聚合物的构建与调控
聚合物的构建策略,包括传统的化学制备、超分子组装和“纳米原子”模块拼装
①由传统的化学途径制备的合成高分子,大都是通过共价键连接而得到的,结构单元的化学组成可能与单体一样,也可能有所差别。
例如,含有碳-碳双键的不饱和单体经自由基聚合得到的聚烯烃、丙交酯开环聚合得到的聚乳酸,聚合物的结构单元与单体具有类似的组成;而二醇与二酸之间发生缩聚得到的聚酯,聚合物的结构单元可视为单体残基,存在一定的差异。要借助化学途径得到不同的聚合物,可利用相同的化学反应,采用不同的单体,如丁二醇和丁二酸酐、丁二醇和顺丁烯二酸酐的缩聚反应,得到的聚合物完全不同;也可由相同的单体发生不同的反应,如顺丁烯二酸酐和乙酸乙烯酯发生自由基共聚,得到的高分子与顺丁烯二酸酐和二醇缩聚所得不同。
②超分子组装是根据Lehn于年提出的超分子化学概念,由许多“结构单元”(即含有特定结构成分的单体或聚合物)通过可逆的、方向性的非共价键(包括范德瓦耳斯力、氢键等相互作用)连接而成高分子。聚合物或单体之间通过非共价键相互作用,可形成主链超分子均聚物或嵌段共聚物。通过非共价键相互作用,也可形成侧链超分子聚合物,从而得到具有一定功能的聚合物,或者实现对聚合物的高度可控调节。借助氢键,可由相同的聚合物骨架,“即插即得”各种功能高分子。这种动态可逆的高分子或超分子聚合物,通过物理过程形成,既可在适当的条件下解离,也可在适当条件下重新自组装。
另一种动态可逆的高分子,则是通过可逆的共价键将不同组分连接起来,形成较高层次的结构。所得聚合物具有动态共价键的可逆特性,可以方便地引入或释放出某些成分,从而改变其构成,重构聚合物并调节其性能。
③“纳米原子”模块拼装是Cheng等提出的模块精准构建高分子设想。这是他们将Feynman之问“要是能够真正地按我们的意图安排原子的排列,那所得材料将具有怎样的性质呢?”
用于寻求高分子的答案。考虑到对合成高分子性能的影响因素,还少有像DNA那样着眼于不同尺寸的可控超分子结构,应Feynman之问的一个可能策略,便是用精确的分子纳米模块(precisemolecularnanobuildingblocks)构建高分子。若将形状和体积均保持不变、具有精准分子结构和特殊对称性的分子纳米粒子称为“纳米原子”,则可将它们作为各种各样的分子纳米模块,拼装出不同于传统高分子的单分散、精确高分子。
由传统的还是新提出的策略构建的高分子,其基本单元分别是传统结构单元(单体残基)、“结构单元”(能发生强相互作用)和“纳米原子”等。采用哪种途径,取决于目标聚合物以及对高分子科学的理解深度。随着经验的积累,研制者可采取或提出针对具体目标、切实有效的途径