力

Nature Communications volume 13、記事番号: 3231 (2022) この記事を引用

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トリアゾリンジオン (TAD) とインドール誘導体のクリックケミストリー反応から生じる力可逆的な CN 結合は、機械的負荷に応答する材料を設計するための分子レベルの工学にとって刺激的な機会を提供します。 ここで我々は、TAD-インドール付加物が乾燥状態の共有結合架橋ポリマーの架橋点として機能し、材料が周囲温度でリアルタイムに可逆的な応力応答性を示すことを可能にすることを示した。 発エルゴン TAD-インドール反応ではベンチ安定な付加物が形成されますが、ポリマーネットワークに埋め込まれ、引き伸ばし力を受けると周囲温度で解離して元の生成物に戻ることが示されました。 さらに、初期の TAD 部分は、周囲温度でインドール反応パートナーと解離した後、自発的かつ即座に再結合することができるため、力可逆的な挙動によるポリマーセグメントの立体構造の調整やネットワークの完全性の維持が可能になります。 全体として、私たちの戦略は、機械的強度と延性を同時に強化しながら強化された共有結合架橋ポリマー材料を作成する一般的な方法を表していますが、これは従来の化学的方法では達成するのが非常に困難です。

共有結合架橋で製造されたポリマー材料は、その優れた機械的強度と熱安定性により、日常生活の多くの分野で広く使用されています1、2、3、4。 共有結合架橋ポリマー材料のほとんどは周囲条件下で使用され、共有結合ポリマーネットワークの完全性がポリマー材料の特性と寿命に直接影響します5、6、7、8。 しかし、架橋ポリマーでは長期にわたる力の摂動は避けられず、通常は不可逆的な共有結合の切断を誘発し、その結果架橋ネットワークが化学的に損傷します9。 この現象は、共有結合で架橋されたポリマー材料の機械的および機能的特性を著しく弱めるだけでなく、その耐用年数を短縮し、さらにはその用途に安全性のリスクをもたらします。

一般に、弱い力によって活性化される共有結合は、外力の摂動からエネルギーを散逸させるために優先的に切断される可能性があります10、11、12。 現在、ポリマー材料の機械的強度と延性を同時に高めるために、一連の弱い力で活性化される共有結合が架橋点として共有結合ポリマーネットワークに導入されています9、13、14。 弱い力によって活性化される共有結合は、UV または可視光線の照射、加熱、触媒などの外部刺激によって再形成される可能性があるという事実にもかかわらず、壊れた結合は周囲条件下でリアルタイムに再形成することはできません。そのため、長期にわたる塗布プロセスではポリマーネットワーク内に不可逆的な損傷が生じます。 さらに、比較的安定な有機ラジカルへのホモリティック開裂は、有望な可逆的な解離/会合を示しました 19,20。 しかし、ラジカル組換え反応は、酸素分子、水分、その他周囲の分子などと不可逆反応を起こしやすいことが多く、これは動的共有結合化学の観点から懸念されています20。 特に、周囲条件に長時間さらされると、ラジカル種は結合を剥離したり再結合したりする活性を失うことが予想されます。 それにもかかわらず、大塚ら 21 は、中心の CC 結合が機械的ストレス下で容易に切断され、比較的安定なラジカル種を生成するジフルオレニルスクシノニトリル (DFSN) リンカーに基づく注目すべき例を開発しました。 ただし、DFSN リンカーの回復が遅れたため、リアルタイムでの自己再結合は可能になりませんでした。 その結果、可逆的な応力応答性を備えた周囲安定性の動的共有結合をリアルタイムで開発することは、機械的強度と延性、動的環境への適応性を同時に強化するなど、共有結合で架橋されたポリマーの複数の力応答機能を設計するための有用な道を提供するでしょう。そしてネットワークの自律性。