Alternierende π-konjugierte Blockcopolymere mit definierten Blocklängen : Synthese und Charakterisierung

Schappel, Jörg

Mit der Entdeckung der elektrischen Leitfähigkeit von Polyacetylenen mit oxidierenden Reagenzien, wie z.B. Iod, entstand eine neue Verbindungsklasse innerhalb der Polymerchemie und ein weites Feld in der Polymerforschung. Im Jahr 2000 wurden Alan J. Heeger, Alan D. MacDiarmid und Hideki Shirakawa für ihre grundlegenden Arbeiten mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet.[1-3] Neben Polyacetylen (PA) etablierten sich Polydiacetylene (PDA) [4,5], Poly(para-phenylen)e (PPP) [6-8], insbesondere Poly(paraphenylenvinylen) e (PPV) [9] und mit der Entwicklung der Palladium katalysierten Kopplung von terminalen Alkinen mit aromatischen Halogeniden (Kapitel 2.1) auch Poly(arylenethinylen)e (PAE) [10], häufig auch als Poly(phenylenethinylen)e (PPE) bezeichnet. Charakteristisch für alle Polymere ist das ausgedehnte π-System und die Kombination von metallischen und Polymer-Eigenschaften, wie elektrische Leitfähigkeit, (nichtlineare) optische Aktivität, Filmbildung, leichte Handhabung und Flexibilität.[11-15] Daraus resultierend kam es zu Forschungen und Untersuchungen in den Anwendungsbereichen von Batterien [16], „intelligenten“ Fenstern [17], über Transistoren [18], Sensoren [19], Photodioden[20] und Lasern[21] bis hin zu Licht emittierenden Dioden (LEDs)[9,22] und auf Polymeren basierenden Solarzellen.[23-27] Durch Variation der Strukturelemente und Integration von Donor- und / oder Akzeptor-Gruppen in die Haupt- oder Seitenketten eröffnet sich insbesondere bei PAEs ein breites Forschungsspektrum. Gisa und Bunz geben hierzu einen breiten Überblick.[28,29] Die Kombination der Eigenschaften der PAEs mit denen anderer Polymere eröffnet ein weites Feld für Forschung und Entwicklung. Copolymere vereinen die Eigenschaften zweier oder mehrerer Polymere. Insgesamt gibt es vier Arten von Copolymeren.[30-32] Statistische Copolymere entstehen durch radikalische oder ionische Polymerisation zweier oder mehrerer Monomere, die mit sich selbst und untereinander reagieren können. Alternierende Copolymere erhält man aus Monomeren, die nur miteinander und nicht mit sich selbst reagieren können. Die Darstellung erfolgt durch Polyaddition oder -kondensation. Bei der Synthese von Blockcopolymeren werden unterschiedliche Blöcke (meistens Oligomere oder Polymere) miteinander verknüpft. Die vierte Klasse von Copolymeren sind sogenannte Pfropfcopolymere, bei denen in einer polymeranalogen Reaktion auf eine Polymerkette ein zweites Polymer als Seitenkette eingefügt wird.[30-32] Besonders Blockcopolymere führen durch Kombination der unterschiedlichen Eigenschaften der einzelnen Blöcke – meist Oligomere – zu Polymeren mit neuen und interessanten Eigenschaften, die die Informationen der einzelnen Blöcke enthalten und daraus resultierend supramolekulare Überstrukturen ausbilden.[33-35] Sogenannte „coil-coil“- Diblockcopolymere, bestehend aus zwei flexiblen Blöcken z.B. Polystyren-block-polyisoprene, wurden in den vergangenen Jahrzehnten intensiv untersucht.[36-38] Ihre Anwendung findet man in thermoplastischen Elastomeren oder Additiven[39] sowie als Bestandteil von Membranen mit Nanoporen.[40-42] Ein sehr viel weiteres Spektrum umfassen „rod-coil“-Diblockcopolymere. Hierbei handelt es sich um Polymere, die einen starren stäbchenförmigen Block (rod) und einen flexiblen Block (coil) enthalten. Dieser besteht meistens aus Polystyrenen, Polyisoprenen oder Polyethylenglycolen. Als starrer Block kommen alle konjugierten Polymere wie Poly(para-phenylen)e, PPVs oder PAEs sowie kondensierte Aromaten z. B. Perylen in Frage. Zusätzlich nimmt man bei „rodcoil“- Diblockcopolymeren eine Unterteilung in „low molecular weight“ ( n M < 20000 g/mol) und „high molecular weight“ ( n M > 20000 g/mol) Diblock copolymere vor.[35] Erstere werden auch als „rod-coil“- Diblockoligomere bezeichnet. Aufgrund der unterschiedlichen Molekülbausteine kommt es sehr leicht zur Mikrophasen-separation und damit zur Ausbildung flüssigkristalliner Phasen.[35,43]....

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Schappel, Jörg: Alternierende π-konjugierte Blockcopolymere mit definierten Blocklängen. Synthese und Charakterisierung. 2006.

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