NIRPhoPolFe - Eisenkomplexkatalysierte Synthese von niederdispersen Polymeren durch NIR initiierte kontrollierte radikalische Polymerisation

Ref.-Nr. 5997

Keywords: Nahes Infrarot, Sensibilisator, Eisensalz, Blockpolymer, Molmasse, monodispers, ATRP, Drug Delivery

Die Atomtransferpolymerisation (ATRP) ist eine der am häufigsten eingesetzten Methoden für die maßgeschneiderte Synthese polymerer Materialien. Erste Versuche mit Cu(I)-Katalysatoren erforderten die Entfernung überschüssiger Schwermetallionen.

Auf Photoinitiierung basierende Polymerisationstechniken bieten hier mehrere Vorteile im Vergleich zu eingesetzten Reduktionsmitteln und starten oder stoppen den Polymerisationsprozess durch einfaches Ein- bzw. Ausschalten der Lichtquelle. Eine direkte Anregung von Cu(II)-Komplexen bildet ATRP-aktivierendes Cu(I) im ultravioletten (UV) Bereich, erfordert jedoch die Verwendung von Materialien, die die Lichtabsorption des Photokatalysators nicht stören. Dies hat die Entwicklung von Systemen vorangetrieben, die einen im sichtbaren oder nahen Infrarotbereich (NIR) absorbierenden Sensibilisator verwenden. Somit liegt die verbleibende Konzentration von Cu(II) typischerweise im ppm-Bereich, was als große Verbesserung zu sehen ist. Die klassische ATRP auf Basis von Cu(I)-Komplexen führte ebenfalls zu einer signifikant geringen Dispersität des Molekulargewichts, aber die Konzentration des verbleibenden Cu(I) bleibt vergleichsweise hoch.

Wissenschaftler der Hochschule Niederrhein haben ein Syntheseverfahren für niederdisperse Polymere mit Hilfe der photoinduzierten Eisenkatalysierten ATRP unter Verwendung eines Heptamethinderivates als NIR Absorber und Alkylbromiden entwickelt.

Vorteile

  • Ökonomisch
  • Keine Kupferreste
  • Steuerung der ATRP
  • Gute Ausbeuten
  • Sauerstofftolerant

Kommerzielle Anwendung

Das hier vorgestellte System kann die Verwendung von Monomeren ermöglichen, die eine UV-absorbierende Einheit enthalten, um Blockcopolymere mit UV-Filterfunktion herzustellen. Das funktionierte erfolgreich mit einem Heptamethinderivat mit Barbituratgruppe und CuBr2/L1 und kann mit einer gewissen Sauerstofftoleranz von großem Interesse für zahlreiche Anwendungen sein. Dies wird Impulse für weitere Anwendungen in der Praxis geben, bei denen die maßgeschneiderte Synthese polymerer Materialien in den Fokus rücken wird. Profitieren werden insbesondere Synthesen von Polymernetzwerken mit nahezu homogenem Molekulargewicht zwischen Vernetzungsstellen wünschen. Interessant ist dieses Verfahren weiterhin zur lichtinduzierten maßgeschneiderten Synthese von Additiven für den Lackbereich.

Aktueller Stand

Das Verfahren liegt als "proof-of-concept" vor und die Durchführbarkeit wurde im Labormaßstab erfolgreich aufgezeigt.

Relevante Veröffentlichungen

„Cyanines comprising barbiturate group facilitate NIR-light assisted ATRP under anaerobic and aerobic conditions at two wavelengths using Fe(III) catalyst”, Strehmel et al,  Journal of Polymer Science , DOI. onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/pol.20210273

Eine Erfindung der HS Niederrhein.


Catherine Hartmann

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