Nakna aromatiska polymerer har potential att användas i ett brett utbud av högpresterande och funktionella material. Deras syntes hindras emellertid av den dåliga lösligheten av deras moderföreningar. Forskare från Nagoya University i Japan har övervunnit detta problem genom att syntetisera nakna aromatiska polymerer med hjälp av ett dendrimerstöd. Genom att använda den höga lösligheten som möjliggörs av dendrimerstöd, kunde de nakna aromatiska polymererna framgångsrikt överföras till andra material för att skapa unika hybrider som har potential att bli nya funktionella material.

Aromatiska polymerer är förstahandsvalsplattformen för nästa generations material på grund av deras distinkta optiska, elektroniska och mekaniska egenskaper samt deras biokompatibilitet. I synnerhet poly(para-fenylen) (PPP) och polytiofener (PT) har fått ett enormt stort intresse på grund av deras höga prestanda som ledande och självlysande material.

Eftersom deras egenskaper är kritiskt beroende av strukturella faktorer, finns det ett stort intresse för den exakta syntesen av aromatiska polymerer. Men på grund av starka intermolekylära π−π-interaktioner är moder-PPP och PT olösliga i lösningsmedel utan några substituenter. På grund av detta löslighetsproblem har den direkta syntesen, egenskapsanalysen och materialmanipulationen/överföringen av långa nakna aromatiska polymerer förblivit svårfångade. Bare PPP kan endast erhållas som olösliga aggregat, som är svåra att analysera och använda.

För att lösa detta problem utvecklade ett team under ledning av professor Kenichiro Itami och utsedd docent Akiko Yagi vid Institute of Transformative Bio-Molecules vid Nagoya University en metod för att hänga aromatiska polymerer till en dendrimer som gör att kedje-osubstituerade "bara" aromatiska polymerer hanteras i lösning. Deras resultat publicerades i Nature Communications .

Eftersom dendrimerer har ett stort antal ändgrupper i sin periferi har de en mängd olika funktioner. "Vi antog att aromatiska polymerer ligerade till en gigantisk dendrimer kan få hög löslighet på grund av det steriska hindret som förhindrar aggregeringen", säger Shusei Fujiki, uppsatsens första författare.

On-dendrimersyntesen av nakna aromatiska polymerer undersöktes med en teknik som kallas katalysatoröverföring Suzuki-Miyaura-polymerisation. Med denna teknik uppnåddes syntesen av olika nakna aromatiska polymerer, såsom PT, PPP, polyfluoren och blocksampolymer.

Ett nyckelfynd av deras forskning var att de också kunde avslöja de fotofysiska egenskaperna hos den π-konjugerade ryggraden i de nakna aromatiska polymererna, vilket tidigare hade varit svårt på grund av dess låga löslighet. Gruppen erhöll även osubstituerade aromatiska polymerer genom att frigöra dendrimerbäraren genom reduktion av estergruppen.

På grund av den höga lösligheten som dendrimerstödet gav, överfördes de nakna aromatiska polymererna framgångsrikt till andra material, såsom silikagel och protein, för att skapa unika hybrider som har organiska halvledaregenskaper och har potential att bli nya funktionella material. Deras proof-of-concept-studie visade också att den dendrimerstödda aromatiska polymeren kunde användas som ett "reagens" för att introducera osubstituerade och olösliga aromatiska strukturer i andra material.

"Dålig löslighet av aromatiska polymerer har varit ett långvarigt problem inom vetenskapen. Sådana aromatiska polymerer är svåra att komma åt, men det är därför de är fascinerande. Vi tror att de uppvisar spännande egenskaper som härrör från kala huvudkedjor." säger Akiko Yagi, en medledare för projektet.

"Detta arbete har öppnat en ny syn på aromatiska polymerers kemi. Höjdpunkten i vår forskning är överföringen av nakna aromatiska polymerer till andra material. Ett antal hybridmaterial med blotta π-konjugerade strukturer kommer att bli tillgängliga genom vår strategi," säger Kenichiro Itami, ledare för forskargruppen. Teamet hoppas kunna använda denna teknik för att göra en rad funktionella hybridmaterial. + Utforska vidare

Att göra stabila molekyler reaktiva med ljus