Synthesis of new pyridine-based monomers for fabrication of functional polymer brushes.

Abstract

Szczotki polimerowe są cienkimi i kowalencyjnie szczepionymi warstwami polimerowymi o nanometrycznych grubościach, które umożliwiają nadanie nowych właściwości modyfikowanym przez nie materiałom. Szczególnym przypadkiem szczotek polimerowych są szczotki wrażliwe na bodźce zewnętrzne, w tym szczotki polielektrolitowe, charakteryzujące się zdolnością do zmiany konformacji łańcuchów pod wpływem różnego rodzaju bodźców, takich jak temperatura czy pH otoczenia. Do tego typu układów należą między innymi szczotki zbudowane z łańcuchów polimerowych zawierających w swojej strukturze pierścienie pirydynowe. Jednakże synteza takich polimerów jest znacznie ograniczona. Dzieje się tak ze względu na fakt, że w metodzie polimeryzacji najczęściej wykorzystywanej do otrzymywania szczotek – SI-ATRP – rolę katalizatora pełnią kompleksy metali przejściowych, natomiast pirydyna wykazuje zdolność do kompleksowania jonów metali, co zaburza cały proces. Z tego względu poszukiwane są inne metody polimeryzacji prowadzące do otrzymania szczotek z monomerów pirydynowych. W tej pracy zaprezentowana jest synteza nowych, izomerycznych monomerów pirydynowych oraz ich polimeryzacja przy użyciu metody ATRP pozbawionej jonów metali (SI-PTH-foto-ATRP), wykorzystującej organiczny fotokatalizator – N-fenylofenotiazynę. Zsyntezowane monomery zostały scharakteryzowane za pomocą spektroskopii w podczerwieni oraz spektroskopii magnetycznego rezonansu jądrowego, natomiast otrzymane szczotki polimerowe – za pomocą mikroskopii sił atomowych.Polymer brushes are thin, nanometric-sized, and covalently grafted polymer layers, which provide new properties to the materials they modify. Stimuli-responsive surface-grafted polymers including polyelectrolyte brushes are a special type of brushes, characterized by the ability to change the conformation of the polymer chains in response to various external stimuli, such as temperature or pH. These types of systems include, among others, polymer brushes composed of pyridine-containing polymers. However, the synthesis of such polymers is greatly limited. It is caused by the fact that in the SI-ATRP - the most popular polymerization strategy for the synthesis of polymer brushes, transition metal complexes act as reaction catalysts. At the same time, pyridine can complex metal ions, which disrupt the whole process. For this reason, new approaches towards fabrication of polymer brushes from pyridine-based monomers are desired. In this work, the syntheses of new, isomeric, pyridine-based monomers and their polymerization using metal-free ATRP method (SI-PTH-foto-ATRP) with an organic photocatalyst – N-phenylphenothiazine are presented. The synthesised monomers have been characterized by infrared spectroscopy and nuclear magnetic resonance spectroscopy, while the obtained polymer brushes by atomic force microscopy