Новости химической науки > Ротаксаны – теперь и в полимерных цепях

Полимерные материалы, способные изменять свое поведение в результате отклика на внешнее воздействие, все больше и больше усложняются.

Тосиказу Таката (Toshikazu Takata) с коллегами из Технологического Института Токио разработали новый класс сополимеров с динамической контролируемой структурой; основной для нового полимера послужили супрамолекулярные системы – ротаксаны.

Строение обычного ротаксана таково – молекулярная «ось», содержащая стерически объемные «заглушки» на обеих концах, продета через макроциклическое молекулярное «колесо», такое строение позволяет макроциклу ротаксана перемещаться вверх и вниз относительно молекулярной оси, при этом объемные заместители не дают макроциклу «соскользнуть» с оси. В группе Такаты продемонстрировано, что ротаксановые структуры могут быть введены в длинные полимерные цепи.

Исследователи продемонстрировали возможность получения ротаксансодержащих полимеров, способных изменять свои свойства в результате химического воздействия. (Рисунок из Angew. Chem. Int. Ed., 2011, DOI: 10.1002/anie.201103869)

Первый этап работы исследователей заключался в получении длинных цепочек полимеров, содержащих в основной цепи колеса-макроциклы – для этого краун-эфиры (макроциклические эфиры, содержащие большое количество атомов кислорода) объединяли с помощью коротких молекулярных фрагментов – линкеров. Затем в полости краун-эфиров были «продеты» молекулярные оси ротаксанов, образовавшие боковые группы нового полимерного материала; отличием от классических взаимоотношений главной полимерной цепи и боковых групп полимера для нового материала являлось то, что в новом полимере между главной полимерной цепью и боковыми группами не образовывались химические связи классического типа (ковалентные или ионные).

Полученные Такатой полимеры можно рассматривать в качестве привитых сополимеров (макромолекулы привитых сополимеров состоят из основной цепи и боковых ответвлений, различающихся по составу и/или строению). Обычно у таких полимерных материалов боковые ответвления модифицируют свойства главной полимерной цепи, придавая ей, например, повышенную хрупкость или наоборот – эластичность.

Уникальным свойством новых привитых полимеров на основе ротаксанов является то, что бороквые группы – оси ротаксанов – могут перемещаться относительно макроцикла, что, очевидно, может приводить к изменениям свойств полимера. За последнее десятилетие появилось большое количество результатов исследований, описывающих возможность контроля перемещения макроцикла ротаксана вдоль его оси (или наоборот – перемещения оси ротаксана относительно макроцикла) в результате изменения уровня рН или другого химического воздействия, поэтому, как заявляет Таката, его работа открывает возможности к созданию новых полимерных материалов, меняющих свойства в зависимости от конфигурации ротаксана.

Такате предполагает, что новый ротаксановый полимер может в перспективе быть использован во многих областях. Идеальной, по замыслам Такаты, была бы полностью мобильная система, в которой оси ротаксанов могли бы осуществлять полностью контролируемое перемещение. Создание такой системы контроля позволило бы создать получить множество полимеров, чувствительных к воздействию внешних условий. В настоящий момент исследователи пытаются разработать термически контролируемые полиротаксаны и молекулярные капсулы, которые могли бы улавливать и высвобождать лекарственные препараты по внешнему сигналу.

Источник: Angew. Chem. Int. Ed., 2011, DOI: 10.1002/anie.201103869

метки статьи: #межмолекулярные взаимодействия, #молекулярные устройства, #нанотехнологии, #новые материалы, #супрамолекулярная химия, #химия полимеров