oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec · oksalati, imobilizirani na vinilbenzil...
TRANSCRIPT
Magistrsko delo
OKSALATI, IMOBILIZIRANI NA VINILBENZIL KLORIDNI NOSILEC
avgust, 2016 Selena Bošnjak
Selena Bošnjak
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
Magistrsko delo
Maribor, 2016
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
Magistrsko delo študijskega programa II. stopnje
Študent: Selena Bošnjak
Študijski program: magistrski študijski program II. stopnje Kemija
Predvideni strokovni naslov: magistrica kemije
Mentor: izr. prof. dr. Jernej Iskra
Komentor: red. prof. dr. Peter Krajnc
Maribor, 2016
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
I
Kazalo
Kazalo ........................................................................................................................................ I Izjava....................................................................................................................................... III Zahvala ................................................................................................................................... IV
Povzetek ................................................................................................................................... V Abstract ................................................................................................................................... VI Seznam tabel ......................................................................................................................... VII Seznam slik .......................................................................................................................... VIII Seznam shem .......................................................................................................................... IX
Uporabljeni simboli in kratice ................................................................................................. X 1 Uvod .................................................................................................................................. 1 2 Teoretični del ..................................................................................................................... 3
2.1 Sinteza v trdni fazi ..................................................................................................... 3 2.1.1 Splošni pojmi ...................................................................................................... 3 2.1.2 Uporaba PS reaktantov ....................................................................................... 5
2.1.3 PoliHIPE ........................................................................................................... 10 2.2 Kemiluminiscenca .................................................................................................... 10
2.2.1 Peroksioksalatna kemiluminiscenca ................................................................. 11
2.2.2 Analiza vodikovega peroksida .......................................................................... 11 2.2.3 Kemijski senzorji .............................................................................................. 13
3 Eksperimentalni del ......................................................................................................... 14 3.1 Material .................................................................................................................... 14
3.2 Laboratorijski instrumenti ........................................................................................ 15 3.3 Laboratorijske metode dela ...................................................................................... 15
3.3.1 Reakcija polimerizacije poli(VBC-ko-DVB) monolita .................................... 15 3.3.2 Hiperzamreženje poli(VBC-ko-DVB) monolita s Friedel-Craftsovo reakcijo . 16 3.3.3 Funkcionalizacija polimera z 2-amino-2-hidroksimetil-propan-1,3-diolom .... 17 3.3.4 Reakcija polimera s 5 ekvivalenti oksalil klorida pri povišani temperaturi ..... 18
3.3.5 Reakcija polimera s 5 ekvivalenti oksalil klorida pri sobni temperaturi .......... 19 3.3.6 Reakcija polimera z 1 ekvivalentom oksalil klorida pri sobni temperaturi ...... 20
3.3.7 Reakcija polimera s tionil kloridom ................................................................. 21 3.3.8 Reakcija polimera s pentafluorofenolom – polimer iz poglavja 3.3.5 .............. 22 3.3.9 Reakcija polimera s pentafluorofenolom – polimer iz poglavja 3.3.6 .............. 23
3.3.10 Določanje vsebnosti klorida s titracijo z AgNO3 .............................................. 24 3.3.11 Reakcija kemiluminiscence – polimer iz poglavja 3.3.8 .................................. 24
4 Rezultati in diskusija ....................................................................................................... 25 4.1 Reakcija polimerizacije poli(VBC-ko-DVB) monolita ........................................... 27
4.2 Hiperzamreženje poli(VBC-ko-DVB) monolita s Friedel-Craftsovo reakcijo ........ 31 4.3 Funkcionalizacija polimera z 2-amino-2-hidroksimetil-propan-1,3-diolom ........... 33 4.4 Reakcija polimera z oksalil kloridom ...................................................................... 35
4.4.1 Reakcija polimera s 5 ekvivalenti oksalil klorida pri povišani temperaturi ..... 35 4.4.2 Reakcija polimera s 5 ekvivalenti oksalil klorida pri sobni temperaturi .......... 36
4.4.3 Reakcija polimera z 1 ekvivalentom oksalil klorida pri sobni temperaturi ...... 37 4.5 Reakcija polimera s tionil kloridom ......................................................................... 38 4.6 Reakcija polimera s pentafluorofenolom ................................................................. 39
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
II
4.6.1 Reakcija polimera iz poglavja 4.4.2 s pentaflorofenolom ................................ 39 4.6.2 Reakcija polimera iz poglavja 4.4.3 s pentaflorofenolom ................................ 40
4.7 Reakcija kemiluminiscence ...................................................................................... 41 5 Zaključek ......................................................................................................................... 43 6 Literatura.......................................................................................................................... 44 7 Priloge .............................................................................................................................. 50
7.1 FTIR spekter začetnega monolita ............................................................................. 50
7.2 FTIR spekter hiperzamreženega polimera ............................................................... 51 7.3 FTIR spekter polimera po reakciji s Tris(OH) ......................................................... 52 7.4 FTIR spekter polimera po reakciji s 5 ekvivalenti oksalil klorida pri povišani
temperaturi........................................................................................................................... 53 7.5 FTIR spekter polimera po reakciji s 5 ekvivalenti oksalil klorida pri sobni
temperaturi........................................................................................................................... 54 7.6 FTIR spekter polimera po reakciji z 1 ekvivalentom oksalil klorida pri sobni
temperaturi........................................................................................................................... 55 7.7 FTIR spekter polimera po reakciji s tionil kloridom ................................................ 56 7.8 FTIR spekter polimera po reakciji s pentafluorofenolom 1 ..................................... 57 7.9 FTIR spekter polimera po reakciji s pentafluorofenolom 2 ..................................... 58
8 Življenjepis ...................................................................................................................... 59
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
III
Izjava
Izjavljam, da sem magistrsko delo izdelal/a sam/a, prispevki drugih so posebej označeni.
Pregledal/a sem literaturo s področja magistrskega dela po naslednjih geslih:
Vir: Web of Knowledge
Gesla: Število referenc
chemiluminescence IN hydrogen peroxide IN polymer 122
polymer support IN chemiluminiscence 1
hydrogen peroxide IN chemiluminiscence 23
Vir: COBISS/OPAC
Gesla: Število referenc
kemiluminiscena IN vodikov peroksid 4
kemiluminiscenca IN polimer 0
polimer IN vodikov peroksid 0
Skupno število pregledanih člankov: 83
Skupno število pregledanih knjig: 2
Maribor, avgust 2016 Selena Bošnjak
podpis
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
IV
Zahvala
Zahvaljujem se mentorju izr. prof. dr. Jerneju Iskri za nasvete,
mnenja, vodenje in predvsem strokovno pomoč. Somentorju red.
prof. dr. Petru Krajncu gre zahvala za nasvete in pomoč glede
polimernega dela magistrske naloge, zahvaljujem se tudi
sodelavcem v Laboratoriju za organsko kemijo ter polimerno
kemijo in tehnologijo, še posebej dr. Muzaferi Paljevac, ki mi je
bila v veliko pomoč v laboratoriju.
Zahvaljujem se Matjažu za podporo in svoji mami, ki ni nikdar
dvomila vame.
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
V
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridne nosilce
Povzetek
V magistrskem delu smo želeli sintetizirati oksalatne estre, vezane na polimerni nosilec poli
(vinilbenzilklorid-ko-divinil benzen). Oksalati namreč pri reakciji z vodikovim peroksidom
in ob prisotnosti občutljivca tvorijo visokoenergijsko molekulo, ki se pretvori v osnovno
stanje s sevanjem svetlobe. Ta reakcija je izredno zanimiva za morebitno detekcijo
vodikovega peroksida. Za želen rezultat smo morali najprej uvesti alkoholne skupine, preko
katerih smo nato vezali oksalat. Začeli smo s pripravo monolita poli(VBC-ko-DVB) z
radikalsko polimerizacijo. Nastali monolit je imel specifično BET površino relativno nizko –
5,2 m2/g. Želeli smo polimer v hiperzamreženi obliki, saj bi tako dobili precej večjo
specifično BET površino, kar smo dosegli s polimerizacijo emulzije z visokim deležem
notranje faze (poliHIPE). Reakcija je bila uspešna, saj je površina narasla na kar 796,5 m2/g.
Preostala vinilkloridna skupina, ki ni reagirala v reakciji hiperzamreženja, je služila v
nadaljnji reakciji za vezavo 2-amino-2-hidroksimetil-propan-1,3-diol alkoholne skupine.
Reakcija je potekala 24 ur na povišani temperaturi –90 °C v dušikovi atmosferi. BET
specifična površina se je zmanjšala na 512,8 m2/g, kar pa je vendarle, v primerjavi z
osnovnim monolitom, precej več. Sledila je vezava oksalata na polimer in nato še reakcija s
pentafluorofenolom, s čimer smo uvedli fenolno skupino z elektron privlačnimi fluorovimi
atomi. Največjo težavo nam je povzročala reakcija z oksalil kloridom oz. uvedba oksalne
skupine na polimer, saj je reakcija zelo agresivna in nam je porušila morfologijo polimera –
BET površina je bila 6,4 m2/g, kar je primerljivo z začetno površino osnovnega monolita.
Tukaj smo zato poskusili z različno temperaturo – z 80 °C smo temperaturo spremenili na
sobno temperaturo, vendar pa izboljšanja s polimerno strukturo ni bilo. Nato smo naredili
reakcijo še z različno količino reagenta – 5 ekvivalentov oksalil klorida in 1 ekvivalent
oksalil klorida. 5 ekvivalentov oksalil klorida je ponovno porušilo polimerno strukturo,
medtem ko je 1 ekvivalent oksalil klorida uspešno ohranil strukturo in BET specifična
površina je znašala 448,2 m²/g. Toda FTIR spekter je pokazal, da je 1 ekvivalent oksalil
klorida premajhna količina, da bi reakcija potekla v tolikšni meri, kot smo pričakovali.
Reakcija s pentafluorofenolom, ki je potekla na sobni temperaturi, je nato nazaj zamrežila
polimer, vendar pa ne moremo vedeti, ali je struktura enaka kot pred reakcijo z oksalil
kloridom. Na koncu smo na polimeru opravili še reakcijo kemiluminiscence, pred katero
smo najprej testirali, v katerem topilu sintetiziran polimerni material nabreka.
Ključne besede: polimerni nosilci, poliHIPE, kemiluminiscenca, oksalat, vodikov peroksid
UDK: 547.461.2:544.431.7.057:535.379(043.2)
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
VI
Oxalates immobilized onto vinylbenzyl chloride polymer supports
Abstract
In this master’s thesis, we wanted to synthesize an oxalate ester bonded to a polymeric
carrier poly (vinylbenzyl chloride-co-divinyl benzene). When reacting with hydrogen
peroxide and in the presence of fluorophore, oxalates form a high-energy molecule, which is
converted into its basic state by light radiation. This reaction is very interesting because of
the possible detection of hydrogen peroxide. For the desired result, we firstly needed to
introduce the alcohol groups, through which we then bind the oxalate. We began by
preparing the monolith poly (VBC-co-DVB) with a radical polymerization. The resulting
monolith had a relatively small specific BET surface area – 5,2 m2/g. We wanted to get a
polymer in a hypercrosslinked form, since it would result in a much higher specific BET
surface area. This was achieved by polymerizing the emulsion with a high proportion of the
internal phase (polyHIPE). The reaction was successful, because the surface area increased
to 796,5 m2/g. The residual vinyl chloride group, which did not react in the reaction of
hypercrosslinking, was used in the subsequent reaction for the binding of 2-amino-2-
hydroxymethyl-propane-1,3-diol, the alcohol group. The reaction lasted for 24 hours at an
elevated temperature - 90 °C in a nitrogen atmosphere. The BET specific surface area was
reduced to 512,8 m2/g, which is, in comparison with the basic monolith, much more. Next up
was binding the oxalate to the polymer and then the reaction with the pentafluorophenol,
with which we introduced the phenolic group with electron attractive fluorine atoms. The
biggest problem was the reaction with oxalyl chloride or the introduction of the oxalic
groups on the polymer, as the reaction is very aggressive and it collapsed the polymer
morphology – the BET surface area was 6,4 m2/g, which is comparable with the initial
surface of the basic monolith. Here we tried varying the temperature - it was changed from
80 °C to room temperature, but the improvement of the polymer’s structure was not
achieved. Then we made a further reaction with different amounts of a reagent - 5
equivalents of oxalyl chloride and 1 equivalent of oxalyl chloride. 5 equivalents of oxalyl
chloride re-collapsed the polymeric structure, whereas 1 equivalent of oxalyl chloride
successfully preserved the structure. The BET specific surface area was 448,2 m²/g, but the
FTIR spectrum showed that 1 equivalent of oxalyl chloride was a too small amount in order
for the reaction to meet our expectations. The reaction with pentafluorophenol, which
occurred at room temperature, then cross-linked the polymer back, however we cannot know
whether the structure is the same as prior to the reaction with the oxalyl chloride. Finally, we
have conducted a chemiluminescence reaction on the polymer before which we tested in
which solvent the synthesized polymer material swells.
Key words: polymer supports, polyHIPE, chemiluminescence, oxalate, hydrogen peroxide
UDK: 547.461.2:544.431.7.057:535.379(043.2)
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
VII
Seznam tabel
Tabela 4-1: Vsebnost klorida po hiperzamreženju ................................................................. 32
Tabela 4-2: Elementna analiza................................................................................................ 34
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
VIII
Seznam slik
Slika 1-1: Kemiluminiscenca [2] .............................................................................................. 1
Slika 4-1: SEM osnovnega monolita ...................................................................................... 30
Slika 4-2: SEM hiperzamreženega polimera .......................................................................... 32
Slika 4-3: Reakcija kemiluminiscence .................................................................................... 41
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
IX
Seznam shem
Shema 1-1: Reakcija kemiluminiscence s TCPO reagentom [3] ............................................. 2
Shema 2-1: Vezava stranskih produktov na trdne nosilce [16] ................................................ 4
Shema 2-2: Predhodna derivatizacija prebitnega reagenta [16] ............................................... 4
Shema 2-3: Izolacija mešanice produktov [16] ........................................................................ 5
Shema 2-4: Enostaven fiksen reaktor [20]................................................................................ 6
Shema 2-5: Enostaven fluidiziran reaktor [21] ......................................................................... 6
Shema 2-6: Monolitni reaktor [25] ........................................................................................... 7
Shema 2-7: Primer uporabe PS katalizatorja [27] .................................................................... 8
Shema 2-8: Uporaba PS reagenta [28]...................................................................................... 9
Shema 2-9: Primeri PS lovilcev [18] ........................................................................................ 9
Shema 2-10: Splošna shema CL ............................................................................................. 11
Shema 3-1: Reakcija polimerizacije ....................................................................................... 15
Shema 3-2: Reakcija hiperzamreženja.................................................................................... 16
Shema 3-3: Reakcija s Tris(OH)............................................................................................. 17
Shema 3-4: Reakcija s 5 ekvivalenti oksalil klorida pri povišani temperaturi ....................... 18
Shema 3-5: Reakcija polimera s 5 ekvivalenti oksalil klorida pri sobni temperaturi ............. 19
Shema 3-6: Možna reakcija polimera z 1 ekvivalentom oksalil klorida pri sobni temperaturi
................................................................................................................................................ 20
Shema 3-7: Reakcija polimera s tionil kloridom .................................................................... 21
Shema 3-8: Reakcija s pentafluorofenolom ............................................................................ 22
Shema 3-9: Reakcija s pentafluorofenolom ............................................................................ 23
Shema 3-10: Reakcija kemiluminiscence ............................................................................... 24
Shema 4-1: Retrosinteza funkcionalne skupine ...................................................................... 25
Shema 4-2: Retrosinteza želenega polimerna ......................................................................... 26
Shema 4-3: Reakcija sinteze poli(VBC-ko-DVB) monolita .................................................. 27
Shema 4-4: Korak iniciacije pri polimerizaciji ....................................................................... 28
Shema 4-5: Stopnja propagacije v polimerizaciji ................................................................... 28
Shema 4-6: Stopnja terminacije v polimerizaciji.................................................................... 29
Shema 4-7: Reakcija hiperzamreženja.................................................................................... 31
Shema 4-8: Reakcija polimera s Tris(OH) ............................................................................. 33
Shema 4-9: Reakcija z oksalil kloridom ................................................................................. 35
Shema 4-10: Možna struktrua po reakciji z 1 ekvivalentom oksalil klorida .......................... 37
Shema 4-11: Reakcija polimera s tionil kloridom .................................................................. 38
Shema 4-12: Reakcija polimera s pentafluorofenolom 1 ....................................................... 39
Shema 4-13: Reakcija polimera s pentafluorofenolom 2 ....................................................... 40
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
X
Uporabljeni simboli in kratice
Kratice AIBN 2,2′-azobis(2-metilpropionitril)
Ala alanin
CL kemiluminiscenca
DMF N,N-dimetilformamid
DPA 9,10-difenilantracen
DVB divinilbenzen
FIA pretočna injekcijska analiza
Gly glicin
HIPE emulzija z visokim deležem notranje faze
HPLC tekočinska kromatografija visoke ločljivosti
HRP encim hrenova peroksidaza
Leu levcin
NMR jedrska magnetna resonanca
POCL peroksioksalatna kemiluminiscenca
PS polimerni nosilci
SEM vrstični elektronski mikroskop
SPS sinteza v trdni fazi
TCPO bis(2,4,6-triklorofenil) oksalat
TDPO bis[2-(3,6,9-trioksadekarboniloksikarbonil)-4-nitrofenil] oksalat
THF tetrahidrofuran
TMP 2,4,6,8-tetratiomorfolinopirimido[5,4-d]pirimidin
Tris(OH) 2-amino-2-hidroksimetil-propan-1,3-diol
Val valin
VBC vinilbenzilklorid
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
1
1 Uvod
Prekomerna proizvodnja vodikovega peroksida v telesu je povezana z razvojem številnih
bolezni, zato je zelo pomembna in vivo detekcija vodikovega peroksida. Eden izmed načinov
predstavlja razvoj kontrastnih sredstev, ki bi lahko pokazala prisotnost vodikovega peroksida
s kemiluminiscenčno reakcijo [1]. Reakcija diaril oksalatnih estrov z vodikovim peroksidom
namreč vodi v nastanek visokoenergijske molekule, ki se ob prisotnosti primernega
občutljivca pretvori v svetlobo (slika 1-1) [2]. Detekcija svetlobe pa je zelo občutljiva in jo
lahko zaznamo že v zelo majhni količini. Te spojine se poleg detekcije vodikovega peroksida
uporabljajo tudi za detekcijo aktivnosti antioksidantov, v fotokemijskih reakcijah,
polimerizacijah …
Slika 1-1: Kemiluminiscenca [2]
Končna produkta reakcije med vodikovim peroksidom in diaril oksalatnim estrom sta
ogljikov dioksid in fenolni derivat, kot vidimo na shemi 1-1, ki prikazuje eno od reakcij
kemiluminiscence (CL) – reakcijo bis(2,4,6-triklorofenil) oksalata (TCPO) z vodikovim
peroksidom ob prisotnosti občutljivca.
Čeprav je kemiluminiscenčna reakcija diariloksalatnih estrov z vodikovim peroksidom
(POCL) znana že nekaj časa, so raziskave v smeri njihove aplikacije še v začetni fazi. Manj
je tudi znanega o reaktivnosti drugih analogov oksalnih estrov in s tem njihova potencialna
uporabnost. Z vezavo fenola na imobiliziran nosilec pa se odpira novo področje uporabnosti
te kemiluminscenčne reakcije na trdnih nosilcih. Vendar je tudi to področje še dokaj
neraziskano in oksalati, vezani na visoko porozne zamrežene polimerne nosilce, še niso
znani.
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
2
Shema 1-1: Reakcija kemiluminiscence s TCPO reagentom [3]
Raziskovalci [1] so že sintetizirali nanodelce, ki reagirajo z vodikovim peroksidom in
oddajajo kemiluminiscenčno svetlobo. Slednji so sintetizirali peroksalatni polimer z reakcijo
med 4-(hidroksimetil)fenolom, 1,8-oktandiolom in oksalil kloridom. Temu hidrofobnemu
polimeru so dodali občutljivec, v tem primeru pentacen, in tako so se tvorili peroksalatni
nanodelci, ki so po zaznavi vodikovega peroksida reagirali v dioksetandion, ki je v
visokoenergijskem stanju. To visokoenergijsko stanje se nato prenese na občutljivec in ko le-
ta preide nazaj v osnovno stanje, oddaja svetlobo. Ta reakcija je omogočila in vivo detekcijo
vodikovega peroksida v miših, kar je zelo obetavno tudi za morebitno projekcijo na človeka.
Sintetizirali so tudi že ogromno kemiluminiscenčnih senzorjev [4]. Tako senzorjev za
zaznavo anorganskih spojin (amonijak, fosfat, sulfit …) kot tudi senzorjev za zaznavo
bioloških komponent (aminokisline, holesterol, adrenalin, ureo, glukozo …). Skratka
področja za uporabo kemiluminiscenčnih reakcij so široka in obetajo veliko, predvsem
zaradi visoke občutljivosti in selektivnosti [4].
Namen magistrske naloge je sintetizirati vinilbenzil kloridni polimerni nosilec, na katerega
bomo imobilizirali oksalate in tako ustvarili pogoje za kemiluminiscenčno reakcijo na
trdnem nosilcu ob prisotnosti občutljivca. Torej naša hipoteza je, da bomo pripravili
polimerno vezan oksalat, ki nam bo nudil možnost novih polimernih materialov in omogočal
njihovo uporabo za kemiluminiscenčne reakcije v trdni fazi. Zavedamo se omejitev in težav,
ki lahko nastopijo. Največja morebitna omejitev je zagotovo problematika vezave
primernega fenolnega derivata na polimerni nosilec z oksalatno funkcionalno skupino, ki še
ni raziskana, ter neznane lastnosti oksalatov, vezanih v polimerne nosilce.
Za dosego cilja bomo v prvi fazi izvedli sintezo polimernega vinilbenzil klorida v poliHIPE
obliki in vezavo alkoholne funkcionalne skupine. Nato bo sledila vezava oksalne kisline v
tako predhodno pridobljen polimer in študij lastnosti tega polimera. Potreben bo študij
vezave pentafluorofenola v polimerno matrico in njegova pretvorba v aril oksalatni ester. Za
konec pa seveda ovrednotenje tega polimernega reagenta za reakcijo kemiluminiscence.
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
3
2 Teoretični del
2.1 Sinteza v trdni fazi V zadnjih desetletjih so kemijske metode s trdnim nosilcem odigrale pomembno vlogo v
kemijski biologiji in še posebej v odkrivanju novih zdravil. Sinteza v trdni fazi (SPS – solid-
phase synthesis) je metoda, katero so prvotno izbrali za kemijsko sintezo biološko aktivnih
oligomerov, kot so peptidi, DNA, RNA ipd. Prav tako je zelo primerna metoda za
proizvodnjo kemijske knjižnice komponent. S člankom »A New Apporach to the Continuous,
Stepwise Synthesis of Peptides«, objavljenim leta 1959, je Bruce Merrifield začel razvoj, ki
je revolucioniral področje sinteze organske kemije [5]. Sprva je pojem sinteze v trdni fazi
povzročil močan odpor med znanstveniki, saj sta v tradicionalni sintezi organske kemije
potrebni izolacija in karakterizacija sinteznih intermediatov. Izolacija sinteznih
intermediatov je pogosto potrebna iz praktičnih razlogov, eden izmed teh je tudi ta, da se
med samo reakcijo lahko nabirajo stranski produkti v več zaporednih korakih sinteze, kar
privede do kompleksne mešanice produkta, ki jo je težko očistiti oz. je izolacija produkta
otežena. Nasprotno se v sintezi v trdni fazi dodajajo veliki prebitki reagentov, ki reakcijo
peljejo do konca. Poleg tega večstopenjske sintezne reakcije izvedemo zaporedno, le s
preprostim odstranjevanjem presežnih reagentov iz trdnega nosilca med samimi koraki
sinteze [6].
Vzpon reakcij SPS ne bi bil izvedljiv brez sočasnega napredka v tehnikah izolacije, kot tudi
v analitskih metodah, kot so HPLC, kapilarna elektroforeza, masna spektrometrija, NMR
spektroskopija in avtomatizirana analiza aminokislin. Le dve desetletji po pripravi prve
spojine, in sicer tetrapeptida Leu-Ala-Gly-Val, ki je bila pripravljena v trdni fazi in po nekaj
izboljšavah in razširitvah, je metoda SPS pridobila splošno odobravanje. V naslednjih letih je
prinesla veliko različnih zamreževal, zaščitnih skupin, coupling reagentov, trdnih nosilcev,
peptidnih sintez. Poleg tega je metodologija SPS začela tudi ero kombinatorne kemije v letu
1980 [7]–[12].
2.1.1 Splošni pojmi
Kaldor in sodelavci [13] so bili prvi, ki so objavili poročilo o uporabi reagentov na trdnih
nosilcih, kateri so bili atraktivni zaradi lažjega izoliranja produktov. Kmalu je sledilo
odkritje podobnih metodologij tudi drugih raziskovalcev [14], [15]. Splošni koncept
vključuje dodajanje enega ali več reagentov na trdnih nosilcih, ki selektivno vežejo nečistoče
na podlagi kemijske reaktivnosti. Bodisi so to reakcije, pri katerih se tvori kovalentna vez,
ionske interakcije ali nastanejo mešanice, ki služijo kot primerno sredstvo za pritrditev
nečistoč na trdno fazo. Filtracija konča izolacijo, pri čemer dobimo raztopino željenega
produkta(ov) z izboljšano čistostjo. Več imen se pojavlja za to metodologijo reakcij s trdnimi
nosilci, npr. lovilci v trdni fazi – ang. »solid-phase scavenging« [13], polimerno podprto
zaviranje (PSQ – ang. »polymer supported quench«) [14] in komplementarna molekulska
reaktivnost in molekularno prepoznavanje (CMR/R – ang. »complimentary molecular
reactivity and molecular recognition« ) [15]. Atraktivnost teh tehnik je, da se znatno
zmanjša čas in zahtevnost izolacije, zraven tega pa se olajša tudi izvedba vzporednih reakcij.
Na shemi 2-1 [16] je prikazana splošna reakcija, v kateri se trdni nosilec uporablja kot
kovalentni lovilec.
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
4
Shema 2-1: Vezava stranskih produktov na trdne nosilce [16]
V nekaterih primerih, kjer komplementarni reagent na trdnem nosilcu ni na voljo, lahko
reaktivnost nečistoče manipuliramo z derivatizacijo v drugi reakciji v raztopinski fazi,
preden pride do pritrditve na trdni nosilec (shema 2-2) [16].
Shema 2-2: Predhodna derivatizacija prebitnega reagenta [16]
Nadalje je treba poudariti, da se en sam niz pogojev lahko uporablja za čiščenje raznoraznih
spojin, ki so proizvedene v vzporednih reakcijah, kar zmanjša potrebo po prilagojenih
pogojih izolacije glede na fizikalne značilnosti vsake spojine v mešanici produktov. V
primeru mešanice produktov (shema 2-3) [16] je potrebno omeniti, da tradicionalne metode
čiščenja, kot so destilacija, kristalizacija in kromatografija, niso praktične za niz fizikalno
različnih nečistoč, ki so v tej mešanici [17].
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
5
Shema 2-3: Izolacija mešanice produktov [16]
Pomen reagentov in čistost topil, ki jih uporabljamo za izolacijo reagentov na trdnih nosilcih,
ne smemo podcenjevati. Reagenti, ki so delno razkrojeni, sčasoma lahko po nepotrebnem
zapletejo postopek izolacije. Topila, ki vsebujejo nečistoče, prav tako prispevajo k težavam
pri izolaciji in čistosti [16].
Največkrat so trdni nosilci polimerne molekule, ki jih uporabljamo kot pretočni sistem, zato
bomo v nadaljnjih poglavjih predstavili reaktante na polimernem nosilcu (PS) v pretočnem
sistemu.
2.1.2 Uporaba PS reaktantov
Uporaba PS reaktantov v pretočnih sistemih ima več prednosti pred običajnimi šaržnimi
reakcijami, in sicer: [18]
i. Trdni reaktanti so izpostavljeni manj fizikalnim vplivom, kot so na primer v šaržnih
reakcijah, še posebej tistih, pri katerih se uporablja magnetno mešalo. Zato se pričakuje, da
imajo daljšo dobo uporabe.
ii. Pogosto omogočajo reakcije, ki se izvajajo z malo ali brez predhodne obdelave.
iii. Omogočajo reakcijske pogoje, ki se dosežejo razmeroma enostavno.
iv. Pretočni sistemi imajo potencial za enostavno avtomatizacijo, vključno s povratnimi
informacijami o poteku reakcije.
Vrsta pretočnega sistema, ki se uporablja, je odvisna od narave polimera. V večini sistemov
je uporabljen en od treh osnovnih tipov, ki so: [18]
(i) Enostavni fiksni reaktor (ang. »fixed-bed reactor«). V zgodnjem delu z ionsko-
izmenjevalnimi kroglicami je kmalu postalo jasno, da je najboljši pogoj za
pretočni sistem fiksen reaktor, s kroglicami konstantne velikosti – makroporozne
ali makromrežaste kroglice. Te kroglice so primerne, saj so razmeroma trde,
nestisljive in zelo malo nabrekajo v topilu. Iz istih razlogov lahko uporabimo tudi
anorganske nosilce. V nasprotju s temi morajo mikroporozne kroglice nabrekati,
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
6
da omogočijo dostop do reaktivnega mesta [19]. Poleg tega so majhne nabrekle
kroglice stisljive. V skladu s tem, če se poskuša uporabiti take kroglice na
preprostem fiksnem reaktorju, bo kolona spremenila volumen in se po vsej
verjetnosti stisnila in zlepila. Ena od rešitev je, da se pomešajo mikroporozne
kroglice z nekaj inertne nenabrekljive snovi, kot je pesek ali so steklena vlakna,
ki zmanjšajo nabrekanje v reaktorju.
Shema 2-4: Enostaven fiksen reaktor [20]
(ii) Enostaven tekoči reaktor (ang. »fluid-bed reactor«). Večina PS reakcij, ki so jih do
sedaj razvili organski kemiki, je uporabljala mikroporozne kroglice, zato je pogosto koristno,
da se le-te uporabijo tudi v pretočnih sistemih.
Shema 2-5: Enostaven fluidiziran reaktor [21]
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
7
(ii) Monolitni reaktorji (ang. »monolithic reactors«). Vrsta nosilca, ki hitro pridobiva
na popularnosti, je porozen monolit. Monolit mora imeti dobre lastnosti pretoka.
Ta se lahko pripravi na primer s polimerizacijo emulzije z visoko vsebnostjo
notranje faze (poliHIPE) [22] ali togo porozno steklo, katerega pore vsebujejo
polimerne delce [23]. V nekaterih primerih je kolona lahko le tanka rezina iz
konvencionalnega cilindričnega monolita; kar pomeni, da je disk morda samo
milimeter tanek [24]
.
Shema 2-6: Monolitni reaktor [25]
Večina organskih reakcij je relativno počasnih in celo pri temperaturah do 100 °C lahko traja
več ur, da se zaključijo. To bodisi pomeni, da mora biti pretok nizek in se zadrževati v koloni
več ur, ali pa je lahko pretok velik, vendar se mora eluat reciklirati skozi kolono. Možna
rešitev, ki je trenutno na voljo, je pospeševanje reakcij z mikrovalovnim sevanjem [26].
2.1.2.1 Uporaba PS katalizatorjev v pretočnih sistemih
PS katalizatorji so najprivlačnejši tipi PS reaktantov za uporabo v pretočnih sistemih, saj
načeloma uspešno delujejo v daljšem časovnem obdobju. Primer uporabe PS katalizatorja
prikazuje shema 2-7 [27]. Težava nastopi, če se med reakcijo pojavi stranska reakcija, ki ta
PS katalizator uničuje. Celo če ga uniči le 1 % na uro, je po nekaj dneh izguba občutna. Na
splošno v večini laboratorijev, kjer se uporabljajo PS katalizatorji, še vedno niso razjasnili
njihove dolgotrajne stabilnosti [18].
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
8
Shema 2-7: Primer uporabe PS katalizatorja [27]
2.1.2.2 Uporaba PS reagentov v pretočnih sistemih
Osnovni problem pri uporabi PS reagentov v pretočnih sistemih je, da imajo reagenti
določeno zmogljivost in se tako postopoma porabijo. Jasno je, da je uporabna doba PS
reagentov daljša, če je kolona zmogljivejša. Enostavna menjava s svežim reagentom bi bila
sprejemljiva le, če je polimer relativno poceni in regeneracija enostavno izvedljiva. Zato so
anionsko izmenjevalne kroglice, s katerimi lahko pripravimo PS reagente, najbolj atraktivne.
Verjetno je prvi primer PS reagenta, ki se uporablja v pretočnem sistemu in ne vključuje
ionsko-izmenjalne kroglice ali trdno fazne sinteze peptidov, uporaba PS peroksi kisline (2) –
shema 2-8 [28]. Peroksi kisline pripravimo iz makroporoznih polistirenskih kroglic z
vsebnostjo peroksi kisline. Ko je raztopina penicilina G (1) v acetonu, pustimo, da steče
skozi kolono.
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
9
Shema 2-8: Uporaba PS reagenta [28]
2.1.2.3 Uporaba PS lovilca v pretočnem sistemu
PS lovilci so namenjeni odstranitvi nečistoč. Nečistoče se selektivno vežejo na netopen
polimer, ki se potem enostavno odfiltrira [29]. Primeri PS lovilcev, uporabljenih v pretočnih
sistemih, so prikazani v shemi 2-9 [30], [31].
Shema 2-9: Primeri PS lovilcev [18]
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
10
2.1.2.4 Uporaba kombinacije PS katalizatorja, PS reagenta in/ali PS lovilca v pretočnih sistemih
Do sedaj so vse prikazane sinteze vključevale le en reakcijski korak. Seveda so
kompleksnejše sinteze sestavljene iz več korakov, zato lahko uporabljamo PS katalizatorje,
reagente in/ali lovilce zaporedno, kar pa zahteva skrbno načrtovanje. Vsi elementi sistema
morajo biti prilagojeni enakemu reakcijskemu topilu, treba je prilagoditi pretok reakcije na
najpočasnejšo reakcijo. Idealno bi seveda bilo, da je tudi temperatura za vse enaka.
Raziskovalci takšne reakcije razvijajo [18].
2.1.3 PoliHIPE
Morfologija večine polimernih nosilcev, ki so v uporabi, je še vedno v obliki gela, kjer je
zelo malo ali skoraj nič por dostopnih v suhem polimeru [32]. Zato mora polimer najprej
nabrekniti v reakcijski mešanici, da bi se omogočil dostop reaktantov v raztopini v reakcijska
mesta v polimerni matrici. To omejitev lahko odpravimo s pripravo polimernih nosilcev, ki
imajo stalno poroznost, kar lahko dosežemo z uporabo porogenih topil in relativno velikim
deležem zamreževala [33]. Druga rešitev pa vključuje graft polimerizacijo [34] v že formiran
polimerni nosilec, toda slabost tega pristopa je v relativno nizkem številu reakcijskih mest.
Zadnje čase so v veliki uporabi polimerni nosilci v obliki monolita, ki omogočajo pretočni
sistem.
Alternativni porozni polimerni monoliti so doseženi s polimerizacijo notranje faze emulzije z
visokim deležem notranje faze (HIPE – ang. »high internal phase emulsion«) [35]. Reaktivni
monomeri, kot je tudi v našem primeru 4-vinilbenzil klorid (VBC), so vključeni v oljno fazo
emulzije z visokim deležem notranje faze in s tem pridobimo funkcionaliziran polimer [36].
Emulzije z visokim deležem notranje faze (HIPE) so definirane kot emulzije, ki imajo delež
notranje faze enak ali višji od 74,05 % celotnega volumna emulzije. HIPE emulzije so se
začele pojavljati v literaturi že pred nekaj časa. V 70. letih prejšnjega stoletja pa so opisali
prvo polimerno peno z uporabo HIPE emulzije [37], [38]. PoliHIPE material se pripravi
tako, da se polimerizira kontinuirna faza emulzije z visokim deležem notranje faze. V večini
primerov je to oljna oz. organska faza. Zelo so uporabni v pripravi poroznih polimerov [39].
2.2 Kemiluminiscenca
Kemiluminescenca (CL) označuje emisijo svetlobe zaradi kemijske reakcije, kjer se svetloba
generira brez zunanjega vira energije. Veliko radikalskih vrst in nestabilnih intermediatov je
vključenih v ta proces [40], zato je CL primeren pristop za raziskavo interakcij med temi
radikalskimi vrstami. Poleg tega se lahko CL uporablja za določanje različnih sorodnih CL
spojin, vključno z reagentom, katalizatorjem, zaviralcem CL ali CL ojačevalcem. CL ima
nizko ozadje svetlobne interference in ima prednosti, kot so visoka občutljivost, hitrost,
varnost in nadzorovana stopnja emisij, poleg tega za sprožitev reakcije ne potrebujemo
zunanje energije, ampak le določeno kemijsko spojino. Obstajajo številna poročila o CL
aplikacijah v monitoringu okolja [41], klinični diagnostiki [42], [43], varnosti hrane [44] in
tudi zdravil [45]. Splošna shema CL je prikazana na shemi 2-10.
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
11
Shema 2-10: Splošna shema CL
2.2.1 Peroksioksalatna kemiluminiscenca
Peroksioksalatno kemiluminiscenco (POCL – ang. »Peroxyoxalate chemiluminescence«) je
prvič predstavil Chandross v letu 1963 [46]. Odkril je svetlobo kemiluminiscenčne reakcije,
ko je zreagiral kislinski klorid z vodikovim peroksidom ob prisotnosti občutljivca, na primer
DPA (9,10-difenilantracen).
POCL reakcije vključujejo oksidacijo arilnega oksalatnega estra, ki jo povzroči vodikov
peroksid ob prisotnosti občutljivca. Torej se POCL lahko uporablja za detekcijo vodikovega
peroksida, kot tudi občutljivca. Od takrat se ta vrsta kemiluminiscence – POCL uporablja v
kombinaciji s HPLC kromatografijo [47], sklopljeno s FIA pretočno injekcijsko analizo ali
pa HPLC, sklopljeno s kapilarno elektroforezo (CE) za detekcijo in kvantifikacijo
občutljivca – fluorofora ali kakšnega drugega fluorescentnega derivata. Med drugim se
uporablja tudi za detekcijo vodikovega peroksida in analitov, ki se pretvorijo v vodikov
peroksid z encimsko reakcijo. V POCL reakcijah odstranitev vzbujenega svetlobnega vira, ki
se ga uporablja za fluorescentno detekcijo, zmanjšuje emisije ozadja ali nestabilnost
svetlobnega vira in občutljivost za fluorescenčno detekcijo se zato dvigne za 10–100-krat
[48].
2.2.2 Analiza vodikovega peroksida
Sistemi kemiluminiscence, ki vključujejo luminiscenčne reagente, kot so luminol, peroksi-
oksalatne derivate, akridinijeve estre in tris(2,2'-bipiridin) rutenij (II) (Ru(bpy)33+
), so bili
dobro razviti in se uporabljajo v analizni kemiji. Na žalost pa imajo te metode slabost, in
sicer reagenti so relativno dragi in metode imajo slabo selektivnost. V zadnjih letih se
uveljavljajo ultrašibki CL sistemi kot novi sistemi. Mehanizem CL in potencialne aplikacije
na ultrašibkih CL sistemih so postopoma postali predmet interesa raziskovalcev. Peroksid
kot »sprožilec« ultrašibkih CL sistemov so med ultrašibkimi CL sistemi najpomembnejši
[40].
Peroksid v glavnem vsebuje vodikov peroksid (H2O2), peroksinitrit (ONOO-),
peroksimonokarbonat (HCO4-), peroksomonosulfat (HSO5
-) itn. [40].
Sistem, v katerem je H2O2 povzročitelj ultrašibke CL, je bil najprej raziskan. Najbolj
priljubljen sistem s H2O2 se imenuje Fenton ali Fentonu podobne reakcije. V Fentonu ali
Fentonu podobnim reakcijam gre za prehod kovinskih ionov, ki katalizirajo razpad H2O2 in
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
12
posledično šibko CL emisijo. Poleg prehodnih kovinskih ionov tudi nekatere druge
anorganske in organske spojine omogočajo odziv s H2O2 za pridobitev CL emisij.
Anorganske spojine, ki so imele CL reakcijo s H2O2, vključujejo hipoklorit (ClO-), perjodat
(IO4-), molibdat (MoO4
2-) itd. in organske spojine, kot sta fenol in kinon [40], [49], [50].
Vodikov peroksid se lahko direktno detektira tudi z uporabo POCL reakcije. Reakcija, kot že
omenjeno, vključuje oksidacijo arilnega oksalata v prisotnosti občutljivca. Ta aplikacija
vključuje direktno detekcijo vodikovega peroksida in indirektno determinacijo substrata z
detekcijo vodikovega peroksida, ki se proizvaja z encimsko reakcijo.
Katayama et al. [51] so razvili metodo s FIA sistemom za detekcijo vodikovega peroksida z
uporabo sulforhordoamina 101 kot občutljivca in TDPO (bis[2-(3,6,9-
trioksadekarboniloksikarbonil)-4-nitrofenil] oksalat). Nakashima et al. so uvedli derivate
pirimido[5,4-d]pirimidina kot POCL reagenta in ugotovili, da TMP (2,4,6,8-
tetratiomorfolinopirimido[5,4-d]pirimidin) daje zelo intenzivno CL svetlobo [52]. TMP je bil
uporabljen kot občutljivec s HPLC sistemom, kar bi lahko aplicirali tudi na primer
vodikovega peroksida v kola pijačah [53]. Imobilizirani fluorofori, 3-aminofluoroantan [54]
in perilen [55] z uporabo steklenih kroglic kot nosilcev so bili uporabljeni za detekcijo
vodikovega peroksida v deževnici z uporabo TCPO (bis(2,4,6-trifenil) oksalat).
Kinoni so bili določeni s fotokemijsko reakcijo v koloni in detektirani s POCL reakcijo [56],
[57]. Ker kinoni katalizirajo nastajanje vodikovega peroksida iz vodikovega donorskega
atoma, kot je kisikov atom v metanolu in molekularni kisik, je ta nastali vodikov peroksid
detektiran s POCL. Prišlo je do kemijskega ojačanja signala, saj je bilo do 100 molekul
vodikovega peroksida proizvedenih iz vsake molekule kinona [48].
Substratu, ki proizvaja vodikov peroksid z več encimi, se lahko posredno kvanitificira
koncentracija z detekcijo vodikovega peroksida. CL reakcije so bile uporabljene za detekcijo
vodikovega peroksida z visoko selektivnim encimom, kar ima za posledico višjo občutljivost
detekcije. Med številnimi CL reakcijami kot luminol in lucigenin ima POCL prednost, da se
reakcijo lahko izvede pri pH 7, kar je optimalen pH večine encimskih reakcij [48].
Williams et al. so poročali o kvantifikaciji encimsko proizvedenega vodikovega peroksida s
POCL prvič leta 1976, v katerem so uporabili imobilizirano glukozo oksidazo za pretvorbo
glukoze v vodikov peroksid [58]. Od takrat je bila enaka encimska reakcija uporabljena v
več poročilih [59–64].
Rigin je uporabil več različnih encimov za določitev več analitov s FIA. Holesterol oksidazo,
β-galaktozidazo, aldehidno oksidazo in L-aminokislinsko oksidazo so uporabili za določanje
holesterola, laktoze in glukoze, formaldehida in mravljinčne kisline in L-aminokislin [65], v
tem zaporedju. Jansen et al. so razvili tudi metodo s HPLC za določanje osem L-aminokislin
z imobilizirano L-aminokislinsko oksidazo [66]. Metoda je bila uporabljena za določitev
izbranih L-aminokislin v urinu in pivu. Določitev celotne vsebnosti D-aminokislin v človeški
plazmi je bila izvedena z uporabo FIA z imobilizirano D-aminokislinsko oksidazo [67].
Imobilizirana glutamat oksidaza je bila uporabljena za določitev L-glutaminske kisline v
gojitvenem mediju [68].
Honda et al. so poročali o metodi za hkratno določanje acetilholina in holina z mejo
detekcije 1 pmol [70]. Po ločitvi acetilholina in holina na reverzno-fazni koloni so acetilholin
in holin spustili skozi imobilizirano holin oksidazo in acetilholin esterazno kolono in ju
pretvorili v vodikov peroksid. Kationska izmenjevalna kolona je bila povezana tudi z
določitvijo holina in acetilholina v urinu in serumu vzorcev [69], [70]. Tudi FIA-POCL
metoda za določanje celotne količine fosfolipidov, ki vsebujejo holin, z uporabo kolone kot
reaktorja z imobilizirano fosfolipazo D in holin oksidaze je bila opisana v poročilu [71].
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
13
2.2.3 Kemijski senzorji
Kemijski senzorji so danes eno najbolj aktivno raziskovanih področij zaradi svoje visoke
občutljivosti in selektivnosti z majhnostjo za prenosne aplikacije. Glede na izvor signala, ki
smo ga dobili, lahko senzorje v grobem razvrstimo v elektrokemijske senzorje in optične
senzorje. Slednji uporabljajo predvsem absorbanco, fotoluminiscenco in kemiluminiscenčno
(CL) zaznavo [72]. V zadnjih letih je bilo veliko interesov pri razvoju senzorjev na osnovi
CL zaradi visoke občutljivosti v primerjavi s senzorji, ki temeljijo na fotoluminiscenci. To
občutljivost senzorjev na osnovi CL pripisujejo izogibu ozadja, ki ga povzroča sipanje
svetlobe. Ima tudi enostavnejši set-up z nižjimi emisijami ozadja v primerjavi s
fotoluminiscenčno detekcijo. Vendar pa je ena od glavnih pomanjkljivosti pri uporabi CL
senzorjev za rutinsko analizo kratka »življenjska doba« in signalni drift zaradi ireverzibilne
porabe CL reagentov, ki so omejene na aplikacije CL senzorjev v praksi. Čeprav so bili
številni CL senzorji oblikovani na osnovi reciklirane uporabe CL reagentov, vezanih na
polimere, ki je znižala porabo luminiscentnega reagenta pri detekciji, pa stabilnost te vrste
senzorja še vedno ni zagotovljena [72]. Do sedaj je še vedno izziv razvoj CL senzorja, ki ni
le dovolj občutljiv, temveč tudi stabilen in preprost z dolgo življenjsko dobo za praktično
uporabo [73–75].
H2O2 senzorji
Čeprav so bili CL senzorji za H2O2 temeljito raziskani v zadnjem desetletju, še vedno
pritegnejo veliko pozornosti zaradi pomembnosti H2O2 v bioanalizi kot indikatorja za
odkrivanje encimov. Več CL senzorjev za H2O2 je bilo izdelanih na osnovi tradicionalne CL
reakcije med H2O2 in luminolom, katalizirano z encimom, kot je HRP [76], [77–79], ali
hemoglobin [80]. Ta vrsta CL senzorjev nudi visoko občutljivost, poroča večina publikacij.
Na primer pri imobilizaciji HRP kot katalizatorja je bila meja detekcije 4,0 × 10-8
M [77]. Z
uporabo hemoglobina kot katalizatorja so poročali o meji detekcije 1,3 × 10-7
M [80]. Qu et
al. [81] so razvili CL senzor za H2O2, ki temelji na imobilizaciji rastlinskih tkiv, ki vsebujejo
encime. Marquette in Blum [82] sta razvila biočip, ki temelji na imobilizaciji glukoze
oksidaze (GOx) za detekcijo H2O2.
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
14
3 Eksperimentalni del
3.1 Material Pri eksperimentalnem delu smo uporabljali naslednje kemikalije, katere smo dobili iz
komercialnih virov:
1,4-divinil benzen (Sigma-Aldrich),
2,2′-azobis(2-metilpropionitril) (Fluka),
30 % vodna raztopina vodikovega peroksida (Belinka Perkemija, d. o. o.),
4-vinilbenzil klorid (Sigma-Aldrich),
65 % dušikova (V) kislina (Carlo Erba),
9,10-difenilantracen (Sigma-Aldrich),
aceton (Sigma-Aldrich),
acetonitril (Sigma-Aldrich),
dikloroetan (Kemika),
etil acetat (Sigma-Aldrich),
izopropanol (J. T. Baker),
kalcijev (II) klorid heksahidrat (Sigma-Aldrich),
metanol (Carlo Erba),
miliQ voda,
N,N-dimetilformamid (Carlo Erba),
natrijev acetat (Kemika),
oksalil klorid (Sigma-Aldrich),
pentafluorofenol (Sigma-Aldrich),
piridin (Kemika),
Span® 80 (Fluka),
srebrov (I) nitrat (Alkaloid Skopje),
terc-butanol (Sigma-Aldrich),
tetrahidrofuran (Sigma-Aldrich),
tionil klorid (Merck),
toluen (Carlo Erba),
trietilamin (Merck),
tris(hidroksimetil)metilamin (Sigma-Aldrich),
železov triklorid (Fluka).
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
15
3.2 Laboratorijski instrumenti Produktom smo posneli IR spekter, in sicer na IR Affinity-1 Shamidzu. Izmerili smo BET
površino na porozimetru Micrometric tristar II in elementno analizo na elementnem
analizatorju Perkin Elmer 2400 CHNS/O Series II. Osnovnemu monolitu in
hiperzamreženemu polimeru smo pregledali tudi morfologijo z vrstičnim elektronskim
mikroskopom (SEM) Philips. Uporabili smo tudi vakuumski sušilnik za sušenje produkta in
Soxhletov aparat za čiščenje polimera.
3.3 Laboratorijske metode dela
3.3.1 Reakcija polimerizacije poli(VBC-ko-DVB) monolita
Shema 3-1: Reakcija polimerizacije
V dvogrli reaktor smo zatehtali organsko fazo, in sicer 2,48 g surfaktanta SPAN® 80 (20 %
glede na maso monomerov), 12 g monomera 4-vinilbenzil klorida (VBC) 1, 0,4 g
zamreževala DVB 2 (3 mol % glede na monomer VBC) in 0,124 g (1 % glede na maso
monomerov) iniciatorja AIBN. Reaktante smo med seboj 10 minut mešali pri 300 obratih na
minuto. Medtem smo si pripravili vodno fazo tako, da smo v 100 ml merilno bučko zatehtali
1,79 g elektrolita kalcijev klorid heksahidrat (CaCl2 × 6H2O) in do oznake dopolnili z
deionizirano in degazirano vodo. V lij kapalnik smo nato odmerili 46,1 ml vodne faze (80
volumskih procentov glede na volumen celotne emulzije) in jo po kapljicah dodajali
organski fazi. Po dodatku celotne vodne faze smo nadaljevali z mešanjem nadaljnjih 30
minut. Po pretečenem času smo emulzijo prenesli v polipropilenski kalup in izpostavili
temperaturi 60 °C za 24 ur. Nastali polimer smo očistili v Soxhletovem aparatu, in sicer 24
ur smo čistili z deionizirano vodo in naslednjih 24 ur z izopropanolom. Nato smo polimer
posušili na zraku in potem še v vakuumskem sušilniku na 30 °C 5 ur ter dobili 11,8 g
polimernega produkta.
PoliHIPE material, ki je nastal, smo okarakterizirali s FTIR spektroskopijo, morfologijo
pregledali s SEM in s pomočjo adsorpcije/desorpcije dušika določili specifično BET
površino.
FTIR (cm-1
): 3017, 2920, 2849, 1608, 1510, 1443, 1420, 1265, 1110, 1018, 823, 690
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
16
BET: 5,2 m2/g
3.3.2 Hiperzamreženje poli(VBC-ko-DVB) monolita s Friedel-Craftsovo reakcijo
Shema 3-2: Reakcija hiperzamreženja
2 g polimera poli(VBC-ko-DVB) 3 smo zatehtali v dvogrlo bučko in dodali 160 ml
dikloroetana. Na en izhod bučke smo namestili vodni hladilnik, drugega pa zamašili s septo,
skozi katero smo suspenzijo med mešanjem prepihovali z dušikom. Po 15 minutah smo
prepihovanje ustavili in mešali v dušikovi atmosferi nadaljnjih 45 minut. Nato smo bučko
postavili na ledeno kopel in dodali 2,07 g FeCl3 (izračunali smo si glede na klorove atome v
VBC v monolitu ̶ v molskem razmerju 1 : 1 glede na množino klorovih atomov v polimeru).
Spet smo prepihovali 15 minut z dušikom in mešali naslednjih 45 minut v dušikovi
atmosferi. Po 45 minutah mešanja smo bučko postavili za 10 minut na vodno kopel sobne
temperature. Reakcijo smo prekinili z dodatkom 80 ml MeOH in nosilce nučirali na filter
papirju. Zamrežen polimer smo še sprali z MeOH (3 × 20 ml) in 0,1 M HNO3 (3 × 20 ml). V
Soxhletovem aparatu smo polimer tudi očistili: 24 ur z acetonom in 24 ur z destilirano vodo.
Nastali produkt smo dobro posušili na zraku in nato še 5 ur v vakuumskem sušilniku na
30 °C ter dobili 1,86 g polimernega produkta.
S titracijo smo določili vsebnost klorida (glej poglavje 3.3.10), posneli FTIR spekter,
izmerili specifično BET površino in morfologijo pregledali s SEM mikropskopom.
FTIR (cm-1
): 2922, 2855, 1608, 1510, 1447, 1420, 1265, 1211, 1167, 1084, 1018, 821, 677
BET: 796,5 m2/g
Vsebnost klorida: 2,6 % oz. 0,73 mmol klorida/1 g polimera
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
17
3.3.3 Funkcionalizacija polimera z 2-amino-2-hidroksimetil-propan-1,3-diolom
Shema 3-3: Reakcija s Tris(OH)
1,0 g polimera 4 smo suspendirali v 30 ml DMF, dodali 1,189 g Tris(OH) (količino, ki
ustreza 10-kratnemu presežeku glede na klorometilne skupine v 4) in 0,511 g Et3N (količino,
ki ustreza 5-kratnemu presežku glede na klorometilne skupine v 4). Reakcijsko zmes smo
mešali 24 ur na temperaturi 90 °C v dušikovi atmosferi. Nato smo polimer nučirali skozi
filter papir in ga sprali s 30 ml DMF, 30 ml DMF/NEt3 (1 : 1), 30 ml MeOH, 30 ml
MeOH/H2O (1 : 1), 30 ml THF in ga posušili najprej na zraku v digestoriju, nato pa še v
vakuumskem sušilniku na 30 °C 2 uri ter dobili 0,9 g polimernega produkta.
Produktu smo posneli FTIR spekter, BET površino, elementno analizo in s titracijo določili
vsebnost klorida.
FTIR (cm-1
): 3414, 3013, 2922, 2857, 1668, 1605, 1510, 1450, 1420, 1086, 1047, 1018, 820,
723
BET: 512, 8 m2/g
Vsebnost klorida: 0,89 % oziroma 0,25 mmol klorida/1 g polimera
Elementa analiza: 2,14 % vsebnost dušika
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
18
3.3.4 Reakcija polimera s 5 ekvivalenti oksalil klorida pri povišani temperaturi
Shema 3-4: Reakcija s 5 ekvivalenti oksalil klorida pri povišani temperaturi
V trogrlo bučko smo zatehtali 200 mg polimera 5, dodali 5 ml suhega toluena in 0,102 g
piridina (8 mmol). Bučko smo prepihovali z dušikom in si medtem v čašo odmerili 5 ml
suhega toluena. Suhemu toluenu smo dodali 0,1015 g oksalil klorida (4 mmol). Oksalil
klorid, raztopljen v toluenu smo nato po kapljicah dodali mešanici v bučki. Z dušikom smo
prepihovali še 3 ure in mešali na 80 °C. Po 3 urah mešanja smo nadaljevali mešanje na sobni
temperaturi v dušikovi atmosferi še nadaljnjih 24 ur. Polimer smo na filter papirju nučirali in
spirali s 30 ml toluena in s 30 ml toluen/THF (1 : 1). Posušili smo ga na zraku v digestoriju
ter dobili 0,15 mg polimernega produkta.
Produktu smo posneli FTIR spekter, elementno analizo in BET površino.
FTIR (cm-1
): 1759, 1635, 1610, 1539, 1487, 1197, 1163, 1055, 1002, 752, 670, 607
BET: 6,4 m2/g
Elementna analiza: 3,03 % vsebnosti dušika
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
19
3.3.5 Reakcija polimera s 5 ekvivalenti oksalil klorida pri sobni temperaturi
Shema 3-5: Reakcija polimera s 5 ekvivalenti oksalil klorida pri sobni temperaturi
V trogrlo bučko smo zatehtali 200 mg polimera 5, dodali 5 ml suhega toluena in 0,282 g
piridina (2,92 mmol). Bučko smo prepihovali z dušikom in si medtem v čašo odmerili 5 ml
suhega toluena. Suhemu toluenu smo dodali 0,190 g oksalil klorida (1,46 mmol). Oksalil
klorid, raztopljen v toluenu smo nato po kapljicah dodali mešanici v bučki. V dušikovi
atmosferi smo mešali na sobni temperaturi 24 ur. Polimer smo na filter papirju nučirali in
spirali s 30 ml toluena in s 30 ml toluen/THF (1 : 1). Posušili smo ga na zraku v digestoriju
ter dobili 0,17 g polimernega produkta.
Produktu smo posneli FTIR spekter, elementno analizo, BET površino in s titracijo določili
klorid.
FTIR (cm-1
): 1757, 1635, 1612, 1541, 1487, 1199, 1167, 1055, 1003, 752, 670, 608
BET: 7,9 m2/g
Vsebnost klorida: 14,18 % oziroma 3,99 mmol klorida/1 g polimera
Elementna analiza: 5,94 % vsebnosti dušika
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
20
3.3.6 Reakcija polimera z 1 ekvivalentom oksalil klorida pri sobni temperaturi
Shema 3-6: Možna reakcija polimera z 1 ekvivalentom oksalil klorida pri sobni temperaturi
V trogrlo bučko smo zatehtali 200 mg polimera 5, dodali 5 ml suhega toluena in 0,046 g
piridina (0,58 mmol). Bučko smo prepihovali z dušikom in si medtem v čašo odmerili 5 ml
suhega toluena. Suhemu toluenu smo dodali 0,0,37 g oksalil klorida (0,29 mmol). Oksalil
klorid, raztopljen v toluenu smo nato po kapljicah dodali mešanici v bučki. V dušikovi
atmosferi smo mešali na sobni temperaturi 24 ur. Polimer smo na filter papirju nučirali in
sprali s 30 ml toluena in s 30 ml toluen/THF (1 : 1). Posušili smo ga na zraku v digestoriju
ter dobili 0,17 g polimernega produkta.
Produktu smo posneli FTIR spekter, BET površino in s titracijo določili klorid.
FTIR (cm-1): 1604, 1508, 1448, 1215, 1166, 1064, 1018, 815, 543
BET: 448,2 m²/g
Vsebnost klorida: 3,5 % oziroma 0,99 mmol klorida/1 g polimera
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
21
3.3.7 Reakcija polimera s tionil kloridom
Shema 3-7: Reakcija polimera s tionil kloridom
V bučko smo zahtehtali 100 mg polimera 5', dodali 10 ml suhega acetonitrila in 1 ml tionil
klorida (13 mmol). Nato smo reakcijsko zmes mešali 2 uri na 60 °C. Po 2 urah smo polimer
filtrirali na nuči, ga sprali z acetonitrilom (5 × 10 ml), posušili na zraku in nato še v
vakuumskem sušilniku ter dobili 86 mg polimernega produkta.
Produktu smo posneli FTIR spekter in naredili elementno analizo.
FTIR (cm-1
): 1761, 1670, 1606, 1508, 1446, 1419, 1217, 1157, 1051, 1018, 815, 680
Elementna analiza: 2,35 % vsebnost dušika
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
22
3.3.8 Reakcija polimera s pentafluorofenolom – polimer iz poglavja 3.3.5
Shema 3-8: Reakcija s pentafluorofenolom
200 mg sveže pripravljenega polimera 6 (poglavje 3.3.5) smo suspendirali v 5 ml
acetonitrila. Dodali smo 105 mg pentafluorofenola (0,6 mmol) in 80 mg Et3N (0,8 mmol).
Mešanico smo mešali 24 ur na sobni temperaturi. Produkt smo filtrirali na nuči in ga sprali
najprej z acetonitrilom (10 × 5 ml) in nato še z destilirano vodo (10 × 5 ml). Posušili smo ga
na zraku.
Produkt smo okarakterizirali s FTIR spektrom, BET površino, elementno analizo in s
titracijo določili klorid.
FTIR: 2924, 1633, 1614, 1510, 1448, 1417, 1168, 1018, 812
BET: 454,4 m2/g
Vsebnost klorida: 0 % oziroma 0 mmol klorida/1 g polimera
Elementna analiza: 2,54 % vsebnosti dušika
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
23
3.3.9 Reakcija polimera s pentafluorofenolom – polimer iz poglavja 3.3.6
Shema 3-9: Reakcija s pentafluorofenolom
200 mg sveže pripravljenega polimera 7' (poglavje 3.3.6) smo suspendirali v 5 ml
acetonitrila. Dodali smo 105 mg pentafluorofenola (0,6 mmol) in 80 mg Et3N (0,8 mmol).
Mešanico smo mešali 24 ur na sobni temperaturi. Polimer smo na nuči filtrirali in ga sprali z
acetonitrilom (10 × 5 ml) in nato še z destilirano vodo (10 × 5 ml). Produkt smo posušili na
zraku.
Produkt smo okarakterizirali s FTIR spektrom, BET površino in s titracijo določili klorid.
FTIR: 2918, 1604, 1506, 1452, 1417, 1211, 1168, 1018, 885, 810, 613
BET: 625.4 m²/g
Vsebnost klorida: 0 % oziroma 0 mmol klorida/1 g polimera
Elementna analiza: 1,17 % vsebnosti dušika
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
24
3.3.10 Določanje vsebnosti klorida s titracijo z AgNO3
100 mg posušenega polimera smo zatehtali v bučko in dodali 5 ml piridina. Mešanico smo
mešali 2 uri na temperaturi 100 °C. Ohlajeno zmes smo prenesli v 100 ml merilno bučko in
dodali 10 ml DMF in 7 ml 65 % HNO3. Do oznake smo razredčili z MiliQ vodo. Nato smo
trikrat po 20 ml vzorca titrirali z 0,01 M AgNO3 in iz njegove porabe izračunali vsebnost
klorida v vzorcu.
3.3.11 Reakcija kemiluminiscence – polimer iz poglavja 3.3.8
Shema 3-10: Reakcija kemiluminiscence
Pripravili smo si dve raztopini, in sicer za prvo raztopino smo odmerili 16,6 ml toluena, vanj
zatehtali 100 mg (~ 0,04 mmol oksalata) polimera 7 in pustili 1 uro, da je polimer nabreknil.
Nato smo dodali še 8,3 mg občutljivca DPA. Za drugo raztopino smo zatehtali 46 mg
katalizatorja natrijevega acetata, 3,3 ml toluena, 0,5 ml t-butanola in 0,17 ml 30 % vodne
raztopine vodikovega peroksida. Raztopini smo med seboj zmešali in opazovali reakcijo.
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
25
4 Rezultati in diskusija
Za kemiluminiscenčno reakcijo bi potrebovali polimer, na katerem bi imeli oksalatno
skupino, ki bi omogočala kemiluminiscenčno reakcijo. Za uvedbo oksalatne skupine bi
predhodno potrebovali alkoholno skupino. Iz literature vemo, da elektroni privlačne skupine
ugodno vplivajo na kemiluminiscenčno reakcijo – podaljšajo čas sevanja svetlobe, zato bi
uvedli tudi fenolno skupino, na kateri so vezani fluotovi atomi.
Na shemi 4-1 je prikazana retrosinteza funkcionalne skupine na polimeru, ki bi bila primerna
za kemiluminiscenčno reakcijo.
Shema 4-1: Retrosinteza funkcionalne skupine
Na naslednji shemi 4-2 je prikaz retrosinteze želenega polimernega nosilca.
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
26
Shema 4-2: Retrosinteza želenega polimerna
Namen našega dela je sintetizirati vinilbenzil kloridni nosilec, na katerega bomo imobilizirali
oksalate, in ki bo primeren za kemiluminiscenčno reakcijo ob prisotnosti občutljivca. Tako
smo na začetku izvedli sintezo polimernega vinilbenzil klorida v poliHIPE obliki in vezavo
alkoholne funkcionalne skupine s Tris(OH) reagentom. Sledila je reakcija oksalil klorida na
polimer oz. uvedba oksalatne skupine na polimerni nosilec. Za konec smo izvedli še reakcijo
s pentafluorofenolom, da smo uvedli fenolno skupino. Polimer smo nato preverili, če je
oksalatna skupina aktivna za reakcijo kemiluminiscence.
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
27
4.1 Reakcija polimerizacije poli(VBC-ko-DVB) monolita
Najprej smo pripravili kopolimer, ki je moral vsebovati klorov atom, vezan na benzilno
mesto, saj bi to omogočilo vezavno mesto za nadaljnje reakcije. Shema 4-3 prikazuje
reakcijo sinteze poli(VBC-ko-DVB) monolita.
Shema 4-3: Reakcija sinteze poli(VBC-ko-DVB) monolita
Poli(VBC-ko-DVB) monolit 3 smo pripravili v obliki PoliHIPE materiala. Najprej smo
pripravili PoliHIPE emulzijo tako, da smo si posebej pripravili organsko fazo, sestavljeno iz
surfaktanta Span® 80, monomera VBC 1, zamreževala DVB 2 in iniciatorja AIBN [83].
Pozorni smo morali biti, da se je mešanica zares dobro premešala. Medtem smo si pripravili
vodno fazo, pri čemer smo elektrolit kalcijev klorid heksahidrat raztopili v deionizirani vodi,
ki smo si jo pred tem degazirali. Nato smo ustrezen volumen vodne faze po kapljicah
dodajali organski fazi. Kapljanje vodne faze je moralo biti ustrezno, in sicer ni smelo biti
prehitro, saj se je vsaka kapljica morala dobro vmešati v organsko fazo. Po dodatku celotne
vodne faze smo nadaljevali z mešanjem, da se je bela emulzija čimbolj homogenizirala.
Polimerizacija je potekala pri povišani temperaturi na 60 °C 24 ur. Možne ostanke reagentov
smo sprali v Soxhletovem aparatu z destilirano vodo in nato še z izopropanolom. Tukaj smo
spremenili postopek iz originalnega članka in namesto etanola uporabili izopropanol za
čiščenje polimera, saj se je izkazalo, da etanol poruši strukturo polimernega materiala.
Mehanizem polimerizacije je predstavljen na spodnjih shemah.
Najprej je potekla iniciacija – radikalski razpad iniciatorja AIBN in nato tvorba radikalskega
monomera (shema 4-3):
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
28
Shema 4-4: Korak iniciacije pri polimerizaciji
Nato radikalski monomer reagira naprej z monomerom v stopnji propagacije (shema 4-4):
Shema 4-5: Stopnja propagacije v polimerizaciji
V zadnji stopnji – terminaciji se polimerizacija zaključi (shema 4-5):
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
29
Shema 4-6: Stopnja terminacije v polimerizaciji
Sinteza poli(VBC-ko-DVB) monolita je precej standardna reakcija, tako da večjih težav ni
bilo. Kot smo že omenili, je bilo potrebno zares dobro premešati sestavine, da smo dobili
homogeno emulzijo in pozornost smo morali nameniti tudi čiščenju, saj nekatera topila lahko
porušijo polimerno strukturo.
Monolitu smo posneli IR spekter in vidimo, da so se tvorili nekateri značili signali: med
1400 cm-1
in 1600 cm-1
so značilni signali za dvojne vezi med ogljikovimi atomi in za vez
med ogljikom in vodikom, pri približno 1265 cm-1
je oster signal za vez C-Cl in v območju
približno 820 cm-1
je signal za aromatsko skupino. Iz IR spektra lahko vidimo, da je
polimerziacija potekla uspešno.
Ponesli smo tudi specifično BET površino osnovnega monolita, ki je bila nizka – 5,2 m2/g,
zato smo v nadaljevanju monolit hiperzamrežili, da smo dobili čimvečjo poroznost oz.
čimvečjo specifično površino polimera.
Morfologijo smo pregledali tudi s SEM mikroskopom (slika 4-1). Na sliki SEM mikroskopa
lahko jasno vidimo, da gre že v tej stopnji, pred hiperzamreženjem, za izredno porozen
material.
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
30
Slika 4-1: SEM osnovnega monolita
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
31
4.2 Hiperzamreženje poli(VBC-ko-DVB) monolita s Friedel-Craftsovo reakcijo
Zaradi nizke specifične površine osnovnega monolita smo polimer hiperzamrežili [83].
Osnovni monolit 3 smo suspendirali v dikloroetanu in suspenzijo med mešanjem prepihovali
z dušikom. Pozorno smo morali prepihovati z dušikom, saj bi kisik v atmosferi suspenzije
povzročal težave pri hiperzamreženju. Ko smo zagotovili dušikovo atmosfero, smo na ledeni
kopeli mešanici dodali FeCl3, paziti smo morali, da smo FeCl3 zatehtali tik pred dodatkom,
saj FeCl3 relativno hitro oksidira na zraku. Barva prej belega monolita je takoj po dodatku
črnega FeCl3 prešla v črno. Reakcijo smo prekinili z dodatkom metanola.
Hiperzamrežen polimer smo še sprali z metanolom in 0,1 M dušikovo (V) kislino. V
Soxhletovem aparatu pa smo še s kontinuirno ekstrakcijo polimer očistili z acetonom in nato
še z vodo, da se odstrani čimvečja količina nezreagiranih reagentov. Kljub čiščenju polimera
nismo uspeli v celoti odstraniti nezreagiranega FeCl3. Le-ta se verjetno ujame v polimerno
strukturo, zato je polimer po čiščenju oranžne barve. Na shemi 4-6 vidimo enačbo reakcije
hiperzamreženja.
Shema 4-7: Reakcija hiperzamreženja
Produktu smo posneli IR spekter, BET površino, določili klorid s titracijo in pregledali
morfologijo s SEM mikroskopom.
IR spekter hiperzamreženga polimera nam prikaže, da se je signal za klorov atom – 1265 cm-
1 občutno zmanjšal, kar pomeni, da je klor uspešno reagiral, toda nekaj ga je vendarle ostalo
v hiperzamreženem polimeru, kar smo tudi določili s titracijo.
BET specifična povrišna se je povečala za več kot 100-krat – s 5,2 m2/g na 796,5 m
2/g, kar
kaže na to, da je reakcija bila uspešna oz. da je hiperzamreženje drastično povečalo
specifično površino polimera.
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
32
Pregledali smo tudi morfologijo s SEM mikroskopom in rezultat vidimo na sliki 4-2.
Hiperzamreženje je le še povečalo poroznost materiala, kar se vidi na sliki, posneti s SEM
mikroskopom.
Slika 4-2: SEM hiperzamreženega polimera
Določili smo tudi delež klorida v polimernem materialu, in sicer z razklopom s piridinom, in
nato iz porabe AgNO3 izračunali vsebnost klorida v vzorcu [84].
Reakcija hiperzamreženja je ponovljiva reakcija, vendar pa zaradi kompleksnosti sistema
vsebnost klorida v polimeru niha (tabela 4-1).
Tabela 4-1: Vsebnost klorida po hiperzamreženju
Osnovni monolit Vsebnost klorida [%]
Vzorec 1 7,09
Vzorec 1 4,35
Vzorec 1 3,48
Vzorec 2 2,60
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
33
4.3 Funkcionalizacija polimera z 2-amino-2-hidroksimetil-propan-1,3-diolom
Za nadaljnjo vezavo z oksalil kloridom smo najprej morali uvesti alkoholne skupine. To smo
dosegli z reakcijo polimera s Tris(OH) – shema 4-7 [85].
Hiperzamrežen polimer 4 smo suspendirali v DMF, dodali prebitek Tris(OH) in NEt3, s
čimer smo poskrbeli, da HCl, ki se tvori, ne moti reakcije. Pomembno je bilo, da smo imeli
dušikovo atmosfero, da nista kisik ali vlaga iz atmosfere motila reakcijo. Polimer smo nato
sprali in posušili. Barva produkta je bila oranžna.
Shema 4-8: Reakcija polimera s Tris(OH)
Spojinam smo posneli IR spektre, ki so se rahlo razlikovali med seboj, kar je bilo tudi
pričakovati, saj so bile razlike že v hiperzamreženem polimeru v vsebnosti klorida. Toda
kljub temu so bili značilni piki v vseh spektrih podobni, in sicer v vseh spektrih se na novo
tvori signal v območju okoli 1050 cm-1
. Signal v območju okoli 1260 cm-1
, ki je signal za
kloridno skupino, se občutno zmanjša, kar pomeni, da sicer ni zreagiral ves klor, vendar pa
je reakcija potekla. Na podlagi spremembe spektra lahko zaključimo, da je reakcija potekla
uspešno.
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
34
Iz BET površine, ki smo jo tudi posneli in je znašala 421,6 m2/g, lahko vidimo, da je
specifična površina nekoliko nižja od specifične površine hiperzamreženega polimera –
796,5 m2/g, vendar pa je še vedno precej višja od osnovnega monolita.
Elementna analiza dveh vzorcev in njuna teoretična vrednost sta prikazani v tabeli 4-2.
Tabela 4-2: Elementna analiza
Vzorec % N
izmerjeno
% N
teoretično
Vzorec 1 2,57 2,39
Vzorec 2 2,16 1,56
Vzorec 3 2,14 0,96
Z elemetno analizo smo torej določili delež dušika v polimeru, iz tega lahko določimo
stopnjo funkcionalizacije polimera – konverzijo, ki je v našem primeru
2,14 %
0,96 %× 100 = 223 %, kar ni smiseln rezultat, saj vidimo, da smo z elementno analizo
določili več dušika, kot bi ga teoretično pričakovali. Možnost je ta, da je reagent Tris(OH)
ostal adsorbiran na polimeru, kar bi lahko rešili z boljšim spiranjem. Glede na to, da smo
teoretično vrednost vsebnosti dušika izračunali s pomočjo določenega klora v vzorcu s
titracijo, se moramo zavedati, da je tudi pri titraciji napaka, ki je očitno vplivala na izračun.
Določili smo tudi klorid s titiracijo, pri čemer smo potrdili hipotezo, da je zregairala večina
kloridnih skupin, saj smo dobili rezultat, da je v polimeru le še 0,89 % klorida oz. 0,25 mmol
kloridnih skupin/1 g polimera od predhodnih 2,6 % oz. 0,73 mmol kloridnih skupin/1 g
polimera, kar pomeni, da je sicer nekaj kloridnih skupin še ostalo, toda reakcija je vseeno
uspešno potekla in smo lahko nadaljevali z uvedbo oksalilnih skupin.
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
35
4.4 Reakcija polimera z oksalil kloridom Da smo tvorili oksalat, ki bo primeren za reakcijo kemiluminiscence, smo morali narediti
reakcijo z oksalil kloridom [86]. Originalni članek smo morali kar precej modificirati, saj so
raziskovalci [86] naredili reakcijo na metanol, mi pa smo jo uporabili na polimerni material z
alkoholnimi skupinami. Namesto metanola smo torej imeli naš polimerni material, na
katerega smo želili uvesti oksalilno skupino. V članku so kot topilo uporabili benzen, toda
ker se zavedamo škodljivosti benzena, smo raje uporabili toluen. Dodati smo morali tudi
piridin, ki je nevtraliziral HCl, ki je nastajala ob reakciji.
4.4.1 Reakcija polimera s 5 ekvivalenti oksalil klorida pri povišani temperaturi
Začeli smo z enakimi pogoji, kot so v literaturi [86], in sicer po dodatku 5 ekvivalentov
oksalil klorida v mešanico polimera, toluena in piridina smo reakcijsko zmes s
prepihovanjem dušika mešali 3 ure na refluksu (80 °C). Po 3 urah smo nadaljevali mešanje v
dušikovi atmosferi, toda na sobni temperaturi nadaljnjih 24 ur. Produkt smo izolirali s
spiranjem s toluenom in toluen/THF (1 : 1).
Biti smo morali zelo pozorni na dušikovo atmosfero, saj oksalil klorid izredno hitro
hidrolizira.
Reakcija je potekla po naslednji shemi 4-9.
Shema 4-9: Reakcija z oksalil kloridom
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
36
V IR spekteru lahko vidimo značilne pike za karbonilno skupino, in sicer pri 1759, 1635 in
1539 cm-1
. Prav tako so vidni signali za vez med ogljikom in kisikom – 1197, 1163 in 1055
cm-1
.
Specifična BET površina se je drastično zmanjšala – s 421,6 m2/g na 6,4 m
2/g, kar pomeni,
da se je porušila polimerna struktura. Težave nam je povzročal oksalil klorid in precej burni
pogoji reakcije (80 °C), zato smo se v nadaljevanju odločili poskusiti s sobno temperaturo.
4.4.2 Reakcija polimera s 5 ekvivalenti oksalil klorida pri sobni temperaturi
Reakcijo smo izvedli ponovno, toda ves čas smo imeli sobno temperaturo. Potek reakcije je
enak shemi 4-9 v prejšnjem poglavju.
Tudi na tem IR spektru, tako kot pri IR spektru v prejšnjem poglavju, lahko vidimo značilne
signale za karbonilno skupino (okoli 1600 cm-1
) in značilne signale za vez med ogljikom in
kisikom (okoli 1180 cm-1
).
Tokrat smo specifično BET površino dobili malce drugačno – 7,9 m2/g, pa vendar se nam je
tudi tokrat porušila morfologija polimera, kar kaže na to, da temperatura ni bila težava.
Elementna analiza je pokazala povišanje vsebnosti dušika, in sicer z 2,14 % na 5,94 %.
Z določanjem klorida s titracijo pa smo dobili rezultat, da je v polimeru 14,18 % klora, kar je
40 mmol/1 g polimera. V primerjavi z začetnim hiperzamreženim materialom, kjer smo
določili 2,6 % klora oz. 0,73 mmol kloridnih skupin/1 g polimera. Vsebnost klora je sicer
previsoka, toda morda je ostalo nekaj oksalil klorida ujetega v polimerni strukturi oz. ga
nismo odstranili s spiranjem, tako smo s titracijo določili preveč klora v vzorcu.
Produkt, ki smo ga izolirali, je kislinski klorid, kot je prikazano na shemi 4-9, kar nam
povzroča težave, saj je kislinski klorid občutljiv na vlago in bi lahko hidroliziral na zraku.
Da bi rešili težavo, smo polimerni material takoj uporabili za nadaljno reakcijo, toda analize
(elemetna analiza, določitev klora s titracijo) smo opravili kasneje na posušenem materialu,
zato je možnost, da je polimer hidroliziral pred analizami.
Ta polimer je zelo aktiven, saj smo ga sintetizirali s 5 ekvivalenti oksalil klorida, torej
ostanejo proste skupine, na katere se lahko veže pentafluorofenol.
Težavo s porušenjem morfologije polimera smo poskušali rešiti tudi s spremembo dodanega
oksalil klorida – dodali smo 1 evivalent in ne 5 ekvivalentov kot dosedaj.
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
37
4.4.3 Reakcija polimera z 1 ekvivalentom oksalil klorida pri sobni temperaturi
Rešitev smo poskušali poiskati v dodanem oksalil kloridu, tako da smo dodali 1 ekvivalent.
Reakcija bi v tem primeru potekla kot prikazuje shema 4-10:
Shema 4-10: Možna struktrua po reakciji z 1 ekvivalentom oksalil klorida
Po reakciji z 1 evivalentom oksalil klorida smo posneli tudi IR spekter in BET specifično
površino, pri kateri je bila velika sprememba, saj smo dobili rezultat 448,2 m2/g.
Kot vidimo, se BET površina polimernega materiala ni porušila, vendar po IR spektru
(Priloga 7.5) lahko vidimo, da brez prebitka oksalil klorida tudi reakcija ne poteče uspešno
oz. ne poteče v tej meri, da bi bil produkt za nas uporaben, saj če primerjamo spekter
produkta pred reakcijo in po reakciji so piki precej podobni.
Morda bi morali poskusiti z drugačnim topilom, ali pa morda reakcijski čas ni bil primeren.
Tukaj ostajajo odprte možnosti za nadaljno raziskavo optimalnih pogojev za potek reakcije
oksalil klorida na polimerni material.
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
38
4.5 Reakcija polimera s tionil kloridom Naredili smo tudi reakcijo s tionil kloridom [87], saj je bila možnost hidrolize kislinskega
klorida v kislino, mi pa smo potrebovali kislinski klorid.
Pozorni smo bili na brezvodne pogoje in reakcijo naredili v zračni atmosferi in nato še v
dušikovi atmosferi, toda atmosfera ni imela vpliva na reakcijo, zato so bili rezultati podobni.
Reakcijska shema je predstavljena na shemi 4-11:
Shema 4-11: Reakcija polimera s tionil kloridom
BET površine nismo posneli, saj smo nadaljevali z reakcijo s pentafluorofenolom.
Pričakovali smo, da je produkt občutljiv na vlago iz zraka, zato ga nismo pustili predolgo.
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
39
4.6 Reakcija polimera s pentafluorofenolom V zadnji stopnji smo na polimer vezali še pentafluorofenol, da smo uvedli fenolno skupino
[88]. Reakcija je potekala pri sobni temperaturi 24 ur.
Naredili smo reakcijo s polimerom, ki je pred tem reagiral na sobni temperaturi s 5
ekvivalenti oksalil klorida in nato še s polimerom, ki je na sobni temperaturi reagiral z 1
ekvivalentom oksalil klorida.
4.6.1 Reakcija polimera iz poglavja 4.4.2 s pentaflorofenolom
Enačbo reakcije lahko vidimo na shemi 4-12.
Shema 4-12: Reakcija polimera s pentafluorofenolom 1
Na IR spektru je izrazit signal pri 1018 cm-1
, ki je signal za vez med ogljikom in fluorom,
kar pomeni, da je reakcija potekla.
Zanimivo je po reakciji s pentafluorofenolom specifična BET površina narasla s 7,9 m2/g na
454,4 m2/g, kar pomeni, da se je polimerna struktura ponovno tvorila. Sicer da bi vedeli, ali
se je povrnila v stanje pred reakcijo z oksalil kloridom, bi potrebovali podrobnejšo analizo.
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
40
Določili smo tudi kloridne skupine s titracijo, pri čem smo dobili porabo AgNO3 reagenta 0
ml, kar pomeni, da s titracijo kloridnih skupin nismo določili, kar se sklada z reakcijsko
shemo naše reakcije.
4.6.2 Reakcija polimera iz poglavja 4.4.3 s pentaflorofenolom
Naredili smo tudi reakcijo s polimerom, ki je predhodno reagiral z 1 ekvivalentom oksalil
klorida – shema 4-13. Tudi tukaj je na IR spekteru viden signal za vez med ogljikom in
fluorom, vendar pa je precej manjši kot pri prejšnji reakciji.
BET površina se tokrat z oksalil kloridom ni porušila – 448,2 m²/g in je z reakcijo s
pentafluorofenolom le še narasla na 625,4 m2/g.
Tudi tukaj smo določili kloridne skupine in imeli porabo reagenta AgNO3 0 ml, kar pomeni,
da kloridnih skupin v polimeru nismo določili.
Shema 4-13: Reakcija polimera s pentafluorofenolom 2
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
41
4.7 Reakcija kemiluminiscence Na koncu smo polimer iz poglavja 4.6.1 testirali na reakcijo kemiluminiscence. V literaturi
[89] smo našli testno reakcijo z reagentom TCPO, ki je dala rezultate v različnih topilih in ob
bazičnih pogojih. Te pogoje smo prenesli na našo reakcijo – shema 4-11.
Slika 4-3: Reakcija kemiluminiscence
Za začetek smo morali ugotoviti, v katerem topilu polimer nabreka. Izbrali smo nepolarna
topila – etil acetat, toluen in DKM, saj se v topilu mora topiti tudi občutjivec – DPA. Polimer
smo pustili 1 uro v topilu in opazovali spremembe. V etil acetatu in DKM ni bilo vidnih
sprememba, toda v toluenu je bilo videti, kot bi volumen polimera narasel – polimer je
nabreknil, zato smo se odločili za topilo uporabiti toluen.
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
42
Pred reakcijo smo pustili polimer, da je nabreknil, v topilu 1 uro. Nato smo dodali
občutljivec in malce počakali, da je občutljivec prešel v polimerno strukturo. Potem smo
dodali še drugo raztopino, pri čemer smo bili v temnem prostoru, da bi bilo sevanje jasno
vidno. Polimer ni seval svetlobe, čeprav moramo izpostaviti, da po spremljanju IR spektrov
skozi sintezo končnega polimera lahko vidimo spremembe in tvorbo željenih funkcionalnih
skupin. Možnost je ta, da topilo še zmeraj ni bilo primerno oz. da tvorba željenih
funkcionalnih skupin ni bila v tolikšni meri, da bi omogočala reakcijo kemiluminiscence.
Tudi ta reakcija potrebuje še nadaljne študije in optimiziranje reakcijskih pogojev.
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
43
5 Zaključek
V magistrski nalogi smo želeli sintetizirati polimerni material, na katerega bi vezali oksalat
in bi bil primeren za reakcijo kemiluminiscence.
Iz teoretičnega dela in literature lahko vidimo, da so polimerni nosilci v zadnjih letih precej
pogosto uporabljeni v reakcijah organske kemije. Predvsem jih odlikuje enostavnost
izolacije, saj polimerne nosilce le filtriramo in očistimo. Za razliko od reakcij v raztopinski
fazi, kjer imamo kopico težav z izolacijo, saj se pogosto tvori vodotopen produkt, ali pa je
težava v pH vodne faze. Skratka reakcije na polimernih nosilcih so precej enostavnejše od
standardnih reakcij organske sinteze v raztopinski fazi. Zato smo se lotili sinteze oksalatov
na polimerne nosilce, saj so oksalati, kot je razvidno iz literature, primerni za reakcije
kemiluminiscence. Reakcija kemiluminiscence je lahko osnova za detekcijo vodikovega
peroksida, ki v organizmih v prevelikih količinah povzroča nastanek raznoraznih težav in
bolezni.
Primeren polimerni nosilec za reakcijo kemiluminisence smo začeli s polimerizacijo
poli(VBC-ko-DVB), nadaljevali s hiperzamreženjem in na kloridne skupine, ki niso
zreagirale, vezali alkoholne skupine reagenta Tris(OH), ki smo jih potrebovali v
nadaljevanju za reakcijo z oksalil kloridom. V teh treh stopnjah nismo imeli pretiranih težav,
razen tega, da je Tris(OH) malce porušil morfologijo polimera oz. se je specifična BET
površina zmanjšala, toda nasproti specifični BET površini osnovnega monolita je bila še
vedno občutno večja. Sledila je reakcija z oksalil kloridom, potrebna za uvedbo oksalatne
skupine, kjer pa smo se soočali z večjimi težavami. Po reakciji je bila specifična BET
površina zelo nizka – primerljiva z BET površino osnovnega monolita, kar pomeni, da se je
morfologija polimera porušila. Težavo smo poskušali rešiti s spremembo temperature – z 80
°C na sobno temperaturo, vendar občutne spremembe ni bilo. Poskušali smo tudi s količino
oksalil klorida – 5 ekvivalentov in 1 ekvivalent. Težava je bila na videz odpravljena, saj se
morfologija po reakciji z 1 ekvivalentom ni porušila, toda iz IR spektra smo videli, da je bila
premajhna količina oksalil klorida in ni prišlo do želene reakcije v takšni meri, kot smo
pričakovali. Tako da težave nismo uspeli povsem odpraviti, morda bi bila potrebna študija
bolj primernega topila, ali pa morda dušikova atmosfera ni bila popolnoma zagotovljena.
Možnost je tudi ta, da je bila težava, ko smo tehtali oksalil klorid na zraku, saj oksalil klorid
izredno hitro hidrolizira. Ena izmed možnosti je tudi v hitrosti kapljanja oksalil klorida v
bučko. Zadnja stopnja je bila uvedba fenolne skupine na polimer, in sicer z reakcijo s
pentafluorofenolom. Čeprav se je morfologija polimera porušila pri reakciji z oksalil
kloridom, je nato specifična BET površina spet narasla na številko, podobno pred reakcijo z
oksalil kloridom, po reakciji s pentafluorofenolom. Morfologija se ni povrnila, vendar pa se
je specifična površina povečala, kar pomeni, da je bil nastali polimer spet visoko porozen,
predvsem kaže podatek na prisotnost mezo por. Na polimeru smo nato še izvedli reakcijo
kemiluminiscence z vodikovim peroksidom, vendar pa polimer ni seval svetlobe oz. morda
je bilo tako malo sevanje, da ga oko ni zaznalo.
Čeprav polimer na koncu ni seval svetlobe, smo sintetizirali polimerni material, ki bi morda
po podrobnejših študijah posameznih reakcij le seval svetlobo. Tako da odprte možnosti za
raziskave so zagotovo v študijah posameznih reakcij, še posebej reakcije z oksalil kloridom,
kar bi nam omogočilo polimerni nosilec, ki bi bil obnovljivi vir kemiluminiscence.
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
44
6 Literatura
[1] Lee D., Khaja S., Velasquez-Cartano J.C., Dasari M., Sun C., Petros J., Taylor W.R.,
Murthy N. In vivo imaging of hydrogen peroxide with chemiluminescent nanoparticles.
Nature, 6 (10), 765–769, 2007.
[2] Chemistry and Light. Chemiluminiscence, 2016.
http://www.chemistryandlight.eu/index.php/chemiluminescence/ (dostop 24. 6. 2016).
[3] Milofsky R. E., Birks, J. W. Laser photolysis study of the kinetics and mechanism of
photoinitiated peroxyoxalate chemiluminescence. J. Am. Chem. Soc., 113 (26), 9715–9723,
1991.
[4] Zhang Z., Zhang S., Zhang X. Recent developments and applications of
chemiluminescence sensors. Anal. Chim. Acta, 541(1–2), 37–47, 2005.
[5] Marshall G.R. Solid-phase synthesis: a paradigm shift. J. Peptide Sci., 9 (9), 534–544,
2003.
[6] Karskela T. Solid-Phase Organic Synthesis: Bicyclic Peptides and Purine-Derived Small
Molecules. PhD Thesis. Turku: University of Turku, 2013.
[7] Furka Á. Studies on Possibilities of Systematic Searching for Pharmaceutically Useful
Peptides, notarized Document No. 36237/1982. Budimpešta, 1982.
[8] Furka Á., Sebestyén F., Asgedom M., Dibó G. More peptides by less labour. 10th Int.
Symp. Med. Chem., 9, 288, 1988.
[9] Furka Á., Sebestyén F., Asgedom M., Dibó G. General method for rapid synthesis of
multicomponent peptide mixtures. Int J Pept Protein Res., 37 (6), 487-493, 1991.
[10] Furka Á., Hargittai I. The concealed side of the history of combinatorial chemistry.
Period. Polytech. Chem. Eng., 48 (1), 13–19, 2004.
[11] Houghten R. A. General method for the rapid solid-phase synthesis of large numbers of
peptides: specificity of antigen-antibody interaction at the level of individual amino acids.
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 82 (15), 5131–5135, 1985.
[12] DeWitt S. H., Kiely J. S., Stankovic C. J., Schroeder M. C., Cody D. M., Pavia M. R.
"Diversomers": an approach to nonpeptide, nonoligomeric chemical diversity. Proc. Natl.
Acad. Sci. USA, 90 (15), 6909–6913, 1993.
[13] Kaldor S. W., Siegel M. G., Fritz J. E., Dressman B. A., Hahn, P. J. Use of Solid
Supported Nucleophiles and Electrophiles for the Purification of Nonpeptide Small Molecule
libraries. Tetrahedron Lett., 37 (40), 7193–7196, 1996.
[14] Booth R. J., Hodges J. C. Polymer-Supported Quenching Reagents for Parallel
Purification. J. Am. Chem. Soc., 119 (21), 4882–4886, 1997.
[15] Flynn D. L., Crich J. Z., Devraj R. V., Hockerman S. L., Parlow J. J., South M. S.,
Woodard S. Chemical Library Purification Strategies Based on Principles of Complementary
Molecular Reactivity and Molecular Recognition. J. Am. Chem. Soc., 119 (21), 4874–4881,
1997.
[16] Booth J., Hodge P. Solid-Supported Reagent Strategies for Rapid Purification of
Combinatorial Synthesis Products. Acc. Chem. Res., 32 (1), 18–26, 1999.
[17] Boger D. L., Chai W., Ozer R. S., Anderson C. M. Solution-Phase Combinatorial
Synthesis via the Olefin Metathesis Reaction. Bioorg. Med. Chem. Lett., 7 (4), 463–468,
1997.
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
45
[18] Hodge P. Synthesis of Organic Compounds Using Polymer-Supported Reagents,
Catalysts, and/or Scavengers in Benchtop Flow Systems. Ind. Eng. Chem. Res., 44 (32),
8542–8553, 2005.
[19] Hodge P. Polymer-supported organic reactions: what takes place in the beads? Chem.
Soc. Rev., 26 (6), 417, 1997.
[20] CIEC Promoting Science at the University of York. Chemical reactors, 2013.
http://www.essentialchemicalindustry.org/processes/chemical-reactors.html (dostop: 24. 6.
2016).
[21] National Energy Technology Laboratory. Fluidized-Bed Reactor.
http://www.netl.doe.gov/research/coal/energy-systems/gasification/gasifipedia/fixed-bed-
reactor (dostop: 24. 6. 2016).
[22] Cameron N. R., Sherrington D. C. High internal phase emulsions(HIPEs) structure,
properties and use in polymer preparation. Adv. Polym. Sci., 126, 163–214, 1996.
[23] Kirschning A., Altwicker C., Drager G., Harders J., Hoffmann N., Hoffmann U.,
Schonfeld H., Solodenko W., Kunz U. PASSflow syntheses using functionalized monolithic
polymer/ glass composites in flow-through microreactors. Angew. Chem., Int. Ed., 40 (21),
3995–3998, 2001.
[24] Hird N., Hughes I., Hunter D., Morrison M. G. J. T., Sherrington D. C., Stevenson L.
Polymer discs an alternative support format for solid-phase synthesis. Tetrahedron, 55 (31),
9575–9584, 1999.
[25] COMSOL. Modeling Chemical Reactions: 3D Model of a Monolith Reactor, 2013.
https://www.comsol.com/blogs/modeling-chemical-reactions-3d-model-of-a-monolith-
reactor/ (dostop: 24. 6. 2016).
[26] (a) Kappe C. O. High-speed combinatorial synthesis utilizing microwave irradiation.
Curr. Opin. Chem. Biol., 6 (3), 314-320, 2002. (b) Lidstrom P., Tierney J., Wathey B.,
Westman J. Microwave assisted organic synthesis – a review. Tetrahedron, 57 (45), 9225–
9283, 2001.
[27] Ishihara K., Hasegawa A., Yamamoto H. Single-pass reaction column system with
super Brønsted acid-loaded resin. Synlett, (8), 1296–1298, 2002.
[28] Harrison C. R., Hodge P. Oxidation of some penicillins and other sulphides by use of a
polymer-supported peroxy-acid. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1, (21), 2252–2254, 1976.
[29] Eames J., Watkinson M. Polymeric scavengers reagents in organic synthesis. Eur. J.
Org. Chem. 2001 (7), 1213–1224, 2001.
[30] Hafez A. M., Taggi A. E., Wack H., Drury W. J., Lectka T. Column asymmetric
catalysis for â-lactam synthesis. Org. Lett., 2 (25), 3963–3965, 2000.
[31] Hafez A. M., Taggi A. E., Dudding T., Lectka T. Asymmetric catalysis on sequentially
linked columns. J. Am. Chem. Soc., 123 (44), 10853–10859, 2001.
[32] Krajnc P., Leber N., Brown F.J., Cameron R.N. Hydroxy-derivatised emulsion
templated porous polymers (PolyHIPEs): Versatile supports for solid and solution phase
organic synthesis. React. Funct. Polym., 66 (1), 81–91, 2006.
[33] Sherrington D. C. Preparation, structure and morphology of polymer supports. Chem.
Commun., (21), 2275–2286, 1998.
[34] Bayer E. Towards the Chemical Synthesis of Proteins. Angew. Chem., Int. Ed. Engl.,
30(2), 113–129, 1991.
[35] Cameron N.R. High internal phase emulsion templating as a route to well-defined
porous polymers. Polymer, 46 (5), 1439–1449, 2005.
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
46
[36] Barbetta A., Cameron N. R., Cooper S. J. High internal phase emulsions (HIPEs)
containing divinylbenzene and 4-vinylbenzyl chloride and the morphology of the resulting
PolyHIPE materials. Chem. Commun., (3), 221–222, 2000.
[37] Bartl V. H., Von Bonin W. Über die polymerisation in umgekehrter emulsion.
Macromol. Chem., 57 (1) ,74–95, 1962.
[38] Von Bonin W., Bartl H. A process for polymerizing water-insoluble monomers.
Nemčija, DE1137554, 1962.
[39] Pulko I., Krajnc P. High Internal Phase Emulsion Templating – A Path To
Hierarchically Porous Functional Polymers. Macromol. Rapid Commun., 33 (20),
1731−1746, 2012.
[40] Lin Z., Chenb H., Lin J.-M. Peroxide induced ultra-weak chemiluminescence and its
application in analytical chemistry. Analyst, 138 (18), 5182–5193, 2013.
[41] Wang X., Lin J.-M., Liu M.-L., Cheng X.-L. Flow-based luminescence-sensing
methods for environmental water analysis. TrAC Trends Anal. Chem., 28 (1), 75–87, 2009.
[42] Marquette C. A., Blum L. J. Chemiluminescent enzyme immunoassays: a review of
bioanalytical applications. Bioanalysis, 1 (7), 1259–1269, 2009.
[43] Dodeigne C., Thunus L., Lejeune R. Chemiluminescence as diagnostic tool. A review.
Talanta, 2000, 51 (3), 415–439.
[44] Liu M., Lin Z., Lin J.-M. A review on applications of chemiluminescence detection in
food analysis. Anal. Chim. Acta, 670 (1–2), 1–10, 2010.
[45] Mestre Y. F., Zamora L. L., Calatayud J. M. Flow-chemiluminescence: a growing
modality of pharmaceutical analysis. Luminescence, 16 (3), 213–235, 2001.
[46] Chandross E. A. A new chemiluminiscent system. Tetrahedron Lett., 4 (12), 761–765,
1963.
[47] Kobayashi S., Imai K. Determination of fluorescent compounds by high performance
liquid chromatography with chemiluminescence detection. Anal. Chem., 52 (3), 424–427,
1980.
[48] Tsunoda M., Imai K. Review Analytical applications of peroxyoxalate
chemiluminescence. Anal. Chim. Acta, 541 (1–2), 12–23, 2005.
[49] Brunmark A., Cadenas E. Electronically excited state generation during the reaction of
p-benzoquinone with H2O2. Relation to product formation: 2-OH- and 2,3-epoxy-p-
benzoquinone. The effect of glutathione. Free Radical Biol. Med., 3 (3), 169–180, 1987.
[50] Brunmark A. Formation of electronically excited states during the interaction of p-
benzoquinone with hydrogen peroxide. J. Biolumin. Chemilumin., 4 (1), 219–225, 1989.
[51] Katayama M., Takeuchi H., Taniguchi H. Determination of Hydrogen Peroxide by Flow
Injection Analysis with Aryl Oxalate-Sulforhodamine 101 Chemiluminescence. Anal. Lett.,
24 (6), 1005–1015, 1991.
[52] Nakashima K., Maki K., Akiyama S., Imai K. Evaluation of pyrimido[5,4-d]pyrimidine
derivatives as peroxyoxalate chemiluminescence reagents using a flow injection system.
Biomed. Chromatogr., 4 (3), 105–107, 1990.
[53] Nakashima K., Wada M., Kuroda N., Akiyama S., Imai K. High-Performance Liquid
Chromatographic Determination of Hydrogen Peroxide with Peroxyoxalate
Chemiluminescence Detection. J. Liq. Chromatogr., 17 (10), 2111–2126, 1994.
[54] Gübitz G., Van Zoonen P., Gooijer C., Velthorst N. H., Frei R. W. Immobilized
fluorophores in dynamic chemiluminescence detection of hydrogen peroxide. Anal. Chem.,
57 (11), 2071–2074, 1985.
[55] Van Zoonen P., Kamminga D. A., Gooijer C., Velthorst N. H., Frei R. W. Flow
injection determination of hydrogen peroxide by means of a solid-state-peroxyoxalate
chemiluminescence reactor. Anal. Chim. Acta, 167, 249–256, 1985.
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
47
[56] Poulsen J. R., Birks J. W., Gübitz G., Van Zoonen P., Gooijer C., Velthorst N. H., Frei R.
W. Solid-state peroxyoxalate chemiluminescence detection of hydrogen peroxide generated
in a post-column reaction. J. Chromatogr., 360, 371–383, 1986.
[57] Poulsen J. R., Birks J. W. Photocatalytic chemiluminescence detection of quinones in
high-performance liquid chromatography. Anal. Chem., 62 (13), 1242–1251, 1990.
[58] Williams D. C., Huff G. F., Seitz W. R. Evaluation of peroxyoxalate
chemiluminescence for determination of enzyme generated peroxide. Anal. Chem., 48 (7),
1003–1006, 1976.
[59] Nakashima K., Maki K., Kawaguchi S., Akiyama S., Tsukamoto Y., Imai K.
Peroxyoxalate Chemiluminescence Assay of Hydrogen Peroxide and Glucose Using 2,4,6,8-
Tetrathio-morpholinopyrimido[5,4-d]pyrimidine as a Fluorescent Component. Anal. Sci., 7
(5), 709–713, 1991.
[60] Nakashima K., Hayashida N., Kawaguchi S., Akiyama S., Tsukamoto Y., Imai K. Flow-
Injection Analysis with Chemiluminescence Detection of Glucose and Uric Acid Using
Immobilized Enzyme Reactor. Anal. Sci. 7 (5), 715–718, 1991.
[61] Van Zoonen P., Deherder I., Gooijer C., Velthorst N. H., Frei R. W., Kuntzberg E.,
Gübitz G. Detection of Oxidase Generated Hydrogenperoxide by a Solid State Peroxyoxalate
Chemiluminescence Detector. Anal. Lett. 19 (19–20), 1949–1961, 1986.
[62] Emteborg M., Irgum K., Gooijer C., Brinkman U. A. T. Peroxyoxalate
chemiluminescence in aqueous solutions: Coupling of immobilized enzyme reactors and
1,1′-oxalyldiimidazole chemiluminescence reaction to flow-injection analysis and liquid
chromatographic systems. Anal. Chim. Acta, 357 (1–2), 111–118, 1997.
[63] Abdellatif M. S., Guilbault G. G. Fiber-optic sensor for the determination of glucose
using micellar enhanced chemiluminescence of the peroxyoxalate reaction. Anal. Chem., 60
(24), 2671–2674, 1988.
[64] Grayeski M. L., Woolf E. J., Helly P. J. Quantitation of enzymatically generated
hydrogen peroxide based on aqueous peroxyoxalate chemiluminescence. Anal. Chim. Acta,
183 (??), 207–215, 1986.
[65] V. I. Rigin, Determination of formaldehyde and formic acid in natural waters by
applying an immobilized enzyme and a chemiluminescence finish J. Anal. Chem. USSR 36
(8), 1111–1115, 1981.
[66] Jansen H., Brinkman U. A. T., Frei R. W. Stereoselective determination of L-amino
acids using column liquid chromatography with an enzymatic solid-phase reactor and
chemiluminescence detection. J. Chromatogr., 440, 217–223, 1988.
[67] Wada M., Inoue K., Thara A., Kishikawa N., Nakashima K., Kuroda N. Determination
of organic peroxides by liquid chromatography with on-line post-column ultraviolet
irradiation and peroxyoxalate chemiluminescence detection. J. Chromatogr. A, 987 (1–2),
189–195, 2003.
[68] Hasebe T., Hasegawa E., Kawashima T. Flow Injection Determination of Hydrogen
Peroxide by Bis(2,4,6-trichlorophenyl)oxalate Chemiluminescence in O/W Emulsion. Anal.
Sci., 12 (6), 881–885, 1996.
[69] Honda K., Miyaguchi K., Nishino H., Tanaka H., Yao T., Imai K. High-performance
liquid chromatography followed by peroxyoxalate chemiluminescence detection of
acetylcholine and choline utilizing immobilized enzymes. Anal. Biochem., 153 (1), 50–53,
1986.
[70] Van Zoonen P., Gooijer C., Velthorst N. H., Frei R. W., Wolf J. H., Gerrits J., Elentge
F. HPLC detection of choline and acetylcholine in serum and urine by an immobilized
enzyme reactor followed by chemiluminescence detection. J. Pharm. Biomed. Anal., 5 (5),
485–492, 1987.
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
48
[71] Wada M., Nakashima K., Kuroda N., Akiyama S., Imai K. Sensitive flow-injection
method with peroxyoxalate chemiluminescence detection combined with preparative high-
performance liquid chromatography for determination of choline-containing phospholipids
in human serum. J. Chromatogr. B, 678 (2), 129–136, 1996.
[72] Zhang Z., Zhang S., Zhang X. Recent developments and applications of
chemiluminescence sensors. Anal. Chim. Acta, 541 (1–2), 37–46, 2005.
[73] Zhang X. R., Baeyens W. R. G., Garcia-Campana A. M., Ouyang J. Recent
developments in chemiluminescence sensors. Trac-Trend. Anal. Chem., 18 (6), 384–391,
1999.
[74] Aboul-Enein H. Y., Stefan R. I., Van Staden J. F., Zhang X. R., Garcia-Campana A. M.,
Baeyens W. R. G. Recent developments and applications of chemiluminescence sensors.
Crit. Rev. Anal. Chem. 30 (4), 271–289, 2000.
[75] Garcia-Campana A. M., Baeyens W. R. G. Chemiluminescence in Analytical
Chemistry. New York: Marcel Dekker, 2001.
[76] Wang K. M., Li J., Yang X. H., Shen F. L., Wang X. A chemiluminescent H2O2 sensor
based on horseradish peroxidase immobilized by sol–gel method. Sens. Actuators B: Chem.,
65 (1–3), 239–240, 2000.
[77] Zhou G. J., Wang G., Xu J. J., Chen H. Y. Reagentless chemiluminescence biosensor
for determination of hydrogen peroxide based on the immobilization of horseradish
peroxidase on biocompatible chitosan membrane. Sens. Actuators B: Chem., 81 (2–3), 334–
339, 2002.
[78] Janasek D., Spohn U., Kiesow A., Heilmann A. Enzyme modified membranes protected
by plasma polymer layers. Sens. Actuators B: Chem., 78 (1–3), 228–231, 2001.
[79] Nozaki O., Kawamoto H. Reactivation of inactivated horseradish peroxidase with
ethyleneurea and allantoin for determination of hydrogen peroxide by micro-flow injection
horseradish peroxidase-catalyzed chemiluminescence. Anal. Chim. Acta, 495 (1–2), 233–
238, 2003.
[80] Li B. X., Zhang Z. J., Zhao L. X. Chemiluminescent flow-through sensor for hydrogen
peroxide based on sol–gel immobilized hemoglobin as catalyst. Anal. Chim. Acta, 445 (2),
161–167, 2001.
[81] Qu P., Li B. X., Zhang Z. J. Plant Tissue-based Chemiluminescence Flow Biosensor for
Hydrogen Peroxide Determination in Water Samples. Chin. J. Anal. Chem., 31 (10), 1240–
1243, 2003. (2003) 1240–1243.
[82] Marquette C. A., Blum L. J. 1,3-dichloro-5,5-dimethylhydantoin as triggering reagent
for chemiluminescent biochip based on the luminol-H2O2. Anal. Lett., 36 (9), 1697–1706,
2003.
[83] Pulko I., Wall J., Krajnc P., Cameron N.R. Ultra-High Surface Area Functional Porous
Polymers by Emulsion Templating and Hypercrosslinking: Efficient Nucleophilic Catalyst
Supports. Chem. Eur. J., 16 (8), 2350–2354, 2010.
[84] Sevšek U., Krajnc P. Methacrylic acid microcellular highly porous monoliths:
Preparation and functionalisation. React. Funct. Polym., 72 (4), 221–226, 2012.
[85] Krajnc P., Leber N., Brown F. J., Cameron R. N. Hydroxy-derivatised emulsion
templated porous polymers (PolyHIPEs): Versatile supports for solid and solution phase
organic synthesis. React. Funct. Polym., 66 (1), 81–91, 2006.
[86] Sunkur M., Baris D., Hosgoren H., Togrul M. Novel C2-Symmetric Macrocycles
Bearing Diamide-Diester Groups: Synthesis and Enantiomeric Recognition for Primary
Alkyl ammonium Salts. J. Org. Chem., 73 (7), 2570–2575, 2008.
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
49
[87] Majer J., Krajnc P. Cross-Linked Porous Poly(Acrylic Acid-co-Acrylamide) from High
Internal Phase Emulsions: Preparation and Functionalisation. Acta Chim. Slov., 56 (3), 629–
634, 2009.
[88] Krajnc P., Toplak R. Derivatisation of crosslinked poly(styrene-co-acryloyl chloride)
for functional polymer supports and use as an electrophilic scavenger resin. React. Funct.
Polym., 52 (1), 11–18, 2002.
[89] Utroša P. Kemiluminiscenca kot vir fotopolimerizacije. Maribor: Univerza v Mariboru,
Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo, 2015.
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
50
7 Priloge
7.1 FTIR spekter začetnega monolita
500750100012501500175020002500300035004000
1/cm
75
80
85
90
95
%T
33
02
.13
30
16
.67
29
20
.23
28
48
.86
19
13
.39
16
99
.29
16
08
.63
15
10
.26
14
42
.75
14
19
.61
13
54
.03
12
65
.30
12
11
.30
11
68
.86
11
11
.00
10
18
.41
91
0.4
0
82
3.6
0
74
2.5
9
70
7.8
8
67
3.1
6
55
9.3
6 53
0.4
2
SB3_1
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
51
7.2 FTIR spekter hiperzamreženega polimera
500750100012501500175020002500300035004000
1/cm
88
90
92
94
96
98
100
102
%T
29
22
.16
28
56
.58
17
03
.14
16
04
.77
15
10
.26
14
46
.61
14
19
.61 1
35
4.0
3
13
03
.88
12
65
.30
11
68
.86
11
09
.07
10
18
.41
81
5.8
9
54
0.0
7
SB20
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
52
7.3 FTIR spekter polimera po reakciji s Tris(OH)
500750100012501500175020002500300035004000
1/cm
90
91.5
93
94.5
96
97.5
%T
29
22
.16
28
58
.51
16
68
.43
16
04
.77
15
08
.33
14
50
.47 1
41
7.6
8
12
59
.52
12
13
.23
11
70
.79
10
87
.85
10
43
.49
10
18
.41
81
5.8
9
72
1.3
8
62
6.8
7
55
3.5
7
52
8.5
0
50
3.4
2
44
3.6
3
42
0.4
8
SB21
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
53
7.4 FTIR spekter polimera po reakciji s 5 ekvivalenti oksalil klorida pri povišani temperaturi
5001000150020002500300035004000
1/cm
65
70
75
80
85
90
95
%T
34
96
.94
33
32
.99
30
61
.03
29
26
.01
23
60
.87
23
41
.58
17
59
.08
16
35
.64
16
10
.56
15
39
.20
14
87
.12
13
13
.52
12
51
.80
11
97
.79
11
63
.08 10
55
.06
10
02
.98
92
5.8
3
81
7.8
2
75
2.2
4
68
0.8
7
65
5.8
0
60
7.5
8
58
2.5
0
47
2.5
6
45
1.3
4
41
2.7
7
SB15
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
54
7.5 FTIR spekter polimera po reakciji s 5 ekvivalenti oksalil klorida pri sobni temperaturi
500750100012501500175020002500300035004000
1/cm
40
50
60
70
80
90
100
%T
33
36
.85
32
53
.91
31
78
.69
30
86
.11
30
70
.68
29
24
.09
16
35
.64
16
12
.49
15
41
.12
14
87
.12
14
48
.54
13
03
.88
12
51
.80
11
99
.72
11
66
.93
10
55
.06
10
02
.98
93
5.4
8
81
7.8
2
75
2.2
4
72
1.3
8
67
8.9
4
64
2.3
0
60
7.5
8 55
3.5
7
47
0.6
3
45
7.1
3
44
5.5
6
42
8.2
0
41
8.5
5
SB26
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
55
7.6 FTIR spekter polimera po reakciji z 1 ekvivalentom oksalil klorida pri sobni temperaturi
500750100012501500175020002500300035004000
1/cm
86
88
90
92
94
96
98
100
%T3
21
9.1
9
31
86
.40
29
24
.09
28
52
.72
16
04
.77
15
08
.33
14
48
.54
14
19
.61 1
37
5.2
5
13
63
.67
12
15
.15
11
66
.93
10
64
.71
10
18
.41
81
5.8
9
70
5.9
5
68
0.8
7
54
3.9
3
46
8.7
0
42
4.3
4
SB29
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
56
7.7 FTIR spekter polimera po reakciji s tionil kloridom
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
57
7.8 FTIR spekter polimera po reakciji s pentafluorofenolom 1
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
58
7.9 FTIR spekter polimera po reakciji s pentafluorofenolom 2
500750100012501500175020002500300035004000
1/cm
93
94.5
96
97.5
99
100.5
102
%T2
91
8.3
0
28
60
.43
16
04
.77
15
06
.41
14
52
.40
14
17
.68
13
03
.88
12
11
.30
11
68
.86
11
12
.93
10
82
.07
10
18
.41
88
5.3
3
81
5.8
9
61
3.3
6
57
6.7
2
53
2.3
5
44
7.4
9
SB30
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
59
8 Življenjepis
OSEBNI PODATKI Bošnjak Selena
Ljubljanska ulica 94a, 2000 Maribor (Slovenija)
++386(0)70 707 855
DELOVNE IZKUŠNJE
TYPE OF APPLICATION
2015 Kemik Marifarm, proizvodnja in storitve d.o.o. Minařikova ulica 8, Maribor (Slovenija)
- priprava, pregled in arhiviranje dokumentacije za sproščanje materialov/izdelkov,
- obvladovanje vzorcev, standardov in reagentov ter analitskih izvidov,
- zagotavljanje skladnosti z zahtevami ISECO.
Vrsta dejavnosti ali sektor Kontrola kakovosti
2013 Kemik Nigrad d.d., Zagrebška cesta 30, Maribor (Slovenija)
- monitoring procesnih, tehnoloških in komunalnih odpadnih voda,
- monitoring emisij v vodah,
- obratovalni monitoring komunalnih in industrijskih čistilnih naprav.
Vrsta dejavnosti ali sektor Laboratorij - analiza in monitoring odpadnih voda
2011–2016 Hostesa Slovensko narodno gledališče Maribor, Slovenska ulica 27, Maribor (Slovenija)
2011–2015 Kemik MARIBORSKI VODOVOD d.d., Jadranska cesta 24, Maribor (Slovenija)
- poletno študentsko delo
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
60
IZOBRAŽEVANJE IN USPOSABLJANJE
KOMPETENCE
2014–v teku Magistrski študijski program "Analizna kemija" Raven 7 EOK
Univerza v Mariboru, Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo, Maribor (Slovenija)
10/7/2016–23/7/2016 Euromaster
Measurement Science in Chemistry, Summer school, Malle (Belgija)
- validacija,
- sledljivost,
- merilna negotovost,
- CRM,
- medlaboratorijski test (ILC),
- kontrola kakovosti.
Ostali dokumenti Napaka! Vira sklicevanja ni bilo mogoče najti.
2011–2014 Diplomirana kemičarka (UN) Raven 6 EOK
Univerza v Mariboru, Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo, Maribor (Slovenija)
2005–2012 Klavir – višja stopnja
Konservatorij za glasbo in balet, Maribor (Slovenija)
Klavir, solfeggio, komorna igra
2008–2011 Gimnazijska maturantka
II. gimnazija Maribor, Maribor (Slovenija)
1999–2007 Balet – nižja stopnja
Konservatorij za glasbo in balet, 2000 (Slovenija)
Materni jezik slovenščina, hrvaščina
Drugi jeziki RAZUMEVANJE GOVORJENJE PISNO
SPOROČANJE
Slušno razumevanje Bralno
razumevanje Govorno sporazumevanje
Govorno sporočanje
španščina B1 B2 B1 B1 B1
angleščina C1 B2 B2 B2 B1
Stopnja: A1 in A2: Osnovni uporabnik - B1 in B2: Samostojni uporabnik - C1 in C2: Usposobljeni uporabnik Skupni evropski jezikovni okvir
Komunikacijske kompetence - sposobnost vodenja in moderiranja prireditev, za kar sem dodatno obiskovala lektorske vaje,
- sposobnost korepetiranja, ki sem ga pridobila z osvojenim znanjem klavirja, komorne igre in solfeggia,
- sposobnost učiti osnove plesa in baleta, kar sem pridobila z opravljenim šolanjem baleta.
Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec
61
PRILOGE
Strokovne kompetence - samostojno delo v kemijskih laboratorijih,
- vodenje in moderiranje prireditev (II. gimnazija, Univerzitetna knjižnica Maribor, Zveza bibliotekarskih društev Slovenije ...).
Druge kompetence
- Excellent knowledge of Microsoft Office™ (Word™, Excel™ in PowerPoint™)
Vozniško dovoljenje B
Napaka! Vira sklicevanja ni bilo mogoče najti.