TỔNG HỢP CÁC DENDRIMER POLYAMIDOAMINE (PAMAM) SYNTHESIS OF POLYAMIDOAMINE (PAMAM) DENDRIMERS Nguyễn Cửu Khoa, Nguyễn Công Trực, Hoàng Thị Kim Dung Phòng Công nghệ hữu cơ polymer, Viện Công nghệ Hóa học Summary: Many of dendrimeric nanostructures have shown commercial promise as gene transfection, drug delivery agents, immunodiagnostics reagents, nanocatalysts, nanoreactors…This paper describes the synthesis of a kind of dendrimer, polyamidoamine (PAMAM), using ethylenediamine core. This method involves alkylation with methyl acrylate, and amidation with ethylenediamine. These polyamidoamines were characterized by IR, 1 H-NMR, 13 C-NMR, MS. Their size were determined by XRD and TEM, around 10 – 15nm. I. MỞ ĐẦU: Việc nghiên cứu tìm tòi những vật liệu mới với những tính năng khác biệt rất được quan tâm trong những năm gần đây. Polymer kích thước nano với nhiều tính năng mới lạ cũng được nghiên cứu nhiều bởi những ứng dụng đa dạng của chúng trong công nghệ điện tử, công nghệ sinh học và trong ngành y dược… Dendrimer là polymer với kích thước nano (1-100 nm) có cấu trúc nhánh như cành cây với lõi bên trong là những chất ưa dầu hoặc ưa nước và với nhiều nhóm chức hoạt động bao vòng bên ngoài. Những nhóm chức này có thể kết hợp tạo thành phức bền hoặc kết hợp tạo thành mạng lưới bao bọc các phân tử hoạt động, do đó sẽ là chất mang protein, DNA trong công nghệ gen hay chất mang thuốc trong ngành y dược… Trong khuôn khổ bài báo này, chúng tôi đề cập đến việc nghiên cứu tổng hợp dendrimer từ methylacrylate và ethylenediamine với ethylenediamine làm lõi bên trong và sử dụng các phương pháp phân tích hiện đại như phổ NMR ( 1 H, 13 C), phổ MS, XRD, TEM để xác định thành phần, cấu trúc và kích thước của dendrimer thu được. II. THỰC NGHIỆM: Methylacrylate, ethylenediamine được mua của Merck và các hóa chất khác đạt tiêu chuẩn tinh khiết phân tích. Cấu trúc của dendrimer được xác định bằng IR đo trên máy Vector 22 Bruker, MS sử dụng MSD Trap Agilent 1100, phổ NMR được đo trên máy Bruker AM500 FT-NMR spectrometer. Kích thước hạt đo bằng XRD trên máy Bruker D8 Advance và chụp ảnh TEM trên máy Gieon1400. II.1. Tổng hợp tiền chất polyamidoamine (PAMAM) (G = -0,5 và G = 0) Cho 35 g (0,407 mol) methylacrylate vào bình cầu hai cổ 500 ml, sau đó cho tiếp 20 ml methanol vào và khuấy đều hỗn hợp trên. Nhỏ từ từ từng giọt hỗn hợp 5 g (0,083 mol) ethylenediamine trong 20 ml methanol vào hỗn hợp trên. Giữ lạnh hỗn hợp ở 0 0 C trong 1giờ và sau đó tiến hành phản ứng trong môi trường khí nitơ ở nhiệt độ phòng trong 48 giờ. Loại bỏ các chất còn lại sau phản ứng ở áp suất thấp, nhiệt độ thấp hơn 45 0 C trong 3 ngày. Cho methanol vào trong lúc cô quay để đuổi hết phần methylacrylate còn dư (G = -0,5). Cho 75 g (1,248 mol) ethylenediamine và 100 ml methanol vào bình cầu hai cổ 500 ml, khuấy đều. Nhỏ từ từ từng giọt hỗn hợp 5 g (0,083 mol) G = -0,5 trong 20 ml methanol vào hỗn hợp trên. Giữ lạnh hỗn hợp ở 0 0 C trong 1giờ và sau đó cho tiến hành phản ứng tại nhiệt độ phòng trong 96 giờ, khuấy đều, phản ứng được thực hiện trong môi trường N 2 . Loại bỏ dung môi và ethylenediamine dư trong điều kiện áp suất thấp và nhiệt độ khoảng 40 o C trong vòng 5 ngày để làm sạch sản phẩm (G = 0). II.2. Tổng hợp PAMAM tận cùng bằng nhóm ester (G = 0,5) Cho 29 g (0,33 mol) methylacrylate và 100 ml methanol vào bình cầu hai cổ 500 ml, khuấy đều. Lấy 16 g dung dịch G(0) hòa tan trong 20 ml methanol. Nhỏ từ từ từng giọt dung dịch G = 0 sau khi hòa tan trong methanol vào bình cầu. Giữ lạnh hỗn hợp ở 0 0 C trong 1giờ và sau đó cho tiến hành phản ứng tại nhịêt độ phòng trong 96 giờ, khuấy đều và cung cấp N 2 trong quá trình phản ứng. Loại dung môi và methylacrylate dư ở áp suất thấp trong vòng 4 ngày để làm sạch sản phẩm. II.3. Tổng hợp PAMAM tận cùng bằng nhóm amine (G = 1) Cho 260 ml ethylenediamine và 100 ml methanol vào bình cầu hai cổ 500 ml, và khuấy đều hỗn hợp trên. Nhỏ từ từ từng giọt hỗn hợp 20 g dung dịch G = 0.5 sau khi hòa tan trong 50 ml methanol vào hỗn hợp trên. Giữ lạnh hỗn hợp ở 0 0 C trong 1giờ và sau đó cho tiến hành phản ứng ở môi trường khí N 2 tại nhiệt độ phòng trong 6 ngày, khuấy đều trong quá trình phản ứng. Cô quay ở áp suất thấp trong vòng 5 ngày thu được sản phẩm. II.4. Tổng hợp PAMAM các thế hệ tiếp theo Quá trình phản ứng được lặp lại lần lượt theo các bước như ở mục 2.2, 2.3 thu được các PAMAM tận cùng bằng nhóm ester và amine (G = 1.5; 2 và 2.5). III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN: III.1. Tiền chất polyamidoamine (PAMAM) (G = -0.5 và G = 0) ( a CH 2 a CH 2 )[N ( b CH 2 c CH 2 d CO 2 e CH 3 ) 2 ] 2 (G = -0.5) IR ν(cm -1 ): 1740 (C=O); 3400 (N-H). 1 H – NMR (CDCl 3 , ppm): 2.50 (a), 2.45 (b), 2.76 (c), 3.63 (d). 13 C – NMR (CDCl 3, ppm): 49.69 (a), 51.37 (b), 32.55(c), 172.81 (d), 52.19 (e). MS (m/z): 405 (M+H), 319 (M-CH 2 CH 2 COCH 3 ). ( a CH 2 a CH 2 )[N ( b CH 2 c CH 2 d CO e NH f CH 2 g CH 2 h NH 2 ) 2 ] 2 (G=0) IR ν(cm -1 ): 3374 (OH); 1641 (C=O), 3400-3200 (NH và NH 2 ). 1 H – NMR (ppm): 2.,65 (a), 3.24 (b), 2.80 (c), 7.55 (NH), 3.45 (f), 2.33 (g), 2.41 (h). 13 C – NMR (CDCl 3, ppm): 50.58 (a), 52.16 (b), 42.37(c), 173.21 (d), 41.55 (f), 34.47 (g). MS (m/z): 517 (M+H), 457, 403, 343. III.2. Các thế hệ PAMAM ( a CH 2 a CH 2 )[N ( b CH 2 c CH 2 d CO e NH f CH 2 g CH 2 N( h CH 2 i CH 2 j CO 2 k CH 3 ) 2 ) 2 ] 2 (G = 0.5) IR ν(cm -1 ): 3400 (NH); 1730 (C=O). 1 H NMR (ppm): 2.75 (a), 2.78 (b), 2.31 (c), 3.25 (f), 7.10 (NH), 2.65 (g), 2.55 (h), 2.45 (i), 3.65 (k). 13 C NMR (CDCl 3, ppm): 49.27 (a), 51.49 (b), 37.20 (c), 173.03 (d), 51.61 (f), 51.30 (g), 172.45 (j), 52.92 (k). MS (m/z): 1206 (M); 1120 (M-(CH 2 CH 2 COO-CH 3 )), 1006, 920, 801, 605, 517. ( a CH 2 a CH 2 )[N ( b CH 2 c CH 2 d CO e NH f CH 2 g CH 2 N( h CH 2 i CH 2 j CO 2 k NH l CH 2 m CH 2 n NH 2 ) 2 ) 2 ] 2 (G = 1) IR ν(cm -1 ): 3362 (-OH); 1571(-C=O); 2929(-CH 2 ). 1 H NMR (ppm): 2.74 (a), 2.82 (b), 2.79 (c), 7.29 (NH), 3.44 (f), 2.96 (g), 2.67 (h), 2.53(i), 2.51 (n), 2.34 (m). 13 C NMR (CDCl 3, ppm): 44.83 (a), 41.53 (b), 37.81 (c), 172.95 (d, j), 50.59 (f), 44.83 (g), 34.39 (h), 33.94 (i), 50.18 (l). Khối phổ MS (m/z): 1428 (M-H), 1368, 516. ( a CH 2 a CH 2 )[N ( b CH 2 c CH 2 d CO e NH f CH 2 g CH 2 N( h CH 2 i CH 2 j CO 2 k NH l CH 2 m CH 2 N( n CH 2 o CH 2 p CO 2 q CH 3 ) 2 ) 2 ) 2 ] 2 (G = 1.5) IR ν(cm -1 ): 1750 (-C=O), 3380(-OH), 2953(-CH 2 ), 3400 (-NH). 1 H NMR (ppm): 2.80 (a), 2.78 (b), 2.77 (c), 7.27 (NH), 3.48 (f), 2.81 (g), 3.27 (l) 2.75 (h), 2.74 (i), 2.54 (o), 2.42 (n), 2.35 (m), 3.67 (q). 13 C NMR (CDCl 3, ppm): 173.03 (d), 172.93 (j), 172.29 (p), 32.68, 37.25, 49.31, 49.97, 51.49, 52.33, 52.99. Khối phổ MS (m/z): 2809 (M+H). ( a CH 2 a CH 2 )[N ( b CH 2 c CH 2 d CO e NH f CH 2 g CH 2 N( h CH 2 i CH 2 j CO k NH l CH 2 m CH 2 N( n CH 2 o CH 2 p CO q NH r CH 2 s CH 2 u NH 2 ) 2 ) 2 ) 2 ] 2 (G = 2) IR ν(cm -1 ): 1644 (C=O), 3359(-OH), 2800 (CH 2 ). 1 H NMR (ppm): 7.35 (NH), 3.40 (r), 2.34 (s), 3.26, 3.06, 2.77, 2.74, 2.67, 2.53. 13 C NMR (CDCl 3, ppm): 173.44 (d), 173.35 (j), 173.23 (p), 52.45, 51.42, 50.25, 49.68, 48.47- 49.16, 43.94, 41.97, 41.19, 37.41, 33.94. Khối phổ MS (m/z): 3259 (M+H). Kết quả chụp XRD cho kích cỡ hạt khoảng 13 nm. Kết quả đo TEM (hình 1) cho thấy dendrimer G = 2 có sự phân bố kích thước hạt không đồng nhất, cỡ hạt từ 5-100 nm, có hiện tượng kết tụ hạt thành chùm. ( a CH 2 a CH 2 )[N ( b CH 2 c CH 2 d CO e NH f CH 2 g CH 2 N( h CH 2 i CH 2 j CO 2 k NH l CH 2 m CH 2 N( n CH 2 o CH 2 p CO q NH r CH 2 s CH 2 N( u CH 2 CH 2 v CO 2 w CH 3 ) 2 ) 2 ) 2 ) 2 ] 2 (G = 2.5) IR ν(cm -1 ): 1644 (C=O), 3359(-OH), 2800 (CH 2 ). 1 H NMR (ppm): 2.36, 2.43, 2.53, 2.74-2.80, 3.26. 13 C NMR (CDCl 3, ppm): 172.99, 172.94, 172.88, 172.30, 52.84, 52.17, 51.23-51.26, 49.68, 49.19, 37.12, 33.76, 32.55. Kết quả chụp XRD cho kích cỡ hạt khoảng 12 nm. Kết quả đo TEM (hình 2) cho thấy dendrimer G = 2.5 có sự phân bố kích thước hạt không đồng nhất, cỡ hạt từ 5-100 nm, có hiện tượng kết tụ hạt thành chùm. Ảnh chụp TEM Hình 1: Ảnh chụp TEM của G = 2 Hình 2: Ảnh chụp TEM của G 2.5 O N H N O N H N O N H O N N H N O O C H O O C H 3 3 O O C H O O C H 3 3 O N H N O NH O N N H N O O C H O O C H 3 3 O O C H O O C H 3 3 O N H N O N H N O N H O N N H N O O C H O O C H 3 3 O O C H O O C H 3 3 O N H N O NH O N N H N O O C H O O C H 3 3 O O C H O O C H 3 3 N O N H N O N H N O N H O N N H N O O C H O O C H 3 3 O O C H O O C H 3 3 O N H N O NH O N N H N O O C H O O C H 3 3 O O C H O O C H 3 3 O N H N O N H N O N H O N N H N O O C H O O C H 3 3 O O C H O O C H 3 3 O N H N O NH O N N H N O O C H O O C H O O C H O O C H 3 3 N 3 3 Hình 3: Công thức cấu tạo của PAMAM G = 2.5 IV. KẾT LUẬN: Các thế hệ của dendrimer polyamidoamine đã được tổng hợp trên cơ sở các liên kết ester và amine từ methyl acrylate và ethylenediamine với ethylenediamine làm lõi. Cấu trúc của các dendrimer này được xác định bởi các phổ IR, cộng hưởng từ hạt nhân 1 H-NMR, 13 C-NMR, trọng lượng phân tử của các thế hệ được xác định bằng phổ MS và cho kết quả phù hợp với tính toán lý thuyết. Kích thước của dendrimer được xác định bởi XRD và ảnh TEM, kết quả cho thấy kích thước trung bình của hạt nằm trong khoảng từ 10 – 15 nm theo tính toán của XRD và theo ảnh TEM. Như vậy các dendrimer này hoàn toàn có thể phù hợp cho việc nghiên cứu ứng dụng ở các bước tiếp theo. Tài liệu tham khảo 1. Jean M.J. Fréchet, Donald A. Tomalia, Dendrimers and other Dendritic polymers, John Wiley and Sons Ltd, London, 587-604 (2001). 2. Marco Fischer, Fritz Vogtle, Angew. Chem. Int. Ed., 38, 884-905 (1999). 3. Nguyễn Cửu Khoa, Hoàng Thị Kim Dung, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, T.46, No.4A, 166-171 (2008). 4. Mecke A., Lee I., Baker .J.R., The European Physical Journal E, 14, 7-16 (2004). . TỔNG HỢP CÁC DENDRIMER POLYAMIDOAMINE (PAMAM) SYNTHESIS OF POLYAMIDOAMINE (PAMAM) DENDRIMERS Nguyễn Cửu Khoa, Nguyễn Công Trực, Hoàng Thị. LUẬN: Các thế hệ của dendrimer polyamidoamine đã được tổng hợp trên cơ sở các liên kết ester và amine từ methyl acrylate và ethylenediamine với ethylenediamine làm lõi. Cấu trúc của các dendrimer. vòng 5 ngày thu được sản phẩm. II.4. Tổng hợp PAMAM các thế hệ tiếp theo Quá trình phản ứng được lặp lại lần lượt theo các bước như ở mục 2.2, 2.3 thu được các PAMAM tận cùng bằng nhóm ester và