Modyfikacja struktury wybranych układów cyklicznych i policyklicznych w celu uzyskania odpowiednich właściwości optycznych, fotochemicznych i biologicznych

• Autorzy: Zadrożna I.
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Głównym tematem moich badań w ostatnich latach były zagadnienia dotyczące polimerów, konkretnie poliarylanów, wykazujących właściwości fotoczułe i nieliniowo optyczne oraz biochemiczne przemiany podstawionego układu 4,5-dihydroizoksazolu. Z tego powodu niniejsze opracowanie składa się z dwóch obszernych, niezależnych części. Elementem wiążącym obie te części jest modyfikacja struktury związków w celu uzyskania określonych właściwości. W pierwszej części opracowania przedstawiłam rezultaty badań nad modyfikacją układu bisfenolu A (2,2-bis(4-hydroksyfenylopropanu)), substratu do syntezy poliestrów aromatycznych, o szerokim zastosowaniu dzięki swoim wyjątkowym właściwościom fizykochemicznym. Reakcje modyfikacji bisfenolu A wykonałam w celu otrzymania monomerów specjalnych, nadających kopoliarylanom właściwości fotoczułe i optycznie nieliniowe. Wprowadzenia do tego związku odpowiednich grup bocznych dokonałam przy zastosowaniu procesów na tyle prostych, że mogą one zostać wykorzystane w technologii chemicznej. Efektem badań części I jest otrzymanie serii poliarylanów z bocznymi grupami nieliniowo optycznymi, nadającymi tym polimerom określone właściwości optyczne i fotochemiczne. Potwierdziły to badania przeprowadzone na Uniwersytecie w Edynburgu oraz w Zakładzie Optyki Wydziału Fizyki Politechniki Warszawskiej. W części II opracowania zagadnieniem wiodącym są badania nad układem 4,5-dihydroizoksazolu w celu otrzymania związków biologicznie czynnych. Pochodne 4,5-dihydroizoksazolu są połączeniem interesującym z racji ich aktywności biologicznej, szczególnie jako związków o działaniu grzybobójczym. W wyniku wykorzystania hydrolizy enzymatycznej (za pomocą a-chymotrypsyny i esterazy) i mikrobiologicznej (za pomocą grzyba pleśniowego Aspergillus niger) udało mi się otrzymać nowe kwasy i monoestry optycznie czynne lub będące mieszaninami racemicznymi pochodnych 4,5-dihydroizoksazoli. Produkty te stanowią interesujący materiał.do badań biologicznych. Badania aktywności biologicznej wykonano w Instytucie Farmaceutycznym w Warszawie. Ważnym rezultatem prowadzonych przeze mnie badań jest także zastosowanie magnetycznego rezonansu jądrowego do określenia w sposób jednoznaczny struktury regioizomerów 4,5-dihydroizoksazoli otrzymanych w wyniku 1,3-dipolamej cykloaddycji z 1,2-dipodstawionych aikenów i tlenków nitryli. Ponadto w poszukiwaniu nowych pochodnych zbadałam reaktywność układu 4,5-dihydroizoksazolu wobec anionu cyjankowego. Określiłam warunki nukleofilowej addycji do wiązania podwójnego węgiel-azot. Proces ten prześledziłam przy modyfikowanej stechiometrii oraz w różnych temperaturach. W opracowaniu zostały wykorzystane wyniki prac własnych [80, 95, 97] - część I oraz [14, 26, 27, 38, 84] - część II.

EN

Polymers showing non-linear optical (NLO) phenomena of the second order became of interest in the eighties, when, for the first time, a method of directing the guest-host systems by means of an electrical field was presented. The method of directing polymers containing NLO chromophores is a simple one leading to the obtaining of an anisotropic structure in the form of a thin membrane, required for electro-optical applications. However, studies on polymeric systems indicate that due to the unstable nature of orientation and the slow relaxation of oriented chromophores, they are not suitable for use in electro-optics. More stable polymers are required for applications which due to the relatively easy method of synthesis and processing, would replace the inorganic materials currently used. Polyarylates, due to their specific structure (the backbones are composed nearly exclusively from aromatic rings connected to each other by ester bonds) exhibit a number of favorable physico-chemical and dielectric properties, which practically do not change over a wide temperature range from -40 to 150°C. Due to the good dielectric properties they arę presently used in electro- and radio engineering and as electro-isolation materials. Polyarylates also show good chemical resistance towards aggressive media: concentrated acids, diluted bases and the majority of organic solvents. Attempts to apply polyarylates in optoelectronics have been undertaken. As mentioned earlier, the non-linear materials so far developed show a number of disad-vantages making their practical application difficult, of which the most important are: the relaxation of NLO properties, the often insufficient thermal resistance, and also the insufficient optical purity of the membranes produced from them. The satisfactory, in mis respect, properties of polyarylates provide hopes for utilizing them in optoelectronics and caused the undertaking, within this work, of studies on the possibility of applying appropriately modified polyarylates, comprising azomethine and alkylchalconic systems, as secondary, optically non-linear materials. Azomethine systems, after incorporation into a polymer as side-chains, enable the carrying out of photo-crosslinking. The purpose of this is the decrease in the reorientation of NLO chromophores and thus the increase in stability of the electro-optical properties. In this work a group of appropriately modified polyarylates which may find application in non-linear optics, has been elaborated and studied as well as their physico-chemical and optical properties, characterizing materials used in optoelectronics have, been determined. Studies were carried out on the synthesis and characteristics of polyarylates showing mainly secondary non-linear optical phenomena. In the first stage ten or so bisphenols were obtained which could serve as comonomers for the obtaining of polyarylates. Using halfempirical calculation methods (AM l and PM3) determined first hyperpolarizability Po, as well as second hyperpo-larizability YQ, of the derivatives of bisphenol A as a comonomers responsible for nonlinear optical properties of polymers. The structure of the bisphenols obtained was confirmed by ^H NMR, IR, and UV/VIS spectroscopic studies. The bisphenols contained alkylchalconic systems capable of incorporation into the polymer chain for the photo-crosslinking reaction. On the basis of the bisphenols synthesized, three series of polymers were obtained in the interface polycondensation. The polymers were characterized by determining their specific viscosity, carrying out UV/VIS spectroscopic studies. The mechanical properties (tensile strength) of the membranes were determined as well as the ability of the material to crosslink. The thermal resistance (thermogravimetry) and glass transition temperatures (TMA and DSC) of the polyarylates were determined. A considerable amount of the work presented concerns the modification of bisphenol A. Due to the modifications carried out nitric, amine and formyl groups were introduced to this system. All the reactions of the bisphenol A modification, as mentioned earlier, are typical reactions in organic synthesis, which seems to be of advantage. The implementation of this modification in order to introduce various functional groups to the bisphenol system enabled the obtaining, in a good yield, of new compounds, permitting one to influence changes to the polyarylate properties by incorporating them or their derivatives into the polymer chain. These reactions are the subject of four patents and seven patent applications.The bisphenol A modification reactions elaborated within this work are presented in Scheme 32. In the further part of the work, research conceming polyarylates with incorporated chromophore molecules in the form of side chains is presented. Organic compounds comprising a conjugated system of n bonds, showing an acceptor-donor electron effect, were used as monomers. These chromophores contained an azomethine bond in their structure, which plays the role of a link between the backbone and side chain of the polymer, designed as the condensation products of aminobisphenol A with respective aromatic aldehydes. Thus, the nitrogen atom is placed at the aromatic ring of the polymer backbone. The structure of the monomers consisted of a number of electron acceptor groups (Z), substituted at various positions of the aromatic ring. On the basis of literature data, polyarylates with side groups containing similar moieties of the thiazole type with various substituents at the heterocyclic ring were obtained. They were products of the formyłbisphenol A condensation with substitued 2-aminothiazole. The physical-chemical studies carried out showed good mechanical, thermal and optical properties of the polyarylates obtained. Planar wave-guides and periodic structures on a silicon base are made out of these materials in the Institute of Optics of the Faculty of Physics, Warsaw University of Technology. These wave-guides are studied in terms of quick data transmission by means of impulses from a femtosecond laser.

Słowa kluczowe

PL

poliarylany; polimery

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej
• Czasopismo: Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Chemia
• Rocznik: 2001
• Tom: z. 67
• Strony: 3--129
• Opis fizyczny: Bibliogr. 109 poz., tab., rys., wykr.

Twórcy

autor

Zadrożna I.

• Zakład Chemii Organicznej Wydział Chemiczny Politechniki Warszawskiej