OKSALATI, IMOBILIZIRANI NA VINILBENZIL KLORIDNI NOSILEC · Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil...

Magistrsko delo

OKSALATI, IMOBILIZIRANI NA VINILBENZIL KLORIDNI NOSILEC

avgust, 2016 Selena Bošnjak

Selena Bošnjak

Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil kloridni nosilec

Magistrsko delo

Maribor, 2016


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


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


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


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


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.


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)


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)


VII

Seznam tabel

Tabela 4-1: Vsebnost klorida po hiperzamreženju ................................................................. 32

Tabela 4-2: Elementna analiza................................................................................................ 34


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


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


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


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.


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.


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.


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].


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,


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]


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].


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.


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]


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.


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


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].


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.


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).


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


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


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


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


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


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




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


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



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


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



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



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.


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.


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.


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):


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):


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.


30

Slika 4-1: SEM osnovnega monolita


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.


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


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.


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.


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


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.


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.


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.


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.


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


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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


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


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


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


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


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


56

7.7 FTIR spekter polimera po reakciji s tionil kloridom


57

7.8 FTIR spekter polimera po reakciji s pentafluorofenolom 1


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


59

8 Življenjepis

OSEBNI PODATKI Bošnjak Selena

Ljubljanska ulica 94a, 2000 Maribor (Slovenija)

++386(0)70 707 855

[email protected]

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


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.

http://europass.cedefop.europa.eu/sl/resources/european-language-levels-cefr


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.

OKSALATI, IMOBILIZIRANI NA VINILBENZIL KLORIDNI NOSILEC · Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil...

Documents

Transcript of OKSALATI, IMOBILIZIRANI NA VINILBENZIL KLORIDNI NOSILEC · Oksalati, imobilizirani na vinilbenzil...