Chemische Modifizierung von Dextran und Pullulan - Substitutionsmuster und Nanostrukturierung

Fiege, Kathrin

In der vorliegenden Arbeit werden Studien über die Derivatisierungen von Dextran und Pullulan vorgestellt. Die Produktcharakterisierung erfolgte durch ATR-IR- und NMR Spektroskopie, Elementaranalyse und mittels GC-MS sowie Gaschromatographie nach Depolymerisation. Bei den Alkylierungen mittels Williamsonscher Ethersynthese wurde der Einfluss verschiedener Reaktionsbedingungen wie Homogenität des Reaktionssystems, Basenart, (NaOH oder Li-Dimsyl), eingesetzte Äquivalente, Reaktionsdauer und Auswirkung von verschiedenen Molmassen untersucht. Des Weiteren wurden Cyanoethylether der Glucane nach dem Mechanismus der Michael-Addition mit Acrylnitril hergestellt. Die Substituentenverteilung konnte nach Hydrolyse und Trimethylsilylierung gaschromatographisch bestimmt werden. Durch eine folgende Reduktion der Cyanoethylgruppen konnten in einer Polymer-analogen Reaktion Aminofunktionen als reaktive Intermediate eingeführt werden. Bei einer partiellen Reduktion entstanden Aminopropyl-Cyanoethylderivate. Aminofunktionalisierte Glucane können in den verschiedensten biochemischen, analytischen und medizinischen Anwendungen wie z.B. als Komponente von Sensoren, zur Oberflächenbeschichtung oder zur Bindung von Enzymen. Die Aminofunktionen wurden zur Kopplung von Signalmolekülen mittels reduktiver Aminierung genutzt. Aldehyde, wie Benzaldehyd, 4-Hydroxy-3-methoxybenzaldehyd, 3,5-Di-tert-butyl-4-hydroxy-benzaldehyd, Maltose oder Maltotriose wurden gebunden. Die derivatisierten Polysaccharide wurden hinsichtlich ihrer Eignung zur Nanostrukturierung durch Self-assembly mit und ohne Zusatz von ferromagnetischen Eisenoxid-Nanopartikeln getestet. Dynamische Lichtstreuung, Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy-filtered Transmissions Electron Microscopy (EF-TEM) und Parallel Electron Energy Loss Spectroscopy (PEELS) wurden zur Charakterisierung der entstandenen Nanostrukturen eingesetzt.

In the present thesis derivatization studies about dextran and pullulan are presented. Product characterization was accomplished by ATR-IR and NMR-spectroscopy, elementary analysis and by GC/GC-MS analysis after depolymerization. To investigate the influence of different reaction parameters on alkylation according to the Williamson ether synthesis, homogeneity of the reaction system, type of base (NaOH or Li-dimsyl), reagent equivalents, reaction time, and the effect of different molar masses of the glucans were studied. Subsequently, cyanoethyl dextrans were prepared by Michael addition of acrylonitrile. The monomer composition was determined after hydrolysis or methanolysis and trimethylsilylation of the cyanoethyl glucans by gas chromatography. Amino functionalization while preserving the polysaccharide backbone and maintaining the intrinsic properties of the polymer was achieved by reduction of the cyanoethyl glucans. Partial reduction leaded to aminopropyl-cyanoethylglucans. Amino functionalized glucans are reactive intermediates and can be used in different biochemical, analytical and medical applications, for example as sensor component in surface coating or for coupling of enzymes. Moreover, the introduced amino functions were used for the coupling of signal molecules by reductive amination. Aldehydes like benzaldehyde, 4-hydroxy-3-methoxybenzaldehyde, 3,5-di-tert-butyl-4-hydroxy-benzaldehyde, maltose or maltotriose were bound. Furthermore, nanostructuring of the glucan derivatives by self-assembly was investigated with and without addition of magnetic iron oxide nanoparticles. Characterization of the nano scale material was performed by Dynamic Light Scattering (DLS), Scanning Electron Microscopy (SEM) and Energy-filtered Transmissions Electron Microscopy (EF-TEM) with Parallel Electron Energy Loss Spectroscopy (PEELS).

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Fiege, Kathrin: Chemische Modifizierung von Dextran und Pullulan - Substitutionsmuster und Nanostrukturierung. 2012.

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