基本介紹
- 中文名：多聚乙醯基咪唑
- 外文名：Poly acetyl imidazole
- 咪唑：雜環芳香化合物
- 套用領域：燃料電池、金屬離子分離膜等
- 燃料電池：作為電解質膜的重要組成部分
- 催化劑：可以催化多種反應
功能概述
咪唑是一種十分常見的雜環芳香化合物，其廣泛存在於各種生物活性分子中，包括核酸、胺基酸、蛋白質等。同樣，在醫藥和農業用化合物中，其也扮演著十分重要的角色。乙烯基咪唑單體是一種常用的製備含咪唑基團均聚物或共聚物的原料，這些聚合物在燃料電池、金屬離子分離膜、基因傳遞載體、離子液體和催化劑等領域都有著十分重要的套用。
咪唑功能聚合物在燃料電池領域的套用
N-乙烯基咪唑均聚物或共聚物在燃料電池領域套用較為廣泛，其可以作為燃料電池電解質膜的重要組成部分，也可以利用其與各種過渡金屬離子的絡合能力將這些金屬離子引入到電解質膜中。金屬鈀修飾的Nifion膜在甲醇燃料電池中套用較為廣泛，但單獨的金屬鈀並不能穩定附著在Nifion膜上。Kim等用聚N-乙烯基咪唑與鈀的絡合物與Nifion膜進行配合，實現了鈀與Nifion膜的穩定結合，所製備改性膜同時兼具了高的質子傳遞效率和低的甲醇滲透能力，燃料電池性能也更為優異。Yang等對多聚乙醯基咪唑進行季銨化反應製備了咪唑聚合物離子液體（PIL），將該PIL與LiTFSI等鹽的共混物作為電池電解液，發現其表現出較好的電池容量和優異的循環特性。Jithunsa等將丙烯酸和N-乙烯基咪唑共聚物作為聚合物電解質膜套用到燃料電池中，該共聚物膜表現出優異的熱穩定性，這使得該電池具有較寬的操作溫度範圍。
咪唑功能聚合物在催化領域的套用
咪唑環是構成組氨酸的重要基團，且其廣泛存在於各種生物活性酶中。生物體中的大量酶催化反應與咪唑基團息息相關。在生物體外，多聚乙醯基咪唑已被證明可以催化多種反應，包括酯的水解反應、巰基與缺電子的烯烴間的麥克加成反應和水相中的安息加成反應等。Okhapkin等用溫敏功能單體NIPAm和VCa與N-乙烯基咪唑進行共聚製備了溫敏乙烯基咪唑共聚物。該共聚物可作為一種智慧型催化劑催化對硝基酚乙酸酯的水解反應。在水解反應溫度低於共聚物濁點時，水解反應速率符合阿倫尼烏斯定律，即反應速率的對數與絕對溫度的倒數呈線性關係，而當反應溫度升高至乙烯基咪唑共聚物濁點之上時，水解反應速率偏離阿倫尼烏斯定律直線，呈明顯加快趨勢。這是由於該聚合物在溫度高於其濁點後，PNIPAm片段發生溫度誘導聚集，催化劑形成小聚集體，且疏水性增強，這有利於疏水性的反應底物對硝基酚乙酸酯在催化劑表面富集，從而使得整個水解反應速率加快。Khaligh等用聚N-乙烯基咪唑在無溶劑條件下催化醇、酚、巰基和氨基的乙醯化反應，該類反應轉化率高，同時催化劑可重複回收利用多次。將該聚合物用於催化氨基的N-Boc保護反應時，其也體現出了優異的催化活性。
咪唑基團可與多種過渡金屬形成絡合物，包括Cr3+、Fe3+、Cu2+、Zn2+、Cd2+、Pb2+、Co2+、Pd2+、Ni2+等。利用該性質，大量文獻報導了負載金屬離子的多聚乙醯基咪唑絡合物催化體系。Beletskaya等用聚N-乙烯基咪唑負載氯化鈀製備了一種高效穩定的鈀催化劑，該催化體系不僅可以高效催化Mizoroki-Heck反應，而且可回收重複使用，同時回收後催化劑催化活性基本保持不變。類似的工作中，Yamada等用N-乙烯基咪唑和NIPAm共聚物在甲醇/水體系中與(NH4)2PdCl4進行配位，製備了微球形金屬Pd催化劑，將該催化劑用於催化Suzuki−Miyaura反應時，催化劑轉化數（TON）高達30570000。Strzelec等用乙烯基吡咯烷酮和乙烯基咪唑共聚物負載銠製備了銠氫化矽烷化催化劑，作者發現該催化劑在催化酮的氫化矽烷化反應時，催化劑微孔結構對反應速率起著決定性的作用。Wang等用多聚乙醯基咪唑負載Cu2+，該絡合物可用於催化2,6-二甲基苯酚（DMP）氧化聚合製備PPO，當催化反應進行三次後，催化劑回收效率仍高達95%，PPO產率為79.2%。
咪唑功能聚合物在基因轉染領域的套用
在基因轉染研究中，DNA/陽離子聚合物間複合體的形成對於新型高效基因傳遞體系的設計有著非常重要的影響。pH回響型聚合物是目前研究最為多的基因傳遞載體。用組氨酸或其他含有咪唑基團的化合物對特定聚合物進行修飾，可使目標產物不僅具有優異的基因轉染效率，同時還表現出較低的細胞毒性。Ihm等用聚4-乙烯基咪唑（P4V）作為基因載體，其與DNA複合後可形成~110nm的複合體，由於咪唑基團的存在，該複合體表現出pH刺激回響性。通過體外基因轉染實驗，作者發現該複合體具有與PEI/DNA相當的轉染效率，同時其細胞毒性卻大大小於PEI/DNA複合體。用小鼠進行體內基因轉染實驗時，P4V/DNA複合體與PEI/DNA複合體轉染效率也相當。Asayama用烷基化聚1-乙烯基咪唑（PVIm-R）作為pH回響陽離子聚合物進行基因轉染實驗。作者發現PVIm-R是一種高轉染效率低毒性的基因載體，R基團的鏈長對DNA在胞體內的釋放影響顯著，
PVIm-Bu/DNA複合體的解離較PVIm-Oct/DNA更為容易，同時複合體基因轉染效率也與R基鏈長息息相關。在該課題組的進一步工作中，作者用鋅/聚1-乙烯基咪唑絡合物（PVIm-Zn）和賴氨酸修飾乳糖（PLL-Lac）與DNA形成三元複合體，並進行基因轉染實驗。複合體中PLL-Lac含量越高，其粒徑越小。用PVIm/DNA複合物作為參照，發現三元複合體與細胞表面受體具有特異性識別，且其轉染效率更高。Timothy等通過多聚乙醯基咪唑的季銨化反應將羥基引入聚合物分子中。作者發現聚合物季銨化程度越高，其細胞毒性越大，但基因轉染效率更高。用單羥基化合物改性的多聚乙醯基咪唑可使產物在不降低轉染效率的前提下有效的減小細胞毒性。
