DE102014118901A1 - Biodegradable, applicable in medical technology or biology hybrid polymers and starting silanes for this purpose - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Silan der Formel (1) R1 aSiR4-a (1)worin R1 ein organischer Substituent ist, der über Sauerstoff an das Silicium gebunden ist und eine kohlenwasserstoffhaltige Kette aufweist, die durch mindestens zwei -C(O)O-Gruppen unterbrochen ist, wobei in den einzelnen, durch Unterbrechungen gebildeten Kohlenwasserstoff-Einheiten innerhalb dieser Kette maximal 8 Kohlenstoffatome aufeinander folgen und jedes dem Siliciumatom abgewandte Ende der kohlenwasserstoffhaltigen Kette eine organisch polymerisierbare Gruppe aufweist, R eine hydrolytisch kondensierbare Gruppe oder Hydroxy bedeutet und a 1, 2, 3 oder 4 ist, sowie ein Silangemisch aus unterschiedlichen Silanen der Formel (1), wobei verschiedenen Silane des Gemischs denselben Substituenten R1 und unterschiedliche Werte für den Index a besitzen, wobei der Durchschnittswert für a im Gemisch bei etwa 2 liegt. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein organisch modifiziertes, optional organisch polymerisiertes Kieselsäurepolykondensat, entstanden durch hydrolytische Kondensation eines Silans oder Silangemischs wie oben angegeben und optional durch nachfolgende organische Polymerisation der organisch polymerisierbaren Gruppen polymerisiert. Die organisch modifizierten, ggf. organisch polymerisierten Kieselsäurepolykondensate der Erfindung sind biologisch abbaubar und eignen sich zur Verwendung in der Medizintechnik und der Biologie, beispielsweise zur Herstellung eines biologisch oder medizinisch verwendbaren Gegenstands oder eines Gegenstands zur Zellstabilisierung oder Zellzüchtung.The invention relates to a silane of the formula (1) R 1 aSiR 4 -a (1) where R 1 is an organic substituent bonded to the silicon via oxygen and having a hydrocarbon-containing chain represented by at least two C (O) O groups is interrupted, wherein in the individual, formed by interruptions hydrocarbon units within this chain a maximum of 8 carbon atoms follow each other and each of the silicon atom remote end of the hydrocarbon-containing chain has an organically polymerizable group, R is a hydrolytically condensable group or hydroxy and a 1, 2 , 3 or 4, as well as a silane mixture of different silanes of the formula (1), wherein different silanes of the mixture have the same substituent R1 and different values for the subscript a, the average value for a in the mixture being about 2. Furthermore, the invention relates to an organically modified, optionally organically polymerized silicic acid polycondensate, formed by hydrolytic condensation of a silane or silane mixture as indicated above and optionally polymerized by subsequent organic polymerization of the organically polymerizable groups. The organically modified, optionally organically polymerized silicic acid polycondensates of the invention are biodegradable and are suitable for use in medical engineering and biology, for example for the production of a biologically or medically usable article or an article for cell stabilization or cell culture.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft neuartige, anorganisch kondensierbare Silane und deren Kondensate und/oder Polymerisate. Diese Silane enthalten eine(n) oder mehrere über Sauerstoff an das Silicium gebundene Substituenten bzw. Gruppen mit Ester-, ggf. darüber hinaus mit Ether- und/oder Thioetherbindungen, sowie organisch polymerisierbare Einheiten wie C=C-Doppelbindungen oder ringöffnende Systeme, z.B. Epoxygruppen. Die Silane lassen sich anorganisch kondensieren und/oder organisch über die C=C-Doppelbindungen polymerisieren. Eine solche organische Polymerisation kann beispielsweise mit Hilfe von 2-Photonen-Polymerisation (2PP) erfolgen, so dass sich strukturierte, im Wesentlichen monomerfreie Materialien erhalten lassen. Diese sind stabil gegenüber einer Bestrahlung mit γ-Strahlen, so dass sie sterilisierfähig sind. Durch Variation des Anteils an anorganisch vernetzbaren Einheiten und/oder an organisch polymerisierbaren Einheiten lassen sich die mechanischen Eigenschaften der aus den Silanen erzeugten Hybridpolymere gezielt so einstellen, dass sie denjenigen natürlicher, weicher oder harter Gewebe ähneln. Sie lassen sich von Zelltypen wie Endothelzellen besiedeln und eignen sich daher z.B. als Scaffolds zur Stabilisierung und Züchtung von Zellen. Die Hybridpolymere werden bei Lagerung in Puffern innerhalb weniger Wochen mehr oder weniger stark zersetzt, wobei toxisch unbedenkliche, meist wasserlösliche, kleinteilige Abbauprodukte wie C2-Dicarbonsäuren entstehen. Auch wird dabei die Sauerstoffbrücke zwischen dem die Estergruppen enthaltenden Substituenten und dem Siliciumatom gespalten. Damit sind die erfindungsgemäßen Hybridpolymere geeignet zur Herstellung von biologisch abbaubaren bzw. resorbierbaren Implantaten oder Scaffolds mit für den jeweiligen Verwendungszweck angepassten mechanischen Daten.The present invention relates to novel, inorganically condensable silanes and their condensates and / or polymers. These silanes contain one or more oxygen-bonded to the silicon substituents or groups with ester, optionally with ether and / or thioether, as well as organically polymerizable units such as C = C double bonds or ring-opening systems, eg epoxy groups. The silanes can be condensed inorganically and / or polymerized organically via the C =C double bonds. Such organic polymerization can be carried out, for example, by means of 2-photon polymerization (2PP), so that structured, substantially monomer-free materials can be obtained. These are stable against irradiation with γ-rays so that they can be sterilized. By varying the proportion of inorganically crosslinkable units and / or on organically polymerizable units, the mechanical properties of the hybrid polymers produced from the silanes can be adjusted specifically so that they resemble those of natural, soft or hard tissues. They can be colonized by cell types such as endothelial cells and are therefore suitable, for example, as scaffolds for stabilizing and growing cells. The hybrid polymers are decomposed more or less strongly when stored in buffers within a few weeks, resulting in toxic harmless, usually water-soluble, small-scale degradation products such as C 2 dicarboxylic acids. Also, the oxygen bridge between the substituents containing the ester groups and the silicon atom is cleaved. Thus, the hybrid polymers according to the invention are suitable for the production of biodegradable or resorbable implants or scaffolds with adapted for the particular application mechanical data.
Die Wiederherstellung von krankem oder beschädigtem Gewebe bleibt eine der wichtigsten Herausforderungen in der regenerativen Medizin. Das Wachstum von Zellen auf dreidimensionalen (3D), meist porösen "Scaffolds" (feinstrukturierten Gerüsten) zur Gewebebildung ("tissue engineering, kurz T.E.) ist ein vielversprechender Ansatz zur Herstellung von autologem Gewebe. Scaffolds für T.E. müssen biokompatibel und biodegradierbar sein, die Zellanhaftung und die Zellproliferation unterstützen und an die mechanischen Anforderungen an das jeweilige Gewebe angepasst sein.Restoration of diseased or damaged tissue remains one of the major challenges in regenerative medicine. The growth of cells on three-dimensional (3D), mostly porous "scaffolds" (tissue engineering, TE for short) is a promising approach for producing autologous tissue. Scaffolds for TE must be biocompatible and biodegradable, cell attachment and support cell proliferation and adapted to the mechanical requirements of the respective tissue.
Zur Herstellung von Scaffolds gibt es zahlreiche Verfahren. Die häufigsten der älteren konventionellen Methoden sind Solvent-casting, Particulate leaching, Gas foaming, Phasenseparation, Gefriertrockenen, Elektrospinning und Self-Assembly. Doch erlaubt keine dieser Herstellungsmethoden eine präzise Kontrolle über Porengröße, -geometrie und räumliche Verteilung der Poren. Außerdem kann eine Interkonnektivität nicht sichergestellt werden. Neuere Verfahren umgehen diese Nachteile. Zur Herstellung hochkomplexer Strukturen können dreidimensionale Objekte mit Hilfe eines Computer-generierten Designs (computer-aided designs, CAD) aus mehreren Schichten aufgebaut werden. Verfahren, die sich diese Technik zu Nutze machen, werden als Rapid Prototyping- oder Solid Free-Form-Verfahren bezeichnet. Mit diesen Methoden können anatomisch angepasste Scaffolds auf Grundlage von Computer-Tomographie(CT)- oder Magnet-Resonanz-Tomographie(MRT)-Daten erzeugt werden. Häufig angewendet wird die Stereolithographie. Bei dieser Technik wird eine chemische Reaktion – die Photopolymerisation – durch elektromagnetische Strahlung initiiert. Das zu strukturierende Material beziehungsweise die zu strukturierende Materialformulierung muss folglich die Anforderung erfüllen, mit Licht reagieren zu können. Dadurch findet in den exponierten Bereichen ein Phasenübergang von flüssig zu fest statt. Im nachfolgenden Entwicklungsschritt wird somit nur das verbliebene flüssige Material weggelöst. Mit Hilfe eines Laserstrahls können so schichtweise Strukturen erzeugt werden. Vorteile dieser Methode sind, dass hochorganisierte dreidimensionale Scaffolds mit definierter Porosität, Porengröße und Interkonnektivität der Poren mit hoher Reproduzierbarkeit hergestellt werden können und dies mit nur wenigen Prozessschritten möglich ist. Einschränkungen in der Polymerwahl und Upscaling-probleme sind dagegen von Nachteil. Eine gute Auflösung bietet ein Spezialfall der Stereolithographie, nämlich die Zwei-Photonen-Polymerisation (two photon polymerization, 2PP). Mit dieser Technik können ultrafeine Strukturen bei hoher Auflösung erzeugt werden. Sie beruht auf der simultanen Absorption von zwei Photonen (two photon absorption, TPA), die den Zerfall der Initiatormoleküle und somit auch die nachfolgende chemische Reaktion zwischen den erzeugten Radikalen und den Monomeren auslöst. Für die Anregung sind aufgrund der simultanen Absorption von zwei Photonen sehr hohe Lichtintensitäten nötig, die durch ultrakurze Laserpulse realisiert werden können. Die Rate der Zwei-Photonen-Absorption hängt dabei nichtlinear von der Intensität ab. Infolgedessen findet die Polymerisation nur in einem räumlich eng begrenzten Bereich um den Laserfokus herum statt, wodurch auch Auflösungen von < 100 nm erreicht werden können. Wird der Fokus durch das Material bewegt, werden in den belichteten Bereichen in einem Prozessschritt dreidimensionale Mikrostrukturen erzeugt. Diese Methode bietet den Vorteil, dass sowohl die äußere Form des Scaffolds als auch die intrinsische Porosität der Struktur kontrolliert werden können. Die physiologische Wirkung von extrazellulärer Matrix (ECM) besteht darin, den Zellen im Körper eine Möglichkeit zum Anhaften zu bieten und die Zell- und Gewebefunktionenen wie Differenzierung, Wachstum, Vermehrung und Interaktionen zwischen Zellen zu kontrollieren. For the production of scaffolds there are numerous procedures. The most common of the older conventional methods are solvent casting, particulate leaching, gas foaming, phase separation, freeze drying, electrospinning and self-assembly. However, none of these manufacturing methods allows precise control over pore size, geometry, and spatial distribution of pores. In addition, interconnectivity can not be ensured. Newer methods circumvent these disadvantages. To create highly complex structures, three-dimensional objects can be constructed using a computer-aided design (CAD) of multiple layers. Techniques that take advantage of this technique are referred to as rapid prototyping or solid free-form methods. With these methods, anatomically adapted scaffolds can be generated based on computed tomography (CT) or magnetic resonance tomography (MRI) data. Frequently used is the stereolithography. In this technique, a chemical reaction - photopolymerization - is initiated by electromagnetic radiation. The material to be structured or the material formulation to be structured must therefore fulfill the requirement of being able to react with light. As a result, a phase transition from liquid to solid takes place in the exposed areas. In the subsequent development step thus only the remaining liquid material is dissolved away. With the help of a laser beam, structures can be created layer by layer. Advantages of this method are that highly organized three-dimensional scaffolds with defined porosity, pore size and interconnectivity of the pores can be produced with high reproducibility and this is possible with only a few process steps. Restrictions in polymer choice and upscaling problems, on the other hand, are disadvantageous. A good resolution is provided by a special case of stereolithography, namely two-photon polymerization (2PP). With this technique ultrafine structures can be produced at high resolution. It is based on the simultaneous absorption of two photons (two photon absorption, TPA), which triggers the decomposition of the initiator molecules and thus also the subsequent chemical reaction between the generated radicals and the monomers. Due to the simultaneous absorption of two photons, very high light intensities are necessary for the excitation, which can be achieved by ultrashort laser pulses. The rate of two-photon absorption depends non-linearly on the intensity. As a result, the polymerization takes place only in a spatially narrow range around the laser focus, whereby resolutions of <100 nm can be achieved. If the focus is moved through the material, three-dimensional microstructures are produced in the exposed areas in one process step. This method has the advantage that both the external shape of the scaffold and the intrinsic porosity of the structure can be controlled. The physiological action of extracellular matrix (ECM) is to provide the cells in the body with an opportunity to adhere and to control cell and tissue functions such as differentiation, growth, proliferation, and interactions between cells.
Zur adäquaten Nachahmung der ECM für das Tissue Engineering sind aus chemischer Sicht Scaffolds aus Biopolymeren, die mittels 2PP erzeugt wurden, gut geeignet. Bei der Verwendung abbaubarer Scaffoldmaterialien besteht durch die Zerlegung des Gerüsts unter physiologischen Bedingungen zusätzlich die Möglichkeit, Raum für die Zellmigration und -expansion zu schaffen. From a chemical point of view, scaffolds made of biopolymers produced by 2PP are well suited to adequately mimic the ECM for tissue engineering. When using degradable scaffold materials, dissecting the scaffold under physiological conditions also provides the opportunity to create room for cell migration and expansion.
Schon seit Längerem werden für die Medizintechnik verwendbare Materialien gesucht, die sich gezielt strukturieren lassen und die trotz dabei erfolgter Polymerisation organischer Gruppen, insbesondere von (Methacrylat- und anderen) C=C-Doppelbindungen biologisch abbaubar sind. So haben
Biologisch abbaubare, rein organische Materialien, die über eine Polymerisation von C=C-Doppelbindungen hergestellt wurden, haben den Nachteil, dass sie nur einen relativ geringen Anteil an organisch polymerisierbaren Gruppen enthalten können, damit ihre Abbaubarkeit gewährleistet ist, die vor allem auf dem Aufbrechen von im Molekül vorzugsweise mehrfach vorhandenen Ester- und/oder Ethergruppen beruht. Über Veresterungen oder dgl. hergestellte, biologisch abbaubare, rein organische Materialien (Thermoplaste) wie Polylactide haben diesen Nachteil zwar nicht, aber sie sind über die Polymerisation nicht strukturierbar, so dass sie über Formprozesse in ihre endgültige Gestalt überführt werden müssen. Die bekannten ORMOCER®-Hybridmaterialien lassen sich sowohl über eine organische Polymerisation von C=C-Doppelbindungen als auch über anorganische Vernetzungsreaktionen (Si-O-Si-Brücken-Bildung) verfestigen, wobei das Vorhandensein von organisch polymerisierbaren C=C-Doppelbindung eine räumliche Strukturierung bei der Polymerisation ermöglicht. Allerdings sind die darin vorhandenen Si-C-Bindungen einer Hydrolyse unter physiologischen Bedingungen nicht zugänglich.Biodegradable, purely organic materials which have been prepared via polymerization of C =C double bonds have the disadvantage that they can only contain a relatively small proportion of organically polymerizable groups, so that their degradability is ensured, especially on the breaking up is based on ester and / or ether groups which are preferably present in the molecule several times. Biodegradation or the like produced, biodegradable, purely organic materials (thermoplastics) such as polylactides do not have this disadvantage, but they are not structurable on the polymerization, so that they must be converted via molding processes in their final form. The known ORMOCER ® -Hybridmaterialien can be both an organic polymerization of C = C double bonds and via inorganic cross-linking reactions (Si-O-Si-bond formation) solidify, wherein the presence of organically polymerizable C = C double bond is a spatial Structuring in the polymerization allows. However, the Si-C bonds present therein are not susceptible to hydrolysis under physiological conditions.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben sich die Aufgabe gestellt, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und Materialien bereitzustellen, die einerseits einer engeren Vernetzung zugänglich sind als rein organische Materialien und daher mechanische Eigenschaften erreichen können, die bisher nicht einstellbar waren, andererseits jedoch unter physiologischen Bedingungen wesentlich besser (schneller und/oder weitgehender) abbaubar sein sollen als bisher bekannte Hybridmaterialien. Darüber hinaus sollen die erfindungsgemäßen Materialien sterilisierbar und biokompatibel sein, so dass sie sich für die Herstellung von Implantaten oder Scaffolds eignen.The object of the present invention is to overcome the disadvantages of the prior art and to provide materials which, on the one hand, are accessible to a narrower cross-linking than purely organic materials and can therefore achieve mechanical properties which were not previously adjustable but, on the other hand, below physiological conditions much better (faster and / or more) should be degradable than previously known hybrid materials. In addition, the materials according to the invention should be sterilizable and biocompatible, so that they are suitable for the production of implants or scaffolds.
Gelöst wird die Aufgabe durch die Bereitstellung von Silanen der Formel (1)
Die Kohlenwasserstoffkette kann weiterhin durch Sauerstoffatome (Ethergruppen) oder Schwefelatome (Thioethergruppen) unterbrochen sein. Die zwischen den Ether-, Thioether- bzw. Estergruppen befindlichen Kohlenwasserstoffeinheiten sind vorzugsweise Alkyleneinheiten und können, müssen aber nicht, mit einem oder mehreren Substituenten substituiert sein, die vorzugsweise ausgewählt sind unter Hydroxy-, Carbonsäure-, Phosphat-, Phosphonsäure-, Phosphorsäureester- und (vorzugsweise primären oder sekundären) Amino- und Aminosäuregruppen. Der Index a in diesen Silanen ist ausgewählt unter 1, 2, 3 und 4, wobei die Silane der Formel (1) in der Regel als Gemische aus Silanen mit unterschiedlichen Bedeutungen des Index a vorliegen und dieser Index im Gemisch häufig einen durchschnittlichen Wert von ca. 2 besitzt. R ist eine hydrolytisch kondensierbare Gruppe und vorzugsweise ausgewählt unter Gruppen mit der Formel R'COO–, kann aber auch OR' oder OH sein, wobei R' Alkyl und vorzugsweise Methyl oder Ethyl bedeutet. The hydrocarbon chain may be further interrupted by oxygen atoms (ether groups) or sulfur atoms (thioether groups). The hydrocarbon moieties between the ether, thioether and ester groups are preferably alkylene units and may, but are not necessarily, substituted with one or more substituents which are preferably selected from hydroxy, carboxylic, phosphoric, phosphonic, phosphoric and (preferably primary or secondary) amino and amino acid groups. The index a in these silanes is selected from 1, 2, 3 and 4, the silanes of the formula (1) generally being present as mixtures of silanes with different meanings of the subscript a and this index in the mixture frequently having an average value of
Nachstehend soll die Erfindung anhand einer Schemadarstellung eines erfindungsgemäßen Silans der Formel (1) näher erläutert werden. Gezeigt wird einer der Substituenten R1, gebunden über ein Sauerstoffatom an das Siliciumatom. Dieses Sauerstoffatom ist Teil einer Polyethylenglycolgruppe mit n Ethylenglycoleinheiten und damit n Alkylengruppen mit je zwei Kohlenstoffatomen. Die letzte dieser Einheiten ist mit Ethylendicarbonsäure verestert, deren zweite Carbonsäureeinheit wiederum mit (hier gegebenenfalls mit einem beliebigen Substituenten R", der vor allem CH3, COOH oder CH2OH sein kann, substituiertem) Ethylenglycol verestert ist, dessen zweite OH-Gruppe mit Methacrylsäure verestert wurde, wobei letztendlich eine Derivat von 4-[2-(Methacryloyloxy)ethoxy]4-oxo-butansäure, MES) entstand. Damit ist die Gruppe (bis auf die ggf. durch R" verursachte Verzweigung) unverzweigt und besitzt an ihrem dem Siliciumatom abgewandten Ende eine Methacrylgruppe, die über ihre C=C-Doppelbindung organisch polymerisiert werden kann. Es sollte klar sein, dass der Substituent R" in dieser Schemadarstellung nur exemplarisch angeführt ist; selbstverständlich können derartige Substituenten (auch) an (anderen) beliebigen Stellen vorhanden sein. The invention will be explained in more detail with reference to a schematic representation of a silane of the formula (1) according to the invention. Shown is one of the substituents R 1 , attached via an oxygen atom to the silicon atom. This oxygen atom is part of a polyethylene glycol group having n ethylene glycol units and thus n alkylene groups each having two carbon atoms. The last of these units is esterified with ethylenedicarboxylic acid, whose second carboxylic acid unit is in turn esterified with (here optionally substituted with any substituent R ", which may be especially CH 3 , COOH or CH 2 OH, substituted) ethylene glycol, the second OH group with Methacrylic acid was esterified to give a derivative of 4- [2- (methacryloyloxy) ethoxy] 4-oxo-butanoic acid, MES.) Thus, the group is unbranched (except for the branching possibly caused by R ") and has on its remote from the silicon atom, a methacrylic group which can be organically polymerized via their C = C double bond. It should be understood that the substituent R "in this scheme is given by way of example only, and it will be understood that such substituents may (also) be present at (other) random locations.
Die beiden in dieser Gruppe vorhandenen Carbonsäureestergruppen sind einer Hydrolyse zugänglich und hier mit DG I und DG II bezeichnet. Auch die Esterbindung zwischen der Methacrylsäure und dem gegebenenfalls mit R" substituierten Ethylenglycol ist hydrolytisch spaltbar. Die Spaltung an "DG III", der Si-O-Bindung, erfolgt unter Hydrolysebedingungen ebenfalls. Damit wird erstmals ein Material bereitgestellt, das auch an der Kopplungsstelle der organischen Gruppe zum Silicium degradierbar ist. Darüber hinaus können Polyethergruppen, wie z.B. von
Man erkennt aus den obigen Erläuterungen unmittelbar, dass das Vorsehen von nur kurzen, durch Sauerstoffatome, Schwefelatome oder Estergruppen (-C(O)O-) unterbrochenen Kohlenwasserstoffketten beim hydrolytischen Abbau großenteils zu kleinmolekularen Produkten führt, die in der Regel als solche physiologisch unbedenklich sind. Im obigen Beispiel entstehen z.B. Bernsteinsäure und ein vernetztes Polymethacryl-Bruchstück, das aufgrund der Vernetzung ebenfalls toxikologisch unbedenklich ist. Letzteres dürfte je nach den Vernetzungsbedingungen in der Regel auch relativ kleinmolekular ausfallen, da die Silan-Moleküle aufgrund der vorhergehenden hydrolytischen Kondensation schon relativ starr zueinander ausgerichtet sind, weshalb eine übergeordnete Vernetzung einer ununterbrochenen Vielzahl von Methacrylatgruppen eher unwahrscheinlich ist. Werden Materialen eingesetzt, die zusätzliche OH- oder COOH-Substituenten o.ä. an den jeweiligen Kohlenwasserstoffketten aufweisen, entstehen unter Umständen Moleküle, die im menschlichen Körper als Zwischenprodukte auftreten wie Milchsäure oder Citronensäure, so dass sie in dessen Metabolismus eingeschleust werden könnten. Die verbleibenden, im Wesentlichen anorganischen Reste dürften im Wesentlichen Bruchstücke mit Si-O-Si-Verknüpfungen sein, die nach außen hin mit Hydroxygruppen belegt sind. It can be seen directly from the above explanations that the provision of only short, by oxygen atoms, sulfur atoms or ester groups (-C (O) O-) interrupted hydrocarbon chains in the hydrolytic degradation largely leads to small molecular weight products, which are generally physiologically harmless as such , In the above example, for example, succinic acid and a cross-linked polymethacrylate fragment, which is also toxicologically harmless due to the crosslinking. The latter is likely to be relatively small molecular depending on the crosslinking conditions, since the silane molecules are already aligned relatively rigidly to each other due to the preceding hydrolytic condensation, which is why a higher-level crosslinking of an uninterrupted plurality of methacrylate groups is unlikely. If materials are used, the additional OH or COOH substituents or similar. At the respective hydrocarbon chains may arise molecules that occur in the human body as intermediates such as lactic acid or citric acid, so that they could be introduced into its metabolism. The remaining substantially inorganic residues are believed to be essentially fragments of Si-O-Si linkages that are externally occupied by hydroxy groups.
Durch Hydrolyse und Kondensation des oben gezeigten Silans (hier der Formel (1) mit R = OAc, d.h. CH3C(O)O) entsteht ein Harz (ein organisch modifiziertes Kieselsäurepolykondensat), das nachstehend als "GM-Harz" bezeichnet wird: Hydrolysis and condensation of the above silane (here of formula (1) with R = OAc, ie CH 3 C (O) O) results in a resin (an organically modified silicic acid polycondensate), hereinafter referred to as "GM resin":
Die Substitution des Siliciums mit zwei der in Rede stehenden organischen Substituenten R1 ist ein Durchschnittswert; das Ausgangs-"Silan" für das Harz besteht in der Regel aus einem Gemisch verschiedener Silane, in denen teils keine, teils eine, zwei, drei oder vier dieser organischen Gruppen an ein Siliciumatom gebunden sind, wobei im Mittel zwei der organischen Gruppen pro Siliciumatom vorhanden sind. Die Anzahl der OAc-(Acetyl-)Gruppen am Silicium ist ebenfalls ein statistischer Wert (die Acetylgruppen stammen im beispielhaften Fall aus dem Ausgangsmaterial, Siliciumtetraacetat, und bleiben auch unter hydrolytischen Bedingungen in etwa dem angegebenen Anteil erhalten). Die Hydroxygruppen, die durch Hydrolyse von OAc-Gruppen entstanden sind, werden unter den Bedingungen der hydrolytischen Kondensation in Si-O-Si-Brücken umgewandelt. The substitution of silicon with two of the organic substituents R 1 in question is an average value; the starting "silane" for the resin usually consists of a mixture of different silanes in which at least part, one, two, three or four of these organic groups are bonded to a silicon atom, with an average of two of the organic groups per silicon atom available. The number of OAc (acetyl) groups on the silicon is also a statistical value (the acetyl groups come in the example of the starting material, silicon tetraacetate, and remain even under hydrolytic conditions in about the specified proportion). The hydroxy groups formed by hydrolysis of OAc groups are converted to Si-O-Si bridges under the conditions of hydrolytic condensation.
Dieses Harz sowie weitere Harze wurden organisch polymerisiert und in diesem Zustand auf ihre mechanischen Eigenschaften hin untersucht. Dabei ergibt sich, dass die Länge des erfindungsgemäßen Substituenten R1 einen Einfluss auf die Zugdehnung (Tensile Strength) und den E-Modul (Young's Modulus) hat: Je länger der Substituent ist, desto weicher wird das Material. This resin and other resins were polymerized organically and examined in this state for their mechanical properties. It follows that the length of the substituent R 1 according to the invention has an influence on the tensile strain (Tensile Strength) and the modulus of elasticity (Young's Modulus): the longer the substituent, the softer the material becomes.
Dies erkennt man bei einem Vergleich des polymerisierten GM-Harzes (nachstehend als "Poly-GM" bezeichnet) mit dem Polymerisationsprodukt eines ebenfalls erfindungsgemäßen Harzes, das sich von diesem nur dadurch unterscheidet, dass sechs anstelle von drei Ethylenglycol-Einheiten in der Gruppe vorhanden sind: This can be seen by comparing the polymerized GM resin (hereinafter referred to as "poly-GM") with the polymerization product of a resin of the invention which differs therefrom only in that six instead of three ethylene glycol units are present in the group :
Dieses Harz wird als SV I-Harz, dessen Polymerisationsprodukt als Poly-SV I bezeichnet. Über die Anzahl der organisch polymerisierbaren C=C-Doppelbindungen pro Substituent R1 können die mechanischen Eigenschaften ebenfalls stark beeinflusst werden: Ist dieser Substituent verzweigt und enthalten die beiden Verzweigungs-Enden jeweils eine organisch polymerisierbare C=C-Doppelbindung, steigen diese Werte um ca. eine Zehnerpotenz. Dies lässt sich aus einem Vergleich der Werte für Poly-GM und Poly-SV I mit dem Polymerisationsprodukt eines weiteren erfindungsgemäßen Harzes der nachstehenden Zusammensetzung zeigen. This resin is referred to as SV I resin, its polymerization product as poly SV I. The mechanical properties can likewise be greatly influenced by the number of organically polymerizable C =C double bonds per substituent R 1 : If this substituent is branched and the two branch ends each contain an organically polymerisable C =C double bond, these values increase by approx a power of ten. This can be seen from a comparison of the values for poly-GM and poly-SV with the polymerization product of another resin according to the invention of the following composition.
Dieses Harz wird als SV II-Harz bezeichnet, dessen Polymerisationsprodukt als Poly-SV II.This resin is referred to as SV II resin whose polymerization product as Poly-SV II.
Eine ebenfalls signifikante Steigerung ergibt sich durch eine Erhöhung des Anteils an anorganischen Vernetzungsgruppen: Wird das für das GM-Harz eingesetzte Silan nicht als solches einer hydrolytischen Kondensation unterworfen, sondern zusammen mit einem weiteren Silan mit vielen (z.B. zwei bis drei) hydrolytisch kondensierbaren Resten und im Übrigen nur kurzen organischen Substituenten, z.B. mit einem partiell hydrolysierten/kondensierten Ethyltriacetoxysilan oder einem partiell hydrolysierten/kondensierten Tetraethoxysilan, wobei z.B. das untenstehende, mit SV III-Harz bezeichnete Material entsteht, steigen die mechanischen Werte des polymerisierten Materials (bezeichnet als "Poly SV III) auf das ca. Dreifache im Vergleich zum reinen, polymerisierten Poly-GM.An equally significant increase results from an increase in the proportion of inorganic crosslinking groups: If the silane used for the GM resin is not subjected as such to a hydrolytic condensation, but together with another silane with many (eg two to three) hydrolytically condensable radicals and Incidentally, only short organic substituents, for example with a partially hydrolyzed / condensed ethyltriacetoxysilane or a partially hydrolyzed / condensed tetraethoxysilane, where, for example, the below, designated SV III resin material is formed, The mechanical values of the polymerized material (referred to as "Poly SV III") increase approximately three-fold compared to the pure, polymerized poly-GM.
Darüber hinaus lassen sich die mechanischen Eigenschaften auch noch in einem gewissen Ausmaß über den Kondensationsgrad der Harze beeinflussen: Je stärker die Kondensation erfolgt, d.h. je mehr Si-O-Si-Brücken vorhanden sind, desto härter wird das Produkt. Moreover, the mechanical properties can still be influenced to some extent by the degree of condensation of the resins: the more the condensation takes place, i. the more Si-O-Si bridges are present, the harder the product becomes.
Die für die voranstehend beschriebenen Materialien gemessenen Werte sind der nachstehenden Tabelle 1 zu entnehmen, wo sie mit den entsprechenden Werten von natürlichem Gewebe ins Verhältnis gesetzt sind. Tabelle 1
Man erkennt, dass sich mit den erfindungsgemäßen Materialien eine spezifisch gesuchte Anpassung der mechanischen Werte an bestimmte Gewebe bewirken lässt. Da sich sowohl die anorganische als auch die organische Vernetzungsdichte einstellen lässt, kann der Fachmann durch geeignete Wahl innerhalb der Parameter, die die Erfindung beschreibt, genau die gewünschten Werte erzielen. It can be seen that with the materials according to the invention a specifically sought adaptation of the mechanical values to certain tissues can be effected. Since both the inorganic and the organic crosslinking density can be adjusted, the skilled person can achieve exactly the desired values by suitable choice within the parameters which the invention describes.
Die organisch polymerisierbaren Gruppen (z.B. die C=C-Doppelbindungen) sind ggf. in der Masse des Harzes, vor allem aber auch an strukturell gewünschten Punkten in einem Bad aus dem Harzmaterial polymerisierbar. So kann das kondensierte Harz als Masse (flüssig oder pastös) vorgelegt und z.B. mit 2-Photonen-Polymerisation ("TPA processing") in einer gewünschten Form oder einem gewünschten Muster polymerisiert werden. Hierfür wird vorzugsweise mit Laserlicht in bekannter Weise eine Belichtung durchgeführt, wie beispielsweise in
Beim Bestrahlen werden im Wesentlichen alle organischen C=C-Doppelbindungen umgesetzt, und zwar unabhängig davon, ob die Bestrahlung strukturiert oder über das gesamte Material hinweg erfolgt. Dies kann sich anhand des in
Das nicht polymerisierte Material kann anschließend weggewaschen werden. Eine dreidimensionale Struktur, die auf diese Weise hergestellt wurde, ist in
In Hinblick auf die Verwendung der erfindungsgemäßen Materialien für Scaffolds und das damit verbundene Erfordernis einer biologischen Abbaubarkeit unter physiologischen Bedingungen wurde das Abbauverhalten erfindungsgemäßer, bereits organisch vernetzter Materialien untersucht. Im Körper kann der pH-Wert zwischen 1 und 9 variieren, je nachdem welche Region betrachtet wird. Daher ist eine Untersuchung in verschiedenen pH-Bereichen sinnvoll. With regard to the use of the materials according to the invention for scaffolds and the associated requirement of biodegradability under physiological conditions, the degradation behavior of inventive, already organically crosslinked materials was investigated. In the body, the pH can vary between 1 and 9, depending on which region is considered. Therefore, a study in different pH ranges makes sense.
Die organisch polymerisierten Materialien wurden in verschiedenen Puffern mit pH-Werten zwischen 4,65 (Acetatpuffer) und 9,6 (Carbonat-Bicarbonat-Puffer) gelagert. Die
Anhand der vier untersuchten Beispiele lässt sich zeigen, dass über den gewählten Zeitraum von vier Monaten ein Masseverlust bei allen organisch vernetzten Hybridpolymeren auftrat, wobei die Degradationsgeschwindigkeit von den strukturellen Unterschieden in den Polymeren stark beeinflusst war. Dabei lässt sich erkennen, dass die Degradation nicht nur über den pH-Wert des Mediums, sondern auch über Variationen im strukturellen Aufbau der Hybridpolymere beeinflusst wird. Je mehr hydrophile Gruppen (wie z. B. Ethylenglykoleinheiten) enthalten sind, umso schneller erfolgt der Abbau. Dagegen verlangsamen eine größere organische (Quer-)Vernetzung bzw. ein höherer anorganischer Anteil und ein höherer Kondensationsgrad (eine höhere anorganische Vernetzung) die Hydrolyserate. Diese Erkenntnisse können genutzt werden, um für spezifische Anwendungen maßgeschneiderte Materialien auszuwählen.From the four examples examined, it can be shown that over the chosen four month period, there was mass loss in all the organically crosslinked hybrid polymers, with the rate of degradation being strongly influenced by the structural differences in the polymers. It can be seen that the degradation is influenced not only by the pH of the medium, but also by variations in the structural composition of the hybrid polymers. The more hydrophilic groups (such as, for example, ethylene glycol units) are contained, the faster the degradation takes place. In contrast, a greater organic (cross) crosslinking or a higher inorganic content and a higher degree of condensation (a higher inorganic crosslinking) slow the hydrolysis rate. These insights can be used to select custom materials for specific applications.
Bemerkenswert ist weiterhin, dass die gemessenen Abbauraten über die Zeit hinweg im Wesentlichen konstant waren. Auch wenn die Werte zeigen, dass der Abbau nicht schnell verläuft, ist er doch signifikant, da ein biologischer Abbau meist erst im Rahmen eines relativ langen Zeitraum wirksam werden darf: Erst müssen die Verletzungen verheilt sein bzw. die Zellen angewachsen sein und sich vermehrt haben, bevor die mechanische Stütze (Implantat, Scaffold) durch Abbau verschwinden darf. It is also noteworthy that the measured degradation rates were essentially constant over time. Although the values show that the degradation is not fast, it is still significant, because biodegradation usually only takes effect within a relatively long period of time: First, the injuries must have healed or the cells have grown and proliferated before the mechanical support (implant, scaffold) may disappear due to degradation.
Der Anteil an organisch vernetzbaren Gruppen kann in den erfindungsgemäßen Materialien in einem breiten Bereich eingestellt werden. Wenn die organische Vernetzung relativ gering ist, ist zu erwarten, dass bei der Degradation der Hybridpolymere auch solche Strukturen, die sich ansonsten nicht zersetzen lassen, z.B. Polymethacrylatstrukturen mit relativ geringem Molekulargewicht, aus dem Polymerverbund gelöst und von z. B. Macrophagen aufgenommen und durch Verdauung zersetzt werden können.The proportion of organically crosslinkable groups can be adjusted in the materials according to the invention in a wide range. If the organic cross-linking is relatively low, it is expected that in the degradation of the hybrid polymers, those structures which can not otherwise decompose, e.g. Polymethacrylatstrukturen relatively low molecular weight, dissolved from the polymer composite and z. B. macrophages can be absorbed and decomposed by digestion.
Es konnte auch gezeigt werden, dass Upcyte-Endothelzellen gut an organisch polymerisiertem Poly-GM und weiteren erfindungsgemäßen Materialien haften und ihre charakteristische Morphologie dabei nicht verlieren. Über Immunfärbung (mit Anti-Tubulin β und DAPI) konnte auch der Nachweis für Zellteilungen von an diesem Material haftenden Zellen geführt werden.It has also been shown that upcyte endothelial cells adhere well to organically polymerized poly-GM and other materials of the invention and do not lose their characteristic morphology. Immunostaining (with anti-tubulin β and DAPI) also led to the detection of cell divisions of cells adhering to this material.
Mit der vorliegenden Erfindung wird demnach eine neue Klasse von organischanorganischen Hybridpolymeren bereitgestellt, die biodegradierbar und biokompatibel sind, deren mechanische Eigenschaften an diejenigen von bestimmten Geweben angepasst werden können und die sich mittels Zwei-Photonen-Polymerisation (2-PP) oder auf anderem Wege in der Masse oder strukturiert organisch polymerisieren lassen und dabei einen hohen Umwandlungsgrad der organisch polymerisierbaren Gruppen zeigen. Accordingly, the present invention provides a new class of organo-inorganic hybrid polymers which are biodegradable and biocompatible, whose mechanical properties can be adapted to those of certain tissues, and which are determined by two-photon polymerization (2-PP) or by other means the mass or structured organic polymerize and show a high degree of conversion of organic polymerizable groups.
Die Biodegradierbarkeit, bestimmt über den Massenverlust, ist vom pH-Wert der Umgebung abhängig. Außerdem kann sie über Modifikationen der Polymerstruktur beeinflusst werden. The biodegradability, determined by the mass loss, depends on the pH of the environment. In addition, it can be influenced by modifications of the polymer structure.
Die mechanischen Eigenschaften können innerhalb eines bestimmten Bereichs eingestellt und damit an diejenigen nativer Gewebe angepasst werden. Die Einstellung erfolgt maßgeblich über die Variation des Gehalts an organisch polymerisierbaren Gruppen, die Länge der in Rede stehenden Gruppe und des anorganischen Gehalts. The mechanical properties can be adjusted within a certain range and thus adapted to those of native tissues. The adjustment is made significantly by the variation of the content of organic polymerizable groups, the length of the group in question and the inorganic content.
Insbesondere durch die 2-PP-Polymerisation lassen sich dreidimensionale, feinstrukturierte Objekte herstellen, so dass die Erfindung auch für die Erzeugung von Scaffolds geeignet ist.In particular, the 2-PP polymerization can produce three-dimensional, finely structured objects, so that the invention is also suitable for the production of scaffolds.
Lichtinduzierte Polymerisation führt zu Hybridpolymeren mit hohem Umwandlungsgrad der C=C-Gruppen und damit Abbauprodukten, die im Wesentlichen frei sind von toxisch relevanten Komponenten. Eine Bestrahlung mit Gamma-Strahlen kann für Sterilisationszwecke genutzt werden, da eine derartige Bestrahlung das bereits polymerisierte Material nicht nachteilig beeinflusst.Light-induced polymerization leads to hybrid polymers with high degree of conversion of the C = C groups and thus degradation products that are substantially free of toxic relevant components. Irradiation with gamma rays can be used for sterilization purposes since such irradiation does not adversely affect the already polymerized material.
Der Einsatz der erfindungsgemäßen Materialien erstreckt sich allerdings nicht nur auf die oben genannten Verwendungsmöglichkeiten. Sie lassen sich ganz allgemein für die verschiedensten Zwecke nutzen, beispielsweise in Form von Bulkmaterialien, Fasern, Kompositen, Zementen, Klebstoffen, Vergussmassen, Beschichtungsmaterialien, für den Einsatz im (Reaktions)extruder und im Bereich der Mehrphotonenpolymerisation. Besonders bedeutsam ist ein Einsatz für medizinische Anwendungen (z. B. als Implantat, Knochenersatzmaterial, Knochenzement).However, the use of the materials according to the invention extends not only to the abovementioned uses. They can generally be used for a variety of purposes, for example in the form of bulk materials, fibers, composites, cements, adhesives, potting compounds, coating materials, for use in the (reaction) extruder and in the field of multiphoton polymerization. Particularly important is a use for medical applications (eg as an implant, bone substitute material, bone cement).
Die nachstehenden Beispiele erläutern die Herstellung der einzelnen, oben aufgeführten Materialien. Synthese von 4-[2-(Methacryloyloxy)ethoxy]-4-oxo-butansäurechlorid (MES-Cl) The following examples illustrate the preparation of the individual materials listed above. Synthesis of 4- [2- (methacryloyloxy) ethoxy] -4-oxobutanoyl chloride (MES-Cl)
Die Synthese von 4-[2-(Methacryloyloxy)ethoxy]-4-oxo-butansäurechlorid (MES-Cl) wurde in geringfügiger Abwandlung (umgekehrte Zugabereihenfolge und geringerer Überschuss an Thionylchlorid) nach
Ausbeute: 75,88 g (305,2 mmol, 100%)
Mber. (C10H13ClO5) = 248,66 g/mol
1H-NMR (400,1 MHz, CDCl3):
δ [ppm] = 1,95 (s, 3 H, CH 3), 2,70–2,73 (t, 2 H, CH 2CH2C(O)Cl, 3JHH = 6,52 Hz), 3,22–3,25 (t, 2 H, CH2CH 2C(O)Cl, 3JHH = 6,53 Hz), 4,35–4,40 (m, 4 H, OCH 2CH 2O), 5,61–5,62 (m, 1 H, H 2C=, cis), 6,13 (s, 1 H, H 2C=, trans).
13C-NMR (100,6 MHz, CDCl3):
δ [ppm] = 18,26 (CH3), 29,24 (CH2CH2C(O)Cl), 41,69 (CH2 CH2C(O)Cl), 62,19 u. 62,85 (OCH2 CH2O), 126,23 (H2 C=), 135,84 (=C(CH3)C(O)OR), 167,09 (=C(CH3)C(O)OR), 170,67 (C(O)OR) u. 172,96 (C(O)Cl).
FT-IR: v ~ [cm–1] = 2961 (m, v(CH)), 1794 (vs, RCOCl v(C=O)), 1721 (vs, v(C=O)), 1637 (m, v(C=C)), 712 (m, v(C-Cl)).
µ-Raman: v ~ [cm–1] = 2955 u. 2928 (vs, v(CH)), 1793 (w, RCOCl v C=O)), 1714 (s, v (C=O)), 1639 (s, v C=C)), 707 (m, v (C-Cl)), 434 (s, v C-Cl)). Synthese von 4-[2-(Methacryloyloxy)ethoxy]-4-oxo-butansäure-triethylenglykolester (MES-TEG) The synthesis of 4- [2- (methacryloyloxy) ethoxy] -4-oxo-butanoic acid chloride (MES-Cl) was detected in minor modification (reverse order of addition and lower excess of thionyl chloride)
Yield: 75.88 g (305.2 mmol, 100%).
M ber. (C 10 H 13 ClO 5 ) = 248.66 g / mol
1 H-NMR (400.1 MHz, CDCl 3 ):
δ [ppm] = 1.95 (s, 3 H, C H 3), 2.70 to 2.73 (t, 2 H, C H 2 CH 2 C (O) Cl, 3 J HH = 6.52 Hz), 3.22 to 3.25 (t, 2 H, CH 2 C H 2 C (O) Cl, 3 J HH = 6.53 Hz), 4.35-4.40 (m, 4 H, OC H 2 C H 2 O), 5.61-5.62 (m, 1 H, H 2 C =, cis), 6.13 (s, 1 H, H 2 C =, trans).
13 C-NMR (100.6 MHz, CDCl3):
δ [ppm] = 18.26 ( C H 3 ), 29.24 ( C H 2 CH 2 C (O) Cl), 41.69 (CH 2 C H 2 C (O) Cl), 62.19 u , 62.85 (O C H 2 C H 2 O), 126.23 (H 2 C =), 135.84 (= C (CH 3 ) C (O) OR), 167.09 (= C (CH 3 ) C (O) OR), 170.67 ( C (O) OR) u. 172.96 ( C (O) Cl).
FT-IR: v ~ [cm -1 ] = 2961 (m, v (CH)), 1794 (vs, RCOCl v (C = O)), 1721 (vs, v (C = O)), 1637 (m , v (C = C)), 712 (m, v (C-Cl)).
μ-Raman: v ~ [cm -1 ] = 2955 u. 2928 (vs, v (CH)), 1793 (w, RCOCl v C = O)), 1714 (s, v (C = O)), 1639 (s, v C = C)), 707 (m, v (C-Cl)), 434 (s, v C-Cl)). Synthesis of 4- [2- (methacryloyloxy) ethoxy] -4-oxo-butanoic acid triethylene glycol ester (MES-TEG)
Als Orientierung für die Synthese von 4-[2-(Methacryloyloxy)ethoxy]-4-oxo-butansäure-triethylenglykolester (MES-TEG) diente eine Vorschrift von
Roh-Ausbeute: 37,34 g As a guide for the synthesis of 4- [2- (methacryloyloxy) ethoxy] -4-oxo-butanoic acid triethylene glycol ester (MES-TEG) was a provision of
Raw yield: 37.34 g
Bei der Roh-Ausbeute ist der Anteil an disubstituiertem Triethylenglykol (MES2TEG), der bei der Synthese als Nebenprodukt entsteht, wenn beide OH-Gruppen verestert werden, noch nicht berücksichtigt. Dieser Anteil wurde mit Hilfe des 1H-NMR-Sepektrums ermittelt. Dazu wurde das Signal bei ≈3,60 ppm, welches der CH2-Gruppe in direkter Nachbarschaft zur Alkohlfunktionalität in MES-TEG entspricht und allein durch das Hauptprodukt erzeugt wird, als Referenz definiert. Aus dem Verhältnis des Integrals für dieses Signal zu denen der übrigen Signale, welche aus der Überlagerung von Haupt- und Nebenprodukt entstehen, kann der Anteil an MES2TEG berechnet werden. Er beträgt ≈15 Mol-%. Da das Nebenprodukt bei der weiteren Umsetzung nicht von Nachteil ist, wurde die Mischung nicht weiter aufgetrennt.In the raw yield, the proportion of disubstituted triethylene glycol (MES 2 TEG), which is formed as a by-product in the synthesis, when both OH groups are esterified, not yet considered. This proportion was determined by means of the 1 H-NMR spectrum. For this purpose, the signal at ≈3,60 ppm corresponding to the CH 2 group directly adjacent to the Alkohlfunktionalität in MES-TEG and is generated solely by the major product was defined as a reference. The proportion of MES 2 TEG can be calculated from the ratio of the integral for this signal to those of the other signals resulting from the superposition of main and by-product. It is ≈15 mol%. Since the by-product is not a disadvantage in the further reaction, the mixture was not further separated.
Wird der Anteil an MES2TEG rechnerisch abgezogen, beträgt die Ausbeute 29,18 g (80,5 mmol, 81%)
Mber.(MES-TEG, C16H26O9) = 362,37 g/mol
1H-NMR (400,1 MHz, CDCl3):
δ [ppm] = 1,95 (s, 3 H, CH 3), 2,67 (m, 4 H, CCH 2CH 2C), 3,60–3,62 (m, 2 H, (OCH2CH2)2OCH2CH 2OH), 3,65–3,73 (m, 8 H, OCH2CH 2OCH 2CH 2OCH 2CH2OH) 4,25–4,28 (m, 2 H, OCH 2CH2(OCH2CH2)2OH), 4,35 (s, 4 H, OCH 2CH 2O), 5,60–5,61 (m, 1 H, H 2C=, cis), 6,13 (s, 1 H, H 2C=, trans).
13C-NMR (100,6 MHz, CDCl3):
δ [ppm] = 18,28 (CH3), 28,92 (CCH2 CH2C), 61,75, 62,34, 62,40, 63,74, 69,04, 70,33, 70,58 u. 72,48 (4x OCH2 CH2O), 126,13 (H2 C=), 135,89 (H2C=C(CH3)C(O)OR), 167,13 (=C(CH3)C(O)OR), 172,09 u. 172,23 (OC(O)CH2CH2 C(O)O).
FT-IR: v ~ [cm–1] = 3463 (m, v(OH)), 2955 u. 2876 (m, v(CH)), 1737 (vs, v(C=O)), 1637 (m, v(C=C)).
µ-Raman: v ~ [cm–1] = 2955 u. 2928 (vs, v(CH)), 1714 (s, v(C=O)), 1634 (s, v(C=C)). Synthese von 4-[2-(Methacryloyloxy)ethoxy]-4-oxo-butansäure-hexaethyleneglykolester (MES-HEG) If the proportion of MES 2 TEG is subtracted by calculation, the yield is 29.18 g (80.5 mmol, 81%).
M ber. (MES-TEG, C 16 H 26 O 9 ) = 362.37 g / mol
1 H-NMR (400.1 MHz, CDCl 3 ):
δ [ppm] = 1.95 (s, 3 H, C H 3), 2.67 (m, 4H, CC H 2 C H 2 C), 3.60-3.62 (m, 2 H, (OCH 2 CH 2 ) 2 OCH 2 C H 2 OH), 3.65-3.73 (m, 8 H, OCH 2 C H 2 OC H 2 C H 2 OC H 2 CH 2 OH) 4.25- 4.28 (m, 2 H, OC H 2 CH 2 (OCH 2 CH 2 ) 2 OH), 4.35 (s, 4 H, OC H 2 C H 2 O), 5.60-5.61 ( m, 1 H, H 2 C =, cis), 6.13 (s, 1 H, H 2 C =, trans).
13 C-NMR (100.6 MHz, CDCl3):
δ [ppm] = 18.28 ( C H 3 ), 28.92 (C C H 2 C H 2 C), 61.75, 62.34, 62.40, 63.74, 69.04, 70, 33, 70, 58 u. 72.48 (4x O C H 2 C H 2 O), 126.13 (H 2 C =), 135.89 (H 2 C = C (CH 3 ) C (O) OR), 167.13 (= C (CH 3 ) C (O) OR), 172.09 u. 172.23 (O C (O) CH 2 CH 2 C (O) O).
FT-IR: v ~ [cm -1 ] = 3463 (m, v (OH)), 2955 u. 2876 (m, v (CH)), 1737 (vs, v (C = O)), 1637 (m, v (C = C)).
μ-Raman: v ~ [cm -1 ] = 2955 u. 2928 (vs, v (CH)), 1714 (s, v (C = O)), 1634 (s, v (C = C)). Synthesis of 4- [2- (methacryloyloxy) ethoxy] -4-oxo-butanoic acid hexaethylene glycol ester (MES-HEG)
Die Synthese von 4-[2-(Methacryloyloxy)ethoxy]-4-oxo-butansäure-hexaethylenglykolester (MES-HEG) erfolgte analog zur Umsetzung zu MES-TEG: Unter Stickstoffatmosphäre wurden 85,90 g (304,3 mmol, 3,2 Äquiv.) Hexaethylenglykol (HEG) und 8,71 g (110,1 mmol, 1,1 Äquiv.) Pyridin in 100 ml Dichlormethan gelöst. Unter Eiskühlung und Rühren wurden 23,68 g (95,2 mmol, 1,0 Äquiv.) MES-Cl zugegeben. Die Mischung wurde 24 h bei 30°C gerührt und das Produkt wie zuvor für MES-TEG beschrieben isoliert, gereinigt und stabilisiert.
Roh-Ausbeute: 32,74 gThe synthesis of 4- [2- (methacryloyloxy) ethoxy] -4-oxo-butanoic acid hexaethylene glycol ester (MES-HEG) was carried out analogously to the reaction to give MES-TEG: Under a nitrogen atmosphere, 85.90 g (304.3 mmol, 3, 2 eq.) Of hexaethylene glycol (HEG) and 8.71 g (110.1 mmol, 1.1 equiv.) Of pyridine in 100 ml of dichloromethane. Under ice-cooling and stirring, 23.68 g (95.2 mmol, 1.0 equiv.) Of MES-Cl was added. The mixture was stirred at 30 ° C for 24 h and the product isolated, purified and stabilized as described previously for MES-TEG.
Crude yield: 32.74 g
Bei der Roh-Ausbeute ist der Anteil an disubstituiertem Hexaethylenglykol (MES2HEG), der bei der Synthese als Nebenprodukt entsteht, noch nicht berücksichtigt. Dieser Anteil wurde mit Hilfe des 1H-NMR-Sepektrums ermittelt und beträgt ≈5 Mol-%. Da das Nebenprodukt bei der weiteren Umsetzung nicht von Nachteil ist, wurde die Mischung nicht weiter aufgereinigt. In the crude yield, the proportion of disubstituted hexaethylene glycol (MES 2 HEG), which is formed as a by-product in the synthesis, has not yet been considered. This fraction was determined by means of the 1 H-NMR spectrum and is ≈5 mol%. Since the by-product is not a disadvantage in the further reaction, the mixture was not further purified.
Wird der Anteil an MES2HEG rechnerisch abgezogen, beträgt die Ausbeute 30,45 g (61,6 mmol, 65%).
Mber.(MES-HEG, C16H26O9) = 494,53 g/mol
1H-NMR (400,1 MHz, CDCl3):
δ [ppm] = 1,95 (s, 3 H, CH 3), 2,67 (m, 4 H, CCH 2CH 2C), 3,60–3,62 (m, 2 H, (OCH2CH2)5CH2CH 2OH), 3,65–3,73 (m, 20 H, OCH 2CH2(OCH 2CH 2)4CH 2CH2OH), 4,23–4,26 (m, 2 H, OCH 2CH2(OCH2CH2)5OH), 4,35 (s, 4 H, OCH 2CH 2O), 5,60–5,61 (m, 1 H, H 2C=, cis), 6,13 (s, 1 H, H 2C=, trans).
13C-NMR (100,6 MHz, CDCl3):
δ [ppm] = 18,27 (CH3), 28,92 (CCH2 CH2C), 61,70, 62,34, 62,38, 63,89, 69,03, 70,33, 70,56, 70,60 u. 72,52 (7x OCH2 CH2O), 126,12 (H2 C=), 135,88 (=C(CH3)C(O)OR), 167,09 (=C(CH3)C(O)OR), 172,04 u. 172,19 (OC(O)CH2CH2 C(O)O).
FT-IR: v ~ [cm–1] = 3466 (m, v(OH)), 2873 (s, v(CH)), 1737 (vs, v(C=O)), 1637 (m, v(C=C)).
µ-Raman: v ~ [cm–1] = 2935 u. 2888 (vs, v(CH)), 1722 (m, v(C=O)), 1643 (m, v(C=C)). Synthese von 4-{1,3-Bis[(methacryloyl)oxy]propan-2-yloxy}-4-oxo-butansäure (GDM-SA) If the proportion of MES 2 HEG is subtracted by calculation, the yield is 30.45 g (61.6 mmol, 65%).
M ber. (MES-HEG, C 16 H 26 O 9 ) = 494.53 g / mol
1 H-NMR (400.1 MHz, CDCl 3 ):
δ [ppm] = 1.95 (s, 3 H, C H 3), 2.67 (m, 4H, CC H 2 C H 2 C), 3.60-3.62 (m, 2 H, (OCH 2 CH 2 ) 5 CH 2 C H 2 OH), 3.65-3.73 (m, 20 H, OC H 2 CH 2 (OC H 2 C H 2 ) 4 C H 2 CH 2 OH), 4.23-4.26 (m, 2 H, OC H 2 CH 2 (OCH 2 CH 2 ) 5 OH), 4.35 (s, 4 H, OC H 2 C H 2 O), 5.60 g 5.61 (m, 1 H, H 2 C =, cis), 6.13 (s, 1 H, H 2 C =, trans).
13 C-NMR (100.6 MHz, CDCl3):
δ [ppm] = 18.27 ( C H 3 ), 28.92 (C C H 2 C H 2 C), 61.70, 62.34, 62.38, 63.89, 69.03, 70, 33, 70, 56, 70, 60 u. 72.52 (7x O C H 2 C H 2 O), 126.12 (H 2 C =), 135.88 (= C (CH 3 ) C (O) OR), 167.09 (= C (CH 3 ) C (O) OR), 172.04 u. 172.19 (O C (O) CH 2 CH 2 C (O) O).
FT-IR: v ~ [cm -1 ] = 3466 (m, v (OH)), 2873 (s, v (CH)), 1737 (vs, v (C = O)), 1637 (m, v ( C = C)).
μ-Raman: v ~ [cm -1 ] = 2935 u. 2888 (vs, v (CH)), 1722 (m, v (C = O)), 1643 (m, v (C = C)). Synthesis of 4- {1,3-bis [(methacryloyl) oxy] propan-2-yloxy} -4-oxo-butanoic acid (GDM-SA)
Die Synthese von 4-{1,3-Bis[(methacryloyl)oxy]propan-2-yloxy}-4-oxo-butansäure (GDM-SA) erfolgte in Anlehnung an eine Vorschrift von
Ausbeute: 96,97 g (295,4 mmol, 92 %)
Mber.(GDM-SA, C15H20O8) = 328,31 g/mol
1H-NMR (400,1 MHz, CDCl3):
δ [ppm] = 1,94 (s, 6 H, CH 3), 2,67 (m, 4 H, CCH 2CH 2C), 4,19–4,45 (m, 4 H, OCH 2CHORCH 2O), 5,36–5,45 (m, 1 H, CH) 5,61–5,62 (m, 2 H, H 2C=, cis), 6,13 (s, 2 H, H 2C=, trans).
13C-NMR (100,6 MHz, CDCl3):
δ [ppm] = 18,23 (CH3), 28,73 u. 28,78 (CCH2 CH2C), 62,48 u. 67,05 (OCH2CHORCH2O), 69,51 (CH), 126,51 (H2 C=), 135,61 (=C(CH3)C(O)OR), 166,82 (=C(CH3)C(O)OR), 171,20 (C(O)OR), 177,71 (C(O)OH).
FT-IR: v ~ [cm–1] = 3265 (m, v(OH)), 2961 u. 2930 (m, v (CH)), 1724 (vs, v (C=O)), 1638 (m, v (C=C)).
µ-Raman: v ~ [cm–1] = 2965 u. 2932 (vs, v C-H)), 1722 (s, v C=O)), 1639 (s, v C=C)). Synthese von 4-{1,3-Bis[(methacryloyl)oxy]propan-2-yloxy}-4-oxo-butansäurechlorid (GDM-SA-Cl) The synthesis of 4- {1,3-bis [(methacryloyl) oxy] propan-2-yloxy} -4-oxo-butanoic acid (GDM-SA) was carried out in accordance with a protocol of
Yield: 96.97 g (295.4 mmol, 92%).
M ber. (GDM-SA, C 15 H 20 O 8 ) = 328.31 g / mol
1 H-NMR (400.1 MHz, CDCl 3 ):
δ [ppm] = 1.94 (s, 6 H, C H 3), 2.67 (m, 4H, CC H 2 C H 2 C), 4.19 to 4.45 (m, 4 H, OC H 2 CHORC H 2 O), 5.36-5.45 (m, 1 H, C H ) 5.61-5.62 (m, 2 H, H 2 C =, cis), 6.13 ( s, 2H, H 2 C =, trans).
13 C-NMR (100.6 MHz, CDCl3):
δ [ppm] = 18.23 ( C H 3 ), 28.73 u. 28.78 (C C H 2 C H 2 C), 62.48 u. 67.05 (O C H 2 CHOR C H 2 O), 69.51 ( C H), 126.51 (H 2 C =), 135.61 (= C (CH 3 ) C (O) OR), 166.82 (= C (CH 3) C (O) OR), 171.20 (C (O) OR), 177.71 (C (O) OH).
FT-IR: v ~ [cm -1 ] = 3265 (m, v (OH)), 2961 u. 2930 (m, v (CH)), 1724 (vs, v (C = O)), 1638 (m, v (C = C)).
μ-Raman: v ~ [cm -1 ] = 2965 u. 2932 (vs, v CH)), 1722 (s, v C = O)), 1639 (s, v C = C)). Synthesis of 4- {1,3-bis [(methacryloyl) oxy] propan-2-yloxy} -4-oxobutanoic Acid Chloride (GDM-SA-Cl)
Die Synthese von 4-{1,3-Bis[(methacryloyl)oxy]propan-2-yloxy}-4-oxo-butansäure (GDM-SA-Cl) wurde analog zur Synthese von MES-Cl durchgeführt: 90,30 g (275,0 mmol, 1,0 Äquiv.) GDM-SA wurden unter Stickstoffatmosphäre und Rühren mit 65,27 g (551,4 mmol, 2,0 Äquiv.) Thionylchlorid versetzt, für 30 min bei 30°C und 1 h bei 50°C gerührt. Hierauf wurden das überschüssige Thionylchlorid und flüchtige Bestandteile unter vermindertem Druck bzw. im Ölpumpenvakuum entfernt.
Ausbeute: 92,64 g (267,2 mmol, 97 %)
Mber.(GDM-SA-Cl, C15H19ClO7) = 346,76 g/mol
1H-NMR (400,1 MHz, CDCl3):
δ [ppm] = 1,95 (s, 6 H, CH 3), 2,70–2,73 (t, 2 H, CH 2CH2C(O)Cl, 3JHH = 6,9 Hz), 3,21–3,24 (t, 2 H, CH2CH 2C(O)Cl, 3JHH = 6,8 Hz), 4,25–4,44 (m, 4 H, OCH 2CHORCH 2O), 5,34–5,46 (m, 1 H, CH), 5,60–5,63 (m, 2 H, H 2C=, cis), 6,13 (m, 2 H, H 2C=, trans).
13C-NMR (100,6 MHz, CDCl3):
δ [ppm] = 18,25 (CH3), 29,32 (CH2CH2C(O)Cl), 41,69 (CH2 CH2C(O)Cl), 62,38 (OCH2CHORCH2O), 70,05 (CH), 126,57 (H2 C=), 135,58 (=C(CH3)C(O)OR), 166,77 (=C(CH3)C(O)OR), 170,04 (C(O)OR) u. 172,81 (C(O)Cl).
FT-IR: v ~ [cm–1] = 2961 u. 2930 (m, v(CH)), 1794 (vs, RCOCl v C=O)), 1724 (vs, v C=O)), 1638 (m, v C=C)), 712 (m, v C-Cl)).
µ-Raman: v ~ [cm–1] = 2965 u. 2932 (vs, v C-H)), 1797 (w, RCOCl v C=O)), 1722 (s, v C=O)), 1639 (s, v C=C)), 712 (w, v C-Cl)), 439 (s, v C-Cl)). Synthese von 4-{1,3-Bis[(methacryloyl)oxy]propan-2-yloxy}-4-oxo-butansäure-triethylenglykolester (GDM-SA-TEG) The synthesis of 4- {1,3-bis [(methacryloyl) oxy] propan-2-yloxy} -4-oxo-butanoic acid (GDM-SA-Cl) was carried out analogously to the synthesis of MES-Cl: 90.30 g (275.0 mmol, 1.0 equiv.) Of GDM-SA were added under nitrogen atmosphere and with stirring to 65.27 g (551.4 mmol, 2.0 equiv.) Of thionyl chloride for 30 min at 30 ° C and 1 h stirred at 50 ° C. The excess thionyl chloride and volatiles were then removed under reduced pressure or oil pump vacuum.
Yield: 92.64 g (267.2 mmol, 97%).
M ber. (GDM-SA-Cl, C 15 H 19 ClO 7 ) = 346.76 g / mol
1 H-NMR (400.1 MHz, CDCl 3 ):
δ [ppm] = 1.95 (s, 6 H, C H 3), 2.70 to 2.73 (t, 2 H, C H 2 CH 2 C (O) Cl, 3 J HH = 6.9 Hz), 3.21-3.24 (t, 2 H, CH 2 C H 2 C (O) Cl, 3 J HH = 6.8 Hz), 4.25-4.44 (m, 4 H, OC H 2 CHORC H 2 O), 5.34-5.46 (m, 1 H, C H ), 5.60-5.63 (m, 2 H, H 2 C =, cis), 6.13 (m, 2H, H 2 C =, trans).
13 C-NMR (100.6 MHz, CDCl3):
δ [ppm] = 18.25 ( C H 3 ), 29.32 ( C H 2 CH 2 C (O) Cl), 41.69 (CH 2 C H 2 C (O) Cl), 62.38 ( O C H 2 CHOR C H 2 O), 70.05 ( C H), 126.57 (H 2 C =), 135.58 (= C (CH 3 ) C (O) OR), 166.77 ( = C (CH 3 ) C (O) OR), 170.04 ( C (O) OR) u. 172.81 ( C (O) Cl).
FT-IR: v ~ [cm -1 ] = 2961 u. 2930 (m, v (CH)), 1794 (vs, RCOCl v C = O)), 1724 (vs, v C = O)), 1638 (m, v C = C)), 712 (m, v C Cl)).
μ-Raman: v ~ [cm -1 ] = 2965 u. 2932 (vs, v CH)), 1797 (w, RCOCl v C = O)), 1722 (s, v C = O)), 1639 (s, v C = C)), 712 (w, v c- Cl)), 439 (s, v C-Cl)). Synthesis of 4- {1,3-bis [(methacryloyl) oxy] propan-2-yloxy} -4-oxo-butanoic acid triethylene glycol ester (GDM-SA-TEG)
Die weitere Umsetzung von GDM-SA zu 4-{1,3-Bis[(methacryloyl)oxy]propan-2-yloxy}-4-oxo-butansäure-triethylenglykolester (GDM-SA-TEG) erfolgte analog zur Synthese von MES-TEG: 48,88 g (325,5 mmol, 3,4 Äquiv.) TEG und 9,32 g (117,8 mmol, 1,2 Äquiv.) Pyridin wurden unter Stickstoffatmosphäre in 100 ml Dichlormethan gelöst. 33,37 g (96,2 mmol, 1,0 Äquiv.) GDM-SA-Cl wurden unter Eiskühlung und Rühren zugegeben. Die Mischung wurde 24 h bei 30 C gerührt und das Produkt anschließend wie zuvor für MES-TEG beschrieben isoliert, gereinigt und stabilisiert.
Roh-Ausbeute: 37,20 g The further conversion of GDM-SA into 4- {1,3-bis [(methacryloyl) oxy] propan-2-yloxy} -4-oxo-butanoic acid triethylene glycol ester (GDM-SA-TEG) was carried out in a manner analogous to the synthesis of MES reagents. TEG: 48.88 g (325.5 mmol, 3.4 equiv.) Of TEG and 9.32 g (117.8 mmol, 1.2 equiv.) Of pyridine were dissolved in 100 ml of dichloromethane under a nitrogen atmosphere. 33.37 g (96.2 mmol, 1.0 equiv.) Of GDM-SA-Cl were added with ice-cooling and stirring. The mixture was stirred at 30 ° C for 24 h and then the product was isolated, purified and stabilized as described previously for MES-TEG.
Crude yield: 37.20 g
Bei der Roh-Ausbeute ist der Anteil an disubstituiertem Alkohol (GDMSA2TEG), der bei der Synthese als Nebenprodukt entsteht, noch nicht berücksichtigt. Dieser Anteil wurde wie zuvor für MES-TEG beschrieben mit Hilfe des 1H-NMR-Sepektrums ermittelt und beträgt ≈20 Mol-%. Da das Nebenprodukt bei der weiteren Umsetzung nicht von Nachteil ist, wurde die Mischung nicht weiter aufgereinigt. In the raw yield, the proportion of disubstituted alcohol (GDMSA 2 TEG), which is formed as a by-product in the synthesis, has not yet been considered. This proportion was determined as previously described for MES-TEG using the 1 H-NMR spectrum and is ≈20 mol%. Since the by-product is not a disadvantage in the further reaction, the mixture was not further purified.
Wird der Anteil an GDMSA2TEG rechnerisch abgezogen, beträgt die Ausbeute 26,23 g (57,0 mmol, 59%).
Mber. (GDM-SA-TEG, C21H32O11) = 460,47 g/mol
1H-NMR (400,1 MHz, CDCl3):
δ [ppm] = 1,94 (s, 6 H, CH 3), 2,67 (s, 4 H, CCH 2CH 2C), 3,60–3,62 (m, 2 H, (OCH2CH2)2OCH2CH 2OH), 3,65–3,74 (m, 8 H, OCH2CH 2OCH 2CH 2OCH 2CH2OH), 4,25–4,45 (m, 6 H, OCH 2CHORCH 2O u. OCH 2CH2(OCH2CH2)2OH), 5,36–5,43 (m, 1 H, CH), 5,61 (m, 2 H, H 2C=, cis), 6,12–6,13 (m, 2 H, H 2C=, trans).
13C-NMR (100,6 MHz, CDCl3):
δ [ppm] = 18,26 (CH3), 28,89 u. 29,02 (CCH2 CH2C), 61,74, 62,47, 63,75, 69,03, 70,33, 70,57 u. 72,47 (3x OCH2 CH2O u. OCH2CHORCH2O), 69,37 (CH), 126,46 (H2 C=), 135,64 (=C(CH3)C(O)OR), 166,78 (=C(CH3)C(O)OR), 171,40 u. 172,06 (OC(O)CH2CH2 C(O)O).
FT-IR: v ~ [cm–1] = 3473 (m, v(OH)), 2957, 2929 u. 2877 (m, v CH)), 1725 (vs, v C=O)), 1638 (m, v C=C)).
µ-Raman: v ~ [cm–1] = 2962 u. 2932 (vs, v C-H)), 1722 (s, v C=O)), 1639 (s, v (C=C)).If the proportion of GDMSA 2 TEG is subtracted by calculation, the yield is 26.23 g (57.0 mmol, 59%).
M ber. (GDM-SA-TEG, C 21 H 32 O 11 ) = 460.47 g / mol
1 H-NMR (400.1 MHz, CDCl 3 ):
δ [ppm] = 1.94 (s, 6 H, C H 3), 2.67 (s, 4H, CC H 2 C H 2 C), 3.60-3.62 (m, 2 H, (OCH 2 CH 2 ) 2 OCH 2 C H 2 OH), 3.65-3.74 (m, 8 H, OCH 2 C H 2 OC H 2 C H 2 OC H 2 CH 2 OH), 4.25 -4.45 (m, 6 H, OC H 2 CHORC H 2 O and OC H 2 CH 2 (OCH 2 CH 2 ) 2 OH), 5.36-5.43 (m, 1 H, C H ) , 5.61 (m, 2H, H 2 C =, cis), 6, 12-6, 13 (m, 2H, H 2 C =, trans).
13 C-NMR (100.6 MHz, CDCl3):
δ [ppm] = 18.26 ( C H 3 ), 28.89 u. 29.02 (C C H 2 C H 2 C), 61.74, 62.47, 63.75, 69.03, 70.33, 70.57, and the like. 72.47 (3x O C H 2 C H 2 O and O C H 2 CHOR C H 2 O), 69.37 ( C H), 126.46 (H 2 C =), 135.64 (= C (CH 3 ) C (O) OR), 166.78 (= C (CH 3 ) C (O) OR), 171.40 u. 172.06 (O C (O) CH 2 CH 2 C (O) O).
FT-IR: v ~ [cm -1 ] = 3473 (m, v (OH)), 2957, 2929 u. 2877 (m, v CH)), 1725 (vs, v C = O)), 1638 (m, v C = C)).
μ-Raman: v ~ [cm -1 ] = 2962 u. 2932 (vs, v CH)), 1722 (s, v C = O)), 1639 (s, v (C = C)).
Umsetzung von 4-[2-(Methacryloyloxy)ethoxy]-4-oxo-butansäure-triethylenglykolester (MES-TEG) mit Siliciumtetraacetat und Hydrolyse/Kondensation des Produkts zur Darstellung des Grundmaterial-Harzes (GM-Harz)Reaction of 4- [2- (methacryloyloxy) ethoxy] -4-oxo-butanoic acid triethylene glycol ester (MES-TEG) with silicon tetraacetate and hydrolysis / condensation of the product to prepare the base material resin (GM resin)
10,37 g (39,2 mmol, 1,0 Äquiv.) Siliciumtetraacetat wurden mit 36,40 g 4-[2-(Methacryloyloxy)ethoxy]-4-oxo-butansäure-triethylenglykolester (MES-TEG), die ca. 15 Mol-% disubstituiertes Nebenprodukt (MES2TEG) enthielten, versetzt. Dies entspricht einem Anteil an MES-TEG von 28,44 g (78,5 mmol, 2,0 Äquiv.). Diese Mischung wurde zunächst 1 min bei Raumtemperatur gerührt und daraufhin 3 h bei 15 mbar auf 50°C erhitzt. Das Produkt wurde 8 h im Ölpumpenvakuum von flüchtigen Bestandteilen befreit und mit Hilfe von Druckluft über einen Filter mit 30 µm Porengröße filtriert.
1H-NMR (400,1 MHz, CDCl3):
δ [ppm] = 1,95 (s, 6 H, CH 3), 2,09–2,16 (m, Rest CH 3COOSi), 2,67 (s, 8 H, CCH 2CH 2C), 3,60–3,71 (m, 16 H, OCH2CH 2OCH 2CH 2OCH 2CH2OSi), 3,92–4,09 (m, 4 H, (OCH2CH2)2OCH2CH 2OSi), 4,24–4,25 (m, 4 H, OCH 2CH2(OCH2CH2)2OSi), 4,35 (m, 8 H OCH 2CH 2O), 5,60–5,61 (m, 2 H, H 2C=, cis), 6,14 (m, 2 H, H 2C=, trans).10.37 g (39.2 mmol, 1.0 equiv) of silicon tetraacetate were mixed with 36.40 g of 4- [2- (methacryloyloxy) ethoxy] -4-oxo-butanoic acid triethylene glycol ester (MES-TEG), which was approximately 15 mole% disubstituted by-product (MES 2 TEG) were added. This corresponds to an MES-TEG content of 28.44 g (78.5 mmol, 2.0 equiv.). This mixture was first stirred for 1 min at room temperature and then heated to 50 ° C for 3 h at 15 mbar. The product was devolatilized for 8 h in an oil pump vacuum and filtered with the aid of compressed air through a filter having a pore size of 30 μm.
1 H-NMR (400.1 MHz, CDCl 3 ):
δ [ppm] = 1.95 (s, 6H, C H 3 ), 2.09-2.16 (m, residue C H 3 COOSi), 2.67 (s, 8 H, CC H 2 C H 2 C), 3.60-3.71 (m, 16 H, OCH 2 C H 2 OC H 2 C H 2 OC H 2 CH 2 OSi), 3.92-4.09 (m, 4 H, ( OCH 2 CH 2 ) 2 OCH 2 C H 2 OSi), 4.24-4.25 (m, 4 H, OC H 2 CH 2 (OCH 2 CH 2 ) 2 OSi), 4.35 (m, 8 H OC H 2 C H 2 O), 5.60-5.61 (m, 2 H, H 2 C =, cis), 6.14 (m, 2 H, H 2 C =, trans).
Die Mischung wurde im Anschluss bei 30 °C in mehreren Schritten hydrolysiert. Dazu wurde sie jeweils mit 100 µl Wasser versetzt, 5 min gerührt, 5 h im Ölpumpenvakuum von flüchtigen Bestandteilen befreit und bis zum nächsten Intervall weiter gerührt. Der Hydrolysegrad der Si-OAc- und der Si-OAlk-Gruppen wurde jeweils mittels 1H-NMR überprüft. Die Wasserzugabe wurde solange wiederholt bis der restliche Acetatgehalt und die Alkoholhydrolyse möglichst gering waren.
Roh-Ausbeute: 33,96 gThe mixture was then hydrolyzed in several steps at 30 ° C. For this purpose, it was in each case mixed with 100 .mu.l of water, stirred for 5 min, freed from volatile components for 5 h in an oil pump vacuum and stirred further until the next interval. The degree of hydrolysis of the Si-OAc and Si-OAlk groups was checked by 1 H-NMR. The addition of water was repeated until the residual acetate content and the alcohol hydrolysis were as low as possible.
Crude yield: 33.96 g
Bei der Roh-Ausbeute ist der Anteil an disubstituiertem Alkohol (MES2TEG), der in MES-TEG enthalten ist, bei der Synthese aber nicht umgesetzt wird, noch nicht berücksichtigt. Wird dieser Anteil rechnerisch abgezogen, beträgt die Ausbeute 26,00 g (32,4 mmol, 83%).
M(GM)ber. = ≈802 g/mol
1H-NMR (400,1 MHz, CDCl3):
δ [ppm] = 1,95 (s, 6 H, CH 3), 2,08–2,11 (m, Rest CH 3COOSi), 2,66 (s, 8 H, CCH 2CH 2C), 3,58–3,71 (m, 16 H, OCH2CH 2OCH 2CH 2OCH 2CH2OSi), 3,92–4,02 (m, 4 H, (OCH2CH2)2OCH2CH 2OSi), 4,23–4,26 (m, 4 H, OCH 2CH2(OCH2CH2)OSi), 4,35 (m, 8 H, OCH 2CH 2O), 5,60 (m, 2 H, H 2C=, cis), 6,13 (m, 2 H, H 2C=, trans).
29Si-NMR (75,5 MHz, Aceton-d6):
δ [ppm] = –82,76 (Q0, ≈11 %), –86,97 bis –89,99 (Q1, ≈35 %), –94,00 bis –96,99 (Q2, ≈38 %), –101,47 bis –103,22 (Q3, ≈16 %).In the raw yield, the proportion of disubstituted alcohol (MES 2 TEG), which is included in MES-TEG, but is not reacted in the synthesis, not yet considered. If this proportion is deducted by calculation, the yield is 26.00 g (32.4 mmol, 83%).
M (GM) ber. = ≈802 g / mol
1 H-NMR (400.1 MHz, CDCl 3 ):
δ [ppm] = 1.95 (s, 6H, C H 3 ), 2.08-2.11 (m, residue C H 3 COOSi), 2.66 (s, 8 H, CC H 2 C H 2 C), 3.58-3.71 (m, 16 H, OCH 2 C H 2 OC H 2 C H 2 OC H 2 CH 2 OSi), 3.92-4.02 (m, 4 H, ( OCH 2 CH 2 ) 2 OCH 2 C H 2 OSi), 4.23-4.26 (m, 4 H, OC H 2 CH 2 (OCH 2 CH 2 ) OSi), 4.35 (m, 8 H, OC H 2 C H 2 O), 5.60 (m, 2 H, H 2 C =, cis), 6.13 (m, 2 H, H 2 C =, trans).
29 Si NMR (75.5 MHz, acetone-d 6 ):
δ [ppm] = -82.76 (Q 0, ≈11%), -86.97 to -89.99 (Q 1, ≈35%), -94.00 to -96.99 (Q 2, ≈ 38%), -101.47 to -103.22 (Q 3, ≈16%).
Umsetzung von 4-[2-(Methacryloyloxy)ethoxy]-4-oxo-butansäure-hexaethylenglykolester (MES-HEG) mit Siliciumtetraacetat und Hydrolyse/Kondensation des Produkts zur Darstellung des Harzes für Strukturvariante I (SV I-Harz)Reaction of 4- [2- (methacryloyloxy) ethoxy] -4-oxo-butanoic acid hexaethylene glycol ester (MES-HEG) with silicon tetraacetate and hydrolysis / condensation of the product to prepare the resin for structural variant I (SV I resin)
14,09 g (53,3 mmol, 1,0 Äquiv.) Siliciumtetraacetat wurden mit 56,82 g 4-[2-(Methacryloyloxy)ethoxy]-4-oxo-butansäure-hexaethylenglykolester (MES-HEG), die ca. 5 Mol-% disubstituiertes Nebenprodukt enthielten, versetzt (Anteil an MES-HEG: 52,76 g (106,7 mmol, 2,0 Äquiv.)) und wie zuvor bei der Synthese von GM-Harz beschrieben umgesetzt, von flüchtigen Bestandteilen befreit und druckfiltriert.
1H-NMR (400,1 MHz, CDCl3):
δ [ppm] = 1,95 (s, 6 H, CH 3), 2,08–2,16 (m, Rest CH 3COOSi), 2,67 (s, 8 H, CCH 2CH 2C), 3,57–3,71 (m, 40 H, OCH2CH 2(OCH 2CH 2)4OCH 2CH2OSi), 3,91–4,08 (m, 4 H, (OCH2CH2)5OCH2CH 2OSi), 4,23–4,26 (m, 4 H, OCH 2CH2(OCH2CH2)5OSi), 4,35 (m, 8 H OCH 2CH 2O), 5,60 (m, 2 H, H 2C=, cis), 6,13 (m, 2 H, H 2C=, trans).14.09 g (53.3 mmol, 1.0 equiv.) Of silicon tetraacetate were mixed with 56.82 g of 4- [2- (methacryloyloxy) ethoxy] -4-oxo-butanoic acid hexaethylene glycol ester (MES-HEG), which was ca. 5 mole% disubstituted by-product, added (proportion of MES-HEG: 52.76 g (106.7 mmol, 2.0 equiv.)) And reacted as described previously in the synthesis of GM resin, devolatilized and pressure filtered.
1 H-NMR (400.1 MHz, CDCl 3 ):
δ [ppm] = 1.95 (s, 6H, C H 3 ), 2.08-2.16 (m, balance C H 3 COOSi), 2.67 (s, 8 H, CC H 2 C H 2 C), 3.57-3.71 (m, 40 H, OCH 2 C H 2 (OC H 2 C H 2 ) 4 OC H 2 CH 2 OSi), 3.91-4.08 (m, 4 H, (OCH 2 CH 2 ) 5 OCH 2 C H 2 OSi), 4.23-4.26 (m, 4 H, OC H 2 CH 2 (OCH 2 CH 2 ) 5 OSi), 4.35 (m , 8 H OC H 2 C H 2 O), 5.60 (m, 2 H, H 2 C =, cis), 6.13 (m, 2 H, H 2 C =, trans).
Die anschließende Hydrolyse/Kondensation erfolgte wie zuvor bei der Synthese von GM-Harz erläutert schrittweise bei 30°C und wurde mittels 1H-NMR kontrolliert.
Roh-Ausbeute: 54,48 gThe subsequent hydrolysis / condensation was carried out stepwise at 30 ° C. as explained above in the synthesis of GM resin and was monitored by 1 H-NMR.
Raw yield: 54.48 g
Bei der Roh-Ausbeute ist der Anteil an disubstituiertem Alkohol (MES2HEG), der in MES-HEG enthalten ist, bei der Synthese aber nicht umgesetzt wird, noch nicht berücksichtigt. Wird dieser Anteil rechnerisch abgezogen, beträgt die Ausbeute 50,42 g (47,0 mmol, 88%).
M(SV I)ber. = ≈1073 g/mol
1H-NMR (400,1 MHz, CDCl3):
δ [ppm] = 1,95 (s, 6 H, CH 3), 2,06–2,11 (m, Rest CH 3COOSi), 2,67 (s, 8 H, CCH 2CH 2C), 3,57–3,71 (m, 40 H, OCH2CH 2(OCH 2CH 2)4OCH 2CH2OSi), 3,91–4,01 (m, 4 H, (OCH2CH2)5OCH2CH 2OSi), 4,23–4,26 (m, 4 H, OCH 2CH2(OCH2CH2)5OSi), 4,35 (m, 8 H OCH 2CH 2O), 5,60–5,61 (m, 2 H, H 2C=, cis), 6,13 (m, 2 H, H 2C=, trans).
29Si-NMR (75,5 MHz, Aceton-d6):
δ [ppm] = –82,79 u. –83,47 (Q0, 7 %), –86,02 bis –90,09 (Q1, 30 %), –93,63 bis –97,40 (Q2, 44 %), –100,60 bis –104,96 (Q3, 19 %).In the crude yield, the proportion of disubstituted alcohol (MES 2 HEG), which is contained in MES-HEG, but is not reacted in the synthesis, not yet considered. If this proportion is deducted by calculation, the yield is 50.42 g (47.0 mmol, 88%).
M (SV I) calc . = ≈1073 g / mol
1 H-NMR (400.1 MHz, CDCl 3 ):
δ [ppm] = 1.95 (s, 6H, C H 3 ), 2.06-2.11 (m, balance C H 3 COOSi), 2.67 (s, 8 H, CC H 2 C H 2 C), 3.57-3.71 (m, 40 H, OCH 2 C H 2 (OC H 2 C H 2 ) 4 OC H 2 CH 2 OSi), 3.91-4.01 (m, 4 H, (OCH 2 CH 2 ) 5 OCH 2 C H 2 OSi), 4.23-4.26 (m, 4 H, OC H 2 CH 2 (OCH 2 CH 2 ) 5 OSi), 4.35 (m , 8 H OC H 2 C H 2 O), 5.60-5.61 (m, 2 H, H 2 C =, cis), 6.13 (m, 2 H, H 2 C =, trans).
29 Si NMR (75.5 MHz, acetone-d 6 ):
δ [ppm] = -82.79 u. -83.47 (Q 0, 7%), -86.02 to -90.09 (
Umsetzung von 4-{1,3-Bis[(methacryloyl)oxy]propan-2-yloxy}-4-oxo-butansäure-triethylenglykolester (GDM-SA-TEG) mit Siliciumtetraacetat und Hydrolyse/ Kondensation des Produkts zur Darstellung des Harzes für Strukturvariante II (SV II-Harz)Reaction of 4- {1,3-bis [(methacryloyl) oxy] propan-2-yloxy} -4-oxo-butanoic acid triethylene glycol ester (GDM-SA-TEG) with silicon tetraacetate and hydrolysis / condensation of the product to prepare the resin for Structure variant II (SV II resin)
Die Umesterung an Siliciumtetraacetat durch GDM-SA-TEG wurde wie folgt durchgeführt: 7,91 g (29,9 mmol, 1,0 Äquiv.) Siliciumtetraacetat wurden mit 40,13 g 4-{1,3-Bis[(methacryloyl)oxy]propan-2-yloxy}-4-oxo-butansäure-triethylenglykolester (GDM-SA-TEG), die ca. 20 Mol-% disubstituiertes Nebenprodukt enthielten (Anteil an GDM-SA-TEG: 28,29 g (61,4 mmol, 2,0 Äquiv.)), umgesetzt. Das Produkt wurde anschließend von flüchtigen Bestandteilen befreit und druckfiltriert.
1H-NMR (400,1 MHz, CDCl3):
δ [ppm] = 1,94 (s, 12 H, CH 3), 2,09–2,16 (m, Rest CH 3COOSi), 2,66 (s, 8 H, CCH 2CH 2C), 3,58–3,69 (m, 16 H, OCH2CH 2OCH 2CH 2OCH 2CH2OSi), 3,92–4,09 (m, 4 H, (OCH2CH2)2OCH2CH 2OSi), 4,23–4,45 (m, 12 H, OCH 2CHORCH 2O u. OCH 2CH2(OCH2CH2)2OSi), 5,33–5,47 (m, 2 H, CH), 5,61 (m, 4 H, H 2C=, cis), 6,12 (m, 4 H, H 2C=, trans). The transesterification of silicon tetraacetate by GDM-SA-TEG was carried out as follows: 7.91 g (29.9 mmol, 1.0 equiv) of silicon tetraacetate were mixed with 40.13 g of 4- {1,3-bis [(methacryloyl) oxy] propan-2-yloxy} -4-oxo- Butansäure-triethylene glycol ester (GDM-SA-TEG) containing about 20 mol% disubstituted by-product (proportion of GDM-SA-TEG: 28.29 g (61.4 mmol, 2.0 equiv.)) Reacted. The product was then devolatilized and pressure filtered.
1 H-NMR (400.1 MHz, CDCl 3 ):
δ [ppm] = 1.94 (s, 12 H, C H 3 ), 2.09-2.16 (m, balance C H 3 COOSi), 2.66 (s, 8 H, CC H 2 C H 2 C), 3.58-3.69 (m, 16 H, OCH 2 C H 2 OC H 2 C H 2 OC H 2 CH 2 OSi), 3.92-4.09 (m, 4 H, ( OCH 2 CH 2 ) 2 OCH 2 C H 2 OSi), 4,23-4,45 (m, 12 H, OC H 2 CHORC H 2 O, and OC H 2 CH 2 (OCH 2 CH 2 ) 2 OSi) , 5.33 to 5.47 (m, 2 H, C H), 5.61 (m, 4 H, H 2 C =, cis), 6.12 (m, 4 H, H 2 C =, trans ).
Die Hydrolyse/Kondensation erfolgte wie zuvor bei der Synthese von GM-Harz erläutert schrittweise bei 30°C und wurde mittels 1H-NMR kontrolliert.
Roh-Ausbeute: 32,01 g The hydrolysis / condensation was carried out stepwise at 30 ° C as previously described in the synthesis of GM resin and was monitored by 1 H-NMR.
Crude yield: 32.01 g
Bei der Roh-Ausbeute ist der Anteil an disubstituiertem Alkohol (GDMSA2TEG), der in GDM-SA-TEG enthalten ist, bei der Synthese aber nicht umgesetzt wird, noch nicht berücksichtigt. Wird dieser Anteil rechnerisch abgezogen, beträgt die Ausbeute 20,17 g (20,6 mmol, 69%).
M(SV II)ber. = ≈980 g/mol
1H-NMR (400,1 MHz, CDCl3):
δ [ppm] = 1,94 (s, 12 H, CH 3), 2,07 (m, Rest CH 3COOSi), 2,66 (s, 8 H, CCH 2CH 2C), 3,58–3,75 (m, 16 H, OCH2CH 2OCH 2CH 2OCH 2CH2OSi), 3,92–3,95 (m, 4 H, (OCH2CH2)2OCH2CH 2OSi), 4,23–4,45 (m, 12 H, OCH 2CHOCH 2O u. OCH 2CH2(OCH2CH2)2OSi), 5,37–5,46 (m, 2 H, CH), 5,61 (m, 4 H, H 2C=, cis), 6,12 (m, 4 H, H 2C=, trans).
29Si-NMR (75,5 MHz, Aceton-d6):
δ [ppm] = –82,80 (Q0, ≈30 %), –89,4 bis –89,51 (Q1, ≈38 %), –96,51 bis –96,78 (Q2, ≈24 %), –98,77 bis –110,12 (Q3, ≈8 %).In the raw yield, the proportion of disubstituted alcohol (GDMSA 2 TEG), which is contained in GDM-SA-TEG, but is not reacted in the synthesis, not yet considered. If this proportion is deducted by calculation, the yield is 20.17 g (20.6 mmol, 69%).
M (SV II) calc . = ≈980 g / mol
1 H-NMR (400.1 MHz, CDCl 3 ):
δ [ppm] = 1.94 (s, 12 H, C H 3 ), 2.07 (m, residue C H 3 COOSi), 2.66 (s, 8 H, CC H 2 C H 2 C), 3.58-3.75 (m, 16 H, OCH 2 C H 2 OC H 2 C H 2 OC H 2 CH 2 OSi), 3.92-3.95 (m, 4 H, (OCH 2 CH 2 ) 2 OCH 2 C H 2 OSi), 4.23-4.45 (m, 12 H, OC H 2 CHOC H 2 O, and OC H 2 CH 2 (OCH 2 CH 2 ) 2 OSi), 5.37 -5.46 (m, 2 H, C H), 5.61 (m, 4 H, H 2 C =, cis), 6.12 (m, 4 H, H 2 C =, trans).
29 Si NMR (75.5 MHz, acetone-d 6 ):
δ [ppm] = -82.80 (Q 0, ≈30%), -89.4 to -89.51 (Q 1, ≈38%), -96.51 to -96.78 (Q 2, ≈ 24%), -98.77 to -110.12 (Q 3, ≈8%).
Partielle Hydrolyse und Kondensation von Ethyltriacetoxysilan (pHK-EtSi(OAc)3)Partial Hydrolysis and Condensation of Ethyltriacetoxysilane (pHK-EtSi (OAc) 3 )
5,00 g (21,4 mmol, 1,0 Äquiv.) Ethyltriacetoxysilan wurden in 3,72 g (64,0 mmol, 3,0 Äquiv.) Aceton-d6 gelöst und unter Rühren bei 30°C mit 285 µl (15,8 mmol, 0,7 Äquiv.) Wasser in Form einer 10–2 molaren Salzsäurelösung versetzt (pHK-EtSi(OAc)3-V1). Die Mischung wurde für 24 h bei Raumtemperatur gerührt und nicht weiter aufgearbeitet, um das Gleichgewicht nicht zu beeinträchtigen.5.00 g (21.4 mmol, 1.0 equiv.) Of ethyltriacetoxysilane were dissolved in 3.72 g (64.0 mmol, 3.0 equiv.) Of acetone-d 6 and stirred at 30 ° C with 285 μl (15.8 mmol, 0.7 equiv.) Of water in the form of a 10 -2 molar hydrochloric acid solution (pHK-EtSi (OAc) 3 -V1). The mixture was stirred for 24 h at room temperature and not worked up further, so as not to affect the equilibrium.
Die Synthese wurde analog mit 10–1 und 1 molarer Salzsäurelösung durchgeführt (pHK-EtSi(OAc)3-V2 u. -V3). Die Auswertung der entsprechenden 1H-NMR-Spektren für pHK-EtSi(OAc)3-V1 bis -V3 ist in der nachfolgenden Tabelle A5 zusammen gefasst. Tab. A5: Integrale der CH3-Gruppen in den 1H-NMR-Spektren der Mischungen pHK-EtSi(OAc)3-V1 bis -V3 zur partiellen Hydrolyse und Kondensation von Ethyltriacetoxysilan in Aceton-d6 nach 24 h.
Die Ergebnisse der 29Si-NMR-Messungen für pHK-EtSi(OAc)3-V1 bis -V3 zur Ermittlung des Kondensationsgrads der Mischungen sind in Tabelle A6 zusammengefasst. Der Kondensationsgrad wurde nach der nachstehenden Formel ermittelt. Für die partielle Hydrolyse und Kondensation von Ethyltriacetoxysilan sind lediglich T-Gruppen zu beachten. Tab. A6: Verteilung der T-Gruppen in den 29Si-NMR-Spektren der Mischungen pHK-EtSi(OAc)3-V1 bis -V3 für die partielle Hydrolyse von Ethyltriacetoxysilan nach 6 h.
Cokondensation des Produkts aus 4-[2-(Methacryloyloxy)ethoxy]-4-oxo-butansäure-triethylenglykolester und Siliciumtetraacetat ((MES-TEG)2-Si(OAc)2) mit teilhydrolysiertem Ethyltriacetoxysilan (pHK-EtSi(OAc)3-V3) zur Darstellung des Harzes für Strukturvariante III (SV III-Harz)Cocondensation of the product of 4- [2- (methacryloyloxy) ethoxy] -4-oxo-butanoic acid triethylene glycol ester and silicon tetraacetate ((MES-TEG) 2 -Si (OAc) 2 ) with partially hydrolyzed ethyltriacetoxysilane (pHK-EtSi (OAc) 3 - V3) for the representation of the resin for structural variant III (SV III resin)
In einer weiteren Synthese wurde das Additionsprodukt aus MES-TEG und Siliciumtetraacetat ((MES-TEG)2Si(OAc)2) mit teilkondensiertem Ethyltriacetoxysilan (pHK-EtSi(OAc)3-V3) umgesetzt. In a further synthesis, the addition product of MES-TEG and silicon tetraacetate ((MES-TEG) 2 Si (OAc) 2 ) was reacted with partially condensed ethyltriacetoxysilane (pHK-EtSi (OAc) 3 -V3).
Dazu wurden 9,56 g (36,2 mmol, 1,0 Äquiv.) wie zuvor beschrieben mit 33,55 g (85,1 mmol) 4-[2-(Methacryloyloxy)ethoxy]-4-oxo-butansäure-triethylenglykolester, die ca. 15 Mol-% disubstituiertes Nebenprodukt enthielten, versetzt (Anteil an MES-TEG: 26,21 g (72,3 mmol, 2,0 Äquiv.), umgesetzt und das Reaktionsprodukt von flüchtigen Bestandteilen befreit. Außerdem wurden 8,49 g (36,2 mmol, 1,0 Äquiv.) Ethyltriacetoxysilan in 6,32 g (108,8 mmol, 3,0 Äquiv.) Aceton gelöst, mit 480 µl Wasser (26,6 mmol, 0,74 Äquiv.) in Form einer 10–2 molaren Salzsäurelösung versetzt und für 24 h bei 30°C gerührt. Daraufhin wurden beide Mischungen zusammen gegeben, das Lösemittel unter vermindertem Druck bzw. im Ölpumpenvakuum entfernt.
1H-NMR (400,1 MHz, CDCl3):
δ [ppm] = 0,71–1,05 (m, 5H, CH 3CH 2Si), 1,95 (s, 6 H, CH 3), 2,08–2,16 (m, Rest CH 3COOSi), 2,67 (s, 8 H, CCH 2CH 2C), 3,58–3,71 (m, 16 H, OCH2CH 2OCH 2CH 2OCH 2CH2OSi), 3,92–4,09 (m, 4 H, (OCH2CH2)2OCH2CH 2OSi), 4,23–4,27 (m, 4 H, OCH 2CH2(OCH2CH2)2OSi), 4,35 (m, 8 H OCH 2CH 2O), 5,60–5,61 (m, 2 H, H 2C=, cis), 6,13 (m, 2 H, H 2C=, trans). To this was added 9.56 g (36.2 mmol, 1.0 equiv) as described previously with 33.55 g (85.1 mmol) of 4- [2- (methacryloyloxy) ethoxy] -4-oxo-butanoic acid triethylene glycol ester containing about 15 mol% disubstituted by-product, reacted (proportion of MES-TEG: 26.21 g (72.3 mmol, 2.0 equiv.), reacted and the reaction product devolatilized. Dissolve 49 g (36.2 mmol, 1.0 equiv) of ethyltriacetoxysilane in 6.32 g (108.8 mmol, 3.0 equiv.) Of acetone, add 480 μl of water (26.6 mmol, 0.74 equiv. ) in the form of a 10 -2 molar hydrochloric acid solution and stirred for 24 h at 30 ° C. Then both mixtures were added together, the solvent was removed under reduced pressure or in an oil pump vacuum.
1 H-NMR (400.1 MHz, CDCl 3 ):
δ [ppm] = 0.71-1.05 (m, 5H, C H 3 C H 2 Si), 1.95 (s, 6H, C H 3 ), 2.08-2.16 (m, Residue C H 3 COOSi), 2.67 (s, 8 H, CC H 2 C H 2 C), 3.58-3.71 (m, 16 H, OCH 2 C H 2 OC H 2 C H 2 OC H 2 CH 2 OSi), 3.92-4.09 (m, 4 H, (OCH 2 CH 2 ) 2 OCH 2 C H 2 OSi), 4.23-4.27 (m, 4 H, OC H 2 CH 2 (OCH 2 CH 2 ) 2 OSi), 4.35 (m, 8 H OC H 2 C H 2 O), 5.60-5.61 (m, 2 H, H 2 C =, cis) , 6.13 (m, 2H, H 2 C =, trans).
Die beiden Verbindungen wurden danach wie bei der Synthese von GM-Harz näher erläutert schrittweise bei 30°C hydrolysiert und cokondensiert. Die Reaktion wurde dabei mittels 1H-NMR kontrolliert.
1H-NMR (400,1 MHz, CDCl3):
δ [ppm] = 0,64–1,00 (m, 5H, CH 3CH 2Si), 1,95 (s, 6 H, CH 3), 2,06–2,08 (m, Rest CH 3COOSi), 2,66 (s, 8 H, CCH 2CH 2C), 3,59–3,72 (m, 16 H, OCH2CH 2OCH 2CH 2OCH 2CH2OSi), 3,92–3,95 (m, 4 H, (OCH2CH2)2OCH2CH 2OSi), 4,23–4,26 (m, 4 H, OCH 2CH2(OCH2CH2)2OSi), 4,35 (m, 8 H OCH 2CH 2O), 5,60 (m, 2 H, H 2C=, cis), 6,13 (m, 2 H, H 2C=, trans).
29Si-NMR (75,5 MHz, Aceton-d6):
δ [ppm] = –50,12 bis –61,44 (T1, ≈20%), –58,06 bis –61,44 (T2, ≈28%), –66,87 bis –67,26 (T3, ≈5%), –82,81 (Q0, ≈3%), –86,10 bis –89,42 (Q1, ≈9%), –93,70 bis –96,25 (Q2, ≈22%), –100,74 bis –103,34 (Q3, ≈12%), –109,67 (Q4, < 1%).
Roh-Ausbeute: 33,21 gThe two compounds were then hydrolyzed stepwise at 30 ° C and co-condensed as explained in more detail in the synthesis of GM resin. The reaction was monitored by 1 H-NMR.
1 H-NMR (400.1 MHz, CDCl 3 ):
δ [ppm] = 0.64-1.00 (m, 5H, C H 3 C H 2 Si), 1.95 (s, 6H, C H 3 ), 2.06-2.08 (m, Residue C H 3 COOSi), 2.66 (s, 8 H, CC H 2 C H 2 C), 3.59-3.72 (m, 16 H, OCH 2 C H 2 OC H 2 C H 2 OC H 2 CH 2 OSi), 3.92-3.95 (m, 4 H, (OCH 2 CH 2 ) 2 OCH 2 C H 2 OSi), 4.23-4.26 (m, 4 H, OC H 2 CH 2 (OCH 2 CH 2 ) 2 OSi), 4.35 (m, 8 H OC H 2 C H 2 O), 5.60 (m, 2 H, H 2 C =, cis), 6.13 (m, 2H, H 2 C =, trans).
29 Si NMR (75.5 MHz, acetone-d 6 ):
δ [ppm] = -50.12 to -61.44 (T 1 , ≈20%), -58.06 to -61.44 (T 2 , ≈28%), -66.87 to -67.26 (T 3 , ≈5%), -82,81 (Q 0 , ≈3%), -86,10 to -89,42 (Q 1 , ≈9%), -93,70 to -96,25 ( Q 2 , ≈22%), -100.74 to -103.34 (Q 3 , ≈ 12%), -109.67 (Q 4 , <1%).
Crude yield: 33.21 g
Bei der Roh-Ausbeute ist der Anteil an disubstituiertem Alkohol (MES2TEG), der in MES-TEG enthalten ist, bei der Synthese aber nicht umgesetzt wird, noch nicht berücksichtigt. Wird dieser Anteil rechnerisch abgezogen, beträgt die Ausbeute 25,87 g (60,2 mmol, 83%).
M(SV III)ber. = ≈860 g/molIn the raw yield, the proportion of disubstituted alcohol (MES 2 TEG), which is included in MES-TEG, but is not reacted in the synthesis, not yet considered. If this proportion is deducted by calculation, the yield is 25.87 g (60.2 mmol, 83%).
M (SV III) calc . = ≈860 g / mol
Die zu untersuchenden Harzsysteme wurden jeweils mit 1 Gew.-% des Photoinitiators Lucirin-TPO versetzt und solange bei 30°C bzw. 40°C gerührt, bis der Initiator gelöst war (ca. 24–48 h). Each of the resin systems to be investigated was admixed with 1% by weight of the photoinitiator Lucirin-TPO and stirred at 30 ° C. or 40 ° C. until the initiator had dissolved (about 24-48 h).
Für die Zugfestigkeitsmessungen wurden in Anlehnung an DIN 53504 Prüfkörper mit einer Gesamtlänge von 54 mm und einem Querschnitt von 2 mm × 4 mm hergestellt. Die Enden wurden dabei 30 s und der Steg insgesamt 100 s pro Seite mit einer Blaulicht-Lampe der Firma VOCO im Wellenlängenbereich 380–520 nm bestrahlt.For the tensile strength measurements, test specimens with a total length of 54 mm and a cross section of 2 mm × 4 mm were produced on the basis of DIN 53504. The ends were irradiated for 30 s and the bridge for a total of 100 s per side with a blue light lamp from VOCO in the wavelength range 380-520 nm.
Für die Degradationsuntersuchungen und Biokompatibilitätstests wurden Prüfkörper in Scheibenform (Durchmesser ca. 10 mm, Höhe ca. 2 mm) mit einem Gewicht von je etwa 200 mg durch Bestrahlung der Harzsysteme mit obiger Lichtquelle hergestellt. Jede Scheibenseite wurde 100 s lang belichtet, der Rand weitere 30 s. For the degradation and biocompatibility tests, specimens in disc shape (diameter about 10 mm, height about 2 mm) with a weight of about 200 mg each were prepared by irradiating the resin systems with the above light source. Each side of the pane was exposed for 100 s, the edge for another 30 s.
Alternativ können die Harzsysteme auch mit 1 Gew.-% eines thermischen Initiators, wie z. B. Dibenzoylperoxid versetzt werden und bei 40°C gerührt werden, bis sich dieser gelöst hat (etwa 24 h). Danach können Proben hergestellt werden, indem die Formulierung bei 100°C für 4 h ausgehärtet wird.Alternatively, the resin systems can also with 1 wt .-% of a thermal initiator, such. B. dibenzoyl peroxide are added and stirred at 40 ° C until it has dissolved (about 24 h). Thereafter, samples may be prepared by curing the formulation at 100 ° C for 4 hours.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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US20140072806A1 (en) * | 2011-05-09 | 2014-03-13 | Novomer, Inc. | Polymer compositions and methods |
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2014
- 2014-12-17 DE DE102014118901.9A patent/DE102014118901A1/en not_active Ceased
Patent Citations (2)
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