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高分子材料

原子移動ラジカル重合(ATRP)

Wojciech Jakubowski, Nicolay V. Tsarevsky and Patrick McCarthy
ATRP Solutions, Inc., 166 N. Dithridge Street, Suite G4, Pittsburgh, PA 15213

ATRPによる機能性ポリマーの合成

原子移動ラジカル重合(ATRP)は、所定の分子量と狭い分子量分布、そして高い鎖末端官能基率を有するポリマーを、複雑な手段を用いずに作製することができます1 - 4。これまでに、非常に高度に制御された官能性や、トポロジー、組成をもったポリマーの合成に応用されています5, 6ATRPは ラジカル重合反応であり、イオン重合よりも広範なモノマーに適用可能です。そのため、ATRPによる重合、共重合反応に用いられるモノマーの種類が広が り、ポリマー構造へさまざまな官能基を簡単に導入することが可能となりました。ATRPによって多種多様な性質を持つさまざまなポリマーや共重合体を作製 することができます。図1に、官能基をもつテレケリックポリマー(telechelic polymer)のATRP合成に関する4つの重要な方法を挙げます7

  1. 官能性開始剤の使用
  2. 末端ハロゲン原子の置換
  3. 官能性モノマーの直接重合
  4. 「保護」モノマーの重合と、それに続く化学変換

初めの2つの方法によって末端官能性ポリマーが、残る2つの方法で、骨格に沿って多数の官能基を持つポリマーが得られます。

ATRPを用いてポリマーに官能性を導入する4つの方法

図1 ATRPを用いてポリマーに官能性を導入する4つの方法

ICAR-ATRPの反応例

市販されている配位子(723134723142)を用いて、ICAR-ATRPによるポリスチレンホモポリマーを合成しました(スキーム1)。以下に述べるのは、非常に低濃度の銅触媒(CuIIBr2 / TPMA、50 ppm)とAIBN還元剤を用いて、重合度100の十分に制御されたポリスチレンマクロ開始剤(PSt-Br)を合成する手法です。(以降実験の詳細は、弊社季刊誌「Material Matters Vol.5 No.1 最新高分子合成」の19ページをご覧ください。)

ICAR-ATRPの反応例

スキーム1 TPMA配位子の存在下における、ICAR-ATRPによるポリスチレンマクロ開始剤(PSt-Br)の合成反応

ATRP反応に関する背景やメカニズムについての詳細は、弊社季刊誌「Material Matters Vol.5 No.1 最新高分子合成」をご覧ください。アルドリッチでは同じくリビングラジカル重合の一種である、RAFT重合NMPに用いられる連鎖移動剤や開始剤も取り扱っております。

References

  1. Matyjaszewski, K.; Tsarevsky, N. V. Nature Chem. 2009, 1, 276-288.
  2. Tsarevsky N. V.; Matyjaszewski, K. Chem. Rev. 2007, 107, 2270-99.
  3. Matyjaszewski, K.; Spanswick, J. Mat. Today 2005, 8, 26-33.
  4. Matyjaszewski, K.; Xia, J. Chem. Rev. 2001, 101, 2921-2990.
  5. Matyjaszewski, K.; Gnanou, Y.; Leibler, L., Macromolecular Engineering. Precise Synthesis, Materials Properties, Applications. Wiley-VCH: Weinheim, 2007.
  6. Matyjaszewski, K.; Davis, T. P., Handbook of Radical Polymerization. Wiley Interscience: Hoboken, 2002.
  7. Tsarevsky, N. V.; Matyjaszewski, K. ACS Symp. Ser. 2006, 937, 79-94.
  8. Ouchi, M.; Terashima, T.; Sawamoto, M. Chem. Rev. 2009, 109, 4963-5050.
  9. Coessens, V.; Pintauer, T.; Matyjaszewski, K. Prog. Polym. Sci. 2001, 26, 337-377.
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  11. Wang, J.-S.; Matyjaszewski, K. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 5614-15.
  12. Tsarevsky, N. V.; Matyjaszewski, K. J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 2006, 44, 5098.
  13. Jakubowski, W.; Matyjaszewski, K. Angew. Chem., Int. Ed. 2006, 45, 4482-4486.
  14. Jakubowski, W.; Min, K.; Matyjaszewski, K. Macromolecules 2006, 39, 39-45.
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  16. Jakubowski, W.; Kirci-Denizli, B.; Gil, R. R.; Matyjaszewski, K. Macromol. Chem. Phys. 2008, 209, 32-39.
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  20. Matyjaszewski, K.; Tsarevsky, N. V.; Braunecker, W. A.; Dong, H.; Huang, J.; Jakubowski, W.; Kwak, Y.; Nicolay, R.; Tang, W.; Yoon, J. A. Macromolecules 2007, 40, 7795-7806.
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  22. Listak, J.; Jakubowski, W.; Mueller, L.; Plichta, A.; Matyjaszewski, K.; Bockstaller, M. R. Macromolecules 2008, 41, 5919-5927.
 

 
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