נשלט Photoredox הפילמור טבעת-פתיחה של O- Carboxyanhydrides מתווכת על-ידי Ni/Zn מתחמי
Summary
עבור הפילמור טבעת-פתיחה מבוקרת photoredox של O– carboxyanhydrides מתווכת על-ידי Ni/Zn מתחמי פרוטוקול מוצג.
Abstract
כאן, אנו מתארים את פרוטוקול יעיל המשלבת photoredox זרז ניקל/Ir עם השימוש Zn-alkoxide עבור הפילמור טבעת-פתיחה יעילה, המאפשר הסינתזה של פולי isotactic (α-הידרוקסי) עם משקולות מולקולרית הצפוי (> 140 kDa) צרים הפצות משקל מולקולרי (Mw/Mn < 1.1). הפילמור טבעת-פתיחה זה מתווך על ידי מתחמי ני ו- Zn בנוכחות יזם אלכוהול photoredox Ir catalyst, מוקרן על ידי נורית כחולה (400-500 ננומטר). הפילמור מתבצע בטמפרטורה נמוכה (לטאוואנג) כדי למנוע תגובות לוואי לא רצויות. יכולה להיות מושגת על צריכת מונומר מלאה בתוך 4-8 שעות, מתן פולימר קרוב משקל מולקולרי הצפוי עם חלוקת משקל מולקולרי צרים. משקל מולקולרי המספר הממוצע הביא מראה קשר ליניארי עם מידת פלמור עד 1000. Homodecoupling 1H NMR המחקר מאשר כי הפולימר שהושג הוא isotactic ללא epimerization… זה הפילמור דיווח בזאת מציע אסטרטגיה להשגת מהירה, מבוקרים O– carboxyanhydrides פלמור להכין stereoregular פולי (α-הידרוקסי) וסופולימרים שלה הנושאת קבוצות צד-שרשרת פונקציונליות שונות.
Introduction
פוליפוני (חומצה הידרוקסי α) (הלך לפהה) היא מחלקה חשובה של פולימרים מתכלים, מסתיימים עם יישומים ועד התקנים ביו חומרי אריזה. 1 , 2 למרות PAHAs ניתן להכין ישירות על-ידי polycondensation של חומצות α הידרוקסי, משקלי מולקולרית (MWs) PAHAs שנוצר בדרך כלל נמוך. 3 הפילמור טבעת-פתיחה (הפרסומות) של lactones (למשל, lactide ו- glycolide) היא גישה סינתטית חלופי המספק שליטה טובה יותר על MWs והפצה משקל מולקולרי (Đ) מ- polycondensation. עם זאת, העדר צד-שרשרת פונקציונליות ב- PAHAs וב -lactones להגביל את המגוון של הפיסיקליות והכימיות ושימושיהם. 4 , 5 . מאז 2006, 1, 3-dioxolane-2, 4-diones, מה שנקרא O– carboxyanhydrides (OCAs), אשר ניתן להכין עם מגוון עשיר של פונקציות צד-שרשרת,6,7,8, 9 , 10 , 11 , 12 , 13 הופיעו כמו שיעור חלופי של מונומרים פעיל ביותר עבור פוליאסטר הפילמור. 14 , 15
ניתן לסווג מערכות קטליטי הפרסומות של OCAs organocatalysts,8,12,16,17 זרזים אורגנומתכתית12,18,19 ,20,21 ו- biocatalysts. 22 . בדרך כלל, הפרסומות של OCAs קידום על ידי organocatalyst ממשיך בצורה מבוקרת פחות או יותר, כגון epimerization (קרי, חוסר stereoregularity) עבור OCAs הנושאת קבוצות אלקטרונים-נסיגה,8,17 MWs בלתי צפויים, או קינטיקה הפילמור איטי. 13 כדי לטפל בבעיות אלו, קומפלקס Zn-alkoxide פעיל פותחה עבור הפרסומות של OCAs. 12 well-controlled רופס הושגו על דרגת הפילמור (DP) ללא epimerization נמוכה. עם זאת, הזרז Zn-alkoxide הזה לא יכול ביעילות לייצר פולימרים עם רמה גבוהה של פלמור (DP ≥ 300). 13
לאחרונה דיווחנו בגישה מבטיח המשפרת מאוד ההתאמה האישית ואת היעילות של הלך לפהה סינתזה (איור 1). 13 . אנחנו למזג photoredox ני/Ir זרזים המקדמים OCA decarboxylation עם אבץ alkoxide לתווך הפילמור טבעת-הפתיחה של OCAs. השימוש של טמפרטורה נמוכה (לטאוואנג) photoredox ני/Ir זרז מאיצה בסינרגיה טבעת-הפתיחה ואת decarboxylation של OCA עבור רשת הפצת תוך הימנעות תגובות לוואי לא רצויים, למשל, היווצרות של ני-קרבוניל. 23 , 24 על transmetalation עם גרפיקה מורכבת פעיל Zn-alkoxide הינו ממוקם על שרשרת הסופית עבור רשת הפצת. 13
ב פרוטוקול זה, אנו מוסיפים טריים המוכנים (bpy)Ni(COD) (bpy = 2, 2′-bipyridyl, בקלה = 1, 5-cyclooctadiene), Zn(HMDS)2 (HMDS = hexamethyldisilazane),25 בנזיל אלכוהול (BnOH) ו- (6 PF2(dtbbpy) Ir [ppy dF (CF3)] Ir-1, dF (CF3) ppy = 2-(2, 4-difluorophenyl)-5-פירידין (trifluoromethyl), dtbbpy = 4, 4′ – di –טרט– בוטיל-2-2′ bipyridine) לתוך מונומר l-1 פתרון26 בקופסת הכפפות מלכודת קר, בהמצאות אור LED כחול (400-500 ננומטר) ומאוורר כדי לשמור על הטמפרטורה (איור 1). הטמפרטורה נשמרת ב לטאוואנג ± 5 ° C במהלך הפילמור. ההמרה של OCA נמצא בפיקוח פורייה-ספקטרוסקופיית. הפולימר וכתוצאה מכך MWs Đs מתאפיינת ביולוגיה מולקולרית הסתננות ג’ל (GPC). Homodecoupling 1H NMR מחקר קובע אם הפולימר שהושג הוא isotactic או לא. כמו רוב הכימיקלים רגישים מאוד לחות, פרוטוקול וידאו מפורט נועד לעזור מתרגלים חדשים למנוע pitfalls המשויך photoredox הפרסומות של OCAs.
Protocol
Representative Results
Discussion
השלב הקריטי בתוך הפרוטוקול היא שמירה על טמפרטורת התגובה ב-15 ± 5 ° C. כל פתרונות זרזים OCA מונומרים יש לאחסן במקפיא הכפפות ב-35 מעלות צלזיוס לפני הפילמור. הבקבוקונים התגובה חייב להיות מקורר מראש במלכודת קר. במהלך התגובה, כי נורית ה-LED כלתה חום, יש צורך לנטר את התגובה כל 15-20 דקות. ברגע שהטמפרטורה מו?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי סטארט-אפ מימון של המכון הפוליטכני וירג’יניה וסטייט. Q.F. מאשר תמיכה הלאומי מדעי הטבע קרן של סין (21504047), מדעי הטבע קרן של מחוז ג’יאנגסו (BK20150834), אוניברסיטת נאנג’ינג של ההודעות, תקשורת מדעית קרן NUPTSF (NY214179).
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 |
References
- Rezwan, K., Chen, Q. Z., Blaker, J. J., Boccaccini, A. R. Biodegradable and bioactive porous polymer/inorganic composite scaffolds for bone tissue engineering. Biomaterials. 27, 3413-3431 (2006).
- Kataoka, K., Harada, A., Nagasaki, Y. Block copolymer micelles for drug delivery: design, characterization and biological significance. Adv. Drug Deliv. Rev. 47, 113-131 (2001).
- Nagahata, R., Sano, D., Suzuki, H., Takeuchi, K. Microwave-assisted single-step synthesis of poly (lactic acid) by direct polycondensation of lactic acid. Macromol. Rapid Commun. 28, 437-442 (2007).
- Albertsson, A. -. C., Varma, I. K. Recent developments in ring opening polymerization of lactones for biomedical applications. Biomacromolecules. 4, 1466-1486 (2003).
- Vert, M. Aliphatic polyesters: great degradable polymers that cannot do everything. Biomacromolecules. 6, 538-546 (2005).
- Thillayedu Boullay, O., Marchal, E., Martin-Vaca, B., Cossío, F. P., Bourissou, D. An activated equivalent of lactide toward organocatalytic ring-opening polymerization. J. Am. Chem. Soc. 128, 16442-16443 (2006).
- Thillayedu Boullay, O., Bonduelle, C., Martin-Vaca, B., Bourissou, D. Functionalized polyesters from organocatalyzed ROP of gluOCA, the O-carboxyanhydride derived from glutamic acid. Chem. Commun. , 1786-1788 (2008).
- Pounder, R. J., Fox, D. J., Barker, I. A., Bennison, M. J., Dove, A. P. Ring-opening polymerization of an O-carboxyanhydride monomer derived from L-malic acid. Polym. Chem. 2, 2204-2212 (2011).
- Zhang, Z., et al. Facile functionalization of polyesters through thiol-yne chemistry for the design of degradable, cell-penetrating and gene delivery dual-functional agents. Biomacromolecules. 13, 3456-3462 (2012).
- Lu, Y., et al. Synthesis of water-soluble poly(α-hydroxy acids) from living ring-opening polymerization of O-benzyl-l-serine carboxyanhydrides. ACS Macro Lett. 1, 441-444 (2012).
- Chen, X., et al. New bio-renewable polyester with rich side amino groups from L-lysine via controlled ring-opening polymerization. Polym. Chem. 5, 6495-6502 (2014).
- Wang, R., et al. Controlled ring-opening polymerization of O-carboxyanhydrides Using a β-Diiminate Zinc Catalyst. Angew. Chem. Int. Ed. , 13010-13014 (2016).
- Feng, Q., Tong, R. Controlled photoredox ring-opening polymerization of O-carboxyanhydrides. J. Am. Chem. Soc. 139, 6177-6182 (2017).
- Martin Vaca, B., Bourissou, D. O-Carboxyanhydrides: useful tools for the preparation of Well-defined functionalized polyesters. ACS Macro Lett. 4, 792-798 (2015).
- Yin, Q., Yin, L., Wang, H., Cheng, J. Synthesis and biomedical applications of functional poly(alpha-hydroxy acids) via ring-opening polymerization of O-carboxyanhydrides. Acc. Chem. Res. 48, 1777-1787 (2015).
- Xia, H., et al. N-heterocyclic carbenes as organocatalysts in controlled/living ring-opening polymerization of O-carboxyanhydrides derived from l-lactic acid and l-mandelic acid. J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 52, 2306-2315 (2014).
- Buchard, A., et al. Preparation of stereoregular isotactic poly(mandelic acid) through organocatalytic ring-opening polymerization of a cyclic O-carboxyanhydride. Angew. Chem. Int. Ed. 53, 13858-13861 (2014).
- Zhuang, X. -. l., et al. Polymerization of lactic O-carboxylic anhydride using organometallic catalysts. Chin. J. Polym. Sci. 29, 197-202 (2010).
- He, Z., Jiang, L., Chuan, Y., Li, H., Yuan, M. Ring-opening polymerization of L-lactic acid O-carboxyanhydrides initiated by alkoxy rare earth compounds. Molecules. 18, 12768-12776 (2013).
- Jia, F., et al. One-pot atom-efficient synthesis of bio-renewable polyesters and cyclic carbonates through tandem catalysis. Chem. Commun. 51, 8504-8507 (2015).
- Tong, R., Cheng, J. Drug-initiated, controlled ring-opening polymerization for the synthesis of polymer-drug conjugates. Macromolecules. 45, 2225-2232 (2012).
- Bonduelle, C., Martin-Vaca, B., Bourissou, D. Lipase-catalyzed ring-opening polymerization of the O-carboxylic anhydride derived from lactic acid. Biomacromolecules. 10, 3069-3073 (2009).
- Yamamoto, T., Igarashi, K., Komiya, S., Yamamoto, A. Preparation and properties of phosphine complexes of nickel-containing cyclic amides and esters [(PR3)nNiCH2CH(R1)COZ (Z = NR2, O)]. J. Am. Chem. Soc. 102, 7448-7456 (1980).
- Deming, T. J. Amino acid derived nickelacycles: intermediates in nickel-mediated polypeptide synthesis. J. Am. Chem. Soc. 120, 4240-4241 (1998).
- Lee, D. -. Y., Hartwig, J. F. Zinc trimethylsilylamide as a mild ammonia equivalent and base for the amination of aryl halides and triflates. Org. Lett. 7, 1169-1172 (2005).
- Yin, Q., et al. Drug-initiated ring-opening polymerization of O-carboxyanhydrides for the preparation of anticancer drug-poly(O-carboxyanhydride) nanoconjugates. Biomacromolecules. 14, 920-929 (2013).
