Bio-Inspired pH-responsive Polyelectrolytes containing motifs of Catechol and Beta-Cyclodextrin: Synthesis and Application. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (PhD Dissertation) Dissertation_Zeeshan Arshad-g201901010.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 2 June 2025. Download (6MB)

Arabic Abstract

تم تصنيع سلسلة من البوليمرات الثنائية التي تحتوي على زخارف الكاتيكول المستوحاة من الحياة وزخارف بيتا سيكلودكسترين (بيتا س د) كمعلقات أساسية باستخدام بروتوكول بلمرة حلقية بتلر الذي يشتمل على أملاح ثنائي الأليل أمين [(H2C=CH-CH2)N+R1R2 X-]-] لأول مرة من أجل إستخدامها في مختلف التطبيقات. تم تحديد مبادئ التصميم الأساسية التي تستخدمها الكائنات البحرية الشائعة مثل بلح البحر ثم ترجمة المجموعات الوظيفية الرئيسية إلى أنظمة اصطناعية. تم تحويل هيدروكلوريد دوبامين إلى مونومر -N,Nثناي أليل دوبامين هيدروكلوريد [(3,4-(HO)2C6H4CH2CH2NH+(CH2CH=CH2)2 Cl-] (I) ، في حين أن البلمرة الثنائية والبلمرة الثلاثية مع المونومرات الأخرى أعطت بوليمرات ثنائية وبوليمرات ثلاثية متبادلة. خواص المحاليل للبوليمرات المصطنعة بما في ذلك اللزوجة تم فحصها. البوليمرات المستوحاة من المواد الحيوية برهنت كمثبطات للتآكل الحمضي للفولاذ الطري وأظهرت كفاءة فصل محسنة وخصائص مضادة للحشف للغشاء أثناء معالجة مستحلبات الزيت في الماء. مونومر ملح ثنائي اليل أمين الذي يحمل بديل بيتا-س د تم بلمرته حلقياً لأول مرة. وهكذا، 6-O-تولوين سلفونيل-بيتا-سيكلوديكسترين [(C6H10O5)6-(C5H7)]-CH2OTs عند التفاعل مع ثنائي اليل امين متبوعًا بالبرتنة أعطت مونومر ملح ثنائي اليل امين CH2لمونومرات [Me2N+(CH2CH=CH2)2 Cl-] (II) أو [-O2CCH2NH+(CH2CH=CH2)2] (III) أو (IV)[H2O3PCH2NH+(CH2CH=CH2)2 Cl-] أو [HO2CCH2CH(CO2H)NH+(CH2CH=CH2)2 Cl-] (V) أعطت سلسلة من البوليمرات الثنائية التي تحتوي على بقايا بيتا س د والجلايسين أو فوسفونات الميثيل أو حمض الأسبارتيك. البلمرة الثلاثية في وجود ثاني أكسيد الكبريت توفر بوليمرات مع وضع متبادل لوحدات ثاني أكسيد الكبريت. خصائص المحاليل الزويترية متعددة الأيونات المستجيبة للأس الهيدروجيني، بالإضافة الي خاصية اللزوجة التي قد تم فحصها. البوليمر الثلاثي غير القابل للذوبان في الماء I/V/SO2 الذي يحتوي على نسبة مولية 20% من بقايا بيتا س د قد تبين أنه يزيل الملوثات العضوية الميكرونية 2-نفثول بواسطة المركب المعقد المضيف/الضيف. هذا العمل مهد الطريق لإصطناع البوليمرات المترابطة لتطبيقات معالجة المياه. الراتينج المترابط المصطنع أظهر الإزالة المتزامنة للهيدروكربونات متعددة العطريات (المغلفة بواسطة بيتا س د) وأيونات المعادن السامة (عن طريق التعقيد باستخدام بروابط مخلبة من الجلايسين، وحمض الأسبارتيك، وفوسفونات أمينوميثيل) من الأجسام المائية الملوثة.

English Abstract

A series of copolymers containing bio-inspired catechol and Beta-cyclodextrin (β-CD) motifs as backbone pendants using Butler’s cyclopolymerization protocol involving diallyl amine salts [(H2C=CH-CH2)N+R1R2 X-] has been synthesized for the first time to use in various applications. The identification of the basic design principles employed by common marine organisms such as mussels and then translate key functional group to synthetic systems has been carried out. Dopamine hydrochloride was converted to monomer N,N-diallyldopamine hydrochloride [(3,4-(HO)2C6H4CH2CH2NH+(CH2CH=CH2)2 Cl-] (I), while its copolymerization and terpolymerization with other monomers gave respective alternate copolymers and terpolymers. Solution properties of synthesized polymers including viscosity have been examined. Bio-inspired polymers were demonstrated as acidic corrosion inhibitors for mild steel and shown improved separation efficiencies and anti-fouling characteristics for the membrane, while treating the oil-in-water emulsions. A diallyl amine salt monomer bearing β-CD substituent has been cyclopolymerized for the first time. Thus, 6-O-toluenesulfonyl-β-cyclodextrin -[(C6H10O5)6-(C5H7)]-CH2OTs upon reaction with diallylamine followed by protonation afforded diallylamine salt monomer -[(C6H10O5)6-(C5H7)]-CH2NH+(CH2CH=CH2)2 Cl-] (I). Cyclopolymerization of monomer I and its copolymerization with monomers [Me2N+(CH2CH=CH2)2 Cl-] (II) or [-O2CCH2NH+(CH2CH=CH2)2] (III) or [H2O3PCH2NH+(CH2CH=CH2)2 Cl-] (IV) or [HO2CCH2CH(CO2H)NH+(CH2CH=CH2)2 Cl-] (V) gave a series of copolymers having residues of β-CD and glycine or methyl phosphonate or aspartic acid. Terpolymerization in the presence of SO2 afforded polymers with alternate placement of the SO2 units. Solution properties of the pH-responsive polyzwitterions including viscosity have been examined. Water-insoluble terpolymer I/V/SO2 having 20 mol% β-CD residues has been shown to remove organic micropollutant 2-naphthol by host/guest complexation. This work paved the way to synthesize cross-linked polymers for water treatment application. The synthesized cross-linked resin demonstrated simultaneous removal of polyaromatic hydrocarbons (encapsulation by β-CD) and toxic metal ions (by complexing with chelating ligands of glycine, aspartic acid, aminomethyl phosphonate) from contaminated aqueous bodies.

Item Type:	Thesis (PhD)
Subjects:	Chemistry
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemistry
Committee Advisor:	Asrof, Ali Shaikh
Committee Members:	Alhooshani, Khalid Rashed and Ullah, Nisar and Mazumder, Mohammad Abu Jafar and Al-muallem, Hassan Ali
Depositing User:	ZEESHAN ARSHAD (g201901010)
Date Deposited:	02 Jun 2024 11:48
Last Modified:	02 Jun 2024 11:48
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142913