chemicallytechFine Chemical TechnologiesТонкие химические технологии2410-65932686-7575MIREA – Russian Technological University (RTU MIREA).10.32362/2410-6593-2022-17-3-242-252chemicallytech-1840Research ArticleArticlesСтатьиPolymerization of D,L-lactide in the presence of Boltorn™ polyester polyolПолимеризация D,L-лактида в присутствии полиэфирполиола Boltorn™https://orcid.org/0000-0001-7468-1062ГомзякВ. И.GomzyakV. I.

Гомзяк Виталий Иванович, кандидат химических наук, доцент кафедры химии и технологии высокомолекулярных соединений им. С.С. Медведева Института тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова ФГБОУ ВО «МИРЭА – Российский технологический университет»

119571, Москва, пр-т Вернадского, д. 86

Scopus Author ID 55841680300,

ResearсherID E-4518-2017,

SPIN-код РИНЦ 7314-4562

Vitaly I. Gomzyak, Cand. Sci. (Chem.), Associate Professor, S.S. Medvedev Department of Chemistry and Technology of Macromolecular Compounds, M.V. Lomonosov Institute of Fine Chemical Technologies, MIREA – Russian Technological University

86, Vernadskogo pr., Moscow, 119571

Scopus Author ID 55841680300,

ResearcherID E-4518-2017,

RSCI SPIN-code 7314-4562

vgomzyak@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-8590-9373БычковН. В.BychkovN. V.

Бычков Никита Васильевич, студент, Институт нано-, био-, информационных, когнитивных и социогуманитарных наук и технологий (ИНБИКСТ)

123098, г. Москва, ул. Максимова, д. 4

Nikita V. Bychkov, Student, Institute of Nano-, Bio-, Information, Cognitive and Socio-humanitarian Sciences and Technologies

4, Maksimova ul., Moscow, 123098

nikita3262@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2327-1033АдуевА. Ш.AduevA. S.

Адуев Аду Шарапудинович, студент, Институт нано-, био-, информационных, когнитивных и социогуманитарных наук и технологий (ИНБИКСТ)

123098, г. Москва, ул. Максимова, д. 4

Adu Sh. Aduev, Student, Institute of Nano-, Bio-, Information, Cognitive and Socio-humanitarian Sciences and Technologies

4, Maksimova ul., Moscow, 123098

adu_99@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2644-2523ИвановаВ. А.IvanovaV. A.

Иванова (Шпотя) Валерия Антоновна, аспирант

141701, Московская область, г. Долгопрудный, Институтский пер., д. 9

Valeriia A. Ivanova (Shpotya), Postgraduate Student

9, Institutskii per., Dolgoprudny, Moscow oblast, 141701

valeriya.ivanova@phystech.eduhttps://orcid.org/0000-0003-4842-9482КошелевА. Д.KoshelevA. D.

Кошелев Антон Дмитриевич, докторант (научный сотрудник), Концерн Фольксваген

64277, Гессен, Дармштадт

Anton D. Koshelev, Doctoral Candidate, Researcher

64277 Darmstadt, Hessen

anton.koshelev@volkswagen.dehttps://orcid.org/0000-0001-9405-4509ЧвалунС. Н.ChvalunS. N.

Чвалун Сергей Николаевич, член-корр. РАН, доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой химии и технологии высокомолекулярных соединений им. С.С. Медведева Института тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова ФГБОУ ВО «МИРЭА – Российский технологический университет»

119571, Москва, пр-т Вернадского, д. 86

Scopus Author ID 7007011596,

ResearсherID E-3924-2014,

SPIN-код РИНЦ 8538-0603

Sergey N. Chvalun, Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences, Dr. Sci. (Chem.), Professor, Head of the S.S. Medvedev Department of Chemistry and Technology of Macromolecular Compounds, M.V. Lomonosov Institute of Fine Chemical Technologies, MIREA – Russian Technological University

86, Vernadskogo pr., Moscow, 119571

chvalun@mirea.ruМИРЭА – Российский технологический университет (Институт тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова); Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»РоссияMIREA – Russian Technological University (M.V. Lomonosov Institute of Fine Chemical Technologies); National Research Center “Kurchatov Institute”Russian FederationНациональный исследовательский центр «Курчатовский институт»РоссияNational Research Center “Kurchatov Institute”Russian FederationМосковский физико-технический институтРоссияMoscow Institute of Physics and TechnologyRussian FederationТехнический университет ДармштадтаГерманияTechnical University of DarmstadtGermany202231072022173242252Copyright © Gomzyak V.I., Bychkov N.V., Aduev A.S., Ivanova V.A., Koshelev A.D., Chvalun S.N., 20222022Гомзяк В.И., Бычков Н.В., Адуев А.Ш., Иванова В.А., Кошелев А.Д., Чвалун С.Н.Gomzyak V.I., Bychkov N.V., Aduev A.S., Ivanova V.A., Koshelev A.D., Chvalun S.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.finechem-mirea.ru/jour/article/view/1840Objects

Objects. To synthesize monodisperse biodegradable hyperbranched polymers based on D,L-lactide in the presence of Boltorn™ H30 polyester polyol as a macroinitiator.

Methods

Methods. 1H and 13C nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy was used to study the chemical structure of the Boltorn™ H30 polyester polyol and (Boltorn™ H30)-PDLA hyperbranched copolymers. The molecular weight distribution of the polymers was studied by gel permeation chromatography (GPC). In order to study the thermal stability of Boltorn™ H30 polyester polyol, thermogravimetric analysis (TGA) was used. Polymerization of D,L-lactide was carried out in a block in the presence of Boltorn™ H30 polyester polyol.

Results

Results. The degree of branching of Boltorn™ H30 polyester polyol was calculated from NMR data, while the TGA method was used to determine the upper operational temperature range. The polymerization of D,L-lactide in the presence of Boltorn™ H30 polyester polyol used as a macroinitiator was studied. The molecular weight characteristics of the obtained copolymers were studied by NMR and GPC.

Conclusions

Conclusions. Optimum conditions were determined for the polymerization of D,L-lactide when using Boltorn™ H30 polyester polyol as a macroinitiator. The possibility of synthesizing narrowly dispersed hyperbranched polymers (Boltorn™ H30)-PDLA under the described conditions was demonstrated.

Цели

Цели. Синтез узкодисперсных биоразлагаемых сверхразветвленных полимеров на основе D,L-лактида в присутствии полиэфирполиола Boltorn™ H30 в качестве макроинициатора.

Методы

Методы. Для исследования химической структуры полиэфирполиола Boltorn™ H30 и сверхразветвленных сополимеров (Boltorn™ H30)-PDLA использовали 1H и 13С спектроскопию ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Молекулярно-массовое распределение полимеров исследовали методом гель-проникающей хроматографии (ГПХ). Для исследования термической стабильности полиэфирполиола Boltorn™ H30 применяли метод термогравиметрического анализа (ТГА). Полимеризацию D,L-лактида в присутствии полиэфирполиола Boltorn™ H30 проводили в блоке.

Результаты

Результаты. По данным ЯМР была рассчитана степень разветвленности полиэфирполиола Boltorn™ H30. Методом ТГА определен верхний температурный диапазон работы с полиэфирполиолом Boltorn™ H30. Исследована полимеризация D,L-лактида в присутствии полиэфирполиола Boltorn™ H30 в качестве макроинициатора. Молекулярномассовые характеристики полученных сополимеров исследованы методами ЯМР и ГПХ.

Выводы

Выводы. Подобраны оптимальные условия полимеризации D,L-лактида в присутствии полиэфирполиола Boltorn™ H30 в качестве макроинициатора. Показана возможность синтеза узкодисперсных сверхразветвленных полимеров (Boltorn™ H30)-PDLA в этих условиях.

 

 

сверхразветвленные полимерыбиоразлагаемые полимерыполилактидполиэфирполиолы Boltorn™hyperbranched polymersbiodegradable polymerspolylactideBoltorn™ polyester polyolsРабота выполнена при финансовой поддержке гранта Президента Российской Федерации, грант № MK-70.2021.1.3The study was supported by the President of the Russian Federation, grant No. MK-70.2021.1.3ReferencesГельперина С.Э., Швец В.И. Системы доставки лекарственных веществ на основе полимерных наночастиц. Биотехнология. 2009;(3):8–23.Gelperina S.E., Shvets V.I. Drug Delivery Systems based on Polymeric Nanoparticles. Biotekhnologiya = Biotechnology in Russia. 2009;(3):1–21 (in Russ.).Гомзяк В.И., Седуш Н.Г., Пучков А.А., Поляков Д.К., Чвалун С.Н. Линейные и разветвленные полимеры лактида для систем направленной доставки лекарственных средств. Высокомолекулярные соединения. Серия Б. 2021;63(3):190–206. https://doi.org/10.31857/S2308113921030062Gomzyak V.I., Sedush N.G., Puchkov A.A., et al. Linear and Branched Lactide Polymers for Targeted Drug Delivery Systems. Polym. Sci. Ser. B. 2021;63(3):257–271. https://doi.org/10.1134/S1560090421030064 [Original Russian Text: Gomzyak V.I., Sedush N.G., Puchkov A.A., Polyakov D.K., Chvalun S.N. Linear and Branched Lactide Polymers for Targeted Drug Delivery Systems. Vysokomolekulyarnye soedineniya. Seriya B. 2021;63(3):190–206 (in Russ.). https://doi.org/10.31857/S2308113921030062 ]Гомзяк В.И., Демина В.А., Разуваева Е.В., Седуш Н.Г., Чвалун С.Н. Биоразлагаемые полимерные материалы для медицины: от импланта к органу. Тонкие химические технологии. 2017;12(5):5–20. https://doi.org/10.32362/2410-6593-2017-12-5-5-20Gomzyak V.I., Demina V.A., Razuvaeva E.V., Sedush N.G., Chvalun S.N. Biodegradable polymer materials for medical applications: from implants to organs. Fine Chemical Technologies. 2017;12(5):5–20 (in Russ.). https://doi.org/10.32362/2410-6593-2017-12-5-5-20Агаджанян В.В., Пронских А.А., Демина В.А., Гомзяк В.И., Седуш Н.Г., Чвалун С.Н. Биодеградируемые импланты в ортопедии и травматологии. Наш первый опыт. Политравма. 2016;(4):85–93.Agadzhanyan V.V., Pronskikh A.A., Demina V.A., Gomzyak V.I., Sedush N.G., Chvalun S.N. Biodegradable implants in orthopedics and traumatology. Our first experience. Politravma = Polytrauma. 2016;(4):85–93 (in Russ.)Korake S., Shaikh A., Salve R., Gajbhiye K.R., Gajbhiye V., Pawar A. Biodegradable dendritic BoltornTM nanoconstructs: A promising avenue for cancer theranostics. Int. J. Pharm. 2021;594:120177. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2020.120177Korake S., Shaikh A., Salve R., Gajbhiye K.R., Gajbhiye V., Pawar A. Biodegradable dendritic BoltornTM nanoconstructs: A promising avenue for cancer theranostics. Int. J. Pharm. 2021;594:120177. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2020.120177Гомзяк В.И., Пучков А.А., Артамонова Н.Е. и др. Физико-химические свойства биоразлагаемого сверхразветвленного полиэфирполиола на основе 2,2-бис(метилол) пропионовой кислоты. Тонкие химические технологии. 2018;13(4):67–73. https://doi.org/10.32362/2410-6593-2018-13-4-67-73Gomzyak V.I., Puchkov A.A., Artamonova N.E., et al. Physico-chemical properties of biodegradable hyperbranched polyester polyol based on 2,2-bis(methylol) propionic acid. Fine Chemical Technologies. 2018;13(4):67–73 (in Russ.). https://doi.org/10.32362/2410-6593-2018-13-4-67-73Zhang X., Dai Y., Dai G. Advances in amphiphilic hyperbranched copolymers with an aliphatic hyperbranched 2,2-bis(methylol)propionic acid-based polyester core. Polym. Chem. 2020;11(5):964–973. https://doi.org/10.1039/c9py01608bZhang X., Dai Y., Dai G. Advances in amphiphilic hyperbranched copolymers with an aliphatic hyperbranched 2,2-bis(methylol)propionic acid-based polyester core. Polym. Chem. 2020;11(5):964–973. https://doi.org/10.1039/c9py01608bPrabaharan M., Grailer J.J., Pilla S., et al. Folateconjugated amphiphilic hyperbranched block copolymers based on Boltorn H40, poly(l-lactide) and poly(ethylene glycol) for tumor-targeted drug delivery. Biomaterials. 2009;30(16):3009–3019. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2009.02.011Prabaharan M., Grailer J.J., Pilla S., et al. Folate-conjugated amphiphilic hyperbranched block copolymers based on Boltorn H40, poly(l-lactide) and poly(ethylene glycol) for tumor-targeted drug delivery. Biomaterials. 2009;30(16):3009–3019. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2009.02.011Perše L.S., Huskić M. Rheological characterization of multiarm star copolymers. Eur. Polym. J. 2016;76:188–195. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2016.01.045Perše L.S., Huskić M. Rheological characterization of multiarm star copolymers. Eur. Polym. J. 2016;76:188–195. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2016.01.045Hawker C.J., Lee R., Fréchet J.M.J. One-Step Synthesis of Hyperbranched Dendritic Polyesters. J. Am. Chem. Soc. 1991;113(12):4583–4588. https://doi.org/10.1021/ja00012a030Hawker C.J., Lee R., Fréchet J.M.J. One-Step Synthesis of Hyperbranched Dendritic Polyesters. J. Am. Chem. Soc. 1991;113(12):4583–4588. https://doi.org/10.1021/ja00012a030Žagar E., Žigon M. Characterization of a Commercial Hyperbranched Aliphatic Polyester Based on 2,2-Bis(methylol) propionic Acid. Macromolecules. 2002;35(27):9913–9925. https://doi.org/10.1021/ma021070oŽagar E., Žigon M. Characterization of a Commercial Hyperbranched Aliphatic Polyester Based on 2,2-Bis(methylol) propionic Acid. Macromolecules. 2002;35(27):9913–9925. https://doi.org/10.1021/ma021070oKricheldorf H.R., Kreiser-Saunders I., Boettcher C. Polylactones: 31. Sn(II)octoate-initiated polymerization of L-lactide: a mechanistic study. Polymer. 1995;36(6):1253–1259. https://doi.org/10.1016/0032-3861(95)93928-FKricheldorf H.R., Kreiser-Saunders I., Boettcher C. Polylactones: 31. Sn(II)octoate-initiated polymerization of L-lactide: a mechanistic study. Polymer. 1995;36(6):1253–1259. https://doi.org/10.1016/0032-3861(95)93928-FKricheldorf H.R., Weidner S.M. High molar mass cyclic poly(L-lactide) obtained by means of neat tin(II) 2-ethylhexanoate. Polym. Chem. 2020;11(32):5249–5260. https://doi.org/10.1039/d0py00811gKricheldorf H.R., Weidner S.M. High molar mass cyclic poly(L-lactide) obtained by means of neat tin(II) 2-ethylhexanoate. Polym. Chem.Lecomte P., Jérôme C. Recent developments in ringopening polymerization of lactones. In: Rieger B., Künkel A., Coates G., Reichardt R., Dinjus E., Zevaco T. (Eds.). Synthetic Biodegradable Polymers. Advances in Polymer Science. 2012;245:173–218. https://doi.org/10.1007/12_2011_144Lecomte P., Jérôme C. Recent developments in ringopening polymerization of lactones. In: Rieger B., Künkel A., Coates G., Reichardt R., Dinjus E., Zevaco T. (Eds.). Synthetic Biodegradable Polymers. Advances in Polymer Science. 2012;245:173–218. https://doi.org/10.1007/12_2011_144Tikhonov P.A., Vasilenko N.G., Muzafarov A.M. Multiarm Star Polymers. Fundamental Aspects. A Review. Doklady Chemistry. 2021;496(1):3–20. https://doi.org/10.1134/S001250082101002XTikhonov P.A., Vasilenko N.G., Muzafarov A.M. Multiarm Star Polymers. Fundamental Aspects. A Review. Doklady Chemistry. 2021;496(1):3–20. https://doi.org/10.1134/S001250082101002XPerevyazko I., Seiwert J., Schömer M., Frey H., Schubert U.S., Pavlov G.M. Hyperbranched Poly(ethylene glycol) Copolymers: Absolute Values of the Molar Mass, Properties in Dilute Solution, and Hydrodynamic Homology. Macromolecules. 2015;48(16):5887–5898. https://doi.org/10.1021/acs.macromol.5b01020Perevyazko I., Seiwert J., Schömer M., Frey H., Schubert U.S., Pavlov G.M. Hyperbranched Poly(ethylene glycol) Copolymers: Absolute Values of the Molar Mass, Properties in Dilute Solution, and Hydrodynamic Homology. Macromolecules. 2015;48(16):5887–5898. https://doi.org/10.1021/acs.macromol.5b01020Li H., Riva R., Kricheldorf H.R., Jérôme R., Lecomte P. Synthesis of eight- and star-shaped poly- (ε-caprolactone)s and their amphiphilic derivatives. Chemistry – A European Journal. 2008;14(1):358–368. https://doi.org/10.1002/chem.200700603Li H., Riva R., Kricheldorf H.R., Jérôme R., Lecomte P. Synthesis of eight- and star-shaped poly- (ε-caprolactone)s and their amphiphilic derivatives. Chemistry – A European Journal. 2008;14(1):358–368. https://doi.org/10.1002/chem.200700603Massoumi B., Sarvari R., Agbolaghi S. Biodegradable and conductive hyperbranched terpolymers based on aliphatic polyester, poly(D,L-lactide), and polyaniline used as scaffold in tissue engineering. Int. J. Polym. Mater. 2018;67(13):808–821. https://doi.org/10.1080/00914037.2017.1383248Massoumi B., Sarvari R., Agbolaghi S. Biodegradable and conductive hyperbranched terpolymers based on aliphatic polyester, poly(D,L-lactide), and polyaniline used as scaffold in tissue engineering. Int. J. Polym. Mater. 2018;67(13):808–821. https://doi.org/10.1080/00914037.2017.1383248Michalski A., Brzezinski M., Lapienis G., Biela T. Star-shaped and branched polylactides: Synthesis, characterization, and properties. Prog. Polym. Sci. 2019;89:159–212. https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2018.10.004Michalski A., Brzezinski M., Lapienis G., Biela T. Star-shaped and branched polylactides: Synthesis, characterization, and properties. Prog. Polym. Sci. 2019;89:159–212. https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2018.10.004Tabatabaei Rezaei S.J., Abandansari H.S., Nabid M.R., Niknejad H. PH-responsive unimolecular micelles selfassembled from amphiphilic hyperbranched block copolymer for efficient intracellular release of poorly water-soluble anticancer drugs. J. Colloid Interface Sci. 2014;425:27–35. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2014.03.034Tabatabaei Rezaei S.J., Abandansari H.S., Nabid M.R., Niknejad H. PH-responsive unimolecular micelles selfassembled from amphiphilic hyperbranched block copolymer for efficient intracellular release of poorly water-soluble anticancer drugs. J. Colloid Interface Sci. 2014;425:27–35. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2014.03.034

The authors declare that there are no conflicts of interest present.