この作品は、NSFのキャリア賞CMMI-1350436などファカルティ・ディベロップメントのためのコロラド州デンバーセンターの大学によってサポートされていました。著者らは、これらの材料の合成と特性評価のための治具や金型の開発に彼らの助けのためにジャックコーレス、エリックLosty、とリチャードWojcikを承認したいと思います。著者はまた、材料の予備的特徴付けのためにブランドンマングとEllanaテイラーに感謝したいと思います。

液晶エラストマー種の保存法の調製<ol><li> 30ミリリットルバイアルに4 - ビス - [4-（3- acryloyloxypropypropyloxy）ベンゾイルオキシ] -2-メチルベンゼン（RM257）の4グラムを追加します。 RM257は、ジアクリレートメソゲンであり、粉末として受信されます。ホットプレート上で80℃に加熱し、トルエンを40重量％（ すなわち、1.6 g）を添加することにより、RM257を溶解します。このプロセスは、典型的には溶液中にRM257を溶解するために5分未満を要します。 注：他の溶媒は、ジクロロメタン（DCM）、クロロホルム、ジメチルホルムアミド、RM257を溶解するために使用することができます。マイケル付加反応が完了する前に、DCM、クロロホルムを室温で速やかに蒸発する可能性がありながら、それは、モノマーが反応の間にすぐに溶媒が蒸発することなく室温で硬化することができるしかし、トルエンを選択しました。ジメチルホルムアミドは、加熱することなく、すぐにRM257を溶解するが、溶剤（〜150℃）を除去するために非常に高い温度を必要とすることができます。カマルと公園は、DCMの組み合わせを使用しました液晶、CB5は、RM257に溶解した。31 </li><li> RTへの解決策を冷却します。ペンタエリスリトールテトラキス（3-メルカプトプロピオネート）（PETMP）、四官能チオール架橋性モノマーの0.217グラム、および2,2-（エチレンジオキシ）diethanethiolの0.9157グラム（EDDET）、ジチオールモノマーを加えます。 PETMPとEDDET間のチオール官能基のモル比は15:85です。この比は、試験を通して15モル％PETMPと呼ぶことにします。 注意：RM257は、このプロセス中に再結晶化した場合、一時的に解決するモノマー戻るまで、80℃のホットプレート上に戻ってバイアルを配置します。次のステップに進む前に、室温に解決策を冷却します。 </li><li>溶液に（2-ヒドロキシエトキシ）-2-メチルプロピオフェノン、（HHMP）の0.0257グラムを溶解します。 HHMP第二段階の重合反応を可能にするために使用される光開始剤です。第二段階の反応を利用しない場合、このステップをスキップすることができます。 </li><li>ジプロピルアミンを希釈することにより、触媒の別の溶液を準備します1:50比でトルエンと（DPA）。モノマー溶液に希釈した触媒溶液の0.568グラムを加え、ボルテックスミキサーで勢いよく混ぜます。これは、チオール官能基に対する触媒の1モル％に相当します。 注意：この溶液に、そのようなDPAなどの希釈されていない触媒を追加する可能性が非常に迅速なローカライズされた重合になりますし、次のステップで詳述所望の型にポリマー溶液の操作を防ぐことができます。 </li><li>混合に起因する気泡を除去するために、508 mmHgので1分間、真空チャンバ内でモノマー溶液を置きます。混合後直ちに、この手順を実行します。 </li><li>すぐに必要な金型にソリューションを転送したり、2枚のスライドガラスの間にソリューションを注入します。金型は、HDPEから製造されるべきです。マイケル付加反応は、酸素阻害に対して比較的鈍感であるようモールドは、カバーされる必要はありません。 </li><li>反応は室温で少なくとも12時間進行させます。解決策は、wはゲル化します最初の30分をithin。 </li><li>場所80℃の真空チャンバ内の試料と24時間、508 mmHgでトルエンを蒸発させます。完了したら、サンプルを室温で光沢のある白と不透明な外観を持っている必要があります。 </li><li>それぞれ、0：25：75 50：50の比でステップ1.2で二官能チオールモノマーに四官能の比率を調整するには、この手順を繰り返して、100。この研究のために使用される化学製剤の詳細な表には、表1に示されています。 </li></ol>リアルタイムフーリエ変換赤外での二段反応の2動態試験<ol><li> MCT / B検出器およびXT-KBrをビームスプリッタで分光計を装備。 </li><li>官能基及び光開始剤の0.5重量％のチオールに関して触媒の0.5モル％を使用してLCE部分の調製において上記に概説したプロトコルを使用して混合物を調製します。 2つのイニシエータを別々に試験した、2-2ジメトキシ-2-フェニルアセトフェノン（DMPA）およびHHMP。 DMPAは、より一般的に使用されるIでありますnitiator、HHMPは高温でより安定しています。 </li><li>すぐにガラスピペットを用いて混合した後のNaCl結晶間LCE混合物の一滴を置きます。 </li><li> 2.92秒のサンプリング間隔レートで記録スペクトル。 </li><li> 2527センチメートル-1 - 2571センチメートル-1 2614のベースラインでのSH吸収ピークとピークの高さプロファイルを使用してチオール基の転化を監視します。 </li><li> 810 -1におけるC = C吸収ピークを有するピークの高さプロファイルを使用して、アクリレート基の変換をモニター-1 829のベースライン- 781 -1。 </li><li>反応はチオール基の100％の転化を示し、チオールピーク高さがプラトーになるまで室温でFTIR下で進行することを許可します。 </li><li>チオール基の完全な変換の際に、放射計光度計で測定することができる350ミリワット/ cm 2の強度で過剰アクリレートの重合を完了するために10分間ライトガイドを搭載した365 nmの光源をオンにします。 </li><li> 2.6で説明したようにアクリレート基の変換を監視します。 </li></ol> 3.動的機械分析（DMA） <ol><li>疎水性表面剤とスライドの表面を噴霧し、乾燥するまでペーパータオルで表面を擦ることによって2枚のスライドガラスを準備します。 </li><li>スタックは、それらが1ミリメートルスペーサーで分離されるように一緒にスライドします。スペーサは、スコアリングによって切断することができ、別のスライドガラスを破壊することは、約25.4ミリメートル×5ミリメートル×1ミリメートル測定します。各終わりにバインダークリップを使用して一緒にスライドを固定します。 </li><li>ガラスピペットを使用してスライドの間にモノマ​​ー溶液を注入します。これは、準備されたモノマー溶液の約1.5グラムが必要です。 </li><li>サンプルは、ステップ1.7に応じて、少なくとも12時間硬化させます。ガラススライドを分離し、1.8のステップに応じてサンプルを乾燥させます。 </li><li>かみそりの刃やはさみを使用して、30×10×1mm 3のの寸法の長方形の試験片をカット。 </li><li>サンプル小道具をロードDMA機にerly。 10〜15 mmの有効長と、引張モードでサンプルをテストします。グリップを締めたときに0.1 Nmは、多くの場合、あまりにも多くのトルクであるとして、試験サンプルにグリップを締めすぎないように注意してください。 </li><li>サイクル3℃/分の加熱速度で120℃まで-50から1 Hzで0.2％歪みでのサンプル。 125％の力トラックを設定します。 </li><li>日焼け∂曲線のピークでのガラス転移温度 （T g）を測定します。 </li><li>アイソトロピック転移温度 （T i）と貯蔵弾性率曲線の最低点を測定します。 </li><li>ゴム弾性率を測定し、E &#39;R、Tで私は ℃に+30。 </li></ol> 4.ひずみツー故障テスト<ol><li> 1mmの深さで、ASTMタイプVの犬の骨の空洞を粉砕することによってHDPEの金型を準備します。 </li><li>ガラスピペットを用いて、モノマー溶液が面一になるまで、各イヌの骨空洞を充填金型のトップと。サンプルは、ステップ1.7と1.8に応じて硬化し、乾燥することができます。 </li><li> LCEの15の変化PETMP架橋剤濃度で配合したサンプル、25、50、および100モル％から5引張試験片を準備します。 </li><li>試験片のゲージ長内の離れ7ミリメートルに反射レーザーテープ5を2枚セットします。 </li><li>レーザー伸縮計、熱室、および500 Nロードセルを装備した機械的試験機に試料をロードします。標本は高い歪み値でウェッジグリップから外れるように、試験片を固定するために、自己締め付けグリップを使用してください。適用されたひずみの関数としての長さの正確な変化を追跡するために適切にレーザー伸縮計を合わせます。 </li><li>故障まで0.2ミリメートル/秒の変位速度で室温で試験片ひずみ。試験片の破壊により故障を定義します。 </li><li>温度の関数としての歪みの故障テスト用の15モル％PETMP架橋剤の追加の試験標本。試験片で-40、-30、-20、-10、0、10、22、40、60、及び80°C。試験の前に10分間、所望の試験温度で等温的に全ての検体を保持します。 </li></ol> 5.形状固定性と作動テスト<ol><li>ゲージ25ミリメートルの長さは1ミリメートル×5mmの断面積を有するHDPEカスタムドッグボーン型を準備します。 </li><li>ステップ1.5から1.1に応じて15モル％PETMPのモノマー溶液を準備します。 </li><li>ガラスピペットを用いて、モノマー溶液は、金型の上部と同じ高さになるまで、それぞれの金型キャビティを充填します。 </li><li>サンプルは、ステップ1.7と1.8に応じて硬化し、乾燥することができます。 </li><li>離れて試験片のゲージ長内の反射レーザーテープ5〜7ミリメートルを2枚セットします。ステップ4.5に従ってサンプルをロードします。永久的なマーカーを使用して、反射テープの各部分の反対側のドットをマーク。ドット間の長さを記録します。 </li><li> 100％、200％、300％、または400％のひずみに0.2ミリメートル/秒の変位速度で室温で試験片ひずみ。 </li><li>目を維持しながら、E所望のひずみレベル、サンプルからのUVランプ150mm程度を保持することにより、10分間〜10ミリワット/ cm 2の強度で365nmのUV光源にサンプルをさらします。 </li><li>サンプルをアンロードしてから作動を誘発するためにT Iの上にそれを加熱します。サンプルは室温に戻して冷却し、ドット間の長さを記録することができます。 </li><li>以下の式を用いて定着性を計算します。 <img alt="式（1）" src="/files/ftp_upload/53546/53546eq1.jpg" width="500" /> εは適用どこ固定 （レーザー伸縮計により測定された）光架橋前に、εプログラミング株である光架橋（ドット変位の変化によって測定された）後に永久歪みの量です。 </li><li>プログラムされた試験片の中央部から30ミリメートルの長さのサンプルをカットします。 </li><li> DMAテスターに​​適切にサンプルをロードします。 13〜15 mmの有効長と、引張モードでサンプルをテストします。しないように目を締めすぎていることを確認しますテストクーポンで電子グリップ。 </li><li> 3℃/分の速度で120°Cから-25まで試料を冷却し0 N.の予圧下で120℃にサンプルを平衡化。テスト全体のために0〜Nで予備力を維持します。 </li></ol>

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著者らは、開示することは何もありません。

主鎖種の保存法は、アクチュエータとセンサから人工筋肉に至るまで、多数の潜在的な用途のために研究されてきました。残念ながら、合成とモノドメイン配向が完全に実現されることから、これらのアプリケーションの多くを防ぐための重要な課題のままである。11最近の研究は、このような複数回整列モノドメインを再プログラムすることができるように交換可能な架橋を使用するなど、これらの課題を克服するための新しい方法を模索しています本研究の33の目的は、二段TAMAP反応を用いLCE合成およびモノドメインプログラミングに比較的未調査のアプローチを提示することでした。第一段目の反応は、アミン触媒を用いて、チオール - マイケル付加アクリレートに基づいて「クリック」反応です。これにより、反応の性質のために、チオール-アクリレートの完全な変換マイケル付加反応は、触媒（ 図2）としてDPAを ​​用いて室温で5時間以内に達成されました。これがあったことに留意することが重要です精製することなく、市販の材料を用いて達成し、比較的簡単な使用して、「ミックス・アンド・注ぐ &quot;方法。チオール官能基に対するDPAの0.5モル％は、それが金型にモノマー溶液を移送できるように、重合速度にわたって与えた制御のため、本研究で選択しました。これは、マイケル付加の重合速度は、単に触媒濃度によって専用されていることに留意することが非常に重要です。高い触媒濃度をもたらす低すぎる触媒濃度が遅い変換としばしばを高い転化率でも、時間の関数として得ることができない可能にする、高いモノマー転化率と直接ゲル。最終的には、重合速度は触媒の濃度により調整することができる。この方法論が提供する利点の34 One得られた中間体ポリドメインLCEネットワークは二段目の反応は無期限に遅延させることができるように、均一で安定であることです。これは、合成を有効にすることができますし、プログラミングステップは、別の実験室で行うことができます。また、第2段階の反応は、光架橋オーバー時空間制御を提供するために、標準的なフォトリソグラフィ技術を用いて結合させることができる。我々の実験サンプルの調製のために25、HHMPがあるため、可視光の存在下での安定性とに光開始剤として使用しましたサンプルを可能にする高温が、熱的ストレス主導の作動または開始を誘発することなく、形状記憶効果のために循環させることにします。別個の光開始剤は、この方法は、第二段階の反応を駆動するためのフリーラジカル開始剤の様々な使用される可能性があることを示している助け、この研究のFTIR部分のために使用しました。 TAMAP提示方法は、初期のポリドメインLCEネットワークの構造上に容易な制御を提供しています。合成4 LCEネットワークを変化させることによって達成可能な熱機械的特性の広い範囲を実証PETMP架橋剤とEDDETスペーサーとの間の比率。 T gおよびゴム弾性率（E rは）PETMP濃度の増加とともに増加した故障株は、PETMPの濃度の増加とともに減少しました。 PETMP濃度の増加は、ネットワークの架橋密度を増加させ、ネットワーク内のチェーンの移動を制限するように、この動作について説明します。他のアモルファス形状記憶ポリマー（SMP）ネットワークに示すように歪みツー故障挙動がゴム弾性率と故障歪みの間の固有の逆関係に従う。彼らは増加し、アライメントを可能として高い故障株と35 LCEシステムは、一般的により望ましいです大きなプログラミング株とモノドメインの。 T g付近で緊張したときに日焼け∂のピークによって測定されるように私たちの15モル％PETMPシステムの故障株は、最大となりました。これはmaximuを示した以前の研究とよく一致してもですMアモルファスSMPネットワークの歪みは、ガラス転移およびT gの発症との間に発生し; T gを超えて加熱するとき、ほとんどのエラストマーに示すよう35,36しかしながら 、LCEサンプルは、障害株の急速な減少を経験しなかった37本ができます。 I（ すなわち、ネマチック相） の T g と Tの間に存在する上昇日焼け∂領域に起因する。前のグループが調査し、ネマチックLCEネットワークのユニークな日焼け∂損失の動作を確認している。38,39は、この損失の挙動がに起因しますネマチック相でのソフト弾力性、メソゲンの異方性形状はストレスの増加を経験することなく回転することにより歪みを収容できるようになっています。 種の保存法は、その刺激応答形状変化能力に科学的関心の多くを生成している。40 </sup&gt;ポリドメインLCEサンプルは一定応力下で延伸した場合、一時的なモノドメイン（ 図4b、c）をプログラムするために、可逆的ストレスドリブン熱作動を実証するためにプログラムすることができます。しかしながら、形状記憶効果もLCEネットワークにおいて実現することができる。本研究では19,41、TAMAP合成LCEサンプルは室温で形状記憶のためにプログラムすることができ、歪みのかなりの量がたとえサンプルに格納されたままでしたサンプルは、T gを超えていました。ストレスフリーまたは「ハンズフリー」操作を可能にするために、第二段階の重合反応が延伸LCE試料における永久整列モノドメインをプログラムするために使用することができます。第二段目の反応の効率が増加するストレッチの関数としての定着性を測定することにより調べることができます。これは、定着性がSMPネットワークの番組を評価するために使用される一般的な測定基準であることに留意すべきである。本研究では42、サンプルは、ストラの異なるレベルでプログラムされました（ すなわち、100％、200％、300％、および400％）で、90％を超える優秀定着性を示しました。我々の結果は、プログラミング株でスケーリング熱作動の大きさが増加した機械的作動させるためのパラメータの増加をリンク先の結果とよく一致していることを明らかにした。例えば43、400％歪みで光硬化したLCEサンプルは平均で実証115％作動時に加熱し、22〜90℃、及び207％の作動時に加熱し、-25℃と120との間に冷却し、冷却しました。他のLCEの研究と比較すると、アヒーアら 44は、液晶ポリマー繊維とYangら400％の作動を報告した。22は、マイクロ LCEの柱のために400％の作動に300％を報告しました。なお、本研究は、多くの場合、等方性の状態でのサンプルの長さに基づいて、歪みを計算LCE文学、の多くは異なる作動を測定することに注意することが重要です。本研究では、作動株は、常に、またはに基づいています合成されたポリドメイン試料のiginal長さ。それはプログラミング株と株定着性と回復の両方に光架橋の効率をより効果的な測定を提供するので、これはTAMAPの方法論のためのより適切です。他の研究で報告されているようにかかわらず、我々の報告作動株は依然として400％よりも低いです。しかし、このTAMAP反応はまだ比較的未調査であり、光架橋の影響はまだ完全に明らかにしなければなりません。光架橋は永久的なモノドメインを固定する必要があるが、あまりにも多くの光架橋が生じるの作動を防​​止します。理論的には、モノドメインを安定させ、最大の作動を可能にするの両方に光架橋の最適量が存在する必要があります。全体的に、TAMAPの方法論は、LCEシステムを合成、構造、プログラム恒久的なモノドメインのアライメントを調整し、最終的には材料のこの魅惑的なクラスを探索するための強力なツールを提供しています。

種の保存法は、液晶（LC）順序とゴム弾性の組み合わせによる機械的および光学的機能を発揮することが可能な刺激応答性ポリマーのクラスです。これらの材料は、このような人工筋肉などの潜在的な技術的応用のための多くのに適しています熱や光、1-3、4,5などの刺激に応答して、異常な形状の変化、柔らかい弾性挙動、および調節可能な光学特性を発揮することができますセンサ6及びアクチュエータ。6,7種の保存法は既にロボット用マイクログリッパ、8微小電気機械システム（MEMS）、6,9光格子装置、10調整可能な開口部、6,11及びマイクロ流体のような多くの用途で実証されていますシステム。12 注文したLC相を生じさせる構造部品は、メソゲンと呼ばれています。メソゲンは、LCドメインの基礎であり、典型的には、柔軟な末端を有する二、三直線的に接続された芳香族環から構成されています。これらの部 ​​分は、直接主鎖種の保存法を作成するために、ポリマー骨格内に配置することができるか、または側基（すなわち、サイドオンまたはエンドに種の保存法）。1,13主鎖種の保存法が原因に多くの関心を生成している彼らのメソゲン順序とポリマー主鎖コンホメーションの間の直接結合。4,14-17は、この直接結合は、主鎖種の保存法はメソゲンの配向、機械的異方性、歪作動の高い度を示すことができます。17 種の保存法の熱作動は、LCのために関連する可逆的異方性等方性転移に依存している。2作動のためのLCEをプログラムするには、メソゲンは、最初にモノドメイン（ すなわち、異方性中間相）を形成するために、取締役に沿って配向されなければならないし、と呼ばれることが多いです液体単結晶エラストマー。整列LCEは、等方性以上に加熱されると作動が発生します<html>等方性の状態へのメソゲンの順序を破壊し、形状変化を駆動する温度（T i）を 、クリアします。モノドメインは、ポリマー鎖を整列させ、応力の方向にメソゲンを配向しますサンプルに（ すなわち、重量を掛ける）外部応力を印加することにより、一時的に形成することができます。モノドメインの永続的なプログラミングは、メソゲンの配向を誘導するために機械的応力の即時適用に続いて軽く架橋ゲルを生成することを含む多段階プロセスを介して達成することができます。いったん整列、反応が確立された共有結合性の架橋し続け、モノドメインを安定化18他の「ワンポット」アラインメント技術は、重合の間の電界の存在下で、または表面配向（ すなわち、スライドガラス上にポリイミドを擦る）によって行うことができるされます。しかしながら、これらの方法は一般的に、薄膜試料に限定されている。1,16 ntent &quot;&gt; Finkelmannとバーグマンは、ジビニルメソゲンと四官能性シロキサン架橋剤のワンステップ白金触媒によるヒドロシリル化反応を使用して準備主鎖種の保存法の最初の合成経路を導入しました。15この方法は、広く多くの研究グループによって適応されています主鎖種の保存法を合成する。17,19,20ポリエステル化及びエポキシベースの反応は、主鎖種の保存法を作るために使用されてきた。21、これらの方法の全ては、副反応を防止するための材料および慎重な実験条件を開始する、高純度を必要とする。1また、これらの方法は不十分に定義されたネットワーク構造で、その結果、モノマーのランダム架橋に依存している。したがって、種の保存法の性質に構造を相関させることはより困難である。最近の研究では、より均一なLCEを調製するためのツールと​​して、クリックケミストリーを使用していますネットワーク;しかし、これらの反応は、挑戦することができますカスタム合成開始メソゲンおよびチオールモノマーを、必要とします生成すること、及びミクロンサイズではなく、アクチュエータのバルク試料を調製するために制限されてきた。22-24 種の保存法の現在の課題は、プログラム可能なモノドメインと合わせLCEネットワークを設計することは、容易な再現性、および拡張性の合成方法を開発する方法に焦点を当てています。最近、我々のグループは、ネマチック主鎖種の保存法を準備する中間相のシステムで初めて二段チオール-アクリレートマイケル付加重合（TAMAP）方法論を導入しました。ここ25 2段TAMAP反応は、二重硬化ポリマーネットワークを形成重合プロセスの病期分類は、2つの異なる時点で、ポリマー構造の変更を可能にします。この戦略は、マイクロアクチュエータ、26形状記憶ポリマー、27,28と表面のしわなどの中間相のシステム以外の他の先端材料を、設計し、製造するために、過去数年間に適応されています。29,30 TAMAPの方法論が利用非stoichiアクリレート官能基過剰のometric組成物。第一段目の反応は自己限定チオール基によりチオール - マイケル付加反応を介してポリドメイン種の保存法を作成するために使用されます。これは、機械的応力を適用することによって、メソゲンドメイン配向することができるであろう中間LCEネットワークです。初段のマイケル付加反応により得られるポリドメインは無期限に安定しており、モノドメインのアラインメントは、反応が完了した直後に発生する必要はありません。過剰アクリレート基との間の第2段目の重合反応は、恒久的に整列モノドメインを修正し、可逆的かつストレスのない（ すなわち、「ハンズフリー」）作動のためのLCEをプログラムするために使用されます。本研究の目的は、LCEシステムのthermomechanicsの架橋密度およびプログラムされたひずみの影響を調査することにより、主鎖種の保存法を準備するためにTAMAP反応の堅牢性を探求し、実証することです。我々は、熱機械的特性及び達成可能なこの反応を使用して作動性能の広い範囲を示します。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="571">
	<tbody>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:208px;">1,4-Bis-[4-(3-acryloyloxypropyloxy)benzoyloxy]-2-methylbenzene;&#160; RM257</td>
			<td style="width:109px;">Wilshire Technologies</td>
			<td style="width:99px;">174063-87-7</td>
			<td style="width:155px;">Di-Acrylate Mesogen&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="62">
			<td height="62" style="height:63px;width:208px;">2,2&#8217;-(Ethylenedioxy) diethanethiol;&#160; EDDET</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:99px;">465178</td>
			<td>Di-Thiol Spacer&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:208px;">Pentaerythritol tetrakis (3-mercaptopropionate); PETMP</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:99px;">381462</td>
			<td>Tetra-Thiol Crosslinker&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="34">
			<td height="34" style="height:35px;">Dipropylamine; DPA</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:99px;">D214752</td>
			<td>Catalyst</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:208px;">2-Hydroxy-4&#8242;-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone; HHMP</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:99px;">410896</td>
			<td>Photoinitiator&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:208px;">2-2-dimethoxy-2-phenylacetophenone; DMPA</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>196118</td>
			<td>Photoinitiator</td>
		</tr>
		<tr height="32">
			<td height="32" style="height:32px;">Toluene</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:99px;">244511</td>
			<td>Solvent&#160;&#160;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

synthesis of programmable main-chain liquid-crystalline elastomers using a two-stage thiol-acrylate reaction

本研究では、ネットワーク構造と整列モノドメインのオーバープログラミング容易な制御を有する新規二段チオール - アクリレートマイケル付加重合主鎖液晶性エラストマーを製造するための（TAMAP）反応（種の保存法）を提示します。合わせLCEネットワークは、市販の出発物質のルーチンを使用して混合し、硬化させるために金型にモノマー溶液を注入して合成しました。初期ポリドメインLCEネットワークは自己制限チオール - アクリレートのマイケル付加反応により形成されています。歪みの障害及びガラス転移挙動は、架橋性モノマー、ペンタエリスリトールテトラキス（3-メルカプトプロピオネート）（PETMP）の関数として調べました。 15モル％PETMPチオール基およびアクリレート基が材料のロバスト性を実証するために使用された15モル％過剰の例非化学量論的システム。 600％を超える最大の失敗株と、伸ばしたときLCEが整列され、透明なモノドメインを形成しました。ストレッチLCEのサンプルがありました延伸され、アンロード時に一定のバイアスストレスや形状記憶効果の下で開​​催されたときに、両方のストレス主導の熱作動を実証することができ。試料が伸長状態にあったときに恒久的にプログラムされたモノドメインは、過剰のアクリレート基の二段目の重合反応を介して達成されました。 LCEサンプルは、無負荷時に、全てのサンプルが90％を超える形状固定性を実証して、100％、200％、300％、400％ひずみでの光硬化及びプログラムされました。総ストレスフリー作動の大きさが増加したプログラミング株を115％に35％から増加しました。全体として、二段TAMAP方法は、これらの魅力的な刺激応答性材料における構造 - 特性性能関係を主鎖LCEシステムを準備し、探索するための強力なツールとして提供されています。

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Synthesis of Programmable Main-chain Liquid-crystalline Elastomers Using a Two-stage Thiol-acrylate Reaction

新規な方法は、市販の出発モノマーを用いて合成するために提示し、プログラム主鎖液晶エラストマーれます。作動性能は、プログラミング中に印加される歪みの量に依存しながら、熱機械的特性の広い範囲は、架橋剤の量を調整することにより調整されました。

二段チオールアクリレート反応を使用してプログラム可能な、主鎖液晶エラストマーの合成

This study presents a novel two-stage thiol-acrylate Michael addition-photopolymerization (TAMAP) reaction to prepare main-chain liquid-crystalline ...

synthesis-programmable-main-chain-liquid-crystalline-elastomers-using

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Chemistry

21.3K ビュー.  University of Colorado Denver. 新規な方法は、市販の出発モノマーを用いて合成するために提示し、プログラム主鎖液晶エラストマーれます。作動性能は、プログラミング中に印加される歪みの量に依存しながら、熱機械的特性の広い範囲は、架橋剤の量を調整することにより調整されました。 

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Preparation and Use of Samarium Diiodide (SmI2) in Organic Synthesis: The Mechanistic Role of HMPA and Ni(II) Salts in the Samarium Barbier Reaction

Although initially considered an esoteric reagent, SmI2 has become a common tool for synthetic organic chemists. SmI2 is generated through the addition of molecular iodine to samarium metal in THF.1,2-3 It is a mild and selective single electron reductant and its versatility is a result of its ability to initiate a wide range of reductions including C-C bond-forming and cascade or sequential reactions. SmI2 can reduce a variety of functional groups including sulfoxides and sulfones, phosphine oxides, epoxides, alkyl and aryl halides, carbonyls, and conjugated double bonds.2-12 One of the fascinating features of SmI-2-mediated reactions is the ability to manipulate the outcome of reactions through the selective use of cosolvents or additives. In most instances, additives are essential in controlling the rate of reduction and the chemo- or stereoselectivity of reactions.13-14 Additives commonly utilized to fine tune the reactivity of SmI2 can be classified into three major groups: (1) Lewis bases (HMPA, other electron-donor ligands, chelating ethers, etc.), (2) proton sources (alcohols, water etc.), and (3) inorganic additives (Ni(acac)2, FeCl3, etc).3
Understanding the mechanism of SmI2 reactions and the role of the additives enables utilization of the full potential of the reagent in organic synthesis. The Sm-Barbier reaction is chosen to illustrate the synthetic importance and mechanistic role of two common additives: HMPA and Ni(II) in this reaction. The Sm-Barbier reaction is similar to the traditional Grignard reaction with the only difference being that the alkyl halide, carbonyl, and Sm reductant are mixed simultaneously in one pot.1,15 Examples of Sm-mediated Barbier reactions with a range of coupling partners have been reported,1,3,7,10,12 and have been utilized in key steps of the synthesis of large natural products.16,17 Previous studies on the effect of additives on SmI2 reactions have shown that HMPA enhances the reduction potential of SmI2 by coordinating to the samarium metal center, producing a more powerful,13-14,18 sterically encumbered reductant19-21 and in some cases playing an integral role in post electron-transfer steps facilitating subsequent bond-forming events.22 In the Sm-Barbier reaction, HMPA has been shown to additionally activate the alkyl halide by forming a complex in a pre-equilibrium step.23
Ni(II) salts are a catalytic additive used frequently in Sm-mediated transformations.24-27 Though critical for success, the mechanistic role of Ni(II) was not known in these reactions. Recently it has been shown that SmI2 reduces Ni(II) to Ni(0), and the reaction is then carried out through organometallic Ni(0) chemistry.28
These mechanistic studies highlight that although the same Barbier product is obtained, the use of different additives in the SmI2 reaction drastically alters the mechanistic pathway of the reaction. The protocol for running these SmI2-initiated reactions is described.

Preparation and Use of Samarium Diiodide SmI2 in Organic Synthesis: The Mechanistic Role of HMPA and NiII Salts in the Samarium Barbier Reaction

A straightforward procedure for the preparation of samarium diiodide (SmI2) in THF is described. The role of two main additives namely hexamethylphosphoramide (HMPA) and Ni(acac)2 in Sm mediated reactions is demonstrated in the Sm-Barbier reaction.

二ヨウ化サマリウム（SMIの調製および使用<sub&gt; 2</sub&gt;）有機合成における：サマリウムバルビエ反応におけるHMPAとNi（II）塩の力学的役割

Although initially considered an esoteric reagent, SmI2 has become a common tool for synthetic organic chemists. SmI2 is generated through the addition of ...

化学

Amide Coupling Reaction for the Synthesis of Bispyridine-based Ligands and Their Complexation to Platinum as Dinuclear Anticancer Agents

Amide coupling reactions can be used to synthesize bispyridine-based ligands for use as bridging linkers in multinuclear platinum anticancer drugs. Isonicotinic acid, or its derivatives, are coupled to variable length diaminoalkane chains under an inert atmosphere in anhydrous DMF or DMSO with the use of a weak base, triethylamine, and a coupling agent, 1-propylphosphonic anhydride. The products precipitate from solution upon formation or can be precipitated by the addition of water. If desired, the ligands can be further purified by recrystallization from hot water. Dinuclear platinum complex synthesis using the bispyridine ligands is done in hot water using transplatin. The most informative of the chemical characterization techniques to determine the structure and gross purity of both the bispyridine ligands and the final platinum complexes is 1H NMR with particular analysis of the aromatic region of the spectra (7-9 ppm). The platinum complexes have potential application as anticancer agents and the synthesis method can be modified to produce trinuclear and other multinuclear complexes with different hydrogen bonding functionality in the bridging ligand.

This protocol describes the use of amide coupling reactions of isonicotinic acid and diaminoalkanes to form bridging ligands suitable for use in the synthesis of multinuclear platinum complexes, which combine aspects of the anticancer drugs BBR3464 and picoplatin.

ビスピリジン系リガンドの合成と二核抗癌剤として白金彼らの複合体形成のためのアミドカップリング反応

Amide coupling reactions can be used to synthesize bispyridine-based ligands for use as bridging linkers in multinuclear platinum anticancer drugs. ...

Highly Stereoselective Synthesis of 1,6-Ketoesters Mediated by Ionic Liquids: A Three-component Reaction Enabling Rapid Access to a New Class of Low Molecular Weight Gelators

In organic chemistry ionic liquids (ILs) have emerged as safe and recyclable reaction solvents. In the presence of a base ILs can be deprotonated to form catalytically active N-Heterocyclic Carbenes (NHCs). Here we have used ILs as precatalysts in the addition of &#945;,&#946;-unsaturated aldehydes to chalcones to form 1,6-ketoesters, incorporating an anti-diphenyl moiety in a highly stereoselective fashion. The reaction has a broad substrate scope and several functional groups and heteroaromatics can be integrated into the ketoester backbone in generally good yields with maintained stereoselectivity. The reaction protocol is robust and scalable. The starting materials are inexpensive and the products can be obtained after simple filtration, avoiding solvent-demanding chromatography. Furthermore, the IL can be recycled up to 5 times without any loss of reactivity. Moreover, the 1,6-ketoester end product is a potent gelator in several hydrocarbon based solvents. The method enables rapid access to and evaluation of a new class of low molecular weight gelators (LMWGs) from recyclable and inexpensive starting materials.

Ionic liquids (ILs) mediate fast, simple and cheap access to 1,6-ketoesters in high diastereoselectivities and good yields. The reaction protocol is robust and the 1,6-ketoesters can be obtained in gram scale after a simple filtration protocol. Moreover, the 1,6-ketoesters are potent gelators in hydrocarbon solvents.

イオン液体によって媒介1,6-ケトエステルの高立体選択的合成：低分子ゲル化剤の新しいクラスへの迅速なアクセスを有効にする三成分の反応

In organic chemistry ionic liquids (ILs) have emerged as safe and recyclable reaction solvents. In the presence of a base ILs can be deprotonated to form ...

Synthesis and Reaction Chemistry of Nanosize Monosodium Titanate

This paper describes the synthesis and peroxide-modification of nanosize monosodium titanate (nMST), along with an ion-exchange reaction to load the material with Au(III) ions. The synthesis method was derived from a sol-gel process used to produce micron-sized monosodium titanate (MST), with several key modifications, including altering reagent concentrations, omitting a particle seed step, and introducing a non-ionic surfactant to facilitate control of particle formation and growth. The resultant nMST material exhibits spherical-shaped particle morphology with a monodisperse distribution of particle diameters in the range from 100 to 150&#160;nm. The nMST material was found to have a Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area of 285 m2g-1, which is more than an order of magnitude higher than the micron-sized MST. The isoelectric point of the nMST measured 3.34 pH units, which is a pH unit lower than that measured for the micron-size MST. The nMST material was found to serve as an effective ion exchanger under weakly acidic conditions for the preparation of an Au(III)-exchange nanotitanate. In addition, the formation of the corresponding peroxotitanate was demonstrated by reaction of the nMST with hydrogen peroxide.

The surfactant mediated sol-gel synthesis of nanosized monosodium titanate is described, along with preparation of the corresponding peroxide modified material. An ion-exchange reaction with Au(III) is also presented.

ナノサイズ一ナトリウムチタン酸の合成と反応化学

This paper describes the synthesis and peroxide-modification of nanosize monosodium titanate (nMST), along with an ion-exchange reaction to load the ...

Synthesis and Exfoliation of Discotic Zirconium Phosphates to Obtain Colloidal Liquid Crystals

Due to their abundance in natural clay and potential applications in advanced materials, discotic nanoparticles are of interest to scientists and engineers. Growth of such anisotropic nanocrystals through a simple chemical method is a challenging task. In this study, we fabricate discotic nanodisks of zirconium phosphate [Zr(HPO4)2&#183;H2O] as a model material using hydrothermal, reflux and microwave-assisted methods. Growth of crystals is controlled by duration time, temperature, and concentration of reacting species. The novelty of the adopted methods is that discotic crystals of size ranging from hundred nanometers to few micrometers can be obtained while keeping the polydispersity well within control. The layered discotic crystals are converted to monolayers by exfoliation with tetra-(n)-butyl ammonium hydroxide [(C4H9)4NOH, TBAOH]. Exfoliated disks show isotropic and nematic liquid crystal phases. Size and polydispersity of disk suspensions is highly important in deciding their phase behavior.

A two dimensional model material of discotic zirconium phosphate was developed. The inorganic crystal with lamellar structure was synthesized by hydrothermal, reflux, and microwave-assisted methods. On exfoliation with organic molecules, layered crystals can be converted to monolayers, and nematic liquid crystal phase was formed at sufficient concentration of monolayers.

コロイド液の結晶を得ることが合成とディスコティックリン酸ジルコニウムの剥離

Due to their abundance in natural clay and potential applications in advanced materials, discotic nanoparticles are of interest to scientists and ...

Microfluidic Preparation of Liquid Crystalline Elastomer Actuators

This paper focuses on the microfluidic process (and its parameters) to prepare actuating particles from liquid crystalline elastomers. The preparation usually consists in the formation of droplets containing low molar mass liquid crystals at elevated temperatures. Subsequently, these particle precursors are oriented in the flow field of the capillary and solidified by a crosslinking polymerization, which produces the final actuating particles. The optimization of the process is necessary to obtain the actuating particles and the proper variation of the process parameters (temperature and flow rate) and allows variations of size and shape (from oblate to strongly prolate morphologies) as well as the magnitude of actuation. In addition, it is possible to vary the type of actuation from elongation to contraction depending on the director profile induced to the droplets during the flow in the capillary, which again depends on the microfluidic process and its parameters. Furthermore, particles of more complex shapes, like core-shell structures or Janus particles, can be prepared by adjusting the setup. By the variation of the chemical structure and the mode of crosslinking (solidification) of the liquid crystalline elastomer, it is also possible to prepare actuating particles triggered by heat or UV-vis irradiation.

This article describes the microfluidic process and parameters to prepare actuating particles from liquid crystalline elastomers. This process allows the preparation of actuating particles and the variation of their size and shape (from oblate to strongly prolate, core-shell, and Janus morphologies) as well as the magnitude of actuation.

液晶エラストマーのアクチュエータのマイクロの準備

This paper focuses on the microfluidic process (and its parameters) to prepare actuating particles from liquid crystalline elastomers. The preparation ...

Solid-phase Synthesis of [4.4] Spirocyclic Oximes

A convenient synthetic route for spirocyclic heterocycles is well sought after due to the molecule&#39;s potential use in biological systems. By means of solid-phase synthesis, regenerating Michael (REM) linker strategies, and 1,3-dipolar cycloaddition, a library of structurally similar heterocycles, both with and without a spirocyclic center, can be constructed. The main advantages of the solid-support synthesis are as follows: first, each reaction step can be driven to completion using a large excess of reagents resulting in high yields; next, the use of commercially available starting materials and reagents keep the costs low; finally, the reaction steps are easy to purify via simple filtration. The REM linker strategy is attractive because of its recyclability and traceless nature. Once a reaction scheme is completed, the linker can be reused multiple times. In a typical solid-phase synthesis, the product contains either a part of or the whole linker, which can prove undesirable. The REM linker is &#34;traceless&#34; and the point of attachment between the product and the polymer is indistinguishable. The high diastereoselectivity of the intramolecular 1,3-dipolar cycloaddition is well documented. Limited by the insolubility of the solid support, the reaction progression can only be monitored by a change in the functional groups (if any) via infrared (IR) spectroscopy. Thus, the structural identification of intermediates cannot be characterized by conventional nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. Other limitations to this method stem from the compatibilities of the polymer/linker to the desired chemical reaction scheme. Herein we report a protocol that allows for the convenient production of spirocyclic heterocycles that, with simple modifications, can be automated with high-throughput techniques.

Here we present a protocol to demonstrate an efficient method for the synthesis of spirocyclic heterocycles. The five-step process utilizes solid-phase synthesis and regenerating Michael linker strategies. Generally difficult to synthesize, we present a customizable method for the synthesis of spirocyclic molecules otherwise inaccessible to other modern approaches.

[4.4] スピロ エナンチオマーの固相合成

A convenient synthetic route for spirocyclic heterocycles is well sought after due to the molecule&#39;s potential use in biological systems. By means of ...

Synthesis of Soft Polysiloxane-urea Elastomers for Intraocular Lens Application

This study discusses a synthesis route for soft polysiloxane-based urea (PSU) elastomers for their applications as accommodating intraocular lenses (a-IOLs). Aminopropyl-terminated polydimethylsiloxanes (PDMS) were previously prepared via the ring-chain equilibration of the cyclic siloxane octamethylcyclotetrasiloxane (D4) and 1,3-bis(3-aminopropyl)-tetramethyldisiloxane (APTMDS). Phenyl groups were introduced into the siloxane backbone via the copolymerization of D4 and 2,4,6,8-tetramethyl-2,4,6,8-tetraphenyl-cyclotetrasiloxane (D4Me,Ph). These polydimethyl-methyl-phenyl-siloxane-block copolymers were synthesized for increasing the refractive indices of polysiloxanes. For applications as an a-IOL, the refractive index of the polysiloxanes must be equivalent to that of a young human eye lens. The polysiloxane molecular weight is controlled by the ratio of the cyclic siloxane to the endblocker APTMDS. The transparency of the PSU elastomers is examined by the transmittance measurement of films between 200 and 750 nm, using a UV-Vis spectrophotometer. Transmittance values at 750 nm (upper end of the visible spectrum) are plotted against the PDMS molecular weight, and &#62; 90% of the transmittance is observed until a molecular weight of 18,000 g&#183;mol&#8722;1. Mechanical properties of the PSU elastomers are investigated using stress-strain tests on die-cut dog-bone-shaped specimens. For evaluating mechanical stability, mechanical hysteresis is measured by repeatedly stretching (10x) the specimens to 5% and 100% elongation. Hysteresis considerably decreases with the increase in the PDMS molecular weight. In vitro cytotoxicity of some selected PSU elastomers is evaluated using an MTS cell viability assay. The methods described herein permit the synthesis of a soft, transparent, and noncytotoxic PSU elastomer with a refractive index approximately equal to that of a young human eye lens.

This study describes synthetic routes for aminopropyl-terminated polydimethylsiloxanes and polydimethyl-methyl-phenyl-siloxane-block copolymers and for soft polysiloxane-based urea (PSU) elastomers. It presents the application of PSUs as accommodating an intraocular lens. An evaluation method for in vitro cytotoxicity is also described.

眼内レンズ用ソフト ポリシロキサン尿素エラストマーの合成

This study discusses a synthesis route for soft polysiloxane-based urea (PSU) elastomers for their applications as accommodating intraocular lenses ...

Synthesis of Esters Via a Greener Steglich Esterification in Acetonitrile

The Steglich esterification is a widely-used reaction for the synthesis of esters from carboxylic acids and alcohols. While efficient and mild, the reaction is commonly performed using chlorinated or amide solvent systems, which are hazardous to human health and the environment. Our methodology utilizes acetonitrile as a greener and less hazardous solvent system. This protocol exhibits rates and yields that are comparable to traditional solvent systems and employs an extraction and wash sequence that eliminates the need for the purification of the ester product via column chromatography. This general method can be used to couple a variety of carboxylic acids with 1&#176; and 2&#176; aliphatic alcohols, benzylic and allylic alcohols, and phenols to obtain pure esters in high yields. The goal of the protocol detailed here is to provide a greener alternative to a common esterification reaction, which could serve useful for ester synthesis in both academic and industrial applications.

A modified Steglich esterification reaction was used to synthesize a small library of ester derivatives with primary and secondary alcohols. The methodology uses a non-halogenated and greener solvent, acetonitrile, and enables product isolation in high yields without the need for chromatographic purification.

アセトニ トリル中で環境に優しい転移エステルを介してエステルの合成

The Steglich esterification is a widely-used reaction for the synthesis of esters from carboxylic acids and alcohols. While efficient and mild, the ...

An Electrochemical Cholesteric Liquid Crystalline Device for Quick and Low-Voltage Color Modulation

We demonstrate a method for fabricating a prototype reflective display device that contains cholesteric liquid crystal (LC) as an active component. The cholesteric LC is composed of a nematic LC 4&#39;-pentyloxy-4-cyanobiphenyl (5OCB), redox-responsive chiral dopant (FcD), and a supporting electrolyte 1-ethyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate (EMIm-OTf). The most important component is FcD. This molecule changes its helical twisting power (HTP) value in response to redox reactions. Therefore, in situ electrochemical redox reactions in the LC mixture allow for the device to change its reflection color in response to electrical stimuli. The LC mixture was introduced, by a capillary action, into a sandwich-type ITO glass cell comprising two glass slides with patterned indium tin oxide (ITO) electrodes, one of which was coated with poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-co-poly(ethylene glycol) doped with perchlorate (PEDOT+). Upon application of +1.5 V, the reflection color of the device changed from blue (467 nm) to green (485 nm) in 0.4 s. Subsequent application of 0 V made the device recover the original blue color in 2.7 s. This device is characterized by its fastest electrical response and lowest operating voltage among any previously reported cholesteric LC device. This device could pave the way for the development of next generation reflective displays with low energy consumption rates.

A protocol for the fabrication of a reflective cholesteric liquid crystalline display device containing a redox-responsive chiral dopant allowing quick and low-voltage operation is presented.

迅速かつ低電圧の色変調のため電気化学コレステリック液晶結晶デバイス

We demonstrate a method for fabricating a prototype reflective display device that contains cholesteric liquid crystal (LC) as an active component. The ...