DE69936534T2

DE69936534T2 - Nanopartikel mit polymerschalen

Info

Publication number: DE69936534T2
Application number: DE69936534T
Authority: DE
Inventors: Chad A. Wilmette MIRKIN; Sonbinh T. Evanston Nguyen
Original assignee: Nanosphere LLC
Current assignee: Nanosphere LLC
Priority date: 1998-11-30
Filing date: 1999-11-30
Publication date: 2008-03-13
Anticipated expiration: 2019-12-01
Also published as: ATE366932T1; AU768535B2; JP3650582B2; EP1135682A1; CA2352362C; CN1607390A; JP2002531830A; CN1328641A; DE69936534D1; AU1928600A; CN1182395C; CA2352362A1; EP1135682A4; EP1135682B1; WO2000033079A1; EP2000803A1; CN100406890C; US7115688B1

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Nanopartikel mit daran gekuppelten Polymerschalen, wobei die Polymerschalen den Nanopartikeln ein oder mehrere ausgewählte Eigenschaften vermitteln sollen. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung von Nanopartikeln, das eine Übergangsmetall-Ringöffnungsmetathesepolymerisation von cyclischen Olefinderivaten verwendet, bevorzugt Norbornenderivaten mit einer ausgewählten Eigenschaft. Das Verfahren lässt das Wachstum der Polymere weg von den Oberflächen der Nanopartikel zu.
Hintergrund
In den letzten Jahren gab es ein erhebliches Interesse an der Entwicklung von Methoden zum Zusammenfügen von Blöcken im Nanomaßstab zu periodischen funktionellen Materialien. Siehe Storhoff et al., J. Clust. Sci. 8:179 (1997) und die darin zitierten Dokumente und Brousseau et al., J. Am. Chem. Soc., 120:7645 (1998). Diese Methoden vertrauen auf den Zugang zu neuen Block bildenden Zusammensetzungen und Zusammenfügungsstrategien.
Im Hinblick auf erstere sind sowohl anorganische als auch organische Zusammensetzungen verfügbar. Wesentlich ist, dass einige dieser Block bildenden Materialien in makroskopischen Mengen und in monodisperser Form zugänglich sind. Z.B. existiert eine Vielzahl von Methoden zur Herstellung von monodispersen Proben von CdS- und CdSe-Teilchen (Murray et al., J. Am. Chem. Soc., 115:8706 (1993); Weller, Angew. Chem., Int. Ed. Engl., 32:41 (1993); Wang und Herron, J. Phys. Chem., 95:525 (1991)) und von Goldteilchen (Grabar et al., J. Anal. Chem., 67:735 (1995); Frens, Nature Phys. Sci., 241:20 (1973); Hayat, M.A. (Herausgeber), Colloidal Gold: Principles, Methods and Applicants (Academic, San Diego, 1991)) mit einem Durchmesser im Bereich von 1 bis 40 nm. Untersuchungen im Hinblick auf diese wohl definierten anorganischen Teilchen haben nicht nur zu einem besseren Verständnis von Mengenbeschränkungs-Wirkungen geführt, sondern auch zur Entwicklung von neuen und nützlichen spektroskopischen Methoden (Freeman et al., Science, 267:1629 (1995); Zhu et al., J. Am. Chem. Soc., 119:235 (1997)) und Nachweistechnologien (Mirkin et al., Nature., 382:607 (1996); Elghanian et al., Science, 277:1078 (1997); Storhoff et al., J. Am. Chem. Soc., 120:1959 (1998)). In gleicher Weise wurde viel gelernt aus der Synthese, Charakterisierung und Untersuchung von Polymerteilchenzusammensetzungen. Goodwin et al., Colloid Polym. Sci., 525:464 (1974); Goodwin et al., Colloid Polym. Sci., 257:61 (1979); Schmitt et al., Adv. Mater., 9:61 (1997); José-Yacamán et al., Appl. Phys. Lett., 7:913 (1969); Olsen und Kafafi, J. Am. Chem. Soc., 113:7758 (1991); Spatz et al., Adv. Mater., 8:337 (1996). Viel weniger bekannt ist jedoch über solche Systeme mit Dimensionen im Nanobereich (< 100 nm).
Die Entwicklung von synthetischen Methoden zur Herstellung von Strukturen, die aus Nanopartikelkernen und organischen Polymerhüllen bestehen, in diesem Größenmaßstab würde Zugang verschaffen zu einer neuen und vielseitigen Klasse von Hybridnanopartikelbil dungsblöcken. Wesentlich ist, dass dann, wenn es möglich wäre, die Zusammensetzung und Dicke der Polymerschalen zu kontrollieren, eine bisher unerreichbare Kontrolle der chemischen und physikalischen Eigenschaften dieser neuen Materialien möglich würde.
US-A-4 023 981 betrifft eine Pigmentzusammensetzung, die hergestellt wird, indem Pigmentteilchen mit einem Polymer oder Copolymer durch in-situ-Polymerisation von Monomeren beschichtet wird.
US-A-4 454 234 betrifft beschichtete magnetisierbare Mikroteilchen, indem eine Polymerisation von Acrylmonomeren in Gegenwart der Mikroteilchen erwärmt wird.
US-A-4 846 893 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von beschichteten Pigmentteilchen, indem die Teilchen in einer Lösung von wasserlöslichen Polymeren dispergiert werden.
US-A-5 053 471 betrifft ein transparentes Harzmaterial zur Herstellung von transparenten geformten Harzteilchen.
US-A-5 342 909 betrifft die Synthese von Ruthenium-Osmium-Metallcarbinkomplexen zur Olefinmetathesepolymerisation.
US-A-5 639 620 betrifft Polymerteilchen mit Kernen, die mit bestehenden Polymeren aus Gelatine oder Aminodextranen beschichtet sind, die dann vernetzt und chemisch funktionalisiert werden (siehe Spalte 1, Zeilen 33 bis 40).
US-A-5 736 413 betrifft ein immundiagnostisches Reagenz aus Magnetkugeln, die mit einer Substanz, z.B. Antikörpern, beschichtet sind, die an Zielmoleküle binden kann.
US-A-5 766 764 betrifft die Herstellung von nanoskaligen amorphen Metallteilchen, die hergestellt werden, indem die Teilchen aus einer Mischung aus n-Alkan-Lösungsmittel/polarem Lösungsmittel extrahiert werden und die extrahierten Teilchen mit Substanzen beschichtet werden einschließlich einem existierenden Polymer, wie Polyvinylpyrrolidon.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung liefert ein Verfahren zur Herstellung von Nanopartikeln mit mindestens einer daran gekuppelten Polymerschale, wobei jede Polymerschale eine ausgewählte Eigenschaft oder ausgewählte Eigenschaften hat. Das Verfahren umfasst, dass Initiationsmonomere bzw. Startmonomere, die cyclische Olefine umfassen, an die Oberflächen der Nanopartikel gebunden werden. Dann werden die Nanopartikel mit den daran gebundenen Initiationsmonomeren mit einem Übergangsmetall-Ringöffnungsmetathesekatalysator in Kontakt gebracht, um die Initiationsmonomere bzw. Startmonomere zu aktivieren. Die Nanopartikel werden auch mit einer oder mehreren Arten von Verlängerungsmonomeren bzw. Fortpflanzungsmonomeren der Formel P-L-N in Kontakt gebracht unter solchen Bedingungen, die wirksam sind, dass die Monomere zu einer oder mehreren Polymerschalen polymerisieren, die an die Nanopartikel gebunden sind. In der Formel P-L-N- ist N eine ein cyclisches Olefin enthaltende Gruppe, P ist eine Einheit, die jeder Polymerschale eine ausgewählte Eigenschaft oder Eigenschaften vermittelt und L ist eine Bindung oder ein Linker. Die Erfindung liefert auch Nano teilchen, bei denen P eine Einheit ist mit einer Eigenschaft ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Redoxaktivität, optische Aktivität, elektronische Aktivität und magnetische Aktivität.
Die Nanopartikel können zum Nachweis und zur quantitativen Auswertung eines Analyten verwendet werden, indem eine Art der Nanopartikel der Erfindung mit einer Probe in Kontakt gebracht wird, von der angenommen wird, dass sie den Analyten enthält, und die Eigenschaft oder Eigenschaften der Nanopartikel nachgewiesen oder gemessen werden, um den Analyten nachzuweisen oder quantitativ zu bestimmen. Ein Kit zum Nachweis oder zur quantitativen Bestimmung eines Analyten kann einen Behälter zur Aufnahme einer Art von Nanopartikeln der Erfindung aufweisen.
Es kann auch ein Bindungsmonomer verwendet werden. Das Bindungsmonomer hat die Formel N-L-B, wobei B ein bindender Anteil ist, der spezifisch an einen Analyten bindet und N und L wie oben definiert sind.
Ein Polymer kann gebildet werden, indem ein oder mehrere Arten von Fortpflanzungsmonomeren polymerisiert werden. Diese Polymere können verwendet werden, um einen Analyten nachzuweisen oder quantitativ zu bestimmen, wenn L eine bindende Einheit B aufweist. Somit kann ein Verfahren zum Nachweis oder zur quantitativen Bestimmung eines Analyten umfassen, dass eine Probe, von der angenommen wird, dass sie den Analyten enthält, mit dem Polymer in Kontakt gebracht wird und die Eigenschaft oder die Eigenschaften des Polymers nachgewiesen oder gemessen werden, um den Analyten nachzuweisen oder quantitativ zu bestimmen. Ein Kit zum Nachweis oder zur quantitativen Bestimmung eines Analyten kann einen Behälter aufweisen, der das Polymer aufnimmt, worin L eine bindende Einheit B enthält.
Ein Verfahren zum Nachweis oder zur quantitativen Bestimmung eines Analyten kann umfassen, dass der Analyt mit einer Art von Bindungsmonomeren der Erfindung in Kontakt gebracht wird, so dass die Bindungsmonomere an den Analyten binden. Dann kann eine Art von Fortpflanzungsmonomeren zugegeben werden, so dass die Fortpflanzungsmonomere polymerisieren, um ein an den Analyten gebundenes Polymer zu bilden. Dann wird (werden) die Eigenschaft (die Eigenschaften) des Polymers, das an den Analyten gekuppelt ist, nachgewiesen oder gemessen, um den Analyten nachzuweisen oder quantitativ zu bestimmen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1: Schematisches Diagramm der Herstellung von Nanopartikeln mit Blockcopolymerschalen. Gezeigt sind die Formeln der Verbindungen 1, 2, 3 und 4. In Formel 1 ist Ph = Phenyl und Cy = Cyclohexyl.
2A bis H: Die 2A bis E zeigen die ¹H-NMR-Spektren von Gold-Nanopartikeln (GNPs), die mit einer 3:1-Mischung von 1-Dodecanthiol und 2 funktionalisiert wurden (δ 7 bis 0 ppm) (2A), GNPs, die mit einer 3:1-Mischung von 1-Dodecanthiol funktionalisiert sind und 2 funktionalisiert wurden (δ 6,3 bis 5,2 ppm) (2B), 2- modifizierte GNPs nach Behandlung mit 1 Äquivalent 1 (δ 6,3 bis 5,2 ppm) (2C), 2-modifizierte GNPs nach Zugabe von 20 Äquivalenten 3 zur Ringöffnungsmetathesepolymerisation (ROMP) aktivierten GNPs (δ 6,3 bis 5,2 ppm) (2D) und das GNP-Poly3-Poly4-Hybridsystem (δ 7 bis 0 ppm) (2E). Die 2F bis H zeigen eine cyclische Voltammetrie des GNP-Poly3-Systems (2F), des GNP-Poly3-Poly4-Hybrids (2G) und Poly3 (2H). Alle cyclischen Voltammetrieversuche verwendeten eine Goldarbeitselektrode, eine Platingaze-Gegenelektrode und eine Silberdraht-Referenzelektrode. Ferrocen-(bis(cyclopentadienyl)eisen) wurde als innere Referenz verwendet.
3A bis B: Transmissionselektronenmikroskopie-(TEM)-Bilder von 2-funktionalisierten GNPs (3A) und GNA-Poly3 (3B).
4: Diagramm mit den Strukturen von norbornenylhaltigen Monomeren.
5A: Diagramm eines Tests zum Nachweis von Nucleinsäure (Target) unter Verwendung von GNP-Poly3.
5B: Diagramm eines Tests zum Nachweis von Nucleinsäure unter Verwendung eines fluoreszierenden norbornenylhaltigen Monomers.
6: Diagramme, in denen die Fluoreszenzemission gegen die Wellenlänge aufgetragen ist für Monomer 9 (Diagramm A) und GNP-Poly9 (Diagramm B).
7A bis B: Diagramme, die die Vernetzung von Polymer-Nanopartikelhybriden zeigen, um Nanopartikel-Polymerverbundmaterialien herzustellen.
8A bis B: Formeln der Verbindungen 10 bis 16.
Detaillierte Beschreibung der derzeit bevorzugten Ausführungsformen
Nanopartikel, die zur Durchführung der vorliegenden Erfindung nützlich sind, schließen Metall (z.B. Gold, Silber, Kupfer und Platin), Halbleiter (z.B. Si, CdSe, CdS und CdS beschichtet mit ZnS), polymere (z.B. Polystyrol und Polymethylmethacrylat), magnetische (z.B. Ferromagnetit), isolierende (z.B. SiO₂) und superleitende (z.B. YBa₂Cu₃O_7-8) kolloidale Materialien ein. Andere Nanopartikel, die zur Durchführung der Erfindung nützlich sind, schließen ZnSe, ZnS, ZnO, TiO₂, AgI, AgBr, HgI₂, PbS, PbSe, PbTe, ZnTe, SiO₂, CdTe, In₂S₃, In₂Se₃, In₂Te₃, Cd₃P₂, Cd₃As₂, InAs, InP, GaP und GaAs ein. Derzeit bevorzugt sind Gold-Nanopartikel.
Die Größe der Nanopartikel ist bevorzugt etwa 1 nm bis etwa 150 nm (mittlerer Durchmesser). Bevorzugter haben die Nanopartikel einen Durchmesser von etwa 2 bis etwa 100 nm. Am meisten bevorzugt haben die Nanopartikel einen Durchmesser von etwa 2 bis etwa 30 nm.
Verfahren zur Herstellung von Metall-, Halbleiter- und magnetischen Nanopartikeln sind im Stand der Technik wohl bekannt. Siehe z.B. G. Schmid (Herausgeber) Clusters and Colloids (VCH, Weinheim, 1994); M.A. Hayat (Herausgeber) Colloidal Gold: Principles, Methods, and Applications (Academic Press, San Diego, 1991); R. Massart, IEEE Transactions On Magnetics, 17, 1247 (1981); T.S. Ahmadi et al., Science, 272, 1924 (1996); A. Henglein et al., J. Phys. Chem., 99, 14129 (1995); C.C. Curtis et al., Angew. Chem., Int. Ed. Engl., 27, 1530 (1988); Brust et al., J. Chem. Soc., Chem. Commun., 801 (1994); PCT-Anmeldung WO 98/21587 .
Verfahren zur Herstellung von ZnS-, ZnO-, TiO₂-, AgI-, AgBr-, HgI₂-, PbS-, PbSe-, ZnTe-, CdTe-, In₂S₃-, In₂Se₃-, Cd₃P₂-, SiO₂-, Cd₃As₂-, InAs-, ZnSe-, InP-, GaP- und GaAs-Nanopartikel sind auch im Stand der Technik bekannt. Siehe z.B. Weller, Angew. Chem., Int. Ed. Engl., 32, 41 (1993); A. Henglein, Top. Curr. Chem., 143, 113 (1988); Henglein, Chem. Rev., 89, 1861 (1989); Brus, Appl. Phys. A., 53, 465 (1991); Bahnemann, in Photchemical Conversion and Storage of Solar Energy (Herausgeber Pelizetti und Schiavello 1991), Seite 251; Wang und Herron, J. Phys. Chem., 95, 525 (1991); Olshavsky et al., J. Am. Chem. Soc., 112, 9438 (1990); Ushida et al., J. Phys. Chem., 95, 5382 (1992); PCT-Anmeldung WO 98/21587 ; Xu et al.; Mater. Res. Soc. Symp. Proc., 536, 401-405 (1999); Malik et al., J. Mater. Chem., 8, 1885-1888 (1998); Haggata et al., J. Mater. Chem., 7, 1969-1975 (1997); Pickett et al., J. Mater. Chem., 7, 1855-1865 (1997); Micic et al., J. Lumin., 70, 95-107 (1996); Micic et al., J. Phys. Chem., 99, 7754-9 (1995) und Viano et al., Nanostruct. Mater., 3, 239-44 (1993).
Außerdem sind Verfahren zur Herstellung von Polymernanopartikeln im Stand der Technik wohl bekannt. Siehe z.B. PCT-Anmeldung WO 98/21587 ; Gao et al., Chin. J. Polym. Sci., 17, 595-601 (1999); Okubo et al., Colloid Polym. Sci., 277, 900-904 (1999); Cairns et al., Langmuir, 15, 8052-8058 (1999); Puig, Rev. Mex. Fis., 45, 18-20 (1999); Chef et al., J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem., 37, 2155-2166 (1999); Landfester et al., Macromolecules, 32, 5222-5228 (1999); Stork et al., Polym. Mater. Sci. Eng., 80, 8-9 (1999); Xiangling et al., Radiat. Phys. Chem., 54, 279-283 (1999); Charreyre et al., J. Bioact. Compat. Polym., 14, 64-90 (1999); Sabel et al., PCT-Anmeldung WO 98/56361 ; Ming et al., Macromolecules, 32, 528-530 (1999); Schaertl et al., Prog. Colloid. Polym. Sci,, 110, 285-290 (1998); Li et al., Macromolecules, 31, 6841-6844 (1998); Ming et al., Macromol. Chem. Phys., 199, 1075-1079 (1998); Fritz et al., J. Colloid Interface Sci., 195, 272-288 (1997); Zhang et al., Macromolecules, 30, 6388-6390 (1997); Cammas et al., J. Controlled Release, 48, 157-164 (1997); Larpent et al., React. Funct. Polym., 33, 49-59 (1997); Huang et al., Int. J. Polym. Mater., 35, 13-19 (1997); Holderle et al., Polym. Prepr. (Am. Chem. Soc., Div. Polym.), 38, 479-480 (1997); Hoelderle et al., Book of Abstracts, 213th ACS National Meeting, San Francisco, April 13-17, 1997, OLY-206 (1997); Larpent et al., Macromolecules, 30, 354-362 (1997); Venier-Julienne et al., Pharm. Acta Helv, 71, 121-128 (1996); Levy et al., PCT-Anmeldungen WO 96/20698 und WO 99/53903 ; Banerjee et al., Macromolecules, 28, 3940-3 (1995); Maruyama et al., Biomaterials, 15, 1035-42 (1994); Stolnik et al., J. Controlled Release, 30, 57-67 (1994); Paulke et al., Acta Polym., 43, 288-91 (1992) und R.H. Mueller; K.H. Wallis, Int, J. Pharm., 89, 25-31 (1993).
Schließlich sind Verfahren zur Herstellung von superleitenden Nanopartikeln im Stand der Technik wohl bekannt. Siehe z.B. Geohegan et al., Appl. Phys. Lett., 74, 3788-3790 (1999); Fukunaga et al., Mater. Trans., JIM, 40, 118-122 (1999); Awano et al., World Congr. Part. Technol., 3, 1692-1699 (1998); Fukunaga et al., J. Mater. Res., 13, 2465-2471 (1998); Terrones et al., Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process., A66, 307-317 (1998); Reverchon et al., Ind. Eng. Chem. Res., 37, 952-958 (1998); Chhabra et al., Tenside, Surfactants, Deterg., 34, 156-158, 160-162, 164-168 (1997); Maser et al., Adv. Mater. (Weinheim, Ger.), 9, 503-506 (1997); Fukunaga et al., Proc. – Electrochem. Soc., 97-2, 24-35 (1997); Eastoe et al., Curr. Opin. Colloid Interface Sci., 1, 800-805 (1996); Chhabra et al.., World Surfactants Congr., 4th, 1, 67-99 (1996); Pillai et al., Adv. Colloid Interface Sci., 55, 241-69 (1995); Kumar et al., Mater. Lett., 16, 68-74 (1993); Kumar et al., Appl. Phys. Lett., 62, 765-7 (1993) und Pillai et al., Surfactant Sci. Ser., 66, 227-246 (1997).
Geeignete Nanopartikel sind auch im Handel erhältlich z.B. von Ted Pella Inc. (Gold), Amersham Corporation (Gold) und Nanoprobes Inc. (Gold), BBI (Gold), Bangs Laboratories (Gold, Polymere, Siliciumdioxid, magnetisch), Vector Laboratories (magnetisch, Biopolymer), Polysciences (Siliciumdioxid, Polymere), Dynal Inc. (Polymer, magnetisch), Accurate Polymers (Polymer), Polymer Laboratories (Polymer), PolyMicrospheres (Polymer, magnetisch), Sphereotech (Polymer, fluoreszierend, magnetisch), Xenopore (Polymer) und Interfacial Dynamic Corp. (Polymer).
Jedes Nanopartikel hat eine Vielzahl von daran gebundenen Startmonomeren. Ein "Startmonomer" oder "Initiationsmonomer" ist eine Verbindung, die eine funktionelle Gruppe aufweist, die es zulässt, dass das Startmonomer an die Nanopartikel gekuppelt wird, und eine cyclische Olefingruppe. Die cyclische Olefingruppe ist an dem Startmonomer angeordnet, so dass dann, wenn das Startmonomer an die Nanopartikel gekuppelt wird, die Olefinfunktionalität zugänglich wird, um an der Polymerisation von nachfolgend zugefügten cyclische Olefine enthaltenden Fortpflanzungsmonomeren (unten beschrieben) teilzunehmen. Dies wird erreicht, indem die cyclische Olefingruppe in einem Abstand von der funktionellen Gruppe an dem Startmonomer gebunden ist, bevorzugt sind das cyclische Olefin und die funktionellen Gruppen an entgegengesetzten Enden des Startmonomers. Die immobilisierten Startmonomere liefern, sobald sie durch Zugabe eines geeigneten Katalysators (unten beschrieben) aktiviert sind, Stellen zur Polymerisation der nachfolgend zugegebenen Fortpflanzungsmonomere und lassen ein selektives Wachstum der Polymerblöcke weg von den Oberflächen der Nanopartikel zu.
Der Ausdruck "cyclisches Olefin", wie er hier verwendet wird, bedeutet eine Verbindung, die 1 bis 3 Ringe enthält, wobei jeder Ring drei oder mehr Kohlenstoffatome, bevorzugt 5 bis 8 Kohlenstoffatome enthält und wobei die Verbindung weiterhin mindestens eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung in einem Ring enthält (die "Olefinfunktionalität"). Das cyclische Olefin muss zu einer Ringöffnungsmetathesepolymerisation (ROMP) fähig sein. Ein cyclisches Olefin ist dazu fähig, einer ROMP unterzogen zu werden, wenn es ausreichend Spannung in dem Ring/den Ringen enthält, so dass die Ringöffnungsreaktion die Spannung freisetzt und die thermodynamisch treibende Kraft zur Bildung des Polymers liefert. Für eine Abschätzung der Ringspannung ist Greenberg & Liebman, Strained Organic Molecules, Seite 94 (Academic Press 1978) heranzuziehen. Bevorzugt ist das cyclische Olefin Norbornen, 7-Oxonorbornen, Cycloocten, Cyclooctadien, Cyclopenten oder Cyclobuten. Am meisten bevorzugt ist das cyclische Olefin Norbornen.
Viele Verbindungen sind bekannt, die an Nanopartikel mithilfe einer funktionellen Gruppe gebunden oder gekuppelt werden können (im Folgenden als "Kupplungsverbindungen" bezeichnet). Verfahren zur Herstellung dieser Kupplungsverbindungen und das Ankuppeln oder Befestigen an Nanopartikeln ist wohl bekannt. Bevorzugt sind die Kupplungsverbindungen stabil an den Oberflächen der Nanopartikel durch Chemisorption der Moleküle der Verbindung auf die Nanopartikel oder durch kovalente Bindung der Moleküle der Verbindung an die Nanopartikel gebunden.
Geeignete Kupplungsverbindungen zur Verwendung für die Durchführung der vorliegenden Erfindung und die entsprechenden Arten von Nanopartikel, an die sie kuppeln oder gebunden werden, schließen ein:

a. Verbindungen der Formeln R¹SH, R¹SSR², R¹SR², R¹NC, R¹CN, R¹CO₂H, R¹SO₂H, (R¹)₃P, (R¹)₃N oder ArSH können an Gold-Nanopartikel gekuppelt werden;
b. Verbindungen der Formeln R¹SH, ArSH oder (R¹)₃N können an Silber, Kupfer, Palladium und Halbleiter-Nanopartikel gekuppelt werden;
c. Verbindungen der Formeln R¹NC, R²SH, R¹SSR² oder R¹SR² können an Platin-Nanopartikel gekuppelt werden;
d. Verbindungen der Formel R¹SH können an GaAs und InP-Nanopartikel gekuppelt werden;
e. Organosilane, einschließlich Verbindungen der Formel R¹SiCl₃ und R¹Si(OR²)₃, (R¹COO)₂, R¹CH=CH₂, R¹Li und R¹MgX können an Si- und SiO₂-Nanopartikel gekuppelt werden;
f. Verbindungen der Formel R¹COOH oder R¹CONHR² können an Metalloxid-Nanopartikel gekuppelt werden;
g. Verbindungen der Formel R¹ SH, R¹NH₂, ArNH₂, Pyrrol oder Pyrrolderivate, worin R¹ an einen der Kohlenstoffatome des Pyrrolrings gebunden ist, können an Cuprat-Hochtemperatur-Superleiter-Nanopartikel gekuppelt werden;
h. Verbindungen der Formel R¹COOH können an Aluminium-, Kupfer-, Silber- und Platin-Nanopartikel gekuppelt werden und
i. Verbindungen, die ungesättigt sind, wie Azoalkane (R³NNR³) und Isothiocyanate (R³NCS) können an Silicium-Nanopartikel gekuppelt werden.

In den obigen Formeln hat
R¹ und R² jeweils die Formel X(CH₂)_n und, wenn eine Verbindung sowohl mit R¹ als auch R² substituiert ist, können R¹ und R² gleich oder verschieden sein;
R³ hat die Formel CH₃(CH₂)_n;
n ist 0 bis 30;
Ar ist Aryl und
X ist -CH₃, -CHCH₃, -COOH, -CO₂(CH₂)_mCH₃, -OH, -CH₂OH, Ethylenglycol, Hexa(ethylenglycol), -O(CH₂)_mCH₃, -NH₂, -NH(CH₂)_mNH₂, Halogen, Glucose, Maltose, Fulleren C60, ein cyclisches Olefin oder eine Nucleinsäure, wobei m 0 bis 30 ist.
Zur Beschreibung von Kupplungsverbindungen und deren Herstellung und Verwendung siehe Xia und Whitesides, Angew. Chem. Int. Ed., 37, 550-575 (1998) und die darin zitierten Literaturstellen; Bishop et al., Curr. Opinion Colloid & Interface Sci., 1, 127-136 (1996); Calvert, J. Vac. Sci. Technol. B, 11, 2155-2163 (1993); Ulman, Chem. Rev., 96:1533 (1996) (Alkanthiole auf Gold); Dubois et al., Annu. Rev. Phys. Chem., 43:437 (1992) (Alkanthiole auf Gold); Ulman, An Introduction to Ultrathin Organic Films: From Langmuir-Blodgett to Self-Assembly (Academic, Boston, 1991) (Alkanthiole auf Gold); Whitesides, Proceedings of the Robert A. Welch Foundation 39th Conference On Chemical Research Nanophase Chemistry, Houston, TX, Seiten 109-121 (1995) (Alkanthiole gekuppelt an Gold); Mucic et al., Chem. 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N eine ein cyclisches Olefin enthaltende Gruppe ist,
L eine Bindung oder ein Linker ist, wobei N an A gebunden ist und
A eine kupplungsverbindungshaltige Gruppe ist.
Die Identität von A hängt ab von der Identität des Materials, aus dem die Nanopartikel aufgebaut sind (siehe oben).
Außer einer Bindung kann L ein Linker sein. Als Linker kann L irgendeine gewünschte chemische Gruppe sein. Z.B. kann L ein Polymer sein (z.B. Polyethylenglycol, Polymethylen, Protein, Peptid, Oligonucleotid oder Nucleinsäure).

worin R¹ wie oben definiert ist und m 0 bis 30 ist. L kann auch eine Bindungseinheit B sein oder enthalten, die spezifisch an einen Analyten bindet (z.B. ein Antikörper oder Oligonucleotid) (siehe unten).
Die Startmonomere können mit im Stand der Technik wohl bekannten Methoden synthetisiert werden. Insbesondere verwendet die Synthese der Startmonomere synthetische Verfahren der organischen Standardchemie, wobei die ein cyclisches Olefin enthaltende Gruppe, N, und die eine Kupplungsverbindung enthaltende Gruppe, A, miteinander über eine Bindung gekuppelt werden oder aber sequenziell an den Linker, L, gekuppelt werden. Siehe z.B. Larock, Comprehensive organic transformations: a guide to functional group preparations (VCH Publishers, New York, NY, 1989) und Comprehensive organic functional group transformations (Katritzky et al., Herausgeber, Pergamon Press, New York, 1995).
Derzeit bevorzugt als Startmonomere zur Verwendung auf einer Vielzahl von Nanopartikeln sind norbornenylhaltige Alkanthiole. Beispiel 1 unten beschreibt ein Verfahren, das verwendet werden kann zur Herstellung der Startmonomere.
Die Startmonomere können an die Nanopartikel auf gleiche Art und Weise gebunden bzw. gekuppelt werden, wie die Kupplungsverbindungen an die Nanopartikel gebunden bzw. gekuppelt werden. Solche Methoden sind im Stand der Technik wohl bekannt. Siehe z.B. die in der obigen Diskussion über Kupplungsverbindungen zitierten Literaturstellen. Allgemein werden die Nanopartikel und die Startmonomere einfach in Kontakt gebracht und über einen ausreichenden Zeitraum in Kontakt gelassen, so dass die Startmonomere an die Nanopartikel kuppeln können. Bevorzugt wird eine Mischung von Startmonomeren und entsprechenden Kupplungsverbindungen (als Verdünnungsmittel) an die Nanopartikel gebunden, um die Vernetzung der Startmonomere und des Fortpflanzungspolymers während der nachfolgenden Polymerisation zu vermindern. Das Verhältnis von Startmonomer zu Kupplungsverbindung, das ein optimales Ergebnis liefert, kann empirisch bestimmt werden und hängt ab von der Art des Startmonomers, der Art der Kupplungsverbindung und der Art und Größe der Nanopartikel. Unter "entsprechende Kupplungsverbindung" wird verstanden, dass die Startmonomere und die Kupplungsverbindungen bevorzugt, aber nicht notwendigerweise, vom gleichen allgemeinen Typ sind (z.B. Alkane) und bevorzugt, aber nicht notwendigerweise, die gleiche funktionelle Gruppe haben (z.B. Thiol).
Nachdem die Startmonomere an die Nanopartikel gebunden worden sind, werden die entstehenden Nanopartikel mit einem Katalysator in Kontakt gebracht, um die Polymerisation zu starten. Der Katalysator ist ein Übergangsmetall-Ringöffnungsmethathesekatalysator. Viele solche Katalysatoren, die zur Verwendung für cyclische Olefinderivate geeignet sind, sind bekannt. Siehe z.B. U.S.-Patente Nr. 4 250 063 , 4 727 215 , 4 883 851 , 4 945 135 , 4 945 141 , 4 945 144 , 5 146 033 , 5 198 511 , 5 266 665 , 5 296 566 , 5 312 940 , 5 342 909 , 5 728 785 , 5 750 815 , 5 831 108 , 5 849 851 und die darin zitierten Literaturstellen; Schwab et al., Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 34:2039 (1995); Lynn et al., J. Am. Chem. Soc., 120:1627 (1998).
Bevorzugt ist eine Familie von Funktionsgruppen-toleranten Katalysatoren mit der folgenden Formel:
worin M Osmium (Os) oder Ruthenium (Ru) sein kann; R¹ Wasserstoff ist; X¹ und X² gleich oder verschieden sein können und anionische Liganden sind; L¹ und L² verschieden oder gleich sein können und neutrale Elektronendonatoren sind; und R² Wasserstoff, substituiertes oder unsubstituiertes Alkyl oder substituiertes oder unsubstituiertes Aryl sein kann. X¹ und X² sind am meisten bevorzugt gleich und sind –Cl. L¹ und L² sind bevorzugt Phosphine der Formel PhosR³R⁴R⁵, wobei Phos Phosphin ist, R³ sekundäres Alkyl oder Cycloalkyl und R⁴ und R⁵ (die gleich oder verschieden sein können) Aryl, primäres, sekundäres C₁-C₁₀-Alkyl oder Cycloalkyl sind. L¹ und L² sind am meisten bevorzugt gleich und sind -Phos(cyclohexyl)₃, -Phos(cyclopentyl)₃ oder -Phos(isopropyl)₃. Bevorzugt ist R² Wasserstoff, C₁-C₂₀-Alkyl oder Aryl. C₁-C₂₀-Alkyl kann gegebenenfalls mit einer oder mehreren Aryl-, Halogenid-, Hydroxy-, C₁-C₂₀-Alkoxy- oder C₂-C₂₀-Alkoxycarbonylgruppen substituiert sein. Aryl kann gegebenenfalls mit einer oder mehreren C₁-C₂₀-Alkyl-, Aryl-, Hydroxyl-, C₁-C₅-Alkoxy-, Amino-, Nitro- oder Halogenidgruppen substituiert sein. Der am meisten bevorzugte Katalysator ist die in 1 gezeigte Verbindung 1. Die Herstellung dieser Katalysatoren und Bedingungen zu ihrer Verwendung werden in Schwab et al., Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 34:2039 (1995), Lynn et al., J. Am. Chem. Soc., 120:1627 (1998) und U.S.-Patent Nr. 5 831 108 beschrieben, deren vollständige Offenbarungen hier durch Bezugnahme miteingeschlossen werden. Diese Katalysatoren erzeugen eine lebende Polymerisation mit zahlreichen Attributen, einschließlich einer außergewöhnlichen Kontrolle der Polymerlänge und chemischen Zusammensetzung, und der Teilchengröße, Löslichkeit und Form.
Bevorzugt ist auch eine Familie von Katalysatoren, die ein Rhenium-(VII)-Atom zentral gebunden an einen Alkylidenliganden (CR¹), einen Alkylidinliganden (CHR²) und zwei andere Liganden (R³ und R⁴) aufweisen, von denen mindestens einer ein elektronenziehender Ligand ist, der ausreichend Elektronen zieht, um das Rheniumatom elektrophil genug für Metathesereaktionen zu machen. Somit haben die Katalysatoren die Formel Re(CR¹)(CHR²)(R³)(R⁴). R¹ ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Alkyl mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, einem Aryl mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen, einem Aralkyl mit 7 bis 30 Kohlenstoffatomen, halogensubstituierten Derivaten davon und siliciumhaltigen Analoga davon. R² ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus R¹ oder ist ein Substituent, der durch die Reaktion des Re=CHR²-Anteils des Katalysators mit einem Olefin entsteht, das metathesiert wird. Beispiele für R¹ und R² schließen Phenyl, t-Butyl, Trimethylsilyl, Triphenyl, Methyl, Triphenylsilyl, Tri-t-butyl, Tri-t-butylsilyl, 2,6-Diisopropylphenyl, 2,4,6-Triisopropylphenyl und 2,6-Dimethylphenyl ein. R³ und R⁴ können irgendeine Gruppe sein, die ausreichend elektronenziehend ist, um das Rheniumatom elektrophil genug für die Metathesereaktionen zu machen. Obwohl es bevorzugt ist, dass sowohl R³ als auch R⁴ elektronenziehend sind, können die Katalysatoren nur einen elektronenziehenden Liganden enthalten. R³ und R⁴ können einzeln ausgewählt werden aus Gruppen bestehend aus R¹, Halogen, Triflat und verknüpften Kombinationen von R³ und R⁴, wobei R³ und R⁴ einzeln Alkoxidsauerstoffatome enthalten können, die an das Rheniumatom gebunden sind, vorausgesetzt, dass dann, wenn R¹ und R² t-Butyl sind und R³ und R⁴ gleich sind, dass dann R³ und R⁴ andere Gruppen sind als t-Butoxid, Trimethylsiloxid, Neopentyl oder Halogen. Bevorzugt sind R³ und R⁴ beides Alkoxyliganden, bei denen der Alkohol, der dem elektronenziehenden Alkoxyliganden entspricht, einen pKa-Wert von etwa 9 oder darunter haben sollte. Geeignete Liganden, die in diesen Bereich fallen, schließen Phenoxid, Hexafluor-t-butoxid und Diisopropylphenoxid ein. Beispiele für verknüpfte R³- und R⁴-Gruppen sind Pinacolat, 2,6-Dimethyl-2,6-heptandiolat und Propan-1,3-diolat. Die Katalysatoren sind typischerweise Monomere. Sie können jedoch Dimere, Oligo mere oder Polymere bilden, wenn die R³- und R⁴-Gruppen klein genug sind, damit eine Verbrückung von zwei oder mehr Metallzentren möglich ist. Diese Rheniumkatalysatoren und ihre Synthese und Verwendung werden in U.S.-Patent Nr. 5 146 033 beschrieben, dessen vollständige Offenbarung hier durch Bezugnahme miteingeschlossen wird.
Eine weitere Gruppe von bevorzugten Katalysatoren sind solche mit der Formel M(NR¹)(OR²)₂(CHR³). M ist Molybdän oder Wolfram; R¹ und R² sind Alkyl, Aryl, Aralkyl, Halogenalkyl, Halogenaryl, Halogenaralkyl oder ein siliciumhaltiges Analogon davon und R³ ist Alkyl, Aryl, Aralkyl oder ein Substituent, der durch die Reaktion des M=CHR³-Anteils des Katalysators mit einem zu metathesierenden Olefin entsteht. Die Alkyle enthalten 1 bis 20 Kohlenstoffatome, die Aryle enthalten 6 bis 20 Kohlenstoffatome und die Aralkyle enthalten 7 bis 20 Kohlenstoffatome. Beispiele für R¹ schließen 2,6-Diisopropylphenyl, 2,4,6-Trimethylphenyl, 2,6-Di-t-butylphenyl, Pentafluorphenyl, t-Butyl, Trimethylsilyl, Triphenylmethyl, Triphenylsilyl, Tri-t-butylsilyl und Perfluor-2-methyl-2-pentyl ein. Beispiel für R² schließen t-Butyl, Trifluor-t-butyl, Perfluor-t-butyl, Perfluor-2-methyl-2-pentyl, 2,6-Diisopropylphenyl, Pentafluorphenyl, Trimethylsilyl, Triphenylsilyl, Tri-t-butylsilyl und Hexafluor-t-butyl ein. R³ ist anfangs t-Butyl oder Phenyl, da aber die M=CHR³-Einheit des Katalysators eng an der katalytischen Reaktion beteiligt ist, wird der CHR³-Ligand durch ein anderes Alkylidenfragment aus den Olefinen, die metathesiert werden sollen, ersetzt. Diese Familie von Katalysatoren und deren Synthese und Verwendung werden in U.S.-Patent Nr. 4 727 215 beschrieben, deren vollständige Offenbarung hier durch Bezugnahme miteingeschlossen wird.
Die Startmonomere werden durch den Katalysator mit im Stand der Technik bekannten Methoden aktiviert. Siehe z.B. die oben zitierten Literaturstellen. Andere geeignete Bedingungen und optimale Bedingungen können empirisch bestimmt werden.
Nach der Aktivierung der Startmonomeren mit dem Katalysator wird ein ein cyclisches Olefin enthaltendes Fortpflanzungsmonomer zugegeben und die Fortpflanzungsmonomere werden polymerisiert. Die Fortpflanzungsmonomere haben die Formel: N-L-P worin
N eine ein cyclisches Olefin enthaltende Gruppe ist;
L eine Bindung oder ein Linker ist, durch den N an P gebunden wird und
P irgendeine Einheit ist, die dem entstehenden Polymer eine ausgewählte Eigenschaft vermittelt.
L ist wie oben für die Startmonomere beschrieben.
P vermittelt dem entstehenden Polymer und den Polymer-Nanopartikelhybriden eine gewünschte Eigenschaft. Solche Eigenschaften schließen Hydrophilie, Hydrophobie, optische Eigenschaften (z.B. Fluoreszenz, Farbe oder nicht linearer optischer Charakter), magnetische Aktivität (z.B. ungepaartes Elektron), elektronische Aktivität (z.B. leitendes Polymer), selektive Innenbindung (z.B. Bindung von Na⁺, Pb²⁺ etc.) unter Verwendung von Kronenethern und Redox-Aktivität (z.B. Ferrocenderivate) ein. Bevorzugt ist die Eigenschaft eine optische Eigenschaft oder Redox-Aktivität.
Viele geeignete ein cyclisches Olefin enthaltende Fortpflanzungsmonomere sind bekannt. Siehe z.B. U.S.-Patente Nr. 4 250 063 , 5 064 919 , 5 117 327 , 5 198 511 , 5 200 470 ; Davies et al., J. Chem. Soc. Perkin I, 433 (1973); Posner et al., Tetrahedron, 32, 2281 (1976). Andere ein cyclisches Olefin enthaltende Fortpflanzungsmonomere können mit Standardsyntheseverfahren der organischen Chemie synthetisiert werden. Insbesondere werden der cyclische Olefinanteil, N, und der Anteil, P, aneinander gekuppelt über eine Bindung oder werden sequenziell an den Linker L unter Verwendung wohl bekannter Methoden gekuppelt. Siehe z.B. Larock, Comprehensive organic transformations: a guide to functional group preparations (VCH Publishers, New York, NY, 1989) und Comprehensive organic functional group transformations (Katritzky et al., Herausgeber, Pergamon Press, New York, 1995). Die Synthese einiger Fortpflanzungsmonomere wird in den Beispielen unten beschrieben.
Geeignete Bedingungen zur Polymerisierung der Fortpflanzungsmonomere schließen solche ein, die im Stand der Technik zur Polymerisierung von cyclischen Olefinen und cyclischen Olefinderivaten bekannt sind. Siehe z.B. U.S.-Patente Nr. 4 883 851 , 4 945 135 , 4 945 141 , 4 945 144 , 5 198 511 , 5 266 665 , 5 296 437 , 5 296 566 , 5 312 940 , 5 342 909 , 5 728 785 , 5 750 815 , 5 831 108 , 5 849 851 und die darin zitierten Literaturstellen; Schwab et al., Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 34:2039 (1995); Lynn et al., J. Am. Chem. Soc., 120:1627 (1998). Andere geeignete Bedingungen und optimale Bedingungen können empirisch bestimmt werden.
Bei der Polymerisation kann ein einzelnes Fortpflanzungsmonomer mit einer speziellen Gruppe P oder eine Mischung von Monomeren mit verschiedenen Gruppen P verwendet werden, um eine einzige Polymerhülle mit einer einzelnen Eigenschaft oder einer Vielzahl von Eigenschaften zu bilden. Es kann sich an die Polymerisation eines einzelnen Monomers oder einer Mischung von Monomeren auch die Polymerisation eines oder mehrerer zusätzlicher Monomere anschließen, zusammen oder einzeln, um eine Vielzahl von Polymerschalen zu bilden, die an die Nanopartikel gebunden sind, wobei jede Schale eine andere Eigenschaft oder andere Eigenschaften hat.
Die Polymerisation und die entstehende Größe und die entstehenden Eigenschaften der Polymerschale(n) kann durch geeignete Auswahl der Reaktionsbedingungen kontrolliert werden, einschließlich des Katalysators, des Lösungsmittels, der Temperatur, der Art(en) des/der Fortpflanzungsmonomere, der Reihenfolge der Zugabe der Fortpflanzungsmonomere und der Menge der Fortpflanzungsmonomere. Bevorzugt wird zur besseren Kontrolle die Polymerisation gestoppt durch Zugabe einer Verbindung, die die Polymerisation beendet. Geeignete Verbindungen sind im Stand der Technik bekannt. Siehe z.B. die oben zitierten Literaturstellen.
Die Polymer-Nanopartikelhybride der Erfindung haben eine Vielzahl von Verwendungen. Sie können z.B. als Sonden verwendet werden, um Analyten nachzuweisen oder quantitativ auszuwerten. Siehe z.B. PCT-Anmeldung WO 98/04740 ; PCT-Anmeldung WO 98/21587 ; Storhoff et al., J. Clust. Sci., 8:179 (1997); Brousseau et al., J. Am. Chem. Soc., 120:7645 (1998); Freeman et al., Science, 267:1629 (1995); Zhu et al., J. Am. Chem. Soc., 119:235 (1997); Mirkin et al., Nature, 382:607 (1996); Elghanian et al., Science, 277:1078 (1997); Storhoff et al., J. Am. Chem. Soc., 120:1959 (1998).
Analyten, die erfindungsgemäß nachgewiesen oder quantitativ ausgewertet werden können, schließen Polysaccharide, Lipide, Lipopolysaccharide, Proteine, Glycoproteine, Lipoproteine, Nucleoproteine, Peptide, Oligonucleotide und Nucleinsäuren ein. Spezifische Analyten schließen Antikörper, Immunglobuline, Albumin, Hämoglobin, Gerinnungsfaktoren, Peptid- und Proteinhormone (z.B. Insulin, Gonadotropin, Somatotropin), Nichtpeptidhormone, Interleukine, Interferone, andere Cytokine, Peptide mit einem tumorspezifischen Epitop (d.h. ein Epitop, das nur an einem tumorspezifischen Protein gefunden wird), Zellen (z.B. rote Blutkörperchen), Zelloberflächenmoleküle (z.B. CD-Antigene, Integrine, Zellrezeptoren), Mikroorganismen (Viren, Bakterien, Parasiten, Schimmel und Pilze), Fragmente, Anteile, Komponenten oder Produkte von Mikroorganismen, kleine organische Moleküle (z.B. Digoxin, Heroin, Kokain, Morphin, Mescalin, Lysergsäure, Tetrahydrocannabinol, Cannabinol, Steroide, Petanmidin und Biotin) etc. ein. Nucleinsäuren und Oligonucleotide, die nachgewiesen oder quantitativ ausgewertet werden können, schließen Gene (z.B. ein Gen, das mit einer speziellen Krankheit assoziiert ist), virale RNA und DNA, bakterielle DNA, Pilz-DNA, Säugetier-DNA (z.B. Human-DNA), cDNA, mRNA, RNA- und DNA-Fragmente, Oligonucleotide, synthetische Oligonucleotide, modifizierte Oligonucleotide, einzelsträngige und doppelsträngige Nucleinsäuren, natürliche und synthetische Nucleinsäuren etc. ein.
Um als Sonden zu dienen, müssen die Polymer-Nanopartikelhybride einen Bindungsanteil, B, aufweisen, der an sie gebunden ist, der zulässt, dass die Polymer-Nanopartikelhybride spezifisch an den Analyten binden. Geeignete Bindungsanteile und Methoden zur Herstellung davon sind im Stand der Technik wohl bekannt. Z.B. kann im Wesentlichen jeder Analyt nachgewiesen oder quantitativ ausgewertet werden unter Verwendung von Antikörpern, die für den Analyten spezifisch sind. Außerdem kann jedes Molekül, das spezifisch an den Analyten bindet, verwendet werden und viele solcher Moleküle sind im Stand der Technik bekannt. Nucleinsäuren können z.B. nachgewiesen oder quantitativ ausgewertet werden unter Verwendung von Oligonucleotiden mit einer Sequenz, die komplementär zu mindestens einem Teil der Analytnucleinsäure ist. Auch Lectine können verwendet werden, um Polysaccharide oder glycosilierte Proteine nachzuweisen oder quantitativ zu bestimmen. Als weiteres Beispiel kann ein Rezeptor verwendet werden, um den Liganden nachzuweisen und umgekehrt. Viele weitere geeignete Bindungsanteile, B, sind bekannt.
Der Bindungsanteil B kann an die Polymer-Nanopartikelhybride auf einer Vielzahl von Wegen gebunden werden. Z.B. kann, wie oben angemerkt, der Linker L des Startmonomers oder Fortpflanzungsmonomers irgendeine gewünschte chemische Gruppe sein. Somit kann der Linker L in dem Fortpflanzungsmonomer und/oder dem Startmonomer einen Bindungsanteil B aufweisen, z.B. ein Protein (z.B. Antikörper), ein Oligonucleotid etc. und der Bindungsanteil wird in die Polymerhülle(n), die an die Nanopartikel gebunden ist/sind, eingebaut. Bevorzugt haben, wenn die Polymer-Nanopartikelhybride als Sonden verwendet werden, mindestens einige der Fortpflanzungsmonomere einen Linker L, der eine gewünschte Bindungseinheit B aufweist. Alternativ oder zusätzlich kann ein getrenntes Bindungsmonomer an die Polymer-Nanopartikelhybride gebunden werden, nachdem die Polymerisation der Fortpflanzungsmonomere abgeschlossen ist. Die Bindungsmonomere haben die Formel: N-L-B, worin
N eine ein cyclisches Olefin enthaltende Gruppe ist;
L eine Bindung oder ein Linker ist, wodurch N an B gebunden wird und
B eine Bindungseinheit ist.
L ist gleich wie oben für die Startmonomere und Fortpflanzungsmonomere beschrieben. Bevorzugt weist L jedoch keine Bindungseinheit B auf.
Die Bindungsmonomere werden synthetisiert und an die Polymer-Nanopartikelhybride auf gleiche Art und Weise wie die Fortpflanzungsmonomere gebunden. Die Bindungsmonomere oder bevorzugt eine Mischung von Bindungsmonomeren und Fortpflanzungsmonomeren mit einer gewünschten Eigenschaft oder gewünschten Eigenschaften können an die Polymer-Nanopartikelhybride gekuppelt werden, um eine fertige Polymerschale auf den Nanopartikeln zu bilden. Das Verhältnis von Bindungsmonomeren zu Fortpflanzungsmonomeren in einer solchen Mischung ist bevorzugt so gering wie möglich. Auf diese Art und Weise kann die Bindung von B an den Analyten in einem einzigen Fall ein großes nachweisbares Signal erzeugen.
Um einen erfindungsgemäßen Test durchzuführen, wird eine Probe, von der angenommen wird, dass sie einen Analyten enthält, mit einer Art von Polymer-Nanopartikelhybriden in Kontakt gebracht mit daran gebundenen Bindungseinheiten B. Jede Art von Probe kann verwendet werden. Z.B. können eine biologische Flüssigkeit (z.B. Serum, Plasma, Blut, Speichel und Urin), Zellen, Zelllysate, Gewebe, Bibliotheken von Verbindungen (z.B. organische Chemikalien oder Peptide), Lösungen, die PCR-Komponenten enthalten, etc. Proben sein. Bedingungen und Formate zur Durchführung solcher Tests sind im Stand der Technik wohl bekannt (siehe z.B. die oben zitierten Literaturstellen) oder können empirisch vom Fachmann auf diesem Gebiet bestimmt werden.
Schließlich wird/werden die Eigenschaft oder Eigenschaften des an die Nanopartikel gebundenen Polymers nachgewiesen oder bestimmt, um den Analyten nachzuweisen oder quantitativ zu bestimmen. Die Eigenschaften sind die oben beschriebenen. Bevorzugt ist die Eigenschaft eine Redox-Aktivität oder optische Aktivität (z.B. Fluoreszenz oder Farbe). Methoden zum Nachweis und zur Messung dieser Eigenschaften sind im Stand der Technik wohl bekannt.
Ein Format zum Nachweis oder zur quantitativen Bestimmung von Nucleinsäuren ist in 5A erläutert. Wie in 5A gezeigt, werden Einfang-Oligonucleotide (Einfangstrang) an ein Goldsubstrat (z.B. eine Goldelektrode) gebunden. Methoden zur Bindung von Oligonucleotiden an Gold und andere Substrate sind bekannt. Siehe z.B. die oben zitierten Literaturstellen, die funktionelle Gruppen beschreiben, insbesondere PCT-Anmeldung WO 98/0470 . Die Einfang-Oligonucleotide haben eine Sequenz, die zu mindestens einem Teil der Sequenz eines Nucleinsäureanalyten (Target) komplementär ist und die Analytnucleinsäure wird mit dem Substrat in Kontakt gebracht, so dass sie an die Einfang-Oligonucleotide, die an das Substrat gebunden sind, bindet. Dann werden Polymer-Nanopartikelhybride mit daran gebundenen Oligonucleotiden mit der Analytnucleinsäure, die an das Substrat gekuppelt ist, in Kontakt gebracht. Die Oligonucleotide auf den Polymer-Nanopartikelhybriden haben eine Sequenz, die zu mindestens einem Teil der Sequenz der Analytnucleinsäure komplementär ist und an die an das Substrat gekuppelte Analytnucleinsäure bindet. Nach Entfernung von ungebundenem Material wird die Eigenschaft des an die Nanopartikel gebundenen Polymers nachgewiesen oder gemessen. Wie in 5A dargestellt, ist das Polymer Poly3 ein Polymer, das eine Redox- Aktivität hat, und diese Aktivität kann durch cyclische Voltammetrie gemessen werden (siehe Beispiel 1).
Die Erfindung liefert weiterhin einen Kit zur Durchführung der Tests zum Nachweis oder zur quantitativen Bestimmung von Analyten. Der Kit umfasst einen Behälter, der Polymer-Nanopartikelhybride mit Bindungsanteilen, B, die daran gekuppelt sind, aufnimmt. Der Kit kann auch weitere Reagenzien und Inhaltsstoffe enthalten, die zur Durchführung des Tests nützlich sind. Die Reagenzien können Kontrollen, Standards, PCR-Reagenzien, Hybridisierungsreagenzien, Puffer etc. einschließen. Andere Anteile, die als Teil des Kits bereitgestellt werden, schließen Reaktionsvorrichtungen (z.B. Teströhrchen, Mikrotiterplatten, feste Oberflächen (gegebenenfalls mit daran gebundenen Einfangmolekülen), Spritzen, Pipetten, Küvetten, Behälter etc. ein.
Die erfindungsgemäßen Polymer-Nanopartikelhybride bilden auch eine neue und vielseitige Art eines Bausteins, den Chemiker und Materialwissenschaftler leicht in viele existierende Teilchenaufbaustrategien integrieren können. Siehe z.B. PCT-Anmeldung WO 98/04740 ; Storhoff et al., J. Clust. Sci., 8:179 (1997). Z.B. könnten nach Bildung der gewünschten Polymerschale(n) auf den Nanopartikeln die Polymere mit einer geringen Menge entweder eines Stoppmonomers oder eines Fortpflanzungsmonomers, das eine funktionelle Gruppe enthält, umgesetzt werden, so dass mindestens einige der Polymere auf den Nanopartikeln durch funktionelle Gruppen verkappt würden, die zulassen, dass die Polymer-Nanopartikelhybride an andere Nanopartikel binden (die aus dem gleichen oder einem anderen Material hergestellt wurden) oder an feste Substrate aus Metall, magnetischen oder Halbleitermaterialien (siehe oben Beschreibung der Materialien, aus denen die Nanopartikel hergestellt werden). "Stoppmonomere" sind die gleichen, wie Startmonomere, wie oben beschrieben, und die "funktionellen Gruppen", auf die in diesem Abschnitt Bezug genommen wird, sind die gleichen, wie die auf die in der Diskussion der Startmonomere Bezug genommen wurde.
Die neuen ein cyclisches Olefin enthaltenden Monomere der Erfindung können auch auf gleiche Art und Weise, wie oben beschrieben, allein polymerisiert werden (d.h. nicht an Nanopartikel gebunden). Solche Polymere können auf einer Vielzahl von Wegen verwendet werden. Z.B. können Polymere, die aus Fortpflanzungsmonomeren aufgebaut sind, worin L eine Bindungseinheit B aufweist (z.B. ein Oligonucleotid) verwendet werden, um Analyten nachzuweisen und/oder quantitativ auszuwerten durch Nachweis der Eigenschaft oder der Eigenschaften der Gruppen P.
Weiterhin können Fortpflanzungsmonomere, bei denen L eine Bindungseinheit B aufweist, verwendet werden, um Analyten nachzuweisen und/oder quantitativ zu bestimmen durch Nachweis der Eigenschaft(en) der Gruppen P. Z.B. ist ein Format, das zum Nachweis oder quantitativen Bestimmung von Nucleinsäuren nützlich ist, in 5B dargestellt. Bei diesem Format wird ein DNA-Einzelstrang, F, synthetisiert und am 3'-Ende modifiziert, indem eine funktionelle Gruppe (z.B. eine Aminogruppe) eingebaut wird, die zur Kupplung der DNA an ein Substrat verwendet wird (z.B. ein transparenter Glasträger). Siehe die Diskussion oben im Hinblick auf die funktionellen Gruppen und deren Kupplung an Substrate. Die Sequenz von F ist komplementär zu mindestens einem Teil der Sequenz einer Ziel-DNA, F'-H-G'. Die Sequenz G' der Ziel-DNA ist komplementär zu einem dritten DNA-Strang G, der mit einer ein cyclisches Olefin enthaltenden Gruppe modifiziert wurde (z.B., wie dargestellt, eine Norbornengruppe, die unter Verwendung des Phosphoramidids D hergestellt wurde). Nach In-Kontakt-Bringen des Substrats mit daran gekuppelter Einfang-DNA, F, mit einer Probe, von der angenommen wird, dass sie die Ziel-DNA enthält, über einen Zeitraum, der ausreicht, damit die Ziel-DNA mit F hybridisieren kann, wird das Substrat dann mit G in Kontakt gebracht. Nach einem Zeitraum, der ausreicht, damit G mit der Ziel-DNA hybridisieren kann, wird das Substrat dann mit einem ROMP-Katalysator versetzt (z.B. Katalysator 1, 1) und anschließend einem ein cyclisches Olefin enthaltenden fluoreszierenden Monomer ausgesetzt (z.B. Norbornen-modifiziertes Fluoresceinmonomer E in Hexan), um fluoreszierende Polymere zu erzeugen, die an die an das Substrat gekuppelte DNA gekuppelt sind. Da der mit dem cyclischen Olefin modifizierte DNA-Strang G nicht komplementär ist zu dem Einfangstrang F, liefert der Kontakt des Substrats mit dem Katalysator und dann den fluoreszierenden Monomeren immobilisiertes fluoreszierendes Polymer nur, wenn der Zielstrang in der Startprobe vorhanden ist. Da ein großer Überschuss des fluoreszierenden Monomers verwendet wird, ist der Grad der Polymerisation auf dem Substrat abhängig von der Reaktionszeit, die eine einstellbare Größe ist. Die Fluoreszenz kann leicht unter Verwendung eines Fluoreszenzmikroskops nachgewiesen werden. Diese Strategie lässt eine hohe Empfindlichkeit und Flexibilität zum DNA-Nachweis und zur quantitativen Bestimmung aus einer Anzahl von Gründen zu. Zuerst kann irgendein Ziel nachgewiesen werden, solange die Sequenzen der Enden des Strangs (F' und G') bekannt sind. Als Zweites wird durch Verwendung von zwei kürzeren DNA-Strängen, F und G, die komplementär zu dem Ziel sind, die DNA-Synthesechemie leichter und quantitativer als bei Verwendung eines längeren Strangs (z.B. F-G oder F-H-G). Da ein einziges Hybridisierungsereignis zur Oberflächenbindung von Hunderten von fluoreszierenden Monomeren führen kann, kann diese Technik schließlich ultraempfindlich sein (d.h. sub-femtomolare Gehalte an DNA nachweisen). Natürlich können auch andere Fortpflanzungsmonomere, die unterschiedliche Bindungsanteile aufweisen und/oder unterschiedliche Eigenschaften haben, auch bei diesem Format zum Nachweis von DNA und anderen Analyten verwendet werden.
Der Ausdruck "eine Art von", wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf eine Vielzahl der spezifisch angegebenen Materialien mit den gleichen Eigenschaften. Z.B. bezieht sich "eine Art von" Nanopartikeln auf Nanopartikel, die gleich sind (z.B. Goldnanopartikel einer bestimmten Größe). In gleicher Weise bezieht sich "eine Art von" Polymer-Nanopartikelhybriden mit Bindungsanteilen B, die daran gekuppelt sind, auf eine Vielzahl von Nanopartikeln, an die das gleiche Polymer/die gleichen Polymere und Bindungseinheiten gekuppelt sind.
Beispiele
Beispiel 1
Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung von zwei neuen metallorganischen Hybridnanopartikeln durch kontrolliertes Wachstum von Polymeren von der Oberfläche von Goldnanopartikelmatrizen durch Ringöffnungsmetathesepolymerisation (ROMP), wie in 1 dargestellt. Bei dieser Methodik wird ein lineares Alkanthiol mit einer Norbornenylendgruppe (2) verwendet, um die Oberflächen von organisch-löslichen Goldnanopartikeln (GNPs) zu modifizieren. Dann wird ein für funktionelle Gruppen toleranter ROMP-Katalysator (1) verwendet, um die Polymerisation direkt von der Teilchenoberfläche zu starten, wonach ein Vorrat an Norbornenyl-haltigem Monomer in die Lösung mit den gestarteten Nanopartikeln injiziert wird.
Es werden zwei Proof-of-Concept-Systeme vorgestellt. Das erste betrifft GNPs mit einer polymerisierten Schale eines Redox-aktiven Norbornenyl-funktionalisierten Ferrocens 3. Das zweite betrifft GNPs, die mit einem Anfangsblock von 3 funktionalisiert wurden, gefolgt von einem zweiten Block eines anderen Redox-aktiven Norbornenyl-haltigen Monomers 4. Das Redoxpotenzial von 4 ist 220 mV negativer als das von 3 und die zwei können leicht durch cyclische Voltammetrie differenziert werden. ¹H-NMR-Spektroskopie, cyclische Voltammetrie und Transmissionselektronenmikroskopie (2A bis H und 3A bis B) wurden verwendet, um den Polymerisationsprozess und die entstehenden polymermodifizierten Nanopartikel zu kennzeichnen.
Diese Untersuchungen zeigen, dass die Synthesetrategie verwendet werden kann, um eine neue Klasse von metallorganischen Hybridnanopartikeln herzustellen, die mit Polymer schichten aus praktisch jedem Norbornenyl-haltigen oder ein cyclisches Olefin enthaltenden Monomer funktionalisiert werden können. Da der Prozess eine lebende Polymerisation ist, sind die Merkmale dieser Strategie zahlreich, einschließlich einer außergewöhnlichen Kontrolle über die Polymerlänge und die chemische Zusammensetzung, die Teilchengröße, Löslichkeit und Form.
A. Materialien und allgemeine Methoden
Wenn nicht anders angegeben, wurden alle Reaktionen unter einer trockenen Stickstoffatmosphäre durchgeführt unter Verwendung von Standard-Schlenk-Techniken oder in einer Glove-Box mit Inertatmosphäre. Acetonitril und Dichlormethan wurden über Calciumhydrid destilliert. Tetrahydrofuran (THF), Benzol und Diethylether wurden über Natrium/Benzophenon destilliert. Alle Lösungsmittel wurden unter Stickstoff destilliert und mit Stickstoff vor der Verwendung gesättigt. Deuterierte Lösungsmittel wurden von Cambridge Isotope Laborstories erworben und ohne weitere Reinigung verwendet, außer bei CDCl₃, das über Calciumhydrid destilliert wurde und im Vakuum in einen luftabgeschlossenen Lösungsmittelkolben überführt wurde vor der Überführung in die Glove-Box mit Inertatmosphäre. Die Verbindungen 1, 2, 3 und 4 wurden synthetisiert, wie unten beschrieben. Alle weiteren Reagenzien wurden von Aldrich Chemical Company erworben und ohne weitere Reinigung verwendet, wenn nicht anders angegeben. ¹H-NMR und ¹³C-NMR-Spektren wurden an einem Varian Gemini 300 MHz FT-NMR-Spektrometer aufgezeichnet. Für die ¹H-NMR von Proben, die Goldnanopartikel enthalten, wurde die Linienverbreiterung auf 1 Hz eingestellt. GC-MS-Versuche wurden an einem Hewlett-Packard-Gerät der Reihe 6980 aufgezeichnet, das mit einer HP5-Säule ausgestattet war (die Anfangstemperatur 2 Minuten auf 50°C eingestellt mit einem Anstieg von 20°C pro Minute und einer Endtemperatur von 280°C). Die Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) wurde an einem Hitachi-8100-Mikroskop durchgeführt. Hochauflösungsmassenspektroskopie (HRMS) wurde an einem VG-70-SE-Instrument durchgeführt. Die Elementaranalyse wurde von Atlantic Microlab Inc. durchgeführt. Flash-Säulenchromatographie wurde durchgeführt unter Verwendung einer Säule mit einem inneren Durchmesser von 56 mm unter Verwendung einer 200 cm langen Säule mit Silicagel unter positivem Stickstoffdruck, wenn nicht anders angegeben.
B. Synthese von Katalysator 1
Katalysator 1 wurde synthetisiert unter Verwendung von veröffentlichten Verfahren. Schwab et al., Angew. Chem., Int. Engl., 34:2039 (1995); Lynn et al., J. Am. Chem. Soc., 120:1627 (1998).
C. Synthese von 1-Mercapto-10-(exo-5-norbornen-2-oxy)decan (2)
Es gibt zwei Schlüsselstellen in der Synthese von zur Metathese bereiten GNPs. Die erste betrifft die Synthese und Charakterisierung von 1-Mercapto-10-(exo-5-norbornen-2-oxy)decan 2, das ein ROMP-aktives Norbornensegment gebunden an ein langkettiges Alkanthiol enthält. Das exo- statt des endo-Isomers wurde ausgewählt, um die ROMP-Aktivität zu optimieren. P.S. Wolfe, Ph.D. Dissertation, Universität von Florida (1997).
Um 2, exo-5-Norbornen-2-ol herzustellen (Posner et al., Tetrahedron, 32:2281 (1976); Davies et al., J. Chem. Soc. Perkin 1, 433 (1973);) wurden 1,00 g, 9,1 mmol in einen 50-ml-Schlenk-Kolben in eine Glove-Box mit Inertatmosphäre eingewogen. THF (15 ml) wurde zugegeben und die Lösung wurde heftig gerührt, während ölfreies Natriummetall (250 mg, 10,8 mmol) zugegeben wurde. Die Mischung wurde dann aus der Glove-Box entnommen, 12 Stunden lang unter einem positiven Stickstoffstrom am Rückfluss erhitzt und auf Raumtemperatur abkühlen gelassen. In einem getrennten 100-ml-Schlenk-Kolben wurde 10-Chlordecyltoluol-4-sulfonat (Tomohiro et al, Synthesis, 7:639 (1992)) (2,95 g, 9,5 mmol) in THF (15 ml) gelöst und auf den Kolben wurde ein Druck ausgleichender Tropftrichter aufgesetzt. Die gekühlte Lösung des deprotonierten exo-5-Norbornen-2-ols wurde dann in den Druck ausgleichenden Tropftrichter mit einer Kanüle überführt (überschüssiges Na wurde mit Isopropanol abgesättigt) und langsam der Decylsulfonatesterlösung unter heftigem Rühren über einen Zeitraum von 10 min zugegeben. Der Tropftrichter wurde dann durch einen Kühler ersetzt und die Mischung wurde weitere 12 h unter einem positiven Stickstoffstrom am Rückfluss erhitzt. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wurde die Reaktionsmischung in Ether (50 ml) gegossen und aufeinander folgend mit Wasser (50 ml), 0,1 M NaOH (50 ml) und Kochsalzlösung (50 ml) gewaschen. Die organische Phase wurde gesammelt, über Natriumsulfat getrocknet und durch einen Buchner-Trichter filtriert. Das Lösungsmittel wurde an einem Rotationsverdampfer entfernt. Säulenchromatographie des leicht gelben Öls auf Silicagel mit 8% Ether in Hexan als Elutionsmittel ergab 1,94 g (6,9 mmol, 81%) des 1-Chlor-10-(exo-5-norbornen-2-oxy)-decans als klares Öl.
¹H-NMR (CDCl₃): 1,05 (m, 20H), 3,56 (s, 1H), 3,72 (s, 1H), 3,95 (m, 5H), 5,80 (m, 1H), 6,31 (m, 1H);
¹³C-NMR (CDCl₃): 26,33, 26,92, 28,92, 29,45, 29,49, 29,52, 30,12, 32,69, 34,48, 40,40, 45,26, 45,99, 46,44, 69,34, 80,22, 133,32, 140,61;
GC-MS: Ein Peak, Retentionszeit 10,16 min;
M⁺: 284 m/z.
Kaliumthioacetat (240 mg, 2,1 mmol) und das 1-Chlor-10-(exo-5-norbornen-2-oxy)decan (500 mg, 1,8 mmol) wurden in getrennte 50-ml-Schlenk-Kolben in eine Glove-Box mit Inertatmosphäre eingewogen. Die Kolben wurden aus der Glove-Box entnommen und entgastes Ethanol (10 ml) wurde in jeden Kolben mit einer Kanüle überführt. Die Lösung von 1-Chlor-10-(exo-5-norborn-2-oxy)decan wurde dann mit einer Kanüle in die Kaliumthioacetatlösung überführt und die Mischung wurde 20 Stunden unter einem positiven Stickstoffstrom am Rückfluss erhitzt. Bei Abkühlen auf Raumtemperatur wurde die Mischung in H₂O (50 ml) gegossen und mit CH₂Cl₂ (3 × 50 ml) extrahiert. Die vereinigten organischen Extrakte wurden mit Kochsalzlösung (3 × 50 ml) gewaschen, über Natriumsulfat getrocknet und über einen Buchner-Trichter filtriert. Das Lösungsmittel wurde an einem Rotationsverdampfer entfernt. Säulenchromatographie des gelben Öls auf Silicagel mit CH₂Cl₂ als Elutionsmittel ergab 488 mg 1-(exo-5-Norbornen-2-oxy)-10-(thioacetyl)decan (1,5 mmol, 85%) als klares Öl.
¹H-NMR (CHCl₃): 1,35 (m, 15H), 1,58 (m, 4H), 1,72 (d, 1H), 2,83 (s, 1H), 2,9 (t, 3H), 3,48 (m, 3H), 5,93 (m, 1H), 6,20 (m, 1H);
GC-MS: Ein Peak, Retentionszeit 11,34 min;
M⁺: 324 m/z.
Natriummethoxid (8,1 mg, 0,15 mmol) und 1-(exo-5-Norbornen-2-oxy)-10-(thioacetyl)decan (488 mg, 1,5 mmol) wurden in getrennte 50-ml-Schlenk-Kolben in eine Glove-Box mit Inertatmosphäre eingewogen. Die zwei Kolben wurden aus der Glove-Box entnommen und entgastes Ethanol (10 ml) wurde mit einer Kanüle in jeden Kolben überführt. Die Lösung von 1-(Norborn-2-en-5-exo-ol)-10-(thioacetyl)decan wurde dann mit einer Kanüle in die Natriummethoxidlösung überführt und die Mischung wurde 6 Stunden lang unter einem positiven Stickstoffstrom am Rückfluss erhitzt. Bei Abkühlen auf Raumtemperatur wurde die Mischung in 1,0 M HCl (50 ml) gegossen und mit Ether (3 × 50 ml) extrahiert. Die vereinigten organischen Extrakte wurden mit Kochsalzlösung (3 × 50 ml) gewaschen, über Natriumsulfat getrocknet und das Lösungsmittel wurde an einem Rotationsverdampfer entfernt, was 361 mg 1-Mercapto-10-(exo-5-norbornen-2-oxy)decan (1,23 mmol, 85%) mit ausreichender Reinheit für die weiteren Manipulationen ergab.
¹H-NMR (C₆D₆): 1,25 (m, 18H), 1,61 (q, 4H), 1,88 (d, 1H), 2,28 (q, 2H), 2,63 (s, 1H), 2,90 (s, 1H), 3,35 (m, 3H), 5,94 (m, 1H);
GC-MS: Ein Peak, Retentionszeit 10,43 min;
M⁺: 282 m/z.
D. Synthese von exo-5-Norbornen-2-ylferrocencarboxylat (3)
Ferrocencarbonsäure (0,511 g, 2,22 mmol) wurde in einen 100-ml-Schlenk-Kolben eingewogen. Der Kolben wurde unter Verwendung von Schlenk-Technik unter Stickstoff gebracht. Trockenes Dichlormethan (50 ml) wurde mit einer Kanüle zugegeben und Oxalylchlorid (0,291 ml, 3,34 mmol) wurde mit einer Spritze in das Reaktionsgefäß gegeben. Die Mischung wurde bei Raumtemperatur 2 h lang gerührt. Lösungsmittel und überschüssiges Oxalylchlorid wurden durch Rotationsverdampfung entfernt und trockenes Benzol (50 ml) wurde mit einer Kanüle zugegeben. Als Nächstes wurde exo-5-Norbornen-2-ol (0,244 g, 2,22 mmol) in einen 250-ml-Rundkolben eingewogen und unter Verwendung der Standard-Schlenk-Technik unter Stickstoff gestellt. Trockenes Benzol (50 ml) wurde mit einer Kanüle zugegeben und Triethylamin (0,62 ml, 4,44 mmol) wurde in das Reaktionsgefäß gespritzt. Die Säurechloridlösung in dem Schlenk-Kolben wurde dann mit einer Kanüle in den Rundkolben überführt, der die Alkohollösung enthielt, und die Mischung wurde unter Stickstoff 12 h lang am Rückfluss erhitzt. Die Lösung wurde mit Kochsalzlösung (100 ml) verdünnt und mit Benzol (3 × 100 ml) extrahiert. Die Benzolphasen wurden vereinigt, über Magnesiumsulfat getrocknet und das Lösungsmittel durch Rotationsverdampfung entfernt. Die Säulenchromatographie auf Silicagel mit Pentan/Ether (8:1) als Elutionsmittel ergab 0,215 g (0,668 mmol, 30%) des gewünschten Produkts als gelben Feststoff.
¹H-NMR (C₆D₆): 1,58 (m, 4H), 2,59 (s, 1H), 2,98 (s, 1H), 4,02 (m, 7H), 4,85 (d, 2H), 4,97 (d, 1H), 5,79 (m, 1H), 5,98 (m, 1H);
¹³C-NMR (CDCl₃): 34,78, 40,69, 46,37, 47,58, 69,69, 70,08, 71,19, 74,87, 132,85, 132,87, 141,15, 175,60;
HRMS (EI) (M⁺): berechnet für C₁₈H₁₈O₂Fe: 322,066 m/z, gefunden: 322,066 m/z;
Analyse berechnet für C₁₈H₁₈O₂Fe:
C 67,1; H 5,63;
gefunden: C 66,9; H 5,76.
E. Synthese von exo-5-Norbornen-2-ylferrocenacetat (4)
Ferrocenessigsäure (0,401 g, 1,64 mmol) wurde in einen 100-ml-Schlenk-Kolben eingewogen. Der Kolben wurde unter Verwendung von Standard-Schlenk-Technik unter Stickstoff gebracht. Trockenes Dichlormethan (50 ml) wurde über eine Kanüle zugegeben und Oxalylchlorid (0,232 ml, 2,66 mmol) wurde in das Reaktionsgefäß gespritzt. Die Mischung wurde bei Raumtemperatur 2 h lang gerührt. Das Lösungsmittel und überschüssiges Oxalylchlorid wurden durch Rotationsverdampfung entfernt und trockenes Benzol (50 ml) wurde über eine Kanüle zugegeben. Als Nächstes wurden exo-5-Norbornen-2-ol (0,181 g, 1,64 mmol) in einen 250-ml-Rundkolben eingewogen und unter Verwendung von Standard-Schlenk-Technik unter Stickstoff gebracht. Trockenes Benzol (50 ml) wurde mit einer Kanüle zugegeben und Triethylamin (0,46 ml, 3,29 mmol) wurde in das Reaktionsgefäß gespritzt. Die Säurechloridlösung in dem Schlenk-Kolben wurde dann mit einer Kanüle in den Rundkolben, der die Alkohollösung enthielt, überführt, und die Mischung wurde 12 h lang unter Stickstoff am Rückfluss erhitzt. Die Lösung wurde mit Kochsalzlösung (100 ml) verdünnt und mit Benzol (3 × 100 ml) extrahiert. Die Benzolphasen wurden vereinigt, über Magnesiumsulfat getrocknet und das Lösungsmittel wurde durch Rotationsverdampfung entfernt. Die Benzolphasen wurden durch einen kurzen Pfropfen von Silicagel geleitet (30 mm lang, Pasteur-Pipette) und die Entfernung des Lösungsmittels an einem Rotationsverdampfer ergab 0,281 g (0,84 mmol, 51%) des gewünschten Produkts als braune Flüssigkeit.
¹H-NMR (C₆D₆): 1,58 (m, 4H), 2,59 (s, 1H), 2,90 (s, 1H), 3,19 (d, 2H), 3,95 (d, 2H), 4,02 (s, 5H), 4,19 (d, 2H), 4,80 (m, 1H), 5,75 (m, 1H), 5,98 (m, 1H).
¹³C-NMR (CDCl₃): 34,45, 36,01, 40,35, 46,15, 47,36, 67,95, 68,46, 75,63, 80,95, 132,43, 141,50, 141,52, 171,55;
HRMS (EI) (M⁺): berechnet für C₁₉H₂₀O₂Fe: 336,081 m/z; gefunden 336,082 m/z.
F. Immobilisierung von 2 an GNPs und Charakterisierung der 2-modifizierten GNPs
Die zweite Schlüsselstelle bei der Herstellung von für die Metathese bereiten GNPs betrifft die Immobilisierung von 2 an 3 nm GNPs. Die Methode von Schiffrin (Brust et al., J. Chem. Soc. Chem. Commun., 801 (1994)) wurde modifiziert zur Herstellung von 3 nm GNPs, die mit linearen Alkanthiolen verkappt sind durch Reduktion von HAuCl₄ (2,24 mmol) in Gegenwart einer 3:1-Mischung von 1-Dodecanthiol (1,68 mmol) und 2 (0,56 mmol), was GNPs, die mit den zwei Adsorbaten modifiziert sind, liefert. Das mit Dodecanthiol verdünnte Molekül wurde angewendet, um die Oberflächenvernetzung der Norbornenylgruppen und des Fortpflanzungspolymers zu minimieren.
Die GNPs können aus CH₂Cl₂ durch Zufügung von Ethanol ausgefällt werden und in verschiedenen organischen Lösungsmitteln, wie Hexan, Ether und CH₂Cl₂ wieder dispergiert werden. Das ¹H-NMR-Spektrum der modifizierten Teilchen in CDCl₃ bestätigt, dass die Norbornenadsorbate tatsächlich an ihren Oberflächen gebunden sind, 2A bis B. Die zwei Resonanzen bei ungefähr δ 5,9 und 6,2 sind hoch diagnostisch für die zwei Norbornenylolefinprotonen und sind gut vergleichbar mit denen, die in dem ¹H-NMR-Spektrum für 2 (δ 5,9 und 6,2) in CDCl₃ beobachtet wurden. Das sichtbare UV-Spektrum dieser Teilchen in Hexan zeigt eine schwache Plasmonbande bei 518 nm, die für Goldnanopartikel dieser Größe charakteristisch ist. Duff et al., J. Chem. Soc. Chem. Commun., 96 (1993).
G. Synthese und Charakterisierung von GNP-Poly3
Innerhalb einer Glove-Box mit Inertatmosphäre wurden 3 nm GNPs, die mit 2 (10 mg) modifiziert waren, in ein NMR-Röhrchen mit Schraubverschluss eingewogen und 100 μl CDCl₃ wurden zugegeben. Katalysator 1 (1,5 mg, 1,8 μmol) wurde in 200 μl CDCl₃ gelöst und in das NMR-Röhrchen, das 2-modifizierte GNPs enthielt, gespritzt. Das NMR-Röhrchen wurde verschlossen und 10 min auf einen Schüttler gestellt. Als Nächstes wurde eine Lösung von 3 (12 mg, 37 μmol in 200 μl CDCl₃) zugegeben und das NMR-Röhrchen wieder verschlossen und weitere 30 min lang geschüttelt, wonach ein ¹H-NMR-Spektrum aufgenommen wurde. Der Katalysator wurde mit Ethylvinylether (etwa 100 μl) abgesättigt. Die Isolierung von Partikelpolymerhybriden (21 mg) wurde erreicht, indem die CDCl₃-Lösung in eine heftig gerührte Lösung von Hexan (100 ml) gegossen wurde. Die Mutterlauge wurde dekantiert und der entstehende dunkelbraune Niederschlag wurde mit Hexan (3 × 50 ml) gewaschen und im Vakuum getrocknet. Der Niederschlag wurde wieder in zahlreichen organischen Lösungsmitteln dispergiert, wie CH₂Cl₂ und THF.
Die Ringöffnungsmetathese der Norbornenringe an den GNPs mit Katalysator 1 (1 Äquivalent, die Anzahl der Norbornenylringe auf den Teilchen wurde abgeschätzt durch Elementaranalyse und NMR-Titrierung) wurde in weniger als 10 min in CDCl₃ erreicht. Ein Hinweis auf diesen Aktivierungsprozess ist der Verlust der Olefinresonanzen bei δ 5,9 und 6,2, 2C.
Die nachfolgende Zugabe von 20 Äquivalenten des Redox-aktiven Komplexes 3 zu dieser Lösung führte zur Polymerisation von 3, was durch Erscheinen von breiten Resonanzen bei δ 5,7 bis 5,2 im ¹H-NMR-Spektrum der Partikelpolymerhybriden (GNP-Poly3), 2D, sichtbar wurde. Diese Resonanzen sind charakteristisch für Polymere, die aus Norbornenyl haltigen Ausgangsmaterialien synthetisiert wurden. Schwab et al., Angew. Chem., Int. Ed. Engl., 34:2039 (1995); Lynn et al., J. Am. Chem. Soc., 120:1627 (1998). Nach 30 min gab es keinen Hinweis mehr auf Monomer 3, was darauf hindeutete, dass die Polymerisation vollständig war.
Die Polymere könnten irreversibel gestoppt werden durch Zugabe eines geringen Überschusses von Ethylvinylether, einem bekannten ROMP-Stoppmittel für Katalysatoren, wie 1. Wu et al., J. Am. Chem. Soc., 117:5503 (1995).
Signifikanterweise konnten die GNP-Poly3-Hybride aus CDCl₃ mit Hexan ausgefällt werden, einem Lösungsmittel, in dem 2-modifizierte GNPs vollständig redispergierbar sind. Sobald die GNP-Poly3-Hybride sorgfältig mit Hexan gewaschen worden waren, konnten sie in einer Vielzahl von polareren organischen Lösungsmitteln, wie CH₂Cl₂ und THF wieder dispergiert werden. Diese Löslichkeitseigenschaften spiegeln das ungebundene Ferrocenylhomopolymer wider, das unabhängig aus 1 und 3 unter nahezu identischen Bedingungen synthetisiert wurde (Poly3, siehe unten).
Die cyclische Voltammetrie der GNP-Poly3-Hybride, die auf die Oberfläche einer Au/Si-Elektrode in 0,1 M TBAPF₆/CH₃CN gegossen wurden (TBAPF₆ = Tetrabutylammoniumhexafluorphosphat) zeigte eine reversible Welle, die mit der Ferrocenyl-Oxidation/Reduktion bei 180 mV gegenüber FcH/FcH⁺ (Ferrocen/Ferricinium) assoziiert war, 2F.
Schließlich zeigte die TEM-Analyse der GNP-Poly3-Hybride, dass die Hybridpartikel ihre Goldkerne mit einem Durchmesser von 3 ± 1 nm behielten, aber die Polymerschalenschichten konnten mit TEM nicht sichtbar gemacht werden aufgrund der geringen Dichte ihrer Atombestandteile, 3A bis B.
H. Synthese und Charakterisierung von GNP-Poly3-Poly4
Als weitere Demonstration der allgemeinen Anwendbarkeit und des Umfangs der Strategie zur Herstellung von Hybridnanopartikeln wurden Blockcopolymere der zwei unterschiedlichen Norbornenyl-Ferrocenylderivate, 3 und 4, sukzessiv von den Oberflächen von mit 2 modifizierten Teilchen, die mit Katalysator 1 behandelt wurden, gezüchtet. In einer Glove-Box mit Inertatmosphäre wurden mit 2 (10 mg) modifizierte GNPs mit 3 nm in ein NMR-Röhrchen mit Schraubverschluss eingewogen und 100 μl CDCl₃ zugegeben. Katalysator 1 (1 Äquivalent, 1,5 mg, 1,8 μmol) wurde in 200 μl CDCl₃ gelöst und in das NMR-Röhrchen, das die 2-modifizierten GNPs enthielt, gespritzt. Das NMR-Röhrchen wurde verschlossen und 10 min auf einen Schüttler gestellt. Als Nächstes wurde eine Lösung von 3 (20 Äquivalente, 12 mg, 37 μmol in 200 μl CDCl₃) zugegeben und das NMR-Röhrchen wieder verschlossen und weitere 20 min lang geschüttelt, wonach ein ¹H-NMR-Spektrum aufgenommen wurde. Dann wurde eine Lösung von 4 (20 Äquivalente, 37 μmol, in 200 μl CDCl₃) zugegeben und das NMR-Röhrchen wieder verschlossen und weitere 20 min lang geschüttelt, wonach ein NMR-Spektrum aufgenommen wurde. Der Katalysator wurde mit Ethylvinylether (~ 100 μl) abgesättigt. Die Isolierung der Partikelpolymerhybride (32 mg) wurde erreicht, indem die CDCl₃-Lösung in eine heftig gerührte Lösung von Hexan (100 ml) gegossen wurde. Die Mutterlauge wurde dekantiert und der entstehende dunkelbraune Niederschlag wurde mit Hexan (3 × 50 ml) gewaschen und im Vakuum getrocknet. Der Niederschlag war in zahlreichen organischen Lösungsmitteln, wie CH₂Cl₂ und THF, redispergierbar.
Verbindung 4 wurde als zweites Block bildendes Polymer ausgewählt, da es leicht von 3 durch cyclische Voltammetrie unterschieden werden kann. Die zwischen der Carbonyl- und Ferrocenyleinheit in 4 angeordnete Methylengruppe macht es um ungefähr 220 mV leichter zu oxidieren als 3. Außerdem liefert diese Methylengruppe ein spektroskopisches Signal, das es zulässt, die Polymerisationsreaktion mit ¹H-NMR zu verfolgen, 2E (siehe die mit Stern versehene Resonanz). Das Wachstum der breiten Resonanz bei δ 3,3, gekoppelt mit dem vollständigen Verlust der Resonanzen, die mit dem Ausgangsmonomer 4 verbunden sind, zeigt die vollständige Umwandlung von 4 in einen Block aus Poly4 (GNP-Poly3-Poly4).
Das GNP-Poly3-Poly4-System zeigte eine reversible Elektrochemie mit den erwarteten zwei unterscheidbaren Wellen, die mit Oxidation/Reduktion der zwei unterschiedlichen Arten von Ferrocenyleinheiten innerhalb der auf dem Teilchen immobilisierten Blockcopolymerhülle assoziiert sind (E_1,2s = ~ 40 mV für den Block von Poly4 und 180 mV für den Block von Poly3 gegenüber FcH/FcH⁺), 2G. Ein Vergleich des integrierten Stroms, der mit diesen zwei Wellen verbunden ist, lässt es zu, die relativen Mengen von 3 und 4 in der GNP-Poly3-Poly4-Struktur auszuwerten. Basierend auf dieser Analyse wurde ein 1,4:1-Verhältnis für 3 und 4 in dem Blockcopolymer berechnet. Dass dies nicht ein 1:1-Verhältnis ist, kann auf geringen Unterschieden in der Polymerlösung und daher unterschiedlichen Graden der elektrochemischen Zugänglichkeit für die zwei Schichten oder alternativ Stöchiometriefehlern aufgrund der geringen Mengen der verwendeten Reagenzien beruhen. Die ideale mit diesen Wellen verbundene Reaktion (der Peakstrom ist linear abhängig von der Scan-Rate) und der mangelnde Hinweis auf einen vermittelten Elektronentransfer zwischen dem inneren Block von 3 und der Elektrodenoberfläche deutet darauf hin, dass in diesen Strukturen sowohl die Polymerblöcke für die Elektrodenoberfläche zugänglich sind als auch in einem Ausmaß solvatisiert sind, dass Ionen sich in und aus der Blockcopolymerstruktur bewegen können. Signifikant bildeten sowohl die Homopolymere als auch die Blockcopolymere aus der Polymerisation von 3 und 4 breiten Wellen, die charakteristisch sind für einen langsamen Elektronentransfer und eine schlechte Polymerlösung, Fig. H (Poly3 ist als Beispiel angegeben).
Schließlich zeigte die TEM-Analyse der GNP-Poly3-Poly4-Hybride, dass die Hybridpartikel den Durchmesser von 3 ± 1 nm der Goldkerne behielten, aber die Polymerschalenschichten konnten nicht mit TEM dargestellt werden aufgrund der geringen Dichte ihrer Atombestandteile.
I. Synthese von Poly3
Eine Lösung von 3 (12 mg, 37 μmol in 200 μl CDCl₃) wurde in ein mit Schraubdeckel versehenes NMR-Röhrchen gespritzt und anschließend eine Lösung von 1 (1,5 mg, 1,8 μmol in 300 μl CDCl₃) zugegeben. Das NMR-Röhrchen wurde verschlossen und 30 min auf einen Schüttler gestellt. Der Katalysator wurde mit Ethylvinylether (~ 100 μl) abgesättigt. Die Isolierung des Polymers (11 mg) wurde erreicht, indem die CDCl₃-Lösung in eine heftig gerührte Lösung von Hexan (50 ml) gegossen wurde. Die Mutterlauge wurde dekantiert und der entstehende hellbraune Niederschlag wurde mit Hexan (3 × 25 ml) gewaschen und im Vakuum getrocknet. Der Niederschlag war in zahlreichen organischen Lösungsmitteln, wie CH₂Cl₂ und THF redispergierbar.
J. Kontrollversuch
Als Kontrollversuch wurde eine Lösung hergestellt, die aus nicht gebundenem Ferrocenyl-haltigem Poly3 und 2-modifizierten GNPs in einem Verhältnis bestand, das vergleichbar war dem, das für den GNP-Poly3-Versuch verwendet wurde (siehe Abschnitt G oben). Wenn ein Ausfällungsversuch für dieses Kontrollsystem durchgeführt wurde, blieben die 2-modifizierten GNPs in Hexan löslich (was mit ¹H-NMR gezeigt wurde), während das Homopolymer (Poly3) wie erwartet ausfiel. Der Unterschied in der Löslichkeit zwischen 2-modifizierten GNPs und GNP-Poly3-Hybriden ist ein starker Hinweis darauf, dass die durch Oberflächenpolymerisation gebildeten Polymere tatsächlich an den Oberflächen der GNPs gebunden sind. Zusammengenommen bestätigen die Daten eindeutig, dass die Polymeren, die von den Oberflächen der GNPs wachsen, an den Teilchenoberflächen gebunden bleiben.
Diese Proof-of-Concept-Ergebnisse zeigen, dass die Teilchensynthesestrategie, die hier berichtet wurde, verwendet werden kann, um eine neue Klasse von Nanopartikeln herzustellen, die mit polymeren Schichten aus praktisch jedem Norbornenyl-haltigen Monomer funktionalisiert werden können. Tatsächlich könnte die Strategie leicht auf weitere anorganische Nanopartikelmatrizen erweitert werden, ebenso wie auf optisch aktive oder elektroaktive Nor bornenylgruppen. Traditionelle anorganische Nanopartikel waren bereits die Basis für viele nützliche sondenartige Anwendungen. Storhoff et al., J. Clust. Sci., 8:179 (1997); Brousseau et al., J. Am. Chem. Soc., 120:7645 (1998); Freeman et al., Science, 267:1629 (1995); Zhu et al., J. Am. Chem. Soc., 119:235 (1997); Mirkin et al., Nature, 382:607 (1996), Elghanian et al., Science, 277:1078 (1997); Storhoff et al., J. Am. Chem. Soc., 120:1959 (1998). Die Hybridstrukturen, die hier dargestellt werden, mit ihrem hohen Grad an synthetischer Einstellbarkeit, können leicht genauso wichtig oder noch wichtiger werden, wie diagnostische Sonden in Strategien zum chemischen und biochemischen Nachweis. Sie sind jedoch eine neue und vielseitige Art eines Bausteins, den Chemiker und Materialwissenschaftler leicht in viele existierende Partikelaufbaustrategien einbauen können.
Beispiel 2
Dieses Beispiel beschreibt die Synthese der Verbindung 5 (siehe 4). In einen 100-ml-Schlenk-Kolben wurden 2-Norbornen-5-exo-ol (1,10 g, 10 mmol), 3-Thiophenessigsäure (1,42 g, 10 mmol) und p-Toluolsulfonsäuremonohydrat (80 mg, 0,42 mmol) gegeben. Die drei Feststoffe wurden in Toluol (60 ml gelöst und eine Dean/Stark-Falle wurde auf den Kolben oben aufgesetzt. Ein Wasserkühler wurde oben auf die Dean/Stark-Falle gesetzt und die Mischung wurde am Rückfluss erhitzt. Über einen Zeitraum von 6 h wurde das Reaktionsvolumen auf 20 ml reduziert, indem von Zeit zu Zeit Lösungsmittel vom Boden der Dean/Stark-Falle gesammelt wurde. Die Mischung wurde auf Raumtemperatur gekühlt, in Wasser (50 ml) gegossen und mit Ether (3 × 50 ml) extrahiert. Die organischen Anteile wurden vereinigt, mit Kochsalzlösung (50 ml) gewaschen, über Natriumsulfat getrocknet und in einen 500-ml-Rundkolben filtriert. Das Lösungsmittel wurde im Vakuum unter Verwendung eines Rotationsverdampfers entfernt. Das fahlgelbe Öl wurde auf Silica chromatographiert unter Verwendung einer 1:1-Mischung von CH₂Cl₂ und Hexan als Elutionsmittel, was das gewünschte Produkt (1,68 g, 7,2 mmol, 72%) als klares Öl lieferte.
¹H-NMR (CDCl₃): 1,40 (m, 1H), 1,60 (m, 2H), 1,71 (m, 1H), 2,87 (b, 2H), 3,65 (s, 2H), 4,70 (d, 1H), 5,97 (m, 1H), 6,24 (m, 1H), 7,05 (d, 1H), 7,15 (b, 1H), 7,30 (m, 1H);
¹³C-NMR (CDCl₃): 34,7, 36,3, 40,7, 46,3, 47,3, 75,8, 122,7, 125,7, 128,5, 132,6, 133,9, 141,2, 171,3;
GCMS: Retentionszeit 10,86 min, m/e⁺ 234;
Analyse berechnet für C₁₃H₁₄O₂S:
C 66,64; H 6,02; S 13,68;
gefunden: C 66,91; H 6,15; S 13,86.
Beispiel 3
Dieses Beispiel beschreibt die Synthese der Verbindung 6 (siehe 4). In einer Glove-Box mit Inertatmosphäre wurden exo-5-Norbornen-2-ol (710 mg, 6,45 mmol) in einen 50-ml-Schlenk-Kolben eingewogen. THF (15 ml) wurde zugegeben und die Lösung heftig gerührt, während ölfreies Natriummetall (160 mg, 6,96 mmol) zugegeben wurde. Die Mischung wurde dann aus der Glove-Box entnommen, 12 h lang unter Stickstoffspülung am Rückfluss erhitzt und auf Raumtemperatur abkühlen gelassen. In einem getrennten 100-ml-Schlenk-Kolben wurden 2,5-Dibrom-3-brommethylthiophen (2,01 g, 6,00 mmol) in THF (15 ml) gelöst und der Kolben wurde mit einem Druck ausgleichenden Tropftrichter verschlossen. Die gekühlte Lösung aus deprotoniertem exo-5-Norbornen-2-ol wurde dann in den Druck ausgleichenden Tropftrichter über eine Kanüle überführt (überschüssiges Na wurde mit Isopropanol abgesättigt) und langsam der Thiophenlösung unter heftigem Rühren über einen Zeitraum von 10 min zugegeben. Der Tropftrichter wurde dann durch einen Kühler ersetzt und die Mischung wurde weitere 12 h lang unter einem positiven Stickstoffstrom am Rückfluss erhitzt. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur wurde die Reaktionsmischung in Ether (50 ml) gegossen und aufeinander folgend mit Wasser (50 ml), 0,1 M NaOH (50 ml), 1 M HCl (50 ml) und Kochsalzlösung (50 ml) gewaschen. Die organische Phase wurde gesammelt, über Natriumsulfat getrocknet und durch einen Buchner-Trichter filtriert. Das Lösungsmittel wurde an einem Rotationsverdampfer entfernt. Die Säulenchromatographie des leicht gelben Öls auf Silicagel mit 20% CH₂Cl₂ in Hexan als Elutionsmittel ergab 1,88 g (5,16 mmol, 86%) des gewünschten Produkts als klares Öl.
¹H-NMR (CDCl₃): 1,41 (m, 1H), 1,58 (m, 2H), 1,71 (m, 1H), 2,82 (b, 1H), 2,93 (b, 1H), 3,56 (m, 1H), 4,40 (m, 2H), 5,93 (m, 1H), 6,20 (m, 1H), 6,99 (m, 1H);
¹³C-NMR (CDCl₃): 34,53, 40,47, 46,06, 65,12, 80,31, 109,59, 111,21, 131,03, 133,10, 139,80, 140,87;
GCMS: Retentionszeit 12,26 min, m/ζ 364.
Beispiel 4
Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung der Verbindung 7 (siehe 4). In einen 100-ml-Schlenk-Kolben wurden 2-Norbornen-5-exo-essigsäure (450 mg, 3,0 mmol) gegeben. Der Kolben wurde unter Verwendung der Standard-Schlenk-Techniken unter Stickstoff gebracht. Trockenes CH₂Cl₂ (20 ml) und anschließend Oxalylchlorid (5 ml einer 2 M Lösung in CH₂Cl₂, 10 mmol) wurden über eine Kanüle zugegeben. Die Mischung wurde 2 h lang bei Raumtemperatur rühren gelassen. Das Lösungsmittel und überschüssiges Oxalylchlorid wurden im Va kuum entfernt und das entstehende Säurechlorid wurde wieder in trockenem Diethylether (20 ml) aufgelöst. In einen getrennten 100-ml-Schlenk-Kolben wurden 3'-(2-Hydroxyethyl)-2,2':5',2''-terthiophen (850 mg, 2,91 mmol) zugegeben. Der Kolben wurde unter Stickstoff gebracht und Diethylether (20 ml) wurde zugegeben und anschließend Triethylamin (0,84 ml, 6 mmol). Der Kolben wurde mit einem Druck ausgleichenden Tropftrichter versehen. Die Norbornenylsäurechloridlösung wurde über eine Kanüle in den Tropftrichter überführt und anschließend wurde zu der gerührten Lösung die Terthiophenlösung tropfenweise über einen Zeitraum von 10 min zugefügt. Die Mischung wurde weitere 10 min lang bei Raumtemperatur gerührt und dann in Wasser (50 ml) gegossen und mit Ether (3 × 50 ml) extrahiert. Die organischen Anteile wurden gesammelt, mit Kochsalzlösung (50 ml) gewaschen, über Natriumsulfat getrocknet und in einen 500-ml-Rundkolben filtriert. Das Lösungsmittel wurde im Vakuum entfernt unter Verwendung eines Rotationsverdampfers. Das entstehende Öl wurde auf Silica chromatographiert unter Verwendung von 1:1 CH₂Cl₂ und Pentan als Elutionsmittel, was das gewünschte Produkt (1,15 g, 2,79 mmol, 96%) als hellgrünes Öl lieferte.
¹H-NMR (CD₂Cl₂): 1,32 (m, 2H), 1,45 (m, 1H), 1,86 (m, 1H), 2,87 (b, 1H), 2,98 (b, 1H), 3,10 (t, 2H), 4,32 (t, 2H), 6,11 (m, 2H), 7,05 (m, 1H), 7,10 (m, 2H), 7,19 (m, 2H), 7,26 (d, 1H), 7,37 (d, 1H);
HRMS: berechnet für C₂₂H₂₀O₂S₃: 412,06; gefunden 412,06.
Beispiel 5
Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung der Verbindung 8 (siehe 4). PdCl₂ (1,1'-Bis(diphenylphosphino)ferrocen) (39 mg, 0,05 mmol) wurde in einen 100-ml-Schlenk-Kolben eingewogen, der einen Magnetrührstab enthielt und mit einem Rückflusskühler und einem Zugabetrichter versehen war. Der Kolben wurde evakuiert, um Luft zu entfernen und eine Lösung von 6 (1,00 g, 2,75 mmol) in trockenem Diethylether (20 ml) wurde über eine Kanüle zugegeben. Der Kolben wurde auf –20°C in einem Aceton/Eisbad gekühlt und eine Lösung von (2-Thienyl)magnesiumbromid (8,22 g, 1,54 mmol) in trockenem Diethylether (20 ml) wurde über einen Zugabetrichter über einen Zeitraum von 30 min zugegeben. Der Ansatz wurde auf Raumtemperatur erwärmen gelassen und dann über Nacht unter einem positiven Stickstoffstrom am Rückfluss erhitzt. Überschüssiges Grignard wurde verbraucht durch langsame Zugabe einer gesättigten Lösung von wässrigem Ammoniumchlorid zu der organischen Phase und anschließend durch dreimaliges Waschen mit Wasser (50 ml). Die organische Phase wurde gesammelt, über Natriumsulfat getrocknet und in einen 500-ml-Rundkolben filtriert. Das Lösungsmittel wurde im Vakuum unter Verwendung eines Rotationsverdampfers entfernt.
Das entstehende dunkelbraune Öl wurde auf Silica chromatographiert unter Verwendung von 1:1 CH₂Cl₂ und Hexan als Elutionsmittel, was das gewünschte Produkt (870 mg, 86%) als grünes Öl lieferte.
¹H-NMR (CDCl₃): 1,47 (m, 1H), 1,59 (m, 2H), 1,78 (m, 1H), 2,84 (b, 1H), 3,65 (m, 1H), 4,56 (m, 2H), 5,94 (m, 1H), 6,20 (m, 1H), 7,03 (m, 1H), 7,09 (m, 1H), 7,18 (m, 1H), 7,21 (m, 1H), 7,22 (m, 1H), 7,24 (m, 1H), 7,35 (m, 1H);
¹³C-NMR (CDCl₃):
GCMS: Retentionszeit 18,73 min, m/e⁺ 370.
Monomere, wie 5, 7 und 8 sind doppelt polymerisierbare Monomere, die einer ROMP-Chemie unterzogen werden können und anschließend einer zweiten Vernetzungsreaktion, was zu einem Pfropf-Copolymerverbund führt. Mit diesen neuen Monomeren können neue Nanopartikel/leitende Polymer-Verbundmaterialien hergestellt werden (siehe 7A bis B).
Beispiel 6
Dieses Beispiel beschreibt die Synthese von exo-5-Norbornen-2-ylpyrencarboxylat (Verbindung 9 in 4). Pyrencarbonsäure (0,547 g, 2,22 mmol) wurde in einen 100-ml-Schlenk-Kolben eingewogen. Der Kolben wurde unter Stickstoff gebracht unter Verwendung von Standard-Schlenk-Techniken. Trockenes Dichlormethan (50 ml) wurde durch eine Kanüle zugegeben und Oxalylchlorid (0,291 ml, 3,34 mmol) wurde in das Reaktionsgefäß gespritzt. Die Mischung wurde bei Raumtemperatur 2 h lang gerührt. Das Lösungsmittel und überschüssiges Oxalylchlorid wurden durch Rotationsverdampfung entfernt und trockenes Benzol (50 ml) wurde über eine Kanüle zugegeben. Als Nächstes wurde exo-5-Norbornen-2-ol (0,244 g, 2,22 mmol) in einen 250-ml-Rundkolben eingewogen und unter Verwendung von Standard-Schlenk-Techniken unter Stickstoff gebracht. Trockenes Benzol (50 ml) wurde über eine Kanüle zugegeben und Triethylamin (0,62 ml, 4,44 mmol) wurde in das Reaktionsgefäß gespritzt. Die Säurechloridlösung in dem Schlenk-Kolben wurde dann in den Rundkolben, der die Alkohollösung enthielt, über eine Kanüle überführt. Die Mischung wurde dann 12 h lang unter Stickstoff am Rückfluss erhitzt. Die Lösung wurde mit Kochsalzlösung (100 ml) verdünnt und mit Benzol (3 × 100 ml) extrahiert. Die Benzolphasen wurden vereinigt, über Magnesiumsulfat getrocknet und das Lösungsmittel durch Rotationsverdampfung entfernt. Die Säulenchromatographie auf Silicagel mit Pentan/Ether (8:1) als Elutionsmittel ergab 0,215 g (0,668 mmol, 30%) des gewünschten Produkts als gelben Feststoff.
¹H-NMR (C₆D₆): 1,62 (m, 2H), 1,79 (m, 2H), 2,62 (b, 1H), 3,05 (b, 1H), 5,20 (m, 1H), 5,94 (m, 1H), 6,05 (m, 1H), 7,70 (m, 2H), 7,81 (m, 2H), 7,87 (m, 2H), 7,99 (m, 1H), 8,72 (m, 1H), 9,79 (m, 1H);
HRMS (EI) (M⁺): berechnet für C₂₄H₁₈O₂: 338,13 m/z; gefunden 338,13 m/z.
Verbindung 9 ist fluoreszierend und die Fluoreszenzemissionsspektren des Monomers und von Poly9 sind in 6 gezeigt. Wie erwartet, tritt die Fluoreszenz von Poly9 bei einer geringeren Wellenlänge auf und ist breiter und weniger intensiv als die des Monomers 9 selbst. Dieses Verhalten deutet auf die Bildung von intramolekularen Exzimeren in Poly9 hin aufgrund der engen Nachbarschaft der Chromophore.
Beispiel 7
Dieses Beispiel beschreibt die Synthese von α-Brom-α'-(exo-5-norbornen-2-ol)-p-xylol (10) (siehe 8A). In einer Glove-Box mit Inertatmosphäre wurden exo-5-Norbornen-2-ol (820 mg, 7,44 mmol) in einen 50-ml-Schlenk-Kolben eingewogen. Trockenes THF (15 ml) wurde zugegeben und die Lösung wurde heftig gerührt, während ölfreies Natriummetall (250 mg, 10,9 mmol) zugegeben wurden. Die Mischung wurde dann aus der Glove-Box entnommen, 12 h lang unter einem positiven Stickstoffstrom am Rückfluss erhitzt und auf Raumtemperatur abkühlen gelassen. In einem getrennten 100-ml-Schlenk-Kolben wurde α,α'-Dibromp-xylol (2,11 g, 8,00 mmol) in trockenem THF (15 ml) gelöst und der Kolben mit einem Druck ausgleichenden Tropftrichter verschlossen. Die gekühlte Lösung des deprotonierten exo-5-Norbornen-2-ols wurde dann in den Druck ausgleichenden Tropftrichter über eine Kanülenfiltration überführt und langsam der Thiophenlösung unter heftigem Rühren über einen Zeitraum von 10 min zugegeben. Der Tropftrichter wurde dann durch einen Kühler ersetzt und die Mischung wurde weitere 12 h lang unter einem positiven Stickstoffstrom am Rückfluss erhitzt. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur wurde die Reaktionsmischung in Benzol (50 ml) gegossen und aufeinander folgend mit Wasser (50 ml), 1,0 M NaOH (50 ml), 1,0 M HCl (50 ml) und Kochsalzlösung (50 ml) gewaschen. Die organische Phase wurde gesammelt, über Natriumsulfat getrocknet und in einen 500-ml-Rundkolben filtriert. Das Lösungsmittel wurde an einem Rotationsverdampfer entfernt. Säulenchromatographie auf Silicagel mit 30% CH₂Cl₂ in Hexan als Elutionsmittel ergab das gewünschte Produkt 10 (1,13 g, 3,87 mmol, 52%) als klares Öl.
¹H-NMR (C₆D₆): 1,42 (m, 2H), 1,60 (m, 1H), 1,85 (m, 1H), 2,61 (m, 1H), 2,84 (m, 1H), 3,44 (m, 1H), 3,99 (m, 2H), 4,24 (m, 2H), 5,76 (m, 1H), 6,26 (m, 1H), 7,02 (m, 2H), 7,13 (m, 2H);
¹³C-NMR (C₆D₆): 33,6, 35,2, 41,2, 46,7, 71,1, 80,7, 129,6, 133,7, 137,5, 140,3, 141,2.
Beispiel 8
Dieses Beispiel beschreibt die Synthese von N-α-(N,N-Dimethylammoniummethylferrocenbromid)-α'-(exo-5-norbornen-2-ol)-p-xylol (11) (siehe 8A). In einen 100-ml-Rundkolben wurde 10 (293 mg, 1,00 mmol), wasserfreier Diethylether (25 ml) und ein Magnetrührstab gegeben. Zu dieser rührenden Lösung von 10 wurde eine Lösung von N,N-Dimethylaminomethylferrocen (243 mg, 1,00 mmol) in wasserfreiem Diethylether (25 ml) gegeben. Die Mischung wurde 6 h lang gerührt, wobei sich während dieser Zeit ein gelber Niederschlag bildete. Nach dieser Zeit wurde eine Kanülenfiltrationsvorrichtung verwendet, um den Ether aus dem Kolben zu entfernen und das entstehende gelbe Pulver wurde mit Ether (4 × 50 ml) gewaschen. Der Feststoff wurde über Nacht im Vakuum getrocknet, was das gewünschte Produkt 11 (391 mg, 0,73 mmol, 73%) lieferte.
¹H-NMR (D₂O):
¹³C-NMR (CDCl₃): 34,7, 40,6, 46,2, 46,7, 48,3, 65,8, 66,9, 69,8, 70,7, 70,8, 72,5, 80,9, 126,7, 128,3, 133,2, 133,5, 141,0, 142,0.
Beispiel 9
Dieses Beispiel beschreibt ein allgemeines Polymerisationsverfahren für 10 oder 11. Die Polymerisation von 11 wird beschrieben. In einer Glove-Box mit Inertatmosphäre wurde 11 (110 mg, 0,21 mmol) in einen 25-ml-Rundkolben eingewogen, der mit einem Magnetrührstab und trockenem MeOH (4 ml) ausgestattet war. Zu der rührenden Lösung von 11 wurde eine Lösung des Katalysators 1 (7,0 mg, 0,0085 mmol, 4 Mol-%) in trockenem CH₂Cl₂ (0,5 ml) gegeben. Die Mischung wurde 30 min lang gerührt und danach aus der trockenen Box entfernt und die Polymerisation wurde durch Ethylvinylether (1 ml) gestoppt. Das Polymer (ROMP-Poly11, 101 mg, 92%) wurde isoliert, indem die Mischung in wasserfreien Diethylether (100 ml) gegossen wurde und wiederholt filtriert und mit frischem Diethylether gewaschen wurde (4 × 50 ml).
Beispiel 10
Dieses Beispiel beschreibt die Synthese von 12 bis 14 (siehe 8A). Die Synthese von 12 ist beispielhaft. Eine Mischung von 10 (440 mg, 1,5 mmol) und 9-N,N-Dimethylaminomethylanthracen (235 mg, 1,0 mmol) in DMF (25 ml) wurde 16 h lang am Rückfluss erhitzt. Danach wurde die Mischung in Diethylether (250 ml) gegossen. Der gelbe Feststoff, der aus der Lösung ausfiel, wurde filtriert und aufeinander folgend mit Diethylether (4 × 50 ml) gewaschen, was das gewünschte Produkt 12 (432 mg, 0,82 mmol, 82%) lieferte.
Beispiel 11
Dieses Beispiel beschreibt die Synthese von 15 (siehe 8B). Eine Mischung von exo-5-Norbornen-2-ol (500 mg, 4,54 mmol), 2-Cyanoethyldiisopropylchlorphosphoramidit (1,00 g, 4,22 mmol) und N,N-Diisopropylethylamin (0,87 ml, 5,0 mmol) wurde in trockenem THF unter einer Stickstoffatmosphäre 3 h lang gerührt. Nach dieser Zeit wurde die Mischung in eine kalte Lösung von 1,0 M NaHCO₃ (100 ml) gegossen und mit CH₂Cl₂ (3 × 50 ml) extrahiert. Das Lösungsmittel wurde im Vakuum entfernt, was das gewünschte Produkt 15 (1,24 g, 95%) lieferte.
Beispiel 12
Dieses Beispiel beschreibt die Synthese von 16 (siehe 8B). Eine Mischung von 10 (1,40 g, 4,77 mmol), Fluorescein (800 mg, 2,40 mmol) und Kaliumcarbonat (665 mg, 4,80 mmol) in Aceton (25 ml) wurde 36 h lang am Rückfluss erhitzt. Nach dieser Zeit wurde die Mischung in Eiswasser (100 ml) gegossen, filtriert und mit Wasser (400 ml) gewaschen. Die Umkristallisation aus DMF mit saurem Wasser lieferte das gewünschte Produkt 16 (727 mg, 0,96 mmol, 40%).

Claims

Verfahren zur Herstellung von Nanopartikeln mit mindestens einer daran gekuppelten Polymerhülle umfassend: dass Nanopartikel bereitgestellt werden; eine Art von Startmonomeren bereitgestellt wird, wobei die Startmonomeren cyclische Olefingruppen aufweisen; die Startmonomeren an die Oberfläche der Nanopartikel gekuppelt werden, die Nanopartikel mit den daran gekuppelten Startmonomeren mit einem Übergangsmetallkatalysator für die Ringöffnungs-Metathese in Kontakt gebracht werden, um die Startmonomeren zu aktivieren und die Nanopartikel mit einer oder mehreren Arten von Fortpflanzungsmonomeren der Formel P-L-N unter solchen Bedingungen in Kontakt gebracht werden, die bewirken, dass die Fortpflanzungsmonomeren polymerisieren, um mindestens eine Polymerhülle, die an die Nanopartikel gekuppelt ist, zu bilden, wobei: N eine ein cyclisches Olefin enthaltende Gruppe ist; P ein Anteil ist, der jeder Polymerhülle eine ausgewählte Eigenschaft oder ausgewählte Eigenschaften vermittelt und L eine Bindung oder ein Linker ist, wobei N an P gebunden ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Startmonomeren Norbornenylgruppen enthalten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Nanopartikel Goldnanopartikel sind.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Startmonomeren norbornenylhaltiges Alkanthiole sind.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Startmonomer 1-Mercapto-10-(exo-5-norbornen-2-oxy)decan ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Startmonomeren mit einer Art von Kupplungsverbindungen vermischt werden und sowohl die Startmonomeren als auch die Kupplungsverbindungen an der Oberfläche der Nanopartikel gebunden sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei L ein Polymer,
ist, oder einen Anteil B enthält, der spezifisch an einen Analyten bindet, wobei R¹ die Formel X(CH₂)_m hat; X -CH₃, -CHCH₃, -COOH, -CO₂(CH₂)_mCH₃, -OH, -CH₂OH, Ethylenglycol, Hexa(ethylenglycol), -O(CH₂)_mCH₃, -NH₂, -NH(CH₂)_mNH₂, Halogen, Glucose, Maltose, Fulleren C60, ein cyclisches Olefin oder eine Nucleinsäure ist und m 0 bis 30 ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei N eine norbornenylhaltige Gruppe ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 8, wobei der Katalysator die Formel
hat, worin M Osmium oder Ruthenium ist; R¹ Wasserstoff ist; X¹ und X², die gleich oder verschieden sein können, irgendwelche anionischen Liganden sind; L¹ und L², die gleich oder verschieden sein können, irgendwelche neutralen Elektronendonatoren sind und R² Wasserstoff, substituiertes oder unsubstituiertes Alkyl oder substituiertes oder unsubstituiertes Aryl ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei M Ruthenium ist, R¹ Wasserstoff ist, R² Phenyl ist, X¹ und X² beide -Cl sind und L¹ und L² beide Tricyclohexylphosphin sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 8, wobei der Katalysator die Formel [Re(CR¹)(CHR²)(R³)R⁴)]_n hat, worin Re Rhenium(VII) ist; R¹ ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem Alkyl mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, einem Aryl mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen, einem Aralkyl mit 7 bis 30 Kohlenstoffatomen, halogensubstituierten Derivaten von Alkyl, Aryl oder Arylalkyl und siliciumhaltigen Analoga von Alkyl, Aryl oder Arylalkyl; R² R¹ oder ein Substituent ist, der durch die Reaktion des Re=CHR²-Anteils des Katalysators mit einem Olefin entsteht, das einer Metathese unterzogen werden soll; R³ und R⁴ Liganden sind, die einzeln oder zusammen ausreichend Elektronen abziehen, damit das Rheniumatom elektrophil genug für die Metathesereaktion wird und n 1 oder mehr ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 8, wobei der Katalysator die Formel M(NR¹)(OR²)₂(CHR³) hat, worin M Molybdän oder Wolfram ist; R¹ und R² jeweils unabhängig Alkyl mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, Aryl mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen, Arylalkyl mit 7 bis 20 Kohlenstoffatomen, ein halogensubstituiertes Derivat von Alkyl, Aryl oder Arylalkyl, oder ein siliciumhaltiges Analogon von Alkyl, Aryl oder Arylalkyl sein können und R³ ein Alkyl mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, ein Aryl mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen, ein Arylalkyl mit 7 bis 20 Kohlenstoffatomen oder ein Substituent ist, der durch die Reaktion des M=CHR³-Anteils des Katalysators mit einem zu metathesierenden Olefin entsteht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 8, wobei die Nanopartikel mit einer einzigen Art von Vermehrungsmonomeren in Kontakt gebracht werden unter Bedingungen, die bewirken, dass die Monomeren polymerisieren unter Bildung einer einzelnen Polymerhülle, die an die Nanopartikel gekuppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Polymerhülle Redoxaktivität hat.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Vermehrungsmonomeren exo-5-Norbomen-2-yl-ferrocencarboxylat oder exo-5-Norbomen-2-yl-ferrocenacetat sind.
Verfahren nach 1 oder Anspruch 8, wobei das Nanopartikel mit einer Mehrzahl verschiedener Arten von Vermehrungsmonomeren unter solchen Bedingungen in Kontakt gebracht wird, die dazu führen, dass die Vermehrungsmonomeren polymerisiert werden unter Bildung von einer oder mehreren Polymerhüllen, die an die Nanopartikel gekuppelt sind, wobei jede Polymerhülle eine oder mehrere ausgewählte Eigenschaften hat.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Nanopartikel mit einer ersten Art von Vermehrungsmonomeren unter solchen Bedingungen in Kontakt gebracht werden, die bewirk, dass die ersten Vermehrungsmonomere polymerisiert werden unter Bildung einer ersten Polymerhülle, die an die Nanopartikel gekuppelt ist, wobei die erste Polymerhülle eine erste ausgewählte Eigenschaft hat und dann die Nanopartikel mit einer zweiten Art von Vermehrungsmonomeren unter solchen Bedingungen in Kontakt gebracht werden, die dazu führen, dass die zweiten Vermehrungsmonomeren polymerisiert werden unter Bildung einer zweiten Polymerhülle, die an die erste Polymerhülle gekuppelt ist, wobei die zweite Polymerhülle eine zweite aus gewählte Eigenschaft hat, die von der ersten ausgewählten Eigenschaft der ersten Polymerhülle verschieden ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei eine der Polymerhüllen Redoxaktivität hat.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Vermehrungsmonomere, die unter Bildung der Hülle polymerisiert werden, exo-5-Norbornen-2-yl-ferrocencarboxylat oder exo-5-Norbornen-2-yl-ferrocenacetat sind.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die zwei Polymerhüllen Redoxaktivität haben.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei die zwei Polymerhüllen unterschiedliche Redoxaktivitäten haben.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Vermehrungsmonomere, die unter Bildung der ersten Polymerhülle polymerisiert werden, exo-5-Norbornen-2-yl-ferrocencarboxylat sind und die Vermehrungsmonomere, die unter Bildung der zweiten Polymerhülle polymerisiert werden, exo-5-Norbornen-2-yl-ferrocenacetat sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 8, wobei die Polymerisation gestoppt wird, indem eine Verbindung zugefügt wird, die die Polymerisation beendet.
Nanopartikel mit einem daran gekuppelten Startmonomer, wobei die Startmonomeren cyclische olefinhaltige Gruppen enthalten.
Nanopartikel nach Anspruch 24, wobei die Startmonomeren Norbornenylgruppen enthalten.
Nanopartikel nach Anspruch 25, wobei die Startmonomeren norbornenylhaltige Alkanthiole sind.
Nanopartikel nach Anspruch 26, wobei die Startmonomeren 1-Mercapto-10-(exo-5-norbornen-2-oxy)decan sind.