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用于可见光诱导thiol-Michael反应的邻硝基苄基光致引发剂
发布时间:2021-01-20     作者:wyf   分享到:

对于PBGs引发的thiol-Michael

**,相比于弱碱,强碱可以快速生成硫负离子,地引发加成反应;

**,PBGs光分解过程中,应尽量减少因光激发而产生的自由基副产物或中间体。比如Chatani等人使用TEMPO来自由基的生成,避免体系内的丙烯酸酯均聚;

第三,目前大多数PBGs只能吸收紫外光,对于400 nm以上波段的光吸收很少。与紫外光引发相比,低能量的光可以大限度地减少光化学过程中的紫外光引发的副反应,并避免在生物医学应用中损坏紫外光敏感的细胞或组织。

 

2-2-硝基苯基)丙氧羰基(NPPOC)保护的胺已被证明是适用于紫外线照射下的thiol-MichaelPBG。由于其量子产率高、光解效率高等优点,NPPOC基团在核肽/肽序列、基因组装和光响应材料中有着广泛的应用。

为了优化NPPOC的光解理效率和吸收,人们采取了两种不同的策略,即感光和结构修饰。通过修改NPPOC的核心结构,Somoza组发展了长波长响应、硫代苯基-2-2-硝基苯基)丙氧羰基(SPh-NPPOC)。同样,(3,4-亚甲基二氧基-6-硝基苯基)丙氧羰基(MNPPOC)也具有吸收波长红移的特点,地促进了基因芯片合成中的光解动力学。另一种策略中使用可见光活性敏化剂(如硫黄酮、香豆素衍生物),基于三重态的分子内或分子间能量转移,也使NPPOC光敏感系统具有红移吸收(>400 nm)。

 

介绍了受MNPPOC保护的TMGMNPPOC-TMG)作为可见光thiol-Michael聚合的PBG。研究了三种光碱生成体系:MNPPOC-TMGNPPOC-TMGITX敏化的NPPOC-TMG,研究了它们的光解和对聚合的催化效率。与NPPOC基团相比,MNPPOC结构中的给电子基团(即亚甲基二氧基)趋向于稳定π-π激发态,并由于其弱电荷转移(CT)相互作用而引起了吸收的红移。这种修饰结构还影响光反应过程中的电子跃迁,并大大促进MNPPOC400 nm以上的辐射波长下的光分解。使用NPPOC-TMG以及ITX/NPPOC-TMG系统在分别在紫外波段和可见光波段对MNPPOC-TMG体系进行了评估。催化机理为光碱发生剂在适当波长下光解并释放所需的受保护物种,即TMG,随后攫取硫醇的质子并引发thiol-Michael反应。(如图1所示)

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图1. Photobase催化Thiol-Michael反应的机理

MNPPOC-TMG的合成路线如图2所示,所有合成步骤均在温和条件下进行,总收率为10-20%。

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图2. MNPPOC-TMG的合成路线

NPPOC的光致变色机理由图3所示,与非取代NPPOC-TMG相比,MNPPOC-TMG的光谱变化在原理上是相似的,吸收波段整体红移。用酚红比色法进一步证实了光诱导的MNPPOC-TMG分解生成TMG,同时观察到副产物为二氧化碳和亚甲基二氧基硝基苯乙烯。

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3. NPPOC的光致变色机理 

NPPOC-TMG相比,MNPPOC-TMG和加入敏化剂ITX的NPPOC-TMG的光谱显示了较长的波长吸收带,大波长分别为346和388nm,在可见光区域(高于420 nm)也有有很好的吸收。

为了模拟thiol-Michael反应环境,使用了用非挥发性含有四个巯基的PETMP代替甲醇作为溶剂。可以观察到MNPPOC-TMG在不同的紫外条件(365和405 nm)下表现出更快的光分解动力学。由于400 nm以上的吸收有限,NPPOC-TMG在455 nm LED光下时几乎是惰性的。在455 nm的条件下,ITX能很容易地敏化NPPOC-TMG并诱导其分解,但其光解速率仍差于MNPPOC-TMG。

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图4. 不同波段各体系的光解速率比较

观察到photobase的浓度与时间的自然对数成线性,表面光解为一级反应,光解效率可以由方程1计算得出(见表1)。

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具有高光解效率的光引发剂易于在光照射下快速地释放碱催化,从而使辐照度降低,限制了在介质中发生的光化学副反应(例如,对组织的损害或不期望的自由基聚合等)。

 在365 nm照射下,MNPPOC-TMGNPPOC-TMG均能地引发thiol-Michael聚合,观察到硫醇和丙烯酸酯之间的化学计量反应(图5a)。然而MNPPOC-TMG催化的thiol-Michael聚合单体的终转化率更高,反应速度更快。

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5. 聚合反应物浓度随时间的变化

  另一方面,如图5b所示,MNPPOC-TMG具有吸收红移和良好的光灵敏度的优点,在可见光(波长大于400 nm)很好地引发的thiol-Michael聚合。在相同的条件下,敏化剂ITX工作转移光子能量分解NPPOC-TMG并引发碱催化的thiol-Michael聚合。然而,由于ITX也产生一定量的自由基并诱导了丙烯酸酯的均聚,因此丙烯酸酯的转化比相应的硫醇转化高8-10%

  综上所述,成功合成了一种用于可见光引发的thiol-Michael聚合的BPGMNPPOC-TMG,并且评估了MNPPOC-TMG的性能,即可见光灵敏度、光分解效率和对thiol-Michael聚合的催化活性等。在后续的材料合成中在阶段通过MNPPOC-TMG引发,终实现了连续的双波长光控双固化聚合。总的来说,这种方法使thiol-Michael反应能够在低能量、长波长可见光照射下进行,从而扩大了其在生物相容性和在其他紫外线敏感材料中的应用。

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