可逆加成-断裂链转移聚合(Reversible Adition-Fragmentation Chain Transfer Polymerization), 简称RAFT聚合,具有反应条件温和、单体选择范围广、分子设计能力强等优点,已发展成为合成复杂拓扑学结构聚合物体系的最通用、最强大的聚合技术之一。
与传统自由基聚合相比,RAFT聚合不仅保留了传统自由基聚合的多功能性,还解决了传统自由基聚合不能较好地控制分子量及大分子结构的问题,因此使用RAFT聚合制备的聚合物具有分子量可控、分子量分布窄、易实现链端功能化的优点。
麦克林提供各类RAFT试剂及其衍生产品,具有纯度等级高、生产工艺先进、支持研发定制等特点,能被广泛适用于各类科研项目、研究实验中,欢迎选购。
本文通过以下几点介绍麦克林RAFT试剂的产品特性及相关应用:
1.RAFT聚合机理
2.RAFT试剂结构及选用原则
3.麦克林RAFT试剂及相关产品介绍
RAFT聚合机理
RAFT聚合的主要原理如下图所示,在自由基聚合中加入链转移试剂(Chain Transfer Agent, CTA)的RAFT试剂,将易终止的自由基通过链转移的方式保护起来,使聚合反应中大多数自由基转变为休眠种,在反应过程中休眠链段与活性链段同时存在,并通过动态可逆的反应不断进行快速的相互切换,从而导致在任一时刻,只有少数的聚合物链以活性链形式存在,并进行增长,最终使得每条聚合物链段的增长几率大致相等,进而表现出活性聚合的特征(分子量随转化率线性增长、分子量分布较窄、可进行嵌段共聚物的制备)。
RAFT的聚合机理
RAFT试剂及选用原则 RAFT试剂的结构可视为由双硫酯与活性基团(Z基)、离去基团(R基)组成。
Z基团主要负责C═S键对自由基加成的反应性,并控制中间自由基的稳定性,这必须与传播自由基的反应性相对应。由于其取代基的电子稳定性,通常与空间因素耦合,MAMs产生相对更稳定的自由基,因此需要一个Z基团,这将有助于稳定中间自由基,从而有利于自由基在C═S上的加成。因此,通常选择三硫代碳酸酯(Z = S-alkyl)或二硫代苯甲酸酯(Z = Ph) CTAs来控制MAMs的聚合。
另一方面,LAMs的高反应活性使其具有较差的均裂基团,并且它们需要较不稳定的中间体自由基,如黄原酸酯(Z = O-alkyl)或二硫代氨基甲酸盐(Z = N-alkyl),以利于传播自由基的断裂,作为更稳定的中间体充当自由基汇并限制聚合。O(黄原酸酯)和N(二硫代氨基甲酸酯)上的孤对电子离域在硫代羰基基团中,因此使C═S键失活,导致自由基加成,并使自由基中间体不稳定。因此,这种效应促进了传播和中间片段化,从而实现了对LAMs聚合的控制,但对MAMs聚合的控制效果较差。
另外在乳液RAFT聚合中,Z基团对成核步骤也有一定的影响。因此,在RAFT聚合实际应用中,正确选择Z基团使之活性适配整个反应至关重要,常见Z基团对于RAFT试剂活性的影响见下图。
适用于聚合各种单体的RAFT试剂Z基团的选用原则
R基团作为RAFT试剂的离去基团,大多数情况为通过碳连接的基团。在RAFT聚合中,RAFT试剂S-R键促进活性自由基聚合的能力在很大程度上取决于R基团的离去能力。另外R基团的选择也会对RAFT试剂的用量产生明显的影响。所以合理地选择R基对于更高效地引发聚合同样十分重要,常见R基团的选用原则如下图所示。
适用于聚合各种单体的RAFT试剂R基团的选用原则
部分RAFT试剂与单体兼容性表(★★★:兼容性较好;★★兼容性一般;★兼容性较差;—不兼容)
根据不同应用选择的RAFT试剂
1.多官能度的RAFT试剂,能够用来做不同拓扑结构的聚合物
2.用于合成pH响应型材料的RAFT试剂
3.端位具有一个反应基团的是通用的RAFT试剂的变体,主要应用于组装材料、蛋白修饰等