原子转移自由基聚合的露天性能

美国研究人员开发了一种完全耐氧的原子转移自由基聚合(ATRP)工艺。它将不需要专门的设备，并允许用户在开放的反应容器中在水和有机溶剂中进行ATRP。

ATRP是应用最广泛的聚合方法之一，因为它可以构建定义明确的聚合物，适用于广泛的单体和溶剂，并且只需要廉价的商业催化剂、配体和引发剂。

然而，与其他自由基聚合一样，氧气的存在，即使是微量的，也会抑制ATRP过程。在典型的铜催化剂体系中，氧将铜(I)催化剂的活性形式转化为非活性铜(II)。在此基础上，氧与扩散的自由基发生反应，从而终止聚合。

由于空气中氧气含量丰富，这就造成了实际问题，因此ATRP反应通常在手套箱中进行，或者通过惰性气体冲洗或冷冻泵-解冻脱气来去除氧气。不幸的是，这些对策往往与混合生物大分子不兼容，例如那些由蛋白质或酶制成的生物大分子。

因此，在过去的几十年里，几组科学家试图通过各种方法给ATRP引入一定程度的耐氧性。其中一些使用金属或小有机分子作为还原剂，而另一些则使用光化学来再生催化剂。然而，这些仍然局限于系统中只有少量氧气的密封容器。

Krzysztof Matyjaszewski卡内基梅隆大学的研究员在25年前开发了ATRP。最近，他和他的团队通过将葡萄糖氧化酶作为氧气清除剂，开发了一种称为呼吸ATRP的过程。然而，这会产生过氧化氢，最终产生羟基自由基，引发新的聚合物链，导致分子量降低。为了克服这个问题，他们尝试加入丙酮酸钠来清除过氧化氢。然而，从产物中分离酶存在问题。

现在，Matyjaszewski和他的同事们已经解决了这个问题，他们不再使用酶，而是使用光诱导引发剂进行连续活化剂再生(PICAR)。丙酮酸钠的加入使催化剂再生，并清除过氧化氢。该方法允许几乎全部的单体转化，以获得摩尔质量接近30万且分散性低的聚合物，而只需使用百万分之一浓度的铜。

优素福Yagci土耳其伊斯坦布尔技术大学的研究人员也试图解决ATRP对氧气的不耐受问题。他说，新方法有几个优点，“包括使用非常少量的铜催化剂，在水和有机介质中都适用，使用亲水和疏水单体，克服了与酶系统观察到的葡萄糖氧化酶污染相关的问题。”“虽然这个系统很复杂，但它肯定会引起科学界和工业界的兴趣。”

Matyjaszewski的团队现在正致力于进一步优化该系统。“至少到目前为止，我们还不能达到100万摩尔的质量，最终我们希望从紫外线转换到可见光，甚至是近红外，这有更大的穿透力。”