Charakterisierung und Funktionalisierung von Polyphenylen-Dendrimeren

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Synthese, Funktionalisierung und Charakterisierung hochverzweigter Polyphenylen-Dendrimere. Dendrimere sind sternförmig aufgebaute Makromoleküle mit regelmäßig verzweigten Armen. Trotz der Herstellung einer Vielfalt von unterschiedlichen Dendrimertypen bleibt die Herstellung steifer formpersistenter nanometergroßer Dendrimere eine Herausforderung. Ein Ansatz zur Herstellung von form- und größenstabilen 'Nanoobjekten' wird in dieser Arbeit vorgestellt. Grundlage der Synthese der in dieser Arbeit hergestellten Polyphenylen-Dendrimere ist die Diels-Alder-Cycloaddition zwischen Tetraphenylcyclopentadienonen und Ethinylderivaten. Auf diese Weise können monodisperse Makromoleküle mit Molekularmassen größer 20 kDa und Durchmessern von 6 nm erhalten werden. Funktionalisiert werden die Dendrimere mit Funktionen wie z. B. Alkyl, Hydroxy oder Carboxy. Die Charakterisierung erfolgt u. a. mit Hilfe der NMR, GPC, Lichtstreuung oder MALDI-TOF Massenspektrometrie, aber auch mit abbildenden Methoden, wie z. B. der AFM und TEM und der Kristallstrukturanalyse. Die Dynamik der vorgestellten Dendrimere wird zum einen mit molekulardynamischen Berechnungen, zum anderen mit der Festkörper-NMR untersucht.Die Ergebnisse der Untersuchungen beweisen, dass Polyphenylen-Dendrimere nanometergroße steife formstabile Moleküle sind. Sie besitzen in erster Näherung eine globuläre Form, die große Hohlräume enthalten, in die Gastmoleküle eindringen können. Weiterhin erlauben sie eine bezüglich der Anzahl und Position definierte Funktionalisierung.

This thesis presents the synthesis, functionalization and characterization of highly branched polyphenylene-dendrimers. Dendrimers are macromolecules build up from regularly branched branches. Despite the high number of different type of dendrimers, the synthesis of shape-persistent nanometer-size dendrimers remains a challenge. A way to the synthesis of such shape- and size-stable 'nanoobjects' is presented within this thesis.These polyphenylen-dendrimers are synthesized by the Diels-Alder cycloaddition between tetraphenylcyclopentadienones and ethynyl-derivatives. With this method monodisperse macromolecules with molecular weights up to 20 kDa and diameters up to 6 nm can be obtained. Functional groups, like alkyl-, hydroxy- or carboxy-groups are also introduced on the 'surface' of the dendrimers. The characterization is done not only by methods like NMR, SEC, light scattering or MALDI-TOF-mass spectrometry, but also by visualizing methods like AFM, TEM, and crystal structure analysis. The dynamic of the dendrimers is investigated by molecular dynamic calculations and solid-state-NMR-methods.The results of the investigations prove that polyphenylene-dendrimers are nanometer-sized stiff shape-persistent molecules. They have a globular shape, which posses big holes in which guest-molecules can be incorporated. Furthermore the position and the number of the functional groups is defined.