一、研究动机-清华大学.doc

2008年兩岸暑期莙政學術交流專案 專題報告 水凝膠的製備與性質的研究 作者 王振沅 清華大學理學院學士學位學程 指導老師 倪沛紅 蘇州大學化學系 2008年8月25日 摘要：從發現ATRP法之後在各方面得到很大的關注，為了增加對ATRP的認識，此次研究以HEMA為單體以ME-Br引發劑合成一新的水凝膠分子。 關鍵字：原子轉移自由基聚合(ATRP)、水凝膠。 一、研究動機 原子轉移自由基聚合(atom transfer radical polymerization,ATRP)在1995年由王錦山 Wang J S Matyjaszewski K. Macromolecules, 1995,28(22):7572 和Swamoto Kato M, Kamigaito M, Swamoto M, et al. Macromolecules,1995,28(5):1721~1723 兩人分別獨立發現，此方法因兼具了活性聚合和自由基聚合的優點，具有適用單體廣泛、聚合條件溫和、合成的分子量與結構可控、分子量分佈較窄等優點，經發現後得到廣泛的關注，但仍有相當大的空間可以等待、發展，因此想藉由這次的學習讓自己對於ATRP有初步的認識。 二、研究目的： 以ATRP合成一種高分子聚合物，並依此高分子的性質討論可能投入的用途。 三、研究方法： 以HEMA(2-hydroxyethyl methacrylate)為單體，並以合成的ME-Br為引發劑進行活性聚合反應(ATRP)，此實驗包含兩個階段，一是引發劑的合成，二是以HEMA為單體的聚合反應。 1.引發劑合成(ME-Br)： 需要藥品：2-Bromo-2-methylpropionyl bromide、芐醇、pyridine、氯仿 合成步驟：(1)將2-Bromo-2-methylpropionyl bromide以加料管緩緩加入由芐醇(100ml)和pyridine(70ml)混合成的氯仿溶液中攪拌(於0℃的冰浴環境下)。 (2)待所有2-Bromo-2-methylpropionyl bromide加入溶液中後持續攪拌一小時。 (3)攪拌完後，將反應產生的混合物先以50ml的去離子水沖洗，再以10%的硫酸50ml沖洗，再以飽和的碳酸氫納水溶液50ml清洗。 (4)最後將取得的有機溶液以真空抽氣移除所有的溶劑(芐醇)，並得到無色的ME-Br晶體。 2.ATRP合成 需要藥品：引發劑(ME-Br)、HEMA單體(以乾燥的nitrogen攪拌30分中左右以去除HEMA中的毒氣)、METHANOL(同時以乾燥的氮氣除去有毒氣體，然後將其通過一雙尖的針筒以標準的Schlenk法操作)、 bpy ligand(463 mg, 2.97 mmol)、Cu(I)Cl晶體(118 mg, 1.19 mmol) 合成步驟：(1)將bpy ligand和Cu(I)Cl晶體??入已除去毒氣的溶液中，然後聚合反應迅速發生。 (2)生成物將會在上述步驟完成後立即生成，將其置於10℃的環境下30分鐘內其黏度會一直增加。 (3)當生成物暴露制空氣中時Cu(I)將會氧化變成Cu(II)生成物的顏色由深棕色逐漸變成淡藍色，之後將反應物通過在甲醇進行純化萃取的動作以去除反應物中多餘的淡藍色Cu(II)結晶，將所有含有Cu(II)的結晶移除後，反應物會變成無色的溶液。 (4)然後將生成物放入真空乾燥機內移除甲醇可得到白色的聚合物。 (5)最後以冷的THF移去未反應的HEMA單體以及引發劑(ME-Br)即得到產物。 反應式如下： Cu(I)Br, bpy methanol,20°C ATRP是以一簡單的有機鹵化物為引發劑過渡金屬配合物為鹵原子載體,透過氧化還原回應，在活性種與休眠種之間建立可逆的動態平衡的方法，實現了對聚合反應的控制。 (反應機構圖如下) ATRP 集活性聚合與自由基聚合優點於一體，具有適用單體廣泛、聚合條件溫和、合成的聚合物分子量與分子結構可控制、分子量分佈範圍較窄等優點，較傳統合成方法多了更多的優點，發現後即受到各界的關注。 學者利用ATRP 合成出結構清晰和可控的無規、嵌段、星形、梯度、超支化、樹枝狀等多種複雜結構的聚合物,提高聚合物的性能試圖改進原來的聚合工業，降低生產成本是其研究目的。 ATRP製成的產品在智慧材料、高性能黏合劑、分散劑、介面活性劑、熱塑性彈性體、綠色化學製品、電子資訊材料以及新型含氟材料等高技術領域都可能具有相當的應用空間。 四、結果討論： 雖然以各種ATRP法合成的水凝膠分子在各種方面經由其他反應可聚合成具通膨性的分子，可望作為藥物的載體，此載體(智慧高分子)在特定的溫度、酸鹼度、濃度等條