30.10.2020 - Jilin University

Ultraschwere Präzisions-Polymere

Kontrollierte photoenzymatische RAFT Polymerisation nichtkonjugierter Monomere

Eine umweltverträgliche und nachhaltige Synthese „schwergewichtiger“ Polymere mit sehr enger Molekulargewichtsverteilung ist ein bedeutendes Konzept der modernen Polymerchemie. Dank eines neuen photoenzymatischen Ansatzes konnten chinesische Wissenschaftler die Bandbreite möglicher Monomere erweitern. Wie sie in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten, wurden so gut definierte lineare und sternförmige Polymere mit ultrahohen Molekulargewichten erhalten.

Da viele Eigenschaften eines Polymers stark von dessen Molekulargewicht abhängen, wünscht man sich eine möglichst enge Molekulargewichtsverteilung. Präzisionskunststoffe mit ultrahohen Molekulargewichten (≥ 1 t/mol) könnten interessante Kandidaten als mögliche Hochleistungs-Elastomere, niedrig konzentrierte Hydrogele, photonische Materialien, haltbare Beschichtungen und Flockungsmittel sein. Solche schwergewichtigen Polymere sind mit einheitlicher Molekulargewichtsverteilung aber nicht so einfach herstellbar. Vor allem die weit verbreiteten radikalischen Polymerisationen sind dafür zu schlecht kontrollierbar. Moderne Protokolle, z.B. die RAFT-Polymerisation (RAFT: Reversible Additions-Fragmentierungs Kettenübertragungs-Polymerisation), bieten ein wesentlich höheres Maß an Kontrolle, indem die Konzentration der reaktiven Radikale sehr klein gehalten wird. Ein spezielles Agens reagiert dabei mit den wachsenden Polymerketten reversibel zu einer nichtradikalischen Spezies. Dissoziert das Intermediat wieder, entstehen erneut aktive Radikale. Die Reaktion wird verlangsamt, es entstehen längere, einheitlichere Polymerketten.

Ultraschwere Polymere mit schmaler Gewichtsverteilung ließen sich so bisher aber ausschließlich ausgehend von konjugierten Monomeren herstellen, also solchen mit mindestens zwei durch eine Einfachbindung voneinander getrennten C=C-Doppelbindungen. Mit nichtkonjugierten Monomeren, deren Vinyl-Gruppe (-CH=CH2) direkt an ein Nicht-Kohlenstoffatom gebunden ist, gelang dies bisher nicht.

Zesheng An (Jilin University, Changchun) und Ruoyu Li (Shanghai University) meisterten diese Herausforderung jetzt mit einer einfachen, umweltfreundlichen RAFT-Polymerisation, die auf einer enzymatischen Photokatalyse basiert: Das Enzym Glucose-Oxidase (GOx) oxidiert Glucose mit Sauerstoff, dabei reduziert sie den Flavon-haltigen Cofaktor FAD zu FADH, der in dieser Form unter Bestrahlung mit sichtbarem Licht als Photokatalysator agiert und die Radikal-Kettenreaktion startet. GOx verbraucht dabei in der Lösung vorhandenen Sauerstoff – ein weiterer Vorteil, da Sauerstoff bei herkömmlichen radikalischen Polymerisationen stört und zuvor entfernt werden muss. Als Kettenübertragungsmittel dienen Xanthogenate (schwefelhatige Kohlensäurederivate).

In fast quantitativer Ausbeute erhielten die Forscher gut definierte lineare und sternförmige Polymere sowie verschiedene Copolymere mit bisher unerreicht einheitlichen ultrahohen Molekulargewichten ausgehend von nichtkonjugierten Monomeren. Die Reaktion, die eine ausgezeichnete Kontrolle über die Zusammensetzung, das Molekulargewicht und die Architektur bietet, ist einfach in der Handhabung und läuft bei milden Bedingungen (10 °C) in Wasser.

Fakten, Hintergründe, Dossiers
  • Polymerisationen
Mehr über Jilin University
  • News

    Anodenmaterial für sichere und langlebige Batterien

    Ein vielversprechendes Anodenmaterial für künftige Hochleistungsbatterien haben Forscher am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und an der Jilin-Universität in Changchun/China untersucht: Lithium-Lanthan-Titanat mit Perowskit-Kristallstruktur (LLTO). Wie das Team in der Zeitschrift Na ... mehr

    Radikaler Ansatz für hellere LEDs

    Wissenschaftler haben entdeckt, dass halbleitende Moleküle mit ungepaarten Elektronen, die als "Radikale" bezeichnet werden, zur Herstellung sehr effizienter organischer lichtemittierender Dioden (OLEDs) verwendet werden können, indem sie ihre quantenmechanische "Spin"-Eigenschaft nutzen, u ... mehr

    Poröse Salze für Brennstoffzellen

    Für Anwendungen wie Protonenaustauscher-Membranen in Brennstoffzellen wurde eine neue Klasse kristalliner poröser organischer Salze mit hoher Protonenleitfähigkeit entwickelt. Wie Wissenschaftler berichten, spielen polare Kanäle, die Wasser enthalten, eine entscheidende Rolle für die Proton ... mehr

Mehr über Angewandte Chemie
  • News

    Polymere mit Helix-Blöcken

    Künstliche Polymere sind die Grundstoffe aller Kunststoffe, und haben zumeist keinen geordneten Aufbau (im Gegensatz zu Biopolymeren wie Proteinen). Ein Forschungsteam hat nun ein Polymer entwickelt, das sich durch Bestrahlung mit UV-Licht differenziert in gefaltete (geordnete) und ungefalt ... mehr

    Methan aus Kohlendioxid

    Das Recycling von CO2, insbesondere durch Umsetzung zu Methan, gewinnt bei immer noch steigenden anthropogenen CO2-Emissionen an Interesse. Ein geeignetes Verfahren ist die photothermische Methanisierung, bei der CO2 und Wasserstoff unter Bestrahlung mit Sonnenlicht katalytisch in Methan un ... mehr

    Flüssige Kraftstoffe aus Kohlendioxid

    Ein neuer Elektrokatalysator, der Kohlendioxid in flüssige Kraftstoffe umwandelt, heißt „a-CuTi@Cu“. Wie ein chinesisches Forschungsteam in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichtet, erzeugen dabei aktive Kupferzentren auf einer amorphen Kupfer-Titan-Legierung sehr effizient Ethanol, Acet ... mehr