樹枝化合物是具有枝枝狀結構的有機分子。
基本介紹
- 中文名：樹枝化合物
- 外文名：dendrimer
- 定義：具有枝枝狀結構的有機分子
- 結構特點：精確的分子結構
概述,命名,定義,研究概況,生產概況,結構特點,性能特點,合成方法,收斂法,發散法,工業套用,
概述
命名
英文名dendrimer，中文名稱分前綴和主語，前綴有9種之多：樹形、樹狀、樹枝形、樹枝狀、樹型、樹枝型、樹枝、樹突、枝狀，主語有7種之多：化合物、分子、大分子、高分子、聚合物、聚體、聚合體，排列組合有至少63種名稱，如無特別註明，後文中統稱為樹枝狀分子。
定義
具有枝枝狀結構的有機分子。樹枝狀結構分兩種，一種是理想完美狀態的樹枝狀結構，一般所指的樹枝狀分子如無特別說明，均指完美結構的；還一種是有缺陷的樹枝狀結構的有機分子，這類結構通常稱之為超支化分子，屬於另一個研究範疇，不在後續內容之列。
典型的樹枝狀分子
口卜啉類樹枝狀分子 、芳醚樹枝狀分子、PAMAM樹枝狀分子、二茂鐵基樹枝狀分子。目前，國內外研究最成熟，並且在國外及國內實現了工業化生產的當屬PAMAM（聚醯胺-胺），後文中均以PAMAM為例
研究概況
1978年，Vogtle 等人第一次報導了通過疊代方法獲得分支分布結構，首次提出重複合成的思想；
1979年Denkewelter首次合成了以l-賴氨酸為基的樹枝形高分子，並對其性能進行了表征，但並沒有提出樹枝形高分子的概念，也沒有對他的合成方法進行總結；
1985年DOW化學公司的Tomalia和加州理工學院的Newkome先後提出了樹枝形高分子概念並分別合成了兩種不同樹枝形高分子；
1990年康奈爾大學的Frechet等合成了芳香族聚酯、聚醚樹枝形高分子。
生產概況
國外目前僅有DSM等不超過四家企業（美國、澳大利亞）在生產實驗室級別和工業級別的樹枝狀分子；
國內僅在威海晨源在生產實驗室級別和工業級別的樹枝狀分子
結構特點
精確的分子結構
可以在分子水平上得到嚴格控制，分子量分散係數近似為1
高度的幾何對稱性
結構均勻性
大量的官能團
多功能性
分子內有內腔
主客體化學和分子催化
分子量具有可控性
源於其合成方法
分子本身具有納米尺寸
球狀結構，幾到幾十納米
性能特點
好的流體力學性能
有利於成型加工；可作流變學改性劑
獨特的粘度行為
其特性粘度隨分子量的增加出現最大值
容易成膜
已在膜科學方面進行了大量的研究
多功能性
源於表面有大量的官能團存在
不易結晶
由其高度支化結構決定
獨特的密度與分布
隨分子量的增加其密度出現極小值
獨特的折光指數增量
發現折光指數增量隨分子量的增加出現最大值
良好的熱穩定性
合成方法
收斂法
從樹枝形聚合物的外層出發，由外向內逐步收斂的合成方法
發散法
從樹枝形聚合物的中心核開始，由內向外的擴散合成方法
工業套用
在自組裝膜中的套用
樹枝狀分子具有相同的大小、可控的表面官能團、良好的化學穩定性，是製備LB單層膜、自組裝單層膜（SAMs）、鑄膜、膠體以及納米簇的良好材料。樹枝狀分子內部的空腔容納了金屬粒子之後，在粘合劑、化學感測器、光學、電子學以及膜化學領域有廣闊的套用前景
在石油廢水處理中的套用
油田進入開發的中後期，因注入油層的水量增加，導致采出石油中的含水量也逐漸增大。傳統石油水處理的絮凝劑是PAM，但隨著對環境保護標準的提高，需要研發出高效的絮凝劑，PAMAM季銨鹽類絮凝劑用於石油廢水的處理可達到滿意結果，同時也不會對環境造成二次污染
在造紙及染料廢水處理中的套用
染料工業廢水處理的突出問題是色度及難降解有機物的去除。PAMAM是一種高效絮凝劑，可將染料廢水中的有機物沉澱，同時也是一種高效脫色劑，脫色率高達98%以上。
在含重金屬離子廢水處理中的套用
PAMAM樹枝狀分子與Cu2+等具有很強的絡合能力，適用於含Cu2+、Zn2+、Cr3+等重金屬離子的工業廢水處理，比如製革工業廢水及核工業廢水等。
在乳化炸藥中的套用
乳化炸藥最重要的是儲存穩定性，通常乳化炸藥里添加的穩定劑會降低其爆速。但研究表明，PAMAM樹枝狀分子作為穩定劑加入到乳化炸藥中後，不但不會降低爆速，反而爆速會略有提升
在納米材料中的套用
PAMAM樹枝狀分子不同代數其分子粒徑從2-10納米不等，其天然的內部空腔恰好能容納納米級金屬離子，國內外已有不少文獻，證明了其可以用以製備納米級金屬粒子或金屬氧化物。
在生物醫學上作為藥物載體的套用
1、內部空腔和結合點可以攜帶藥物；
2、高密度表面基團經過修飾，改變水溶性和靶向作用；
3、毒性較低，通過擴散和生物降解實現藥物釋放；
4、分子設計實現生物相溶性和降解性
在生物醫學上作為基因載體的套用
1、與許多重要蛋白質和生物組裝分子的大小及形狀很匹配；
2、PAMAM生理條件下為聚陽離子,且有很好的溶解性，末端胺基很容易與DNA 中的帶負電的磷酸基相互作用；
3、內部有空腔，促進DNA結合的複合物的穩定性。
作為核磁共振造影劑（MRI）的套用
1、大量表面基團和空腔，可以增加造影劑複合物的數量；
2、完美結構，大分子尺寸，從血液循環排除慢，成像時間長；
3、增加成像的靈敏度和清晰度（馳豫時間長）
作為硼中子俘獲治療試劑治療癌症的套用
葉酸修飾的PAMAM分子可以結合250-400 10B，能夠靶向腫瘤細胞，10B與低能中子進行核裂變產生能量以及細胞毒素破壞腫瘤細胞.
在催化劑領域的套用
樹枝狀分子PAMAM封裝金屬粒子後
1、小於4 nm納米粒子，比表面積大、催化效率高；
2、表面基團控制——溶解性；
3、能很好的穩定納米粒子，並創造納米微環境；
4、能再生使用
