Deeltjes zonder een doos: Brush-eerste Synthese van afbreekbaar PEG sterpolymeren onder omgevingsomstandigheden

Polymere nanodeeltjes zijn uitgebreid onderzocht op hun potentieel gebruik als platform voor drug delivery, ondersteund katalyse, biologische beeldvorming, en zelf-assemblage ^1-3. Moderne toepassingen vereisen dat nanodeeltjes syntheses zijn facile, reproduceerbaar, compatibel met chemische functionaliteiten, en vatbaar voor diversificatie ^4,5. Ringopening metathese polymerisatie (ROMP) van gespannen olefinen is een krachtige methode voor de synthese van functionele polymere nanostructuren met gecontroleerde grootte en smalle massaverdeling ^1,6-8. Zo kunnen gefunctionaliseerde norborneen-poly (ethyleenglycol) (PEG) macromonomeren (MMS) doeltreffend worden gepolymeriseerd via ROMP water oplosbare fles-borstel polymeren genereren. Met deze aanpak kan nanostructuren die meerdere losmaakbare drugmolecules, fluoroforen, en rotatie-contrastmiddelen dragen snel en parallel ^{6, 9, 10} worden bereid.

ROMP is ook gebruikt voor de "arm-first" synthese van stervormige polymeren. In het arm-eerste methode worden lineaire polymeren verknoopt met een multifunctioneel verknopingsmiddel bolvormige nanostructuren geven met polymere armen. Schrock en medewerkers meldde de eerste arm-eerst ROMP synthese van stervormige polymeren via crosslinking van norborneen, dicarbomethoxynorbornadiene en trimethylsilyl beschermde dicarboxynorbornene lineaire polymeren met een bifunctioneel verknopingsmiddel norborneen. ^{11 is 12} Buchmeiser deze methodiek verlengd voor de synthese van materialen met een waaier van toepassingen die worden ondersteund katalyse, tissue-engineering, en chromatografie ^13-17 omvatten. Otani en collega's hebben sterpolymeer nanodeeltjes met functionele oppervlakken via een verwante "in-uit" polymerisatie strategie ^{18, 19.}

De meeste arm-eerst polymerisatie leiden tot een complex samenspel van monomeer, polymeer en sterkoppeling reacties. The laatstgenoemde verloopt via een stap-groeimechanisme die typisch leidt tot brede molecuulgewicht (MW) distributies. Om deze beperking op aanverwante arm-eerste atoomoverdrachtsradicaalpolymerisatie reacties te overwinnen, Matyjaszewski en collega's uitgevoerd arm-eerste verknoping van voorgevormde polymere MMS naar sterpolymeren voorzien van zeer smalle MW distributies ^20. In dit geval, de sterische omvang van de MMS, en de verhoogde verhouding van de ster armen naar sites initiatie, remde slecht gecontroleerde ster + ster koppeling processen, en leidde tot een levende, keten groei mechanisme.

Als we probeerden dezelfde strategie in het kader van ROMP met een norborneen-beëindigde PEG-MM en bis-norborneen verknopingsmiddel, stervormige polymeren met een zeer brede multi-modale MW verdelingen werden verkregen. Dit resultaat suggereerde dat in dit systeem de MM alleen was niet voldoende omvangrijk om ster + ster koppeling remmen. Om de sterische omvang van de ster armen te verhogen, en mogelijk dit uncontro beperkenlled koppeling We probeerden eerst polymeriseren de MM fles-borstel polymeren in afwezigheid van verknopingsmiddel en voeg de crosslinker. We waren blij om te zien dat onder bepaalde voorwaarden, deze "borstel-first"-methode verstrekt eenvoudige toegang tot "borstel-arm sterpolymeren" (BASPs) met smalle MW uitkeringen en afstembare kern en corona functionaliteiten.

We hebben onlangs gemeld de borstelvormige eerste ROMP synthese van PEG BASPs met ^{3 de} generatie Grubbs katalysator A (fig. 1) ^21. In dit werk, blootstelling van PEG-MM B katalysator Een gegenereerde een levend penseel macroinitiator met gedefinieerde skeletlengte (B1, figuur 1). Overdracht van hoeveelheden van de B 1 tot en flacons die verschillende hoeveelheden crosslinker C bevatte geïnitieerd BASP-vorming. De MW, en dus de grootte, van de BASPs geometrisch vermeerderd met het bedrag van C toegevoegd. Wij ontvangen een mechanistische hypothese voor deze geometrische groeiproces aangetoond dat functionele nitroxide kern-en-corona gemerkte BASPs kon gemakkelijk bereid zonder de noodzaak voor post-polymerisatie modificatiestappen of sequentieel monomeertoevoegingen. Echter, in alle van de gerapporteerde voorbeelden, we waren bezorgd over katalysatordeactivering, we in een dashboardkastje uitgevoerd alle reacties onder _{N2-atmosfeer.}

Sinds onze eerste rapport, hebben wij gevonden dat de borstelvormige eerste methode is zeer effectief voor de vorming van BASPs uit een breed scala van norborneen beëindigd MMS en crosslinkers. We hebben ook ontdekt dat de methode kan worden uitgevoerd op de werkbank zonder speciale voorzorgsmaatregelen om lucht of vocht te verwijderen.

Hierin wordt een reeks van drie BASPs van verschillende molecuulgewichten worden synthesized door de borstelvormige eerste methode onder omgevingsomstandigheden. In het kort wordt 10 equivalenten B worden blootgesteld aan 1,0 equivalenten van katalysator A (fig. 1a) gedurende 15 min een BI verkregen met een gemiddelde polymerisatiegraad (DP) van 10. Drie monsters van deze partij BI wordt overgedragen aan afzonderlijke flesjes die 10, 15 bevatten, en 20 equivalenten (N, figuur 1b) van C. Na 4 uur wordt de polymerisaties worden afgeschrikt door toevoeging van ethyl vinyl ether. De ster polymeer molecuulgewichten en MW distributies worden gekarakteriseerd met een gelpermeatiechromatografie toestel met multi-angle laser light scattering detector (GPC-MALLS).