Chemoselective poly(oxazolines) (POx) and poly[(oligo ethylene glycol) acrylates] were synthesized. An initiator was produced for the preparation of poly(oxazoline)s capable of participating in click chemistry reactions which allows the functionalization of the polymer at the α terminus which was confirmed by 1H NMR spectroscopy. The initiator was used for the polymerization of hydrophilic 2 methyl 2 oxazoline (MeOx), whereby chemoselective, alkyne functionalized polymers could be prepared for Cu-catalyzed azide–alkyne cycloaddition. The desired molecular weight could be achieved through the living, ring opening cationic polymerization and was confirmed by 1H NMR, SEC and MALDI ToF measurements. Polymers were terminated with piperidine if no further functionalization was needed, or with an ester derivate for enabling amine attachment in a subsequent step. In addition, polymers were functionalized by termination with NaN3 in order to provide the counterpart to the azide–alkyne reaction. IR spectroscopy was suitable for the azide detection. The coupling of polymers showed the reactivity and could be confirmed by SEC, 1H NMR and IR spectroscopy.
The composition of cysteine functionalized POx was completed by thiol–ene chemistry. Since the commercially available iso 2 propyl 2 oxazoline is not available for the cationic polymerization, 2 butenyl and 2 decenyl 2 oxazoline (ButenOx and DecenOx) were first prepared. The synthesis of both copolymers, based on MeOx could be confirmed by 1H NMR as well as with SEC, whereby narrow distributions with dispersities of 1.06 could be achieved. The cysteine functionalization of the copolymers was enabled by the creation of a thiazolidine component which could be synthesized by acetal and formyl protection of cysteine and subsequent functionalization with a thiol. The component enabled the reaction with a polymer by thiol–ene reaction which was started by the addition of dimethoxyphenyl-acetophenone and was catalyzed by irradiation with UV light. Both copolymers, with a shorter (polymers with BuenOx) and longer (polymers with DecenOx) hydrophobic sidechain could be functionalized. 1H NMR spectroscopic analysis showed a quantitative reaction with the thiazolidine derivate. After deprotection by acidic workup the desired, cysteine functionalized polymer could be isolated. Quantification of cysteine functions was ensured by a modified TNBSA assay, whereby the thiols were first oxidized in order to confirm an independent measurement of amine functions. Both, the TNBSA assay as well as the NMR measurement showed the desired number of cysteine residues.
The cytotoxicity of functionalized polymers with different compositions was tested by a luminescent cell viability assay (LCVA). Both, the amount of cysteine functions (5–10%) in the copolymers as well as the length of the hydrophobic side chain were varied. All polymers did not show cytotoxicity up to concentrations of 10 mg∙mL-1. The cell activity and cell numbers only decreased below 50% and 20% respectively, when copolymers with 5% cysteine and longer sidechains were measured, which was attributed to a contamination of the sample itself. The cooperation partner performed Native Chemical Ligation (NCL) with model peptides and purified the products by HPLC. A sterically non demanding peptide was synthesized, consisting of an aromatic amino acid and four glycine units. The aromatic unit was used for the quantification of the polymer–peptide conjugate in the 1H NMR spectroscopy. A polymer having five cysteine side chains has been fully implemented by NCL to a conjugate of one polymer with five peptides. A sterically more demanding peptide was additionally used and MALDI ToF measurements confirmed the successful conjugation.
Furthermore the cysteine functionalized polymer was used for nanogel synthesis. The thiol of the cysteine function was oxidized in an inverse mini-emulsion by H2O2, resulting in nanogels (~500 nm) which could be confirmed by SEM, AFM, DLS and NTA measurements.
Besides POx, oligo (ethylene glycol)acrylates (OEGA) were polymerized; by copolymerization with the reactive pentafluorophenyl acrylate (PFPA) reactive and amphiphilic polymers were obtained. The synthesis of PFPA could be confirmed spectroscopically by 1H , 19F NMR, and by FT IR. Copolymers were synthesized by RAFT polymerization with narrow dispersities. Functionalization with an amine functionalized thiazolidine led to a hydrophilic cysteine functionalized polymer after acidic deprotection. Apart from this polymer, a thioester functionalization was successfully performed by reaction of the active polymer with a cyclic amine functionalized thioester which does not release a toxic by product (such as the resulting thiol) during NCL and thus features a very high potential to replace former thioester. / Als hydrophile Polymere wurden chemoselektive Poly(oxazoline) (POx) und Poly(oligoethylenglykol)acrylate synthetisiert. Für die Darstellung von „klickfähigen“ Poly(oxazolinen) wurde ein Initiator synthetisiert, welcher eine Funktionalisierung des Polymers am α Terminus ermöglicht. Die erfolgreiche Darstellung wurde mittels 1H NMR Spektroskopie bewiesen. Der Initiator wurde für die Polymerisation von hydrophilem 2 Methyl 2 oxazoline (MeOx) eingesetzt, wodurch chemoselektive, Alkin funktionalisierte Polymere dargestellt werden konnten. Die gewünschten Molmassen konnten durch die lebende, Polymerisation erreicht werden und durch 1H NMR, GPC und MALDI Messungen bewiesen werden. Die Terminierung der Polymere erfolgte durch Abbruch mit Piperidin oder durch Abbruch mit einem Ester Derivat, um die Anbindung mit Aminen zu ermöglichen. Außerdem wurden Polymere durch die Terminierung mit NaN3 funktionalisiert, um das Pendant zur Azid–Alkin¬-Cycloaddition liefern zu können. Die IR-Spektroskopie eignete sich hierbei für die Azid-Detektion. Die Kopplung beider Polymere, zum Nachweis der Reaktivität, konnte durch die GPC, 1H NMR und IR Spektroskopie bestätigt werden.
Die Darstellung von Cystein funktionalisierten POx konnte durch Thiol–en Chemie realisiert werden. Dazu wurde ein Copolymer mit Allylseitenketten synthetisiert. Da das kommerziell erhältliche iso-Propyloxazoline nicht für die kationische Polymerisation zur Verfügung steht, wurden Butenyl und Decenyloxazolin (ButenOx und DecenOx) synthetisiert. Die Darstellung des Copolymers, basierend auf MeOx, konnte mit 1H NMR und der GPC bestätigt werden. Enge Verteilungen bis zu einer Disperistät von 1.06 wurden erreicht. Die Cysteinfunktionalisierung der Copolymere wurde durch die Synthese eines Thiazolidinbausteins ermöglicht. Dieser konnte durch Acetal- und Formylschützung von Cystein und anschließender Funktionalisierung mit einem Thiol dargestellt werden. Der Baustein ermöglichte die Umsetzung des Polymers mit dem geschützten Cysteinderivat. Diese wurde durch Zugabe von Dimethoxyphenyl-acetophenon gestartet und durch Bestrahlung mit UV-Licht katalysiert. Sowohl Copolymere mit einer kürzeren (Einsatz von ButenOx) und langen (Einsatz von DecenOx) hydrophoben Seitenkette konnten mittels Thiol–en Chemie funktionalisiert werden. 1H NMR spektroskopische Analysen zeigten eine quantitative Umsetzung mit dem Thiazolidinderivat. Nach Entschützung konnte das gewünschte, Cystein funktionalisierte Polymer isoliert werden. Die Quantifizierung der Cysteinfunktionen wurde durch einen modifizierten TNBSA assay gewährleistet, wobei die Thiole des Cysteins zunächst oxidiert wurden, damit diese keinen Einfluss auf die Messung haben konnten. Sowohl der TNBSA assay als auch die NMR-spektroskopische Messmethode zeigte die gewünschten Anzahlen von Cysteinresten.
Die funktionalisierten Polymere wurden mit unterschiedlichen Zusammensetzungen auf Zelltoxizität geprüft. Der Anteil an Cysteinfunktionen (5 10%) und die Länge der hydrophoben Seitenkette wurden variiert. Alle Polymere waren bis zu einer Konzentration von 10 mg∙mL-1 nicht toxisch. Die Zellaktivität und Zellzahl sank nur beim Copolymer mit 5% Cystein und langer Seitenkette unter einen Wert von 50% bzw. 20%, was auf eine Verunreinigung der Probe zurückgeführt wurde. Der Kooperationspartner führte die Native Chemische Ligation (NCL) mit verschiedenen Modellpeptiden durch und reinigte die Produkte mittels HPLC. Es wurden sterisch unanspruchsvolle Peptide synthetisiert, die aus einer aromatischen Aminosäure und vier Glycineinheiten bestanden. Der Aromat konnte in der 1H NMR Spektroskopie für die Quantifizierung der Polymer–Peptid Konjugate genutzt werden. Ein Polymer mit fünf Cysteinseitenketten wurde vollständig mittels NCL zu einem Konjugat aus einem Polymer mit fünf Peptiden umgesetzt. Ein sterisch anspruchsvolleres Peptid wurde im Nachhinein verwendet, wobei MALDI-ToF Messungen die Konjugation bestätigten. Das cysteinfunktionaliserte Polymer wurde außerdem für die Nanogelsynthese verwendet. Hierbei wurde das Thiol der Cysteinfunktion mittels H2O2 in einer inversen Miniemulsion oxidiert, woraus Nanogele resultierten, die mittels REM, AFM, DLS und NTA bestätigt werden konnten.
Neben POx wurden Copolymere aus (Oligoehtylenglykol)acrylate und Pentafluorophenylacrylat synthetisiert und reaktive amphiphile Polymere erhalten. Die Darstellung von Pentafluorophenylacrylat konnte durch 1H und 19F NMR als auch durch FT IR spektroskopisch bestätigt werden. Copolymere wurden mittels RAFT Polymerisation mit engen Dispersitäten und den gewünschten Molmassen synthetisiert. Die Funktionalisierung mit einem aminfunktionalisierten Thiazolidin führte nach saurer Entschützung zu einem hydrophilen cysteinfunktionalisierten Polymer. Neben dieser Komponente konnte eine Thioesterfunktionalisierung durch Reaktion mit einem cyclischen aminfunktionalisierten Thiolacton erfolgreich durchgeführt werden.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uni-wuerzburg.de/oai:opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de:14562 |
| Date | January 2016 |
| Creators | Schmitz, Michael |
| Source Sets | University of Würzburg |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | doctoralthesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/doku/lic_mit_pod.php, info:eu-repo/semantics/openAccess |
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