ポリエチレンイミン

ポリエチレンイミン

名前
IUPAC名 ポリ(イミノエチレン)
その他の名前 ポリアジリジン、ポリ[イミノ(1,2-エタンジイル)]
識別子
CAS番号	9002-98-6 はい
ケムスパイダー	なし
ECHA 情報カード	100.123.818
CompTox ダッシュボード ( EPA )	ＤＴＸＳＩＤ１０５１２７２
プロパティ
化学式	(C 2 H 5 N) n、線形形式
モル質量	43.04 (繰り返し単位)、ポリマーの質量は可変
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。 いいえ 確認する （何ですか  ？） はいいいえ インフォボックス参照

ポリエチレンイミン（PEI）またはポリアジリジンは、アミン基と2つの炭素脂肪族CH ₂ CH ₂スペーサーからなる繰り返し単位を持つポリマーです。直鎖ポリエチレンイミンには、第一級、第二級、第三級アミノ基を含む分岐PEIとは対照的に、すべて第二級アミンが含まれています。完全に分岐したデンドリマー型も報告されています。^{[1] PEIは工業規模で生産されており、その}ポリカチオン特性から多くの用途があります。^[2]

直鎖状PEIは室温で半結晶性の固体であるが、分岐状PEIはすべての分子量で液体として存在する完全な非晶質ポリマーである。直鎖状ポリエチレンイミンは、熱水、低pH、メタノール、エタノール、またはクロロホルムに溶ける。冷水、ベンゼン、エチルエーテル、アセトンには溶けない。直鎖状ポリエチレンイミンの融点は約67℃である。[ ^{3]直鎖状および分岐状ポリエチレンイミンはどちらも室温で保存できる。直鎖状ポリエチレンイミンは、その水溶液を凍結し、その後解凍すると}クライオゲルを形成することができる。^[3]

分岐PEIは、アジリジンの開環重合によって合成できる。^[4]反応条件に応じて、異なる程度の分岐を達成できる。直鎖PEIは、ポリ(2-オキサゾリン) ^[5]やN置換ポリアジリジンなどの他のポリマーの後修飾によって入手できる。^[6]直鎖PEIは、ポリ(2-エチル-2-オキサゾリン) ^[7]の加水分解によって合成され、ジェットPEIとして販売されている。^[8]現在の世代のin vivo-jetPEIは、特注のポリ(2-エチル-2-オキサゾリン)ポリマーを前駆体として使用している。^[9]

ポリエチレンイミンは、洗剤、接着剤、水処理剤、化粧品などの製品に多くの用途があります。^[10]セルロース繊維の表面を改質する能力があるため、PEIは製紙工程で湿潤強度増強剤として使用されます。^[11]また、シリカゾルの凝集剤として、また亜鉛やジルコニウムなどの金属イオンを錯体化する能力を持つキレート剤としても使用されます。^[12]他にも、高度に特殊化されたPEIの用途があります。

PEIは実験生物学、特に組織培養において多くの用途がありますが、過剰に使用すると細胞に有毒でもあります。^{[13] [14]}毒性は2つの異なるメカニズムによって生じます。^[15]細胞膜の破壊による壊死性細胞死（即時）と、内部化後のミトコンドリア膜の破壊によるアポトーシス（遅延）です。

ポリエチレンイミンは、接着力が弱い細胞の培養に使用され、接着力を高めます。PEI はカチオン性ポリマーです。細胞の負に帯電した外表面が PEI でコーティングされた皿に引き寄せられ、細胞と皿の間の接着力が強まります。

ポリ(エチレンイミン)は、ポリ-L-リジンに続いて発見された2番目のポリマートランスフェクション剤でした^{[16] 。PEIはDNAを正に帯電した粒子に凝縮し、これが陰イオン性の細胞表面残基に結合し、}エンドサイトーシスによって細胞内に運ばれます。細胞内に入ると、アミンのプロトン化により対イオンが流入し、浸透圧ポテンシャルが低下します。浸透圧膨張により小胞が破裂し、ポリマー-DNA複合体(ポリプレックス)が細胞質に放出されます。ポリプレックスが解けると、DNAは核に自由に拡散します。^{[17] [18]}

ポリエチレンイミンはグラム陰性細菌の外膜の有効な透過剤でもある。^[19]

_{直鎖状および分岐状のポリエチレンイミンはいずれもCO2}回収に使用されており、多孔質材料に含浸されることが多い。CO2 回収における PEI ポリマーの最初の使用は、宇宙船用途での CO2 除去を改善することを目的としており、ポリマーマトリックスに含浸された。_{[ 20} ]^その後、支持体は六方晶系メソ構造シリカである MCM-41 に変更され、大量の PEI がいわゆる「分子バスケット」に保持された。^[21] MCM-41-PEI 吸着材料は、個別に検討されたバルク PEI または MCM-41 材料よりも高い CO2 吸着容量をもたらした_。著者らは、この場合、材料の細孔構造内の高い PEI 分散により相乗効果が生じると主張している。この改善の結果、これらの材料の挙動をより詳細に研究するためのさらなる研究が行われた。徹底的な研究は、 PEIポリマーを含むいくつかのMCM-41-PEI材料のCO ₂吸着容量、およびCO ₂ /O ₂およびCO ₂ /N _{2吸着選択性に焦点を当ててきました。} ^{[22] [23]}また、PEI含浸は、ガラス繊維マトリックス^{[24]やモノリス[25]}などのさまざまな支持体上でテストされています。しかし、燃焼後回収の実際の条件（45〜75℃の穏やかな温度と湿気の存在）で適切な性能を得るには、SBA-15 [26]などの熱的および水熱的に安定したシリカ材料を使用する必要があります。これ^も六角形のメソ構造を示します。 PEI含浸材料を使用して空気からCO _{2 を}吸着する場合、湿気と実際の条件もテストされています。 ^[27]

PEIと他のアミノ含有分子との詳細な比較から、PEI含有サンプルはサイクルで優れた性能を発揮することがわかった。また、温度を25℃から100℃に上昇させたときのCO ₂吸収量の減少はわずかであり、これらの固体の吸着容量に対する化学吸着の寄与が高いことがわかった。同じ理由で、希釈CO _{2下での吸着容量は純粋CO 2}下での値の最大90%であり、またSO ₂に対する望ましくない高い選択性も観察された。^[28]最近、使用される担体の多孔質構造内でのPEIの拡散を改善するために多くの努力がなされてきた。以前に説明した方法に従って、焼成材料の完全な円筒形細孔ではなく、テンプレート閉塞PE-MCM-41材料を含浸させることにより、PEIのより良好な分散とより高いCO _2効率（CO 2 /NHモル比）が達成された^[29]。^[30]アミノプロピルトリメトキシシラン、AP、PEIなどの有機シランの併用も研究されている。最初のアプローチでは、これらを組み合わせて多孔質支持体に含浸させ、CO ₂吸着速度を速め、再利用サイクル中の安定性を高めたが、効率は向上しなかった。^[31]新しい方法は、いわゆる「二重機能化」である。これは、グラフト（有機シランの共有結合）によって以前に機能化された材料の含浸に基づいている。両方の経路で組み込まれたアミノ基は相乗効果を示し、最大235 mg CO ₂ /g（5.34 mmol CO ₂ /g）の高いCO _{2吸収を達成した。} ^[32]これらの材料のCO ₂吸着速度も研究され、含浸固体と同様の吸着速度を示した。^[33]これは、二重機能化材料で利用可能なより小さな細孔容積を考慮すると、興味深い発見である。したがって、含浸固体と比較して CO2 吸収量と効率が高いのは_、吸着速度が速いためではなく、2 つの方法 (グラフト化と含浸) によって組み込まれたアミノ基の相乗効果によるものであると結論付けることができます。

ポリ(エチレンイミン)およびポリ(エチレンイミン)エトキシル化(PEIE)は、ZhouおよびKippelenらによって、有機エレクトロニクス用の効果的な低仕事関数改質剤として示されています。^[34]金属、金属酸化物、導電性ポリマー、グラフェンなどの仕事関数を普遍的に低下させることができます。低仕事関数の溶液処理導電性ポリマーをPEIまたはPEIE改質によって製造できることは非常に重要です。この発見に基づいて、ポリマーは有機太陽電池、有機発光ダイオード、有機電界効果トランジスタ、ペロブスカイト太陽電池、ペロブスカイト発光ダイオード、量子ドット太陽電池、発光ダイオードなどに広く使用されています。

カチオン性ポリマーであるポリエチレンイミン（PEI）は広く研究されており、効率的な遺伝子送達媒体として大きな可能性を示しています。同様に、細胞透過性ペプチドであるHIV-1 Tatペプチドは、細胞内遺伝子送達に効果的に使用されています。^[35]

• テトラエチレンペンタミン
• エチレンジアミン
• ポリエーテルイミド（PEIとも呼ばれる）
• ポリイミン