Controlado por polimerização de anel de abertura Photoredox do - Carboxyanhydrides, mediada por complexos de Ni/Zn

Summary

Um protocolo para a polimerização do anel de abertura controlada photoredox de O– carboxyanhydrides, mediada por complexos de Ni/Zn é apresentado.

Abstract

Aqui, descrevemos um protocolo eficaz que combina catálise de Ni/Ir photoredox com o uso de um alcóxido-Zn para polimerização eficiente de anel de abertura, permitindo a síntese de poli isotactic (α-hidroxi ácidos), com esperada pesos moleculares (> 140 kDa) e distribuições de peso molecular mais estreitas (M_w/M_n < 1.1). Esta abertura do anel de polimerização é mediada por complexos de Ni e Zn na presença de um iniciador de álcool e um photoredox de catalisador de infravermelho, irradiado por um LED azul (400-500 nm). A polimerização é realizada em uma baixa temperatura (-15 ° C) para evitar reações colaterais indesejáveis. O consumo de monômero completo pode ser alcançado dentro de 4-8 horas, proporcionando um polímero perto o esperado peso molecular com distribuição estreita de peso molecular. Resultado número médio peso molecular mostra uma correlação linear com o grau de polimerização até 1000. O homodecoupling ¹estudo H NMR confirma que o polímero obtido é isotactic sem epimerização. Esta polimerização aqui indicada oferece uma estratégia para a realização rápida, controlado Ocarboxyanhydrides – polimerização para preparar stereoregular poli (α-hidroxi ácidos) e seus copolímeros tendo vários grupos funcionais da cadeia lateral.

Introduction

Poli (ácido α-hidroxi) (PAHA) é uma importante classe de polímeros biodegradáveis e biocompatíveis com aplicações que vão desde dispositivos biomédicos para materiais de embalagem. ^{1 , 2} embora PAHAs pode ser preparado diretamente por policondensação de α-hidroxi ácidos, os pesos moleculares (MWs) dos PAHAs resultantes são geralmente baixos. ³ abertura de anel polimerização (ROP) de lactonas (por exemplo, lactidas e glicolido) é uma abordagem alternativa sintética que oferece o melhor controle no MWs e distribuição de peso molecular (Đ) do que de policondensação. No entanto, a falta de funcionalidade de cadeia lateral em PAHAs e em lactonas limitar a diversidade de propriedades físicas e químicas e suas aplicações. ^{4 , 5} desde 2006, 1,3-dioxolano-2,4-diones, os chamados O– carboxyanhydrides (OCAs), que pode ser preparado com uma rica variedade de funcionalidades de cadeia lateral,^{6,7,8, 9 , 10 , 11 , 12 , 13} têm emergido como uma classe alternativa de monômeros altamente ativos para polimerização de poliéster. ^{14 , 15}

Sistemas catalíticos para a ROP de OCAs podem ser categorizados em organocatalisadores,^8,12,16,17 catalisadores organometálicos^{12,18,19 ,20,21} e Biocatalisadores. ²² em geral, o ROP de OCAs, promovido pela organocatalyst procede de uma forma mais ou menos descontrolada, como epimerização (ou seja, a falta de stereoregularity) para OCAs portando grupos elétron-retirando,^8,17 MWs imprevisíveis, ou cinética de polimerização lenta. ¹³ para resolver esses problemas, um complexo de Zn-alcóxido ativo foi desenvolvido para o ROP de OCAs. ¹² well-controlled ROPs foram alcançados em um baixo grau de polimerização (DP) sem epimerização. No entanto, este catalisador alcóxido-Zn eficientemente não pode produzir polímeros com um alto grau de polimerização (DP ≥ 300). ¹³

Recentemente informamos uma abordagem promissora que melhora consideravelmente a capacidade de personalização e eficiência de síntese PAHA (Figura 1). ¹³ fusão catalisadores de Ni/Ir photoredox que promovem a descarboxilação OCA com zinco alcóxido para mediar a abertura do anel de polimerização de OCAs. O uso de baixa temperatura (-15 ° C) e photoredox catálise Ni/Ir em sinergia acelera o anel-abertura e descarboxilação do OCA para propagação da cadeia, evitando reações colaterais indesejáveis, por exemplo, a formação de Ni-carbonila. ^{23 , 24} em cima transmetalação com complexo de Ni a Zn-alcóxido ativo está localizado no terminus da cadeia de propagação da cadeia. ¹³

Neste protocolo, acrescentamos frescos preparados (bpy)Ni(COD) (bpy = 2, 2′-bipirdil, COD = 1,5-cicloctadieno), Zn(HMDS)₂ (HMDS = hexamethyldisilazane), álcool benzílico de²⁵ (BnOH) e IV [PPA do dF (CF.₃)]₂(dtbbpy) PF (de₆ IV-1, PPA do dF (CF.₃) = 2-(2,4-difluorophenyl) -5-(trifluorometil) piridina, dtbbpy = 4, 4′ – di –terc– butil-2, 2′-Bipiridina) para o monômero l-1 solução²⁶ em uma caixa de luva com uma armadilha fria, na presença de um luz de LED azul (400-500 nm) e um ventilador para manter a temperatura (Figura 1). A temperatura é mantida a-15 ° C ± 5 ° C durante a polimerização. A conversão de OCA é monitorada por espectroscopia de infravermelho-transformada de Fourier. O polímero resultante MWs e s Đé caracterizada por uma cromatografia de permeação de gel (GPC). O homodecoupling ¹estudo H NMR determina se o polímero obtido é isotactic, ou não. Como a maioria dos produtos químicos são altamente sensíveis à umidade, o protocolo detalhado vídeo destina-se a ajudar novos praticantes evitar armadilhas associadas com o photoredox ROP de OCAs.

Protocol

Atenção: Por favor, consulte todos os materiais relevantes dados fichas de segurança (MSDS) antes de usar. Muitos produtos químicos usados na síntese são extremamente tóxico e cancerígeno. Por favor, use todas as práticas de segurança adequadas ao realizar a reação, incluindo o uso de controles de engenharia (coifa e porta-luvas) e equipamentos de proteção individual (óculos de segurança, luvas, jaleco, calça longa-metragem, sapatos fechados, luz azul bloqueio de segurança óculos). Seguindo os procedim…

Representative Results

A conversão de OCA é monitorada por espectroscopia de infravermelho-transformada de Fourier, como mostrado na Figura 2. O pico em 1805 cm-1 é atribuído como o trecho de ligação anidrido na OCA; o pico em 1760 cm-1 corresponde à formação da ligação éster em polímero. Quando o pico do monômero em 1805 cm-1 desaparece completamente, a polimerização é terminada. <p class="jove_content" fo:keep-together.within-…

Discussion

O passo crítico no âmbito do protocolo é manter a temperatura de reação a-15 ± 5 ° C. Todas as soluções de catalisadores e monômeros OCA tem que ser armazenado em um freezer de luvas a-35 ° C antes da polimerização. Os frascos de reação tem que ser pre-cooled na armadilha fria. Durante a reação, porque a luz LED dissipa o calor, é necessário monitorar a cada 15-20 minutos de reação. Uma vez que a temperatura é elevada acima nitrogênio líquido a-10 ° C, deve ser adicionado para o dewar para esfria…

Materials

Ni(COD)2	Strem	28-0010	Stored in the glove box freezer.
2,2′-bipyridine	Strem	07-0290	Stored in the glove box freezer.
Zn(HMDS)2	N/A	N/A	Synthesized following reported procedures.25 Stored in the glove box freezer.
Benzyl alcohol	Sigma-Aldrich	402834	Stored with 4Å molecular sieve
Ir[dF(CF3)ppy]2(dtbbpy)PF6	Strem	77-0425	Stored in the glove box freezer.
THF	Sigma-Aldrich	34865	Dried by alumina columns and stored with 4Å molecular sieve in the dark bottle in the glove box.
Ethanol	Sigma-Aldrich	793175
GPC with an isocratic pump	Agilent	Agilent 1260 series
Dawn Heleos II Light Scatterer	Wyatt
Optilab rEX differential refractive index detector	Wyatt
Size exclusion columns	Phenomenex
Glass Scintillation Vials – 7 ml	VWR
FTIR spectrometer	Agilent
Stir bars	VWR	58948-091
Balance
Glove box	Mbraun	Labstar Pro