Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Полиэтиленимин
Полиэтиленимин.svg
Имена
Название ИЮПАК
Поли (иминоэтилен)
Другие имена
Полиазиридин, поли [имино (1,2-этандиил)]
Идентификаторы
ChemSpider
  • никто
ECHA InfoCard100.123.818 Отредактируйте это в Викиданных
Характеристики
(C 2 H 5 N) n , линейная форма
Молярная масса43,04 ( повторяющаяся единица ), масса полимера переменная
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒N проверить  ( что есть   ?)проверитьY☒N
Ссылки на инфобоксы

Полиэтиленимин ( PEI ) или полиазиридин представляет собой полимер с повторяющимся звеном, состоящим из аминогруппы и двухуглеродного алифатического спейсера CH 2 CH 2 . Линейные полиэтиленимины содержат все вторичные амины, в отличие от разветвленных PEI, которые содержат первичные, вторичные и третичные аминогруппы. Сообщалось также о полностью разветвленных дендримерных формах. [1] PEI производится в промышленных масштабах и находит множество применений, обычно обусловленных его поликатионным характером. [2]

Типичный разветвленный фрагмент PEI
Дендример PEI поколения 4

Свойства [ править ]

Линейные PEI являются твердыми веществами при комнатной температуре, в то время как разветвленные PEI являются жидкостями при любой молекулярной массе. Линейные полиэтиленимины растворимы в горячей воде при низком pH, в метаноле , этаноле или хлороформе . Они нерастворимы в холодной воде, бензоле , этиловом эфире и ацетоне . Они имеют температуру плавления 73–75  ° C. Их можно хранить при комнатной температуре.

Синтез [ править ]

Разветвленная ПЙ , может быть синтезировано с помощью открытия кольца полимеризации из азиридина . [3] В зависимости от условий реакции может быть достигнута разная степень разветвления. Линейный PEI может быть получен путем пост-модификации других полимеров, таких как поли (2-оксазолины) [4] или N- замещенные полиазиридины. [5] Линейный PEI был синтезирован гидролизом поли (2-этил-2-оксазолина) [6] и продан как jetPEI. [7] Текущее поколение in vivo-jetPEI использует в качестве предшественников полимеры поли (2-этил-2-оксазолина), изготовленные на заказ. [8]

Приложения [ править ]

Полиэтиленимин находит множество применений в таких продуктах, как: моющие средства, клеи, средства для очистки воды и косметика. [9] Благодаря своей способности модифицировать поверхность целлюлозных волокон, PEI используется в качестве агента, повышающего влагопрочность в процессе изготовления бумаги . [10] Он также используется в качестве флокулирующего агента с золями кремнезема и в качестве хелатирующего агента со способностью образовывать комплекс с ионами металлов, таких как цинк и цирконий. [11] Существуют также другие узкоспециализированные приложения PEI:

Биология [ править ]

PEI имеет ряд применений в лабораторной биологии, особенно в культуре тканей , но также токсичен для клеток при чрезмерном использовании. [12] [13] Токсичность обусловлена ​​двумя различными механизмами: [14] нарушение клеточной мембраны, ведущее к некротической гибели клеток (немедленное), и нарушение митохондриальной мембраны после интернализации, ведущее к апоптозу (замедленное).

Промоутер прикрепленных файлов [ править ]

Полиэтиленимины используются в клеточной культуре слабо заякоренных клеток для увеличения прикрепления. PEI - катионный полимер; отрицательно заряженные внешние поверхности клеток притягиваются к чашкам, покрытым PEI, что способствует более прочному прикреплению клеток к пластине.

Реагент для трансфекции [ править ]

Поли (этиленимин) был вторым полимерным трансфекционным агентом, обнаруженным [15] после поли-1-лизина. PEI конденсирует ДНК в положительно заряженные частицы, которые связываются с остатками анионной поверхности клетки и попадают в клетку посредством эндоцитоза . Попав внутрь клетки, протонирование аминов приводит к притоку противоионов и снижению осмотического потенциала. В результате осмотического набухания везикула разрывается, высвобождая комплекс полимер-ДНК (полиплекс) в цитоплазму. Если полиплекс распаковывается, то ДНК может свободно диффундировать к ядру. [16] [17]

Проницаемость грамотрицательных бактерий [ править ]

Поли (этиленимин) также является эффективным стабилизатором проницаемости внешней мембраны грамотрицательных бактерий . [18]

CO 2 захвата [ править ]

Как линейный, так и разветвленный полиэтиленимин использовался для улавливания CO 2 , часто пропитывая пористые материалы. Первое использование полимера PEI для улавливания CO 2 было направлено на улучшение удаления CO 2 в космических кораблях, пропитанных поверх полимерной матрицы. [19] После этого носитель был заменен на MCM-41, гексагональный мезоструктурированный диоксид кремния, и большие количества PEI остались в так называемой «молекулярной корзине». [20] Адсорбирующие материалы MCM-41-PEI привели к более высокому содержанию CO 2.адсорбционная способность по сравнению с сыпучим материалом PEI или MCM-41. Авторы утверждают, что в этом случае имеет место синергетический эффект за счет высокой дисперсии ПЭИ внутри пористой структуры материала. В результате этого улучшения были разработаны дальнейшие работы по более глубокому изучению поведения этих материалов. Исчерпывающие исследования были сосредоточены на адсорбционной способности CO 2, а также на селективности адсорбции CO 2 / O 2 и CO 2 / N 2 некоторых материалов MCM-41-PEI с полимерами PEI. [21] [22] Кроме того, пропитка PEI была протестирована на различных подложках, таких как матрица из стекловолокна [23] и монолиты. [24]Однако для обеспечения надлежащих характеристик в реальных условиях улавливания дожигания (умеренные температуры от 45 до 75 ° C и присутствие влаги) необходимо использовать термически и гидротермально стабильные кремнеземные материалы, такие как SBA-15, [25] который также представляет собой гексагональную мезоструктуру. Влага и реальные условия также были протестированы при использовании материалов, пропитанных PEI, для адсорбции CO 2 из воздуха. [26]

Детальное сравнение PEI и других аминосодержащих молекул показало превосходные характеристики PEI-содержащих образцов с циклами. Кроме того, было зарегистрировано лишь небольшое снижение их поглощения CO 2 при повышении температуры от 25 до 100 ° C, демонстрируя высокий вклад хемосорбции в адсорбционную способность этих твердых веществ. По той же причине адсорбционная способность при разбавленном CO 2 составляла до 90% от значения при чистом CO 2, а также наблюдалась высокая нежелательная селективность по SO 2 . [27] В последнее время было приложено много усилий для улучшения диффузии PEI в пористой структуре используемого носителя. Лучшая дисперсия PEI и более высокий уровень CO 2Эффективность ( молярное отношение CO 2 / NH) была достигнута путем пропитки материала PE-MCM-41 с закрытым шаблоном, а не идеальных цилиндрических пор кальцинированного материала [28], следуя ранее описанному пути. [29] Также изучалось совместное использование органосиланов, таких как аминопропил-триметоксисилан, AP и PEI. Первый подход использовал их комбинацию для пропитки пористых носителей, достижения более быстрой кинетики адсорбции CO 2 и более высокой стабильности во время циклов повторного использования, но не более высокой эффективности. [30]Новым методом является так называемая «двойная функционализация». Он основан на пропитке материалов, ранее функционализированных прививкой (ковалентное связывание органосиланов). Аминогруппы, объединенные обоими путями, показали синергетические эффекты, достигая высокого поглощения CO 2 до 235 мг CO 2 / г (5,34 ммоль CO 2 / г). [31] Кинетика адсорбции CO 2 также была изучена для этих материалов, показав такие же скорости адсорбции, как у пропитанных твердых веществ. [32] Это интересное открытие, учитывая меньший объем пор, доступный в материалах с двойной функциональностью. Таким образом, можно также сделать вывод, что их более высокая концентрация CO 2 поглощение и эффективность по сравнению с пропитанными твердыми веществами можно приписать синергическому эффекту аминогрупп, введенных двумя способами (прививка и пропитка), а не более быстрой кинетике адсорбции.

Модификатор низкой работы выхода для электроники [ править ]

Поли (этиленимин) и поли (этиленимин) этоксилированный (PEIE) были показаны как эффективные модификаторы с низкой работой выхода для органической электроники Zhou и Kippelen et al. [33] Он может повсеместно снизить работу выхода металлов, оксидов металлов, проводящих полимеров, графена и так далее. Очень важно, чтобы обработанный из раствора проводящий полимер с низкой работой выхода мог быть получен с помощью модификации PEI или PEIE. Основываясь на этом открытии, полимеры широко используются в органических солнечных элементах, органических светодиодах, органических полевых транзисторах, перовскитовых солнечных элементах, перовскитных светодиодах, солнечных элементах с квантовыми точками, светодиодах и т. Д.

См. Также [ править ]

  • Тетраэтиленпентамин
  • Этилендиамин
  • Полиэфиримид (также выпускается PEI)

Ссылки [ править ]

  1. ^ Yemuland, Omprakash; Имаэ, Тойоко (2008). «Синтез и характеристика дендримеров полиэтиленимина». Коллоидная и полимерная наука . 286 (6–7): 747–752. DOI : 10.1007 / s00396-007-1830-6 . S2CID 98538201 . 
  2. ^ Дэвидсон, Роберт Л .; Ситтиг, Маршалл (1968). Смолы водорастворимые . ISBN корпорации Reinhold Book Corp. 978-0278916135.
  3. ^ Жук Д.С., Гембицкий П.А., Каргин В.А. Российские химические обзоры; Том 34: 7.1965
  4. ^ Танака, Рюичи; Уэока, Исао; Такаки, ​​Ясухиро; Катаока, Казуя; Сайто, Сёго (1983). «Высокомолекулярный линейный полиэтиленимин и поли (N-метилэтиленимин)». Макромолекулы . 16 (6): 849–853. Bibcode : 1983MaMol..16..849T . DOI : 10.1021 / ma00240a003 .
  5. ^ Weyts, Katrien F .; Goethals, Эрик Дж. (1988). «Новый синтез линейного полиэтиленимина». Полимерный бюллетень . 19 (1): 13–19. DOI : 10.1007 / bf00255018 . S2CID 97101501 . 
  6. ^ Brissault, B .; и другие. (2003). «Синтез линейных производных полиэтиленимина для трансфекции ДНК». Биоконъюгатная химия . 14 (3): 581–587. DOI : 10.1021 / bc0200529 . PMID 12757382 . 
  7. ^ "Архивная копия" . Архивировано из оригинала на 2010-03-02 . Проверено 2 апреля 2010 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  8. ^ «Способ производства линейного полиэтиленимина (ПЭИ) для целей трансфекции и линейного ПЭи, полученного таким методом» . Архивировано из оригинала на 2012-08-05.
  9. ^ Steuerle, Ульрих; Feuerhake, Роберт (2006). «Азиридины». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. DOI : 10.1002 / 14356007.a03_239.pub2 .
  10. ^ Wågberg, Lars (2000). «Адсорбция полиэлектролита на целлюлозных волокнах - обзор» . Журнал исследований северной целлюлозы и бумаги . 15 (5): 586–597. DOI : 10,3183 / NPPRJ-2000-15-05-p586-597 . S2CID 4942367 . 
  11. ^ Madkour, Тарек М. (1999). Справочник по полимерам . Oxford University Press, Inc. стр. 490. ISBN 978-0195107890.
  12. ^ Vancha AR; и другие. (2004). «Использование полимера полиэтиленимина в культуре клеток в качестве фактора прикрепления и усилителя липофекции» . BMC Biotechnology . 4 : 23. DOI : 10,1186 / 1472-6750-4-23 . PMC 526208 . PMID 15485583 .  
  13. ^ Хантер, AC (2006). «Молекулярные препятствия в дизайне полифектина и механистическая основа цитотоксичности, вызванной поликатионом». Расширенные обзоры доставки лекарств . 58 (14): 1523–1531. DOI : 10.1016 / j.addr.2006.09.008 . PMID 17079050 . 
  14. ^ Могими, SM; и другие. (2005). «Двухэтапная цитотоксичность, опосредованная поли (этиленимин): значение для переноса генов / терапии» . Молекулярная терапия . 11 (6): 990–995. DOI : 10.1016 / j.ymthe.2005.02.010 . PMID 15922971 . 
  15. ^ Boussif, O .; и другие. (1995). «Универсальный вектор для переноса генов и олигонуклеотидов в клетки в культуре и in vivo: полиэтиленимин» . Труды Национальной академии наук . 92 (16): 7297–7301. Bibcode : 1995PNAS ... 92.7297B . DOI : 10.1073 / pnas.92.16.7297 . PMC 41326 . PMID 7638184 .  
  16. ^ Рудольф, C; Lausier, J; Наундорф, S; Мюллер, Р.Х .; Розенекер, Дж (2000). «Доставка гена in vivo в легкие с использованием дендримеров полиэтиленимина и сломанных полиамидоаминов». Журнал генной медицины . 2 (4): 269–78. DOI : 10,1002 / 1521-2254 (200007/08) 2: 4 <269 :: АИД-JGM112> 3.0.CO; 2-F . PMID 10953918 . 
  17. ^ Akinc, A; Thomas, M; Клибанов А.М.; Лангер, Р. (2004). «Изучение полиэтиленимин-опосредованной трансфекции ДНК и гипотезы протонной губки». Журнал генной медицины . 7 (5): 657–663. DOI : 10.1002 / jgm.696 . PMID 15543529 . S2CID 25740208 .  
  18. ^ Helander, IM; Alakomi, H.-L .; Латва-Кала, К .; Коски, П. (1997-10-01). «Полиэтиленимин - эффективный стабилизатор проницаемости грамотрицательных бактерий» . Микробиология . Общество микробиологов. 143 (10): 3193–3199. DOI : 10.1099 / 00221287-143-10-3193 . ISSN 1350-0872 . PMID 9353921 .  
  19. ^ Satyapal, S .; Filburn, T .; Trela, J .; Стрэндж, Дж. (2001). «Характеристики и свойства твердого аминного сорбента для удаления диоксида углерода в космических приложениях жизнеобеспечения». Энергия и топливо . 15 (2): 250–255. DOI : 10.1021 / ef0002391 .
  20. ^ Сюй, X .; Песня, C .; Андресен, JM; Miller, BG; Скарони, AW (2002). «Новое модифицированное полиэтиленимином мезопористое молекулярное сито типа MCM-41 в качестве адсорбента большой емкости для улавливания CO2». Энергия и топливо . 16 (6): 1463–1469. DOI : 10.1021 / ef020058u .
  21. ^ X. Xu, С. Сон, Р. Дж Wincek Andresen, Б. Миллер, А. В. Скарони, топлива , Chem. Div. Препр. 2003; 48 162–163
  22. ↑ X. Xu, C. Song, BG Miller, AW Scaroni, Ind. Eng. Chem. Res. 2005; 44 8113-8119
  23. ^ Li, P .; Ge, B .; Zhang, S .; Chen, S .; Zhang, Q .; Чжао, Ю. (2008). "Улавливание CO2 волокнистым адсорбентом, модифицированным полиэтиленимином". Ленгмюра . 24 (13): 6567–6574. DOI : 10.1021 / la800791s . PMID 18507414 . 
  24. ^ C. Chen, ST Yang, WS Ahn, R. Ryoo, "Title" Chem. Commun. (2009) 3627-3629
  25. ^ Sanz, R .; Calleja, G .; Arencibia, A .; Санс-Перес, ES (2010). «Адсорбция СО2 на разветвленном мезопористом диоксиде кремния SBA-15, пропитанном полиэтиленимином». Appl. Серфинг. Sci . 256 (17): 5323–5328. Bibcode : 2010ApSS..256.5323S . DOI : 10.1016 / j.apsusc.2009.12.070 .
  26. ^ Goeppert, A .; Czaun, M .; Май, РБ; Пракаш, Г. К. Сурья; Olah, GA; Нараянан, SR (2011). «Улавливание диоксида углерода из воздуха с использованием регенерируемого твердого адсорбента на основе полиамина». JACS . 133 (50): 20164–7. DOI : 10.1021 / ja2100005 . PMID 22103291 . 
  27. ^ Санс-Перес, ES; Olivares-Marín, M .; Arencibia, A .; Sanz, R .; Calleja, G .; Марото-Валер, ММ (2013). «Характеристики адсорбции CO2 аминофункциональным SBA-15 в условиях дожигания». Int. J. Greenh. Газ-контроль . 17 : 366. DOI : 10.1016 / j.ijggc.2013.05.011 .
  28. ^ Хейдари-Горджи, A .; Бельмабхут, Ю .; Саяри, А. (2011). «Пропитанный полиэтиленимином мезопористый диоксид кремния: влияние аминовой нагрузки и поверхностных алкильных цепей на адсорбцию CO2». Ленгмюра . 27 (20): 12411–6. DOI : 10.1021 / la202972t . PMID 21902260 . 
  29. ^ Юэ, МБ; Вс, фунт; Cao, Y .; Wang, Y .; Wang, ZJ; Чжу, JH (2008). «Эффективный улавливатель CO2, полученный из синтезированного MCM-41, модифицированного амином». Chem. Евро. Дж . 14 (11): 3442–51. DOI : 10.1002 / chem.200701467 . PMID 18283702 . 
  30. ^ Choi, S .; Серый, ML; Джонс, CW (2011). «Твердые абсорбенты с аминовой связью, сочетающие высокую адсорбционную способность и способность к регенерации для улавливания CO2 из окружающего воздуха». ChemSusChem . 4 (5): 628–35. DOI : 10.1002 / cssc.201000355 . PMID 21548105 . 
  31. ^ Sanz, R .; Calleja, G .; Arencibia, A .; Санс-Перес, ES (2013). «Разработка высокоэффективных адсорбентов для улавливания СО2 на основе метода двойной функционализации прививки и пропитки». J. Mater. Chem. . 1 (6): 1956. DOI : 10.1039 / c2ta01343f .
  32. ^ Sanz, R .; Calleja, G .; Arencibia, A .; Санс-Перес, ES (2013). «Поглощение CO2 и кинетика адсорбции SBA-15 с расширенными порами, дважды функционализированного аминогруппами». Энергия и топливо . 27 (12): 7637. DOI : 10.1021 / ef4015229 .
  33. ^ Чжоу, Y .; Fuentes-Hernandez, C .; Shim, J .; Meyer, J .; Джордано, AJ; Li, H .; Winget, P .; Papadopoulos, T .; Cheun, H .; Kim, J .; Fenoll, M .; Диндар, А .; Haske, W .; Najafabadi, E .; Хан, ТМ; Sojoudi, H .; Barlow, S .; Graham, S .; Bredas, J.-L .; Мардер, SR; Кан, А .; Киппелен, Б. (2012). «Универсальный метод производства электродов с низкой рабочей функцией для органической электроники». Наука . 336 (6079): 327–332. Bibcode : 2012Sci ... 336..327Z . DOI : 10.1126 / science.1218829 . PMID 22517855 . S2CID 9949593 .