990 resultados para Poly(amido amine) dendrimers
Resumo:
Hyperbranched poly(amido amine)s containing vinyl and hydroxyl groups were successfully synthesized via Michael addition polymerization of triacrylamide (TT) and 3-amino-1,2-propanediol (APD) with equal molar ratio in feed. H-1, C-13 and HSQC NMR techniques were used to clarify the structure of hyperbranched polymers and polymerization mechanism.
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The purpose of this study was to determine the effect of PEGylation on the interaction of poly(amidoamine) (PAMAM) dendrimer nanocarriers (DNCs) with in vitro and in vivo models of the pulmonary epithelium. Generation-3 PAMAM dendrimers with varying surface densities of PEG 1000 Da were synthesized and characterized. The results revealed that the apical to basolateral transport of DNCs across polarized Calu-3 monolayers increases with an increase in PEG surface density. DNC having the greatest number of PEG groups (n = 25) on their surface traversed at a rate 10-fold greater than its non-PEGylated counterpart, in spite of their larger size. This behavior was attributed to a significant reduction in charge density upon PEGylation. We also observed that PEGylation can be used to modulate cellular internalization. The total uptake of PEG-free DNC into polarized Calu-3 monolayers was 12% (w/w) vs 2% (w/w) for that with 25 PEGs. Polarization is also shown to be of great relevance in studying this in vitro model of the lung epithelium. The rate of absorption of DNCs administered to mice lungs increased dramatically when conjugated with 25 PEG groups, thus supporting the in vitro results. The exposure obtained for the DNC with 25PEG was determined to be very high, with peak plasma concentrations reaching 5 mu gmL(-1) within 3 h. The combined in vitro and in vivo results shown here demonstrate that PEGylation can be potentially used to modulate the internalization and transport of DNCs across the pulmonary epithelium. Modified dendrimers thereby may serve as a valuable platform that can be tailored to target the lung tissue for treating local diseases, or the circulation, using the lung as pathway to the bloodstream, for systemic delivery.
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Nucleic acid interaction with nanoscale objects like carbon nanotubes (CNTs) and dendrimers is of fundamental interest because of their potential application in CNT separation, gene therapy and antisense therapy. Combining nucleic acids with CNTs and dendrimers also opens the door towards controllable self-assembly to generate various supra-molecular and nano-structures with desired morphologies. The interaction between these nanoscale objects also serve as a model system for studying DNA compaction, which is a fundamental process in chromatin organization. By using fully atomistic simulations, here we report various aspects of the interactions and binding modes of DNA and small interfering RNA (siRNA) with CNTs, graphene and dendrimers. Our results give a microscopic picture and mechanism of the adsorption of single- and double-strand DNA (ssDNA and dsDNA) on CNT and graphene. The nucleic acid-CNT interaction is dominated by the dispersive van der Waals (vdW) interaction. In contrast, the complexation of DNA (both ssDNA and dsDNA) and siRNA with various generations of poly-amido-amine (PAMAM) dendrimers is governed by electrostatic interactions. Our results reveal that both the DNA and siRNA form stable complex with the PAMAM dendrimer at a physiological pH when the dendrimer is positively charged due to the protonation of the primary amines. The size and binding energy of the complex increase with increase in dendrimer generation. We also give a summary of the current status in these fields and discuss future prospects.
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The synthesis of a series of poly(aromatic amide) dendrimers up to the second generation is described herein. The AB, building block used throughout the synthesis of the dendrimers was the allyl ester of 3,5-diaminocinnamic acid, which has been synthesized from 3,5-dinitrobenzoic acid in good yield with use of a four-step procedure. Dendron synthesis was achieved via a convergent approach with use of a sequence of deprotection/coupling steps. Two commercially available alcohols, L-menthol and citronellol, were coupled to the AB(2) monomer by using an alkyl diacid spacer and two core units; 1,7-diaminoheptane and tris(2-aminoethyl)amine have been used to produce the final dendrimers. Characterization was carried out by NMR and IR spectroscopies, MALDI-TOF mass spectrometry, GPC, and DSC. The novel monomer and dendritic derivatives exhibited a strong fluorescence emission in the visible region (lambda approximate to 500 nm) of the spectrum and a weak emission in the near-infrared (lambda approximate to 850 nm) upon excitation in the near-UV region. The fluorescence emission characteristics were found to be solvent and dendrimer generation dependent.
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Dendrimers have potential for delivering chemotherapeutic drugs to solid tumours via the enhanced permeation and retention (EPR) effect. The impact of conjugation of hydrophobic anticancer drugs to hydrophilic PEGylated dendrimer surfaces, however, has not been fully investigated. The current study has therefore characterised the effect on dendrimer disposition of conjugating α-carboxyl protected methotrexate (MTX) to a series of PEGylated 3H-labelled poly-L-lysine dendrimers ranging in size from generation 3 (G3) to 5 (G5) in rats. Dendrimers contained 50% surface PEG and 50% surface MTX. Conjugation of MTX generally increased plasma clearance when compared to conjugation with PEG alone. Conversely, increasing generation reduced clearance, increased metabolic stability and reduced renal elimination of the administered radiolabel. For constructs with molecular weights >20 kDa increasing the molecular weight of conjugated PEG also reduced clearance and enhanced metabolic stability but had only a minimal effect on renal elimination. Tissue distribution studies revealed retention of MTX conjugated smaller (G3-G4) PEG570 dendrimers (or their metabolic products) in the kidneys. In contrast, the larger G5 dendrimer was concentrated more in the liver and spleen. The G5 PEG1100 dendrimer was also shown to accumulate in solid Walker 256 and HT1080 tumours and comparative disposition data in both rats (1 to 2% dose/g in tumour) and mice (11% dose/g in tumour) are presented. The results of this study further illustrate the potential utility of biodegradable PEGylated poly-L-lysine dendrimers as long circulating vectors for the delivery and tumour-targeting of hydrophobic drugs.
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In the present study, an attempt was made to study the acute and sub-acute toxicity profile of G3-COOH Poly (propyl ether imine) PETIM] dendrimer and its use as a carrier for sustained delivery of model drug ketoprofen. Drug-dendrimer complex was prepared and characterized by FTIR, solubility and in vitro drug release study. PETIM dendrimer was found to have significantly less toxicity in A541 cells compared to Poly amido amine (PAMAM) dendrimer. Further, acute and 28 days sub-acute toxicity measurement in mice showed no mortality, hematological, biochemical or histopathological changes up to 80 mg/kg dose of PETIM dendrimer. The results of study demonstrated that G3-COOH PETIM dendrimer can be used as a safe and efficient vehicle for sustained drug delivery. (C) 2010 Elsevier Masson SAS. All rights reserved.
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Atomistic molecular dynamics simulations have been carried out to reveal the characteristic features of ethylenediamine (EDA) cored protonated (corresponding to neutral pH) poly amido amine (PAMAM) dendrimers of generation 3 (G3) and 4 (G4) that are functionalized with single strand DNAs (ssDNAs). The four ssDNA strands that are attached via an alkythiolate [-S(CH(2))(6)-] linker molecule to the free amine groups on the surface of the PAMAM dendrimers are observed to undergo a rapid conformational change during the 25 ns long simulation period. From the RMSD values of ssDNAs, we find relative stability in the case of purine rich (having more adenine and guanine) ssDNA strands than pyrimidine rich (thymine and cytosine) ssDNA strands. The degree of wrapping of ssDNA strands on the dendrimer molecule was found to be influenced by the charge ratio of DNA and the dendrimer. As the G4 dendrimer contains relatively more positive charge than G3 dendrimer, we observe extensive wrapping of ssDNAs on the G4 dendrimer than G3 dendrimer. This might indicate that DNA functionalized G3 dendrimer is more suitable to construct higher order nanostructures. The linker molecule was also found to undergo drastic conformational change during the simulation. During nanosecond long simulation some portion of the linker molecule was found to be lying nearly flat on the surface of the dendrimer molecule. The ssDNA strands along with the linkers are seen to penetrate the surface of the dendrimer molecule and approach closer to the center of the dendrimer indicating the soft sphere nature of the dendrimer molecule. The effective radius of DNA-functionalized dendrimer nanoparticles was found to be independent of base composition of ssDNAs and was observed to be around 19.5 angstrom and 22.4 angstrom when we used G3 and G4 PAMAM dendrimers as the core of the nanoparticle respectively. The observed effective radius of DNA-functionalized dendrimer molecules apparently indicates the significant shrinkage in the structure that has taken place in dendrimer, linker and DNA strands. As a whole our results describe the characteristic features of DNA-functionalized dendrimer nanoparticles and can be used as strong inputs to design effectively the DNA-dendrimer nanoparticle self-assembly for their active biological applications.
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Novel star-like hyperbranched polymers with amphiphilic arms were synthesized via three steps. Hyperbranched poly(amido amine)s containing secondary amine and hydroxyl groups were successfully synthesized via Michael addition polymerization of triacrylamide (TT) and 3-amino-1,2-propanediol (APD) with feed molar ratio of 1:2. H-1, C-13, and HSQC NMR techniques were used to clarify polymerization mechanism and the structures of the resultant hyperbranched polymers
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A novel diazirine functionalised aniline derivative, 3-(3-aminophenyl)-3-methyldiazirine 1, was prepared and employed as an AB(2)-type monomer in the synthesis of hyperbranched polymers; thus providing the first instance in which polyamines have been prepared via carbene insertion polymerisation. Photolysis of the monomer 1 in bulk and in solution resulted in the formation of hyperbranched poly(aryl amine)s with degrees of polymerisation (DP) varying from 9 to 26 as determined by gel permeation chromatography (GPC). In solution, an increase in the initial monomer concentration was generally found to result in a decrease in the molecular weight characteristics of the resulting poly(aryl amine) s. Subsequent thermal treatment of the poly(aryl amine) s caused a further increase in the DP values up to a maximum of 31. Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopic analysis revealed that the increase in molecular weight upon thermal treatment resulted from hydroamination of styrenic species formed in the initial photopolymerisation or activation of diazirine moieties.
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Polyamine polymers have attracted attention due to their ability to demonstrate pH dependent cationic nature and presence of highly reactive pendant amino groups. These amino groups make them suitable for a host of applications through cross-linking and derivatization. As a result the end use application of a polyamine is largely driven by the number of amino groups and the way they are attached to the polymer backbone. Thus, this piece of work describes the synthesis and investigation of properties of a novel aliphatic polyamine, poly(methylene amine); that carries maximum number of amino group on its backbone. The target polymer, poly(methylene amine); was synthesized via two major steps viz.1.synthesis of precursor polymers of poly(methylene amine) and 2. Hydrolysis of the precursor polymers to obtain poly(methylene amine). The precursor polymers poly (1,3-diacetylimidazole-2-one)(6) and poly(1,3-diformyldihydroimidazol-2-one)(7) were synthesized via radical polymerization of their respective monomers. The monomers were polymerized in bulk as well as in solution at different reaction conditions. The maximum molecular weights were achieved by polymerizing the monomers in bulk (Mn = 6.5 x 104 g/mol and Mw = 2.13 x 105 g/mol) of 6. The precursor polymers were hydrolyzed under strong reaction conditions in ethanol in presence of NaOH, LiCl at 170°C to yield poly(methylene amine). The process of hydrolysis was monitored by IR spectroscopy. The solution properties of poly(methylene amine) and its hydrochloride were investigated by viscosimetry and light scattering. The reduced viscosity of poly (methylene amine) hydrochloride as a function of polymer concentration demonstrated a behavior typical of cationic polyelectrolyte. With decrease in polymer concentration the reduced viscosity of poly(methylene amine) hydrochloride increased gradually. The dynamic light scattering studies also revealed behaviors of a polyelectrolyte. Poly(methylene amine) was reacted with electrophiles to yield novel materials. While the attachment of alkyl group onto the nitrogen would increase nucleophilicity, it would also impose steric hindrance. As a result the degree of substitution on poly(methylene amine) would be governed by both the factors. Therefore, few model reactions with electrophiles were performed on polvinylamine under similar reaction conditions in order to make a comparative evaluation. It was found that under similar reaction conditions the degree of substitution was higher in case of polyvinylamine in comparison with poly (methylene amine).This shows that the steric hindrance outweighs nucleophilicity while deciding degree of substitution of electrophiles on poly(methylene amine). The modification was further extended to its use as an initiator for ring opening polymerization of benzyloxy protected N-carboxyanhydride of z-Lysine. The resulting polymer had an interesting brush like architecture. The solid state morphology of this polymer was investigated by SAXS. The 2D-WAXS diffractograms revealed hexagonal morphology of peptide segments without formation of alpha helices.
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L’estradiol (E2) est une hormone femelle qui joue un rôle essentiel, à la fois dans la régulation et dans la détermination de certaines conditions physiologiques in vivo, telle que la différenciation et la prolifération cellulaire. Lorsque l’E2 est donné en supplément, par exemple dans le cas de thérapie hormonale, deux effets sont observés, un effet génomique et un effet non-génomique, de par son interaction avec les récepteurs à œstrogène du noyau ou de la membrane cellulaire, respectivement. L’effet non-génomique est plus difficile à étudier biologiquement parce que l’effet se produit sur une échelle de temps extrêmement courte et à cause de la nature hydrophobe de l’E2 qui réduit sa biodisponibilité et donc son accessibilité aux cellules cibles. C’est pourquoi il est nécessaire de développer des systèmes d’administration de l’E2 qui permettent de n’étudier que l’effet non-génomique de l’œstrogène. Une des stratégies employée consiste à greffer l’E2 à des macromolécules hydrophiles, comme de l’albumine de sérum bovin (BSA) ou des dendrimères de type poly(amido)amine, permettant de maintenir l’interaction de l’E2 avec les récepteurs d’œstrogène de la membrane cellulaire et d’éviter la pénétration de l’E2 dans le noyau des cellules. Toutefois, ces systèmes macromolécules-E2 sont critiquables car ils sont peu stables et l’E2 peut se retrouver sous forme libre, ce qui affecte sa localisation cellulaire. L’objectif de cette thèse est donc de développer de nouvelles plateformes fonctionnalisées avec de l’E2 en utilisant les approches de synthèses ascendantes et descendantes. Le but de ces plateformes est de permettre d’étudier le mécanisme de l’effet non-génomique de l’E2, ainsi que d’explorer des applications potentielles dans le domaine biomédical. L’approche ascendante est basée sur un ligand d’E2 activé, l’acide 17,α-éthinylestradiol-benzoïque, attaché de façon covalente à un polymère de chitosan avec des substitutions de phosphorylcholine (CH-PC-E2). L’estradiol est sous forme de pro-drogue attachée au polymère qui s’auto-assembler pour former un film. L’effet biologique de la composition chimique du film de chitosan-phosphorylcholine a été étudié sur des cellules endothéliales. Les films de compositions chimiques différentes ont préalablement été caractérisés de façon physicochimique. La topographie de la surface, la charge de surface, ainsi que la rhéologie des différents films contenant 15, 25, ou 40% molaires de phosphorylcholine, ont été étudiés par microscopie à force atomique (AFM), potentiel zêta, résonance plasmonique de surface et par microbalance à cristal de quartz avec dissipation (QCM-D). Les résultats de QCM-D ont montré que plus la part molaire en phosphorylcholine est grande moins il y a de fibrinogène qui s’adsorbe sur le film de CH-PC. Des cellules humaines de veine ombilicale (HUVECs) cultivées sur des films de CH-PC25 et de CH-PC40 forment des amas cellulaire appelés sphéroïdes au bout de 4 jours, alors que ce n’est pas le cas lorsque ces cellules sont cultivées sur des films de CH-PC15. L’attachement de l’estradiol au polymère a été caractérisé par plusieurs techniques, telles que la résonance magnétique nucléaire de proton (1H NMR), la spectroscopie infrarouge avec transformée de Fourier à réfraction totale atténuée (FTIR-ATR) et la spectroscopie UV-visible. La nature hydrogel des films (sa capacité à retenir l’eau) ainsi que l’interaction des films avec des récepteurs à E2, ont été étudiés par la QCM-D. Des études d’imagerie cellulaires utilisant du diacétate de diaminofluoresceine-FM ont révélé que les films hydrogels de CH-PC-E2 stimulent la production d’oxyde nitrique par les cellules endothéliales, qui joue un rôle protecteur pour le système cardiovasculaire. L’ensemble de ces études met en valeur les rôles différents et les applications potentielles qu’ont les films de type CH-PC-E2 et CH-PC dans le cadre de la médecine cardiovasculaire régénérative. L’approche descendante est basée sur l’attachement de façon covalente d’E2 sur des ilots d’or de 2 μm disposés en rangées et espacés par 12 μm sur un substrat en verre. Les ilots ont été préparés par photolithographie. La surface du verre a quant à elle été modifiée à l’aide d’un tripeptide cyclique, le cRGD, favorisant l’adhésion cellulaire. L’attachement d’E2 sur les surfaces d’or a été suivi et confirmé par les techniques de SPR et de QCM-D. Des études d’ELISA ont montré une augmentation significative du niveau de phosphorylation de la kinase ERK (marqueur important de l’effet non-génomique) après 1 heure d’exposition des cellules endothéliales aux motifs alternant l’E2 et le cRGD. Par contre lorsque des cellules cancéreuses sont déposées sur les surfaces présentant des motifs d’E2, ces cellules ne croissent pas, ce qui suggère que l’E2 n’exerce pas d’effet génomique. Les résultats de l’approche descendante montrent le potentiel des surfaces présentant des motifs d’E2 pour l’étude des effets non-génomiques de l’E2 dans un modèle in vitro.
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L’estradiol (E2) est une hormone femelle qui joue un rôle essentiel, à la fois dans la régulation et dans la détermination de certaines conditions physiologiques in vivo, telle que la différenciation et la prolifération cellulaire. Lorsque l’E2 est donné en supplément, par exemple dans le cas de thérapie hormonale, deux effets sont observés, un effet génomique et un effet non-génomique, de par son interaction avec les récepteurs à œstrogène du noyau ou de la membrane cellulaire, respectivement. L’effet non-génomique est plus difficile à étudier biologiquement parce que l’effet se produit sur une échelle de temps extrêmement courte et à cause de la nature hydrophobe de l’E2 qui réduit sa biodisponibilité et donc son accessibilité aux cellules cibles. C’est pourquoi il est nécessaire de développer des systèmes d’administration de l’E2 qui permettent de n’étudier que l’effet non-génomique de l’œstrogène. Une des stratégies employée consiste à greffer l’E2 à des macromolécules hydrophiles, comme de l’albumine de sérum bovin (BSA) ou des dendrimères de type poly(amido)amine, permettant de maintenir l’interaction de l’E2 avec les récepteurs d’œstrogène de la membrane cellulaire et d’éviter la pénétration de l’E2 dans le noyau des cellules. Toutefois, ces systèmes macromolécules-E2 sont critiquables car ils sont peu stables et l’E2 peut se retrouver sous forme libre, ce qui affecte sa localisation cellulaire. L’objectif de cette thèse est donc de développer de nouvelles plateformes fonctionnalisées avec de l’E2 en utilisant les approches de synthèses ascendantes et descendantes. Le but de ces plateformes est de permettre d’étudier le mécanisme de l’effet non-génomique de l’E2, ainsi que d’explorer des applications potentielles dans le domaine biomédical. L’approche ascendante est basée sur un ligand d’E2 activé, l’acide 17,α-éthinylestradiol-benzoïque, attaché de façon covalente à un polymère de chitosan avec des substitutions de phosphorylcholine (CH-PC-E2). L’estradiol est sous forme de pro-drogue attachée au polymère qui s’auto-assembler pour former un film. L’effet biologique de la composition chimique du film de chitosan-phosphorylcholine a été étudié sur des cellules endothéliales. Les films de compositions chimiques différentes ont préalablement été caractérisés de façon physicochimique. La topographie de la surface, la charge de surface, ainsi que la rhéologie des différents films contenant 15, 25, ou 40% molaires de phosphorylcholine, ont été étudiés par microscopie à force atomique (AFM), potentiel zêta, résonance plasmonique de surface et par microbalance à cristal de quartz avec dissipation (QCM-D). Les résultats de QCM-D ont montré que plus la part molaire en phosphorylcholine est grande moins il y a de fibrinogène qui s’adsorbe sur le film de CH-PC. Des cellules humaines de veine ombilicale (HUVECs) cultivées sur des films de CH-PC25 et de CH-PC40 forment des amas cellulaire appelés sphéroïdes au bout de 4 jours, alors que ce n’est pas le cas lorsque ces cellules sont cultivées sur des films de CH-PC15. L’attachement de l’estradiol au polymère a été caractérisé par plusieurs techniques, telles que la résonance magnétique nucléaire de proton (1H NMR), la spectroscopie infrarouge avec transformée de Fourier à réfraction totale atténuée (FTIR-ATR) et la spectroscopie UV-visible. La nature hydrogel des films (sa capacité à retenir l’eau) ainsi que l’interaction des films avec des récepteurs à E2, ont été étudiés par la QCM-D. Des études d’imagerie cellulaires utilisant du diacétate de diaminofluoresceine-FM ont révélé que les films hydrogels de CH-PC-E2 stimulent la production d’oxyde nitrique par les cellules endothéliales, qui joue un rôle protecteur pour le système cardiovasculaire. L’ensemble de ces études met en valeur les rôles différents et les applications potentielles qu’ont les films de type CH-PC-E2 et CH-PC dans le cadre de la médecine cardiovasculaire régénérative. L’approche descendante est basée sur l’attachement de façon covalente d’E2 sur des ilots d’or de 2 μm disposés en rangées et espacés par 12 μm sur un substrat en verre. Les ilots ont été préparés par photolithographie. La surface du verre a quant à elle été modifiée à l’aide d’un tripeptide cyclique, le cRGD, favorisant l’adhésion cellulaire. L’attachement d’E2 sur les surfaces d’or a été suivi et confirmé par les techniques de SPR et de QCM-D. Des études d’ELISA ont montré une augmentation significative du niveau de phosphorylation de la kinase ERK (marqueur important de l’effet non-génomique) après 1 heure d’exposition des cellules endothéliales aux motifs alternant l’E2 et le cRGD. Par contre lorsque des cellules cancéreuses sont déposées sur les surfaces présentant des motifs d’E2, ces cellules ne croissent pas, ce qui suggère que l’E2 n’exerce pas d’effet génomique. Les résultats de l’approche descendante montrent le potentiel des surfaces présentant des motifs d’E2 pour l’étude des effets non-génomiques de l’E2 dans un modèle in vitro.
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A new straightforward strategy for synthesis of novel hyperbranched poly (ether amide)s from readily available monomers has been developed. By optimizing the reaction conditions, the AB(2)-type monomers were formed dominantly during the initial reaction stage. Without any purification, the AB(2) intermediate was subjected to further polymerization in the presence (or absence) of an initiator, to prepare the hyperbranched polymer-bearing multihydroxyl end-groups. The influence of monomer, initiator, and solvent on polymerization and the molecular weight (MW) of the resultant polymers was studied thoroughly. The MALDI-TOF MS of the polymers indicated that the polymerization proceeded in the proposed way. Analyses of H-1 NMR and C-13 NMR spectra revealed the branched structures of the polymers obtained. These polymers exhibit high-moderate MWs and broad MW distributions determined by gel permeation chromatography (GPC) in combination with triple detectors, including refractive index, light scattering, and viscosity detectors. In addition, the examination of the solution behavior of these polymers showed that the values of intrinsic viscosity [eta] and the Mark-Houwink exponent a were remarkably lower compared with their linear analogs, because of their branched nature.
Organocatalysis by poly(amidoamine) dendrimers; Knoevenagel and Mannich reactions catalyzed in water
Resumo:
Knoevenagel condensation between carbonyl compounds and active methylene compounds as well as three component Mannich reaction between aldehydes, ketones and amines proceeded smoothly in water with good to excellent yield and high selectivity in the presence of zero and first generation poly(amidoamine) (PAMAM) dendrimers. The products and the catalyst were separated by simple biphasic extraction. The catalyst was found to be reusable.