树枝状和超支化聚合物：材料化学的多功能工具

简介

         树枝状聚合物是由多个单体构成的聚合大分子，这些单体从中心核完美地分支并向外辐射（图1）。当从树枝状大分子的核心向其表面移动时，分支点的数量增加，这决定了树枝状大分子的产生。树枝状结构赋予树枝状聚合物多种独特的性质，使其适用于各种材料应用。

图1. 第二代树枝状大分子的示意图。

​

· 树枝状大分子紧凑的纳米级结构使其在溶液中具有高溶解度和低粘度特性，因此适合用作流变学（粘度）改性剂[1]。

· 树枝状大分子的表面呈现出密集排列的多个末端基团（多价性），并且这些表面基团的数量随着树枝状大分子代数的增加而增加。这种多价性可用于在树枝状大分子表面实现高浓度的化学接枝药物或成像标记[2]。

· 树枝状大分子具有核心-壳层的分子结构，其内部和表面具有不同的化学性质。这种结构使得树枝状大分子能够包封并与外部环境化学不相容的分子（如催化剂、药物或发色团）进行可控释放[3]。

         阿拉丁提供多种具有四种不同化学结构（聚酰胺-胺、磷基、聚丙烯亚胺和聚赖氨酸）的单分散树枝状大分子，以及众多独特的末端表面基团。为了拓宽您在材料化学研究中可用的树枝状工具的范围，我们很高兴地推出另外两种树枝状大分子：由2,2-双（羟甲基）丙酸（bis-MPA）单体构建的聚酯树枝状分子和超支化聚合物。

树枝状分子

         树枝状分子（如图2所示）是树枝状大分子的单分散、楔形部分，其特征是具有多个末端基团和一个位于焦点的反应性功能基团。这种独特的结构，结合前面提到的性质，提供了利用独特的焦点和表面基团进行正交反应的灵活性。例如，树枝状分子可以接枝到表面、其他树枝状分子4或其他大分子5上。阿拉丁提供的bis-MPA树枝状分子涵盖三代，具有炔烃或羧酸焦点功能基团。炔烃功能基团非常适合通过催化环加成与叠氮化物进行“点击化学”（如示例1所示）。另一方面，羧酸可以与胺进行选择性反应，通常由EDC介导的偶联反应促进。此外，多个表面羟基可以通过与酸酐或酰卤的反应进一步功能化（如示例2所示）。

图2. 第四代bis-MPA树枝状分子

超支化聚合物

         超支化聚合物（如图3所示）是多分散的树枝状大分子，具有类似树枝状大分子的特性，但仅通过一步聚合反应即可合成。这些聚合物具有不完美的分支结构，并且末端功能基团的数量是平均的（而非精确的）。尽管结构不完美，但超支化聚合物与完全分支的树枝状大分子产品相比，提供了一种更具成本效益的替代选择。

图3. 第三代超支化bis-MPA聚酯

​

         对于可以容忍缺陷的应用，超支化聚合物能够以显著降低的成本提供与树枝状大分子相似的优势。我们的bis-MPA超支化聚合物产品具有高纯度（>97%纯度），并以易于溶解的冻干粉末形式提供。

特性与优势

         我们新型超支化聚合物产品的独特特性和优势包括：

· 富含羟基（-OH）末端基团，易于通过与其他物质（包括酸酐和酰卤）的反应进行进一步的化学功能化。

· 作为杂化树枝状-线性材料的前体具有多功能性[6]。

· 高度分支的结构提高了溶解度并降低了粘度（无论是在溶液中还是在熔融状态下）。

· 可作为开环聚合和热固性配方中的多功能引发剂和交联剂。

· 在紫外-可见波长范围内具有光学透明性。

         聚酯树枝状分子和超支化聚合物均溶于水和极性有机溶剂，如甲醇、四氢呋喃（THF）、二甲基甲酰胺（DMF）和二甲基亚砜（DMSO）。研究表明，bis-MPA树枝状大分子具有生物相容性和生物可降解性，且降解产物无毒。这些特性使它们非常适合用于药物递送和其他生物材料领域的应用[7]。

参考文献

1. Dvornic P, Uppuluri S. 2002. In Dendrimers and Other Dendritic Polymers. John Wiley & Sons, Ltd.

2. Lee CC, MacKay JA, Fréchet JMJ, Szoka FC. 2005. Designing dendrimers for biological applications. Nat Biotechnol. 23(12): 1517-1526. https://doi.org/10.1038/nbt1171

3. Svenson S, Chouhan A, Reyna L, Tomalia D. 2007. Solubility enhancement of poorly water soluble molecules using Dendrimers.. Material Matters. 224-26..

4. Wu P, Malkoch M, Hunt JN, Vestberg R, Kaltgrad E, Finn MG, Fokin VV, Sharpless KB, Hawker CJ. 2005. Multivalent, bifunctional dendrimers prepared by click chemistry. Chem. Commun..(46): 5775. https://doi.org/10.1039/b512021g

5. Gillies ER, Fréchet JMJ. 2002. Designing Macromolecules for Therapeutic Applications: Polyester DendrimerPoly(ethylene oxide) “Bow-Tie” Hybrids with Tunable Molecular Weight and Architecture. J. Am. Chem. Soc.. 124(47): 14137-14146. https://doi.org/10.1021/ja028100n

6. Arce E, Nieto PM, Díaz V, Castro RG, Bernad A, Rojo J. 2003. Glycodendritic Structures Based on Boltorn Hyperbranched Polymers and Their Interactions withLens culinarisLectin. Bioconjugate Chem.. 14(4): 817-823. https://doi.org/10.1021/bc034008k

7. Padilla De Jesús OL, Ihre HR, Gagne L, Fréchet JMJ, Szoka FC. 2002. Polyester Dendritic Systems for Drug Delivery Applications: In Vitro and In Vivo Evaluation. Bioconjugate Chem.. 13(3): 453-461. https://doi.org/10.1021/bc010103m

阿拉丁官网：https://www.aladdin-e.com