고등을 위한 새로운 길

May 29, 2024

Scientific Reports 5권, 기사 번호: 18244(2016) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

생체적합성이 높은 고분자의 합성은 현대 생명공학과 의학에 중요합니다. 여기에서는 광 및 열 활성화 또는 개시제 추가 없이 실온에서 2-(히드록시에틸)메타크릴레이트(HEMA)의 초고속 및 효율적인 벌크 중합을 위한 2단계 고압 램프(HPR)를 기반으로 하는 독특한 공정을 보고합니다. . HEMA 단량체는 압축 단계에서 처음 활성화되지만 밀도가 높은 유리와 같은 환경으로 인해 반응성이 방해를 받습니다. 빠른 중합은 액체 상태로 감압된 두 번째 단계에서만 발생합니다. 회수된 시료에서는 전환율이 90%를 넘는 것으로 나타났다. 겔 투과 크로마토그래피는 중합 메커니즘에서 HEMA2·· 2라디칼의 중요한 역할을 입증합니다. HPR 공정은 오늘날 고려되는 결정화된 단량체 계열을 넘어 HP 유도 중합의 응용 분야를 확장합니다. 이는 또한 일반적인 광 활성화 또는 열 활성화에 대한 매력적인 대안으로서 고순도 유기 물질의 효율적인 합성을 가능하게 합니다.

고압(HP) 기술은 재료 과학에서 매우 중요한 도구이며 초기 재료를 기술적 관심도가 높은 특성을 나타내는 새로운 재료로 변환하는 데 널리 사용됩니다. 고압 하에서 흑연으로부터 다이아몬드를 합성하는 것은 이 분야에서 가장 눈에 띄는 사례 중 하나입니다1. 최근 환경 문제에 대한 관심이 높아지고 녹색 화학 프로세스 개발에 대한 수요가 증가하면서2 HP 기술3의 새로운 응용 분야가 열렸습니다. 이러한 관점에서 HP 화학의 가장 중요한 이점 중 하나는 잠재적으로 독성이 있는 용매, 촉매 또는 라디칼 개시제를 사용하지 않고 화학 반응을 시작할 수 있다는 것입니다4,5,6. 고압 과학은 기본적인 응집 물질 물리학 및 화학에서도 중요합니다. 본질적으로 HP로 인한 화학 반응은 특정 조건에서 경쟁할 수 있는 두 가지 요소에 의해 좌우됩니다. 첫째, 밀도가 증가하면 분자간 상호 작용과 전자 구조가 크게 변형되어 시스템이 열역학적으로 불안정해집니다. 둘째, HP에 의해 유발된 스트레스는 상당한 잠재적 에너지 장벽을 초래하여 반응 경로의 선택성을 초래할 수 있습니다. 예를 들어, 분자 결정질 고체에서 반응물의 방향은 소위 국소화학적 원리에 따라 특정 반응 채널을 촉진하거나 방지할 수 있습니다. 따라서 압축에 의해 시스템에 추가된 에너지가 반응을 시작하는 데 충분할 수 있지만 밀집된 환경에 의해 유발된 제약은 반응 좌표를 따라 분자 재배열을 방지하고 심지어 반응을 방해할 수도 있습니다. 비가역적이거나 가역적인 HP 유발 화학 반응의 예가 여러 리뷰7,8,9에서 보고되었습니다.

HP에 의해 유발된 화학 반응 중에서 중합은 라디칼 생성 첨가제가 없는 순수한 중합체를 얻을 수 있는 가능성으로 인해 상당한 관심을 끌고 있습니다. 지난 10년 동안 액체 및 결정상에서 작은 불포화 탄화수소 분자의 HP 중합이 실험적으로4,5,10,11,12 및 이론적으로13,14,15,16 광범위하게 연구되었습니다. 이들 연구에 따르면, 고압은 연쇄 반응을 유발하는 라디칼 종을 생성하는 이중 또는 삼중 π-결합의 파괴를 선호합니다. 이러한 HP 반응은 압력 임계값 이상에서 발생하며 몇 시간 또는 며칠의 시간 단위로 천천히 진행됩니다. 이러한 반응을 가속화하기 위해 두 가지 접근법이 고려되었습니다. 첫 번째 접근 방식은 압력을 높이는 것으로 구성됩니다. 그러나 압력이 증가함에 따라 분자 이동성이 감소하기 때문에 이 접근 방식은 중합에 큰 분자 재배열이 필요하지 않은 정렬된 단계의 단량체로 제한됩니다5,17. 따라서 광활성화는 일반적으로 반응 동역학을 가속화하고 중합을 시작하는 데 필요한 압력 임계값을 줄이기 위한 피할 수 없는 접근 방식으로 간주됩니다.