o-Nitrobenzyl-based polymer materials with light-regulated multi-functions

Abstract

o-Nitrobenzyl (oNB)-based polymers have been used as photodegradable materials/surfaces, and responsive biomaterials. While previous studies have mainly focused on the photodegradation of the material by intercalating oNB derivatives in the polymer chains, this thesis pays attention to the utilization of oNB photolysis to tailor the properties of materials, including interface functions, network topology, and bulk properties. To this end, two kinds of oNB based molecules with multifunctional units were designed and synthesized: 2-bromo-N-(2-nitro-3, 4-dihydroxyphenethyl)-2-methylpropanamide (NO2-BDAM, nitrodapomine based initiator) and 2-((2-bromo-2-methylpropanoyl)oxy)ethyl 4-(4-(1-(acryloyloxy)ethyl)-2-methoxy-5-nitrophenoxy) butanoate (vinyl-oNB-Br, photolabile inimer). In part 1, NO2-BDAM, in combination with Mn2(CO)10 as a visible light-sensitive additive, was used to control the growth and detachment of polymer brushes independently. In part 2, vinyl-oNB-Br was introduced into a double network material for in situ regulating topology from connected double network (c-DN) to disconnected double network (d-DN) by light exposure. In the last part, vinyl-oNB-Br was used to graft and detach polymer brushes from a network, leading to the change of network topology and material toughness. These results contribute to the topic of functionalized oNB based polymer systems and tunable topological polymer networks, providing useful strategies both in chemistry and materials.

o-Nitrobenzyl (oNB)-basierte Polymere wurden als photoabbaubare Materialien/Oberflächen und responsive Biomaterialien verwendet. Während sich frühere Studien hauptsächlich auf den Photoabbau des Materials durch die Interkalation von oNB-Derivaten in den Polymerketten konzentrierten, widmet sich diese Arbeit der Nutzung der oNB-Photolyse, um die Eigenschaften von Materialien, einschließlich Grenzflächenfunktionen, Netzwerktopologie und Volumeneigenschaften, anzupassen. Zu diesem Zweck wurden zwei Arten von oNB-basierten Molekülen mit multifunktionellen Einheiten entworfen und synthetisiert: 2-Brom-N-(2-nitro-3,4-dihydroxyphenethyl)-2-methylpropanamid (NO2-BDAM, Nitrodapomin-basierter Initiator) und 2 -((2-Brom-2-methylpropanoyl)oxy)ethyl 4-(4-(1-(Acryloyloxy)ethyl)-2-methoxy-5-nitrophenoxy)butanoat (vinyl-oNB-Br, photolabiles Inimer). In Teil 1 wurde NO2-BDAM in Kombination mit Mn2(CO)10 als Additiv für sichtbares Licht verwendet, um das Wachstum und die Ablösung von Polymerbürsten unabhängig voneinander zu kontrollieren. In Teil 2 wurde vinyl-oNB-Br in ein Doppelnetzwerkmaterial eingebracht, um die Topologie in situ vom verbundenen Doppelnetzwerk (c-DN) zum getrennten Doppelnetzwerk (d-DN) durch Lichteinwirkung zu regulieren. Im letzten Teil wurde Vinyl-oNB-Br zum Aufpfropfen und Ablösen von Polymerbürsten aus einem Netzwerk verwendet, was zu einer Änderung der Netzwerktopologie und Materialzähigkeit führte. Diese Ergebnisse tragen zum Thema funktionalisierte oNB-basierte Polymersysteme und abstimmbare topologische Polymernetzwerke bei und liefern nützliche Strategien sowohl in der Chemie als auch in den Materialien.