Дендриме́ры (от дендро... и греч. μέρος – доля, часть), высокоупорядоченные полимерные макромолекулы с симметрично разветвляющейся структурой вокруг многофункционального центрального ядра. Впервые дендримеры были получены и описаны в 1980-х гг. американским химиком Д. А. Томалия (A New Class of Polymers ... 1985), и к началу 2000-х гг. опубликовано более 5000 научных работ и патентов по их синтезу и свойствам. Было показано, что такие соединения относятся к особой группе макромолекул-частиц в общей классификации полимеров (Dvornic. 1996; Micelles. Part 1 ... 1985; Organosilicon Dendrimers and Irregular Hyperbranched Polymers ... [2017]. P. 323–382; Vögtle. 2009).

Получение дендримеров осуществляют постадийным синтезом с образованием на каждой стадии следующего слоя структуры (генерации G) вокруг центра с определённым числом функциональных групп, определяющим число ветвей. Свойства дендримеров определяются числом генераций, функциональностью центров ветвления, длиной и природой мостиковых участков между центрами ветвления. Возможно варьирование этих параметров для управления растворимостью, термостабильностью и другими свойствами, необходимыми для решения конкретных задач.

Дендримеры высоких генераций (G > 3–4) принимают форму, близкую к сферической. Компактизация структуры дендримерных макромолекул в сравнении с классическими полимерными клубками приводит к тому, что их характеристическая вязкость меньше на ~2 порядка, по реологическим свойствам они ближе к глобулам. Свойства дендримеров в большой степени определяются природой внешнего слоя, т. е. концевых групп. Так, дендримеры с гидрофильными концевыми группами растворимы в воде, а с фторорганическими – в сверхкритическом CO₂. Существуют дендримерные структуры с функциональными концевыми группами, а также с функциональными группами во внутренней сфере.

Получение дендримеров

Существуют дивергентный и конвергентный методы синтеза дендримеров.

Дивергентный синтез

Дивергентный синтез представляет собой послойное наращивание слоёв (генераций) дендримерной структуры вокруг центрального звена многократным повторением некоторой последовательности реакций, определяемых природой дендримера.

Дивергентный метод синтеза дендримеров.Дивергентный метод синтеза дендримеров.При последовательном получении каждой генерации возможно осуществление анализа структуры, что обеспечивает максимально бездефектное строение макромолекулы. Достоинством этой схемы является высокая функциональность в поверхностном слое. Первые дендримеры были получены с использованием именно дивергентного синтеза (Micelles. Part 1 ... 1985; Dendritic Macromolecules ... 1986).

Конвергентный синтез

Конвергентный синтез отличается от дивергентного предварительным синтезом периферических блоков, т. н. дендронов, имеющих условную форму конуса с функциональной группой в фокальной точке, которые на последней стадии связываются центральным ядром и продуцируют макромолекулу дендримера.

Конвергентный метод синтеза дендримеров.Конвергентный метод синтеза дендримеров.Основным достоинством этого метода является возможность получения различных вариантов сополимерных дендримеров, а также использования различных центральных групп (Morikawa. 1992; Универсальная схема синтеза кремнийорганических дендримеров. 1997).

На практике часто используют сочетание обоих вариантов.

Применение дендримеров

Благодаря контролируемым и воспроизводимым с большой точностью размерам макромолекул дендримеры используются как стандартные вещества в масс-спектрометрии, электронной и атомной спектроскопии, ультрафильтрации.

Дендримеры имеют наноразмерный масштаб и способность капсулировать внутри структуры различные частицы, например атомы металлов, а также низкомолекулярные соединения (Fréchet. 1994), и являются объектами исследования при разработке средств доставки лекарств в фармакологии и генетического материала в биологии. Дендримеры как средства доставки генетического материала в клетку имеют преимущества перед липосомами и линейными полимерами (Shcharbin. 2009). Дендримеры, содержащие тяжёлые металлы, используются в медицинской диагностике в качестве рентгеноконтрастного вещества (Scott. 2005).

Дендримеры используют как контейнеры для наночастиц металлов – катализаторов химических реакций. Использование дендримеров позволяет достигать регулярного распределения наночастиц в объёме полимера (Astruc. 2001).

Дендримеры с фотохромными группами способны преобразовывать световую энергию, что перспективно для использования в оптических устройствах (Lo. 2007; First Organosilicon Molecular Antennas. 2009; Astruc. 2010).

Недостатком регулярных дендримеров является многостадийность получения, что значительно снижает их практическую привлекательность при всех уникальных свойствах.