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唐本忠院士團隊深大韓婷《Chem. Sci.》:熒光功能聚噁二唑的無催化劑合成及其在多孔薄膜制備和可視化中的應用
2022-12-28  來源:高分子科技

  新型聚合反應的開發對于結構新穎、性能獨特的功能聚合物的開發具有重要推動意義。在各類功能聚合物中,雜環聚合物因其優異的耐熱性和化學穩定性、良好的機械性能、獨特的光電性質和刺激響應特性等,受到多領域的廣泛關注。作為一種重要的雜環聚合物,聚噁二唑(POD)被廣泛應用在耐高溫材料、氣體分離、燃料電池、電子和質子傳輸材料等領域。然而,POD在合成上的困難極大地限制了其結構和功能的多樣性,具有優異熒光性能的POD材料仍研究較少。


  多組分聚合是高效構筑多功能高分子庫的有力手段。近期唐本忠院士團隊深圳大學AIE研究中心韓婷等人基于有機化學中經典的Ugi反應發展了一種便捷、高效的新型Ugi多組分聚合反應策略。這種無催化劑參與的多組分聚合反應能夠在室溫條件下將簡單易得的醛、羧酸、仲胺和(異氰基亞氨基)三苯基膦直接轉化為一系列具有多種拓撲結構的熒光功能POD(圖1)。 


圖1. 多組分聚合反應路線示意圖及文章亮點總結


  該工作要點包括:


  (1)POD的傳統合成方法相比,所報道的Ugi類型的多組分聚合策略具有無需催化劑、反應條件溫和、操作簡單、底物范圍廣泛、產物結構規整多樣等優勢。可以通過采用多種不同的單體組合方式來便捷地調控POD的化學結構和拓撲結構,進而制備出一系列分子量高、溶解性好、結構各異的線型和超支化POD2和圖3絕對重均分子量高達124100 g/mol所得聚合物均具有良好的熱穩定性以及優異的成膜性


  (2)經典的Ugi聚合產物往往局限于各種聚酰胺,該工作所報道的新型Ugi多組分聚合可以在聚合物骨架中原位生成噁二唑基元。這得益于仲胺和(異氰基亞氨基)三苯基膦單體的使用所造成的反應機理變化,在反應過程中可能發生了分子內aza-Wittig關環過程。由此反應所生成的多取代POD骨架結構是其他聚合方法較難獲得的。


  (3)通過在聚合物結構中適當地引入發光基團,所得產物可以表現出強烈的聚集誘導發光(AIE)特性。基于AIE線型POD良好的成膜能力、獨特的自組裝性能和明亮的固態熒光,可以采用簡單的靜態呼吸圖法制備出具有穩定有序多孔結構的熒光薄膜(圖4)。利用熒光可視化技術的高靈敏度、原位實時、便捷快速的優勢,作者系統地研究了POD形成有序多孔薄膜的影響因素,這有助于進一步推動此類熒光多孔薄膜在不同領域中的應用。


  (4)具有AIE特性的線形和超支化POD都具有良好的生物相容性、溶酶體靶向性和優異的抗光漂白特性,有潛力作為溶酶體特異型熒光探針應用于生物成像中。 


2. 多樣化單體組合方式合成線型結構POD 


3. 多樣化單體組合方式合成超支化結構POD 


4. 基于靜態呼吸圖法制備多孔薄膜


  該工作充分體現了多組分聚合反應在高分子主鏈結構調控方面的優勢,呈現出簡單便捷的合成特點,對雜環聚合物的結構多樣性和構-效關系的系統研究提供了重要借鑒。以上工作以“Catalyst-free synthesis of diverse fluorescent polyoxadiazoles for the facile formation and morphology visualization of microporous films and cell imaging”為題,近期發表在《Chemical Science》上(DOI10.1039/D2SC05960F)。文章第一作者為深圳大學碩士研究生謝俊垚,通訊作者為香港中文大學(深圳)唐本忠院士和深圳大學韓婷特聘研究員。該研究得到國家自然科學基金委和深圳市基礎研究面上項目的支持。


  文章信息:Xie, J.; Niu, N.; Fu, X.; Su, X.; Wang, D.; Qin, A.; Han, T.; Tang, B. Z., Catalyst-free synthesis of diverse fluorescent polyoxadiazoles for the facile formation and morphology visualization of microporous films and cell imaging. Chemical Science 2023, DOI: 10.1039/D2SC05960F.

  https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2023/SC/D2SC05960F

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(責任編輯:xu)
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