@phdthesis{Lee2018,
  author    = {Lee, Hui-Chun},
  title     = {Toward ultimate control of polymerization and catalytic property},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-414973},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {vii, iii, 150},
  year      = {2018},
  abstract  = {Reversible-deactivation radical polymerization (RDRP) is without any doubt one of the most prevalent and powerful strategies for polymer synthesis, by which well-defined living polymers with targeted molecular weight (MW), low molar dispersity (Ɖ) and diverse morphologies can be prepared in a controlled fashion. Atom transfer radical polymerization (ATRP) as one of the most extensive studied types of RDRP has been particularly emphasized due to the high accessibility to hybrid materials, multifunctional copolymers and diverse end group functionalities via commercially available precursors. However, due to catalyst-induced side reactions and chain-chain coupling termination in bulk environment, synthesis of high MW polymers with uniform chain length (low Ɖ) and highly-preserved chain-end fidelity is usually challenging. Besides, owing to the inherited radical nature, the control of microstructure, namely tacticity control, is another laborious task. Considering the applied catalysts, the utilization of large amounts of non-reusable transition metal ions which lead to cumbersome purification process, product contamination and complicated reaction procedures all delimit the scope ATRP techniques. Metal-organic frameworks (MOFs) are an emerging type of porous materials combing the properties of both organic polymers and inorganic crystals, characterized with well-defined crystalline framework, high specific surface area, tunable porous structure and versatile nanochannel functionalities. These promising properties of MOFs have thoroughly revolutionized academic research and applications in tremendous aspects, including gas processing, sensing, photoluminescence, catalysis and compartmentalized polymerization. Through functionalization, the microenvironment of MOF nanochannel can be precisely devised and tailored with specified functional groups for individual host-guest interactions. Furthermore, properties of high transition metal density, accessible catalytic sites and crystalline particles all indicate MOFs as prominent heterogeneous catalysts which open a new avenue towards unprecedented catalytic performance. Although beneficial properties in catalysis, high agglomeration and poor dispersibility restrain the potential catalytic capacity to certain degree. Due to thriving development of MOF sciences, fundamental polymer science is undergoing a significant transformation, and the advanced polymerization strategy can eventually refine the intrinsic drawbacks of MOF solids reversely. Therefore, in the present thesis, a combination of low-dimensional polymers with crystalline MOFs is demonstrated as a robust and comprehensive approach to gain the bilateral advantages from polymers (flexibility, dispersibility) and MOFs (stability, crystallinity). The utilization of MOFs for in-situ polymerizations and catalytic purposes can be realized to synthesize intriguing polymers in a facile and universal process to expand the applicability of conventional ATRP methodology. On the other hand, through the formation of MOF/polymer composites by surface functionalization, the MOF particles with environment-adjustable dispersibility and high catalytic property can be as-prepared. In the present thesis, an approach via combination of confined porous textures from MOFs and controlled radical polymerization is proposed to advance synthetic polymer chemistry. Zn2(bdc)2(dabco) (Znbdc) and the initiator-functionalized Zn MOFs, ZnBrbdc, are utilized as a reaction environment for in-situ polymerization of various size-dependent methacrylate monomers (i.e. methyl, ethyl, benzyl and isobornyl methacrylate) through (surface-initiated) activators regenerated by electron transfer (ARGET/SI-ARGET) ATRP, resulting in polymers with control over dispersity, end functionalities and tacticity with respect to distinct molecular size. While the functionalized MOFs are applied, due to the strengthened compartmentalization effect, the accommodated polymers with molecular weight up to 392,000 can be achieved. Moreover, a significant improvement in end-group fidelity and stereocontrol can be observed. The results highlight a combination of MOFs and ATRP is a promising and universal methodology to synthesize versatile well-defined polymers with high molecular weight, increment in isotactic trial and the preserved chain-end functionality. More than being a host only, MOFs can act as heterogeneous catalysts for metal-catalyzed polymerizations. A Cu(II)-based MOF, Cu2(bdc)2(dabco), is demonstrated as a heterogeneous, universal catalyst for both thermal or visible light-triggered ARGET ATRP with expanded monomer range. The accessible catalytic metal sites enable the Cu(II) MOF to polymerize various monomers, including benzyl methacrylate (BzMA), styrene, methyl methacrylate (MMA), 2-(dimethylamino)ethyl methacrylate (DMAEMA) in the fashion of ARGET ATRP. Furthermore, due to the robust frameworks, surpassing the conventional homogeneous catalyst, the Cu(II) MOF can tolerate strongly coordinating monomers and polymerize challenging monomers (i.e. 4-vinyl pyridine, 2-vinyl pyridine and isoprene), in a well-controlled fashion. Therefore, a synthetic procedure can be significantly simplified, and catalyst-resulted chelation can be avoided as well. Like other heterogeneous catalysts, the Cu(II) MOF catalytic complexes can be easily collected by centrifugation and recycled for an arbitrary amount of times. The Cu(II) MOF, composed of photostimulable metal sites, is further used to catalyze controlled photopolymerization under visible light and requires no external photoinitiator, dye sensitizer or ligand. A simple light trigger allows the photoreduction of Cu(II) to the active Cu(I) state, enabling controlled polymerization in the form of ARGET ATRP. More than polymerization application, the synergic effect between MOF frameworks and incorporated nucleophilic monomers/molecules is also observed, where the formation of associating complexes is able to adjust the photochemical and electrochemical properties of the Cu(II) MOF, altering the band gap and light harvesting behavior. Owing to the tunable photoabsorption property resulting from the coordinating guests, photoinduced Reversible-deactivation radical polymerization (PRDRP) can be achieved to further simplify and fasten the polymerization. More than the adjustable photoabsorption ability, the synergistic strategy via a combination of controlled/living polymerization technique and crystalline MOFs can be again evidenced as demonstrated in the MOF-based heterogeneous catalysts with enhanced dispersibility in solution. Through introducing hollow pollen pivots with surface immobilized environment-responsive polymer, PDMAEMA, highly dispersed MOF nanocrystals can be prepared after associating on polymer brushes via the intrinsic amine functionality in each DMAEMA monomer. Intriguingly, the pollen-PDMAEMA composite can serve as a "smart" anchor to trap nanoMOF particles with improved dispersibility, and thus to significantly enhance liquid-phase photocatalytic performance. Furthermore, the catalytic activity can be switched on and off via stimulable coil-to-globule transition of the PDMAEMA chains exposing or burying MOF catalytic sites, respectively.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Zarafshani2012,
  author    = {Zarafshani, Zoya},
  title     = {Chain-end functionalization and modification of polymers using modular chemical reactions},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-59723},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2012},
  abstract  = {Taking advantage of ATRP and using functionalized initiators, different functionalities were introduced in both α and ω chain-ends of synthetic polymers. These functionalized polymers could then go through modular synthetic pathways such as click cycloaddition (copper-catalyzed or copper-free) or amidation to couple synthetic polymers to other synthetic polymers, biomolecules or silica monoliths. Using this general strategy and designing these co/polymers so that they are thermoresponsive, yet bioinert and biocompatible with adjustable cloud point values (as it is the case in the present thesis), the whole generated system becomes "smart" and potentially applicable in different branches. The applications which were considered in the present thesis were in polymer post-functionalization (in situ functionalization of micellar aggregates with low and high molecular weight molecules), hydrophilic/hydrophobic tuning, chromatography and bioconjugation (enzyme thermoprecipitation and recovery, improvement of enzyme activity). Different α-functionalized co/polymers containing cholesterol moiety, aldehyde, t-Boc protected amine, TMS-protected alkyne and NHS-activated ester were designed and synthesized in this work.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Pfeifer2011,
  author    = {Pfeifer, Sebastian},
  title     = {Neue Ans{\"a}tze zur Monomersequenzkontrolle in synthetischen Polymeren},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-51385},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2011},
  abstract  = {Von der Natur geschaffene Polymere faszinieren Polymerforscher durch ihre spezielle auf eine bestimmte Aufgabe ausgerichtete Funktionalit{\"a}t. Diese ergibt sich aus ihrer Bausteinabfolge uber die Ausbildung von Uberstrukturen. Dazu z{\"a}hlen zum Beispiel Proteine (Eiweiße), aus deren Gestalt sich wichtige Eigenschaften ergeben. Diese Struktureigenschaftsbeziehung gilt ebenso f{\"u}r funktionelle synthetische Makromolek{\"u}le. Demzufolge kann die Kontrolle der Monomersequenz in Polymeren bedeutend f{\"u}r die resultierende Form des Polymermolek{\"u}ls sein. Obwohl die Synthese von synthetischen Polymeren mit der Komplexit{\"a}t und der Gr{\"o}ße von Proteinen in absehbarer Zeit wahrscheinlich nicht gelingen wird, k{\"o}nnen wir von der Natur lernen, um neuartige Polymermaterialien mit definierten Strukturen (Sequenzen) zu synthetisieren. Deshalb ist die Entwicklung neuer und besserer Techniken zur Strukturkontrolle von großem Interesse f{\"u}r die Synthese von Makromolek{\"u}len, die perfekt auf ihre Funktion zugeschnitten sind. Im Gegensatz zu der Anzahl fortgeschrittener Synthesestrategien zum Design aus- gefallener Polymerarchitekturen - wie zum Beispiel Sterne oder baumartige Polymere (Dendrimere) - gibt es vergleichsweise wenig Ans{\"a}tze zur echten Sequenzkontrolle in synthetischen Polymeren. Diese Arbeit stellt zwei unterschiedliche Techniken vor, mit denen die Monomersequenz innerhalb eines Polymers kontrolliert werden kann. Gerade bei den großtechnisch bedeutsamen radikalischen Polymerisationen ist die Sequenzkontrolle schwierig, weil die chemischen Bausteine (Monomere) sehr reaktiv sind. Im ersten Teil dieser Arbeit werden die Eigenschaften zweier Monomere (Styrol und N-substituiertes Maleinimid) geschickt ausgenutzt, um in eine Styrolkette definierte und lokal scharf abgegrenzte Funktionssequenzen einzubauen. Uber eine kontrollierte radikalische Polymerisationsmethode (ATRP) wurden in einer Ein-Topf-Synthese {\"u}ber das N-substituierte Maleinimid chemische Funktionen an einer beliebigen Stelle der Polystyrolkette eingebaut. Es gelang ebenfalls, vier unterschiedliche Funktionen in einer vorgegebenen Sequenz in die Polymerkette einzubauen. Diese Technik wurde an zwanzig verschiedenen N-substituierten Maleinimiden getestet, die meisten konnten erfolgreich in die Polymerkette integriert werden. In dem zweiten in dieser Arbeit vorgestellten Ansatz zur Sequenzkontrolle, wurde der schrittweise Aufbau eines Oligomers aus hydrophoben und hydrophilen Segmenten (ω-Alkin-Carbons{\"a}ure bzw. α-Amin-ω-Azid-Oligoethylenglycol) an einem l{\"o}slichen Polymertr{\"a}ger durchgef{\"u}hrt. Das Oligomer konnte durch die geschickte Auswahl der Verkn{\"u}pfungsreaktionen ohne Schutzgruppenstrategie synthetisiert werden. Der l{\"o}sliche Polymertr{\"a}ger aus Polystyrol wurde mittels ATRP selbst synthetisiert. Dazu wurde ein Startreagenz (Initiator) entwickelt, das in der Mitte einen s{\"a}urelabilen Linker, auf der einen Seite die initiierende Einheit und auf der anderen die Ankergruppe f{\"u}r die Anbindung des ersten Segments tr{\"a}gt. Der l{\"o}sliche Polymertr{\"a}ger erm{\"o}glichte einerseits die schrittweise Synthese in L{\"o}sung. Andererseits konnten {\"u}bersch{\"u}ssige Reagenzien und Nebenprodukte zwischen den Reaktionsschritten durch F{\"a}llung in einem Nicht-L{\"o}sungsmittel einfach abgetrennt werden. Der Linker erm{\"o}glichte die Abtrennung des Oligomers aus jeweils drei hydrophoben und hydrophilen Einheiten nach der Synthese.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Rettig2006,
  author    = {Rettig, Hartmut Arnim},
  title     = {Methoden zur Synthese von definierten bioorganisch-synthetischen Blockcopolymeren},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-10293},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2006},
  abstract  = {Bioorganisch-synthetische Blockcopolymere sind sowohl f{\"u}r die Materialwissenschaft als auch f{\"u}r die Medizin hochinteressant. Diese Arbeit besch{\"a}ftigte sich mit neuen Synthesewegen f{\"u}r die Herstellung dieser Blockcopolymere. Zun{\"a}chst wurde der klassische Ansatz zur Herstellung eines Blockcopolymers {\"u}ber die Kupplung der beiden Segmente aufgegriffen. Hierzu wurde eine Methode zur Synthese von selektiv s{\"a}ureendfunktionalisierten Polyacrylaten mittels einer terminalen Benzylesterschutzgruppe vorgestellt. F{\"u}r die Herstellung von bioorganisch-synthetischen Blockcopolymeren mit einem gr{\"o}ßeren Polymersegment wurde daher ein anderer Syntheseansatz entwickelt. Dieser geht von einem funktionalisierten Oligopeptid aus, an dem durch Polymerisation das synthetische Segment aufgebaut wird. Der Aufbau erfolgte durch kontrolliert radikalische Polymerisation, um ein m{\"o}glichst definiertes Segment zu erhalten. Zun{\"a}chst wurde eine Synthese von Oligopeptid-Makroinitiatoren f{\"u}r die ATRP-Polymerisation durchgef{\"u}hrt. Es konnte gezeigt werden, dass in geeigneten polaren L{\"o}sungsmitteln (DMSO, DMF) eine Polymerisation mit dem ATRP-Oligopeptid-Makroinitiator erfolgreich ist. Allerdings treten w{\"a}hrend der Polymerisation Wechselwirkungen zwischen dem Katalysator und dem Oligopeptid auf. Eine Alternative bietet die RAFT-Polymerisation, da sie ohne einen Katalysator durchgef{\"u}hrt wird. Es gelang ausgehend von dem Oligopeptid-ATRP-Makroinitiator den {\"U}bertr{\"a}ger herzustellen. Die RAFT-Polymerisation mit einem Oligopeptid{\"u}bertr{\"a}ger stellt eine wichtige Methode f{\"u}r die Herstellung von bioorganisch-synthetischen Blockcopolymeren dar. Sie besitzt eine hohe Toleranz gegen{\"u}ber funktionellen Gruppen. Die so hergestellten Blockcopolymere sind frei von Verunreinigungen, wie z.B. {\"U}bergangsmetallen. Dabei l{\"a}ßt sich das Molekulargewicht des synthetischen Blocks bei einer Polydispersit{\"a}t um 1,2 gut kontrollieren.},
  subject      = {ATRP},
  language  = {de}
}