Selv montering morfologi innhentet fra Tann Polycarbodiimide Kopolymerer og deres triazolderivater
Summary
Her presenterer vi en protokoll for å forberede og visualisere sekundære strukturer (for eksempel fiber, toroidale arkitekturer, og nano-kuler) stammer fra spiral polycarbodiimides. Morfologi kjennetegnet ved begge atomkraftmikroskopi (AFM) og scanning elektronmikroskopi (SEM) ble vist å være avhengig av molekylstruktur, konsentrasjon, og det løsningsmiddel.
Abstract
En lettvint fremgangsmåte for fremstilling av polycarbodiimide baserte sekundære strukturer (f.eks, nano-ringer, "kratere," fibre, løkkefibre, fibernett, bånd, markliknende aggregater, toroide strukturer, og kuleformede partikler), er beskrevet. Disse aggregatene er morfologisk påvirket av omfattende hydrofobe sidekjede-side kjede interaksjoner av enkelt polycarbodiimide tråder, som utledes av atomic force mikroskopi (AFM) og scanning elektronmikroskopi (SEM) teknikker. Polycarbodiimide- g -polystyrene kopolymerer (PS-PCDs) ble fremstilt ved en kombinasjon av syntetiske metoder, herunder koordinering-innsetting polymerisasjon, kobber (I) -catalyzed azid alkyn cykloaddisjon (CuAAC) "klikk" kjemi, og atom overføring radikalpolymerisering (ATRP ). PS-PCDs ble funnet å danne spesifikke toroidale arkitekturer ved lav konsentrasjon i CHCI3. For å bestemme innflytelsen av et mer polart oppløsningsmiddel (dvs. </em> THF og THF / EtOH) på polymer aggregering oppførsel, en rekke representative PS-PCD-kompositter er blitt testet for å vise diskrete konsentrasjonsavhengig sfæriske partikler. Disse grunnleggende studier er av praktisk interesse for utviklingen av eksperimentelle prosedyrer for attraktive arkitekturer ved rettet selvbygging i tynn film. Disse arkitekturer kan utnyttes som legemiddelbærere, mens andre morfologiske funn representere viss interesse i området av nye funksjonelle materialer.
Introduction
Helix er en allestedsnærværende kiralt motiv observert i naturen. Komplekse biologiske systemer og deres komponenter, slik som proteiner, polypeptider og DNA, alt utnytte den spiralformede struktur som et middel for å utføre komplekse oppgaver for applikasjoner som lagring av informasjon, vev molekyl transport støtte, og lokaliserte kjemiske omdannelser.
Spiralformede polymere makromolekyler 1 har vært et mål for utforming av funksjonelle materialer og kompositter besittelse interessante egenskaper, som gjorde deres praktiske bruk i mange områder 2, 3, 4, 5. Så langt tallrike skrueformede stillasene 6, 7, 8, 9, så vel som deres sekundærstrukturmotiver har blitt utnyttet to oppnå lovende resultater, både når det gjelder fysisk teknikk 10, 11, 12 og i biologiske anvendelser 13, 14. Aktuelle studier representerer en logisk forlengelse av våre tidligere forsøk på å syntetisere optisk aktive alkyn polycarbodiimides bærer en eller to modifiser alkyn grupperinger pr gjenta enhet 15, 16, 17.
Nylig rapporterte vi 22 homo- og co-polymerisering av karbodiimid monomerer som fører til kirale spiralformede makromolekyler – en familie av (R) – og (S) -polycarbodiimides med modifiser anheng grupper som tilbyr ytterligere funksjon gjennom en CuAAC "klikk" protokollen. Br-terminert polycarbodiimides innhentet fra sine respektive etynyl forløpere var shown å opptre som ATRP macroinitiators i pode -polymerization med styren 23.
Den spesifikke målet med dette manuskriptet er å gi en praktisk guide for morfologiske karakteriseringer (AFM målinger og SEM inspeksjon) av de sekundære strukturer dannet fra PS-PCDs syntetisert fra de tilsvarende etynyl forløpere ved hjelp av en velkjent klikk protokoll 21. Spesielt eksperimentelle detaljer, slik som løsningsmiddel, temperatur, avsetningsmetoden, er valgt for avsetning substrat, og den polymerstruktur, ble vist å være meget viktig for å oppnå spesifikke morfologi (for eksempel, fibre, herunder høyre- og venstrehendt spiral sanser, nano-kuler, og nano-ringer). De kan også være nyttige for utvikling av materialer med avstembare egenskaper basert på polycarbodiimides med nøyaktig kontrollert chiral arkitektur.
Protocol
Representative Results
Discussion
I sammendraget, representerer spin-belegg deponering metoden en praktisk måte å reproduserbart generere flere lignende morfologi, inkludert fiber-lignende aggregater, bånd, orm-lignende strukturer, fibrillar nettverk, loopet fiber, toroider og superhelices, fra enten alkyn polycarbodiimides eller fra sine respektive PS-derivater (dvs. polycarbodiimide- g -polystyrenes). Således koordinering-innsetting polymeriseringen, sammen med ytterligere funksjonalisering ved bruk av et "klikk" reaksj…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi erkjenner takknemlig NSF-MRI stipend (CHE-1126177) som brukes til å kjøpe Bruker Advance III 500 NMR instrument.
Materials
| styrene | Sigma-Aldrich | S4972-1L | reagent |
| N,N,N′,N′′,N′′- Pentamethyldiethylenetriamine (PMDETA) | Sigma-Aldrich | 369497-250ML | reagent |
| Copper(I) iodide | Sigma-Aldrich | 215554-5G | reagent |
| Copper(I) chloride | Alfa-Aesar | 14644, 5G | reagent |
| 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene (DBU) | Sigma-Aldrich | 139009-100G | reagent |
| N,N-dimethylformamide (DMF) | Sigma-Aldrich | 227056-100mL | solvent |
| Tetrahydrofuran (THF) | Acros-Organics | B0320346 | solvent |
| Chloroform | Sigma-Aldrich | 372978-100mL | solvent |
| Methanol | Fisher-Chemical | A411-20 | solvent |
| 20 mL glass scintillation vials | Cole-Palmer | UX-08918-03 | glassware |
| 1-Dram vials (15 x 45 mm) | Kimble-Chase | KIM-60965D-1 | glassware |
| 13 mm syringe filter with 0.45µm PTFE membrane | VWR International | 28145-493 | membrane filter |
| Silicon wafer disks (25.4± .5 mm) | Wafer World, Inc | S076453 | AFM substrate |
| Corning Stirrer/Hot Plate | Hot Plate | PC-420 | heating device |
| single stage Unilab mBraun glove box | Unilab | 12-109 | glove box |
| Nanoscope IV-Multimode Veeco AFM-machine | Veeco | 3100 Dimension V Atomic Probe Microscope | AFM-instrument |
References
- Yashima, E., Maeda, K., Iida, H., Furusho, Y., Nagai, K. Helical Polymers: Synthesis, Structures, and Functions. Chem. Rev. 109, 6102-6211 (2009).
- Miyabe, T., Hase, Y., Iida, H., Maeda, K., Yashima, E. Synthesis of functional poly(phenyl isocyanide)s with macromolecular helicity memory and their use as asymmetric organocatalysts. Chirality. 21, 44-50 (2009).
- Iida, H., Iwahana, S., Mizoguchi, T., Yashima, E. Main-Chain Optically Active Riboflavin Polymer for Asymmetric Catalysis and Its Vapochromic Behavior. J. Am. Chem. Soc. 134, 15103-15113 (2012).
- Shimomura, K., Ikai, T., Kanoh, S., Yashima, E., Maeda, K. Switchable enantioseparation based on macromolecular memory of a helical polyacetylene in the solid state. Nat.Chem. 6, 429-434 (2014).
- Qi, S., et al. Electrical Switching Behavior of a [60]Fullerene-Based Molecular Wire Encapsulated in a Syndiotactic Poly(methyl methacrylate) Helical Cavity. Angew. Chem. Int. Ed. 52, 1049-1053 (2013).
- Maeda, K., Wakasone, S., Shimomura, K., Ikai, T., Kanoh, S. Chiral Amplification in Polymer Brushes Consisting of Dynamic Helical Polymer Chains through the Long-Range Communication of Stereochemical Information. Macromolecules. 47, 6540-6546 (2014).
- Kikuchi, M., et al. Conformational Properties of Cylindrical Rod Brushes Consisting of a Polystyrene Main Chain and Poly(n-hexyl isocyanate) Side Chains. Macromolecules. 41, 6564-6572 (2008).
- Banno, M., et al. Optically Active, Amphiphilic Poly(meta-phenylene ethynylene)s: Synthesis, Hydrogen-Bonding Enforced Helix Stability, and Direct AFM Observation of Their Helical Structures. J. Am. Chem. Soc. 134, 8718-8728 (2012).
- Jiang, Z., et al. One-Pot Synthesis of Brush Copolymers Bearing Stereoregular Helical Polyisocyanides as Side Chains through Tandem Catalysis. Macromolecules. 48, 81-89 (2015).
- Zhu, Y., et al. Synthesis and Chiroptical Properties of Helical Polyallenes Bearing Chiral Amide Pendants. Macromolecules. 47, 7021-7029 (2014).
- Kennemur, J. G., Novak, B. M. Advances in polycarbodiimide chemistry. Polymer. 52, 1693-1710 (2011).
- Arnold, L., Marx, A., Thiele, C. M., Reggelin, M. Polyguanidines as Chiral Orienting Media for Organic Compounds. Chem. Eur. J. 16, 10342-10346 (2010).
- Kennemur, J. G., Clark, J. B., Tian, G., Novak, B. M. A New, More Versatile, Optical Switching Helical Polycarbodiimide Capable of Thermally Tuning Polarizations ±359°. Macromolecules. 43, 1867-1873 (2010).
- Kim, J., Novak, B. M., Waddon, A. J. Liquid Crystalline Properties of Polyguanidines. Macromolecules. 37, 8286-8292 (2004).
- Budhathoki-Uprety, J., Peng, L., Melander, C., Novak, B. M. Synthesis of Guanidinium Functionalized Polycarbodiimides and Their Antibacterial Activities. ACS Macro Lett. 1, 370-374 (2012).
- Heller, D. A., Budhathoki-Uprety, J. Helical Polycarbodiimide Cloaking of Carbon Nanotubes Enables Inter-Nanotube Exciton Energy Transfer Modulation. PCT Int. Appl. , (2016).
- Budhathoki-Uprety, J., Jena, P. V., Roxbury, D., Heller, D. A. Helical Polycarbodiimide Cloaking of Carbon Nanotubes Enables Inter-Nanotube Exciton Energy Transfer Modulation. J. Am. Chem. Soc. 136, 15545-15550 (2014).
- Budhathoki-Uprety, J., Reuther, J. F., Novak, B. M. Determining the Regioregularity in Alkyne Polycarbodiimides and Their Orthogonal Modification of Side Chains To Yield Perfectly Alternating Functional Polymers. Macromolecules. 45, 8155-8165 (2012).
- Budhathoki-Uprety, J., Novak, B. M. Synthesis of Alkyne-Functionalized Helical Polycarbodiimides and their Ligation to Small Molecules using Click and Sonogashira Reactions. Macromolecules. 44, 5947-5954 (2011).
- Wu, Z. -. Q., et al. One pot synthesis of a poly(3-hexylthiophene)-b-poly(quinoxaline-2,3-diyl) rod-rod diblock copolymer and its tunable light emission properties. Polym. Chem. 4, 4588-4595 (2013).
- Barkey, N. M., et al. Development of Melanoma-Targeted Polymer Micelles by Conjugation of a Melanocortin 1 Receptor (MC1R) Specific Ligand. J. Med. Chem. 54, 8078-8084 (2011).
- Kulikov, O. V., et al. Characterization of Fibrous Aggregated Morphologies and Other Complex Architectures Self-Assembled from Helical Alkyne and Triazole Polycarbodiimides (R)- and (S)-Families in the Bulk and Thin Film. Macromolecules. 48, 4088-4103 (2015).
- Kulikov, O. V., Siriwardane, D. A., McCandless, G. T., Mahmood, S. F., Novak, B. M. Self-assembly studies on triazolepolycarbodiimide-g-polystyrene copolymers. Polymer. 92, 94-101 (2016).
- Min, N. G., et al. Anisotropic Microparticles Created by Phase Separation of Polymer Blends Confined in Monodisperse Emulsion Drops. Langmuir. 31, 937-943 (2015).
- Wang, B., Shum, H. C., Weitz, D. A. Fabrication of Monodisperse Toroidal Particles by Polymer Solidification in Microfluidics. ChemPhysChem. 10, 641-645 (2009).
- Gruber, J., et al. A conductive polymer based electronic nose for early detection of Penicillium digitatum in post-harvest oranges. Mater. Sci. Eng., C. 33, 2766-2769 (2013).
- Percec, V., et al. Self-Assembly of Janus Dendrimers into Uniform Dendrimersomes and Other Complex Architectures. Science. 328, 1009-1014 (2010).
- Pathiranage, T. M. S. K., et al. Synthesis and characterization of side-chain thermotropic liquid crystalline copolymers containing regioregular poly(3-hexylthiophene). Polymer. 72, 317-326 (2015).
