ハイのための新しいルート

May 29, 2024

Scientific Reports volume 5、記事番号: 18244 (2016) この記事を引用

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メトリクスの詳細

生体適合性の高いポリマーの合成は、現代のバイオテクノロジーと医学にとって重要です。 ここでは、光および熱による活性化や開始剤の添加を行わずに、室温でメタクリル酸 2-(ヒドロキシエチル) (HEMA) を超高速かつ効率的に塊状重合するための 2 段階高圧ランプ (HPR) に基づく独自のプロセスを報告します。 。 HEMA モノマーは圧縮ステップ中に最初に活性化されますが、その反応性は高密度のガラス状環境によって妨げられます。 急速な重合は、液体状態への減圧時の第 2 ステップでのみ発生します。 回収されたサンプルでは、​​変換収率が 90% を超えることが判明しました。 ゲル浸透クロマトグラフィーは、重合機構における HEMA2... ビラジカルの最も重要な役割を証明します。 HPR プロセスは、現在検討されている結晶化モノマーのファミリーを超えて、HP 誘起重合の応用分野を拡張します。 また、一般的な光または熱による活性化に代わる魅力的な代替手段でもあり、高純度の有機材料の効率的な合成が可能になります。

高圧 (HP) 技術は材料科学において非常に重要なツールであり、初期材料を技術的に興味深い特性を示す新しい材料に変換するために広く使用されています。 高圧下でのグラファイトからのダイヤモンドの合成は、この分野で最も印象的な例の 1 つです1。 最近、環境問題への注目の高まりとグリーンケミストリープロセス2の開発需要の高まりにより、HP テクノロジーの新たな応用分野が開かれています3。 この観点から見ると、HP 化学の最も重要な利点の 1 つは、潜在的に有毒な溶媒、触媒、またはラジカル開始剤を使用せずに化学反応を開始できる可能性である4、5、6。 高圧科学は、基礎的な物性物理学や化学においても重要です。 基本的に、HP によって引き起こされる化学反応は、特定の条件下で競合する可能性がある 2 つの要因によって支配されます。 まず、密度の増加により分子間相互作用と電子構造が大きく変化し、系が熱力学的に不安定になります。 第 2 に、HP によって誘発されるストレスにより、重大なポテンシャル エネルギー障壁が生じ、これが反応経路の選択性につながる可能性があります。 たとえば、分子結晶固体では、いわゆるトポケミカル原理に従って、反応物の配向が特定の反応チャネルを促進または阻止する可能性があります。 したがって、圧縮によって系に加えられるエネルギーは反応を開始するには十分かもしれませんが、高密度環境によって引き起こされる制約により、反応座標に沿った分子の再配列が妨げられ、さらには反応が妨げられる可能性があります。 不可逆的または可逆的な HP 誘発化学反応の例は、いくつかのレビューで報告されています 7、8、9。

HP 誘発化学反応の中でも、重合は、ラジカル発生添加剤を含まない純粋なポリマーが得られる可能性があるため、大きな関心を集めています。 過去 10 年間、液相および結晶相における小さな不飽和炭化水素分子の HP 重合は、実験的に 4,5,10,11,12 と理論的に 13,14,15,16 の両方で広範囲に研究されてきました。 これらの研究によると、高圧は二重または三重のπ結合の切断を促進し、連鎖反応を引き起こすラジカル種を生成します。 これらの HP 反応は圧力閾値を超えて発生し、数時間または数日の時間スケールでゆっくりと進行します。 これらの反応を促進するために 2 つのアプローチが検討されています。 最初のアプローチは、圧力を高めることから構成されます。 ただし、圧力の増加に伴う分子の移動性の低下により、このアプローチは、重合に大きな分子の再配列が必要ない規則相のモノマーに限定されます 5,17。 したがって、光活性化は、反応速度を加速し、重合を開始するために必要な圧力閾値を下げるために避けられないアプローチであると一般に考えられています18。