Streng biomimetische Modellsysteme für die Biomineralisation von Siliciumdioxid

Horstmann, Sandra

Kurzkettige lineare Polyamine und die Peptidgruppe der Silaffine, die aus Diatomeen isoliert wurden, beeinflussen die Kieselsäurekondensation. Um deren Einfluss auf die Silicatabscheidung zu erforschen, wurden mehrere Synthesen zur Darstellung entsprechender Modellverbindungen entwickelt und untersucht. Es wurden Homo, Co- und Terpolymere aus verschiedenen Vinylmonomeren wie z.B. N,N-Dimethyl-2-aminomethylmethacrylat (DMAEMA), N-(2-Trimethylsiloxyethyl)acrylamid und N,N-Dimethylacrylamid (DMA) über frei radikalische Polymerisation synthetisiert und charakterisiert. Als weitere Modellverbindungen wurden kurzkettige lineare Polyamine sowohl über eine sequentielle Syntheseführung als auch über eine kationisch-ringöffnende Polymerisation (CROP) dargestellt und charakterisiert. Außerdem wurde das Säure-Base-Verhalten der Polyamine und einiger kommerziell zugänglichen (Poly-)Amine mittels potentiometrischer Titration untersucht. Dabei weisen die linearen, kurzkettigen Polyamine Poly(N-methyl)propylenimin, Polyethylenimin und Polypropylenimin ein ähnliches Säure-Base-Verhalten auf. Ferner wurde ein Syntheseweg zur Darstellung von amphiphilen Polyaminen entwickelt, bei dem sowohl die Kettenlänge des Polyamins als auch die Alkyllänge variiert und somit die Amphiphilie bzw. Oberflächenaktivität angepasst werden kann. Für die Nachahmung der Silaffine wurden unterschiedliche Synthesevarianten überprüft. Als eine geeignete Methode hat sich die Darstellung über die Synthese eines Polyamin-Makromonomer mittels eines gezielten Abbruch der CROP mit anschließender frei radikalischer Homo- bzw. Copolymerisation mit den Vinylmonomeren DMAEMA und DMA erwiesen.

Short-chain linear polyamines and the peptide group of Silaffins, isolated from diatoms, influence the silica condensation. In order to reveal the nature of the influence on the silica precipitation, several syntheses to produce model compounds were developed and tested. Homo-, co- and terpolymers of vinyl monomers like N,N-dimethyl-2-aminoethyl methacrylate (DMAEMA), N-(2-trimethylsiloxyethyl)acryl amide and (N,N-dimethyl)acryl amide (DMA) were synthesised by free radical polymerisation and the products were characterised. Short-chain linear polyamines were synthesised by a sequential route and by cationic ring-opening polymerisation (CROP), respectively, and characterised. Moreover, the acid-base behaviour of these polyamines and several commercially available (poly-)amines were investigated by potentiometric titration. The short-chain linear polyamines poly(N-methyl)propylene imine, polypropylene imine and polyethylene imine show a similar acid-base behaviour. Furthermore, a synthesis route for amphiphilic polyamins was developed. With this method, both, the chain length of the polyamine and the alkyl length can be varied and, thus, the amphiphilic character as well as the surface activity can be tailored. For the mimicry of Silaffins different synthesis routes were investigated. Thereby, the following sequence was identified to be the most appropriate route: i) preparation of a polyamine macromonomer by CROP, ii) controlled termination by N-ethyl-N-(4-vinyl)benzyl amine, and iii) free radical (co)polymerization of DMAEMA and DMA.

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Horstmann, Sandra: Streng biomimetische Modellsysteme für die Biomineralisation von Siliciumdioxid. 2006.

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