Synthesis of phenolic functional interfaces

Abstract

La tesi "Síntesi d'interfases fenòliques funcionals" ha estat desenvolupada per ampliar la síntesi de compostos fenòlics i explotar-ne les propietats adhesives. Aquesta descriu l'obtenció de derivats fenòlics mitjançant síntesi orgànica i les seves aplicacions com a recobriments per a nanopartícules de carbur de ferro, materials adhesius i segelladors quirúrgics. El propòsit del recobriment de les nanopartícules de carbur de ferro va ser estabilitzar-les en medis aquosos, mantenint-ne les propietats magnètiques per al seu possible ús en el tractament d'hipertèrmia magnètica. El recobriment està compost per un lligand que va ser sintetitzat per derivatització duna unitat de dopamina. Aquesta síntesi es va fer en 6 passos i amb un rendiment global del 23%. Després de la caracterització del lligand, aquest es va utilitzar per recobrir les nanopartícules de carbur de ferro, que es van poder dispersar a l'aigua satisfactòriament. Finalment, les nanopartícules recobertes van ser caracteritzades per diferents tècniques i les seves propietats magnètiques van ser avaluades. El material adhesiu sintetitzat es va obtenir a través d'una metodologia desenvolupada al nostre grup de recerca que consisteix en la polimerització de compostos fenòlics amb amines en aigua. La polimerització de pirogalol i una tris-amina va produir un material sòlid que quan s'aplica com a solució aquosa, és capaç d'enganxar diferents tipus de materials. Aquest adhesiu va ser caracteritzat químicament i provat sobre alumini, fusta (roure i pi) i plàstics (polipropilè, polimetilmetacrilat i policarbonat) amb excel·lents resultats d'adhesió. Finalment, el segellador quirúrgic es va obtenir combinant derivats tiol i acrilat que van ser polimeritzats per una reacció fotoactivada de tiol-eno sota llum visible per produir els materials curats. Es van sintetitzar quatre monòmers tiolats, dos derivats de catecol i dos derivats de dimetoxiestirè, per avaluar la contribució dels catecols a les propietats adhesives. Els derivats de catecol-tiol es van obtenir mitjançant addició de thia-Michael, mentre que els derivats de dimetoxisestirè-tiol es van obtenir mitjançant una reacció de tiol-è activada tèrmicament, cosa que va demostrar la versatilitat d'aquesta reacció. Per contra, els quatre derivats d'acrilat seleccionats estaven disponibles al mercat. Les formulacions, que consisteixen en un monòmer tiolat, un derivat d'acrilat i un fotoiniciador, es van caracteritzar i van provar sobre teixit intestinal de porc. La formulació amb millors resultats d'adhesió a les mesures de màxima pressió hidràulica suportada es va sotmetre a proves d'estabilitat, degradació i biocompatibilitat amb resultats satisfactoris. En conclusió, aquesta tesi destaca la versatilitat dels compostos fenòlics. És un pas endavant en l'aplicació d'aquest tipus de compostos, que ofereix l'oportunitat de contribuir encara més en aquest camp.

La tesis "Síntesis de interfases fenolicas funcionales" ha sido desarrollada para ampliar la síntesis de compuestos fenólicos y explotar sus propiedades adhesivas. Ésta describe la obtención de derivados fenólicos mediante síntesis orgánica y sus aplicaciones como recubrimientos para nanopartículas de carburo de hierro, materiales adhesivos y selladores quirúrgicos. El propósito del recubrimiento de las nanopartículas de carburo de hierro fue estabilizarlas en medios acuosos, manteniendo sus propiedades magnéticas para su posible uso en el tratamiento de hipertermia magnética. El recubrimiento está compuesto por un ligando que fue sintetizado por derivatización de una unidad de dopamina. Esta síntesis se realizó en 6 pasos y con un rendimiento global del 23 %. Después de la caracterización del ligando, éste se utilizó para recubrir las nanopartículas de carburo de hierro, que se pudieron dispersar en el agua satisfactoriamente. Finalmente, las nanopartículas recubiertas fueron caracterizadas por diferentes técnicas y sus propiedades magnéticas fueron evaluadas. El material adhesivo sintetizado se obtuvo a través de una metodología desarrollada en nuestro grupo de investigación que consiste en la polimerización de compuestos fenólicos con aminas en agua. La polimerización de pirogalol y una tris-amina produjo un material sólido que cuando se aplica como solución acuosa, es capaz de pegar diferentes tipos de materiales. Este adhesivo fue caracterizado químicamente y probado sobre aluminio, madera (roble y pino) y plásticos (polipropileno, polimetilmetacrilato y policarbonato) con excelentes resultados de adhesión. Por último, el sellador quirúrgico se obtuvo combinando derivados tiol y acrilato que fueron polimerizado por una reacción fotoactivada de tiol-eno bajo luz visible para producir los materiales curados. Se sintetizaron cuatro monómeros tiolados, dos derivados de catecol y dos derivados de dimetoxiestireno, para evaluar la contribución de los catecoles en las propiedades adhesivas. Los derivados de catecol-tiol se obtuvieron mediante adición de thia-Michael, mientras que los derivados de dimetoxisestireno-tiol se obtuvieron mediante una reacción de tiol-eno activada térmicamente, lo que demuestró la versatilidad de esta reacción. Por el contrario, los cuatro derivados de acrilato seleccionados estaban disponibles en el mercado. Las formulaciones, que consisten en un monómero tiolado, un derivado de acrilato y un fotoiniciador, se caracterizaron y probaron sobre tejido intestinal de cerdo. La formulación con mejores resultados de adhesion en las medidas de máxima presión hidráulica soportada, se sometió a pruebas de estabilidad, degradación y biocompatibilidad con resultados satisfactorios. En conclusión, esta tesis destaca la versatilidad de los compuestos fenólicos. Es un paso adelante en la aplicación de este tipo de compuestos, que brinda la oportunidad de contribuir aún más en este campo.

The thesis "Synthesis of phenolic functional interfaces" has been developed to expand the synthesis of phenolic compounds and exploit their adhesive properties. It describes the obtention of phenolic derivatives through organic synthesis and their applications as coatings for iron carbide nanoparticles, adhesive materials, and surgical sealants. The purpose of the coating for iron carbide nanoparticles was to stabilize them in aqueous media while maintaining their magnetic properties for potential use in magnetic hyperthermia treatment. The coating was formed by a ligand that was synthesized by derivatization of a dopamine moiety. This synthesis was achieved in 6 steps and in a 23% overall yield. After the characterization of the ligand, it was used to coat the iron carbide nanoparticles, which were able to be dispersed in water. Finally, the coated nanoparticles were characterized by different techniques and their magnetic properties were evaluated. The synthesized adhesive material was obtained through a methodology developed in our research group that consists of the polymerization of phenolic compounds with amines in water. The polymerization of pyrogallol and a tris-amine produced a solid material that when applied as an aqueous solution, is able to glue different types of materials. This adhesive was chemically characterized and tested over aluminum, on wood (oak and pine), and on plastics (polypropylene, polymethylmethacrylate, and polycarbonate) with great adhesion results. Finally, the surgical sealant was obtained by combining thiol and acrylate derivatives which were polymerized by a photoactivated thiol-ene reaction under visible light to produce the cured materials. Four thiolated monomers were synthesized, two catechol derivatives and two dimethoxystyrene derivatives, to evaluate catechols' contribution to the adhesive properties. The catechol-thiol derivatives were obtained through a thia-Michael addition, while the dimethoxystyrene-thiol derivatives were obtained through a thermally activated thiol-ene reaction, demonstrating the versatility of this reaction. Conversely, the four selected acrylate derivatives were commercially available. The formulations, consisting of a thiolated monomer, an acrylate derivative, and a photoinitiator, were characterized and tested over porcine intestine tissue. The formulation with better adhesion results under burst pressure measurements was subjected to stability, degradation, and biocompatibility tests with successful results. In conclusion, this thesis highlights the versatility of the phenolic compounds. It is a step forward in the application of this type of compounds, giving the opportunity to further contribute in this field.