Dendrimeeri

Dendrimeeri on runsaasti haarautunut polymeeri, jonka rakenteessa toistuvat samanlaiset rakenneyksiköt. Dendrimeerejä tutkitaan runsaasti käytettäväksi muun muassa biologisessa ja lääketieteellisissä sovellutuksissa sekä katalyytteinä.
Rakenne.
Dendrimeerin haarautuneen rakenteen lähtökohtana on keskusryhmä, joka voi olla esimerkiksi di- tai triamiini tai trifenyleeniryhmä. Olennaista on, että keskuksesta voi lähteä vähintään kaksi ryhmää eri sunntiin. Keskuksesta lähteviä haarautuneita ryhmiä kutsutaan dendroneiksi. Dendronit muodostavat puun oksia tai fraktaaleja muistuttavan rakenteen. Nimitystä dendrimeeri käytti ensimmäisen kerran Donald Tomalia vuonna 1985. Dendronien haarojen päässä olevia funktionaalisia ryhmä nimitetään pääteryhmiksi. Pääteryhmiä voivat olla muun muassa amiinit, hydroksyyliryhmät, karboksyylihapot, esterit tai halogeenit. Dendrimeerien pääteryhmillä on keskeinen vaikutus polymeerin kemiallisiin ja fysikaalisiin omainaisuuksiin esimerkiksi liukoisuuteen. Ensimmäiset dendrimeerit olivat rakenteeltaan polypropyleeni-imiinejä ja sittemmin on kehitetty dendrimeerejä, jotka ovat rakenteeltaan polyaminoamiineja, polyaryylieettereitä tai polylysiinejä.
Ensimmäiset dendrimeerit syntisoi Fritz Vögtle ryhmineen vuonna 1978. Muita keskeisiä dendrimeerien synteesein ja kehityksen edistäjiä ovat muun muassa Donald Tomalia, George Newkome ja Jean Frechet.
Synteesi.
Dendrimeerien valmistusmenetelmät voidaan jakaa divergentteihin ja konvergentteihin menetelmiin. Divergenteissä meneltemissä muodostetaan ensin keskus, josta dendroneita lähdetään muodostamaan vaihe kerrallaan. Näin valmistetaan esimerkiksi polyaminoamiinidendrimeerejä (PAMAM). Keskusksena on ammoniakki, joka reagoi Michael-additiolla kolmen metyyliakrylaatin kanssa tai etyleenidiamiini joka reagoi neljän metyyliakrylaattimolekyylin kanssa. Etyleenidiamiini reagoi muodostuneen yhdisteen esteriryhmien kanssa muodosten amidin, jossa on yksi aminoryhmä vapaana. Tämä aminoryhmä reagoi seuraavassa vaiheessa kahden metyyliakrylaatin kanssa. Reaktioita vuorotellen etyleenidiamiinin ja metyyliakrylaatin kanssa jatketaan kunnes haluttu molekyylimassa saavutetaan.
Konvergenteissa dendrimeerien synteeseissä dendronit syntetisoidaan ensin ja liitetään viimeisessä vaiheessa keskukseen. Näin tuotetaan esimerkiksi polyaryylieetteridendrimeerejä. Konvergenttien dendrimeerien etuna on suurempi symmetrisyys, koska sivureaktioita tapahtuu vähemmän. Steerinen este kuitenkin rajoittaa konvergenteillä menetelmillä tuotettujen dendrimeerien kokoa. Suurten dendrimeerien synteeseissä käytetäänkin usein kumpienkin tapojen yhdistämistä. Klik-kemian reaktioita voidaan myös käyttää dendrimeerien valmistamiseen.
Käyttö.
Kelaatteja ja muita komplekseja metallien kanssa muodostavia dendrimeerejä voidaan käyttää katalyytteinä. Tyypillisiä pääteryhmiä niissä ovat amiinit ja fosfiinit. Hyödyllisiä ne ovat erityisesti katalyyttisesti aktiivisten nanohiukkasten aggregoitumista estävinä yhdisteinä. Katalyytti-dendrimeerikompleksien erottaminen reaktioseoksesta voidaan tehdä helposti suodattamalla.
Erityisesti on tutkittu dendrimeerien käyttöä lääkeaineiden annostelussa. Dendrimeereihin on sidottu esimerkiksi syöpälääke sisplatiinia ja tulehduskipulääkkeitä. Dendrimeerien avulla voidaan ohjata lääkeaineen kulkua oikeaan kohde-elimeen. Dendrimeeri myös hidastaa lääkeaineen vapautumista ja aineenvaihduntaa. Etuna ovat pitempi vaikutusaika, pienempi annoskoko ja vähäisemmät haittavaikutukset.