Полиэтиленимин - Polyethylenimine

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
(C2ЧАС5N)п, линейная форма
Молярная масса43.04 (повторять единицу ), масса полимера переменная
Если не указано иное, данные для материалов приводятся в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒N проверять (что проверитьY☒N ?)
Ссылки на инфобоксы

Полиэтиленимин (PEI) или же полиазиридин представляет собой полимер с повторяющимся звеном, состоящий из амин группа и два алифатических углерода CH2CH2 распорка. Линейные полиэтиленимины содержат все вторичные амины, в отличие от разветвленных PEI, которые содержат первичные, вторичные и третичные аминогруппы. Полностью разветвленный, дендример также сообщалось о формах.[1] PEI производится в промышленных масштабах и находит множество применений, обычно обусловленных его поликатионным характером.[2]

Фрагмент линейного PEI
Типичный разветвленный фрагмент PEI
Дендример PEI поколения 4

Характеристики

Линейные ПЭИ представляют собой твердые тела при комнатная температура в то время как разветвленные PEI являются жидкостями при любой молекулярной массе. Линейные полиэтиленимины растворимы в горячей воде, при низком pH, в метанол, этиловый спирт, или же хлороформ. Они не растворяются в холодной воде, бензол, этиловый эфир, и ацетон. У них есть температура плавления из 73–75 ° C. Их можно хранить при комнатной температуре.

Синтез

Разветвленный PEI может быть синтезирован полимеризация с раскрытием кольца из азиридин.[3] В зависимости от условий реакции может быть достигнута разная степень разветвления. Линейный PEI доступен после пост-модификации других полимеров, таких как поли (2-оксазолины). [4] или же N-замещенные полиазиридины.[5] Линейный ПЭИ был синтезирован гидролизом поли (2-этил-2-оксазолина).[6] и продается как jetPEI.[7] Текущее поколение in-vivo-jetPEI использует в качестве предшественников полимеры поли (2-этил-2-оксазолина), изготовленные на заказ.[8]

Приложения

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 бумажный процесс.[10] Он также используется как флокулирующий агент с золями кремнезема и как хелатирующий агент со способностью образовывать комплекс с ионами металлов, таких как цинк и цирконий.[11] Существуют также другие узкоспециализированные приложения PEI:

Биология

PEI имеет ряд применений в лабораторной биологии, особенно культура ткани, но также токсичен для клеток при чрезмерном использовании.[12][13] Токсичность вызывается двумя разными механизмами:[14] нарушение клеточной мембраны, ведущее к некротической гибели клеток (немедленная) и нарушение митохондриальной мембраны после интернализации, ведущее к апоптозу (замедленное).

Промоутер прикрепленных файлов

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

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

Проницаемость грамотрицательных бактерий

Поли (этиленимин) также является эффективным стабилизатором проницаемости внешней мембраны Грамотрицательные бактерии.[18]

CO2 захватывать

Как линейный, так и разветвленный полиэтиленимин использовался для CO2 захват, часто пропитанный поверх пористых материалов. Первое использование полимера PEI в CO2 захват был посвящен улучшению СО2 удаление в космических аппаратах с пропиткой поверх полимерной матрицы.[19] После этого носитель был заменен на MCM-41, гексагональный мезоструктурированный диоксид кремния, и большие количества PEI оставались в так называемой «молекулярной корзине».[20] Адсорбирующие материалы MCM-41-PEI привели к более высокому содержанию CO2 адсорбционная способность по сравнению с сыпучим материалом PEI или MCM-41, рассматриваемым отдельно. 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 работы были сосредоточены на ЦО.2 адсорбционная способность, а также CO2/ O2 и CO2/ N2 селективность адсорбции 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 при улавливании 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. Влажность и реальные условия также были протестированы при использовании материалов, пропитанных PEI, для адсорбции CO.2 с воздуха.[26]

Детальное сравнение PEI и других аминосодержащих молекул показало превосходные характеристики PEI-содержащих образцов с циклами. Также было зарегистрировано лишь небольшое снижение их СО.2 поглощение 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 CO2 составляла до 90% от значения чистого CO2 а также высокая нежелательная селективность по отношению к SO2 наблюдалось.[27] В последнее время было предпринято много усилий для улучшения диффузии PEI в пористой структуре используемого носителя. Лучшая дисперсия PEI и более высокая концентрация CO2 КПД (CO2Молярное соотношение / NH) были достигнуты путем пропитки материала PE-MCM-41 с окклюзией темплатом, а не идеальных цилиндрических пор прокаленного материала,[28] следуя ранее описанному маршруту.[29] Также изучалось совместное использование органосиланов, таких как аминопропил-триметоксисилан, AP и PEI. Первый подход использовал их комбинацию для пропитки пористых носителей, что позволяло добиться более быстрого CO.2- кинетика адсорбции и более высокая стабильность во время циклов повторного использования, но не более высокая эффективность.[30] Новым методом является так называемая «двойная функционализация». Он основан на пропитке материалов, ранее функционализированных прививкой (ковалентное связывание органосиланов). Аминогруппы, объединенные обоими путями, показали синергетический эффект, достигая высокого уровня CO.2 поглощает до 235 мг CO2/ г (5,34 ммоль CO2/грамм).[31] CO2 Кинетика адсорбции также была изучена для этих материалов, показав такие же скорости адсорбции, что и 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 высокий CO2 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

Поли (этиленимин) и поли (этиленимин) этоксилированные (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, перовскитных солнечных элементах, перовскитных светодиодах, солнечных элементах с квантовыми точками, светодиодах и т. Д.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Емуланд, Омпракаш; Имаэ, Тойоко (2008). «Синтез и характеристика дендримеров полиэтиленимина». Коллоидная и полимерная наука. 286 (6–7): 747–752. Дои:10.1007 / s00396-007-1830-6. S2CID  98538201.
  2. ^ Дэвидсон, Роберт Л .; Ситтиг, Маршалл (1968). Водорастворимые смолы. Reinhold Book Corp. ISBN  978-0278916135.
  3. ^ Жук Д. С., Гембицкий П. А., Каргин В. А. Российские химические обозрения; 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:1983МаМол..16..849Т. Дои:10.1021 / ma00240a003.
  5. ^ Weyts, Katrien F .; Goethals, Эрик Дж. (1988). «Новый синтез линейного полиэтиленимина». Полимерный бюллетень. 19 (1): 13–19. Дои:10.1007 / bf00255018. S2CID  97101501.
  6. ^ Brissault, B .; и другие. (2003). «Синтез линейных производных полиэтиленимина для трансфекции ДНК». Биоконъюгат Химия. 14 (3): 581–587. Дои:10.1021 / bc0200529. PMID  12757382.
  7. ^ «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2010-03-02. Получено 2010-04-02.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  8. ^ «Способ производства линейного полиэтиленимина (пей) для целей трансфекции и линейного полиэтиленимина, полученного таким способом». Архивировано из оригинал на 2012-08-05.
  9. ^ Steuerle, Ulrich; Feuerhake, Роберт (2006). «Азиридины». Энциклопедия промышленной химии Ульмана. Вайнхайм: Wiley-VCH. Дои:10.1002 / 14356007.a03_239.pub2.
  10. ^ Вогберг, Ларс (2000). «Адсорбция полиэлектролита на целлюлозных волокнах - обзор». Журнал исследований северной целлюлозы и бумаги. 15 (5): 586–597. Дои:10.3183 / NPPRJ-2000-15-05-p586-597. S2CID  4942367.Шаблон: Восстановленная ссылка
  11. ^ Мадкур, Тарек М. (1999). Справочник данных 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. Дои:10.1186/1472-6750-4-23. ЧВК  526208. PMID  15485583.
  13. ^ Хантер, А. С. (2006). «Молекулярные препятствия в дизайне полифектина и механистическая основа цитотоксичности, вызванной поликатионом». Расширенные обзоры доставки лекарств. 58 (14): 1523–1531. Дои:10.1016 / j.addr.2006.09.008. PMID  17079050.
  14. ^ Moghimi, S.M .; и другие. (2005). «Двухэтапная цитотоксичность, опосредованная поли (этиленимином): последствия для переноса генов / терапии». Молекулярная терапия. 11 (6): 990–995. Дои: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. Дои:10.1073 / пнас.92.16.7297. ЧВК  41326. PMID  7638184.
  16. ^ Рудольф, К; 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. Дои:10.1002 / 1521-2254 (200007/08) 2: 4 <269 :: AID-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. Дои:10.1002 / jgm.696. PMID  15543529.
  18. ^ Helander, I.M .; Alakomi, H.-L .; Латва-Кала, К .; Коски, П. (1997-10-01). «Полиэтиленимин - эффективный стабилизатор проницаемости грамотрицательных бактерий». Микробиология. Общество микробиологов. 143 (10): 3193–3199. Дои: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. Дои:10.1021 / ef0002391.
  20. ^ Сюй, X .; Песня, C .; Андресен, Дж. М .; Miller, B.G .; Скарони, А. В. (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. Дои:10.1021 / ef020058u.
  21. ^ X. Xu, C. Song, R. Wincek J. M. Andrésen, B.G. Miller, A. W. Scaroni, Fuel Chem. Div. Препр. 2003; 48 162-163
  22. ^ X. Xu, C. Song, Б. Г. Миллер, А. В. Скарони, 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". Langmuir. 24 (13): 6567–6574. Дои:10.1021 / la800791s. PMID  18507414.
  24. ^ Ч. Чен, С. Т. Ян, В. С. Ан, Р. Рю, "Название" Chem. Commun. (2009) 3627-3629
  25. ^ Sanz, R .; Calleja, G .; Arencibia, A .; Санс-Перес, Э. С. (2010). «Адсорбция СО2 на разветвленном мезопористом диоксиде кремния SBA-15, пропитанном полиэтиленимином». Appl. Серфинг. Наука. 256 (17): 5323–5328. Дои:10.1016 / j.apsusc.2009.12.070.
  26. ^ Goeppert, A .; Czaun, M .; May, R. B .; Пракаш, Г. К. Сурья; Olah, G. A .; Нараянан, С. Р. (2011). «Улавливание диоксида углерода из воздуха с использованием регенерируемого твердого адсорбента на основе полиамина». JACS. 133 (50): 20164–7. Дои:10.1021 / ja2100005. PMID  22103291.
  27. ^ Sanz-Pérez, E.S .; Olivares-Marín, M .; Arencibia, A .; Sanz, R .; Calleja, G .; Марото-Валер, М. (2013). «Характеристики адсорбции CO2 аминофункциональным SBA-15 в условиях дожигания». Int. J. Greenh. Газовый контроль. 17: 366. Дои:10.1016 / j.ijggc.2013.05.011.
  28. ^ Heydari-Gorji, A .; Бельмабхут, Ю .; Саяри, А. (2011). «Пропитанный полиэтиленимином мезопористый диоксид кремния: влияние аминовой нагрузки и поверхностных алкильных цепей на адсорбцию CO2». Langmuir. 27 (20): 12411–6. Дои:10.1021 / la202972t. PMID  21902260.
  29. ^ Yue, M.B .; Sun, L.B .; Cao, Y .; Wang, Y .; Wang, Z.J .; Чжу, Дж. (2008). «Эффективный улавливатель CO2, полученный из синтезированного MCM-41, модифицированного амином». Chem. Евро. J. 14 (11): 3442–51. Дои:10.1002 / chem.200701467. PMID  18283702.
  30. ^ Choi, S .; Gray, M. L .; Джонс, C.W. (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. Дои:10.1002 / cssc.201000355. PMID  21548105.
  31. ^ Sanz, R .; Calleja, G .; Arencibia, A .; Санс-Перес, Э.С. (2013). «Разработка высокоэффективных адсорбентов для улавливания СО2 на основе метода двойной функционализации прививки и пропитки». J. Mater. Chem. А. 1 (6): 1956. Дои:10.1039 / c2ta01343f.
  32. ^ Sanz, R .; Calleja, G .; Arencibia, A .; Санс-Перес, Э.С. (2013). «Поглощение CO2 и кинетика адсорбции SBA-15 с расширенными порами, дважды функционализированного аминогруппами». Энергия и топливо. 27 (12): 7637. Дои:10.1021 / ef4015229.
  33. ^ Zhou, Y .; Fuentes-Hernandez, C .; Shim, J .; Meyer, J .; Giordano, A. J .; Li, H .; Winget, P .; Papadopoulos, T .; Cheun, H .; Kim, J .; Fenoll, M .; Диндар, А .; Haske, W .; Najafabadi, E .; Хан, Т. М .; Sojoudi, H .; Barlow, S .; Graham, S .; Bredas, J.-L .; Marder, S. R .; Кан, А .; Киппелен, Б. (2012). «Универсальный метод производства электродов с низкой рабочей функцией для органической электроники». Наука. 336 (6079): 327–332. Дои:10.1126 / science.1218829. PMID  22517855. S2CID  9949593.