization. Biomacromolecules 1 (2000) 275-281.
• [10] El Habnouni S., Darcos V., Coudane J.: Synthesis and Ring Opening Polymerization of a New Functional Lactone, α-Iodo-ε-caprolactone: A Novel Route to Functionalized Aliphatic Polyesters. Macromol. Rapid Commun. 30 (2009) 165-169.
• [11] Lou X., Detrembleur C., Lecomte P., Jerome R.: Controlled synthesis and chemical modification of unsaturated aliphatic (Co) polyesters based on 6,7-dihydro-2(3H)-oxepinone. J. Polym. Sci., Polym. Chem. 40 (2002) 2286-2297.
• [12] Riva R., Schmeits S., Stoffelbach F., Jerome C., Jerome R., Lecomte P.: Combination of ring-opening polymerization and “click” chemistry towards functionalization of aliphatic polyesters. Chem. Commun. 2005, 5334-5336.
• [13] Pastusiak M., Kawalec M., Jaworska J., Kurcok P., Janeczek H., Dobrzynski P.: New functional aliphatic polycarbonates – materials for advanced biomedical applications. Eng. Biomat. 17 (2014) 103-106.
• [14] Kawalec M., Dove A. P., Mespouille L., Dubois P.: Morpholine--functionalized polycarbonate hydrogels for heavy metal ion sequestration. Polym. Chem. 4 (2013) 1260-1270.
• [15] Wanga G., Shia Y., Fua Z., Yanga W., Huanga Q., Zhang Y.: Controlled synthesis of poly(ε-caprolactone)-graft-polystyrene by atom transfer radical polymerization with poly(ε-caprolactone-co-α-bromo-ε-caprolactone) copolymer as macroinitiator. Polymer 46 (2005) 10601-10606.
• [16] Dobrzynski P., Pastusiak M., Bero M.: Less Toxic Acetylacetonates as Initiators of Trimethylene Carbonate and 2,2-Dimethylene Carbonate Ring Opening Polymerization. J. Polym. Sci., Polym. Chem. 43 (2005) 1913-1922.

Uwagi

PL

Badania finansowane przez Narodowe Centrum Nauki, projekt nr UMO-2012/07/B/ST5/00616 „Nowe sfunkcjonalizowane kopolimery węglanowe. Badania otrzymywania nowoczesnych, funkcyjnych i biozgodnych materiałów metodą polimeryzacji z otwarciem pierścienia katalizowanej koordynacyjnie” oraz Fundację na rzecz Nauki Polskiej: Homing Plus 2013/7/7, projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach PO IG.