A Polymer with Mechanochemically Active Hidden Length

机械化学 环丁烯 化学 聚合物 异构化 二聚体 离解(化学) 断链 化学物理 有机化学 催化作用 戒指(化学)
作者
Yancong Tian,Xiaodong Cao,Xun Li,Huan Zhang,Cai‐Li Sun,Yuanze Xu,Wengui Weng,Wenke Zhang,Roman Boulatov
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:142 (43): 18687-18697 被引量:60
标识
DOI:10.1021/jacs.0c09220
摘要

Incorporating hidden length into polymer chains can improve their mechanical properties, because release of the hidden length under mechanical loads enables localized strain relief without chain fracture. To date, the design of hidden length has focused primarily on the choice of the sacrificial bonds holding the hidden length together. Here we demonstrate the advantages of adding mechanochemical reactivity to hidden length itself, using a new mechanophore that integrates (Z)-2,3-diphenylcyclobutene-1,4-dicarboxylate, with hitherto unknown mechanochemistry, into macrocyclic cinnamate dimers. Stretching a polymer of this mechanophore more than doubles the chain contour length without fracture. DFT calculations indicate that the sequential dissociation of the dimer, followed by cyclobutene isomerization at higher forces yields a chain fracture energy 11 times that of a simple polyester of the same initial contour length and preserves high energy-dissipating capacity up to ∼3 nN. In sonicated solutions cyclobutene isomerizes to two distinct products by competing reaction paths, validating the computed mechanochemical mechanism and suggesting an experimental approach to quantifying the distribution of single-chain forces under diverse loading scenarios.

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