Mechanochemical Ring-Opening of Allylic Epoxides

烯烃 机械化学 化学 反应性(心理学) 环氧化物 聚合物 共价键 烷基 环氧乙烷 高分子化学 光化学 有机化学 催化作用 医学 病理 替代医学
作者
Meredith H. Barbee,Junpeng Wang,Tatiana B. Kouznetsova,Meilin Lu,Stephen L. Craig
出处
期刊:Macromolecules [American Chemical Society]
卷期号:52 (16): 6234-6240 被引量:22
标识
DOI:10.1021/acs.macromol.9b01190
摘要

Recent successes in covalent polymer mechanochemistry might more easily be translated to stress-responsive bulk materials if easily scalable and minimalist mechanophores were identified. Epoxides represent attractive modifications of unsaturated polymer backbones for this purpose, but they suffer from limited mechanical reactivity. Here, we report that placing alkenes adjacent to cis-epoxide mechanophores along a polymer backbone results in ring-opening to carbonyl ylides during sonication, whereas epoxides with an adjacent saturated, linear alkyl chain do not. Upon release, tension-trapped ylides preferentially close to their trans-epoxides in accordance with the Woodward–Hoffmann rules. The reactivity of carbonyl ylides is exploited to tag the activated species with spectroscopic labels and to facilitate force-induced cross-linking through a reaction with pendant alcohols on co-polymers. The alkene effect is attributed to a combination of lower activation energy of the reaction (ΔG‡) and greater force-coupled change in the length as the reaction proceeds from the ground to transition state (Δx‡) relative to epoxides without the alkene. Even with alkene assistance, mechanochemical reactivity remains low; single-molecule force spectroscopy establishes that at ∼2500 pN ring-opening proceeds with a rate constant that is less than approximately 5 s–1 in toluene.
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