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Dendrimere

 Dendrimer Hintergrund

Definition:
 

Dendrimere sind baumartig verästelt aufgebaute Moleküle. Ausgehend von einem Kernbaustein verzweigt sich das Molekül immer stärker. Nach einigen "Generationen" von Verzweigungen führt dies an der Peripherie eines Dendrimer-Moleküls zum räumlichen Gedränge der vielen Zweigenden. Bringt man an der Peripherie außen funktionelle (z.B. fluoreszierende) Gruppen an, so lässt sich eine starke Verstärkung des Effekts (Fluoreszenz) verglichen mit einem klassischen Molekül erreichen.

Dendrimere sind also vielfach verzweigte Architekturen mit hoher Dichte von funktionellen Gruppen. Anders als Polymere (polydispers: unterschiedlich große Moleküle) können Dendrimere sehr regelmäßig aufgebaut werden (monodispers, jedes Moleküle ist identisch) oder auch Defekte aufweisen (z.B. Zweige fehlen).

Diese Molekülarchitektur (Kaskaden-Moleküle) wurde 1978 von Vögtle et al. erstmals beschrieben: Synthesis 1978, 155-158, nachdem zuvor (1974, 1975) von demselben Arbeitskreis schon über mehrarmige offenkettige Neutralliganden und vielarmige "Krakenmoleküle" (F. Vögtle, E. Weber, Angew. Chem. 1974, 86, 896-898, Int. Ed. 1974, 13, 814-816) berichtet worden war.

Dendrimere sind bereits kommerziell im Handel, z.B. als Chemikalien-Ausgangsstoffe, als Kit für die Gentransfektion und andere Einsatzzwecke. Anwendungspotentiale werden auch in der Diagnostik, Katalyse und in der Arzneistoffforschung gesehen.
 

Dendrimere1

Abb. 1

Der Synthese des ersten und auch einer Vielzahl heute schon im Industriemaßstab produzierten Dendrimere liegt die Idee der repetitiven Synthese zugrunde. Wie in Abbildung 1 dargestellt, reagiert der Kernbaustein Ethylendiamin 1 mit der monomeren Verzweigungseinheit Acrylnitril (2). Durch Reduktion des Nitrils 3 erhält man ein Polypropylenimin- Dendrimer 4 der Generation 1. Ein Reaktionszyklus ist dann beendet. Mit weiteren repetitiven Reaktionszyklen ließen sich so Dendrimere mit acht (vgl Abb.1, 6), 16, 32..... peripheren primären Amin-Einheiten synthetisieren.

Eigenschaften von Dendrimeren:

Die spezifischen Eigenschaften Größe, Viskosität, globulare Struktur und Hohlräume erreichen andere, bekannte Stoffe in dieser Form und Kombination nicht. Dendrimere umzufassen ein im Verhältnis zu ihrem Molekulargewicht großes Volumen, vergleichbar etwa Büschen und Bäumen in der Natur. Die Nischen im Inneren können Platz für Gastteilchen (Ionen, Moleküle) bieten. Außerdem können das Innere und die äußere Hülle des Dendrimers durchaus unterschiedliche Eigenschaften haben: So können hydrophile Gruppen in der Peripherie für eine gute Wasserlöslichkeit des Dendrimers sorgen, während das lipophile Innere wasserunlösliche Gäste aufnehmen kann[2]. Auf diese Weise erhält man eine "unimolekulare Micelle".

Potentielle Anwendungen:

Dendrimere lassen sich an ihrer Peripherie oder im Inneren mit unterschiedlichsten Funktionalitäten ausstatten; man erhält neue Materialien mit hohem Anwendungspotential. In der Diagnostik, für Tonermaterialien, als Beschichtungsmaterial für Elektroden, als Therapeutika (Drug Targeting, Imaging), um nur einige Beispiele zu nennen, wurden Dendrimere bisher erfolgreich eingesetzt. Dies wird durch eine Vielzahl von Patentanmeldungen belegt.

In unserem Arbeitskreis werden photoschaltbare Dendrimere, Metall-komplexierende, über supramolekulare Wechselwirkungen (van der Waals, Wasserstoffbrücken) verknüpfte und chirale Dendrimere synthetisiert und auf ihre Eigenschaften untersucht.

Hier eine Literatur-Übersicht:

E. Buhleier, W. Wehner, F. Vögtle, Synthesis 1978, 155-158; G. R. Newkome, C. Moorefield, F. Vögtle in Dendritic Molecules - Concepts, Synthesis, Perspectives, 1996, VCH, Weinheim.

J. Issberner, R. Moors, F. Vögtle, Angew. Chem. 1994, 106, 2507-2514; Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1994, 33, 2413-2420.

H.-B. Mekelburger, F. Vögtle, Supramolecular Chemistry, 1993, 1, 187-189; H. B. Mekelburger, K. Rissanen, F. Vögtle, Chem. Ber. 1993, 1161-1169.

"Hydrophile Metallkomplexe", R. Herrmann, F. Vögtle, H.-P. Josel, B. Frommberger, G. Pappert, J. Issberner (Boehringer Mannheim GmbH) Patent: DE 4439346A1, 1994.

K. Kadei, R. Moors, F. Vögtle, Chem. Ber. 1994, 127, 897-896.

R. Moors, F. Vögtle, Adv. in Dendritic Macromolecules 1995, 2, 41-73.

F. Vögtle, T. Dünnwald, T. Schmidt, Acc. Chem. Res. 1996, 29, 451-460, Catenanes and Rotaxanes of the Amide Type

J. Issberner, M. Böhme, S. Grimme, M. Nieger, W. Paulus, F. Vögtle, Tetrahedron: Asymmetry 1996 ,7,2223-2232.

J. Issberner, F. Vögtle, L. De Cola, V. Balzani, Chem. Eur. J. 1997, 3, No.5, 706-712,
Dendritic Bipyridine Ligands and Their Tris(bipyridine)ruthenium(II) Chelates - Syntheses, Absorption Spectra, and Photophysical Properties

M. Fischer, A. Archut, J. Issberner, F. Vögtle, GIT Labor-Fachzeitschrift 2/97 1997, 198-202
Dendrimere: Hochverzweigte Moleküle mit neuen Eigenschaften

F. Vögtle, M. Plevoets, G. Nachtsheim, U. Wörsdörfer, J. prakt.Chem. 340 (1998) 112-121,
Monofunktionalisierte Dendrons verschiedener Generationen - als Reagenzien zur Einführung dendritischer Reste Monofunctionalized Dendrons of Different Generations - as Reagents for the Introduction of Dendritic Substituents

A. Archut, F. Vögtle, L. De Cola, G. C. Azzelini, V. Balzani, P. S. Ramanujam, R. H. Berg, Chem. Eur. J. 1998, 4, 699-706.

M. Plevoets, G. Nachtsheim, F. Vögtle, Journal für praktische Chemie 1998, 340, 112-121.

A. Archut, S. Gestermann, R. Hesse, C. Kauffmann, F. Vögtle, Synlett 1998, 546-548.

Topics in Current Chemistry 1998, Vol. 197: "Dendrimers" (Hrsg.: F. Vögtle), Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg.

A. Archut, F. Vögtle, Chem. Soc. Rev. 1998, 27, 233-240.

A. Archut, J. Issberner, F. Vögtle, in Organic Synthesis Highlights III (Hrsg.: J. Mulzer, H. Waldmann), WILEY-VCH, Weinheim, 1998, S. 391-405.

F. Vögtle, M. Plevoets, G. Nachtsheim, U. Wörsdörfer, J. prakt.Chem. 340 (1998) 112-121.

A. Archut, F. Vögtle, L. De Cola, G.C. Azzellini, V. Balzani, P.S. Ramanujam, R. Berg, Chem. Eur. J. 1998, 4, 4, 699-706.

A. Archut, S. Gestermann, R. Hesse, C. Kauffmann, F. Vögtle, Synlett 1998, May, 546-548.

M. Fischer, F. Vögtle, Angew. Chem. 1999, 111/7, 934-955

D. Pötschke, M. Ballauff, P. Lindner, M. Fischer, F. Vögtle, Macromolecules 1999, 32, 4079-4087
Analysis of the Structure of Dendrimers in Solution by Small-Angle Neutron Scattering Including Contrast Variation

M. Plevoets, F. Vögtle, L. De Cola, V. Balzani, New. J. Chem., 1999, 63-69.

F. Vögtle, S. Gestermann, C. Kauffmann, P. Ceroni, V. Vicinelli, L. De Cola, V. Balzani, J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 12161-12166

F. Vögtle, M. Plevoets, M. Nieger, G.C. Azzellini, A. Credi, L. De Cola, V. De Marchis, M. Venturi, V. Balzani, J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 6290-6298

H. Stephan, H. Spies, B. Johannsen, L. Klein, F. Vögtle, Chem. Commun., 1999, 1875-1876
Lipophilic urea-functionalized dendrimers as efficient carriers for oxyanions

V. Balzani, P. Ceroni, S. Gestermann, M. Gorka, C. Kauffmann, M. Maestri, F. Vögtle, Chem. Phys. Chem. 2000, 4, 224-227

V. Balzani, P. Ceroni, S. Gestermann, M. Gorka, C. Kauffmann, F. Vögtle, J. Chem. Soc., Dalton Trans. 2000, 3765-3771

F. Vögtle, S. Gestermann, Ch. Kauffmann, P. Ceroni, V. Vicinelli, V. Balzani, J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 10398-10404

C. Reuter, G. Pawlitzki, U. Wörsdörfer, M. Plevoets, A. Mohry, T. Kubota, Y. Okamoto, F. Vögtle, Eur. J. Org. Chem. 2000, 3059-3067

V. Balzani, P. Ceroni, S. Gestermann, C. Kauffmann, M. Gorka, F. Vögtle, Chem. Commun. 2000, 853-854

A. Archut, F. Vögtle, H.S. Nalwa (ed.), Handbook of Nanostructured Materials and Nanotechnology, Vol. 5: Organics, Polymers, and Biological Materials, Academic Press 2000, 333-374

C. Heil, G.R. Windscheif, S. Braschohs, F. Flörke, J. Gläser, M. Lopez, J. Müller-Albrecht, U. Schramm, J. Bargon, F. Vögtle, Sensors and Actuators B 61 1999, 51-58, Highly selective sensor materials for discriminating carbonyl compounds in the gas phase using quartz microbalances

F. Vögtle, S. Gestermann, Ch. Kauffmann, P. Ceroni, V. Vicinelli, V. Balzani, J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 10398-10404, Coordination of Co 2+ Ions in the Interior of Poly(propylene amine) Dendrimers Containing Fluorescent Dansyl Units in the Periphery

D. Pötschke, M. Ballauff, P. Lindner, M. Fischer, F. Vögtle, Macromol. Chem. Phys 2000, 201, 330-339

P. Ceroni, V. Vicinelli, M. Maestri, V. Balzani, W.M. Müller, U. Müller, U. Hahn, F. Osswald, F. Vögtle, New J. Chem. 2001, 25, 989-993, Dendrimers with a 4,4'-bipyridinium core and electron-donor branches. Electrochemical and spectroscopic properties

F. Vögtle, M. Gorka, V. Vicinelli, P. Ceroni, M. Maestri, V. Balzani, Chem. Phys. Chem. 2001, 12, 769-773, A Dendritic Antenna for Near-Infrared Emission of Nd 3+ Ions

V. Balzani, P. Ceroni, S. Gestermann, M. Gorka, C. Kauffmann, F. Vögtle, Tetrahedron 2002, 58, 629-637, Fluorescent guests hosted in fluorescent dendrimers

A. Dirksen, E. Zuidema, R.M. Williams, L. De Cola, C. Kauffmann, F. Vögtle, A. Roque, F. Pina
Macromolecules 2002, 35, 2743-2747
Photoactivity and pH Sensitivity of Methyl Orange Functionalized Poly(Propyleneamine) Dendrimers

J. Recker, W. M. Müller, U. Müller, T. Kubota, Y. Okamoto, M. Nieger, F. Vögtle
Chem. Eur. J. 2002, 8, 4434-4442
Dendronized Molecular Knots: Selective Synthesis of Various Generations, Enantiomer Separation, Circular Dichroism

U. Hahn, M. Gorka, F. Vögtle, V. Vicinelli, P. Ceroni, M. Maestri, V. Balzani
Angew. Chem. 2002, 114, 19, 3747-3750
Light-Harvesting Dendrimers. Efficient Intra-and Intermolecular Energy-Transfer Processes in a Species Containing 65 Chromophoric Groups of Four Different Types

U. Herrmann, T. Jonischkeit, J. Bargon, U. Hahn, Q.-Y. Li, C. A. Schalley, E. Vogel, F. Vögtle
Anal Bioannal Chem 2002, 327, 611-614, Monitoring apple flavor by use of quartz microbalances

F. Vögtle, M. Gorka, R. Hesse, M. Maestri, V. Balzani, Photochem. Photobiol. Sci. 2002, 1, 45-51
Photochemical and photophysical properties of poly(propylene amine) dendrimers with peripheral naphthalene and azobenzene groups

N. Dingenouts, S. Rosenfeldt, N. Werner, F. Vögtle, P. Lindner, A. Roulamo, K. Rissanen and M. Ballauff, J. Appl. Cryst. 2003, 36, 674-678, Segmental contrast of dendrimers: a small-angle neutron scattering study including contrast variation

C. Saudan, V. Balzani, M. Gorka, S.-K. Lee, M. Maestri, V. Vicinelli, F. Vögtle
J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 4424-4425
Dendrimers as Ligands. Formation of a 2:1 Luminescent Complex between a Dendrimer with a 1,4,8,11-Tetraazacyclotetradecan (Cyclam) Core and Zn2+

C. Saudan, V. Balzani, P. Ceroni, M. Gorka, M. Maestri, V. Vicinelli, F. Vögtle
Tetrahedron 2003, 59, 3845-3852
Dendrimers with a cyclam core. Absorption spectra, multiple luminescence, and effect of protonation

P. Ceroni, V. Vicinelli, M. Maestri, V. Balzani, M. Gorka, S.-K. Lee, P. Dragut, F. Vögtle
Collect. Czech. Chem. Commun. 2003, 68, 1541-1554
Poly(Propylene amine) dendrimers decorated with dimethoxybenezne units. Photophysical and electrochemical properties

H. Stephan, H. Spies, B. Johannsen, K. Wichmann, T. Rambusch, K. Gloe, D.K. Chand, P.K. Bharadwaj, F. Vögtle, Abstr. Pap. Am. Chem. S. 2001 , 222, U508-U509, Part1 AUG, Binding and Transport of Oxyanions by Dendrimers and Cryptands

V. Vicinelli, P. Ceroni, M. Maestri, V. Balzani, M. Gorka, F. Vögtle, J. Am. Chem. Soc . 2002, 124, 6461-6468, Luminescent Lanthanide Ions hosted in a Fluorescent Polylysin Dendrimer. Antenna-Like Sensitization of Visible and Near-Infrared Emission

V. Balzani, F. Vögtle, Comptes Rendus Chimie2003, 867-872, Dendrimers as luminescent hosts for metal cations and organic molecules

C. Saudan, V. Balzani, M. Gorka, S.-K. Lee, J. Van Heyst, M. Maestri, P. Ceroni, V. Vicinelli, F. Vögtle, Chem. Eur. J. 2004 , 10, 899-905, Dendrimers as Ligands: An Investigation into the Stability and Kinetics of Zn 2+ Complexation by Dendrimers with 1,4,8,11-Tetraazacyclotetradecane (Cyclam) Cores

F. Vögtle, H. Fakhrnabavi, Oleg Lukin, Org. Lett. 2004 , 7, 1075-1078
Controllable, Selective Per-Functionalization of Dendritic Oligoamines

G. Bergamini, P. Ceroni, V. Balzani, F. Vögtle, S.-K. Lee, ChemPhysChem2004, 5, 315-320,
Designing systems for a multiple use of light signals

J. Bargon, S. Braschoß, J. Flörke, U. Berrmann, L. Klein, J.W. Loergen, M. Lopez, S. Maric, A.H. Parham, P. Piacenza, H. Schaefgen, C.A. Schalley, G. Silva, M. Schlupp, H. Schwierz, F. Vögtle, G. Windscheif, Sensors and Actuators B 2003 , 95, 1-3, 6-19, Determination of the ripening state of Emmentaler cheese via quartz microbalances

A. Dirksen, U. Hahn, F. Schwanke, M. Nieger, J.N.H. Reek, F. Vögtle, L. De Cola, Chem. Eur. J. 2004, 10, 2036-2047, Multiple Recognition of Barbiturate Guests by Hamilton-Receptor-Functionalized Dendrimers

F. Pina, P. Passaniti, M. Maestri, V. Balzani, F. Vögtle, M. Gorka, S. –K. -Lee, J. van Heyst, H. Fakhrnabavi, ChemPhysChem, 2004, 5, 473-480, Ground and Excited-State Electronic Interactions in Poly(propylene amine) Dendrimers Functionalized with Naphthyl Units: Effect of Protonation and Metal Complexation

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