title: New quinolinone-based monomers for the development of high-refractive index polymers for ophthalmic application
title: Neue Monomere auf Quinolinonbasis für die Entwicklung hochbrechender Polymere für die Ophthalmologie
title: Neue Monomere auf Quinolinonbasis für die Entwicklung hochbrechender Polymere für die Ophthalmologie
Creators: name: Helmstetter, Simon Thomas
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2016
Subjects: Acrylat
Quinolinon, Methacrylat
Polymere
Grauer Star
Copolymerisation
copolymers
Chemistry and allied sciences
Chemie
high-refractive index
hochbrechend
Thiochromenon
polymers, opthalmology
Augenheilkunde , Brechzahl
quinolinones

description: In this work eight novel high
      refractive index monomers were synthesized. Seven of them
      contain Quinolinone-derivates Q1 - Q7, in order to increase
      refractive indices in their side-chain. These monomers vary
      in substitution of the quinolinone, spacer and polymerizable
      group. Furthermore, a monomer containing a chromen-2-one (S1)
      in its side-chain was synthesized So far, no monomers of this
      structure containing quinolinone or chromen-2-one are known
      for ophthalmic application. Homopolymers were confected of
      the new monomers, having refractive indices up to n(D) =
      1.685. Glass transition-temperatures of the homopolymers were
      beyond the figure of merit for intraocular lens application,
      ABBE-numbers also understate requirements. Therefore,
      copolymers of the new monomers were synthesized. By
      examination of the properties of binary copolymers linear,
      correlations between percentage of monomers and refractive
      index respectively glass-transition temperature were found.
      For ABBE-number an approximately linear correlation between
      ABBE-number and percentage of the monomers was found. These
      relations were used in order to calculate properties of
      ternary copolymers. Mixtures were determined which provide
      suitable materials for manufacturing of intraocular lenses.
      Two of these mixtures were chosen, and the polymers
      synthesized and characterized. Predicted values for
      refractive index were very precise, for glass-transition
      temperature satisfactory and for ABBE-number sufficient.
      Especially prediction of ABBE-number was not optimal.
      Therefore a more sophisticated method for its prediction was
      developed. The use of this method enables reliable prediction
      of ABBE-number. Moreover, both materials were examined
      concerning absorption, light stability and glistening.
      Material M1, containing Q1, possesses a good light stability,
      does not show glistening and is transparent at visible
      wavelengths. Its refractive index is n(D) = 1.592,
      glass-transition-temperature T(g) = 24 °C and ABBE-number
      ν(ABBE) = 28. This is why the specifications of an
      IOL-material were not achieved. M2, containing Q2, fulfills
      all requirements concerning n(D), T(g), und ν(ABBE), but its
      light stability and glistening-behavior exclude the use of M2
      as a material for IOLs. Proposals were made in order to
      rectify the deficits of M1. Also for monomer Q2 suggestions
      were made in order to enable its use as a monomer for IOL
      manufacture. In conclusion Q1 can be seen as a new monomer
      for ophthalmic application. Hereby a new application for the
      Quinolinone-structure was found.
description: Es wurden in dieser Arbeit acht
      neue hochbrechende Monomere dargestellt. Von diesen besitzen
      sieben Monomere Seitengruppen, in denen Quinolinonderivate
      (Q1-Q7) zur Brechungsindexerhöhung verwendet werden. Bei
      diesen Monomeren wurde das Substitutionsmuster am Quinolinon,
      der Spacer, der das Quinolinon mit der polymerisierbaren
      Gruppe verbindet und die polymerisierbare Gruppe variiert.
      Weiterhin wurde ebenfalls ein Monomer dargestellt, das ein
      Chromen-2-onderivat in der Seitengruppe enthält (S1). Bisher
      sind keinerlei Monomere dieses Aufbaus mit Chromen-2-onen und
      Quinolinonen für ophthalmologische Zwecke bekannt. Aus diesen
      Monomeren wurden Homopolymere hergestellt, die
      Brechungsindices bis n(D) = 1,685 aufweisen. Da die
      Glasübergangstemperaturen der Homopolymere für die Anwendung
      in Intraokularlinsen zu hoch und die ABBE-Zahlen zu niedrig
      sind, wurden Copolymere hergestellt. Anhand der Eigenschaften
      binärer Copolymere wurden lineare Zusammenhänge zwischen
      Monomerverhältnis und Brechungsindex, sowie für die
      Glasübergangstemperatur gezeigt. Für die ABBE-Zahl konnte
      eine näherungsweise lineare Abhängigkeit gezeigt werden.
      Anhand dieser mathematischen Beziehungen wurden die
      Eigenschaften ternärer Copolymere berechnet. Aus diesen
      Berechnungen gingen Copolymer-Zusammensetzungen hervor, die
      für die Darstellung von Intraokularlinsen geeignet sind. Aus
      diesen möglichen Mischungen wurden zwei Mischungen zur
      Herstellung ternärer Copolymere ausgewählt, hergestellt und
      charakterisiert. Die vorhergesagten Eigenschaften trafen für
      den Brechungsindex sehr gut zu, für die
      Glasübergangstemperatur in zufriedenstellendem Maße und für
      die ABBE-Zahl mäßig gut. Daher wurde die theoretische
      Berechnung der ABBE-Zahl weiter optimiert, so dass diese
      ebenfalls zuverlässig vorhergesagt werden kann. Beide
      Materialien wurden weiterhin hinsichtlich ihres
      Absorptionsverhaltens, ihrer Licht-echtheit und hinsichtlich
      ihres Glistening-Verhaltens untersucht. Das Material M1
      besitzt eine „gute“ Lichtechtheit (Blauwollskala &gt; 4),
      zeigt kein Glistening und ist im sichtbaren Bereich des
      Lichts transparent. Der Brechungsindex beträgt n(D) = 1,592,
      die Glasübergangstemperatur T(g) = 24 °C und die ABBE-Zahl
      ν(ABBE) = 28, wodurch die Anforderungen an ein IOL-Material
      nicht gänzlich erfüllt wurden. M2 erfüllt zwar alle
      Anforderung hinsichtlich n(D), T(g), und ν(ABBE), zeigt
      jedoch starkes Glistening und dessen Lichtechtheit ist als
      problematisch anzusehen und ist somit nicht als IOL-Material
      geeignet. Es wurden jedoch Möglichkeiten aufgezeigt,
      bezüglich der Optimierung der Copolymeren-Zusammensetzung,
      die die Defizite bei M1 beheben können. Die Nutzbarkeit von
      Q2, dem HRI-Monomer aus M2, als Monomer für die Herstellung
      von Intraokularlinsen ist zwar in einem anderen Copolymer
      denkbar, kann aber nicht als sicher prognostiziert werden.
      Zusammenfassend sind das Monomer Q1 und damit auch die
      Stoffklasse der Quinolinone grundsätzlich geeignete
      Strukturen, um daraus Polymere für hochbrechende,
      ophthalmologische Materialien zu entwickeln und
      herzustellen.