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Chemistry

नियंत्रित Photoredox अंगूठी-खोलने के बहुलकीकरण -Carboxyanhydrides द्वारा मध्यस्थ/Zn परिसरों

doi: 10.3791/56654 Published: November 21, 2017

Abstract

यहां, हम एक प्रभावी प्रोटोकॉल का वर्णन है कि एक Zn के उपयोग के साथ photoredox नी/आईआर catalysis को जोड़ती है-कुशल अंगूठी खोलने बहुलकीकरण के लिए alkoxide, isotactic पाली के संश्लेषण के लिए अनुमति (α-hydroxy एसिड) की उंमीद आणविक भार के साथ (> 140 केडीए) और संकीर्ण आणविक भार वितरण (एमडब्ल्यू/एमएन < १.१). इस अंगूठी-खोलने बहुलकीकरण एक शराब सर्जक और एक photoredox Ir उत्प्रेरक, विकिरणित द्वारा एक नीली एलईडी (४००-५०० एनएम) की उपस्थिति में एनआई और Zn परिसरों से मध्यस्थता है । बहुलकीकरण अवांछित साइड प्रतिक्रियाओं से बचने के लिए एक कम तापमान (-15 डिग्री सेल्सियस) पर किया जाता है । पूरा मोनोमर खपत 4-8 घंटे के भीतर प्राप्त किया जा सकता है, एक बहुलक संकीर्ण आणविक वजन वितरण के साथ उंमीद की आणविक वजन के करीब प्रदान । परिणामस्वरूप संख्या-औसत आणविक वजन १००० तक बहुलकीकरण की डिग्री के साथ एक रैखिक संबंध से पता चलता है । homodecoupling 1एच एनएमआर अध्ययन की पुष्टि करता है कि प्राप्त बहुलक epimerization के बिना isotactic है । इस बहुलकीकरण इस के साथ साथ रिपोर्ट तेजी से प्राप्त करने के लिए एक रणनीति प्रदान करता है, नियंत्रित -carboxyanhydrides बहुलकीकरण stereoregular पाली तैयार करने के लिए (α-hydroxy एसिड) और इसके copolymers असर विभिन्न कार्यात्मक पक्ष श्रृंखला समूहों.

Introduction

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पॉली (α-hydroxy acid) (PAHA) जैव चिकित्सा उपकरणों से लेकर पैकेजिंग सामग्रियों तक के आवेदनों के साथ biodegradable और संगत पॉलिमर का एक महत्वपूर्ण वर्ग है । 1 , यद्यपि पहस α-hydroxy अम्ल के polycondensation द्वारा सीधे तैयार किया जा सकता है, परिणामस्वरूप मेगावाट के आणविक भार (पहस) सामान्यतः कम होते हैं. lactones (जैसे, lactide और glycolide) के 3 रिंग-ओपनिंग बहुलकीकरण (ROP) एक वैकल्पिक सिंथेटिक दृष्टिकोण है जो मेगावाट और आणविक भार वितरण (Đ) पर बेहतर नियंत्रण प्रदान करता है । हालांकि, पहस में पक्ष श्रृंखला कार्यक्षमता की कमी और lactones में भौतिक और रासायनिक गुणों और उनके अनुप्रयोगों की विविधता की सीमा । 4 , 5 के बाद से २००६, 1, 3-dioxolane-2, 4-दिोनों, तथाकथित O-carboxyanhydrides (OCAs), जो कि सुसाइड-चेन कार्यक्षमताओं के साथ-साथ,6, 7,8 9 , 10 , 11 , 12 , 13 पॉलिएस्टर बहुलकीकरण के लिए अत्यधिक सक्रिय मोनोमर के एक वैकल्पिक वर्ग के रूप में उभरा है । 14 , 15

OCAs के ROP के लिए उत्प्रेरक प्रणालियों organocatalysts में वर्गीकृत किया जा सकता है,8,12,16,17 organometallic उत्प्रेरक12,18,19 ,20,21 और मंहगे हैं । 22 आम तौर पर, एक अधिक या कम अनियंत्रित तरीके से organocatalyst आय में OCAs के ROP, जैसे epimerization (यानी, stereoregularity की कमी के रूप में) OCAs असर इलेक्ट्रॉन के लिए वापस लेने समूहों,8,17 अप्रत्याशित मेगावाट, या स्लो बहुलकीकरण कैनेटीक्स. 13 इन समस्याओं को हल करने के लिए, एक सक्रिय Zn-alkoxide जटिल OCAs के ROP के लिए विकसित किया गया था । epimerization के बिना बहुलकीकरण (डीपी) की कम डिग्री पर 12 अच्छी तरह नियंत्रित रॉप हासिल किए गए । हालांकि, इस Zn-alkoxide उत्प्रेरक कुशलता से बहुलकीकरण (डीपी ≥ ३००) के एक उच्च डिग्री के साथ पॉलिमर का उत्पादन नहीं कर सकते । 13

हमने हाल ही में एक होनहार दृष्टिकोण है कि काफी अनुकूलन और PAHA संश्लेषण की दक्षता में सुधार की सूचना दी है (चित्रा 1) । 13 हम photoredox Ni/आईआर उत्प्रेरक है कि जस्ता alkoxide के साथ OCA decarboxylation को बढ़ावा देने के लिए मध्यस्थता अंगूठी खोलने बहुलकीकरण के OCAs विलय । कम तापमान का उपयोग (-15 डिग्री सेल्सियस) और photoredox नी/आईआर catalysis synergistically की अंगूठी खोलने और श्रृंखला के प्रसार के लिए OCA के decarboxylation में बढ़ौतरी करते हुए अवांछित पक्ष प्रतिक्रियाओं से परहेज, जैसे, नी-carbonyl के गठन । 23 , 24 transmetalation पर नी परिसर के साथ सक्रिय Zn-alkoxide चेन प्रचार के लिए चेन टर्मिनस पर स्थित है । 13

इस प्रोटोकॉल में, हम नए सिरे से तैयार (bpy) नी जोड़ने (कॉड) (bpy = 2, 2 '-bipyridyl, कॉड = 1, 5-cyclooctadiene), Zn (HMDS)2 (HMDS = hexamethyldisilazane),25 benzyl अल्कोहल (BnOH) और Ir [dF (CF3) ppy]2(dtbbpy) कत6 ( Ir-1, dF (CF3) ppy = 2-(2, 4-difluorophenyl)-5-(trifluoromethyl) pyridine, dtbbpy = 4, 4 '-di-टर्ट-butyl-2, 2 '-bipyridine) में मोनोमर एल-1 समाधान26 एक दस्ताने बॉक्स में एक ठंडे जाल के साथ, एक की उपस्थिति में नीला एलईडी लाइट (400-500 एनएम) और एक प्रशंसक तापमान (चित्रा 1) बनाए रखने के लिए । तापमान बहुलकीकरण के दौरान-15 ° c ± 5 ° c में रखा जाता है । OCA के रूपांतरण का रूपान्तर-रूपांतर इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी द्वारा मॉनीटर किया जाता है. परिणामस्वरूप बहुलक मेगावाट और Đएस एक जेल permeation क्रोमैटोग्राफी (GPC) की विशेषता है । homodecoupling 1एच एनएमआर अध्ययन निर्धारित करता है कि प्राप्त बहुलक isotactic है या नहीं । के रूप में सबसे अधिक रसायनों नमी के प्रति संवेदनशील हैं, विस्तृत वीडियो प्रोटोकॉल नए चिकित्सकों OCAs के photoredox ROP के साथ जुड़े नुकसान से बचने में मदद करने के लिए करना है ।

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Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

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References

  1. 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).
  2. 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).
  3. 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).
  4. Albertsson, A. -C., Varma, I. K. Recent developments in ring opening polymerization of lactones for biomedical applications. Biomacromolecules. 4, 1466-1486 (2003).
  5. Vert, M. Aliphatic polyesters: great degradable polymers that cannot do everything. Biomacromolecules. 6, 538-546 (2005).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. Wang, R., et al. Controlled ring-opening polymerization of O-carboxyanhydrides Using a β-Diiminate Zinc Catalyst. Angew. Chem. Int. Ed. 13010-13014 (2016).
  13. Feng, Q., Tong, R. Controlled photoredox ring-opening polymerization of O-carboxyanhydrides. J. Am. Chem. Soc. 139, 6177-6182 (2017).
  14. Martin Vaca, B., Bourissou, D. O-Carboxyanhydrides: useful tools for the preparation of Well-defined functionalized polyesters. ACS Macro Lett. 4, 792-798 (2015).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. Zhuang, X. -l, et al. Polymerization of lactic O-carboxylic anhydride using organometallic catalysts. Chin. J. Polym. Sci. 29, 197-202 (2010).
  19. 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).
  20. 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).
  21. Tong, R., Cheng, J. Drug-initiated, controlled ring-opening polymerization for the synthesis of polymer-drug conjugates. Macromolecules. 45, 2225-2232 (2012).
  22. 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).
  23. 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).
  24. Deming, T. J. Amino acid derived nickelacycles: intermediates in nickel-mediated polypeptide synthesis. J. Am. Chem. Soc. 120, 4240-4241 (1998).
  25. 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).
  26. 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).
नियंत्रित Photoredox अंगूठी-खोलने के बहुलकीकरण <em>ओ</em>-Carboxyanhydrides द्वारा मध्यस्थ/Zn परिसरों
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Feng, Q., Tong, R. Controlled Photoredox Ring-Opening Polymerization of O-Carboxyanhydrides Mediated by Ni/Zn Complexes. J. Vis. Exp. (129), e56654, doi:10.3791/56654 (2017).More

Feng, Q., Tong, R. Controlled Photoredox Ring-Opening Polymerization of O-Carboxyanhydrides Mediated by Ni/Zn Complexes. J. Vis. Exp. (129), e56654, doi:10.3791/56654 (2017).

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