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超分子聚合物制备蹊径

 

在自然界,类似于超分子复合体这样的链状结构都是由众多小单元主要通过较弱的非共价键连接而成,其组装和分解过程需仔细控制,超分子聚合物的人工合成及分解通常是利用其单体元素进行自组装的高分子化学方法完成的。近日,在应急物质科学RIKEN中心,由Takuzo Aida领导的一个研究团队开发了一种新方法,可实现对该过程的严格控制和选择性进行,该方法已发表在Science期刊上。高分子材料具有众多特性,但实际应用尚未被完全开发,因此,这种新方法为该类材料的制备和生产另辟了蹊径。

不久前,研发人员实验时无意间发现,某种含碗烯基团的分子虽然看上去十分稳定,但一旦向溶液中加入引发剂,这种分子就会立即开始自组装过程,转变为高分子。该自组装过程,并不像人用手拉成人环那样两两相连,逐步成链,而是从链条的一端开始,不断连接新单体。而且,只要有引发剂,加入溶剂中的单体就会不断地添加到这个链条上。因此,通过调整单体和引发剂的比例,就可以控制链条的长度。在常温常压下进行的这个自组装过程只需向溶剂中添加单体和引发剂混合物即可发生。此外,研发人员还发现,这个链条的分解过程也很容易发生。

该实验还有一点值得关注,那就是:向溶剂中加入的引发剂是哪种手性(左手手性或右手手性),生成的聚合物就是哪种手性,这个发现的重要性在于其特定方面的应用效果。例如,某些药物只有特定手性才会在生物体上见效,另一种手性可能无益,甚至有害。外消旋混合物是某种物质与其对映体的等摩尔混合物。通常,其众多性质与纯物质的差异很大。利用这一点,科学家们就可以控制链条的最终几何形状。

该论文的通讯作者Miyajima说道:“不同于高分子化学,我们可以用链条生长而不是分段生长模式来这制备这些超分子聚合物,这真是个令人兴奋的成果。今后,我们还有可能实现对其链条长度、分子序列甚至立体化学结构的控制。我们希望这一份成果可以促进精密超分子工程学的发展。”

    该论文另一通讯作者 Aida 补充了他们的未来计划:“超分子聚合体经过特定设计也可以用作半导体,这样一来,晶体管的尺寸可以明显缩小。此外,我们发现,这些聚合物基本上可以完全分解,因此,这种方法还可以保证材料全部回收,推动了社会的可持续发展。“

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