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科技工作者之家 2020-04-09
来源:高分子科学前沿
原标题:由大肠杆菌环状DNA到环状高分子!《Nat. Chem》综述: 环状聚合物的合成、性能及应用前景
环状聚合物一类具有环状结构且没有端基的高分子材料。由于其特有的拓扑结构,与常见的线形或支化聚合物相比,环状聚合物表现出独特的性质,例如较小的流体力学体积、较慢的降解速率、较好的稳定性以及较高的玻璃化转变温度等。近二十年来,人们致力于开发高纯度环状聚合物合成工艺,并揭示环状聚合物的拓扑结构与物理性能的关系。通过使用新型且高效的催化剂或末端基团间的“点击”反应来形成环状键的方法为调节聚合物的物理性质提供了一种新的途径。例如,食品和药物管理局批准的聚酯具有较好的药代动力学、生物相容性和生物可降解性,而与之对应的环状类似物在保持原有特性的同时,可以调节其溶解度、结晶度以及降解性能。
图1. 环状聚合物的合成方法、物理和生物特性。
近日,美国杜兰大学 Scott M. Grayson教授在《Nature Chemistry》发表了题为“The synthesis, properties and potential applications of cyclic polymers” (DOI: 10.1038/s41557-020-0440-5 ) 的综述论文,系统地综述了环状聚合物的主要制备方法和基本物理性质,并对环状聚合物未来应用前景的关键做了展望。
1. 环状聚合物的发现和合成方法1958年,Jacob和Wollman首次提出了环状聚合物的概念,并通过电子显微镜证实大肠杆菌的DNA是环状结构。随后,人们发现了很多种环状生物大分子,包括环肽类和环脂类等,并且注意到这些环状大分子独特的环状结构赋予了其较好的稳定性和较强的分子内相互作用。受此启发,为了制备环状聚合物并研究其物理性质,科学家们首次通过缩聚反应的低聚副产物的方法制备了第一种环状聚合物。在过去的60年里,拓扑结构明确和尺寸可控的环状聚合物的制备工艺已经取得了很大的进展,主要包括双分子闭环法、单分子闭环法和扩环法。双分子闭环法是基于双官能聚合物与双官能偶联剂发生的偶联反应,常用于乙烯基类单体的阴离子聚合。单分子闭环法是指在稀溶液条件下,通过将聚合物链的两端相互耦合来实现线形聚合物的环化。扩环法是通过向环状催化剂或引发剂中不断插入环状单体的方式生成环状聚合物,常用于环烯烃、内酯、交酯以及杂环酸酐类单体等。图2. 环状聚合物的合成方法:(a)双分子闭环法,(b)单分子闭环法,(c)扩环法。2. 环状聚合物的物理性质和潜在的工业应用大量研究已经表明,环状聚合物所表现出的特有的物理性质主要源于其本身的环状拓扑结构。Kricheldorf等人发现,与线形类似物相比,环状聚合物由于构象受到约束,从而表现出较低的流体动力学半径和较长的保留时间。来源:Polymer-science 高分子科学前沿
原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzA5NjM5NzA5OA==&mid=2651727881&idx=2&sn=5102f6391f5c746d6192e44686a64b87&chksm=8b4a3a4cbc3db35a6dd2860ce4a4a70b44ee0a7a6b6946d4b7c053ca5526e234f1aaa8a2f8fe#rd
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