Molekulare Klettverschlüsse zur reversiblen Bindung makroskopischer Oberflächen

Sievers, Maik

Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass der selektive und reversible molekulare Klettverschluss aus dem Pyridin-Butylacrylat-Baustein Poly(4-vinylpyridin-co-n-butylarcylat) und Porphyrin-Metall-Butylacrylat-Polymer-Baustein Poly(5-(3-vinylphenyl)-10,15,20-triphenyl-21,23-porphyrin-zink(II)-co-n-butylacrylat) aufgebaut werden kann. Zunächst ist für den Porphyrin-Metall-Butylacrylat-Polymer-Baustein eine Synthesestrategie zur Darstellung des notwendigen Porphyrin-Monomers entwickelt worden. Dieses Porphyrin-Monomer soll neben dem Porphyrinring nur eine polymerisationsfähige Vinyl-Gruppe enthalten. In einer fünfstufigen Synthese ist dabei das 5-(3-Vinylphenyl)-10,15,20-triphenyl-porphyrin aufgebaut worden. Für den Porphyrin-Metall-Butylacrylat-Polymer-Baustein ist das Porphyrin-Monomer zum entsprechenden Porphyrin-Butylacrylat-Polymer umgesetzt worden. Die Umsetzung des 5-(3-Vinylphenyl)-10,15,20-triphenylporphyrin ist sowohl in einer klassisch radikalischen als auch in einer kontrolliert radikalischen Polymerisation erfolgt. Auch Poly(4-vinylpyridin-co-n-butylacrylat) als Pyridin-Polymer-Baustein konnte erfolgreich synthetisiert werden. Zur Komplettierung des Porphyrin-Metall-Butylacrylat-Polymer-Bausteins ist in das Poly(5-(3-vinylphenyl)-10,15,20-triphenylporphyrin-co-n-butylacrylat) ein Zink(II)ion eingebracht worden. Im letzten Schritt zum molekularen Klettverschluss ist der Pyridin-Butylacrylat-Baustein und der Porphyrin-Metall-Butylacrylat-Polymer-Baustein zusammengebracht worden. Das gewünschte Poly(5-(3-vinylphenyl)-10,15,20-triphenyl-21,23-porphyrin-zink(II)-co-n-butylacrylat) ist mit einem Poly(4-vinylpyridin-co-n-butylacrylat) zu einem großen Netzwerk komplexiert worden. Desweiteren ist der Porphyrin-Metall-Butylacrylat-Polymer-Baustein auf eine Siliciumober-fläche angebunden worden. Dies ist sowohl über eine klassische radikalische Polymerisation als auch über eine kontrolliert radikalische Polymerisation erfolgt. Zuvor sind mehrere Siliciumwafer für die klassisch radikalische Polymerisation mit dem Initiator 4-Azo-bis-4-cyanovaleriansäure und für die kontrolliert radikalische Polymerisation mit dem RAFT-Reagenz 1,3-Bis(3-(1-phenylthiocarbonylthioethyl)carbonyloxypropyl)-(1,1,3,3-tetramethyl)disiloxan modifiziert worden. Diese Verbindung ist in einer dreistufigen Synthese synthetisiert worden.

This work describes a selective and reversible molecular velcro fasteners system, which was build up from the pyridine-butylacrylate component poly(4-vinylpyridine-co-n-butylarcylate) and the porphyrin-metal-butylacrylate-polymer-component poly(5-(3-vinylphenyl)-10,15,20-triphenyl-21,23-zinc(II)-porphyrin-co-n-butylacrylate). Primarily a synthesis strategy of the porphyrin monomer for the porphyrin-acrylate polymer component was developed. This porphyrin monomer should contain a porphyrin unit with only one vinyl group usable in a subsequent polymerisation. The 5-(3-vinylphenyl)-10,15,20-triphenyl-porphyrin was built up in a 5-stage synthesis. The porphyrin-acrylate polymer component poly(5-(3-vinylphenyl)-10,15,20-triphenyl-21,23-zinc(II)-porphyrin-co-n-butylacrylate) was synthesised in a further reaction. For the porphyrin-metal-butylacrylate polymer component, the porphyrin monomer was connected to a corresponding porphyrin-butylacrylate polymer backbone. The synthesis of 5-(3-vinylphenyl)-10,15,20-triphenylporphyrin was done as conventional radical as well as “controlled“ radical polymerisation. Also poly(4-vinylpyridine-co-n-butylarcylate) as a pyridine polymer component was synthesised successfully. For the completion of the porphyrin-metal-butylacrylate polymer component a zinc(II)-ion was introduced in the poly (5-(3-vinylphenyl)-10,15,20-triphenylporphyrin-co-n-butylacrylate). In the last step to the molecular velcro fastening the pyridine polymer component and the porphyrin-metal-butylacrylate polymer component were brought together. The desired poly(5-(3-vinyl¬phenyl)-10,15,20-triphenyl-21,23-porphyrin-zinc(II)-co-n-butyl¬acrylate) and the poly(4-vinylpyridin-co-n-butylacrylate) formed an extensive network. Furthermore the porphyrin-metal-butylacrylate polymer component was bound to the surface of a silicon wafer. This took place in a conventional radical as well as in a “controlled” radical polymerization. Prior to the polymerisation several silicon wafer were prepared with 4,4-azobis(4-cyanovaleric acid) as initiator for conventional radical and with the RAFT reagent 1,3-Bis(3-(1-phenylthiocarbonylthio-ethyl)carbonyloxypropyl)-(1,1,3,3-tetramethyl)disiloxane for a “controlled” radical mechanism. The reagent was synthesised in a three-stage reaction.

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Sievers, Maik: Molekulare Klettverschlüsse zur reversiblen Bindung makroskopischer Oberflächen. Clausthal 2017.

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