סינתזה של טרפולימרים בטמפרטורות מתונות באמצעות קשרי גופרית דינמיים ב פולי (בנזין)
20 במאי 2019
המטרה של פרוטוקול זה היא ליזום הפלמור באמצעות איגרות החוב הדינמיות של הגופרית בטמפרטורה קלה (90 ° c) ללא שימוש בממיסים. Terpolymers מאופיינים על ידי GPC, DSC ו 1H nmr, נבדק עבור שינויים מסיסות.
פיתחנו שיטה ליזום פילמור באמצעות קשרי גופרית דינמיים בפולי (גופרית-דיווינילבנזן) ב-90 מעלות צלזיוס ללא צורך בממסים. זה נמוך משמעותית מאשר שיטות מסורתיות הדורשות טמפרטורות מעל 160 מעלות צלזיוס. הורדת טמפרטורת הפולימריזציה מרחיבה את טווח המונומרים שניתן לשלב בפוליסולפידים על ידי וולקניזציה הפוכה.
פעולה זו מרחיבה את מאפייני החומרים האפשריים ואת היישומים האפשריים. וולקניזציה הפוכה ייצרה פוליסוליפידים ששימשו בסוללות ליתיום גופרתי, כמו עדשות שקופות אינפרא אדום, כמו כספית ושמן sorbents בין יישומים אחרים. שיטה זו תאפשר פיתוח של חומרים חדשים וסביר להניח יישומים נוספים.
אחד היתרונות העיקריים של שיטה זו הוא הקלות היחסית של הסינתזה. וידאו זה מספק את ההזדמנות כדי להדגים כיצד התגובה מתקדמת לאורך זמן, כמו גם מראה כמה פולימרים יכולים להשתנות בהתבסס על תוכן הגופרית ואת היחס של מונומרים הנוכחי. להכנת פולי(S-divinylbenzene) לשלב גופרית יסודית divinylbenzene ביחס המשקל הרצוי בקבוקון אחד dram מצויד בר ערבוב מגנטי.
מניחים את הבקבוקון באמבט שמן ב 185 מעלות צלזיוס במשך 30 דקות. לאחר השלמת התגובה, להסיר את הבקבוקון מן אמבט השמן מיד מרווה על ידי הצבת הבקבוקון בחנקן נוזלי. ואז לשבור את הבקבוקון כדי להסיר את הפולימר, ולחזור על שלב זה עבור כל פולימר מוכן.
כדי לסנתז טרפולימרים, תחילה לרסק את פולי (S-divinylbenzene)עם מרגמה ועלי לאינטראקציה שטח פנים גבוה יותר עם מונומר 1, 4-Cyclohexanedimethanol divinyl אתר, או CDE. לאחר מכן שלב את הפולי(S-divinylbenzene) ואת CDE ביחס המשקל הרצוי בסולם של 600 מיליגרם. מניחים את המדגם באמבט שמן ב 90 מעלות צלזיוס במשך 24 שעות.
ואז לקרר את המדגם לטמפרטורת החדר. לתגובות שלא גורמות להתאגדות מונומרית מלאה, ממיסים את מנות הפולימר המסיסות בדיכלורומטן, ומזרזים במתנול קר. לדגימות עם מסוליות מוגבלת, לשטוף את דגימות פולימר מוצק עם מתנול קר כדי להסיר כל מונומר לא מוקט.
לסנתז טרפולימרים באמצעות maleimide, לשלב גופרית divinylbenzene ביחס משקל 30-70 בסולם של חמישה גרם כפי שתואר קודם לכן. שלבו את הטרום-פולימר עם הזכרימיד ביחס משקל של 3 ל-1 בבקבוקון זכוכית של 1 דראם המצויד בפס ערבוב מגנטי. ממיסים את התערובת ב-10 מיליגרם למיקרוליטר של דימתילפורממיד.
לאחר מכן מניחים את הבקבוקון באמבט שמן ב 100 מעלות צלזיוס במשך 24 שעות. הבא לשלב פולי(S-divinylbenzene)ואת המונומר הרצוי ביחס משקל אחד לאחד כמתואר בעבר להכין טרפולימרים שונים. הסר מדגם של התערובת בנקודות זמן שונות במהלך התגובה, ולהמיס את הפולימר ב 600 microliters של כלורופורם deuterated לניתוח פרוטון NMR.
כדי לאשר כי גופרית מן הפולימר ולא גופרית היסודות נדרש פילמור, להכין דגימות של גופרית לבד, ועם CDE, divinylbenzene, ואתר allyl כפי שתואר קודם לכן. לנתח את הפולימרים על ידי פרוטון NMR בכלורופורם deuterated. שלב את ספקטרום NMR פרוטון וכתוצאה מכך כדי לקבוע את היקף התגובה.
בשל מיסות נמוכה יחסית polydispersity גבוהה של רוב terpolymers, להמיס כל פולימר dichloromethane בריכוז גבוה של 75 מיליגרם למיליליטר. לאחר מכן להסיר חלקיקים מהחלק המסיס באמצעות מסנן הידרופובי 0.45 מיקרון. נתח את הדגימות על ידי כרומטוגרפיה של ג'ל חורק באמצעות dichloromethane כמו eluent, שתי עמודות MesoPore ברצף, וגלאי אינדקס שבירה לניתוח.
קבע את ממוצע המספרים ואת המשקל הממוצע של משקולות מולקולריות בהתבסס על עקומת הכיול של תקני פוליסטירן. כדי לחקור תכונות תרמיות, מלא מחבתות אלומיניום עם 30 עד 50 מיליגרם של כל פולימר, מתן מדגם מספיק כדי להבחין כראוי את טמפרטורת המעבר זכוכית מן התרמוגרמות וכתוצאה מכך. סרוק את הדגימות והשג את ערכי התרמוגרם מהסריקה השנייה.
עבור מחקרי מזיגה, לשקול כ 150 מיליגרם של כל פולימר לתוך בקבוקון ששקל מראש, להתמוסס dichloromethane להגיע לריכוז של 75 מיליגרם למיליליטר. לאחר שמונה שעות, להסיר את החלק המסיס, ולשטוף את החלק מסיס עם dichloromethane פעמיים. יבש את הדגימה בלתי מסיסים הנותרים בתנור במשך 10 דקות כדי להסיר את הממס הנותר.
לאחר קירור הבקבוקון לטמפרטורת החדר, שקלו אותו וחשבו את אחוז המבודדות על ידי קביעת ההפרש במשקלים ההתחלתיים והסופיים. פולי (S-divinylbenzene) היה מסונתז באמצעות טמפרטורות גבוהות ליזום רדיקלים מחשוף טבעת גופרית, אשר לאחר מכן ליזום פילמור עם divinylbenzene. ניתן להשתמש בקשרי גופרית דינמיים בתוך פולי(S-divinylbenzene) כדי ליזום פילמור עם מונומרים נוספים בטמפרטורות נמוכות בהרבה.
ויניל ודי-פונקציה מונומרים מונו-תפקודיים הוערכו, ו כולם נוכלו בהצלחה כפי שאושר על ידי NMR. תוכן המונומר עבור כל הפולימרים היה במעקב במשך 48 שעות. תגובות שליטה בוצעו כדי לקבוע את התפקיד של פולי(S-divinylbenzene)לעומת גופרית בפולימריזציה.
המוצרים נבדקו על ידי פרוטון NMR ו- TLC כדי לבחון שינויים במבנה הפולימר, התאגדות מונומר, ולקבוע אם הגופרית שולבה במלואה. פילמורים שונים נערכו כדי לבחון את מבנה הפולימר של פולי(S-divinylbenzene)CDE. הן תוכן גופרית מוגבר, והן תוספת של CDE הובילו לירידה בטמפרטורת המעבר בזכוכית.
לאחר ירידה ראשונית במשקל המולקולרי, התוספת של CDE הובילה לעלייה כוללת באורך השרשרת. מסוליות מקסימלית הושגה עבור פולי (s-divinylbenzene) מסונתז עם 40%-50% גופרית. התוספת של CDE הובילה לירידה מנושות הפולימרים.
עבור פולי-תוכן גופרית גבוהה(S-אלוינילבנזן) מסוליות נמוכה נצפתה, אבל שילוב CDE שיפר באופן משמעותי את המסוזה. פיתוח פולמריזציה ללא ממס המתרחשת בטמפרטורות נמוכות משמעותית מכפי שדווח בעבר מרחיב את טווח המונומרים שניתן לשלב בפוליסולפידים. זה עשוי לפתוח את הדלת ליישומים חדשים, או לאפשר חומרים להיות מותאמים טוב יותר עבור הפונקציה הרצויה.
כמות קטנה של גז מיוצר במהלך הסינתזה של פולי (גופרית-divinylbenzene)בקבוקונים צריך להיות מלא רק חצי מלא כדי למנוע הצטברות של לחץ. יש לפרוק דגימות לפני הסרתן מהשכונה כדי להבטיח שהגז לא ישאף.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
פרוטוקול זה מתאר שיטה להנעת פולימריזציה באמצעות קשרי גופרית דינמיים בתוך poly(sulfur-divinylbenzene) בטמפרטורה מתונה של 90 °C ללא שימוש בממסים. גישה זו מאפשרת שילוב של מגוון רחב יותר של מונומרים לתוך פוליסולפידים, ובכך מרחיבה את פוטנציאל היישומים שלהם.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום מדע
- כימיה של פולימרים
- מדע החומרים
- וולקניזציה הפוכה
רקע
- שיטות פולימריזציה מסורתיות דורשות טמפרטורות גבוהות מעל 160 °C.
- טמפרטורות נמוכות יותר יכולות לשפר את השילוב של מונומרים שונים.
- לפוליסולפידים יש יישומים בסוללות ובחומרים אופטיים.
- קשרי גופרית דינמיים מספקים גישה חדשנית לפולימריזציה.
מטרת המחקר
- פיתוח שיטה לפולימריזציה ללא שימוש בממיסים.
- הנמכת טמפרטורת הפולימריזציה כדי לאפשר שילוב של מגוון רחב יותר של מונומרים.
- בחינת חומרים ויישומים חדשים עבור פוליסולפידים.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- פולימריזציה דינמית של קשרי גופרית.
- אפיון באמצעות GPC, DSC ו-1H NMR.
- בדיקת שינויים במסיסות.
- בדיקת יישומים בתחומים שונים.
תוצאות עיקריות
- התחלה מוצלחת של הפולימריזציה ב-90 °C.
- אפיון שאישר את תכונות הטריפולימרים.
- הרחבת מגוון המonomers השולבים בפוליסולפידים.
- זיהוי יישומים פוטנציאליים באגירת אנרגיה ובמדע החומרים.
מסקנות
- השיטה מאפשרת פיתוח של חומרים חדשים.
- טמפרטורות נמוכות יותר מקלות על אפשרויות יישום רחבות יותר.
- גישה זו עשויה להוביל לשימושים חדשניים עבור פוליסולפידים.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
הפחתת טמפרטורות הפולימריזציה מרחיבה את התאימות של מונומרים בסנתזה של פוליסולפיד, ומאפשרת כוונון רחב יותר של תכונות החומר עבור יישומים בשלב הגילוי. שיטה זו, שאינה דורשת ממס, תומכת בתיקוף של מטרות בשלב מוקדם על ידי אספקת מערכות פולימריות הניתנות לכוונון ולשחזור עבור פיתוח בדיקות וסריקה פנוטיפית. גישה זו מפחיתה עמימות מכניסטית בזיהוי מובילים (leads) באמצעות הצעת קשרי מבנה-תכונה צפויים תחת תנאים מתונים.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח ביו-פרמצבטיקה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- ערך מדעי: מאפשר בחינה של היפותזות טיפוליות באמצעות שילוב מבוקר של מונומרים פונקציונליים למטריצות פוליסולפיד.
- ערך תפעולי: מספק סינתזה הדירה ונטולת ממסים של פיגומים פולימריים ב-90°C, ובכך מפחית את הסיכונים לדגרדציה תרמית.
- ערך ניבוי: תומך בביטחון ניבוי לגבי התנהגות החומר באמצעות פרופילי מסיסות ומעבר זכוכית הניתנים לכיוונון.
סריקה ופיתוח בדיקות
- ערך מדעי: מייצר טרפולימרים כמותיים ומאופיינים עם התפלגויות משקל מולקולרי מוגדרות, לצורך מחקרי אינטראקציה אמינים של תרכובות.
- ערך תפעולי: מאפשר סטנדרטיזציה של ת substrates פולימריים באמצעות אפיון ב-GPC, DSC ו-1H NMR להבטחת שחזוריות של הבדיקה.
- قابליות הרחבה: תומך בשימוש חוזר בפלטפורמה באמצעות הכנה עקבית של טרפולימרים ביחסים משתנים של גופרית ומונומרים.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- רציפות תרגומית: מקלה על המעבר משלב הגילוי לאימות פרה-קליני על ידי הפקת חומרים בעלי תכונות תרמיות ותכונות מסיסות שניתנות להתאמה.
- הפחתת סיכונים מכניסטית: מאפשרת הערכה של קשרי מבנה-תפקוד במערכות המבוססות על פוליסולפידים לפני בדיקות in vivo.
- ביטחון חיזוי: משפרת החלטות קידום מותאמות סיכון באמצעות אנליזה תרמית ופרופילי מסיסות הניתנים לשחזור.
שילוב תהליכי עבודה וצנרת עיבוד
השיטה משתלבת בתהליכי עבודה של שלבי הגילוי המוקדמים על ידי אספקת מערכות פולימריות מאופיינות התומכות בשלבי בדיקת ההשערות וזיהוי המולקולות המובילות (lead identification).
- ביולוגיה של גילוי: תמיכה בהבהרת מסלולים ובהפחתת סיכונים ביולוגיים באמצעות פיגומים של פוליסולפידים הניתנים לכיוונון עבור מחקרי מעורבות מטרה.
- סריקה: אספקת חומרים מוכנים לבדיקה עם פלטים כמותיים מ-GPC ו-DSC לסריקה עקבית של תרכובות.
- אנליטיקה: אספקת תוצאות 1H NMR, GPC ו-DSC המאפשרות ניתוח השוואתי של תכונות פולימרים תחת תנאים שונים.
- מחקר תרגומי: קישור לעבודה פרה-קלינית באמצעות פרופילי מסיסות וסמיות תרמית המנחים שיקולי פורמולציה והובלה.
- שימוש חוזר ארגוני: ביסוס פלטפורמה הפיכה ללא ממס ליצירת טרפולימרים מגוונים במספר פרויקטי מו"פ.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: ביטחון חיזוי בהתנהגות החומר, הפחתת עמימות מכניסטית בתכנון פולימרים.
- ערך תפעולי: סטנדרטיזציה, הדירות ותפעול ללא ממסים המפחית את סיכוני הזיהום.
- ערך אסטרטגי: שיפור קבלת החלטות של go/no-go בזיהוי מובילים, יעילות הון באמצעות הפחתת קלט אנרגיה תרמית.
- השפעה על הפורטפוליו: תיעדוף מועמדי פולימרים מותאם סיכון, המבוסס על ספי תרמיים וספי מסיסות מוגדרים.
שיקולי יישום
- נדרשת מומחיות בסינתזה של פולימרים ובטכניקות אפיון הכוללות GPC, DSC ו-NMR.
- נדרש בקרת טמפרטורה של אמבט שמן, טיפול באווירה אינרטית עבור תרכובות גופרית, ומערכות סינון לניתוח פולימרים מסיסים.
- נדרש סטנדרטיזציה של יחסי המonomers וזמני התגובה בין מעבדות להשגה של terpolymer הניתן לשחזור.
- נדרשים פרוטוקולי התאמה עבור מסיסויות וקיטביות משתנה של monomer בתנאים ללא ממס.
- מוגבל על ידי הצורך בשלבי טיהור לאחר התגובה, כגון סינון ושקיעה עבור terpolymers בעלי מסיסות נמוכה.
שאלות נפוצות בתחום הביופארמה
Chapters in this video
0:04
Title
1:06
Synthesis of Poly(S-divinylbenzene)
1:53
Preparation of Terpolymers
4:11
Control Polymerizations, Polymer Characterization, and Solubility Studies
6:41
Results: Polysulfide Initiated Polymerization and Characterization of Terpolymers
8:32
Conclusion
