Os polímeros ganham resistência e sustentabilidade de incêndio com atualização química alimentada pela luz

À medida que a demanda por materiais poliméricos avançados aumenta, a pós-funcionalização surgiu como uma estratégia eficaz para projetar polímeros funcionais. Essa abordagem envolve a modificação das cadeias poliméricas existentes, introduzindo novos grupos químicos após sua síntese, permitindo a transformação de polímeros prontamente disponíveis em materiais com propriedades desejáveis.

A pós-funcionalização pode ser realizada em condições leves usando luz visível na presença de catalisadores, que fornece uma rota sustentável para o desenvolvimento de polímeros de alto valor. No entanto, os métodos existentes geralmente dependem da geração de radicais de carbono ao longo da cadeia de polímeros, limitando a variedade de grupos funcionais que podem ser introduzidos.

Em um avanço significativo, uma equipe liderada pelo professor Shinsuke Inagi, do Departamento de Ciência e Engenharia Química, Escola de Materiais e Tecnologia Química do Instituto de Ciência Tóquio (Science Tóquio), Japão, desenvolveu uma técnica de pós -funcionalização que permite a incorporação de alterações de fosfonato sob luz visível condições. Esse avanço abre caminho para uma gama mais ampla de modificações de polímero.

O estudo, publicado on-line no diário Edição Internacional de Angewandte Chemie Em 15 de maio de 2025, é um esforço colaborativo envolvendo Inagi e o ex -pós -graduado Sr. Tomohiro Tamano, da Science Tóquio, em parceria com o professor Hirohisa Ohmiya, da Universidade de Kyoto.

A reação é baseada na química do crossover radical -polar (RPC), na qual um carbocalização é gerado no spine do polímero, permitindo reações com vários nucleófilos. “Nossa estratégia é o primeiro exemplo de pós-funcionalização usando um processo de RPC catalisado por organofotorox, expandindo significativamente o escopo das reações e permitindo a criação de novas arquiteturas de polímeros que são inatingíveis por outros métodos”, diz Inagi.

O processo envolve a fosfonilação de derivados de poli (metacrilato) contendo um grupo éster de ftalimida, utilizando o catalisador organofotorox 12-fenil-12h-benzo (b) fenotiazina (pH-benzoptz). O mecanismo de reação proposto começa com a formação de um complexo de doador -acetor de elétrons (EDA) entre o éster de ftalimida e o catalisador.

Após a irradiação com a luz LED azul, o catalisador doa um elétron para o éster, fazendo com que o grupo de ftalimida se rompeu junto com dióxido de carbonoque gera um radical centrado em carbono na cadeia de polímeros. Este radical sofre mais transferência de elétrons ou acoplamento com o cátion radical do catalisador, formando um equivalente a carbocalização (um intermediário com carga positiva) na cadeia de polímeros.

Finalmente, esse intermediário reage com os fosfitos de teste (atuando como nucleófilos), resultando na incorporação de grupos de fosfonato na cadeia polimérica.

O polímero resultante, compreendendo unidades de dietil isopropenilfosfonato, propileno e acrilato de metila, apresenta uma composição única que é desafiadora para alcançar o uso de técnicas de polimerização radical padrão. A equipe também incorporou com sucesso os fosfitos de teste em um polímero precursor composto por monômeros de ftalimida e estireno. Eles também criaram novos polímeros com graus de funcionalização variando de 7% a 21%, usando vários fosfitos de estudo, incluindo variantes substituídas de cloro- e trifluorometil, demonstrando o amplo escopo e flexibilidade do método.

“A copolimerização de olefinas com monômeros de vinil ativada é desafiadora e geralmente resulta em baixa incorporação de olefinas, mesmo sob condições de polimerização radical severa.

Os polímeros com grupos éstres de fosfonato exibem resistência ao fogo e capacidade de resposta à temperatura, mesmo com baixo conteúdo de 10percenta 20%. Consequentemente, essa estratégia de pós-funcionalização proposta pode ser benéfica para o desenvolvimento de materiais e aditivos retardistas de chama para baterias de íons de lítio, ajudando a evitar incêndios em bateria. A equipe agora pretende aplicar essa estratégia para incorporar outros grupos químicos úteis em polímeros para um caminho sustentável para o desenvolvimento de materiais funcionais da próxima geração.