ikbguИзвестия Кабардино-Балкарского государственного университетаProceedings of the Kabardino-Balkarian State University2221-7789Kabardino-Balkarian State University named after Kh. M. Berbekovikbgu-278Research ArticleХимияChemistryСИНТЕЗ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ И МАКРОМОЛЕКУЛЯРНЫХ СТРУКТУР В УСЛОВИЯХ КОНТРОЛИРУЕМОЙ РАДИКАЛЬНОЙ ПОЛИМЕРИЗАЦИИSYNTHESIS OF FUNCTIONAL POLYMERS AND MACROMOLECULAR STRUCTURES UNDER CONDITIONS OF CONTROLLED RADICAL POLYMERIZATIONГришинДмитрий ФедоровичGrishinDmitry Fedorovichgrishin@ichem.unn.ruНациональный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. ЛобачевскогоN.I. Lobachevsky State University of Nizhniy Novgorod2022301020221255465Copyright © Гришин Д.Ф., 20222022Гришин Д.Ф.Grishin D.F.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.izvestiakbsu.ru/jour/article/view/278

Рассмотрены основные тенденции современного развития концепции контролируемой радикальной полимеризации, а также конкретные примеры применения методологии контролируемого синтеза высокомолекулярных соединений для получения высокотехнологичных полимеров и макромолекулярных структур, включая прекурсоры для производства углеволокна и другие перспективные полимерные композиционные материалы.

The main trends in the modern development of the concept of controlled radical polymerization, as well as specific examples of the application of the methodology of controlled synthesis of macromolecular compounds to obtain high-tech polymers and macromolecular structures, including precursors for the production of carbon fiber and other promising polymer composite materials, are considered.

синтез полимероврадикальная полимеризациякомпозиционные материалымакромолекулярный дизайнpolymer synthesisradical polymerizationcomposite materialsmacromolecular designРабота выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 20-03-00150) и Программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030» Министерства науки и высшего образования Российской Федерации.ReferencesШтаудингер Х. О полимеризации // Европ. Ж. Инорг. Хим. 1920. Т. 53, N 6. с. 1073-1085.Shtaudinger H. Über Polymerisation // Europ. J. Inorg. Chem. 1920. V. 53, N 6. P. 1073–1085.Гао Ю., Ньюланд Б., Матияшевски К., Тай Х., Ванг У. Сложные полимерные архитектуры посредством свободнорадикальной полимеризации мультивинильных мономеров // Nature Reviews Chemistry. 2020. Т. 4, номер 4. С. 194-212.Gao Y., Newland B., Matyjaszewski K., Tai H., Wang W. Complex polymer architectures through free-radical polymerization of multivinyl monomers // Nature Reviews Chemistry. 2020. V. 4, N 4. P. 194–212.Обратимая дезактивационная радикальная полимеризация: механизмы и синтетические методики / под ред. К. Матяшевского, Х. Гао, Б.С. Шумерлина, Н.В. Царевского. Вашингтон: Американское химическое общество, 2018. 480 с.Reversible Deactivation Radical Polymerization: Mechanisms and Synthetic Methodologies, Ed. by K. Matyjaszewski, H. Gao, B.S. Sumerlin, N.V. Tsarevsky. Washington: American Chemical Society, 2018. 480 p.Гришин Д.Ф., Гришин И.Д. Современные тенденции контролируемого синтеза функциональных полимеров: фундаментальные аспекты и практическое применение // Успехи химии. 2021. Т. 90, № 2. С. 231–264.Grishin D.F., Grishin I.D. Modern Trends in Controlled Synthesis of Functional Polymers: Fundamental Aspects and Practical Applications // Advances in Chemistry. 2021. Vol. 90, No. 2. Pp. 231–264.Полимеризация, опосредованная нитроксидами, от основ к приложениям в материаловедении, под ред. Д. Гигмеса. Лондон: Королевское химическое общество, 2016. 500 стр.Nitroxide Mediated Polymerization From Fundamentals to Applications in Materials Science, Ed. D. Gigmes. London: The Royal Society of Chemistry, 2016. 500 p.Колякина Е.В., Гришин Д.Ф. Нитроксильные радикалы, образующиеся in situ, как регуляторы роста полимерной цепи // Успехи химии. 2009. Т. 78, № 6. С. 579–613.Kolyakina E.V., Grishin D.F. Nitроксильные radicals formed in situ as regulators of polymer chain growth // Успехи химии. 2009. V. 78, No. 6. Pp. 579–613.Гришин Д.Ф., Семенычева Л.Л., Колякина Е.В. Нитроны- новый класс регуляторов роста полимерной цепи // Высокомол. соед. А. 1999. Т. 41, № 4. С. 609–614.Grishin D.F., Semenycheva L.L., Kolyakina E.V. Nitrones: A New Class of Polymer Chain Growth Regulators // Polymer Science. A. 1999. Vol. 41, No. 4. Pp. 609–614.Колякина Е.В., Шоипова Ф.Х., Алыева А.Б., Гришин Д.Ф. Особенности реакций сочетания полистирола в присутствии α-динитронов на основе глиоксаля // Известия академии наук. Серия химическая. 2021. Т. 70, № 9. С. 1736–1745.Kolyakina E.V., Shoipova F.Kh., Alyeva A.B., Grishin D.F. Features of the reactions of polystyrene combination in the presence of α-dinitrones based on glyoxal // Izvestiya of the Academy of Sciences. Chemical Series. 2021. Vol. 70, No. 9. Pp. 1736–1745.Хаттон Ф.Л. Последние достижения в области ПЛОТТ-полимеризации мономеров, полученных из возобновляемых источников // Полим. Химия. 2020. Т. 11, № 2. С. 220-229.Hatton F.L. Recent advances in RAFT polymerization of monomers derived from renewable resources // Polym. Chem. 2020. V. 11, N 2. P. 220–229.Лопес Г., Тенаппан А., Амедури Б.Синтез блок-сополимеров на основе хлортрифторэтилена методом полимеризации с переносом йода // ACS Macro Lett. 2015. Т. 4, номер 1. С. 16-20.Lopez G., Thenappan A., Améduri B.Synthesis of chlorotrifluoroethylene-based block copolymers by iodine transfer polymerization // ACS Macro Lett. 2015. V. 4, N 1. P. 16–20.Дебюнь А., Поли Р., Жером К., Жером Р., Детремблер С. Обзор радикальной полимеризации, опосредованной кобальтом: корни, современное состояние и перспективы на будущее // Prog. Полим. Наука. 2009. Т. 34, N 3. С. 211-239.Debuigne A., Poli R., Jérôme C., Jérôme R., Detrembleur C. Overview of cobalt-mediated radical polymerization: Roots, state of the art and future prospects // Prog. Polym. Sci. 2009. V. 34, N 3. P. 211–239.Камигайто М., Андо Т., Савамото М. Катализируемая металлами живая радикальная полимеризация // Химия. Вып. 2001. Т. 101, N 12. С. 3689-3745.Kamigaito M., Ando T., Sawamoto M. Metal-catalyzed living radical polymerization // Chem. Rev. 2001. V. 101, N 12. P. 3689–3745.Гришин И.Д., Гришин Д.Ф. Комплексы рутения в контролируемом синтезе макромолекул //Grishin I.D., Grishin D.F. Ruthenium complexes in the controlled synthesis of macromolecules //Успехи химии. 2008. Т. 77, № 7. С. 672–689.Successes of chemistry. 2008. V. 77, No. 7. Pp. 672–689.Матяшевский К., Ся Дж. Радикальная полимеризация с переносом атомов // Химия. Вып. 2001. Т. 101, N 9. С. 2921-2990.Matyjaszewski K., Xia J. Atom transfer radical polymerization // Chem. Rev. 2001. V. 101, N 9. P. 2921–2990.Гришин И.Д., Киселева Н.Е., Гришин Д.Ф. ATRP, катализируемый рутенкарборанами, для успешного синтеза случайных и блок-сополимеров на основе метакриловых мономеров // Journal of Polymer Research. 2015. Т. 22, N 209.Grishin I.D., Kiseleva N.E., Grishin D.F. ATRP catalysed by ruthenacarboranes for successful synthesis of random and block-copolymers based on methacrylic monomers // Journal of Polymer Research. 2015. V. 22, N 209.Ишио М., Кацубе М., Оучи М., Савамото М., Иноуэ Ю. Активные, универсальные и удаляемые железные катализаторы с солями фосфазения для живой радикальной полимеризации метакрилатов // Макромолекулы. 2009. Т. 42, N 1. С. 188-193.Ishio M., Katsube M., Ouchi M., Sawamoto M., Inoue Y. Active, versatile, and removable iron catalysts with phosphazenium salts for living radical polymerization of methacrylates // Macromolecules. 2009. V. 42, N 1. P. 188–193.Рибелли Т.Г., Лоранди Ф., Фантин М., Матяшевски К. Радикальная полимеризация с переносом атомов: катализаторы, в миллиарды раз более активные, и новые системы инициирования // Макромол. Оперативное сообщение. 2019. Т. 40, N 1. № статьи 1800616.Ribelli T.G., Lorandi F., Fantin M., Matyjaszewski K. Atom Transfer Radical Polymerization: Billion Times More Active Catalysts and New Initiation Systems // Macromol. Rapid Commun. 2019. V. 40, N 1. № статьи 1800616.Чжу Г., Чжан Л., Чжан З., Чжу Дж., Ту Ю., Ченг З. Чжу Х. ICAR ATRP метилметакрилата, опосредованный железом // Макромолекулы. 2011. Т. 44, N 9. С. 3233-3239.Zhu G., Zhang L., Zhang Z., Zhu J., Tu Y., Cheng Z. Zhu X. Iron-mediated ICAR ATRP of methyl methacrylate // Macromolecules. 2011. V. 44, N 9. P. 3233–3239.Ламсон М., Копеч М., Дин Х., Чжонг М., Матяшевски К. Синтез полиакрилонитрила высокой плотности методом ICARATRP с низкой концентрацией катализатора // J. Polym. Sci. Часть A: Polym. Химия. 2016. Т. 54, № 2. С. 1961-1968.Lamson M., Kopeć M., Ding H., Zhong M., Matyjaszewski K. Synthesis of well-defined polyacrylonitrile by ICARATRP with low concentrations of catalyst // J. Polym. Sci. Part A: Polym. Chem. 2016. V. 54, N 2. P. 1961–1968.Гришин И.Д., Курочкина Д.Ю., Гришин Д.Ф. Влияние природы активирующего агента на контролируемый синтез полиакрилонитрила под действием систем на основе бромида меди (I) и трис[(2-пиридил)метил]амина // Высокомолекулярные соединения Б. 2017. Т. 59, № 3. С. 186–196.Grishin I.D., Kurochkina D.Yu., Grishin D.F. The effect of the nature of the activating agent on the controlled synthesis of polyacrylonitrile under the action of systems based on copper (I) bromide and tris[(2-pyridyl)methyl]amine // High-Molecular-Weight Compounds B. 2017. Vol. 59, No. 3. Pp. 186–196.Гришин И.Д., Киселева Н.Е., Дьячихин Д.И., Чижевский И.Т., Гришин Д.Ф. Амины как активаторы контролируемого синтеза полимеров в присутствии рутенакарборанов // Известия академии наук. Серия химическая. 2015. T. 64, № 8. С. 1942–1948.Grishin I.D., Kiseleva N.E., Dyachikhin D.I., Chizhevsky I.T., Grishin D.F. Amines as Activators of Controlled Polymer Synthesis in the Presence of Ruthenacarboranes // Izvestiya of the Academy of Sciences. Chemical Series. 2015. Vol. 64, No. 8. Pp. 1942–1948.Магенау А.Дж.Д., Квак Ю., Матяшевский К. АТРП метакрилатов с использованием CuIIX2/L и медной проволоки // Макромолекулы. 2010. Т. 43, N 23. С. 9682-9689.Magenau A.J.D., Kwak Y., Matyjaszewski K. ATRP of Methacrylates Utilizing CuIIX2/L and Copper Wire // Macromolecules. 2010. V. 43, N 23. P. 9682–9689.Анастасаки А., Николау В., Нурумбетов Г., Уилсон П., Кемпе К., Куинн Дж.Ф., Дэвис Т.П., Уиттакер М.Р., Хаддлтон Д.М. Полимеризация живых радикалов, опосредованная Cu(0): универсальный инструмент для синтеза материалов // Chem. Rev. 2016. V. 116, N 3. P. 835-877.Anastasaki A., Nikolaou V., Nurumbetov G., Wilson P., Kempe K., Quinn J.F., Davis T.P., Whittaker M.R., Haddleton D.M. Cu(0)-mediated living radical polymerization: a versatile tool for materials synthesis // Chem. Rev. 2016. V. 116, N 3. P. 835–877.Парк С., Хмеларц П., Дженнаро А., Матяшевский К. Упрощенная электрохимически опосредованная радикальная полимеризация с переносом атомов с использованием расходуемого анода // Angew. Химия, Вступ. изд. 2015. Т. 54, № 1.Park S., Chmielarz P., Gennaro A., Matyjaszewski K. Simplified electrochemically mediated atom transfer radical polymerization using a sacrificial anode // Angew. Chem., Int. Ed. 2015. V. 54, N 1.С. 2388-2392.P. 2388–2392.Гришин Д.Ф., Гришин И.Д. Контролируемый синтез гомо- и сополимеров на основе акрилонитрила в условиях радикального инициирования // Успехи химии. 2015. Т. 84, № 7. С. 712–736.Grishin D.F., Grishin I.D. Controlled Synthesis of Homo- and Copolymers Based on Acrylonitrile under Radical Initiation Conditions // Advances in Chemistry. 2015. Vol. 84, No. 7. Pp. 712–736.Стахи С.А., Гришин Д.Ф., Гришин И.Д. Тандемный катализ радикальной полимеризации акрилонитрила с переносом атомов на основе одновременного использования двух комплексов меди // Journal of Polymer Research. 2021. Т. 28, N 12. № 457.Stakhi S.A., Grishin D.F., Grishin I.D. Tandem catalysis of Atom Transfer Radical Polymerization of acrylonitrile based on simultaneous use of two copper complexes // Journal of Polymer Research. 2021. V. 28, N 12. № статьи 457.Гришин И.Д., Стахи С.А. Способ получения сополимера акрилонитрила. Патент РФ № 2697882 от 21.08.2019. Бюл. 2019. № 24.Grishin I.D., Stakhi S.A. Method for producing acrylonitrile copolymer. RF Patent No. 2697882 dated 21.08.2019. Bulletin 2019. No. 24.Вонг Э.Х., Бойер С., Стенцель М.Х., Барнер-Коволлик С., Юнкерс Т. Спиновый захват нитронами: реакции радикального связывания с одновременным введением функциональности средней цепи // Химия. Коммуна. 2010. Т. 46, N 11. С. 1959-1961.Wong E.H.H., Boyer C., Stenzel M.H., Barner-Kowollik C., Junkers T. Spin capturing with nitrones: radical coupling reactions with concurrent introduction of mid-chain functionality // Chem. Commun. 2010. V. 46, N 11. P. 1959–1961.Скотт К. Блэкберн, Кеннет Д. Майерс, Эрик С. Тиллман. Макроциклические поли (метилакрилат) и макроциклические поли (метилакрилат-блок-стирол), синтезированные с помощью радикальной связи с переносом атомов-ловушек // Полимер. 2015. Т. 68, N 6. С. 284-292.Scott C. Blackburn, Kenneth D. Myers, Eric S. Tillman. Macrocyclic poly(methyl acrylate) and macrocyclic poly(methyl acrylate-block-styrene) synthesized by radical trap-assisted atom transfer radical coupling // Polymer. 2015. V. 68, N 6. P. 284–292.Териот Дж.С., Лим С.-Х., Янг Х., Райан М.Д., Масгрейв С.Б., Мияке Г.М. Радикальная полимеризация с переносом атомов в органокатализированном состоянии под действием видимого света // Наука. 2016. Т. 352, N 6289. С. 1082-1086.Theriot J.C., Lim C.-H., Yang H., Ryan M.D., Musgrave C.B., Miyake G.M. Organocatalyzed atom transfer radical polymerization driven by visible light // Science. 2016. V. 352, N 6289. P. 1082–1086.Дисчекичи Э.Х., Анастасаки А., де Аланиз Дж.Р., Хоукер К.Дж. Эволюция и будущие направления радикальной полимеризации с переносом атомов без металлов // Макромолекулы. 2018. Т. 51, N 19. С. 7421-7434.Discekici E.H., Anastasaki A., de Alaniz J.R., Hawker C.J. Evolution and future directions of metal-free atom transfer radical polymerization // Macromolecules. 2018. V. 51, N 19. P. 7421–7434.Трит Н.Дж., Спрафке Х., Крамер Дж.У., Кларк П.Г., Бартон Б.Э., де Аланиз Дж.Р., Форс Б.П., Хоукер К.Дж. Радикальная полимеризация с переносом атома без металла // J. Am. Chem. Soc. 2014. V. 136, N 45. С. 16096-16101.Treat N.J., Sprafke H., Kramer J.W., Clark P.G., Barton B.E., de Alaniz J.R., Fors B.P., Hawker C.J. Metal-Free Atom Transfer Radical Polymerization // J. Am. Chem. Soc. 2014. V. 136, N 45. P. 16096–16101.Шанмугам С., Бойер С. Органические фотокатализаторы для синтеза более чистых полимеров // Наука. 2016. Т. 352, N 6289. С. 1053-1054.Shanmugam S., Boyer C. Organic photocatalysts for cleaner polymer synthesis // Science. 2016. V. 352, N 6289. P. 1053–1054.Аллуши А., Кютахья С., Айдоган С., Крейцер Дж., Йилмаз Г., Ягчи Ю. Обычные фотоинициаторы II типа как активаторы радикальной полимеризации с фотоиндуцированным переносом атомов без металлов // Полим. Химия. 2017. Т. 8, № 12. С. 1972-1977.Allushi A., Kutahya C., Aydogan C., Kreutzer J., Yilmaz G., Yagci Y. Conventional type II photoinitiators as activators for photoinduced metal-free atom transfer radical polymerization // Polym. Chem. 2017. V. 8, N 12. P. 1972–1977.Кютахья С., Айкач Ф.С., Йилмаз Г., Ягчи Ю. Безметалловый ATRP, индуцируемый светодиодами и видимым светом, с использованием восстанавливаемых красителей в присутствии аминов // Полим. Химия. 2016. Т. 7, N 39. С. 6094-6101.Kutahya C., Aykac F.S., Yilmaz G., Yagci Y. LED and visible light-induced metal free ATRP using reducible dyes in the presence of amines // Polym. Chem. 2016. V. 7, N 39. P. 6094–6101.Гришин Д.Ф., Лизякина О.С., Ваганова Л.Б., Кальтенберг А.А., Гришин И.Д. Радикальная полимеризация метилметакрилата в присутствии метиленового синего и броморганических соединений при облучении видимым светом // Iranian Polymer Journal. 2021. Т. 30, N 11. С. 1117-1126.Grishin D.F., Lizyakina O.S., Vaganova L.B., Kaltenberg A.A., Grishin I.D. Radical Polymerization of Methyl Methacrylate in the Presence of Methylene Blue and Organobromides under Visible Light Irradiation // Iranian Polymer Journal. 2021. V. 30, N 11. P. 1117–1126.Сюй Дж., Шанмугам С., Дуонг Х.Т., Бойер К. Органофотокатализаторы для полимеризации с фотоиндуцированным переносом электронов -обратимым присоединением-фрагментацией цепи (ПЭТ–РАФТ) // Полим. Химия. 2015. Т. 6, № 12. С. 5615-5624.Xu J., Shanmugam S., Duong H.T., Boyer C. Organo-photocatalysts for photoinduced electron transfer-reversible addition–fragmentation chain transfer (PET-RAFT) polymerization // Polym. Chem. 2015. V. 6, N 12. P. 5615–5624.Багери А., Бейнбридж С.В.А., Энгель К.Э., Цяо Г.Г., Сюй Дж., Бойер С., Джин Дж., Устойчивый к кислороду ПЭТ-РАФТ, облегчающий 3D-печать полимерных материалов с помощью видимых светодиодов // ACS Appl. Полим. Мат. 2020. Т. 2, N 2. С. 782-790.Bagheri A., Bainbridge C.W.A., Engel K.E., Qiao G.G., Xu J., Boyer C., Jin J. Oxygen tolerant PET-RAFT facilitated 3D printing of polymeric materials under visible LEDs // ACS Appl. Polym. Mat. 2020. V. 2, N 2. P. 782–790.Шанмугам С., Сюй Дж., Бойер С. Использование механизма переноса электронов хлорофилла а под воздействием света для контролируемой радикальной полимеризации // Химия. Наука. 2015. Т. 6, № 2. С. 1341-1349.Shanmugam S., Xu J., Boyer C. Utilizing the electron transfer mechanism of chlorophyll a under light for controlled radical polymerization // Chem. Sci. 2015. V. 6, N 2. P. 1341–1349.Сюй Дж., Шанмугам С., Бойер С. Органические электронодонорно-акцепторные фоторедокс-катализаторы: повышение каталитической эффективности в направлении контролируемой радикальной полимеризации // ACS Macro Lett. 2015. Т. 4, номер 9. С. 926-932.Xu J., Shanmugam S., Boyer C. Organic Electron Donor-Acceptor Photoredox Catalysts: Enhanced Catalytic Efficiency toward Controlled Radical Polymerization // ACS Macro Lett. 2015. V. 4, N 9. P. 926–932.Су Дж., Лю Х., Ху Дж., Ю К., Цуй Ю., Чен Ю. Фотоиндуцированная контролируемая радикальная полимеризация метилметакрилата, опосредованная светочувствительными нитроксидами // Полим. Int. 2015. V. 64, N 7. С. 867-881.Su J., Liu X., Hu J., You Q., Cui Y., Chen Y. Photo-induced controlled radical polymerization of methyl methacrylate mediated by photosensitive nitroxides // Polym. Int. 2015. V. 64, N 7. P. 867–881.Гильянен Ю., Версаче Д. Л., Бертен Д., Лалеви Ж., Фуассье Ж. П., Гигмес Д. Светочувствительные алкоксиамины: применение в фотополимеризации, опосредованной нитроксидами // Полимерные препринты. 2011. Т. 52, № 3. С. 527-528.Guillanene Y., Versace D. L., Bertin D., Lalevee J., Fouassier J. P., Gigmes D. Light sensitive alkoxyamines: Applications in nitroxide mediated photopolymerization // Polymer preprints. 2011. V. 52, N 3. P. 527–528.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.