Synthese cyclischer Polymere und Charakterisierung ihrer Diffusionsbewegung im geschmolzenen Zustand auf der Einzelmolekülebene

Summary

Ein Protokoll für die Synthese und Charakterisierung von Diffusionsbewegung von zyklischen Polymeren auf der Einzelmolekülebene vorgestellt.

Abstract

Wir demonstrieren eine Methode zur Synthese zyklischer Polymere und ein Protokoll zur Charakterisierung ihrer Diffusionsbewegung im Schmelzzustand auf Einzelmolekülebene. Für die Synthese des cyclischen Poly(tetrahydrofuran) (Poly(THF)) wird ein elektrostatisches Selbstorganisations- und kovalentes Fixierungsverfahren (ESA-CF) verwendet. Die Diffusionsbewegung einzelner zyklischer Polymerketten im Schmelzzustand wird mit Hilfe der Einzelmolekül-Fluoreszenzbildgebung visualisiert, indem eine Fluorophoreinheit in die zyklischen Ketten eingebaut wird. Die Diffusionsbewegung der Ketten wird mittels einer Kombination aus Mean-Squared-Displacement-Analyse (MSD) und einer kumulativen Verteilungsfunktionsanalyse (CDF) quantitativ charakterisiert. Das zyklische Polymer weist eine Mehrmodendiffusion auf, die sich von seinem linearen Gegenstück unterscheidet. Die Ergebnisse zeigen, dass die Diffusionsheterogenität von Polymeren, die oft hinter der Ensemble-Mittelwertbildung verborgen bleibt, durch die effiziente Synthese der cyclischen Polymere mit dem ESA-CF-Verfahren und die quantitative Analyse der Diffusionsbewegung auf Einzelmolekülebene mit Hilfe der MSD- und CDF-Analysen aufgedeckt werden kann.

Introduction

Zyklische Polymere sind insofern einzigartig, als sie keine Kettenenden haben. Sie zeigen oft ungewöhnliche Verhaltensweisen, die sich von ihren linearen Gegenstücken unterscheiden, einschließlich einer erhöhten thermischen Stabilität von Polymermizellen durch eine lineare zu zyklische ^{Umwandlung1,2} und der räumlichen Organisation der DNA in Bakterienzellen durch eine Schleifenbildung. ³ Es wird angenommen, dass topologische Wechselwirkungen zwischen den zyklischen Ketten der entscheidende Faktor für solch ungewöhnliche Verhaltensweisen sind. ^4,5 Daher ist die Charakterisierung der Bewegung und Relaxation von zyklischen Polymeren unter....

Protocol

1. Synthese von mono- und bifunktionelle Poly (THF)

1. Monofunktionellen Poly (THF)
   1. Flamme trocknen ein 2-Hals 100-ml-Rundkolben. Vakuum und füllt den Kolben mit Stickstoff (3 Zyklen).
   2. Hinzufügen destilliertem Tetrahydrofuran (THF) (50 ml) in den Kolben. Setzen Sie den Kolben in einem Wasserbad bei 20 ° C und die Temperatur ins Gleichgewicht.
   3. Hinzufügen Methyltriflat (0,5 mmol) in den Kolben mit einer Spritze. Rühren Sie die Mischung 5-10 min bei 20 ° C.
   4. Hinzufügen N -phenyl pyrrolidin (4-6 equiv.) In den Kolben mit einer Spritze. Rühren Sie die Mischung für 30-60 min.
   5. Entfernen Sie vo....

Results

Die Perylendiimid-4 enthalten einarmigen Stern und 8-förmigen dicyclic Poly (THF) s wurden unter Verwendung der elektrostatische Selbstorganisation und kovalente Fixierung synthetisiert (ESA-CF) Prozess (Abbildung 1, Abbildung 2). Zeitraffer-Einzelmolekül - Fluoreszenzbilder wurden für die 4-armed (Abbildung 3a) gemessen und 8-förmigen (Abbildung 3b) Polymere. Die Zeitraffer-Fluoreszenzbilder (Abbildung 3)

Discussion

Die 4-armed und 8 förmige Polymere wurden über die ESA-CF - Protokoll (1) hergestellt, die ein kritischer Schritt für die Synthese ist. ^12,24 mono- und bifunktionelle lineare Poly (THF) s mit N -phenylpiperidinium Endgruppen waren nach dem vorstehenden Verfahren synthetisiert. ¹¹ der Ionenaustausch wurde durch Umfällung aus einer Aceton - Lösung eines Polymervorläufers mit Triflat Gegenanionen in eine wässrige Lösung , die eine überschüssige Menge an carboxylat durchgeführ.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Materials
THF	Godo
Wakosil C-300	Wako Pure Chemical Industries
Aceton	Godo
Toluol	Godo
n-Hexan	Godo
CHCl3	Kanto Chemical
Bio-Beads S-X1	Bio-Rad
Methyltriflate	Nacalai Tesque
Triflic Anhydrid	Nacalai Tesque
Kaliumhydroxid	Wako Pure Chemical Industries
Ethanol	Wako Pure Chemical Industries
Poly( Tetrahydrofuran)	Aldrich
Chloroform	Wako Pure Chemical Industries
Immersionsöl	Cargille	Type 37 / Type A
Equipment
2-Neck 100 ml Rundkolben
Kolbenbecher
Trichter
Filterpapier	Whatman
Reflux Kondensor
Spritze
Wasserbad
Magnetrührer
Rotationsverdampfer
Mikroskop Deckgläser (24 x 24 mm, Nr. 1)	Matsunami Glass	CO22241
Färbeglas	AS ONE Corporation	1-7934-01
Ultraschallreiniger	VWR International	142-0047
Inverses Mikroskop	Olympus	IX71
Ar-Kr Ionenlaser	Coherent	Innova 70C
Berek Kompensator	Newport	5540
Anregungsfilter	Semrock	LL01-488-12.5
Dichlorspiegel	Omega optisch	500DRLP
Emissionsfilter	Semrock	BLP01-488R-25
Objektiv und Spiegel	Thorlabs
EM-CCD Kamera	Andor Technology	iXon
Objektiv (100X, N.A. = 1.3)	Olympus	UPLFLN 100XOP
Objektivheizung	Bioptechs
Preparative GPC	Japan Analytical Industry	LC-908