Synthese und Charakterisierung von mizellaren Systemen basierend auf amphiphilen RAFT-Blockcopolymeren

Abstract

Amphiphile Blockcopolymere genießen ein wachsendes Interesse im Hinblick auf ihre vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten im medizinischen und chemischen Bereich. Sie besitzen einen hydrophoben und einen hydrophilen Teil und somit die Fähigkeit ähnlich wie Tenside in Wasser Mizellen zu bilden und darin schlecht wasserlösliche Substanzen einzuschließen. Außerdem sind sie nach geeigneter Modifikation in der Lage, diese wieder kontrolliert freizusetzen.<br />In dieser Arbeit wurde RAFT (Reversible Addition Fragmentation Chain Transfer) als Polymerisationsmethode gewählt, um amphiphile Blockcopolymere herzustellen. Aufgrund des lebenden Charakters der RAFT-Polymerisation ist sie bestens geeignet, um Blockcopolymere herzustellen und reaktive Gruppen ins Polymer einzubringen. Außerdem können mit dieser Polymerisationsmethode Polymere mit einem Polydispersitätsindex < 1.5 synthetisiert werden, was für Herstellung von einheitlichen Mizellen vorteilhaft ist.<br />In einem ersten Schritt, vor der Herstellung von Polymeren, wurden sowohl das RAFT-Reagenz 4-Cyano-4-[(dodecylsulfanylthiocarbonyl)-sulfanyl]pentansäure, als auch das kommerziell nicht erhältliche Monomer N-Methacryloxysuccinimid synthetisiert. In weiterer Folge wurden Homopolymere hergestellt, welche als MakroRAFT-Reagenzien für die Herstellung des zweiten Blocks verwendet wurden. Die Polymere bestanden aus folgenden Acrylamid und Monomeren auf Acrylamid- und Methacrylatmonomeren: N-Acryloylmorpholin für den hydrophilen Teil des Blockcopolymers, sowie (1) Hydroxyethylmethacrylat-poly-[epsilon]-Caprolacton, (2) Butylmethacrylat, (3) Laurylmethacrylat und (4) N-tert-Butylacrylamid für den hydrophoben Teil. N-Methacryloxysuccinimid (NHS-MA) wurde außerdem in einigen Fällen in den hydrophilen Teil einpolymerisiert, um eine reaktive Gruppe für weitere Modifikationen des Polymers zu erhalten. Es konnte gezeigt werden, dass ein Blockcopolymer bestehend aus N-Acryloylmorpholin, Laurylmethacrylat und N-Methacryloxysuccinimid ausgezeichnet kontrolliert polymerisiert werden konnte. Dieses System wurde weiter für die Bildung von Mizellen verwendet. Es gelang darüber hinaus die hergestellten Mizellen mittels Cystamin, eines disulfidhältigen Diamins, über die reaktiven NHS zu vernetzen, und mithilfe von 1H-NMR, dynamischer Lichstreuung und Tensiometrie zu charakterisieren.<br />

Due to their possible usage for chemical and medicinal applications, there's a growing interest in amphiphilic block copolymers. Their nature is similar to surfactants as they consist of a hydrophobic and a hydrophilic part, therefore they are able to form micelles in water. These micelles can be used for different purposes, such as detergents, surface modifications or for the uptake and release of non-water soluble substances.<br />For this thesis RAFT (Reversible Addition Fragmentation Chain Transfer) was used as a polymerization method to synthesize amphiphilic block copolymers. Due to its controlled character RAFT is a suitable method to prepare block copolymers and polymers with functional groups.<br />Furthermore, RAFT allows the synthesis of narrow dispersed polymers with a polydispersity index below 1.5 which is beneficial for the formation of uniform micelles.<br />Initially and prior to polymerizations the RAFT-agent 4-cyano-4-[(dodecylsulfanylthiocarbonyl)-sulfanyl]pentanic acid and the commercially not available monomer N-methacryloxysuccinimide were synthesized. Using this RAFT reagent homopolymers of different monomers were prepared and subsequently used as macroRAFT agents for the further synthesis of blockcopolymers. The following monomers were polymerized:<br />N-acryloylmorpholine as a monomer for the hydrophilic block and the hydrophobic monomers (a) hydroxyethylmethacrylate-poly-[epsilon]-caprolactone, (b) butylmethacrylate, (c) laurylmethacrylate and (d) tert-butyl acrylamide for the hydrophobic block. Additionally, in some copolymers N-methacryloxysuccinimide (NHS-MA) was incorporated in the hydrophilic part of the copolymer and the addition of this comonomer allowed further modification of the micelle's shell. It was shown that well-defined blockcopolymers could be synthesized from laurylmethacrylate, N-acryloylmorpholine, and N-methacryloxysuccinimide using RAFT-polymerization and these amphiphilic blockcopolymers showed good results for the formation of micelles. In order to stabilize the micelles in aqueous solution via the succinimide reactive moieties in the NHS-containing polymers were furthermore crosslinked with cystamine, a disulfide containing diamine. It was possible characterize the crosslinked and uncrosslinked micelles via 1H-NMR, dynamic light scattering and tensiometry.