Contrôlé Photoredox polymérisation par ouverture de O- Carboxyanhydrides médiées par les Complexes de Ni/Zn

Summary

Un protocole pour la polymérisation d’anneau-ouverture contrôlée photoredox d’O– carboxyanhydrides médiées par les complexes de Ni/Zn est présenté.

Abstract

Nous décrivons ici un protocole efficace qui combine catalyse Ni/Ir photoredox avec l’utilisation d’un alcoolate de Zn pour polymérisation par ouverture efficace, permettant la synthèse du poly isotactique (α-hydroxy-acides) avec des poids moléculaire prévus (> 140 kDa) et réduire les distributions des poids moléculaires (M_w/M_n < 1.1). Cette polymérisation par ouverture est médiée par des complexes Ni et Zn en présence d’un initiateur de l’alcool et un photoredox catalyseur Ir, irradié par une LED bleue (400-500 nm). La polymérisation s’effectue à basse température (-15 ° C) pour éviter les réactions secondaires indésirables. La consommation complète monomère peut être réalisée dans les 4 à 8 heures, fournissant un polymère près le poids moléculaire prévu avec répartition du poids moléculaire étroit. Poids moléculaire moyen en nombre a entraîné montre une corrélation linéaire avec le degré de polymérisation jusqu'à 1000. Le homodécouplage ¹étude RMN H confirme que le polymère obtenu est isotactique sans épimérisation. Cette polymérisation rapportée ici vous propose une stratégie pour la réalisation rapide et contrôlée Ocarboxyanhydrides – polymérisation pour préparer stéréorégulier poly (α-hydroxy-acides) et ses copolymères portant divers groupes fonctionnels de chaîne latérale.

Introduction

Poly (acide α-hydroxy) (PAHA) est une importante classe de polymères biodégradables et biocompatibles avec des applications allant des dispositifs biomédicaux aux matériaux d’emballage. ^{1 , 2} bien que PAHAs peuvent être préparés directement par polycondensation d’acides α-hydroxylés, les poids moléculaires (MWs) des PAHAs qui en résultent sont généralement faibles. ³ polymérisation par ouverture (ROP) de lactones (p. ex., lactide et glycolide) est une autre approche synthétique qui offre le meilleur contrôle sur MWs et distribution de poids moléculaire (Đ) que la polycondensation. Toutefois, le manque de fonctionnalité de la chaîne latérale en PAHAs et en lactones limite la diversité des propriétés physiques et chimiques et de leurs applications. ^{4 , 5} . depuis 2006, 1, 3-dioxolane-2, 4-diones, ce que l’on appelle O– carboxyanhydrides (LCP), qui peut être préparé avec une variété riche de fonctionnalités de la chaîne latérale,^{6,7,8, 9 , 10 , 11 , 12 , 13} sont apparus comme une autre classe de monomères très actifs pour la polymérisation de polyester. ^{14 , 15}

Systèmes catalytiques pour le ROP d’OCAs peuvent être classés en organocatalysts,^8,12,16,17 catalyseurs organométalliques^{12,18,19 ,20,21} et biocatalyseurs. ²² en règle générale, le ROP d’OCAs, promue par organocatalyst procède de manière plus ou moins incontrôlée, tels que l’épimérisation (c.-à-d., le manque de stereoregularity) pour OCAs portant des groupes électroattracteurs,^8,17 MWs imprévisibles ou cinétique lente de la polymérisation. ¹³ pour résoudre ces problèmes, un complexe de Zn-alcoolate actif a été développé pour le ROP d’OCAs. ¹² well-controlled ROPs ont été atteints à un faible degré de polymérisation (DP) sans épimérisation. Cependant, ce catalyseur de Zn-alcoolate ne peuvent pas produire efficacement les polymères avec un haut degré de polymérisation (DP ≥ 300). ¹³

Nous avons récemment rapporté une approche prometteuse qui améliore grandement la personnalisation et l’efficacité de la synthèse PAHA (Figure 1). ¹³ nous fusionnons catalyseurs de Ni/Ir photoredox qui favorisent la décarboxylation de la OCA avec zinc alcoolate de médiation polymérisation par ouverture d’OCAs. L’utilisation de basse température (-15 ° C) et photoredox catalyse Ni/Ir en synergie accélère l’ouverture et la décarboxylation d’OCA pour la propagation de la chaîne tout en évitant des réactions secondaires indésirables, par exemple, la formation de Ni-carbonyle. ^{23 , 24} sur transmétallation avec Ni complexe du Zn-alcoolate actif est situé au terminus de la chaîne pour la propagation de la chaîne. ¹³

Dans ce protocole, nous ajoutons frais préparé (bpy)Ni(COD) (bpy = 2, 2′-bipyridyle, COD = 1, 5-cyclooctadiène), Zn(HMDS)₂ (HMDS = hexaméthyldisilazane),²⁵ (BnOH) l’alcool benzylique et Ir [ppy dF (CF₃)]₂(dtbbpy) (₆ ) PF 1-Ir, ppy dF (CF₃) = 2-(2, 4-difluorophényl) -5-(trifluorométhyl) pyridine, dtbbpy = 4, 4′ – di –tert– butyl-2, 2′-bipyridine) dans le monomère l-1 solution²⁶ dans une boîte à gants avec un piège à froid, en présence d’un lumière LED bleue (400-500 nm) et un ventilateur pour maintenir la température (Figure 1). La température est maintenue à-15 ° C ± 5 ° C au cours de la polymérisation. La conversion de l’OCA est surveillée par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier. Le polymère résultant MWs et Đs se caractérise par une chromatographie de perméation de gel (GPC). Le homodécouplage ¹étude RMN H détermine si le polymère obtenu est isotactique ou non. Comme la plupart des produits chimiques sont très sensibles à l’humidité, le protocole détaillé de vidéo est destiné à aider les nouveaux praticiens à éviter les pièges liés à la photoredox ROP d’OCAs.

Protocol

ATTENTION : Veuillez consulter tous les documents pertinents fiches signalétiques (FS) avant utilisation. Beaucoup de produits chimiques utilisés dans la synthèse est extrêmement toxiques et cancérigènes. Copiez toutes les pratiques de sécurité qui s’imposent lors de l’exécution de réaction, y compris l’utilisation des contrôles d’ingénierie (hotte aspirante et boîte à gants) et des équipements de protection individuelle (lunettes, gants, blouse, pantalons longs, chaussures fermées-toe, bleu-clai…

Representative Results

La conversion de l’OCA est surveillée par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier, comme illustré à la Figure 2. Le pic à 1805 cm-1 est assigné comme le tronçon de liaison anhydride dans OCA ; le pic à 1760 cm-1 correspond à la formation de la liaison ester dans le polymère. Une fois que le pic de monomère à 1805 cm-1 disparaît complètement, la polymérisation est terminée. <p class="jove_conte…

Discussion

L’étape critique au sein du protocole maintient la température de réaction-15 ± 5 ° C. Toutes les solutions de catalyseurs et des monomères OCA doivent être stockés dans un congélateur de boîte à gants à-35 ° C avant la polymérisation. Les flacons à réaction doivent être refroidis dans le piège froid. Au cours de la réaction, parce que la lumière LED dissipe la chaleur, il est nécessaire de surveiller la réaction chaque 15-20 minutes. Une fois que la température s’élève jusqu’à-10 ° C, azot…

Materials

Ni(COD)2	Strem	28-0010	Stored in the glove box freezer.
2,2′-bipyridine	Strem	07-0290	Stored in the glove box freezer.
Zn(HMDS)2	N/A	N/A	Synthesized following reported procedures.25 Stored in the glove box freezer.
Benzyl alcohol	Sigma-Aldrich	402834	Stored with 4Å molecular sieve
Ir[dF(CF3)ppy]2(dtbbpy)PF6	Strem	77-0425	Stored in the glove box freezer.
THF	Sigma-Aldrich	34865	Dried by alumina columns and stored with 4Å molecular sieve in the dark bottle in the glove box.
Ethanol	Sigma-Aldrich	793175
GPC with an isocratic pump	Agilent	Agilent 1260 series
Dawn Heleos II Light Scatterer	Wyatt
Optilab rEX differential refractive index detector	Wyatt
Size exclusion columns	Phenomenex
Glass Scintillation Vials – 7 ml	VWR
FTIR spectrometer	Agilent
Stir bars	VWR	58948-091
Balance
Glove box	Mbraun	Labstar Pro