Browsing by Author "Аксіментьєва, Олена Ігорівна"

Now showing 1 - 5 of 5

Амфіфільні флуоресцеїнвмісні кополіестери N-похідних глутамінової кислоти одержані за реакцією Стегліха
(Національний університет "Львівська політехніка", 2019) Яковів, Марія Василівна; Варваренко, Сергій Миколайович; Національний університет «Львівська політехніка»; Рябов, Сергій Володимирович; Аксіментьєва, Олена Ігорівна
Дисертаційна робота присвячена синтезу незворотньою поліконденсацією за реакцією Стегліха амфіфільних кополіестерів на основі N-похідних природних амінокислот, поліетердіолів і флуоресцеїну. Одержано та охарактеризовано нові амфіфільні кополіестери, які містять фрагменти хромофору в макроланцюгу і підтверджена їх будова. Вивчено закономірності перебігу реакції Стегліха при використанні флуоресцеїну, як мономеру для поліконденсації і визначено оптимальні умови її проведення. Встановлено, що отримані флуоресцеїнвмісні кополіестери проявляють поверхнево-активні властивості, утворюють у водних середовищах міцели, які здатні солюбілізувати ліпофільні сполуки. Показано, що в залежності від природи та співвідношення комономерів за реакцією Стегліха отримані флуоресцеїнвмісні кополіестери керованого складу та будови з заданими гідрофільно-ліпофільним балансом і параметрами їх розподілу між водною та ліпофільною фазами, що є важливим для створення та дослідження систем транспорту ліків. Досліджено агрегативну стійкість водних дисперсій, сорбцію частинками дисперсної фази бичачого сироваткового альбуміну та встановлено залежності цих параметрів від складу та структури кополіестерів. Вивчено закономірності гідролітичного деградування з відщепленням флуоресцеїну кополіестерів та їх комплексів з альбуміном при pH крові. Дослідження впливу амфіфільних флуресцеїнвмісних кополіестерів на живі клітини (спермії) дозволило отримати емпіричну залежність між їх гідрофільно-ліпофільним балансом і цитотоксичністю, яка дає можливість прогнозувати властивості кополіестерів. Встановлено, що із збільшенням молекулярної маси гідрофільного фрагмента PEG у складі кополіестеру збільшується концентрація, при якій цитотоксичності не спостерігається. При дослідженнях функціонального та структурного стану органів лабораторних тварин, виявлено тільки незначний токсичний вплив кополіестерів на організм, що свідчить про безпечність та можливість використання кополіестерів цього типу, як самостійних біохімічних маркерів, так і в складі наносистем транспорту ліків. Диссертационная работа посвящена синтезу амфифильных сополиэфиров на основе N-производных природных аминокислот, полиетердиолов и флуоресцеина необратимой поликонденсацией по реакции Стеглиха. Получены и охарактеризованы новые амфифильные сополиэфиры, содержащие фрагменты хромофора в макроцепи и подтверждено их строение. Изучены закономерности протекания реакции Стеглиха при использовании флуоресцеина, как мономера для поликонденсации и определены оптимальные условия ее проведения. Установлено, что полученные флуоресцеинсодержащие сополиэфиры обладают поверхностно-активными свойствами, образуют в водных средах мицеллы, которые способны солюбилизировать липофильные соединения. Показано, что в зависимости от природы и соотношения комономеров за реакцией Стеглиха полученные флуоресцеинсодержащие сополиэфиры управляемого строения с заданными гидрофильно-липофильным балансом и параметрами их распределения между водной и липофильным фазами, что является важным при создании и исследовании систем транспорта лекарств. Исследована агрегативная устойчивость водных дисперсий, сорбция частицами дисперсной фазы бычьего сывороточного альбумина и установлены зависимости этих параметров от состава и структуры сополиэфиров. Изучены закономерности гидролитического деградирование сополиэфиров с отщеплением флуоресцеина и их комплексов с альбумином при pH крови. Исследование влияния амфифильных флуоресцеинсодержащых сополиэфиров на живые клетки (сперматозоиды) позволило получить эмпирическую зависимость между их гидрофильно-липофильным балансом и цитотоксичностью, которая дает возможность предсказывать свойства сополиэфиров. Установлено, что с увеличением молекулярной массы гидрофильного фрагмента PEG в составе сополиэфира увеличивается концентрация, при которой цитотоксичности не наблюдается. При исследованиях функционального и структурного состояния органов лабораторных животных, обнаружены только незначительный токсическое воздействие сополиэфиров на организм, что свидетельствует о безопасности и возможность использования сополиэфиров этого типа, как самостоятельных биохимических маркеров, так и в составе наносистем транспорта лекарств. The dissertation is devoted to the irreversible polycondensation synthesis by the Steglich reaction of amphiphilic copolyester based on natural amino acids, polyether diols and fluorescein, and a comprehensive study of their structure, colloid chemical and biochemical properties as a perspective basis for the creation of polymer systems for the transport of drugs with visualization function. Based on detailed study of the structure of the co-polyesters based on 2-(dodecanoylamino) pentanedioic acid and fluorescein, were revealed the features of the Steglich reaction during co-polycondensation of fluorescein and the main factors influencing this process. It created the prerequisites for obtaining a biocompatible co-polyesters with more complex amphiphilic structure, in which fluorescein was used as one of the co-monomers and included into the structure of the macromolecule, as a fluorescent label, through the irreversible co-polycondensation by Steglich reaction. The structures were confirmed and were characterized a number of obtained amphiphilic co-polyester of N-derivatives of glutamic acid and polyether diols with chromophoric fluorescein groups in the macrochain. Using the methods of 1H NMR spectroscopy, high-performance SEC chromatography were studied the peculiarities of the structure of fluorescein-containing copolyesters, their molecular mass distribution and functionality, depending on the obtainingconditions and nature of co-monomers. Represented the results of research of colloid-chemical properties of new amphiphilic fluorescein-containing co-polyesters. It is shown that such amphiphilic co-polyesters reduce the surface tension and are capable to form self-stabilized dispersion of nanoparticles in aqueous solution. The results of the solubilization study of water-soluble compounds on the example of Sudan (III) and curcumin by particles of the dispersed phase of aqueous dispersions of amphiphilic fluorescein-containing copolyesters are given. It has been established that the amount of solubilization capacity of dispersions obtained from co-polyester depends on their composition and the nature of solubilizate. Performed an assessment of lipophilicity of new fluorescein-containing amphiphilic co-polyesters. As a result of the research, it was found that the synthesized co-polyesters is characterized by values of logP o/w in the range from -0.5 to 0.5, which testifies their affinity for both water and lipid phases, which is one of the important factors that determine promising of amphiphilic compounds in the creation and research of drug delivery systems. Presented the results of investigations of dependence of the aggregate stability of dispersions of fluorescein-containing co-polyesters in water and aqueous solutions of bovine serum albumin. Established that synthesized co-polyesters are capable to form complexes with albumin, which is accompanied with change of stabilization of particles of dispersed phase, depending on the composition of macromolecules. For the first time is established the connexion between the structure and composition of copolyesters with parameters that determine their level of non-toxicity. It has been found that fluorescein-containing co-polyesters containing polyether diols with more than 1000 Da molar mass contributes an increase of cell survival compared to control group. Evaluated the ability of amphiphilic co-polyesters to penetrate into living cells and the possibility to provide a control over this process, using the luminescence effect of fluorescein that liberate as a result of hydrolytic processes of the co-polyesters degradation in the cell. The study of the effects of fluorescein-containing co-polyester on the functional and structural status of the liver and kidneys of laboratory animals made it possible to conclude that they are safe for the organism and they are able to be used as independent biochemical markers, as well as in the drug nanosystems for marking them and studying their properties.
Вінільні мономери на основі тригліцеридів рослинних олій, їх радикальна гомо - та кополімеризація
(Національний університет "Львівська політехніка", 2019) Кір’янчук, Василина Федорівна; Воронов, Станіслав Андрійович; Національний університет «Львівська політехніка»; Рябов, Сергій Володимирович; Аксіментьєва, Олена Ігорівна
Дисертаційна робота присвячена синтезу та дослідженню властивостей вінільних мономерів на основі тригліцеридів рослинних олій, їх гомо- та кополімеризації, вивченню особливостей їх емульсійної і мініемульсійної кополімеризації, фізико-механічних властивостей латексних полімерів та покрить на їх основі. Через реакцію перестерифікації оливкової олії N-гідроксиетилакриламідом синтезовано новий вінільний мономер — 2-N-акрилоїламіноетилолеат (“оливковий” мономер), структуру мономеру підтверджено методами ІЧ- та 1Н ЯМР-спектроскопії. Особливістю структури є наявність вінільної групи, а також подвійного зв’язку в ацильному фрагменті жирної кислоти. Це зумовлює при радикальній полімеризації одночасний перебіг реакцій росту макроланцюга та передачі ланцюга на мономер за участю алільних атомів водню з утворенням малоактивних радикалів. Вивчено кінетичні особливості полімеризації, визначено константи кополімеризації і Q−e параметри та порівнянно з відомими для мономеру на основі тригліцеридів соєвої олії – 2-N-акрилоїламіноетиллінолеатом («соєвий» мономер). «Оливковий» та «соєвий» мономери, які мають різні ступені ненасиченості, кополімеризували в емульсії зі стиреном, метилметакрилатом і вінілацетатом та досліджували особливості кінетики кополімеризації. З використанням емульсійної та мініемульсійної кополімеризації мономерів на основі рослинних олій зі стиреном або метилметакрилатом одержано стабільні водні дисперсії полімерів, визначено основні фізико-механічні властивості полімерних плівок. Присутність ацилів жирних кислот в макромолекулах латексних полімерів надає їм гнучкості, збільшує гідрофобність латексних плівок та підвищує водостійкість. Збільшення вмісту ацильних залишків жирних кислот в макромолекулах забезпечує наявність пластифікаційного ефекту і відповідне зниження температури склування латексних кополімерів, що дозволяє одержувати гнучкі полімерні покриття з регульованими фізико-механічними властивостями. Диссертация посвящена синтезу и исследованию свойств винильных мономеров на основе триглицеридов растительных масел, их гомо- и сополимеризации, изучению особенностей их эмульсионной и миниэмульсионной сополимеризации, физико-механических свойств латексных полимеров и покрытий на их основе. С использованием переэтерификации оливкового масла с N-гидроксиэтилакриламидом синтезирован новый ванильный мономер — 2-N-акрилоиламиноэтилолеат (“оливковый” мономер), структуру мономера подтверждено методами ИК и 1Н ЯМР спектроскопии. Особенностью структуры является наличие винильной группы, а также двойной связи в ацильном фрагменте жирной кислоты. Это обусловливает при радикальной полимеризации одновременный ход реакций роста макроцепи и передачи цепи на мономер с участием алильных атомов водорода с образованием малоактивных радикалов. Изучены кинетические особенности полимеризации, определены константы сополимеризации и Q-e параметры и сравнено с известными для мономера на основе триглицеридов соевого масла - 2-N-акрилоиламиноэтиллинолеатом ( «соевый» мономер). «Оливковый» и «соевый» мономеры, которые имеют различные степени ненасыщенности, сополимеризовали в эмульсии с стиролом, метилметакрилатом и винилацетатом и исследовали особенности кинетики сополимеризации. С использованием эмульсионной и миниэмульсионной сополимеризации мономеров на основе растительных масел с стиролом или метилметакрилатом получено стабильные водные дисперсии полимеров, определены основные физико-механические свойства полимерных пленок. Присутствие ацилов жирных кислот в макромолекулах латексных полимеров придает им гибкость, увеличивает гидрофобность латексных пленок и повышает водостойкость. Увеличение содержания ацильных остатков жирных кислот в макромолекулах обеспечивает наличие эффекта пластификации и снижение температуры стеклования латексных сополимеров, что позволяет получать гибкие полимерные покрытия с регулируемыми физико-механическими свойствами. The thesis is devoted to the synthesis and study of the properties of vinyl monomers based on triglycerides of plant oils, their homo- and copolymerization, the study of the characteristics of their emulsion and miniemulsion copolymerization, physical and mechanical properties of latex polymers and coatings based on them. Plant oils are presented themselves as a good renewable resource for industrial application, particularly for bio-based polymers synthesis. These polymers can easily replace existing petroleum-based materials without decadence of their properties and provide a new platform for applying bio-based polymers in different areas. Using bio-based polymers can result in less hazardous waste than other synthetic polymers which remain unaffected during hundreds of years. A new vinyl monomer (acryloylamino)ethyl oleate (“olive” monomer) is synthesized, by using the transesterification of olive oil with N-(hydroxyethyl)acrylamide. 1H NMR spectroscopy, FT-IR spectroscopy, and mass spectrometry were used to confirm the chemical structure of the monomers in terms of degree of unsaturation, aqueous solubility, density, refractive index, and other physicochemical properties. The special feature of the structure of “olive” monomer is the presence of only one double bond, in contrast to the known vinyl monomer based on the triglycerides of soybean oil, (acryloylamino)ethyl soyate (“soybean” monomer), which has two double bonds in the acyl fragment of the fatty acid. In the radical polymerization of “olive” monomer, this leads to the simultaneous chain growth reaction and a less pronounced chain transfer reaction, as compared with “soybean” monomer, as well as to the formation of homopolymer with a higher molecular weight. The reaction orders with respect to the monomer and the initiator, as well as kinetic peculiarities for the polymerization of “olive” and “soybean” monomers, are determined. Monomer reactivity ratios (r1, r2) for the copolymerization of the newly synthesized olive oil-based vinyl monomer with styrene, as well as the Q−e values for “olive” monomer, are determined. Radical copolymerization of plant oil-based monomers is described with the classical Mayo–Lewis equation. In terms of polymerizability, plant oil-based monomers behave as conventional vinyl monomers. The features of emulsion copolymerization of “olive” and “soybean” monomers were investigated, kinetic features and topochemistry of emulsion copolymerization of vinyl plant oil-based monomers with polar monomers which have different water solubilities - styrene, methyl methacrylate and vinyl acetate - were determined. In emulsion polymerization of plant oil-based monomers with methyl methacrylate, the order with respect to emulsifier increases with increasing content of the “olive” and “soybean” monomers in the monomer mixture. The values of orders mainly depend on the amount of plant oil-based monomer in the monomer feed, which leads to particle growth using micellar mechanism of emulsion polymerization, associated with increasing hydrophobicity of the monomer mixture. Latex nanoparticles from plant oil-based monomers were synthesized using miniemulsion copolymerization with styrene and methyl methacrylate. Presence of plant oil-based fragments impacts thermomechanical properties of latex films by decreasing glass transition temperature and creating a plasticizing effect. The thermomechanical properties of resulting latex nanoparticles depend considerably on the amount of incorporated oil-derived fragments. As a result, bio-based ingredients make latex copolymers more flexible, improve material film forming properties, and provide flexibility and toughness when compared to the normally rigid polystyrene and poly(methyl methacrylate). In addition, plant oil-based fragments enhance hydrophobicity of the crosslinked latex films and can be considered as additives to reduce water sensitivity of the polymer network.
Прищеплені полімерні щітки на мінеральних поверхнях, чутливі до дії зовнішніх чинників
(Національний університет "Львівська політехніка", 2021) Стецишин, Юрій Богданович; Воронов, Станіслав Андрійович; Національний університет "Львівська політехніка"; Рябов, Сергій Володимирович; Савченко, Ірина Олександрівна; Аксіментьєва, Олена Ігорівна
Дисертацію присвячено розробці стратегії синтезу та одержанню нових полімерних матеріалів – прищеплених полімерних щіток, які чутливі до дії зовнішніх чинників. Такі матеріали здатні змінювати свої властивості при відносно невеликих змінах температури чи рН. Це відкриває нові можливості для створення матеріалів для розвитку клітинної інженерії, біотехнології, наномедицини, у якості засобів доставки лікарських засобів, діагностики захворювань тощо. Диссертация посвящена разработке стратегии синтеза и получения новых полимерных материалов – привитых полимерных щеток чувствительных к действию внешних факторов. Эти материалы меняют свои свойства при относительно небольших изменениях температуры или рН. Это открывает возможности для создания материалов для развития клеточной инженерии, биотехнологии, наномедицины, средств доставки лекарских препаратов, диагностирования заболеваний и другие. The dissertation is devoted to the development of a strategy for the synthesis and production of new polymeric materials – grafted polymer brushes, which are sensitive to external stimuli. Such materials are able to change their properties upon small temperature or pH changes. For this purpose, first APTES and multifunctional initiators (MI) coatings on the glass surfaces were fabricated. We used two types of MI that are able to initiate graft polymerization from the surface (multifunctional peroxide initiators (MPI) and ATRP initiators); at the same time they contain functional groups that are responsible for grafting to the surface. In addition, some MI studied by us contain special purpose groups that give the surface certain functions, such as the orientation of liquid crystals or pH-sensitivity. Then, temperature-responsive grafted polymer brushes based on N-isopropylacrylamide, oligo(ethylene glycol) methacrylate (OEGMA), 4-vinylpyridine (4VP), butyl methacrylate (BMA), butyl acrylate (BA), pentaerythritol monomethacrylate or cholesteryl methacrylate (PChMa) were fabricated and their properties were comprehensively studied. In addition, the grafted brushes of P(4VP-co-OEGMA) were fabricated and characterized, their properties were compared with grafted brushes of P4VP and POEGMA. It was shown that at certain ratios of 4VP and OEGMA fragments in the grafted brushes, the obtained nanocoatings show two lower critical solution temperature (LCST). The temperature-responsive grafted polymer brushes with LCST were used as polymer matrices for the formation of silver nanoparticles (Ag-NPs). The influence of the chemical nature of the polymer brush on the shape, size and amount of Ag-NPs is proved. The antibacterial properties of nanocoatings of grafted polymer brushes POEGMA and P4VP with embedded Ag-NP in relation to Escherichia coli ATCC 25922 and Staphylococcus aureus ATCC 25923 were investigated by serial dilution with a 12-hour incubation period of 4 °C and 37 °C, lower and higher than LCST. At 4 °C, there is no significant difference between the amounts of bacteria recorded on the surfaces of the nanocoatings of grafted POEGMA brushes and with incorporated Ag-NPs. At the same time, at 37 °C we do not observe bacterial growth on the surface of POEGMA nanocoatings with embedded Ag-NPs, while bacterial growth remains unchanged on "pure" POEGMA nanocoatings at both temperatures, which indicates a strong dependence of antibacterial properties on temperature for POEGMA brushes with embedded Ag-NPs. The results obtained for bacteria seeded on polymer nanocoatings based on P4VP are similar. The properties of nanocoatings of temperature-responsive grafted polymer brushes with a temperature transition according to the melting temperature principle were investigated. Grafted PBMA and PBA brushes were synthesized; their physicochemical properties and temperature-responsive changes in surface morphology and wetting contact angles were studied. For the first time, the adsorption of protein on the surface modified by nanocoatings of grafted PBMA and PBA brushes is studied. The temperature dependence of adsorption was shown, which almost doubles with increasing temperature for PBMA nanocoatings. In contrast to PBMA nanocoatings, for PBA brushes intensity of protein adsorption showed almost no temperature dependence. The nanocoatings of temperature-responsive grafted liquid crystal polymer brushes were fabricated. It was found that the transition temperatures for grafted PChMa brushes are shifted to lower temperatures compared to free macromolecules of the same polymer, due to a decrease in the number of degrees of freedom in the grafted polymer brushes. The first temperature-induced transition, which is observed for temperatures from 5 to 25 °C, was well expressed in the analysis of the contact angle of wetting and weaker, but clearly visible in the analysis of DSC and AFM, indicates a horizontal adjustment in the structure of nanocoatings grafted brushes PChMa, and may be associated with the phenomenon of β-relaxation in the vitreous state. The second temperature-induced transition was associated with the transition from vitreous to viscous state of the polymer, well expressed in the measurements of DSC and AFM. The temperature- or pH-sensitive grafted polymer brushes were successfully synthesized by initiated polymerization from peroxide groups MPI pre-immobilized on the surface of boron nitride nanotubes (BNNTs). The proposed method of preparation of responsive BNNTs has at least two advantages. First, functionalized BNNTs are well dispersed in water and have a responsive properties at physiological temperatures. Second, the chemical structure of BNNTs changes slightly due to their modification of MPI due to the interaction of amino groups (defects) of BNNT with chloroanhydride groups of MPI. In addition, each covalently grafted molecule MPI contains several centers of initiation of the grafted polymerization. Fabrication of the stimuli-responsive grafted polymer brushes on the surfaces of inorganic materials opens up new opportunities for the creation of materials for the development of cell engineering, biotechnology, nanomedicine, as a means of drug delivery, disease diagnosis and more.
Синтез та властивості поверхнево-активних блочно-гребенеподібних кополімерів на основі ПЕГ- та фторовмісних метакрилатів
(Національний університет "Львівська політехніка", 2019) Паюк, Олена Леонідівна; Заіченко, Олександр Сергійович; Національний університет «Львівська політехніка»; Желтоножська, Тетяна Борисівна; Аксіментьєва, Олена Ігорівна
Дисертація присвячена синтезу нових поверхнево-активних кополімерів блочно-гребенеподібної будови використовуючи гребенеподібні полімери з бічними поліетиленгліколевими та фтороалкільними ланцюгами та кінцевими реакційними фрагментами п-похідних ізопропілбензену. Такі макромолекули-прекурсори були використані для прищеплення методом радикальної або нерадикальної реакції блоків синтетичних або природних полімерів. В роботі досліджено кінетичні особливості синтезу гребенеподібних полімерів-прекурсорів в присутності функціональних передавачів ланцюга та блок-кополімерів на їх основі, встановлено можливості контролю структурних, молекулярно-масових та колоїдно-хімічних характеристик нових кополімерів. Значну увагу приділено вивченню утворення міцел і міжмолекулярних комплексів з прогнозованими розміром і морфологією. Показано, що синтезовані полімери є ефективними носіями протиракових препаратів, білків, нуклеїнових кислот та флуоресцеїномічених олігонуклеотидів, що має практичну цінність при створенні водних міцелярних систем доставки терапевтично активних речовин та може бути використано при розробці нових підходів для лікування онкологічних захворювань, генної інженерії, мічення та візуалізації біологічних об’єктів. Диссертация посвящена синтезу новых поверхностно-активных сополимеров блочно-гребнеобразного строения используя гребнеобразные полимеры с боковыми полиэтиленгликолевыми и фторалкильными цепями и конечными реакционными фрагментами п-производных изопропилбензена. Такие макромолекулы-прекурсоры были использованы для привития методом радикальной или нерадикальной реакции блоков синтетических или природных полимеров. В работе исследованы кинетические особенности синтеза гребнеобразных полимеров-прекурсоров в присутствии функциональных передатчиков цепи и блок-сополимеров на их основе, установлено возможности контроля структурных, молекулярно-массовых и коллоидно-химических характеристик новых сополимеров. Значительное внимание уделено изучению образования мицелл и междумолекулярных комплексов с прогнозируемыми размером и морфологией. Показано, что синтезированные полимеры являются эффективными носителями противораковых препаратов, белков, нуклеиновых кислот и флуоресцеиномеченых олигонуклеотидов, что имеет практическую ценность при создании водных мицеллярных систем доставки терапевтически-активных веществ и может быть использовано при разработке новых подходов для лечения онкологических заболеваний, генной инженерии, мечения и визуализации биологических объектов. The thesis is devoted to synthesis of novel surface-active copolymers of block/comb-like structure by usage of comb-like copolymers with side polyethylene glycol or fluoroalkyl chains and terminal reactive fragments of i-propyl benzene p-derivatives. Such telechelic comb-like polymers obtained by radical polymerization of appropriate methacrylates in presence of functional peroxy-, epoxy- or amine-containing isopropyle p-derivatives as chain transfer agents (CTA). Molecular-weight characteristics regulation of final comb-like copolymers provided by macromer molecular weight variation and CTA selection and its variation in reactive mixture. Control under side-chains lengths and molecular-weight distribution of obtained homo-/copolymers and yield of macromolecules achieved as a result. Variation of macromeric molecular weight led to change of termination mechanism of polymeric radicals and molecular-weight characteristics and yield of macromolecules as a result. It was established that diffusion control of formation and termination of polymeric radicals on CTA molecules into local zones with high viscosity was intrinsic for PEG-methacrylates radical polymerization. Obtained comb-like polymers with a terminal reactive group (peroxide-, epoxide- or amine) successfully used as macromolecules-precursors for synthesis of polymers with complex architecture, which combine linear and comb-like chains. Thus, grafted polymerization reaction of functional monomers, initiated by comb-like polymers with a terminal peroxide moiety investigated. It was established that macromolecular origin of telechelic macroinitiators determines of polymerization elemental steps localization in colloidal zones with high viscosity which led to increasing of polymerization rate and number of macromolecules with terminal functional fragments. We observed it during hydrophilic monomers polymerization, initiated by obtaining terminal polyperoxides, at presence of functional isopropyl benzene derivatives (for example, epoxidic). The possibility of obtaining block-copolymers with terminal functional fragments shown by using of appropriate isopropyl benzene derivatives. An alternative approach to the synthesis of block-copolymers via interaction of functional terminal fragments in the composition of pre-synthesized macromolecules-precursors is proposed. Colloidal-chemical properties of amphiphilic comb-like copolymers with PEG-side chains, block-copolymers based on them, and block-copolymers with hydrophobic fluorine-containing block were studied. Solubility, surface activity, degree of aggregation, size and morphology of forming in solution micellar structures determined by the main parameters of comb-like PEG-containing polymer structure: the lengths of side and main macromolecular chains. The significant impact on comb-like PEG-containing polymer solubility, sizes and morphology of formed by them micellar structures in aqueous solution has the dense arrangement of PEG-side chains in polymer. It was established that denser side PEG chains location in the polymer has a significant effect on the solubility of comb-like PEG-containing polymers, the size and of the micellar structures formed by them in aqueous solution. It explained by labored access of water molecules to PEG-side chains for their effective hydration due to weak hydrophobic and / or hydrogen bonds between ethylene oxide moieties. In present thesis shown two approaches for preventing side chains interacting with each other and, therefore, improving the solubility in aqueous medium: the first approach consists in synthesis of copolymers with PEGMA units, which evenly distributed along the copolymer chain, and do not form blocks; the second – producing of adducts by comb-like PEG-containing copolymers interaction with monobasic aliphatic carboxylic acids. In both cases, micellar core morphology changes in comparison with micellar structures formed by original poly(PEG-methacrylate). This factor determined an ability of synthesized homo-/copolymers and their adducts with carboxylic acids to solubilize hydrophobic dye Sudan (III). Colloidal-chemical properties of amphiphilic block-/comb-like copolymers controlled by varying lengths of fluorine- or PEG-containing side chains, comb-like and linear blocks. Synthesized block-/comb-like copolymers can form intermolecular complexes with other substances of natural and / or synthetic origin. Thus, interpolyelectrolyte complexes formation between nucleic acids and poly(N,N-(dimethylamino) ethyl methacrylate)s block in block/comb-like polymer is confirmed. Intermolecular lysozyme associates decomposition established by their hydrophobic interaction with fluoroalkyl-containing block in poly(fluoroalkyl methacrylate)-block-poly(N-vinylpyrrolidone). At the same time, released protein molecules form intermolecular complexes with hydrophilic poly(N-vinylpyrrolidone) blocks subsequently. Synthesized comb-like and block/comb-like macromolecules are effective carriers of anticancer drugs, antimicrobial proteins, nucleic acids and fluorescence-labeled oligonucleotides. It has practical implications for creating of micellar drug delivery systems and can be used in the field of novel approaches development for cancer treatment, genetic engineering, biological objects labeling and imaging.
Синтез, властивості та застосування амфіфільних олігомерів на основі піромелітової кислоти
(Національний університет "Львівська політехніка", 2018) Дончак, Володимир Андрійович; Воронов, Станіслав Андрійович; Національний університет «Львівська політехніка»; Рябов, Сергій Володимирович; Савченко, Ірина Олександрівна; Аксіментьєва, Олена Ігорівна
В дисертації розроблені наукові та практичні основи синтезу нових амфіфільних олігомерів на основі піромелітової кислоти та поліетиленгліколів, з ліпофільними фрагментами вищих аліфатичних спиртів або холестеролу, а також амфіфільних олігопероксидів з різною природою пероксидних груп, в тому числі структури «gemini». Досліджено колоїдно-хімічні властивості синтезованих олігомерів. Утворювані ними міцелярні структури здатні солюбілізувати такі ліпофільні речовини, як водонерозчинні барвники, ефірні олії, риб’ячий жир, холестерол, куркумін. Олігопероксиди можуть слугувати ефективними емульгаторами полістиренових емульсій і дають можливість одержувати монодисперсні латекси, частинки яких містять на поверхні залишкові реакційноздатні пероксидні групи. Розроблено метод одержання самоогранізованих субмікронних частинок через інтерполімерну електростатичну взаємодію між протилежно зарядженими макроланцюгами хітозану та олігопероксиду. Показана можливість пероксидації олігопероксидами поверхні крохмалевих зерен, волокон регенерованої целюлози, карбонових нанотрубок, поліетилентерефталату. В диссертации разработаны научные и практические основы синтеза новых амфифильных олигомеров на основе пиромеллитовой кислоты и полиэтиленгликолей, с липофильными фрагментами высших алифатических спиртов или холестерина, а также амфифильных олигопероксидив с разной природой пероксидных групп, в том числе структуры «gemini». Исследованы коллоидно-химические свойства синтезированных олигомеров. Образуемые ими мицеллярные структуры способны солюбилизировать такие липофильные вещества, как водонерастворимые красители, эфирные масла, рыбий жир, холестерин, куркумин. Олигопероксиды могут служить эффективными эмульгаторами полистирольных эмульсий и дают возможность получать монодисперсные латексы, частицы которых содержат на поверхности остаточные реакционноспособные пероксидные группы. Разработан метод получения самоогранизованных субмикронных частиц путем интерполимерного электростатического взаимодействия противоположно заряженных макроцепей хитозана и олигопероксида. Показана возможность пероксидации олигопероксидами поверхности крахмальных зерен, волокон регенерированной целлюлозы, карбоновых нанотрубок, полиэтилентерефталата. The scientific and practical bases for the synthesis of new amphiphilic oligomers on the basis of pyromellitic acid and polyethylene glycols, with lipophilic fragments of higher aliphatic alcohols as well as cholesterol have been developed. Some of them possess structure of “gemini” type. Synthesis is carried out through acylation by pyromellitic dianhydride of hydroxyl-containing nucleophiles of hydrophilic and lipophilic nature. In this case, one of the nucleophiles is a mono methyl of polyethylene glycol and has a hydrophilic nature, and the other one – an aliphatic alcohol of normal structure or cholesterol and has lipophilic properties. The hydrophilic-lipophilic balance of the resulting oligomers can be controlled by the length of the polyethylene glycol oxyethylene chain and the nature of the lipophilic moiety. The resulting oligomers are pyromelic acid disesters. Their structure is confirmed by functional analysis, IR, PMR spectroscopy and mass spectrometry. The methods for the synthesis of new surface-active oligomers with peroxide functional groups of different types, based on pyromellitic tetra acyl chloride and polyethylene glycols have been described. Depending on the nature of the peroxide groups, oligomers are capable of forming free radicals at a temperature range of 50 to 150 °C, while the length of the hydrophilic oxyethylene chain determines solubility in water, organic solvents, as well as hydrophilic-hydrophobic balance, surface-active and solubilizing properties of oligomers. Oligomers contain carboxylic or acyl chloride functional groups. The new amino peroxides, containing hydroxyl groups have been prepared by the condensation of monoethanolamine with tert-butylperoxymethanol. On their basis new oligoperoxids with amino-peroxide fragments have been created. A new surface-active oligoperoxids of "gemini" type with peroxide and carboxyl groups were synthesized. A method of obtaining a peroxiester with a reactive anhydride group is developed by the interaction of pyromellitic dianhydride with tert-butyl hydroperoxide. For this purpose, the kinetic regularities of the reaction of pyromellitic dianhydride with tert-butylhydroperoxide have been investigated. A mathematical model of the process was created on the basis of kinetic studies and the conditions to promote the maximum yield of the peroxiester with anhydride group are determined. Such peroxiester can be used for introduction of peroxide fragments into various compounds through the acylation reaction. The colloidal and chemical properties of synthesized oligomers were investigated. The surface activity of diesters depends on the pH values due to presence of two carboxyl groups in the pyromellitic acid fragment. At concentrations in water lower than CCM, the oligomers form a dispersed phase with a particle size of 2-10 nm. Upon reaching the CCM, the formation of micelles with a rather narrow distribution in sizes and with an average diameter of 40-100 nm, begins. While increasing concentrations, the geometric dimensions of the micelle are gradually increased to 60-250 nm. It has been established that both micelles and micellar aggregates have a negative ζ-potential in the range -10 ÷ -60 mV due to the presence of ionized carboxyl groups on their surface. Presence of negative ζ-potentials is a very important factor when using oligomers as nano-sized drugs cariers. The formed micellar structures are capable of solubilizing such lipophilic substances as water-insoluble dyes, essential oils, fish oil, cholesterol. Solubilizing the water-insoluble anticancer drug curcumin, they not only provide its stability for a long time, but also release curcumin into 1-octanol, which can be used as a model of the layer of phospholipids in the cell membrane. These facts consider oligomers to be appropriate materials for constructing target drug delivery systems. Synthetic oligoperoxids are also shown to be typical amphiphilic substances. They can serve as effective emulsifiers of polystyrene emulsions and make it possible to obtain mono-dispersed latexes, whose particles contain residual reactive peroxide groups on the surface. A method for the preparation of self-organized reactive submicron particles based on chitosan and peroxide oligomer was developed. The size of the particles depends on the pH of the medium and the ratio of chitosan and oligomer. The particles demonstrate? pH-sensitive properties and are able to change the size or solubility in response to changes of pH. The presence of peroxide groups in the particles makes it possible to form covalently crosslinked network and lose the ability to dissolve. Both uncured and covalently crosslinked particles can be used to create polymeric drug transport systems. The possibility of modifying starch by peroxide oligomers with acyl chloride groups was shown. In the process of modification, peroxide groups are saved and can be used as radical-formating centers for grafting polymer chains. Such starches with adhered to the surface polymer layer can be used as an effective fillers for polymere composites. The method of modification of regenerated cellulose fibers by peroxide oligomers with carboxyl groups is developed. Such peroxidated fibers are of interest for the production of composites based on polyolefins, in particular polypropylene. Due to presence of peroxide groups on their surfaces modified fibers are able to form strong interphase bonds in these composites by grafting the polymer matrix to the fiber surface. “Gemini” oligoperoxides can be used to modify the surface of NH2-functionalized carbon nanotubes. Modified nanotubes are easily dispersed in the polymer matrix and allow to improve the mechanical properties of nanocomposites based on polybutylene terephthalate - polytetra methylene oxide compared to unmodified nanotubes. It is shown that synthesized oligoperoxids can be attached onto polyethylene terephthalate surface to form bonded nanolyers. The following polymeric layers, in particular polysaccharide, could be attached due to decomposition of peroxide groups and reaction of radical chain transfer to polysaccharide. Surfaces with covalently attached polysaccharide nanolayer are an important implement for biochemical studies. The variation of free surface energy values as well as its components in the process of modification of polyethylene terephthalate with oligoperoxides and dextran has been studied.