树枝状大分子读书报告..doc

树状大分子 读书报告 南京林业大学 111102113 却军扎西聚酰胺-胺树状大分子的合成及应用 摘要：聚酰胺-胺树(PAMAM)状大分子是目前树状大分子化学中研究较为成熟的一类，是三种已经商品化的树状大分子之一，其功能化和应用是目前树状大分子领域的热点。聚酰胺-胺已在多个领域显示出良好的应用前景。本文综述聚酰胺-胺(PAMAM)树状大分子的结构、性质、合成方法、表征技术，并介绍了其在化剂、金属纳米材料、纳米复合材料、膜材料、表面活性剂等领域的应用研究进展。聚酰胺-胺树状大分子的合成方法主要是发散法，另外还有收敛法和发散收敛共用法。 关键词：聚酰胺-胺; 树状大分子；合成；应用 1 引言 树形分子是最近几年出现的一类三维的、高度有序的新型大分子。由于其独特的结构性能特征，发展至今已引起高分子化学、有机化学和超分子化学等众多学科的兴趣与关注，成为现代高分子科学体系中的重要内容。树形分子与传统的线性聚合物在结构上有很大差异，带来了很多与线性聚合物不同的特性，这些特性都不能用传统的聚合物理论进行解释，因而树形分子的出现对传统的聚合物理论进行了补充。树形分子的研究逐级成为当代化学发展最快的领域之一，美国化学文摘从第11 6 卷起在普通主题词索引中新设专项，在1993年美国丹佛召开的美国化学会全国会议上和在2002年北京召开的国际纯粹和应用化学会议上，树形分子被列为一大主题，可见其重要的理论价值和实际意义。 聚酰胺-胺是目前研究最广泛、最深入的树状大分子之一，它既具有树状大分子的共性，又具有自身的特性，是第一个被报道的具有三维立体球形结构的树枝状高分子。它由初始引发核、重复单元组成的内层、含有大量官能团的表面区域三部分构成，由于其具有高度支化、高度对称及表面含有大量官能团等独特的结构特点，广泛应用于药物载体、表面活性剂、催化剂、纳米材料、膜材料等领域。 图1.1 树枝状大分子的结构特征 2 结构和性质 2.1 结构 PAMAM树状大分子是目前树状大分子化学中研究较为成熟的一类，是三种已经商品化的树状大分子之一。它的一个重要结构特点就是具有大量的端基官能团，因此通过对端基官能团的改性可以得到具有不同用途的树状大分子。另外，PAMAM树状大分子成为商品化的原因还在于合成容易，每一步可接近定量。 1985年Tomalia等人首次合成了这种高度支化、对称、呈辐射状的聚酰胺-胺大分子，并称其为星射状树形聚合物。聚酰胺-胺树状大分子由初始引发核、与初始引发核径向连接的重复支化单元和与最外层重复支化单元连接的末端基组成。由于表面官能团的数目随代数的增加而成指数增长，最终导致表面空间拥挤而产生几何变化。聚酰胺-胺树状大分子代数较低时一般为开放的分子构型，随着层数的增加和支化的继续，从第四代树状大分子开始就形成了较为封闭的多孔的球形三维结构，第八代则是表面几乎无缝的球体。且高代数的树状大分子形成表面紧密堆积的三维结构，内部空间较大,其性质与胶团相似[3- 7]。树状大分子中结构单元每重复一次成为一次繁衍，得到的产物的代数就增加1，据报道，目前聚酰胺-胺(PAMAM)树状大分子已合成到10.0代[8]。聚酰胺-胺(PAMAM)具有以下结构特点： (1)结构规整，分子结构精确； (2)相对分子质量可控； (3)具有高密度表面功能团； (4)高度的几何对称性； (5)球形分子外挤内松，分子内存在空腔并可调节。 2.2 性质 聚酰胺-胺(PAMAM)的特殊结构使其具有独特的性质： (1)良好的流体力学性能，是一种牛顿流体，有利于成型加工； (2)独特的粘度行为，低的溶液粘度和熔体粘度； (3)容易成膜，在膜科学方面有大量应用； (4)多功能性，表面有大量官能团存在，且易修饰； (5)具有纳米尺寸的分子溶解能力，有独特的催化作用，并且可随存在介质的不同而变化； (6)由于其独特的中空结构，特别适合做金属纳米粒子的主体； (7)随着相对分子质量的增加，密度将出现最小值，特性粘度出现最大值，折光指数增量出现最小值等。 3 PAMAM树状大分子的合成方法 3.1 发散合成法 1985年，Tomalia等首次利用发散法合成了PAMAM树状大分子以来，以其为基础合成了具有各种结构的树枝大分子，目前己成为应用最广泛的树状大分子。PAMAM合成机理为从多功能基的引发核心(如乙二胺、胺、苯胺等)出发，与丙烯酸甲酯进行完全的Michael加成反应得到0.5代PAMAM树状大分子，然后用过量的乙二胺(EDA)与0.5代进行酯的酰胺化反应，得到1.0代PAMAM树状大分子。不断重复上述步骤，理论上可得到任意高代数的PAMAM树状大分子。图3.1为采用发散法合成的以EDA为中心核的1.0代PAMAM树状大分子。 图