可逆加成-斷裂鏈轉移聚合(Reversible Adition-Fragmentation Chain Transfer Polymerization), 簡稱RAFT聚合,具有反應條件溫和、單體選擇范圍廣、分子設計能力強等優點,已發展成為合成復雜拓撲學結構聚合物體系的最通用、最強大的聚合技術之一。
與傳統自由基聚合相比,RAFT聚合不僅保留了傳統自由基聚合的多功能性,還解決了傳統自由基聚合不能較好地控制分子量及大分子結構的問題,因此使用RAFT聚合制備的聚合物具有分子量可控、分子量分布窄、易實現鏈端功能化的優點。
麥克林提供各類RAFT試劑及其衍生產品,具有純度等級高、生產工藝先進、支持研發定制等特點,能被廣泛適用于各類科研項目、研究實驗中,歡迎選購。
本文通過以下幾點介紹麥克林RAFT試劑的產品特性及相關應用:
1.RAFT聚合機理
2.RAFT試劑結構及選用原則
3.麥克林RAFT試劑及相關產品介紹
RAFT聚合機理
RAFT聚合的主要原理如下圖所示,在自由基聚合中加入鏈轉移試劑(Chain Transfer Agent, CTA)的RAFT試劑,將易終止的自由基通過鏈轉移的方式保護起來,使聚合反應中大多數自由基轉變為休眠種,在反應過程中休眠鏈段與活性鏈段同時存在,并通過動態可逆的反應不斷進行快速的相互切換,從而導致在任一時刻,只有少數的聚合物鏈以活性鏈形式存在,并進行增長,最終使得每條聚合物鏈段的增長幾率大致相等,進而表現出活性聚合的特征(分子量隨轉化率線性增長、分子量分布較窄、可進行嵌段共聚物的制備)。
RAFT的聚合機理
RAFT試劑及選用原則 RAFT試劑的結構可視為由雙硫酯與活性基團(Z基)、離去基團(R基)組成。
Z基團主要負責C═S鍵對自由基加成的反應性,并控制中間自由基的穩定性,這必須與傳播自由基的反應性相對應。由于其取代基的電子穩定性,通常與空間因素耦合,MAMs產生相對更穩定的自由基,因此需要一個Z基團,這將有助于穩定中間自由基,從而有利于自由基在C═S上的加成。因此,通常選擇三硫代碳酸酯(Z = S-alkyl)或二硫代苯甲酸酯(Z = Ph) CTAs來控制MAMs的聚合。
另一方面,LAMs的高反應活性使其具有較差的均裂基團,并且它們需要較不穩定的中間體自由基,如黃原酸酯(Z = O-alkyl)或二硫代氨基甲酸鹽(Z = N-alkyl),以利于傳播自由基的斷裂,作為更穩定的中間體充當自由基匯并限制聚合。O(黃原酸酯)和N(二硫代氨基甲酸酯)上的孤對電子離域在硫代羰基基團中,因此使C═S鍵失活,導致自由基加成,并使自由基中間體不穩定。因此,這種效應促進了傳播和中間片段化,從而實現了對LAMs聚合的控制,但對MAMs聚合的控制效果較差。
另外在乳液RAFT聚合中,Z基團對成核步驟也有一定的影響。因此,在RAFT聚合實際應用中,正確選擇Z基團使之活性適配整個反應至關重要,常見Z基團對于RAFT試劑活性的影響見下圖。
適用于聚合各種單體的RAFT試劑Z基團的選用原則
R基團作為RAFT試劑的離去基團,大多數情況為通過碳連接的基團。在RAFT聚合中,RAFT試劑S-R鍵促進活性自由基聚合的能力在很大程度上取決于R基團的離去能力。另外R基團的選擇也會對RAFT試劑的用量產生明顯的影響。所以合理地選擇R基對于更高效地引發聚合同樣十分重要,常見R基團的選用原則如下圖所示。
適用于聚合各種單體的RAFT試劑R基團的選用原則
部分RAFT試劑與單體兼容性表(★★★:兼容性較好;★★兼容性一般;★兼容性較差;—不兼容)
根據不同應用選擇的RAFT試劑
1.多官能度的RAFT試劑,能夠用來做不同拓撲結構的聚合物
2.用于合成pH響應型材料的RAFT試劑
3.端位具有一個反應基團的是通用的RAFT試劑的變體,主要應用于組裝材料、蛋白修飾等