Name: synthesis of terpolymers at mild temperatures using dynamic sulfur bonds in poly(s-divinylbenzene)
Uploaded: 2019-05-20T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Synthesis of Terpolymers at Mild Temperatures Using Dynamic Sulfur Bonds in PolyS-Divinylbenzene at JoVE.com

Takk er skyldte til The American Chemical Society Petroleum Research Fund (PRF # 58416-UNI7) for økonomisk støtte.

1. syntese av Poly (S-divinylbenzene)
<ol><li>For å forberede Poly (S-divinylbenzene), kombinere elementær svovel (S8) og DIVINYLBENZENE (DVB) ved ulike vekt prosenter (30:70, 40:60, 50:50, 60:40, 70:30, 80:20, og 90:10 av S8:D VB). Klargjør reaksjonen i henhold til tidligere metoder beskrevet under3,25. Merk: alle reaksjonene her ble utført på en skala på 1,00 g. En typisk reaksjon inneholder 500 mg S8 og 500 mg DVB.<o...

<ol>
	<li>Griebel, J. J., Glass, R. S., Char, K., Pyun, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polymerizations+with+Elemental+Sulfur:+A+Novel+Route+to+High+Sulfur+Content+Polymers+for+Sustainability,+Energy+and+Defense.">Polymerizations with Elemental Sulfur: A Novel Route to High Sulfur Content Polymers for Sustainability, Energy and Defense.</a> Progress in Polymer Science. 58, 90-125 (2016).</li><li>Chung, W. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Elemental+Sulfur+as+a+Reactive+Medium+for+Gold+Nanoparticles+and+Nanocomposite+Materials.">Elemental Sulfur as a Reactive Medium for Gold Nanoparticles and Nanocomposite Materials.</a> Angewandte Chemie International Edition. 50, 11409-11412 (2011).</li><li>Chung, W. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Use+of+Elemental+Sulfur+as+an+Alternative+Feedstock+for+Polymeric+Materials.">The Use of Elemental Sulfur as an Alternative Feedstock for Polymeric Materials.</a> Nature Chemistry. 5, 518-524 (2013).</li><li>Shukla, S., Ghosh, A., Roy, P. K., Mitra, S., Lochab, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cardanol+Benzoxazines+-+A+Sustainable+Linker+for+Elemental+Sulphur+Based+Copolymers+via+Inverse+Vulcanisation.">Cardanol Benzoxazines - A Sustainable Linker for Elemental Sulphur Based Copolymers via Inverse Vulcanisation.</a> Polymer. 99, 349-357 (2016).</li><li>Worthington, M. J. H., Kucera, R. L., Chalker, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Green+Chemistry+and+Polymers+Made+from+Sulfur.">Green Chemistry and Polymers Made from Sulfur.</a> Green Chemistry. 19, 2748-2761 (2017).</li><li>Boyd, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sulfur+and+Its+Role+In+Modern+Materials+Science.">Sulfur and Its Role In Modern Materials Science.</a> Angewandte Chemie International Edition. 55, 15486-15502 (2016).</li><li>Shukla, S., Ghosh, A., Sen, U. K., Roy, P. K., Mitra, S., Lochab, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cardanol+Benzoxazine&#8208;Sulfur+Copolymers+for+Li&#8208;S+Batteries:+Symbiosis+of+Sustainability+and+Performance.">Cardanol Benzoxazine&#8208;Sulfur Copolymers for Li&#8208;S Batteries: Symbiosis of Sustainability and Performance.</a> Chemistry Select. 1, 594-600 (2016).</li><li>Griebel, J. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+Covalent+Polymers+via+Inverse+Vulcanization+of+Elemental+Sulfur+for+Healable+Infrared+Optical+Materials.">Dynamic Covalent Polymers via Inverse Vulcanization of Elemental Sulfur for Healable Infrared Optical Materials.</a> ACS Macro Letters. 4, 862-866 (2015).</li><li>Griebel, J. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+Infrared+Transmitting+Material+via+Inverse+Vulcanization+of+Elemental+Sulfur+to+Prepare+High+Refractive+Index+Polymers.">New Infrared Transmitting Material via Inverse Vulcanization of Elemental Sulfur to Prepare High Refractive Index Polymers.</a> Advandced Materials. 26, 3014-3018 (2014).</li><li>Crockett, M. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sulfur-Limonene+Polysulfide:+A+Material+Synthesized+Entirely+from+Industrial+By-Products+and+Its+Use+in+Removing+Toxic+Metals+from+Water+and+Soil.">Sulfur-Limonene Polysulfide: A Material Synthesized Entirely from Industrial By-Products and Its Use in Removing Toxic Metals from Water and Soil.</a> Angewandte Chemie International Edition. 55, 1714-1718 (2016).</li><li>Hasell, T., Parker, D. J., Jones, H. A., McAllister, T., Howdle, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Porous+Inverse+Vulcanized+Polymers+for+Mercury+Capture.">Porous Inverse Vulcanized Polymers for Mercury Capture.</a> Chemical Communications. 52, 5383-5386 (2016).</li><li>Thielke, M. W., Bultema, L. A., Brauer, D. D., Richter, B., Fischer, M., Theato, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+Mercury(II)+Removal+by+Electrospun+Sulfur+Copolymers.">Rapid Mercury(II) Removal by Electrospun Sulfur Copolymers.</a> Polymers. 8, 266 (2016).</li><li>Worthington, M. J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laying+Waste+to+Mercury:+Inexpensive+Sorbents+Made+from+Sulfur+and+Recycled+Cooking+Oils.">Laying Waste to Mercury: Inexpensive Sorbents Made from Sulfur and Recycled Cooking Oils.</a> Chemistry A European Journal. 23, 16219-16230 (2017).</li><li>Worthington, M. J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sustainable+Polysulfides+for+Oil+Spill+Remediation:+Repurposing+Industrial+Waste+for+Environmental+Benefit.">Sustainable Polysulfides for Oil Spill Remediation: Repurposing Industrial Waste for Environmental Benefit.</a> Advanced Sustainable Systems. 2, 1800024 (2018).</li><li>Abraham, A. M., Kumar, S. V., Alhassan, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Porous+Sulphur+Copolymer+for+Gas-phase+Mercury+Removal+and+Thermal+Insulation.">Porous Sulphur Copolymer for Gas-phase Mercury Removal and Thermal Insulation.</a> Chemical Engineering Journal. 332, 1-7 (2018).</li><li>Mann, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sulfur+Polymer+Composites+as+Controlled-release+Fertilisers.">Sulfur Polymer Composites as Controlled-release Fertilisers.</a> Organic and Biomolecular Chemistry. , (2018).</li><li>Deng, D., Hoefling, A., Th&#233;ato, P., Lienkamp, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+Properties+and+Antimicrobial+Activity+of+Poly(sulfur&#8208;co&#8208;1,3&#8208;diisopropenylbenzene)+Copolymers.">Surface Properties and Antimicrobial Activity of Poly(sulfur&#8208;co&#8208;1,3&#8208;diisopropenylbenzene) Copolymers.</a> Macromolecular Chemistry and Physics. 219, 1700497 (2018).</li><li>Diez, S., Hoefling, A., Theato, P., Pauer, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+and+Electrical+Properties+of+Sulfur-Containing+Polymeric+Materials+Prepared+via+Inverse+Vulcanization.">Mechanical and Electrical Properties of Sulfur-Containing Polymeric Materials Prepared via Inverse Vulcanization.</a> Polymers. 9, 59 (2017).</li><li>Parker, D. J., Chong, S. T., Hasell, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sustainable+Inverse-vulcanised+Sulfur+Polymers.">Sustainable Inverse-vulcanised Sulfur Polymers.</a> RSC Advances. 8, 27892-27899 (2018).</li><li>Arslan, M., Kiskan, B., Yagci, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recycling+and+Self-Healing+of+Polybenzoxazines+with+Dynamic+Sulfide+Linkages.">Recycling and Self-Healing of Polybenzoxazines with Dynamic Sulfide Linkages.</a> Scientific Reports. 7, 5207 (2017).</li><li>Zhang, Y. Y., Konopka, K. M., Glass, R. S., Char, K., Pyun, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chalcogenide+Hybrid+Inorganic/Organic+Polymers+(CHIPs)+via+Inverse+Vulcanization+and+Dynamic+Covalent+Polymerizations.">Chalcogenide Hybrid Inorganic/Organic Polymers (CHIPs) via Inverse Vulcanization and Dynamic Covalent Polymerizations.</a> Polym Chemistry. 8, 5167-5173 (2017).</li><li>Zhang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nucleophilic+Activation+of+Elemental+Sulfur+for+Inverse+Vulcanization+and+Dynamic+Covalent+Polymerizations.">Nucleophilic Activation of Elemental Sulfur for Inverse Vulcanization and Dynamic Covalent Polymerizations.</a> Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry. 57, 7-12 (2019).</li><li>Tobolsky, A. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polymeric+Sulfur+and+Related+Polymers.">Polymeric Sulfur and Related Polymers.</a> Journal of Polymer Science: Polymer Symposia. 12, 71-78 (1966).</li><li>Westerman, C. R., Jenkins, C. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polysulfides+Initiate+Dynamic+Monomer+Incorporation+Forming+Cross-linked+Terpolymers.">Polysulfides Initiate Dynamic Monomer Incorporation Forming Cross-linked Terpolymers.</a> Macromolecules. 51, 7233-7238 (2018).</li><li>Arslan, M., Kiskan, B., Cengiz, E. C., Demir-Cakan, R., Yagci, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inverse+Vulcanization+of+Bismaleimide+and+Divinylbenzene+by+Elemental+Sulfur+for+Lithium+Sulfur+Batteries.">Inverse Vulcanization of Bismaleimide and Divinylbenzene by Elemental Sulfur for Lithium Sulfur Batteries.</a> European Polymer Journal. 80, 70-77 (2016).</li><li>Pickering, T. L., Saunders, K. J., Tobolsky, A. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Disproportionation+of+Organic+Polysulfides.">Disproportionation of Organic Polysulfides.</a> Journal of the American Chemical Society. 89, 2364-2367 (1967).</li><li>Zhang, Y. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inverse+Vulcanization+of+Elemental+Sulfur+and+Styrene+for+Polymeric+Cathodes+in+Li-S+Batteries.">Inverse Vulcanization of Elemental Sulfur and Styrene for Polymeric Cathodes in Li-S Batteries.</a> Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry. 55, 107-116 (2017).</li><li>Zubov, V. P., Kumar, M. V., Masterova, M. N., Kabanov, V. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reactivity+of+Allyl+Monomers+in+Radical+Polymerization.">Reactivity of Allyl Monomers in Radical Polymerization.</a> Journal of Macromolecular Science: Part A. 13, 111-131 (1979).</li><li>Wei, Y. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solution+Processible+Hyperbranched+Inverse-Vulcanized+Polymers+as+New+Cathode+Materials+in+Li-S+Batteries.">Solution Processible Hyperbranched Inverse-Vulcanized Polymers as New Cathode Materials in Li-S Batteries.</a> Polymer Chemistry. 6, 973-982 (2015).</li></ol>

Den primære fordelen med denne metoden er evnen til å danne polysulfides ved milde temperaturer, 90 ° c versus > 159 ° c for tradisjonelle inverse vulkanisering. Den utvidede svovel kjeder og svovel løkker i Poly (s-DVB) er mindre stabile enn s-S obligasjoner i S823,26. Lavere temperaturer kan deretter brukes til å forårsake homolytic scission og thiyl radikal formasjon24. For monomerer med smelte punkter godt under reaks...

Konvertering av organosulfat forbindelser til S8 under Petroleum raffinement har ført til samle av store lagre av svovel1. Elemental svovel er primært brukt for produksjon av svovelsyre og fosfater for gjødsel2. Den relative overflod gir en lett tilgjengelig og billig reagens gjør elementær svovel en ideell råstoff for material utvikling.
Invers vulkanisering er en relativt ny polymerisering teknikk som omprogrammerer svovel i funksjonelle materialer3. S8 -ringen konverterer til en diradical, lineær kjede ved oppvarming over 159 ° c. Den thiyl radikaler deretter initiere polymerisering med monomerer å danne polysulfides3. I tillegg til tradisjonelle radikale polymerisasjoner, har invers vulkanisering blitt benyttet for å initiere polymerisering med benzoxazines4. De resulterende polymerer har blitt brukt til et bredt spekter av applikasjoner, inkludert katoder i Li-S-batterier1,5,6,7, selvhelbredende optiske linser8,9 , kvikksølv og olje sorbents5,10,11,12,13,14,15, termiske isolatorer15, til hjelp i den langsomme utgivelsen av gjødsel16 , samt demonstrere noen antimikrobielle aktivitet17. En gruppe har gitt en grundig systematisk analyse av disse polysulfides som gir mer informasjon om isolerende karakter og mekaniske egenskaper med variert S-innhold18. De spesifikke detaljene kan hjelpe til med ytterligere applikasjonsutvikling. Den dynamiske obligasjoner stede i disse materialene har også blitt benyttet for å resirkulere polysulfides19,20. Men den høye temperaturer som kreves av inverse vulkanisering, vanligvis 185 ° c, og mangel på blandbarhet med S8, begrense monomerer som kan brukes3.
Tidlig innsats fokuserte på polymerisering av aromatiske hydrokarboner, forlengede hydrokarboner og naturlige monomerer med høyt kokepunkt5. Disse metodene har blitt utvidet ved hjelp av Poly (S-styren) som en prepolymer bedre blandbarhet mellom S8 og mer Polar monomerer inkludert akryl, allylgrupper, og funksjonalisert styren monomerer21. En annen metoden utnytter nukleofil Amin aktivator å forsterke reaksjonen ratene og lavere reaksjonen temperatur22. Men mange monomerer har koke punkter godt under 159 ° c og dermed krever en alternativ metode for polysulfid dannelse.
I den stabile krone formen er S-S obligasjoner den sterkeste, og dermed krever høye temperaturer for kløft23. I polysulfides er svovel tilstede som lineære kjeder eller løkker, slik at s-s obligasjoner for å bli kløyvde ved mye lavere temperaturer1,24. Ved å bruke Poly (S-DVB) (DVB, divinylbenzene) som en prepolymer, en andre monomer med et lavere kokepunkt som 1, 4-cyclohexanedimethanol divinylether (CDE, kokepunkt på 126 ° c), kan innføres24. Dette arbeidet demonstrerer ytterligere forbedring ved å senke reaksjons temperaturen til 90 ° c med en familie av Allyl og vinyl Eter monomerer. Reaksjoner som omfatter en andre monomer forblir løsemiddelfri.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Sulfur, 99.5%, sublimed, ACROS Organics</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>AC201250250SDS</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>divinylbenzene</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>AA4280422</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1,4-Cyclohexanedimethanol divinyl ether, mixture of isomers</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>406171</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cyclohexyl vinyl ether</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>AC395420500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Allyl ether</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>259470</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>maleimide</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>129585</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>dichlormethane</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>D37</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N,N-dimethylformamide</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>D119</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Auto sampler Aluminum Sample Pans, 50&#181;L, 0.1mm, Sealed</td>
			<td>Perkin Elmer</td>
			<td>B0143017</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Auto sampler Aluminum Sample Covers</td>
			<td>Perkin Elmer</td>
			<td>B0143003</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EMD Millipore 13mm Nonsterile Millex Syringe Filters - Hydrophobic PTFE Membrane, 0.45 um</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>SLFHX13NL</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

synthesis of terpolymers at mild temperatures using dynamic sulfur bonds in poly(s-divinylbenzene)

Elemental svovel (S8) er et biprodukt av petroleumsindustrien med millioner av tonn produsert årlig. Slike rikelig produksjon og begrensede applikasjoner føre til svovel som en kostnadseffektiv reagens for polymer syntese. Invers vulkanisering kombinerer elementær svovel med en rekke monomerer å danne funksjonell polysulfides uten behov for løsemidler. Kort reaksjonstid og rett frem syntetiske metoder har ført til rask utvidelse av invers vulkanisering. Høye reaksjons temperaturer (> 160 ° c) begrenser imidlertid hvilke typer monomerer som kan brukes. Her er den dynamiske svovel obligasjoner i Poly (S-divinylbenzene) brukes til å initiere polymerisering ved mye lavere temperaturer. S-S obligasjoner i prepolymer er mindre stabile enn S-S obligasjoner i S8, slik at radikal dannelse ved 90 ° c i stedet for 159 ° c. En rekke Allyl og vinyl etere er innarbeidet for å danne terpolymers. De resulterende materialene ble karakterisert av 1H NMR, gel gjennomtrengning kromatografi, og differensial skanning reaksjonskalorimetri, samt undersøke endringer i løselighet. Denne metoden utvides på løsemiddel-fri, thiyl radikal kjemi benyttes av inverse vulkanisering å skape polysulfides ved milde temperaturer. Denne utviklingen utvider omfanget av monomerer som kan innlemmes og dermed utvide de tilgjengelige materialegenskapene og mulige bruksområder.

Poly (S-DVB) ble syntetisert i henhold til publiserte protokoller ved hjelp av høye temperaturer (185 ° c) for å starte S8 ring kløft forming radikaler3. Disse radikaler deretter initiere polymerisering med DVB. Den smeltet svovel og flytende DVB eliminere behovet for løsemidler. Innen 30 min, svovel og DVB reagerer helt for form Poly (S-DVB). Ved fjerning fra hetteglasset, er polymer et hardt, sprøtt materiale ved lavere svovelinnhold (30-40%). Me...

Watch this Scientific Journal Video about Synthesis of Terpolymers at Mild Temperatures Using Dynamic Sulfur Bonds in PolyS-Divinylbenzene at JoVE.com

Synthesis of Terpolymers at Mild Temperatures Using Dynamic Sulfur Bonds in PolyS-Divinylbenzene

Målet med denne protokollen er å initiere polymerisering ved hjelp av dynamiske svovel obligasjoner i Poly (S-divinylbenzene) ved milde temperaturer (90 ° c) uten å bruke løsemidler. Terpolymers er preget av GPC, DSC og 1H NMR, og testet for endringer i løselighet.

Syntese av Terpolymers ved milde temperaturer ved hjelp av dynamiske svovel obligasjoner i Poly (S-Divinylbenzene)

Elemental sulfur (S8) is a byproduct of the petroleum industry with millions of tons produced annually. Such abundant production and limited applications ...

Vi har utviklet en metode for å initiere polymerisering ved hjelp av dynamiske svovelbindinger i poly(svovel-divinylbenzen) ved 90 grader Celsius uten behov for løsemidler. Dette er vesentlig lavere enn tradisjonelle metoder som krever temperaturer over 160 grader Celsius. Senking av polymeriseringstemperaturen utvider rekkevidden av monomerer som kan innlemmes i polysulfider ved omvendt vulkanisering.Dette utvider mulige materialegenskaper og mulige applikasjoner. Invers vulkanisering har produsert polysulfider som har blitt brukt i litiumsulfidbatterier, som infrarøde gjennomsiktige linser, som kvikksølv og oljesorbemidler blant andre applikasjoner. Denne metoden ville muliggjøre utvikling av nye materialer og sannsynligvis flere applikasjoner.En av de viktigste fordelene med denne metoden er den relative lettheten av syntesen. Denne videoen gir mulighet til å demonstrere hvordan reaksjonen utvikler seg over tid, samt viser hvor mye polymerene kan variere basert på svovelinnholdet og forholdet mellom monomerene som er tilstede. For å forberede poly(S-divinylbenzen)kombinere elementær svovel og divinylbenzen ved ønsket vektforhold i et en-dram hetteglass utstyrt med en magnetisk rørestang.Legg hetteglasset i et oljebad ved 185 grader Celsius i 30 minutter. Etter at reaksjonen er fullført, fjern hetteglasset fra oljebadet og umiddelbart slukke ved å plassere hetteglasset i flytende nitrogen. Deretter bryter du opp hetteglasset for å fjerne polymeren, og gjenta dette trinnet for hver polymer tilberedt.For å syntetisere terpolymerer, først knuse poly (S-divinylbenzene) med en mørtel og pestle for høyere overflateareal interaksjon med monomer 1, 4-Cyclohexanedimethanol divinyl eter, eller CDE. Deretter kombinerer du poly(S-divinylbenzen) og CDE med ønsket vektforhold på en 600 mg skala. Plasser prøven i et oljebad ved 90 grader Celsius i 24 timer.Deretter avkjøles prøven til romtemperatur. For reaksjoner som ikke resulterer i fullstendig monomer inkorporering, oppløs de oppløselige polymerdelene i diklormetan, og utfelling i kaldt metanol. For prøver med begrenset løselighet, vask de faste polymerprøvene med kaldt metanol for å fjerne eventuelle uacted monomer.For å syntetisere terpolymerer ved hjelp av maleimide, kombinere svovel og divinylbenzen på en 30-til-70 vektforhold på en fem gram skala som tidligere beskrevet. Kombiner pre-polymer med maleimide ved et tre-til-en vektforhold i et en-dram hetteglass utstyrt med en magnetisk rørestang. Oppløs blandingen i 10 milligram per mikroliter dimetylformamid.Legg deretter hetteglasset i et oljebad ved 100 grader Celsius i 24 timer. Deretter kombinerer poly (S-divinylbenzen) og ønsket monomer på en en-til-en vektforhold som beskrevet tidligere for å forberede ulike terpolymerer. Fjern en prøve av blandingen på ulike tidspunkter under reaksjonen, og oppløs polymeren i 600 mikroliter av deuterert kloroform for proton NMR-analyse.For å bekrefte at svovel fra polymeren i stedet for elementær svovel er nødvendig for polymerisering, forberede prøver av svovel alene, og med CDE, divinylbenzen og allyleter som tidligere beskrevet. Analyser polymerene ved proton NMR i deuterert kloroform. Integrer den resulterende proton NMR-spektraen for å bestemme omfanget av reaksjonen.På grunn av den relative lave løseligheten og høy polydisperitet av de fleste terpolymerer, oppløs hver polymer i diklormetan ved en høy konsentrasjon på 75 milligram per milliliter. Fjern deretter partikler fra den oppløselige delen ved hjelp av et 0,45 mikron hydrofobt filter. Analyser prøvene ved hjelp av gelpermeasjon kromatografi ved hjelp av diklormetan som eluent, to MesoPore kolonner i rekkefølge, og en brytningsindeksdetektor for analyse.Bestem antall gjennomsnittlige og vektgjennomsnittlige molekylvekter basert på kalibreringskurven av polystyrenstandarder. For å studere termiske egenskaper, fyll aluminiumspanner med 30 til 50 milligram av hver polymer, noe som gir nok prøve til å skjelne glassovergangstemperaturen fra de resulterende termogrammene tilstrekkelig. Skann prøvene og få termogramverdiene fra den andre skanningen.For løselighetsstudier, veie ca 150 milligram av hver polymer i et pre-veid hetteglass, og oppløses i diklormetan for å nå en konsentrasjon på 75 milligram per milliliter. Etter åtte timer, fjern den oppløselige delen, og vask den uoppløselige delen med diklormetan to ganger. Tørk den gjenværende uoppløselige prøven i en ovn i 10 minutter for å fjerne det gjenværende løsningsmidlet.Etter kjøling av hetteglasset til romtemperatur, vei den og beregn prosentløseligheten ved å bestemme forskjellen i start- og sluttvekter. Poly(S-divinylbenzen) ble syntetisert ved hjelp av høye temperaturer for å initiere svovelring cleavage-forming radikaler, som deretter initiere polymerisering med divinylbenzen. Dynamiske svovelbindinger i poly(S-divinylbenzen) kan brukes til å initiere polymerisering med flere monomerer ved mye lavere temperaturer.Monofunksjonelle og di-funksjon vinyl og allyl monomerer ble evaluert, og alle ble vellykket polymerisert som bekreftet av NMR. Monomerinnholdet for alle polymeriseringer ble overvåket i løpet av 48 timer. Kontrollreaksjoner ble utført for å bestemme poly(S-divinylbenzen) versus svovel i polymeriseringen.Produktene ble undersøkt av proton NMR og TLC for å undersøke endringer i polymerstrukturen, monomer inkorporering, og for å avgjøre om svovel var fullt innlemmet. Ulike polymeriseringer ble utført for å undersøke polymerstrukturen til poly(S-divinylbenzen)CDE. Både økt svovelinnhold, og tilsetning av CDE førte til en nedgang i glassovergangstemperaturen.Etter en innledende reduksjon i molekylvekten førte tilsetningen av CDE til en generell økning i kjedelengden. Maksimal løselighet ble oppnådd for poly(s-divinylbenzen)syntetisert med 40% til 50% svovel. Tilsetning av CDE førte til redusert polymerløselighet.For høy-svovel-innhold poly (S-divinylbenzene) lav løselighet ble observert, men innlemme CDE vesentlig forbedret løselighet. Utvikling av en løsemiddelfri polymerisering som oppstår ved vesentlig lavere temperaturer enn tidligere rapportert utvider spekteret av monomerer som kan innlemmes i polysulfider. Dette kan åpne døren til nye applikasjoner, eller tillate materialer å være bedre skreddersydd for en ønsket funksjon.En liten mengde gass produseres under syntesen av poly(svovel-divinylbenzen)Hetteglass skal bare fylles halvfull for å hindre oppbygging av trykk. Prøver bør luftes før du fjerner dem fra panseret for å sikre at gassen ikke inhaleres.

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Organic Chemistry

Chemistry

Synthesis of Terpolymers at Mild Temperatures Using Dynamic Sulfur Bonds in Poly(S-Divinylbenzene)

Unit 1

Reactions of Alkenes

SCIENTISTS IN ACTION

Synthesis of Hypervalent Iodonium Alkynyl Triflates for the Application of Generating Cyanocarbenes

Syntese av Hypervalent jod Alkynyl Triflates for anvendelse av Generering Cyanocarbenes

The procedures described in this article involve the synthesis and isolation of hypervalent iodonium alkynyl triflates (HIATs) and their subsequent ...

Synthesis of Immunotargeted Magneto-plasmonic Nanoclusters

Syntese av Immunotargeted Magneto-plasmonic nanoclusters

Magnetic and plasmonic properties combined in a single nanoparticle provide a synergy that is advantageous in a number of biomedical applications ...

Synthesis, Characterization, and Functionalization of Hybrid Au/CdS and Au/ZnS Core/Shell Nanoparticles

Syntese, karakterisering og funksjon av Hybrid Au / CDer og Au / ZnS Kjerne / Shell Nanopartikler

Plasmonic nanoparticles are an attractive material for light harvesting applications due to their easily modified surface, high surface area and large ...

Protocol for the Synthesis of Ortho-trifluoromethoxylated Aniline Derivatives

Protocol for the Synthesis of Ortho-trifluoromethoxylated Aniline Derivatives

Protokoll for syntese av<em&gt; Ortho</em&gt; -trifluoromethoxylated anilinderivater

Molecules bearing trifluoromethoxy (OCF3) group often show desired pharmacological and biological properties. However, facile synthesis of ...

Synthesis of Ligand-free CdS Nanoparticles within a Sulfur Copolymer Matrix

Syntese av ligand-fri CdS Nanopartikler i en Svovel Copolymer Matrix

Aliphatic ligands are typically used during the synthesis of nanoparticles to help mediate their growth in addition to operating as high-temperature ...

Synthesis of Protein Bioconjugates via Cysteine-maleimide Chemistry

Synthesis of Protein Bioconjugates via Cysteine-maleimide Chemistry

Syntese av Protein Bioconjugates<em&gt; via</em&gt; Cystein-maleimide kjemi

The chemical linking or bioconjugation of proteins to fluorescent dyes, drugs, polymers and other proteins has a broad range of applications, such as the ...

Synthesis of Cyclic Polymers and Characterization of Their Diffusive Motion in the Melt State at the Single Molecule Level

Syntese av Sykliske Polymers og karakterisering av deres diffusiv Motion i smeltet tilstand ved enkelt molekyl nivå

We demonstrate a method for the synthesis of cyclic polymers and a protocol for characterizing their diffusive motion in a melt state at the single ...

Synthesis of a Water-soluble Metal&#8211;Organic Complex Array

Synthesis of a Water-soluble MetalÃƒÆ’Ã‚Â¢ÃƒÂ¢Ã¢â‚¬Å¡Ã‚Â¬ÃƒÂ¢Ã¢â€šÂ¬Ã…â€œOrganic Complex Array

Syntese av en vann-løselig metall-organisk kompleks rekke

We demonstrate a method for the synthesis of a water-soluble multimetallic peptidic array containing a predetermined sequence of metal centers such as ...

DNA-magnetic Particle Binding Analysis by Dynamic and Electrophoretic Light Scattering

DNA-magnetiske partikler bindende analyse av dynamisk og Electrophoretic lysspredning

Isolation of DNA using magnetic particles is a field of high importance in biotechnology and molecular biology research. This protocol describes the ...

Synthesis of a Thiol Building Block for the Crystallization of a Semiconducting Gyroidal Metal-sulfur Framework

Syntese av en Thiol byggestein for krystallisering av en Semiconducting Gyroidal Metal-svovel-ramme

We present a method for preparing thioester molecules as the masked form of the thiol linkers and their utilization for accessing a semiconducting and ...