Rotaxa-Polymerisation zur Herstellung wasserlöslicher Polyrotaxane

Abstract

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Synthese von wasserlöslichen Polyrotaxanen nach der neuartigen Methode der rotaxa -Polymerisation. Der Polymerfaden wird inklusive der Stoppergruppen synthetisiert und gleich- zeitig findet die Rotaxanierung, das Auffädeln der Ringe (Cyclodextrine) auf den Polymerfaden, statt. So entsteht in einem Schritt ein Polyrotaxan. Dies macht ihre Neuartigkeit aus, denn zuvor waren mindestens drei Schritte nö- tig. Dies spart Herstellungskosten, wodurch sich das Anwendungsgebiet die- ser Polyrotaxane erweitert, wie z.B. für Beschichtungen. Die Synthese konnte durch freie oder kontrollierte radikalische Polymerisation erfolgen. Erstmals konnten über diesen Syntheseweg wasserlösliche Polyrotaxane hergestellt werden, wobei als Grundmonomer trotzdem das hydrophobe Iso- pren verwendet wurde. Um die Wasserlöslichkeit der Polyrotaxane zu erzielen, wird der Einfluss aller Hauptkomponenten des Polyrotaxans unabhängig voneinander analy- siert. Dabei wurden u.A. der Einfluss von Ladungen der Komponenten, sowie unterschiedliche Mischungsverhältnisse von hydrophilen und hydrophoben Komponenten untersucht. Die Charakterisierung der Polyrotaxane erfolgte u.A. durch Bestimmung ihrer Zusammensetzung, speziell des Cyclodextringehalts, sowie ihrer Mol- masse. Als weiterführende Reaktionen konnten die so synthetisierten Polyrota- xane mit Diisocyanaten zu Hydrogelen, so genannten Slide-Ring Gelen, ver- netzt werden. Diese Gele könnten eine Anwendung als Zellkulturmatrix finden.

This thesis discusses the synthesis of water soluble polyrotaxanes via the new rotaxa -polymerization. This is a one pot, single step synthesis, where polymerization of backbone and stopper-comonomers occurs simultaneously with the threading of the rings. So we get a polyrotaxane in one step, which makes the synthesis new, because before you needed at least three steps. This new one pot synthesis saves costs and therefore enlarges the application pos- sibilities, as e.g. coatings. Free radical (FRP) and controlled radical polymer- ization (RAFT) can be used as polymerization techniques. For the first time water soluble polyrotaxanes could be synthesized with this technique, despite using isoprene as hydrophobic monomer. To achieve the water solubility all main components were examined inde- pendently. The influence of charges of the components as well as different mixing ratios of hydrophilic and hydrophobic components were examined. The initiator also effects the water solubility of the polyrotaxanes. To characterize the polyrotaxane, the composition was determined regard- ing the cyclodextrin (ring) content as well as the molar mass. These polyrotaxanes could be cross-linked with diisocyanates to get new hydrogels, so called Slide-Ring Gels. This gels can find possible application as cell culture matrix.