Новости химической науки > Click-химия оптимизирует синтез полимеров

Синтез полимеров с контролируемой длиной и стереохимией пока еще представляет собой ту область, в которой наука еще не может догнать и перегнать природу. Тем не менее, исследователи из Массачусетского Технологического Института пытаются сократить расстояние, разработав эффективную стратегию синтеза семейства монодисперсных полимеров с определенной стереоконфигурацией. Ключом к реализации этой стратегии является click-химия.

Ранее полимеры, обладающие сходными параметрами, были получены за счет тщательного дозирования мономеров к растущей цепи, закрепленной на твердой или растворимой подложке из другого полимерного материала, однако для таких однородных по массе и по форме полимеров был характерен низкий выход, а их получение характеризовалось низким расходом реагентов.

Как поясняет руководитель исследования Джеремия Джонсон (Jeremiah A Johnson), для получения нового полимера используется стратегия экспоненциального роста цепи полимера, где вместо цепного механизма (удлинения растущей цепи полимера на одно звено за одну элементарную стадию реакции) используется ступенчатый механизм (удвоение цепи полимера на каждой стадии). По словам исследователя, такой подход позволяет получать более длинные цепи за меньшие промежутки времени, а также проводить реакцию в каталитическом режиме, добиваясь большей атомной экономии.

Такая стратегия ранее применялась для получения полимеров с предопределенной длиной цепи, однако Джонсон модифицировал ее, совместив экспоненциальный рост цепи с функционализацией боковых групп, что позволяет вносить разнообразие в строение получаемых полимеров непосредственно в момент синтеза самой макромолекулы.

Рисунок из Nat. Chem., 2015, DOI: 10.1038/Nchem.2346

Возможности методики были продемонстрированы на примере получения полимера со степенью полимеризации 32 и молекулярной массой полимера 6720 Дальтон. Синтез был завершен за несколько дней, и этот результат, по сути, представляет собой новую веху в синтезе однородных полимеров с контролируемым строением.

Как отмечает высоко оценивающий результаты новой работы специалист по полимерам Жан-Франсуа Лютц (Jean-Francois Lutz), самой привлекательной стороной нового метода является введение боковых групп. По его словам, мотив строения главной цепи природных полимеров, например, белков, одинаков, и единственный фактор, обеспечивающий разнообразие структур и свойств биомолекул – боковые цепи. По словам Лютца, результаты новой работы, представленной Джонсоном – очередной шаг по направлению к созданию рукотворных материалов, не менее сложных, чем природные. И, хотя молекулярная масса новых макромолекул более высокая, чем масса других синтетических полимеров, полученных человеком, она все же еще не может соревноваться с молекулярной массой природных полимеров. Лютц надеется, что получить синтетические полимеры, размеры которых будут соответствовать тем же белкам, удастся в ближайшее десятилетие, максимум – через двадцать лет, а понимание того, как первичная и более высокоуровневая структуры синтетических полимеров будут влиять на их свойства, позволит исследователям найти способы подстройки свойств полимеров для их практического применения в биоинженерии, молекулярной электронике и катализе.

Источник: Nat. Chem., 2015, DOI: 10.1038/Nchem.2346

метки статьи: #органическая химия, #органический синтез, #химия полимеров