蒸发辅助合成奥林匹克凝胶 - 化学试剂定制合成网

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1979年，Pierre-Gilles de Gennes（1991年诺奖得主）提出的一种全新的聚合物网络结构：奥林匹克凝胶（Olympic gel）。然而，由于合成方面的挑战，这种结构尚未通过人工材料成功制备。受生物系统中DNA链网络的启发，电子科技大学崔家喜教授团队采用蒸发辅助法首次制备了环互锁弹性体（图1）。团队通过挥发移除LpHE/DMF体系中DMF来催化基于LpHE多环互锁网络的形成。该方法为制备拓扑结构复杂的材料提供了一种简单、通用且有效的策略。

该体系中，在碱性催化剂的存在下，硫辛酸衍生物进行阴离子开环聚合（ROP），形成二硫化物的环链平衡。为了确认ROP（链生长）机制，该团队使用凝胶渗透色谱（GPC）、质谱（MS）和¹H NMR来监测聚合过程（图2）。接着，该团队采用多种组合的方法证明了环互锁弹性体的形成。所得弹性体可以在良溶剂中溶胀，表现出与普通交联聚合物相似的典型溶胀动力学曲线（图3a）。同时，通过对四氢呋喃洗涤弹性体收集的未互锁残余物进行基质辅助激光解吸飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）表征，证明只存在环状聚合物（cPLpHE）（图3b）。为了确认该互锁结构，该团队还设计并合成了一个环状荧光分子探针（Py-cPMS），将py-cPMS添加到含cPLpHE的粘性溶液中以制备凝胶（图3c）。所获得的样品经四氢呋喃洗涤去除任何未互锁的Py-cPMS后，仍显示出均匀的荧光（图3d），这意味着Py-cPMS已被牢固地整合到弹性体中。有意思的是，该蒸发作用辅助的互锁过程也可能发生在聚合物网络内部，因此通过原位互锁过程可提高弹性体的交联度，并展示出可生长性能（图4）。

该研究成果以“Evaporation-Assisted Synthesis of Olympic gels”为题发表于近期的Angew. Chem. Int. Ed.期刊上。该工作受到国家自然科学基金的资助。特别感谢深圳大学王恒教授、南京大学薛璐璐教授、湖南科技大学陈建教授、广州大学张国杰教授和华南师范大学刘鸿教授对这个工作的帮助。