Bilgisayar kontrollü damlama ışık kontrollü canlı radikal polimerizasyon
Sürekli akış kimyası, mikrokanal reaksiyon teknolojisini kimyasal sentezle birleştirir ve organik ve polimer sentezi için birçok avantaj sağlar, örneğin: hızlı kütle ve ısı transferi, hızlı sistem tepkisi, yüksek güvenlik performansı; reaksiyon ölçeğinin kolay kontrolü ve amplifikasyon etkisi yok Otomatik çalışmayı gerçekleştirmek için çevrimiçi izleme ekipmanı ile birlikte kullanılabilir. Bu nedenle, sürekli akış kimyası, kataliz, farmasötikler, ince kimyasallar, yeşil kimya ve polimer sentezi alanlarında giderek daha yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, farklı moleküllerin akış sentezi için, operasyonel zorlukta önemli farklılıklar vardır. Küçük organik moleküllerin sentezi için, reaksiyon çözeltisinin viskozitesi, dönüşüm ilerledikçe önemli ölçüde değişmeyecektir; ancak polimerizasyon reaksiyonu için, viskozite, monomer dönüştürüldükçe keskin bir şekilde artacaktır. Örneğin,% 78'lik bir monomer kütle konsantrasyonuna ve dönüşüm oranına sahip ilk çözelti,% 90'ın üzerine çıktığında, reaksiyon çözeltisinin viskozitesi, başlangıç değerinin 140.000 katından fazlasına ulaşabilir. Viskozitedeki keskin değişim, sürekli akış sentezini zorlaştırır.Bir yandan reaktör tıkanmasına neden olabilir, diğer yandan moleküler ağırlığın kontrolünü ve canlı polimerizasyon yoluyla dağılımını etkileyecektir. Bu faktörden etkilenen akışta yaşayan polimerizasyondaki monomer kütle konsantrasyonu genellikle düşüktür, bu da çözeltinin birim hacmi başına polimer çıktısına daha büyük bir sınır getirir ve sentez maliyetini düşürmeye elverişli değildir.
Yanıt olarak, Polimer Bilimi Bölümü'nden Poly Mao (Chen Mao) grubu ve Fudan Üniversitesi Polimer Moleküler Mühendisliği Eyalet Anahtar Laboratuvarı, "Bilgisayar Destekli Damlacık Akışı Fotopolimerizasyonu: Viskozite Zorluklarının Üstesinden Gelmek ve Kolaylaştırmak" başlıklı bir yayınladı. "The Generation of Copolymer Library" makalesi ilk kez ışık kontrollü canlı radikal polimerizasyonu için bir damlama reaksiyon platformu bildirdi. Bu çalışma, bilgisayar programlama teknolojisine ve akış boru hattında mikro reaksiyon damlacıkları oluşturmak için taşıyıcı çözücünün infiltrasyonuna dayanmaktadır; bu, akış polimerizasyon işlemi sırasında viskozitenin polimer hassasiyeti üzerindeki etkisini çözer (Şekil 1) ve birim çözümünü büyük ölçüde geliştirir. Polimer üretim hacmi. Sentez yöntemi, çeşitli akrilamid ve akrilik monomerlerin en yüksek monomer kütle konsantrasyonu% 99'a ulaşan ışık kontrollü canlı serbest radikal polimerizasyonu için uygundur ve taşıyıcı çözücü geri dönüştürülebilir.
Şekil 1. Sürekli ve yavaş akışın canlı polimerizasyon reaksiyonlarının sonuçları üzerindeki etkisi
Bu temelde, araştırma grubu ışık kontrollü yüksek verimli canlı radikal polimerizasyonu elde etmek için otomatik sentezi damlama sentezi ile birleştirdi. Her 11 dakikada bir 275 reaksiyon damlası üretilebilir ve her damlacık, polimer sentezi için ayrı bir reaktör olarak kullanılabilir (Şekil 2). Ek olarak, yüksek verimli sentez, program kontrolüne göre farklı reaksiyon solüsyon konsantrasyonları, farklı monomer dönüşüm oranları ve amplifikasyon sentezi arasında serbestçe geçiş yapabilir ve hedef monomer konsantrasyonuna, hedef dönüşüm oranına ve hedef çıktıya göre otomatik sentez gerçekleştirebilir.
Şekil 2. a) reaksiyon cihazının fotoğrafı; b) damlama ışık reaksiyonunun fotoğrafı; c) ve d) reaksiyon damlacıklarının büyütülmüş fotoğrafı.
Şekil 3. a) Kopolimerin 1H NMR spektrumu; b) Kopolimerin Tg uydurma eğrisi
Ek olarak, bu makale iki monomerin, N, N-dimetilakrilamid (DMA) ve akrilamid morfolin (AcM) kopolimerizasyonunu örnek olarak alır ve otomatik damlama kopolimerizasyonu gerçekleştirir. 11 dakikada farklı kimyasal bileşime (mg düzeyinde) sahip 11 kopolimeri topladı ve koşulların ek optimizasyonu olmadan program kontrolü / gerçek zamanlı olarak gram düzeyinde senteze geçildi. NMR sonuçları, kopolimer bileşiminin, programla besleme oranının kontrol edilmesiyle hassas bir şekilde kontrol edilebileceğini ve kopolimerin cam geçiş sıcaklığı ile bileşim arasındaki ilişkinin de revize edilmiş Gordon-Taylor formülüyle tutarlı olduğunu göstermektedir (Şekil 3).
Bu otomatik sentez platformunun yapı modeline dayanarak, bu yöntemin, daha fazla optimizasyondan sonra, viskozitenin polimerizasyon doğruluğu üzerindeki etkisinin üstesinden gelmek, bir polimer veri tabanı oluşturmak ve talep üzerine polimer için iyonik polimerizasyon, halka açılma polimerizasyonu, geçiş metali katalizli polimerizasyon vb. Sentez ve diğer yönlerin potansiyel değeri vardır.
Makalenin yazarları: Yang Zhou, Yu Gu, Kunming Jiang, Mao Chen (yazışmalar)
(Kaynak: Polimer Biliminin Sınırları)
