Controla la polimerización de apertura de Photoredox de O- Carboxyanhydrides mediada por complejos de Ni/Zn
21 de noviembre de 2017
Se presenta un protocolo para la polimerización de apertura controlada photoredox de O- carboxyanhydrides mediada por complejos de Ni/Zn.
El objetivo general de este experimento es sintetizar poli(alfa-hidroxiácidos) de alto peso molecular con grupos funcionales de cadena lateral de manera controlada. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de la síntesis de poliéster sobre la síntesis controlada de poliésteres a partir de O-carboxianhidruros. La principal ventaja de esta técnica es que la polimerización es altamente eficiente y no afecta a la química serial del monómero.
El encargado de demostrar el procedimiento será Quanyou Feng, un postdoc de mi laboratorio. Para comenzar el procedimiento, prepare soluciones de alcohol bipy-níquel (DQO) zinc bis(hmds) bencílico y el catalizador de iridio, un THF anhidro. Almacene las soluciones a menos 35 grados centígrados.
A continuación, coloque 72,2 miligramos de L1 recristalizado en un vial de centelleo de siete mililitros. Disuelve el L1 en 722 microlitros de THF anhidro. Transfiera 200 microlitros de la solución L1 a otro vial de centelleo de 7 mililitros con la barra de agitación.
Agregue 100 microlitros de THF anhidro a este vial y tape el vial. Coloque la solución L1 diluida en el pozo frío, junto con un termómetro. Apague la luz de la guantera antes de continuar.
Agregue unos 500 mililitros de etanol al dewar para el pozo frío. Luego, agregue nitrógeno líquido al dewar. Coloque el dewar en una placa para revolver y levante, y levante el dewar para enfriar el pozo.
Espere a que el pozo frío alcance los 50 grados centígrados bajo cero. Luego, obtenga un par de gafas de seguridad que bloqueen la luz azul y colóquelas al alcance de la mano. Abra el frasco de solución L1 refrigerada.
Retire las soluciones catalizadoras del congelador. En el transcurso de 30 segundos, agregue al vial 16,4 microlitros de bipy-níquel (DQO), 24,4 microlitros de zinc bis(hmds), 22,5 microlitros de alcohol bencílico y 24,2 microlitros de la solución catalizadora de iridio. Tape el frasco cuando termine.
Ponte las gafas de seguridad que bloquean la luz azul. Luego, encienda una luz LED azul de 34 vatios y un pequeño ventilador de enfriamiento. Dirija la luz hacia el vial.
Encienda el motor de agitación. Cubra la luz, el ventilador de enfriamiento y enfríe bien con papel de aluminio. Controle la temperatura de reacción y agregue nitrógeno líquido cada 15 a 20 minutos, para mantener la reacción a unos 15 grados centígrados bajo cero.
La parte crítica de este procedimiento es mantener la temperatura de reacción alrededor de menos 15 grados. Si la temperatura es superior a menos 10 grados, se debe agregar nitrógeno líquido al dewar. Monitorice la conversión de monómeros con espectroscopía FDIR.
Una vez que se haya alcanzado el grado deseado de polimerización, seque y lave el polímero con un mililitro de éter dietílico, que contiene un uno por ciento de ácido acético, y un mililitro de metanol. La polimerización del fenil O-carboxianhídrido fue monitoreada por FDIR. El pico, a unos 1805 centímetros recíprocos, correspondió al tramo del enlace anhídrido de L1.As avanzaba la reacción, el pico de desarrollo a los 1760 centímetros recíprocos, indicó la formación de los enlaces éster en el polímero.
La polimerización finalizó cuando el pico de 1805 había desaparecido por completo. Se utilizó la cromatografía de permeación en gel para determinar los pesos moleculares y la dispersión de una serie de polímeros L1 con proporciones de alimentación de monómeros crecientes. El peso molecular promedio aumentó linealmente con las proporciones iniciales de catalizadores de monómeros.
Los valores de dispersión estuvieron todos por debajo de 1,1. Se utilizó la espectroscopia de RMN de protones para evaluar la química estereoscópica del polímero. Un estudio de homodesacoplamiento mostró un solo pico en la región alfa metina, lo que indica que el polímero era isotáctico y, por lo tanto, no se había producido ninguna epimerización.
La demostración visual de este método es fundamental, ya que la polimerización fotorredox a baja temperatura es difícil de aprender sin él. La configuración adecuada de la reacción y el control de la temperatura son fundamentales para la polimerización controlada. Cuando se domina, esta técnica se puede realizar en un plazo de cuatro a seis horas si se realiza correctamente.
Recuerde usar gafas de seguridad mientras intenta este procedimiento. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo realizar la polimerización de apertura de anillo fotorredox.
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Descripción general
Este artículo presenta un protocolo para la polimerización por apertura de anillo fotoredox controlada de O-carboxianhídridos mediada por complejos de Ni/Zn. El método tiene como objetivo sintetizar eficientemente poli(ácidos alfa-hidroxilados) de alto peso molecular con cadenas laterales funcionales.
Componentes Clave del Estudio
Área de la ciencia
- Química de polímeros
- Química fotoredox
- Ciencia de materiales
Antecedentes
- Los poliésteres son materiales importantes en diversas aplicaciones.
- La síntesis controlada de poliésteres puede mejorar sus propiedades.
- Las O-carboxianhídridos son una clase de monómeros utilizados en la síntesis de poliésteres.
- Los métodos eficientes de polimerización son cruciales para el avance de este campo.
Objetivo del estudio
- Desarrollar un método controlado para la síntesis de poli(ácidos alfa-hidroxilados).
- Investigar la eficiencia de la polimerización mediante complejos de Ni/Zn.
- Contribuir al entendimiento de la síntesis de poliésteres a partir de anhídridos O-carboxiánhídridos.
Métodos Utilizados
- Preparación de soluciones de bipy-níquel(COD)zinc bis(hmds)alcohol bencílico.
- Uso de un catalizador de iridio en un entorno anhidro de THF.
- Almacenamiento de las soluciones a -35 grados Celsius.
- Realización del procedimiento por un posdoctorado en el laboratorio.
Resultados principales
- El método de polimerización es altamente eficiente.
- La técnica no afecta la química en serie del monómero.
- Se pueden sintetizar poli(ácidos alfa-hidroxilados) de alto peso molecular.
- Se pueden incorporar cadenas laterales funcionales en la estructura del polímero.
Conclusiones
- Este método proporciona un enfoque controlado para la síntesis de poliésteres.
- El uso de complejos de Ni/Zn ofrece ventajas en eficiencia.
- Investigaciones futuras pueden basarse en este protocolo para explorar nuevas aplicaciones.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
La polimerización fotoredox controlada por apertura de anillo de anhídridos O-carboxílicos mediante complejos de Ni/Zn permite la síntesis precisa de poli(ácidos alfa-hidroxílicos) con alto peso molecular, regularidad estérica y cadenas laterales funcionales. Esta capacidad aborda un desafío clave en la química de polímeros al proporcionar pesos moleculares predecibles y baja dispersidad, lo que favorece el diseño avanzado de materiales para aplicaciones en biofármacos. La reproducibilidad del método y el control sobre la arquitectura del polímero son fundamentales para la investigación traslacional y los flujos de trabajo de I+D escalables.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Permite investigar los mecanismos de polimerización para el desarrollo de materiales funcionales.
- Facilita la reducción de riesgos biológicos al garantizar estructuras poliméricas estereorregulares y sin epimerización.
- Posibilita una predicción confiable de las propiedades del material para aplicaciones posteriores.
Desarrollo de pruebas y cribado
- Proporciona una síntesis estandarizada y reproducible de polímeros para plataformas de ensayo.
- Ofrece control cuantitativo sobre el peso molecular y la dispersidad para una evaluación confiable de compuestos.
- Permite la preparación a escala de polímeros funcionalizados para bibliotecas de cribado.
Investigación Traductacional y Preclínica
- Permite alinear las propiedades del polímero con los requisitos de biomateriales traslacionales.
- Garantiza la continuidad desde la síntesis de descubrimiento hasta la validación del material en estudios preclínicos.
- Reduce el riesgo de variabilidad entre lotes en estudios preclínicos.
Integración de la Línea de Procesamiento y Flujo de Trabajo
Este protocolo de polimerización fotorrédox se enmarca dentro del continuo de descubrimiento temprano hasta el desarrollo de materiales preclínicos, permitiendo la generación rápida de polímeros bien definidos para estudios funcionales e investigación traslacional.
- Biología del Descubrimiento: Facilita la comprobación de hipótesis sobre las relaciones estructura-propiedad en nuevos materiales poliméricos.
- Selección: Proporciona resultados cuantitativos y reproducibles para el desarrollo de ensayos y la selección de compuestos.
- Análisis: Permite la medición precisa del peso molecular y la dispersidad para análisis comparativos.
- Investigación Traducional: Apoya la continuidad preclínica al proporcionar polímeros con estereoquímica y funcionalización consistentes.
- Reutilización Empresarial: Establece una plataforma reutilizable para la síntesis controlada de diversos derivados de poli(ácido alfa-hidroxialquilo).
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Aumenta la confianza predictiva en la estructura y función del polímero para aplicaciones avanzadas de materiales.
- Valor operativo: Estandariza la síntesis de polímeros con alta reproducibilidad y escalabilidad.
- Valor estratégico: Mejora las decisiones de avance o interrupción al reducir la incertidumbre en el rendimiento del material.
- Impacto en la cartera: Permite la priorización ajustada al riesgo de candidatos poliméricos para su avance traslacional.
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en catálisis fotorreductora y manipulación de reacciones a bajas temperaturas.
- Necesita acceso a irradiación con LED azul, atmósfera inerte e instrumentación analítica (GPC, RMN, IRDF).
- Exige una estandarización rigurosa entre equipos para garantizar la reproducibilidad entre lotes.
- Puede ser necesaria una adaptación para diferentes monómeros de anhídrido O-carboxiánico o grupos funcionales.
- El control de temperatura es crítico para evitar reacciones secundarias y asegurar la calidad del polímero.
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