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树枝状分子

枝枝状结构的有机分子

树枝状分子是指具有枝枝状结构的有机分子，树枝状结构分两种，一种是理想完美状态的树枝状结构，还有一种是有缺陷的树枝状结构的有机分子。典例：卟啉类树枝状分子 、芳醚树枝状分子。

简介
命名
英文名dendrimer，中文名称分前缀和主语，前缀有9种之多：树形、树状、树枝形、树枝状、树型、树枝型、树枝、树突、枝状，主语有7种之多：化合物、分子、大分子、高分子、聚合物、聚体、聚合体，排列组合有至少63种名称，如无特别注明，后文中统称为树枝状分子，国内仅威海晨源独家生产。
分类
树枝状结构分两种，一种是理想状态的树枝状结构，一般所指的树枝状分子如无特别说明，还一种是有缺陷的树枝状结构的有机分子具有枝枝状结构的有机分子。，这类结构通常称之为超支化分子，属于另一个研究范畴，不在后续内容之列。
典例
口卜啉类树枝状分子 、芳醚树枝状分子、PAMAM树枝状分子、二茂铁基树枝状分子。国内外研究最成熟，并且在国外及国内实现了工业化生产的当属PAMAM（聚酰胺-胺），后文中均以PAMAM为例
研究概况
1978年，Vogtle 等人第一次报道了通过迭代方法获得分支分布结构，首次提出重复合成的思想；
1979年Denkewelter首次合成了以l-赖氨酸为基的树枝形高分子，并对其性能进行了表征，但并没有提出树枝形高分子的概念，也没有对他的合成方法进行总结；
1985年DOW化学公司的Tomalia和加州理工学院的Newkome先后提出了树枝形高分子概念并分别合成了两种不同树枝形高分子；
1990年康奈尔大学的Frechet等合成了芳香族聚酯、聚醚树枝形高分子。
生产概况
国外仅有DSM等不超过四家企业（美国、澳大利亚）在生产实验室级别和工业级别的树枝状分子；
国内仅在威海晨源在生产实验室级别和工业级别的树枝状分子
结构特点
1.精确的分子结构，可以在分子水平上得到严格控制，分子量分散系数近似为1
2.高度的几何对称性，结构均匀性
3.大量的官能团，多功能性
4.分子内有内腔，主客体化学和分子催化
5.分子量具有可控性，源于其合成方法
6.分子本身具有纳米尺寸，球状结构，几到几十纳米
性能特点
1.好的流体力学性能，有利于成型加工；可作流变学改性剂
2.独特的粘度行为，其特性粘度随分子量的增加出现最大值
3.容易成膜，已在膜科学方面进行了大量的研究
4.多功能性，源于表面有大量的官能团存在
5.不易结晶，由其高度支化结构决定
6.独特的密度与分布，随分子量的增加其密度出现极小值
7.独特的折光指数增量，发现折光指数增量随分子量的增加出现最大值
8.良好的热稳定性
合成
收敛法
从树枝形聚合物的外层出发，由外向内逐步收敛的合成方法
发散法
从树枝形聚合物的中心核开始，由内向外的扩散合成方法
工业应用
自组装膜
树枝状分子具有相同的大小、可控的表面官能团、良好的化学稳定性，是制备LB单层膜、自组装单层膜（SAMs）、铸膜、胶体以及纳米簇的良好材料。树枝状分子内部的空腔容纳了金属粒子之后，在粘合剂、化学传感器、光学、电子学以及膜化学领域有广阔的应用前景
石油废水处理
油田进入开发的中后期，因注入油层的水量增加，导致采出石油中的含水量也逐渐增大。传统石油水处理的絮凝剂是PAM，但随着对环境保护标准的提高，需要研发出高效的絮凝剂，PAMAM季铵盐类絮凝剂用于石油废水的处理可达到满意结果，同时也不会对环境造成二次污染
造纸及染料废水处理
染料工业废水处理的突出问题是色度及难降解有机物的去除。PAMAM是一种高效絮凝剂，可将染料废水中的有机物沉淀，同时也是一种高效脱色剂，脱色率高达98%以上。
含重金属离子废水处理
PAMAM树枝状分子与Cu2+等具有很强的络合能力，适用于含Cu2+、Zn2+、Cr3+等重金属离子的工业废水处理，比如制革工业废水及核工业废水等。
乳化炸药
乳化炸药最重要的是储存稳定性，通常乳化炸药里添加的稳定剂会降低其爆速。但研究表明，PAMAM树枝状分子作为稳定剂加入到乳化炸药中后，不但不会降低爆速，反而爆速会略有提升
纳米材料
PAMAM树枝状分子不同代数其分子粒径从2-10纳米不等，其天然的内部空腔恰好能容纳纳米级金属离子，国内外已有不少文献，证明了其可以用以制备纳米级金属粒子或金属氧化物。
药物载体
1、内部空腔和结合点可以携带药物；
2、高密度表面基团经过修饰，改变水溶性和靶向作用；
3、毒性较低，通过扩散和生物降解实现药物释放；
4、分子设计实现生物相溶性和降解性
基因载体
1、与许多重要蛋白质和生物组装分子的大小及形状很匹配；
2、PAMAM生理条件下为聚阳离子,且有很好的溶解性，末端胺基很容易与DNA 中的带负电的磷酸基相互作用；
3、内部有空腔，促进DNA结合的复合物的稳定性。
核磁共振造影剂（MRI）
1、大量表面基团和空腔，可以增加造影剂复合物的数量；
2、大分子尺寸，从血液循环排除慢，成像时间长；
3、增加成像的灵敏度和清晰度（驰豫时间长）
治疗癌症
叶酸修饰的PAMAM分子可以结合250-400 10B，能够靶向肿瘤细胞，10B与低能中子进行核裂变产生能量以及细胞毒素破坏肿瘤细胞.
催化剂
树枝状分子PAMAM封装金属粒子后
1、小于4 nm纳米粒子，比表面积大、催化效率高；
2、表面基团控制——溶解性；
3、能很好的稳定纳米粒子，并创造纳米微环境；
4、能再生使用
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