This work explores the synthesis and strategic design of bio-based materials derived from renewable terpene monomers. The overarching objective is to develop a comprehensive framework encompassing the establishment of efficient monomer synthesis, the polymerization of sustainable bio-PAs, and the adaptation of polymer properties through copolymerization and strategic functionalization. Particular emphasis is placed on investigating potential biomedical applications. The research begins by identifying the terpenes, limonene, and β-pinene as abundant and structurally advantageous starting materials for lactam modification and subsequent polymerization. Efficient synthesis routes for their respective lactams are established and optimized, meeting industrial scalability and applicability. The unique structural features of these monomers, such as the bicyclic nature of β-pinene and the exo-cyclic double bond in limonene, hold the promise to impart stability or functionalizability into the resulting polymers. Anionic ring-opening polymerization (AROP) is employed for the controlled synthesis of high molecular weight limonene polyamide (LiPA) and β-pinene polyamide (PiPA). Challenges posed by steric hindrance and side reactions are addressed through the judicious selection of initiators and activators. Upscaling to gram quantities is achieved, enabling thorough material characterization and processing. The resulting PiPAs exhibit excellent thermal stability, good mechanical properties, and transparent appearance, while LiPAs possess not only good thermal stability but also functionalizability, rendering both PAs promising for high-performance/bio-applications. To combine the strengths of PAs, e.g. high thermal and mechanical stability, and the strengths of polyesters, e.g. biocompatibility, ring-opening copolymerization (ROCOP) of β-pinene lactam and ε-caprolactone is investigated, yielding polyesteramides (PEAs) with tunable properties, such as solubility and brittleness, and high thermal stability. Recognizing the potential of LiPA for biomedical applications, thiol-ene click chemistry is employed to introduce various functional groups, including alkyl, ester, and sulfonate moieties. This strategic modification enables the tuning of glass transition temperature, solubility, hydrophilicity, and even the formation of amphiphilic micelles for potential drug delivery applications. The high tolerance of the thiol-ene reaction towards diverse functional groups opens avenues for future incorporation of bioactive moieties, such as cell-binding motifs for tissue engineering. While the findings are highly promising, further investigations are necessary to address challenges like poor solubility, processability, and evaluating specific biomedical applications through cell tests. Nevertheless, this thesis contributes significantly to the field of sustainable materials science by introducing novel monomers, polymers, and a versatile functionalization approach, ultimately paving the way for innovative and environmentally conscious solutions in biomedicine and beyond.     «

This work explores the synthesis and strategic design of bio-based materials derived from renewable terpene monomers. The overarching objective is to develop a comprehensive framework encompassing the establishment of efficient monomer synthesis, the polymerization of sustainable bio-PAs, and the adaptation of polymer properties through copolymerization and strategic functionalization. Particular emphasis is placed on investigating potential biomedical applications. The research begins by ide...     »

Diese Arbeit befasst sich mit der Synthese und dem strategischen Design von biobasierten Materialien, die aus erneuerbaren Terpenmonomeren gewonnen werden. Das übergeordnete Ziel ist die Entwicklung eines umfassenden Konzepts, das die Etablierung einer effizienten Monomersynthese, die Polymerisation von nachhaltigen Bio-PAs und die Anpassung der Polymereigenschaften durch Copolymerisation und strategische Funktionalisierung umschließt. Besonderes Augenmerk wird dabei auf die Untersuchung potenzieller biomedizinischer Anwendungen gelegt. Der Anfang der Forschung stellt die Identifizierung der Terpene, Limonen und β-Pinen als reichlich vorhandene und strukturell vorteilhafte Ausgangsstoffe für die Lactam-Modifikation und anschließende Polymerisation, dar. Effiziente Syntheserouten für die jeweiligen Lactame werden etabliert und für eine industrielle Skalierbarkeit und Anwendbarkeit optimiert. Die einzigartigen strukturellen Merkmale dieser Monomere, wie die bicyclische Natur von β-Pinen und die exo-cyclische Doppelbindung in Limonen, versprechen Stabilität oder Funktionalisierbarkeit für die resultierenden Polymeren. Für die kontrollierte Synthese von hochmolekularem Limonenpolyamid (LiPA) und β-Pinenpolyamid (PiPA) wird vorzugsweise die anionische Ringöffnungspolymerisation (AROP) eingesetzt. Die Herausforderungen durch sterische Hindernisse und Nebenreaktionen werden durch die sorgfältige Auswahl von Initiatoren und Aktivatoren bewältigt und ein Upscaling auf Grammmengen erreicht, was eine gründliche Materialcharakterisierung und Verarbeitung ermöglicht. Die resultierenden PiPAs zeichnen sich durch eine ausgezeichnete thermische Stabilität, gute mechanische Eigenschaften und ein transparentes Aussehen aus, während LiPAs nicht nur eine gute thermische Stabilität aufweisen, sondern auch funktionalisierbar sind, was beide PAs vielversprechend für Hochleistungs-/Bioanwendungen macht. Um die Stärken von PAs, z. B. hohe thermische und mechanische Stabilität, mit den Stärken von Polyestern, z. B. Biokompatibilität, zu kombinieren, wird die Ringöffnungscopolymerisation (ROCOP) von β-Pinenlactam und ε-Caprolacton für die Synthese von Polyesteramiden (PEAs) mit einstellbaren Eigenschaften wie Löslichkeit und Sprödigkeit sowie hoher thermischer Stabilität untersucht und eingesetzt. Angesichts des Potenzials von LiPA für biomedizinische Anwendungen wird die Thiol-En-Click-Chemie eingesetzt, um verschiedene funktionelle Gruppen wie Alkyl-, Ester- und Sulfonatgruppen einzuführen. Diese strategische Modifikation ermöglicht die Einstellung der Glasübergangstemperatur, der Löslichkeit, der Hydrophilie und sogar die Bildung von amphiphilen Mizellen für potenzielle pharmazeutische Anwendungen. Die hohe Toleranz der Thiol-En-Reaktion gegenüber verschiedenen funktionellen Gruppen eröffnet die Möglichkeit einer Funktionalisierung mit bioaktiven Komponenten, wie z. B. zellbindenden Motiven für das Tissue Engineering. Obwohl die genannten Ergebnisse vielversprechend sind, sind weitere Untersuchungen erforderlich, um Probleme wie schlechte Löslichkeit und Verarbeitbarkeit zu lösen und spezifische biomedizinische Anwendungen durch Zelltests zu evaluieren und zu ermöglichen. Dennoch leistet diese Arbeit durch die Einführung neuer Monomere, Polymere und einen vielseitigen Funktionalisierungsansatz einen wichtigen Beitrag zum Bereich der nachhaltigen Materialwissenschaften und ebnet letztlich den Weg für innovative und umweltbewusste Lösungen in vielen Bereichen, wie in der Biomedizin.     «

Diese Arbeit befasst sich mit der Synthese und dem strategischen Design von biobasierten Materialien, die aus erneuerbaren Terpenmonomeren gewonnen werden. Das übergeordnete Ziel ist die Entwicklung eines umfassenden Konzepts, das die Etablierung einer effizienten Monomersynthese, die Polymerisation von nachhaltigen Bio-PAs und die Anpassung der Polymereigenschaften durch Copolymerisation und strategische Funktionalisierung umschließt. Besonderes Augenmerk wird dabei auf die Untersuchung potenzi...     »