Спрос на современные полимерные материалы растет, и ученые все чаще используют постфункционализацию — метод, который позволяет модифицировать уже готовые полимеры, добавляя к ним новые химические группы. Это открывает путь к созданию материалов с уникальными свойствами без необходимости синтезировать их с нуля.

Обычно такие реакции проводят с помощью света и катализаторов, что делает процесс экологичнее. Но у классических методов есть ограничение: они работают в основном с углеродными радикалами, а значит, набор возможных модификаций невелик.

Группа ученых под руководством профессора Шинсуке Инаги из Токийского научного института совершила прорыв.

Они разработали метод, позволяющий вводить в полимеры фосфонатные эфиры — важные для промышленности соединения — с использованием видимого света.

Исследование опубликовано в издании Angewandte Chemie и проведено совместно с профессором Хирохисой Омия из Киотского университета.

Суть метода в радикально-полярном переходе (RPC): на полимерной цепи образуется карбокатион, который реагирует с нуклеофилами — в данном случае с триалкилфосфитами. Катализатором выступает органическое соединение Ph-benzoPTZ.

Под действием синего света фталимидная группа отщепляется, оставляя после себя радикал, который превращается в карбокатион. Затем к нему присоединяется фосфонатный эфир, и полимер обретает новые свойства.

Что получилось:

• Полимеры с содержанием фосфонатных групп от 7% до 21%.
• Возможность использовать разные модификации триалкилфосфитов, включая хлор- и трифторметил-замещенные.

Обычно введение олефинов в полимеры сложно и требует жестких условий, — объясняет Инаги. — Но наш метод позволяет легко добавлять фосфонатные группы, создавая структуры, которые раньше были недоступны.

Фосфонатные полимеры обладают огнестойкостью и термочувствительностью даже при небольшом содержании модификаций (10–20%). Это открывает перспективы для:

• Негорючих материалов.
• Добавок для литий-ионных аккумуляторов, снижающих риск возгорания.

Следующий шаг — адаптировать метод для других функциональных групп, чтобы расширить библиотеку полимеров с заданными свойствами.

Исследование решает две ключевые проблемы:

1. Упрощение синтеза — вместо сложных многостадийных процессов можно модифицировать уже существующие полимеры.
2. Расширение возможностей — фосфонатные группы придают материалу огнестойкость, что критично для электроники, строительства и транспорта.

Особенно ценно применение в аккумуляторах: даже небольшое количество добавки может предотвратить возгорание, а это — прямой путь к более безопасным батареям для гаджетов и электромобилей.

Метод пока не универсален: он требует наличия фталимидных групп в полимере, что ограничивает круг подходящих исходных материалов. Также степень функционализации невысока (до 21%), а для промышленности часто нужны более значительные модификации.

Ранее казанские ученые получили суперконструкционный полимер для медицины.