Synteza polimerów cyklicznych i charakterystyka ich ruchu dyfuzyjnego w stanie stopionym na poziomie pojedynczej cząsteczki

Summary

Przedstawiono protokół syntezy i charakterystyki ruchu dyfuzyjnego cyklicznych polimerów na poziomie pojedynczej cząsteczki.

Abstract

Demonstrujemy metodę syntezy cyklicznych polimerów oraz protokół charakteryzujący ich dyfuzyjny ruch w stanie stopienia na poziomie pojedynczej cząsteczki. Proces samoorganizacji elektrostatycznej i utrwalania kowalencyjnego (ESA-CF) jest stosowany do syntezy cyklicznego poli(tetrahydrofuranu) (poli(THF)). Ruch dyfuzyjny poszczególnych cyklicznych łańcuchów polimerowych w stanie stopionym jest wizualizowany za pomocą obrazowania fluorescencji pojedynczej cząsteczki poprzez włączenie jednostki fluoroforowej do łańcuchów cyklicznych. Ruch dyfuzyjny łańcuchów jest charakteryzowany ilościowo za pomocą kombinacji analizy przemieszczenia średniokwadratowego (MSD) i analizy funkcji rozkładu skumulowanego (CDF). Polimer cykliczny wykazuje dyfuzję wielomodową, która różni się od swojego liniowego odpowiednika. Wyniki pokazują, że dyfuzyjna heterogeniczność polimerów, która często jest ukryta za uśrednianiem zespołowym, może zostać ujawniona poprzez wydajną syntezę cyklicznych polimerów przy użyciu procesu ESA-CF oraz analizę ilościową ruchu dyfuzyjnego na poziomie pojedynczej cząsteczki przy użyciu analiz MSD i CDF.

Introduction

Polimery cykliczne są wyjątkowe, ponieważ nie mają końców łańcucha. Często wykazują one nietypowe zachowania, które różnią się od ich liniowych odpowiedników, w tym zwiększoną stabilność termiczną miceli polimerowych poprzez konwersję liniową do ^{cyklicznej,1,2} oraz przestrzenną organizację DNA w komórkach bakteryjnych poprzez tworzenie pętli. ³ Uważa się, że interakcje topologiczne między łańcuchami cyklicznymi są krytycznym czynnikiem dla takich nietypowych zachowań. ^4,5 W związku z tym scharakteryzowanie ruchu i relaksacji cyklicznych polimerów w warunkach splątanych jest od dziesięcioleci ważnym tematem badawczym w nauce o polimerac....

Protocol

1. Synteza monofunkcyjnego i dwufunkcyjnego poli(THF)

1. Monofunkcyjna poli(THF)
   1. Wysuszyć na płomieniu kolbę okrągłodenną o pojemności 100 ml z 2 szyjkami. Odkurzyć i napełnić kolbę azotem (3 cykle).
   2. Dodać destylowany tetrahydrofuran (THF) (50 ml) do kolby. Umieścić kolbę w łaźni wodnej o temperaturze 20 °C i wyrównać temperaturę.
   3. Dodać triflate metylu (0,5 mmol) do kolby za pomocą strzykawki. Mieszać mieszaninę przez 5-10 minut w temperaturze 20 °C.
   4. Dodać N-fenylopirolidynę (odpowiednik 4-6) do kolby za pomocą strzykawki. Mieszaj mieszaninę przez 30-60 minut.
   5. Całkowicie usunąć ....

Results

Inkorporacje perylenowo-diimidowe, 4-ramienne gwiazdy i 8-kształtne dwupierścieniowe poli(THF) w kształcie perylenu zostały zsyntetyzowane przy użyciu procesu elektrostatycznej samoorganizacji i kowalencyjnego utrwalania (ESA-CF) (Rysunek 1, Rysunek 2). Zmierzono poklatkowe obrazy fluorescencji pojedynczej cząsteczki dla polimerów 4-ramiennych (Rysunek 3a) i 8-ramiennych (Rysunek 3b). Poklatkowe obrazy fluorescencyjne (

Discussion

Polimery o kształcie 4 ramion i 8 zostały przygotowane za pomocą protokołu ESA-CF (rysunek 1), który jest kluczowym etapem syntezy. ^12,24 Monofunkcyjne i dwufunkcyjne liniowe poli(THF) z grupami końcowymi N-fenylopiperydyny zsyntetyzowano zgodnie z poprzednią procedurą. ¹¹ Wymianę jonową przeprowadzono poprzez ponowne wytrącenie roztworu acetonu prekursora polimeru z przeciwanionami triflatowymi do roztworu wodnego zawierającego nadmiar karboksylanu.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Materiały
THF	Godo
Wakosil C-300	Wako Pure Chemical Industries
Aceton	Godo
Toluen	Godo
n-Hexane	Godo
CHCl3	Kanto Chemical
Bio-Beads S-X1	Bio-Rad
Triflate metylu	Nacalai Tesque
Triflic anhydride	Nacalai Tesque
Potassium Wodorotlenek	Wako Pure Chemical Industries
Etanol	Wako Pure Chemical Industries
Poly( tetrahydrofuran)	Aldrich
Chloroform	Wako Pure Chemical Industries
Olejek immersyjny	Cargille	Typ 37 / Typ A
Sprzęt
2-szyjkowy 100-ml kolba
Zlewka
Lejek
Bibuła filtracyjna	Whatman
Skraplacz refluksowy Skraplacz
Łaźnia
			wodna
Mieszadło
Parownik
Mikroskop Szkiełka nakrywkowe (24 x 24 mm, nr 1)	Szklany	CO22241 słoik
barwienia	Matsunami AS ONE Corporation	1-7934-01
Myjka ultradźwiękowa	VWR International	142-0047
Mikroskop odwrócony	Olympus	IX71
Ar-Kr laser jonowy	Coherent	Innova 70C
Kompensator Berek	Newport	5540
Filtr wzbudzenia	Semrock	LL01-488-12.5
Lustro dwuchlorowe	Omega optyczne	500DRLP
Filtr emisyjny	Semrock	BLP01-488R-25
Obiektyw i lustro	Kamera Thorlabs
EM-CCD	Andor Technology	iXon
Obiektyw obiektywowy (100X, N.A. = 1.3)	Olympus	UPLFLN 100XOP
Podgrzewacz obiektywu	Bioptechs
Preparative GPC	Japan Analytical Industry	LC-908