بهبود استریوشیمی خواص پلیمر
به طور کلی، ضرورت استریوشیمی در عملکرد مولکول ها به خوبی درک شده است. با این حال، تا به امروز، کنترل استریوشیمی و پتانسیل آن بر اثربخشی خواص پلیمرهای حاصل هنوز به طور کامل مشخص نشده است. این بررسی بر اینکه چگونه استریوشیمی در پلیمرها کنترل خواص فیزیکی و مکانیکی آنها را تحت تاثیر قرار داده و همچنین عملکرد آنها را کنترل می کند؟ مرور مختصری از متدولوژی سنتز برای دسترسی به این مواد با تمرکز بر تأثیر استریوشیمی بر خواص مکانیکی، تجزیه زیستی و رسانش ارائه شده است. علاوه براین، توسعه کاربردهای پلیمرهای استریو در جداسازی نامتقارن و به عنوان پشتیبان کاتالیست ها در تبدیل های نامتقارن مورد بحث قرار گرفته اند. در نهایت، فرصت هایی را در نظر می گیریم که استریوشیمی غنی از مونومرهای منابع پایدار ممکن است در این زمینه کاربرد مفیدی داشته باشند. همچنین در صورت امکان، تشابهات بین اصول طراحی را به منظور شناسایی فرصت ها و محدودیت هایی که این رویکردها ممکن است در تأثیرات آنها بر خواص و عملکرد مواد داشته باشند بیان می کنیم.
طبیعت توانایی ایجاد مولکول های بزرگ و پیچیده رابه تکامل رسانده است که در آن کنترل دقیقی توالی و آرایش فضایی اتم ها نقش مهمی در عملکرد آنها دارد. کنترل توپولوژیکی سه بعدی بیش از ترتیب پیوندها به همان اندازه عملکرد و رفتار مولکول ها مهم است و فاکتور حیاتی در روابط ساختار-عملکرد است که در سیستم های بیولوژیکی رخ می دهد. با در نظر گرفتن این که اثرات استریوشیمی بر عملکرد داروهای مولکولی کوچک مانند تالیدومید (یکی به نام انانتیومر که برای ضعف صبحگاهی موثر است و دیگری تراتوژن نام دارد) یا ناپروکسن (یک انانتیومر برای درمان درد آرتریت استفاده می شود، دیگری باعث مسمومیت کبدی شده و اثر ضد درد ندارد) به خوبی شناخته شده است، در بیوپلیمرهایی که در آنها استریوشیمی تاثیر مهمی بر ساختار و عملکرد ندارد، به وضوح نشان داده شده است. برای مثال، DNA که در قلب همه سیستم های بیولوژیکی است، به کایرالیته قند دئوکسی ریبوز در ستون فقرات آن نیاز دارد تا از تشکیل ساختار دو مارپیچ با برهمکنش فوق مولکولی بین پسماندهای نوکلئوباز مکمل که به آن متصل شده اند، اطمینان حاصل کند. علاوه براین، تفاوت ساده و استریوشیمیایی بین لاستیک طبیعی و گوتاپرکا (به ترتیب ایزومرهای سیس-ترانس در پلی ایزوپرن با وزن مولکولی بالا)، با وجود گوتا پرکا به عنوان یک ماده سخت تر، شکننده تر و با الاستیک کمتر از ایزومر آن منجر به تفاوت های قابل ملاحظه ای در خواص مکانیکی آنها می شود. تأثیر متمایز استریوشیمی در بیوپلیمرها بر روی ساختار و عملکرد آنها نشان دهنده ضرورت چنین جنبه هایی از مواد مصنوعی (سنتزی) است. با این حال، این مطالعه به دلیل چالش های پیشرو در ایجاد ماکرومولکول ها با توالی و استریوشیمی کاملاً مشخص در هر واحد تکرار، به داده کمتری در این باره دسترسی دارد. بدیهی است که ایجاد مواد با استریوشیمی کنترل شده از پتانسیل ایجاد مواد جدید با رفتار و عملکرد پیچیده برخوردار است. با نظر به اینکه دانش ما در این زمینه نتیجه پیشرفت های 70 سال گذشته پلی اولفین ها است، این جنبه از طراحی پلیمر با توجه به استریوشیمی غنی بسیاری از منابع پایدار یا تجدید پذیر دارای بستر مناسبی برای رشد مواد اولیه مونومر و افزایش کاربرد آنها است. در اینجا، به بررسی مقالاتی پرداخته شده است که کنترل استریوشیمی در پلیمر را مورد بحث قرار داده اند که تغییر قابل ملاحظه ای در خواص حرارتی یا مکانیکی داشته است و یا رفتار عملکردی مواد را فعال/دستکاری می کند. بیشتر مقالات فرصت هایی را تعریف می کنند که در آنها استریوشیمی می تواند با هدف افزایش خواص و عملکرد پلیمرها و مواد حاصل شده استفاده شود. با توجه به باکس زیر، روش های مختلفی برای استفاده از استریوشیمی در پلیمرها به منظور تحت تاثیر قرار دادن خواص آنها وجود دارد.
باکس 1:
اگرچه تعاریف استریوشیمی در پلیمرها می توانند در برخی موارد متفاوت باشند، ما پیشینه مقالاتی را دنبال کردیم که روش های مختلف شکل گیری استریوشیمی را به عنوان بخشی از پلیمرها تعریف می کنند؛ استریوشیمی زنجیره اصلی به پلیمرهایی اشاره دارد که حاوی استریوشیمی در ستون فقرات هستند و استریوشیمی زنجیره جانبی به پلیمرهایی اطلاق می شود که در آنها ساختار استریوشیمی مستقیماً به ستون فقرات متصل نیست (این نوع پلیمرها تا حد زیادی به دلیل پایین بودن نفوذ که رفتار مواد را تحت تاثیر قرار می دهد، از این بررسی حذف شده اند). در نهایت، حتی در مواردی که کایرالیته یا استریوشیمی در ساختار پلیمری مشخص نیست، آتروپیزومریسم را می توان برای ایجاد مارپیچ های پلیمری چپ گرد و راست گرد (یعنی ایجاد استریوشیمی پلیمری) هدایت کرد. با این که ما مبحث طولانی (با توجه به اینکه دیگر مقالات به اندازه کافی این موضوع را پوشش می دهند) در این باره نداریم، اما برخی از مباحث بر استفاده از مونومرها با گروه های کایرال اضافی متمرکز شده اند.
علیرغم مطالعات انجام شده در چندین دهه، استریوشیمی پلیمر هنوز یک حوزه نوپا است. تعداد پلیمرهای شناخته شده (و بالقوه) نیز علاوه بر پیچیدگی ذاتی چنین ساختارهای مولکولی بزرگ، می توانند اثرات استریوشیمی و فرایندها را مبهم کنند. علاوه براین، دسترسی به ساختارهای تعریف شده استریوشیمیایی اغلب دشوار بوده و به توسعه روش های نوین پلیمریزاسیون نیاز است. ایجاد همبستگی بین استریوشیمی و خواص توده ای ازطریق روابط استاندارد ساختار-خواص همچنان یک چالش برانگیز است. اگر چه رویکرد کلی این چالش برای همه کلاس های پلیمری ممکن است هرگز وجود نداشته باشد اما پیشرفت کلاس های پلیمری می تواند طراحی معقول مواد در آینده را تقویت کند. به همین منظور، باید استریوشیمی را به عنوان یک ویژگی استاندارد در پلیمر در نظر گرفت. از آنجا که عملکرد بیوپلیمرها ارتباط نزدیکی با آرایش سه بعدی اتم ها دارد، فرض کردیم استریوشیمی در بسیاری از پیشرفت ها در توسعه مواد و نانوتکنولوژی گنجانده شده است. بالا بردن اهمیت استریوشیمی در تعیین خواص مواد بایستی به یک عامل کلیدی در ارزیابی پلیمرها با تنظیمات استریوشیمیایی متمایز تبدیل شود. بدون شک، یکی از جنبه های اصلی در تعریف استریوشیمیایی در پلیمرها تغییر در بلورینگی مواد است. با در نظر گرفتن تاثیر بلورینگی بر خواص الاستومرهای ترموپلاستیک که قبلا مشاهده شده است، کنترل این خواص مستلزم کاربرد بسیار گسترده تری است. جدا از همبستگی بلورینگی با خواص مکانیکی و رفتار تخریب هیدرولیتیک، تأثیر آن بر خواص مانع لایه ها و نفوذ آب در نهایت می تواند کاربرد برخی مواد در نگهداری مواد غذایی (از میان سایر کاربردها) را افزایش دهد. در واقع، اگر این ترکیب در محلول (مانند پلیمرهای مارپیچ) حفظ شده یا متورم شود، پلیمرها ممکن است کاربردهای بالاتری مانند عوامل جداسازی کایرال و حفتظت از کاتالیز نامتقارن داشته باشند. این توانایی کنترل بلورینگی از طریق خلوص استریوشیمیایی یا استریو کمپلکسی نیز فرصت هایی برای کنترل فرآیندهای خودآرایی فراهم می کند. برای مثال، خودآرایی مبتنی بر کریستالیزاسیون که می تواند بر مورفولوژی و ابعاد ذرات تاثیر بگذارد و یا تشکیل ساختارهای مرتبه بالاتر با رسانش متفاوت را کنترل کند. استریوکمپلکسی تا حد زیادی می تواند در تقویت مواد از طریق افزایش بلورینگی کاربرد داشته باشد و برهمکنش های بسیار منظم بین زنجیره های پلیمری نیز فرصت بیشتری برای هدایت میدان فراهم می کند. این کار ممکن است در طراحی مواد با خواص چسبندگی یا استریوشیمی قابل کنترل به منظور جابجایی بین حالت های خودآرایی استفاده شود. همچنین استریوکمپلکسی جاگیری گروه های عملکردی مختلف در مجاورت مواد جامد را امکان پذیر می کند. توانایی پلیمرهایی مانند پلی متاکریلات ها در تشکیل کمپلکس های انکلوژن نیز اجازه بهره برداری از برهمکنش های میزبان-مهمان را در رویکردهای جزء به کل نانوتکنولوژی می دهد.
