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RIASSUNTO
Il fine di questo lavoro di tesi è stato quello di sintetizzare copolimeri ad innesto costituiti da uno scheletro polisaccaridico e catene laterali idrofobiche aventi peso molecolare definito. In particolare sono stati preparati copolimeri amilosio-g-poli metacrilati utilizzando una reazione click tra polimeri metacrilici azido terminati preparati per polimerizzazione radicalica controllata a trasferimento atomico (ATRP) ed amilosio funzionalizzato con gruppi alchinici laterali. Questi copolimeri, aventi proprietà anfifiliche, possono essere studiati per il rilascio controllato di farmaci o per la modifica di superfici.
Per raggiungere l’obiettivo sopra descritto la prima parte di questo lavoro è dedicata alla modifica dell’amilosio per innesto di gruppi alchinici. Inizialmente sono stati ossidati i dioli vicinali di alcuni residui glucopiranosidici a dialdeidi con NaIO4 variando il grado di ossidazione nell’intervallo 0,05 e 5% di residui ossidati. I prodotti di reazione sono stati caratterizzati attraverso spettroscopia 1 H-NMR ed FT-IR. A causa dell’equilibrio di emiacetalizzazione i gruppi aldeidici sono risultati scarsamente rilevabili con le tecniche spettroscopiche. Sono stati quindi determinati quantitativamente per titolazione ed il valore ottenuto è risultato in buon accordo con il valore atteso. Il metodo di degradazione di Smith, accoppiato all’analisi SEC, ha permesso la determinazione del valore di Mn dei segmenti di catena di amilosio tra 2 residui ossidati ed è stato evidenziato che l’ossidazione avviene preferenzialmente nei tratti di catena in fase amorfa.
L’amilosio ossidato (Aox) è stato successivamente modificato per reazione di amminazione riduttiva con 1-(metilammino)naftalene come molecola modello per determinare, per spettrofotometria UV, la resa di innesto della reazione che è stata quantitativa sia utilizzando DMSO che un tampone borato a pH 8.5 come solvente. Tuttavia nel caso del primo solvente sembra che la reazione di degradazione dell’amilosio ossidato non possa essere controllata.
La reazione di amminazione riduttiva è stata quindi eseguita con propargilammina in tampone borato a pH 8.5 al fine di ottenere l’amilosio funzionalizzato con gruppi alchinici (ANP). La resa di innesto, determinata per analisi elementare, è risultata di circa il 58 % rispetto ai gruppi aldeidici
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determinati per titolazione. Tale dato è stato discusso in relazione a possibili reazioni secondarie.
In seguito è stato sintetizzato il 2-bromo isobutirrato di 3-azido propile (IN3) che è stato usato come iniziatore per la polimerizzazione di diversi monomeri metacrilici in condizioni ATRP: metil metacrilato (MMA), butil metacrilato (BMA), esil metacrilato (EMA), (dimetilammino)etil metacrilato (DMAEMA).
Il sistema catalitico utilizzato è stato Cu(I)/HMTETA, con l’eventuale aggiunta di Cu(II). Sono state studiate le cinetiche di polimerizzazione del MMA, BMA, DMAEMA, seguendo le conversioni attraverso spettroscopia NMR o HPLC e l’evoluzione dei pesi molecolari attraverso SEC.
Inoltre è stato studiato l’effetto del gruppo azide eseguendo polimerizzazioni comparative con un iniziatore tradizionale privo del gruppo azidico. Tale gruppo è risultato non interferire nella polimerizzazione permettendo così l’ottenimento di polimeri con il gruppo azide iniziale.
Il sistema catalitico scelto si è rivelato più idoneo per la polimerizzazione dei monomeri metacrilici aventi catena laterale più lunga. Infatti, mentre il PBMA ed il PEMA tal quali ed azido terminati sono stati ottenuti con un peso molecolare confrontabile con quello teorico, il valore di Mn del PMMA azidato è risultato essere quasi il doppio di quello teorico. Nel caso del MMA nemmeno l’aggiunta di Cu(II) come disattivante, allo scopo di ridurre la perdita di efficienza, ha influenzato la cinetica di polimerizzazione, mentre per il BMA l’aggiunta del disattivante ha comportato un maggior controllo e di conseguenza l’ottenimento di un polimero avente peso molecolare prossimo a quello teorico.
La polimerizzazione del DMAEMA è risultata controllata fino ad una conversione pari al 90%.
ANP avente circa 0,05 % in moli di gruppi amminici per residuo è stato fatto infine reagire con ciascuno dei polimeri metacrilici azido terminati preparati al fine di ottenere copolimeri ad innesto per reazione di cicloaddizione 1,3 dipolare di Huisgen (Click). Gli spettri 1H-NMR ed FT-IR hanno permesso di verificare l’effettiva formazione dei copolimeri mentre la quantità aggraffata è stata calcolata attraverso analisi TGA. Il successo della reazione sembra dipendere dalla temperatura di reazione e dalla solubilità dei gruppi funzionali ossia dalla loro disponibilità a reagire. La reazione ha infatti mostrato conversioni elevate a 60 °C anziché 40 °C ed in miscela DMSO/DMF quale solvente. Infatti tale miscela può disciogliere entrambi i reagenti se il peso molecolare del
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polimero sintetico è relativamente basso. Per polimeri metacrilici aventi alti pesi molecolari come il PMMA o costituiti da monomeri aventi una lunga catena laterale idrofoba come il PEMA la disponibilità dei gruppi azidici terminali è risultata scarsa data la bassa solubilità nell’ambiente di reazione.
L’analisi SEC dei copolimeri rivela che il loro volume idrodinamico è spesso minore di quello atteso ed in alcuni casi minore di quello del precursore. Questa evidenza è stata discussa in relazione a possibili fenomeni aggregativi e degradativi.
Preliminari analisi a spettroscopia 1H-NMR a temperatura ambiente, a 60 °C ed a 80 °C, hanno mostrato che i copolimeri preparati tendono ad aggregarsi in strutture nel quale le catene di polimero metacrilico idrofobico sono circondate dal polisaccaride così da diminuire la superficie a contatto col solvente (DMSO) al quale, invece,l’amilosio è esposto.
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INDICE
1 INTRODUZIONE 1
1. 1 L'amido 2
1. 2 I polimeri anfifilici 4
1. 3 I polisaccaridi e la loro modifica atteaverso grafting 6
1. 4 Polimerizzazione radicalica 7
1. 5 Reazione click: cicloaddizione 1,3 dipolare 8
1 6 Compatibiltà ATRP-Click 11
1. 7 Click Chemistry con i polisaccaridi 14
1 7 1 Modifica di polisaccaridi 14 1 7 2 Preparazione di copolimeri a blocchi o a pettine 18 1 8 Altri metodi di preparazione di copolimeri a pettine costituiti
da amilosio 23
1 9 Scopo del lavoro di tesi 26
2 RISULTATI E DISCUSSIONE 29
2 1 L'amilosio 30
2 2 Modifica dell'amilosio 36
2 2 1 Ossidazione dell'amilosio 36 2 2 2 Amminazione riduttiva dell'amilosio ossidato 43 2 2 2 1 Reazione modello con NFA 43 2 2 2 2 Reazione con propargilammina 47 2 2 3 Eterificazione dell'amilosio 52
2 3 Preparazione di polimeri metacrilici azido terminati 53
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2 3 2 Polimerizzazione di MMA, BMA, EMA, DMAEMA 58 2 3 3 Caratterizzazione dei polimeri azidati 63 2 3 4 Proprietà termiche dei copolimeri 67
2 4 Reazioni di "click" 67
2 4 1 Innesto di IN3 sull'amilosio 69 2 4 2 Preparazione dei copolimeri aggraffati 71 2 4 3 Studio dell'effetto delle condizioni di reazione 75 2 4 4 Caratterizzazione SEC dei copolimeri 79
2 4 5 Proprietà dei copolimeri 81
3 CONCLUSIONI 85
4 PARTE SPERIMENTALE 89
4 1 Reagenti 89
4 2 Materiali impiegati 90
4 3 Strumenti e metodi di analisi 91
4 4 Caratterizzazione dei reagenti 94
4 5 Sintesi del 3-azido 1-propanolo 99
4 6 Sintesi del 2-bromo isobutirrato di 3-azido propile (IN3) 100
4 7 Ossidaizione dell'amilosio 101
4 8 Preparazione e standardizzazione di una soluzione di idrossido
di sodio 102
4 9 Titolazione dei gruppi aldeidici nell'amilosio ossidato 102
4 10 Reazione di amminazione riduttiva con 1-(metilammino)naftalene 103
4 11 Determinazione del 1-(metilammino)naftalene legata all'amilosio
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4 11 1 Preparazione delle soluzioni a concentrazione nota 104 4 11 2 Analisi dell'amilosio modificato 105
4 12 Degradazione di Smith 106
4 13 Titolazione dei gruppi aldeidici terminali dell'amilosio 106
4 14 Reazione di amminazione riduttiva con propargilammina 106
4 15 Reazione di sostituzione nucleofila con propargil bromuro 108
4 16 Preparazione retta di taratura GC per seguire la
copolimerizzazione di BMA e DMAEMA 109
4 17 Sintesi di PMMA-IN3. PBMA-IN3, PBMA-I-Cu, PBMA-I,
PMMA-bis-IN3, PMMA, PEMA-IN3, PEMA via ATRP 110
4 18 Sintesi di PMMA-IN3-M, PBMA-IN3, PEMA-IN3,
PDMAEMA-IN3-M 114
4 19 Reazione click 116
4 19 1 Sintesi di AI 116
4 19 2 Sintesi dei copolimeri 116
4 20 Reazione click in bianco sull'amilosio e ANP3TRIS 120
5 BIBLIOFRAFIA 123
