Kale aromatische polymeren hebben het potentieel om te worden gebruikt in een breed scala aan hoogwaardige en functionele materialen. Hun synthese wordt echter belemmerd door de slechte oplosbaarheid van hun moederverbindingen. Wetenschappers van de Nagoya University in Japan hebben dit probleem overwonnen door kale aromatische polymeren te synthetiseren met behulp van een dendrimeerondersteuning. Met behulp van de hoge oplosbaarheid die mogelijk wordt gemaakt door dendrimeerondersteuning, kunnen de kale aromatische polymeren met succes worden overgebracht naar andere materialen om unieke hybriden te creëren die het potentieel hebben om nieuwe functionele materialen te worden.

Aromatische polymeren zijn het eerste keuzeplatform voor materialen van de volgende generatie vanwege hun verschillende optische, elektronische en mechanische eigenschappen en hun biocompatibiliteit. Vooral poly(para-fenyleen)s (PPP's) en polythiofenen (PT's) hebben enorm veel belangstelling gekregen vanwege hun hoge prestaties als geleidende en lichtgevende materialen.

Omdat hun eigenschappen sterk afhangen van structurele factoren, is er veel belangstelling voor de precieze synthese van aromatische polymeren. Vanwege sterke intermoleculaire π−π-interacties zijn de oorspronkelijke PPP's en PT's echter onoplosbaar in oplosmiddelen zonder substituenten. Vanwege dit oplosbaarheidsprobleem zijn de directe synthese, eigenschapsanalyse en materiaalmanipulatie/-overdracht van lange kale aromatische polymeren ongrijpbaar gebleven. Kale GBM's kunnen alleen worden verkregen als onoplosbare aggregaten, die moeilijk te analyseren en te gebruiken zijn.

Om dit probleem op te lossen, heeft een team onder leiding van professor Kenichiro Itami en aangewezen universitair hoofddocent Akiko Yagi van het Institute of Transformative Bio-Molecules aan de Universiteit van Nagoya een methode ontwikkeld om aromatische polymeren aan een dendrimeer te hangen, waardoor keten-ongesubstitueerde "kale" aromatische polymeren kunnen worden in oplossing behandeld. Hun resultaten zijn gepubliceerd in Nature Communications .

Omdat dendrimeren een groot aantal eindgroepen aan hun periferie hebben, hebben ze een verscheidenheid aan functies. "We gingen ervan uit dat aromatische polymeren die zijn geligeerd aan een gigantisch dendrimeer een hoge oplosbaarheid kunnen krijgen vanwege de sterische belemmering die de aggregatie voorkomt", zegt Shusei Fujiki, de eerste auteur van het artikel.

De on-dendrimeersynthese van kale aromatische polymeren werd onderzocht met behulp van een techniek die Suzuki-Miyaura-polymerisatie met katalysatoroverdracht wordt genoemd. Met behulp van deze techniek werd de synthese bereikt van verschillende kale aromatische polymeren, zoals PT's, PPP's, polyfluoreen en blokcopolymeer.

Een belangrijke bevinding van hun onderzoek was dat ze ook in staat waren om de fotofysische eigenschappen van de π-geconjugeerde ruggengraat van de kale aromatische polymeren te onthullen, wat voorheen moeilijk was vanwege de lage oplosbaarheid. De groep verkreeg ook ongesubstitueerde aromatische polymeren door de dendrimeerdrager vrij te maken door reductie van de estergroep.

Met name vanwege de hoge oplosbaarheid die wordt veroorzaakt door dendrimeerondersteuning, werden de kale aromatische polymeren met succes overgebracht naar andere materialen, zoals silicagel en eiwit, om unieke hybriden te creëren die organische halfgeleidereigenschappen hebben en potentieel hebben om nieuwe functionele materialen te worden. Hun proof-of-concept-onderzoek toonde ook aan dat het door dendrimeer ondersteunde aromatische polymeer kan worden gebruikt als een "reagens" om niet-gesubstitueerde en onoplosbare aromatische structuren in andere materialen te introduceren.

"Slechte oplosbaarheid van aromatische polymeren is al lang een probleem in de wetenschap. Dergelijke aromatische polymeren zijn moeilijk toegankelijk, maar daarom zijn ze fascinerend. We geloven dat ze intrigerende eigenschappen vertonen die zijn afgeleid van kale hoofdketens." zegt Akiko Yagi, een co-leider van het project.

"Dit werk heeft een nieuw perspectief geopend in de chemie van aromatische polymeren. Het hoogtepunt van ons onderzoek is de overdracht van kale aromatische polymeren naar andere materialen. Een aantal hybride materialen met kale π-geconjugeerde structuren zal door onze strategie toegankelijk worden." zegt Kenichiro Itami, leider van de onderzoeksgroep. Het team hoopt deze technologie te gebruiken om een ​​reeks functionele hybride materialen te maken. + Verder verkennen

Stabiele moleculen reactief maken met licht