技术方法-RAFT

可逆加成断裂链转移聚合RAFT

一、简介

San H. Thang在1987年于Griffith(格里菲斯)大学获得Ph.D,在2000年成为CSIRO的一员,并且是莫纳什大学的名誉教授。其研究领域介于生物和高分子化学之间。发表了100多篇文章,被引超过1W次。San直接参与了可控活性聚合的多个重要领域的研发,是RAFT过程的主要研究成员。San也是澳大利亚化学会和RACI的成员

EzioRizzardo在1969年于悉尼大学获得Ph.D学位,于1976年加入CSIRO,研究方向是可控自由基聚合,是200多篇文章的关联作者,被引14000多次(2012统计),是CSIRO的董事会成员,并且也是澳大利亚化学会和RACI(澳大利亚皇家化学会)成员 Graeme Moad在Adelaide大学修得硕博学位,研究领域是有机自由基化学。于1979年加入CSIRO(澳大利亚联邦科学与工业研究组织),其文章被引9000多次(2009统计),DrMoad在IUPAC高分子部门有头衔,并且是澳大利亚化学会和RACI(澳大利亚皇家化学会)的成员。

Rizzardo、Moad和Thang(G.Moad, E. Rizzardo, S. H. Thang, Macromolecules 1998, 31, 5559–5562)于1998发表了第一篇有关RAFT(可逆加成断裂链转移聚合)文献以后,RAFT就在RDRP(可逆失活自由基聚合)领域中成为最有前景的合成技术。RAFT的稳定、多方面的性质让其成为现代高分子合成技术最为有用的手段。

与(硝基氧-调节聚合)NMP和(原子转移自由基聚合)ATRP原则是依靠增长自由基的可逆终止不同的是,RAFT的原则是链转移的

交换(蜕变)来实现可控聚合。RAFT聚合通过加入链转移试剂来达到失活-活化平衡,因为在活化-失活过程中并没有自由基浓度的净改变,所以需要外部的引发剂。

由此来看,RAFT聚合与传统自由基聚合相似只是相差一个链转移试剂,所以RAFT聚合的许多优势与自由基固有的优势相类似。这些优势包括1.单体适用范围广(比如甲基丙烯酸酯,苯乙烯,甲基丙烯酰胺,醋酸乙烯酯,二烯);2.适用的温度和溶剂很广;3. RAFT合成手段并不需要金属催化剂或是很高的聚合温度,这使得RAFT可以大量应用在许多生物应用上。

二、机理

澳大利亚的CSIRO group于1999年设计出带有双硫基团的RAFT试剂,上图为二硫碳酸盐的RAFT聚合机理。在(Ⅰ)引发过程结束

后,(Ⅱ)增长自由基Pn·添加到二硫碳酸盐上来形成中间体自由基加合物,随后分解成另一个硫代羰基硫化物基团和一个新的自由基R·。(Ⅲ)自由基R·随后与单体进行再引发聚合形成新的增长自由基Pm·。在最初添加的CTA消耗完后(预平衡结束后),(Ⅴ)活化-失活的主要平衡通过增长基团Pm或Pn和休眠链之间的链转移交换来实现。

三、链转移试剂

带有双键的不饱和化合物1作为链转移试剂会经历2个步骤即加成和断链。通过RAFT断裂过程得到的具有链增长特性含有Pn的高分子3也是RAFT试剂。

在结构1中,C=X是活性双键(X通常是亚甲基或硫,可以给予CTA(RAFT试剂)更高的反应活性), Z是一个活性基团可以赋予链转移剂1和3合适的活性来与单体进行反应,并且还可以为中间体2提供稳定性。R需要是一个很好的自由基离去基团,并且必须有再引发聚合的能力,initial RAFT试剂的R基团必须具有快速转换成增长基团的能力。

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