Polimeryzacja rodnikowa z przeniesieniem atomu funkcjonalizowanych monomerów winylowych przy użyciu perylenu jako fotokatalizatora światła widzialnego
April 22nd, 2016
Opisano metodę polimeryzacji rodnikowej funkcjonalizowanych monomerów winylu z przeniesieniem atomu przy użyciu perylenu jako fotokatalizatora światła widzialnego.
Ogólnym celem tej procedury jest wyprodukowanie dobrze zdefiniowanego polimetakrylanu metylu przy użyciu perylenu jako fotokatalizatora światła widzialnego do polimeryzacji rodnikowej z przeniesieniem atomów. Ogólnym celem tej procedury jest wytworzenie dobrze zdefiniowanego polimetakrylanu metylu przy użyciu perylenu jako organicznego fotokatalizatora do polimeryzacji rodnikowej z przeniesieniem atomów. Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie katalizy organicznej i katalizy fotoredoks, takie jak: czy możemy zastąpić kompleksy metali przejściowych barwnikami organicznymi, takimi jak perylen?
Główną zaletą tej techniki jest to, że metalowy katalizator powszechnie stosowany w polimeryzacji rodnikowej z przeniesieniem atomów można zastąpić perylenem, powszechnym barwnikiem organicznym. Wizualna demonstracja tej metody ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia powtarzalności między grupami badawczymi, ponieważ dokładna konfiguracja reakcji może mieć znaczący wpływ na wynik eksperymentu. Przygotuj wszystkie odczynniki zgodnie z opisem w protokole tekstowym i pozwól im osiągnąć temperaturę pokojową.
Przed użyciem sprawdź wszystkie odczynniki, aby upewnić się, że nie ma śladów zanieczyszczenia, takich jak przebarwienia lub tworzenie się cząstek stałych. W komorze rękawicowej z atmosferą azotu umieść małe mieszadło w 100-mililitrowej probówce reakcyjnej. Dodaj 9,5 miligrama perylenu, a następnie 4,00 mililitra dimetyloformamidu lub DMF.
Do tej mieszaniny dodaj 4,00 mililitrów metakrylanu metylu lub MMA. Umieścić fiolkę na płytce mieszającej ustawionej na 900 obr./min w 400-mililitrowej zlewce oświetlonej paskami białych diod elektroluminescencyjnych. Ogranicz oświetlenie z innych źródeł światła.
Aby rozpocząć reakcję, dodaj 65,6 mikrolitrów alfa-bromofenylooctanu etylu lub EBP za pomocą pipety. Mieszaj reakcję przez dwadzieścia cztery godziny pod stałym oświetleniem. Na blacie stołu dozuj 0,70 mililitra butylowanego hydroksytoluenu lub BHT w deuterowanym roztworze chloroformu do dwumililitrowej fiolki i zamknij nasadką z przegrodą.
Umieścić tę fiolkę w schowku na rękawiczki, w którym przeprowadzana jest polimeryzacja. Za pomocą strzykawki usuń 0,20 mililitra mieszaniny reakcyjnej. Wstrzyknąć zawartość strzykawki do dwumililitrowej fiolki zawierającej 250 ppm roztworu BHT i deuterowanego chloroformu.
Cofnąć i kilkakrotnie wcisnąć tłok, aby zapewnić dokładne wygaszenie polimeryzacji. Następnie przenieś zawartość dwumililitrowej fiolki do probówki do spektroskopii NMR. Przeanalizuj tę próbkę za pomocą spektroskopii protonów NMR w celu konwersji procentowej.
Po analizie wlej zawartość probówki spektroskopii NMR do czystej 20-mililitrowej fiolki scyntylacyjnej. Odparować rozpuszczalnik pod zmniejszonym ciśnieniem. Następnie ponownie rozpuść próbkę w 1,00 mililitra tetrahydrofuranu.
Wyślij próbkę przez filtr strzykawkowy o wielkości 0,45 mikrona do czystej fiolki o pojemności dwóch mililitrów. Przeanalizuj próbkę za pomocą chromatografii żelowej lub GPC, w połączeniu z rozpraszaniem światła pod wieloma kątami, w celu określenia średniej masy cząsteczkowej liczbowej, średniej wagowo masy cząsteczkowej i dyspersji. Aby wyizolować i oczyścić produkt polimetakrylanu metylu, należy najpierw wygasić reakcję polimeryzacji, wlewając zawartość mieszaniny reakcyjnej do pięćdziesięciokrotnego nadmiaru metanolu i mieszając przez co najmniej godzinę.
Wyizolować polimetakrylan metylu od metanolu przez filtrację próżniową. Następnie spłucz polimer dodatkowymi 100 mililitrami metanolu. Ponownie rozpuścić polimer w dichlorometanie i powtórzyć te kroki dwukrotnie.
W komorze rękawicowej z atmosferą azotu umieścić 544 miligramy makroinicjatora polimetakrylanu metylu w 20-mililitrowej fiolce scyntylacyjnej wyposażonej w małe mieszadło. Następnie dodać 2,4 miligrama perylenu do fiolki scyntylacyjnej, a następnie 4,00 mililitra dimetyloformamidu. Umieścić fiolkę na mieszadle ustawionym na 900 obr./min w zlewce oświetlonej paskami białych diod LED.
Ogranicz oświetlenie z innych źródeł światła. Do tej mieszaniny dodać 4,96 mililitra styrenu za pomocą pipety i mieszać reakcję przez dwadzieścia cztery godziny pod stałym oświetleniem. Na koniec wyizoluj i oczyść blok polistyrenowy z polimetakrylanu metylu, tak jak poprzednio.
Przedstawiono reprezentatywne wyniki polimeryzacji funkcjonalizowanych monomerów winylu przy użyciu tej techniki. Dostrojenie parametrów reakcji może mieć znaczący wpływ na wynik polimeryzacji. Rysunek ten przedstawia wyniki kopolimeryzacji blokowej przy użyciu izolowanego makroinicjatora z polimetakrylanu metylu, zgodnie z opisem w procedurze wideo.
Zdolność do rozciągania łańcucha w ten sposób wspiera mechanizm przenoszenia atomów. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś mieć praktyczną wiedzę na temat tego, jak wytwarzać i izolować dobrze zdefiniowane polimery i kopolimery blokowe przy użyciu perylenu jako fotokatalizatora światła widzialnego do polimeryzacji rodnikowej z przeniesieniem atomów.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Overview
This article describes a method for the atom transfer radical polymerization of functionalized vinyl monomers using perylene as a visible-light photocatalyst. The technique aims to produce well-defined polymethyl methacrylate while addressing key questions in organic and photoredox catalysis.
Key Study Components
Area of Science
- Organic Chemistry
- Polymer Science
- Photocatalysis
Background
- Atom transfer radical polymerization (ATRP) is a widely used method for synthesizing polymers.
- Traditional ATRP methods often rely on metal catalysts, which can be expensive and environmentally unfriendly.
- Perylene, an organic dye, presents a potential alternative to metal catalysts.
- This study explores the feasibility of using perylene as a photocatalyst in ATRP.
Purpose of Study
- To investigate the use of perylene as a visible-light photocatalyst in ATRP.
- To determine if organic dyes can replace transition metal complexes in polymer synthesis.
- To provide a reproducible method for producing well-defined polymers.
Methods Used
- Preparation of reagents as per the protocol.
- Use of perylene as a photocatalyst in the polymerization process.
- Visual demonstration of the method to ensure reproducibility.
- Monitoring the reaction setup to assess its impact on outcomes.
Main Results
- Perylene successfully catalyzes the polymerization of functionalized vinyl monomers.
- The method produces well-defined polymethyl methacrylate.
- Reproducibility of results is enhanced through visual demonstration.
- The study supports the potential of organic dyes in photoredox catalysis.
Conclusions
- Perylene can effectively replace metal catalysts in ATRP.
- This method opens new avenues for sustainable polymer synthesis.
- Further research is encouraged to explore other organic dyes as photocatalysts.
Frequently Asked Questions
Executive Industry Relevance
Replacing transition metal catalysts with organic dyes such as perylene in atom transfer radical polymerization (ATRP) addresses sustainability and contamination concerns in advanced polymer synthesis. This visible-light-driven approach enables precise control over polymer architecture, supporting the development of functionalized materials for biopharma applications. The method's reproducibility and tunability position it as a valuable capability for early-stage materials innovation and platform technology development.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of organic photocatalyst mechanisms for functional material synthesis.
- Supports biological de-risking by eliminating metal catalyst contamination in polymer products.
- Facilitates predictive confidence in polymer structure and end-group fidelity for downstream applications.
Screening & Assay Development
- Provides standardized, reproducible polymerization conditions for consistent material properties.
- Delivers quantitative outputs such as molecular weight and dispersity for assay comparability.
- Enables rapid screening of monomer and catalyst ratios to optimize polymer features.
Translational & Preclinical Research
- Supports the generation of well-defined block copolymers for advanced biomaterials research.
- Ensures continuity from discovery to preclinical validation by maintaining polymer purity and control.
- Reduces risk of confounding biological effects from residual metal catalysts in translational studies.
Pipeline & Workflow Integration
This visible-light ATRP method integrates into the discovery-to-preclinical continuum by enabling the synthesis of tailored polymers for functional screening and material innovation.
- Discovery Biology: Facilitates hypothesis testing on organic photocatalyst efficiency and mechanism.
- Screening: Provides reproducible, quantitative polymerization outputs for material selection.
- Analytics: Delivers NMR and GPC-based measurements for rigorous comparison of polymer batches.
- Translational Research: Aligns with biomaterial purity requirements for preclinical model compatibility.
- Enterprise Reuse: Establishes a metal-free, visible-light-driven polymerization platform adaptable across research programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in polymer structure and mechanism validation.
- Operational Value: Enhances reproducibility and standardization across research teams.
- Strategic Value: Reduces late-stage risk by eliminating metal catalyst liabilities.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of polymer-based innovation projects.
Implementation Considerations
- Requires expertise in inert-atmosphere techniques and photoredox catalysis.
- Needs access to NMR, GPC, and controlled light sources for analytical validation.
- Demands strict air- and water-exclusion protocols for reproducibility.
- Adaptable to various vinyl monomers and block copolymer systems.
- Dependent on precise control of reaction parameters for optimal outcomes.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Title
0:58
Photopolymerization of Methyl Methacrylate Using Perylene as the Photocatalyst
2:02
Kinetic Analysis of the Reaction and Isolation and Purification of the Product Polymer
4:33
Chain-extension of an MMA Macroinitiator with Styrene to Produce Poly(MMA)-b-poly(S)
5:42
Results: Polymerization of Methyl Methacrylate and Block Copolymerization from a Methyl Methacrylate Macroinitiator
6:21
Conclusion
![[(DPEPhos)(bcp)Cu]PF6: Ogólny i szeroko stosowany katalizator fotoredoks na bazie miedzi](/_next/image?url=https%3A%2F%2Fcloudfront.jove.com%2FCDNSource%2Fteasers%2F59739.jpg%3Fv%3D2026-07-08T01%253A04%253A32.500Z&w=384&q=75)
