VedecCristian Peptu
Názov projektuFunkčné hviezdicové architektúry skladajúce sa z cyklodextrínového jadra a bioinšpirovaných syntetických ramien pre všestranné systémy aplikovateľné ako nosiče liečiv
Hostiteľská organizáciaÚstav polymérov SAV
Dĺžka projektu01.01.2016 - 31.12.2018

Abstrakt
Základným cieľom projektu je poskytnúť metódu prípravy funkčných hviezdicových polymérov obsahujúcich alkénové skupiny, vychádzajúc z cyklodextrínového (CD) jadra. Tieto zložité makromolekulové architektúry sa pripravia polymerizáciou s otvorením kruhu (ROP) cyklických karbonátov a/alebo esterov iniciovanou z cyklodextrínu. V prvom kroku sa ROP uskutoční cestou zelenej chémie, t.j. len v prítomnosti CD, a následne sa použijú i organokatalyzátory. Ako monoméry sa použijú α‐metylén‐γ‐butyrolaktón, známy i ako Tulipalín A (nachádzajúci sa v tulipánoch), 5-metyl-5-alyloxykarbonyl-1,3-dioxan-2-ón, ε-kaprolaktón a D,L-laktid. Štruktúra polymérov sa bude analyzovať pomocou NMR spektroskopie a hmotnostnej spektroskopie v kombinácii s chromatografickými metódami. Hviezdicové polyméry budú mať v polymérnom reťazci kontrolované množstvo bočných alkénových skupín (v závislosti od množstva alkénového komonoméru v násade), ktoré budú následne použité na postfunkcionalizáciu. Predpokladaný cieľ je pripraviť i kovalentne zosieťované nanočastice a hydrogély pomocou A) tiol-énového kaplingu medzi chitozánom obsahujúcim funkčné tiolové skupiny a hviezdicovým polymérov obsahujúcim alkénové skupiny, a B) radikálovou kopolymerizáciou pripravených hviezdicových polymérov s akrylovými a metakrylovými monomérmi.

Zhrnutie projektu s priebežnými výsledkami

Hlavnou náplňou projektu je vyvinúť metódu pre prípravu hviezdicových polymérov na báze cyklodextrínového (CD) jadra funkcionalizovaného oligokarbonátmi alebo oligoestermi, obsahujúcimi funkčné etylénové skupiny (Schéma 1). Príprava takýchto komplexných polymérnych štruktúr zahŕňa využitie obnoviteľných monomérov, akým je napríklad α-metylén γ-butyrolaktón (MBL), známy aj ako Tulipalín A, alebo akými sú, k životnému prostrediu šetrné, cyklické karbonáty (MAC) .


Schéma 1. Syntéza hviezdicových kopolymérov, na báze cyklodextrínu, obsahujúcich alkénové funkčné skupiny

V súčasnosti sa tieto polyméry pripravujú polymerizáciou s otvorením kruhu laktónov (ROP), pričom sa zvyčajne využívajú toxické kovové katalyzátory. Tento projekt navrhuje rozdielny prístup prípravy na báze zelenej chémie, ktorý spočíva v preukázanom katalytickom potenciále cyklodextrínov pri ROP cyklických esterov. Preto by tento prístup mal viesť k vývoju nových funkčných materiálov bez potreby použitia akýchkoľvek toxických katalyzátorov. Rôznym pomerom kopolymérov v násade sa pripravia hviezdicové polyméry s kontrolovaným množstvo bočných alkénových funkčných skupín pozdĺž reťazca polyméru. Tieto alkénové skupiny je možné využiť na následnú post-modifikáciu. Predpokladaným cieľom je pripraviť kovalentne zosieťované nanočastice a hydrogély a) tiol-én/radikálovým kaplingom medzi tiolovou funkčnou skupinou naviazanou na chitozáne a alkénovou funkčnou skupinou oligoesteru/oligokarbonátu na cyklodextíne, alebo B) radikálovouj kopolymerizáciou s akrylovými  a metakrylovými derivátmi.

Najvýznamnejším úspechom počas prvého roku riešenia projektu je vyvinutie vhodného spôsobu syntézy, ktorý umožňuje pripraviť cyklodextríny funkcionalizované polymérmi z 5-methyl-5-alyloxykarbonyl-1,3-dioxan-2-ónu a L-laktidu. Cyklodextrín sa použil aj ako iniciátor aj ako katalyzátor polymerizácie, čoho výhoda je možnosť využitia týchto materiálov v oblasti medicíny. Jedinečná charakterizácia produktov pomocou hmotnostných spektrometrických metód podporila štruktúru produktov. Ďalší dôležitý medzník prvého roku riešenia projektu sa týka štúdia ROP cyklických esterov prostredníctvom ekologických metód na základnej úrovni. Štrukturálna charakteristika derivátov cyklodextrínu uvádzaná v literatúre poukazuje, že molekula cyklodextrínu je funkcionalizovaná prednostne na jeho väčšom okraji. Avšak charakterizácia pomocou hmotnostnej a NMR spektroskopie uskutočnená v rámci riešenia projektu dokázala, že k funkcionalizácii dochádza na menšom okraji cyklodextrínového disku. Toto zistenie je obzvlášť dôležité pre stanovenie katalytickej aktivity cyklodextrínu pri ROP cyklických esterov.