Isoindoline-based polymers and methods of making thereof

Abstract

Polymers containing isoindolin-1-one groups in the polymer backbone and synthesis thereof are described. The polymers can be alternating di-block copolymers prepared via polycondensation of di-o-phthalaldehyde (di-oPA) monomers and di-aniline monomers. The di-oPA monomers and di-aniline monomers forming the polymers can incorporate various types of designed structures to introduce different functional units in the polymers formed therefrom. Optionally, a branch monomer (e.g., tri-oPA or tri-aniline) or a crosslinking monomer (e.g., dithiols) can be used in the polymerization of di-oPA and di-aniline monomers to form branched or crosslinked polymers. The polymers have a high molecular weight (e.g., an M w of at least 2 kg / mol) and some polymers show thermal elasticity. The polymerization may be performed in DMF and catalyzed by pyridine / AcOH as catalyst at room temperature, allowing for metal catalyst-free, fast polymerization kinetics, simple operation, and mild conditions, providing polymers with high conversion (e.g., conversion of at least 90%), without side products.

Description

ISOINDOLINE-BASED POLYMERS AND METHODS OF MAKING THEREOF

[0001] CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS

[0002] This application claims the benefit of and priority to U.S. Provisional Application No. 63 / 761,583 filed February 21, 2025, which is herein incorporated by reference in its entirety.FIELD OF THE INVENTION

[0003] This invention is generally in the field of isoindoline-based polymers and methods of making thereof.BACKGROUND OF THE INVENTION

[0004] Polymeric materials have become essential in modern-day lives, providing convenience, enhancing the quality of human life, and contributing to economic development and advancements in science and technology worldwide. However, an efficient and mild way to synthesize polymers is challenging in polymer science.

[0005] O-Phthalaldehyde (oPA) is an old compound, its history can be dated back to its first synthesis in 1887.1 The oPA and amine two-component reaction (2CR) giving isoindolin-1-one was discovered by Thiele and Schneider2 in 1909, and the oPA-amine-thiol three-component reaction (3CR) giving 1-thio-2H-isoindole was reported in 1970s as analytical method of amino acids. 3-5Although this reaction has been commonly used for synthesizing small molecules since its initial discovery, typically only moderate to low product yields were obtained. 6-8 In 2016, the intermolecular oPA-amine 2CR was reported that proceeded rapidly and efficiently in neutral aqueous buffer with good functional group compatibility, and was applied in peptide modification and bioconjugation. 9 This reaction was further expanded to the synthesis of glycoconjugate vaccine10 and crosslinked hydrogel11-15. More recently, Perrin16 and Li17, 18 reported the oPA-amine-thiol 3CR based peptide cyclization respectively.

[0006] Apart from peptide-protein science, oPA also attracted attention in polymer science. Notably, oPA has been utilized in linear and cyclic polymers to create acetal-containing polymer backbones through anionic and cationic mechanisms. 19 These polymers have been investigated for their potential applications in lithography. 20-24 Some studies focused on the cationic copolymerization ofo-PA and vinyl monomers, and investigations into their activities and copolymerization behaviors. 25, 26 Recently, limited efforts have been made to apply 2CR in polymer science. In 2019, Lu et al. reported the first instance of oPA-containing copolymer conjugated with native protein conjugation via the oPA-amine reaction under physiological conditions27. More recently, Lu28 and Cui29 independently reported the expansion of this reaction in brush polymers synthesis using the "grafting onto" strategy. However, to data, the direct application of oPA and aniline in polymer synthesis through 2CR has not been thoroughly explored.

[0007] The reaction between oPA and aniline performed in aqueous solutions (PBS buffer pH =7.4) can give a high conversion. However, in organic solvents, this reaction generally shows poor conversion, and thus requires harsh conditions (like heating) with many byproducts. Further, it is known that polymer preparation through polycondensation following a step-growth polymerization mechanism requires metal catalysis, hash condition (e.g., high temperature, pressure) , and / or long reaction time, due to the low efficiency of polycondensation.

[0008] There remains a need to develop isoindoline-based polymers and methods of making them.

[0009] Therefore, it is the object of the present invention to provide isoindoline-based polymers.

[0010] It is a further object of the present invention to provide methods of synthesizing the isoindoline-based polymers.SUMMARY OF THE INVENTION

[0011] Polymers containing isoindolin-1-one groups (five-member ring) in the polymer backbone and synthesis thereof have been developed. In some forms, the disclosed polymers are alternating di-block copolymers, which can be prepared via polycondensation of di-o-phthalaldehyde (di-oPA) monomers and di-aniline monomers. The di-oPA monomers and di-aniline monomers forming the polymers can incorporate various types of designed structures to introduce different functional units in the polymers formed therefrom. Optionally, a branch monomer (e.g., tri-oPA or tri-aniline) or a crosslinking monomer (e.g., dithiols and / or trithiols) can be used in the polymerization of di-oPA and di-aniline monomers to form branched or crosslinked polymers. Optionally, the polymers show thermal elasticity, as demonstrated by their thermal and mechanical properties, such as decomposition temperature (Td) , glass transition temperature (Tg) , tensile strength, elongation at break, and / or dynamic storage modulus (G’ ) .

[0012] In some forms, the polymerization reaction disclosed herein is performed in DMF solution and catalyzed by pyridine / AcOH as catalyst at room temperature. These particular reaction conditions allow for fast, high conversion (e.g., conversion of at least 90%or at least 95%) , and clean reaction without side products. As described in the Examples below, the polymerization kinetics demonstrated the rapidity and efficiency of the reaction such as by using in-situ GPC. The disclosed polymerization method features metal catalyst-free, fast polymerization kinetics, simple operation, and mild conditions, providing advantages in materials preparation and applications. This method also provides a convenient way to produce branching and crosslinking polymers by introducing a branch monomer (e.g., tri-oPA or tri-aniline) and a crosslinking monomer (e.g., dithiol monomers and / or trithiols) into the polymerization system.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0013] Figure 1a shows an exemplary two-component reaction between oPA and aniline-PEG4. Figure 1b shows an exemplary three-component reaction between oPA (10 mg, 1.05 eq., concentration at 16mM) , aniline-PEG4 (1.0 eq. ) , and 3, 6-dioxa-1, 8-octanedithiol (DODT, 0.25 eq. ) . Solvent: 4mL, Cat.: pyridine / AcOH (molar ratio, 1 / 1) 0.5mL; reaction time at 5 min. Figure 1c shows the UV trace and corresponding MS trace from LC-MS analysis of the two-component reaction in different solvents with MeCN, DCM, and DMF, respectively. Gradient: 20-95%MeCN / H2O with 0.1%TFA over 5 min at a flow rate of 0.4 mL / min.

[0014] Figure 1d shows the UV trace and corresponding MS trace from LC-MS analysis of the three-component reaction in DMF. Gradient: 60-95%MeCN / H2O with 0.1%TFA over 8 min at a flow rate of 0.4 mL / min.

[0015] Figure 2a shows a polymer synthesis flowchart and the structure of monomers: M4 and M9 for branching polymer synthesis; DODT for crosslinking polymer synthesis. Figure 2b shows the synthetic route for the preparation of exemplary linear, branch and crosslink polymers.

[0016] Figure 3a shows the GPC results of the polymerization of M1 (10 mg, 0.0175 mmol) and M6 (6.19 mg, 0.0175 mmol) in DMF 2mL, Pyridine / AcOH (molar ratio 1 / 1) 0.5mL for 21h, concentration of M1 at 4 mg·mL-1 (7mM) . Figure 3b shows the in-situ GPC monitoring of the polymerization system of M1 and M6 at 1h, 5h, and 15h, respectively, concentration of M1 at 12 mg·mL-1 (21mM) . Figure 3c shows the GPC results of P1-5, P2-5 and P3-5, respectively, obtained from polymerization time at 2h. Figure 3d shows the GPC results of P2-7, P2-4-7 and P2-7-9 obtained from the polymerization time at 4h. Mn, Mw and determined by GPC in DMF, PMMA as the calibration standard. Figure 3e shows the structures of P1-5, P2-5 and P2-7, P2-7.

[0017] Figure 4a shows the UV-vis spectra of P1-5, P1-6, P2-5 and P3-5, respectively, measured in DMF with concentration at 1.5 x 10-2 mg·mL-1. Figure 4b shows the TGA results of P1-5, P1-6, P2-5 and P3-5, tested under N2 atmosphere. Figure 4c shows the DCS results of P1-5, P1-6 and P2-5. Figure 4d shows the XRD results of P1-5, P1-6 and P2-5. Figure 4e shows the stress-strain curve of P1-5. Figure 4f shows the breaking-strain and breaking-stress of P1-5 and P2-5 (data extracted from stress-strain curves) . Figure 4g shows the Rheological time sweeps of P1-5. Figure 4h shows the FTIR spectrum of P1-5 in the C=O stretching vibration region. Figure 4i shows the FTIR spectrum of P2-5 in the C=O stretching vibration region.

[0018] Figure 5a shows the TGA results of P2-7, P2-7-9 and P2-7-9, tested under N2 atmosphere. Figure 5b shows the DMA results of P2-7, P2-7-9 and P2-7-D. Figure 5c shows the FTIR spectra of P2-7, P2-5-9 and P2-7-D. Figures 5d-5f show the C=O stretching regions of P2-7 (Figure 5d) , P2-5-9 (Figure 5e) , and P2-7-D (Figure 5f) in the FTIR spectra.

[0019] Figure 6a shows the stress-strain curves of P2-7, P2-7-9 and P2-7-D, measured at a speed of 20 mm·min-1. Figure 6b shows the breaking-strain and breaking-stress of P2-7, P2-7-9 and P2-7-D, data extracted from stress-strain curves. Figure 6c shows the energy dissipation for each circle of the cyclic tensile test curves of P2-7, P2-7-9 and P2-7-D. Figures 6d-6f show the cyclic loading-unloading strain-stress curves of the P2-7 (Figure 6d) , P2-7-9 (Figure 6e) , and P2-7-D (Figure 6f) films at 100, 200, 300 and 400%train, respectively, and P2-7 up to 500%. Figures 6g-6i show the results of rheological time sweeps of P2-7 (Figure 6g) , P2-7-9 (Figure 6h) , and P2-7-D (Figure 6i) . Figures 6j-6l show the frequency dependence of dynamic storage modulus (G′) and loss modulus (G″) for P2-7 (Figure 6j) , P2-7-9 (Figure 6k) , and P2-7-D (Figure 6l) .

[0020] Figure 7a shows the UV trace and corresponding MS trace from LC-MS analysis of the reactions between oPA (10 mg, 1.05 eq., concentration at 16mM) and aniline-PEG4in different catalytic systems with no catalyst, pyridine (0.5 mL, 11%of total volume) and AcOH (0.5 mL, 20%of total volume) respectively, in 4mL acetonitrile (MeCN) for 5 minutes. Gradient: 20-95%ACN / H2O with 0.1%TFA over 5 min at a flow rate of 0.4 mL / min. Figure 7b shows the UV trace and corresponding MS trace from LC-MS analysis of the reactions between oPA (10 mg, 1.05 eq. ) and aniline-PEG4by using different molar ratio of pyridine / AcOH with 2 / 1, 1 / 2 and 1 / 1 respectively, as catalyst (0.5 mL, 11%of total volume) in 4mL MeCN for 5 minutes. Gradient: 20-95%MeCN / H2O with 0.1%TFA over 5 min at a flow rate of 0.4 mL / min. Figure 7c shows the UV trace and corresponding MS trace from LC-MS analysis of the reactions between oPA (10 mg, 1.05 eq. ) and aniline-PEG4in different solvents (4mL) : NMP, DMSO and DMAc respectively, in the presence of pyridine / AcOH (molar ratio=1 / 1) as catalyst (0.5 mL, 11%of total volume) for 5 minutes. Gradient: 20-95%MeCN / H2O with 0.1%TFA over 5 min at a flow rate of 0.4 mL / min.

[0021] Figure 8 shows the UV trace and corresponding MS trace from LC-MS analysis of the reactions between oPA (10 mg, 1.05 eq., concentration at 16mM) , aniline-PEG4 (1.0 eq. ) and 3, 6-dioxa-1, 8-octanedithiol (DODT, 0.5 eq., thiol to oPA equal to 1 to 1) by using pyridine / AcOH (molar ratio 1 / 1, 11%of total volume) as catalyst in 4mL DMF for 5 minutes. Gradient: 60-95%MeCN / H2O with 0.1%TFA over 8 min at a flow rate of 0.4 mL / min.

[0022] Figure 9 shows the GCP results of polymerization of M1 and M5 under different concentrations of M1 at 7 and 21mM respectively, in MDF for 1 hour. Mn, Mw and determined by GPC in DMF, PMMA as the calibration standard.

[0023] Figure 10a shows the UV-Vis spectrum of isoindoline compound obtained from 2CR model reaction, measured in DMF solution with concentration at 1.0 x 10-2 mg·mL-1. Figure 10b shows the UV-Vis spectrum of M3. The sample was prepared at the concentration of 0.17 mg / ml in DMF solution.

[0024] Figure 11 shows the stress-strain curve of P2-5. Sample was determined through tensile tests conducted at a stretching speed of 20 mm / min.

[0025] Figure 12a shows the FTIR spectra of P1-5, P1-6, P2-5 and P3-5. Figure 12b and 12c show the FTIR spectra of P1-6 (Figure 12b) and P3-5 (Figure 12c) in the C=O stretching vibration region, respectively.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

[0026] I.Definitions

[0027] It is to be understood that the disclosed compounds, compositions, and methods are not limited to specific synthetic methods, specific analytical techniques, or to particular reagents unless otherwise specified, and, as such, may vary. It is also to be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular forms and embodiments only and is not intended to be limiting.

[0028] “Substituted, ” as used herein, refers to all permissible substituents of the compounds or functional groups described herein. In the broadest sense, the permissible substituents include acyclic and cyclic, branched and unbranched, carbocyclic and heterocyclic, aromatic and nonaromatic substituents of organic compounds. Illustrative substituents include, but are not limited to, halogens, hydroxyl groups, or any other organic groupings containing any number of carbon atoms, preferably 1-14 carbon atoms, and optionally include one or more heteroatoms such as oxygen, sulfur, or nitrogen grouping in linear, branched, or cyclic structural formats. Representative substituents include a substituted or unsubstituted alkyl, a substituted or unsubstituted alkenyl, a substituted or unsubstituted alkynyl, a substituted or unsubstituted heterocyclyl, a substituted or unsubstituted phenyl, a substituted or unsubstituted aryl, a substituted or unsubstituted heteroaryl, a substituted or unsubstituted polyaryl, a substituted or unsubstituted polyheteroaryl, a substituted or unsubstituted aralkyl, a halogen, a hydroxyl, an alkoxy, a phenoxy, an aroxy, a silyl, a thiol, an alkylthio, a substituted alkylthio, a phenylthio, an arylthio, a cyano, an isocyano, a nitro, a substituted or unsubstituted carbonyl, a carboxyl, an amino, an amido, an oxo, a sulfinyl, a sulfonyl, a sulfonic acid, a phosphonium, a phosphanyl, a phosphoryl, a phosphonyl, an amino acid. Such a substituted or unsubstituted alkyl, a substituted or unsubstituted alkenyl, a substituted or unsubstituted alkynyl, a substituted or unsubstituted heterocyclyl, a substituted or unsubstituted phenyl, a substituted or unsubstituted aryl, a substituted or unsubstituted heteroaryl, a substituted or unsubstituted polyaryl, a substituted or unsubstituted polyheteroaryl, a substituted or unsubstituted aralkyl, a halogen, a hydroxyl, an alkoxy, a phenoxy, an aroxy, a silyl, a thiol, an alkylthio, a substituted alkylthio, a phenylthio, an arylthio, a cyano, an isocyano, a nitro, a substituted or unsubstituted carbonyl, a carboxyl, an amino, an amido, an oxo, a sulfinyl, a sulfonyl, a sulfonic acid, a phosphonium, a phosphanyl, a phosphoryl, a phosphonyl, and an amino acid can be further substituted.

[0029] Heteroatoms such as nitrogen may have hydrogen substituents and / or any permissible substituents of organic compounds described herein which satisfy the valences of the heteroatoms. It is understood that “substitution” or “substituted” includes the implicit proviso that such substitution is in accordance with permitted valence of the substituted atom and the substituent, and that the substitution results in a stable compound, i.e., a compound that does not spontaneously undergo transformation such as by rearrangement, cyclization, elimination, etc.

[0030] “Alkyl, ” as used herein, refers to the radical of saturated aliphatic groups, including straight-chain alkyl groups, branched-chain alkyl, and cycloalkyl (alicyclic) . In some forms, a straight chain or branched chain alkyl has 30 or fewer carbon atoms in its backbone (e.g., C1-C30 for straight chains, C3-C30 for branched chains) , 20 or fewer, 15 or fewer, or 10 or fewer. Alkyl includes methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl, t-butyl, pentyl, hexyl, heptyl, octyl, decyl, tetradecyl, hexadecyl, eicosyl, tetracosyl and the like. Likewise, a cycloalkyl is a non-aromatic carbon-based ring composed of at least three carbon atoms, such as a nonaromatic monocyclic or nonaromatic polycyclic ring containing 3-30 carbon atoms, 3-20 carbon atoms, or 3-10 carbon atoms in their ring structure, and have 5, 6 or 7 carbons in the ring structure. Cycloalkyls containing a polycyclic ring system can have two or more non-aromatic rings in which two or more carbons are common to two adjoining rings (i.e., “fused cycloalkyl rings” ) . Examples of cycloalkyl groups include, but are not limited to, cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl, cyclohexyl, cycloheptyl, cyclooctanyl, etc.

[0031] "Substituted alkyl” refers to alkyl moieties having one or more substituents replacing a hydrogen on one or more carbons of the hydrocarbon backbone. Such substituents can be any substituents described above, e.g., halogen (such as fluorine, chlorine, bromine, or iodine) , hydroxyl, carbonyl (such as a carboxyl, alkoxycarbonyl, formyl, or an acyl) , thiocarbonyl (such as a thioester, a thioacetate, or a thioformate) , aryl, alkoxyl, aralkyl, phosphonium, phosphanyl, phosphonyl, phosphoryl, phosphate, phosphonate, a phosphinate, amino, amido, amidine, imine, cyano, nitro, azido, oxo, sulfhydryl, thiol, alkylthio, silyl, sulfinyl, sulfate, sulfonate, sulfamoyl, sulfonamido, sulfonyl, heterocyclyl, an aromatic or heteroaromatic moiety. -NRR’ , wherein R and R’ are independently hydrogen, alkyl, or aryl, and wherein the nitrogen atom is optionally quaternized; -SR, wherein R is a phosphonyl, a sulfinyl, a silyl a hydrogen, an alkyl, or an aryl; -CN; -NO2; -COOH; carboxylate; -COR, -COOR, or -CON (R) 2, wherein R is hydrogen, alkyl, or aryl; imino, silyl, ether, haloalkyl (such as -CF3, -CH2-CF3, -CCl3) ; -CN; -NCOCOCH2CH2; -NCOCOCHCH; and -NCS; and combinations thereof.

[0032] It will be understood by those skilled in the art that the moieties substituted on the hydrocarbon chain can themselves be substituted, if appropriate. For instance, the substituents of a substituted alkyl may include halogen, hydroxy, nitro, thiols, amino, aralkyl, azido, imino, amido, phosphonium, phosphanyl, phosphoryl (including phosphonate and phosphinate) , oxo, sulfonyl (including sulfate, sulfonamido, sulfamoyl and sulfonate) , and silyl groups, as well as ethers, alkylthios, carbonyls (including ketones, aldehydes, carboxylates, and esters) , haloalkyls, -CN and the like. Cycloalkyls can be substituted in the same manner.

[0033] Unless the number of carbons is otherwise specified, "lower alkyl" as used herein means an alkyl group, as defined above, but having from one to ten carbons, more preferably from one to six carbon atoms in its backbone structure. Likewise, "lower alkenyl" and "lower alkynyl" have similar chain lengths.

[0034] “Heteroalkyl, ” as used herein, refers to straight or branched chain, or cyclic carbon-containing alkyl radicals, or combinations thereof, containing at least one heteroatom on the carbon backbone. Suitable heteroatoms include, but are not limited to, O, N, Si, P and S, wherein the nitrogen, phosphorous and sulfur atoms are optionally oxidized, and the nitrogen heteroatom is optionally quaternized. For example, the term “heterocycloalkyl group” is a cycloalkyl group as defined above where at least one of the carbon atoms of the ring is substituted with a heteroatom such as, but not limited to, nitrogen, oxygen, sulphur, or phosphorus.

[0035] The term “alkenyl” as used herein is a hydrocarbon group of from 2 to 24 carbon atoms and structural formula containing at least one carbon-carbon double bond. Alkenyl groups include straight-chain alkenyl groups, branched-chain alkenyl, and cycloalkenyl. A cycloalkenyl is a non-aromatic carbon-based ring composed of at least three carbon atoms and at least one carbon-carbon double bond, such as a nonaromatic monocyclic or nonaromatic polycyclic ring containing 3-30 carbon atoms and at least one carbon-carbon double bond, 3-20 carbon atoms and at least one carbon-carbon double bond, or 3-10 carbon atoms and at least one carbon-carbon double bond in their ring structure, and have 5, 6 or 7 carbons and at least one carbon-carbon double bond in the ring structure. Cycloalkenyls containing a polycyclic ring system can have two or more non-aromatic rings in which two or more carbons are common to two adjoining rings (i.e., “fused cycloalkenyl rings” ) and contain at least one carbon-carbon double bond. Asymmetric structures such as (AB) C=C (C’ D) are intended to include both the E and Z isomers. This may be presumed in structural formulae herein wherein an asymmetric alkene is present, or it may be explicitly indicated by the bond symbol C. The term "alkenyl" as used throughout the specification, examples, and claims is intended to include both "unsubstituted alkenyls" and "substituted alkenyls, ” the latter of which refers to alkenyl moieties having one or more substituents replacing a hydrogen on one or more carbons of the hydrocarbon backbone. The term “alkenyl” also includes “heteroalkenyl. ”

[0036] The term “substituted alkenyl” refers to alkenyl moieties having one or more substituents replacing one or more hydrogen atoms on one or more carbons of the hydrocarbon backbone. Such substituents can be any substituents described above, e.g., halogen, azide, alkyl, aralkyl, alkenyl, alkynyl, cycloalkyl, hydroxyl, carbonyl (such as a carboxyl, alkoxycarbonyl, formyl, or an acyl) , silyl, ether, ester, thiocarbonyl (such as a thioester, a thioacetate, or a thioformate) , alkoxyl, phosphonium, phosphanyl, phosphoryl, phosphate, phosphonate, phosphinate, amino (e.g. quarternized amino) , amido, amidine, imine, cyano, nitro, azido, oxo, sulfhydryl, alkylthio, sulfate, sulfonate, sulfamoyl, sulfonamido, sulfonyl, heterocyclyl, alkylaryl, haloalkyl, -CN, aryl, heteroaryl, polyaryl, polyheteroaryl, and combinations thereof.

[0037] “Heteroalkenyl, ” as used herein, refers to straight or branched chain, or cyclic carbon-containing alkenyl radicals, or combinations thereof, containing at least one heteroatom. Suitable heteroatoms include, but are not limited to, O, N, Si, P and S, wherein the nitrogen, phosphorous and sulfur atoms are optionally oxidized, and the nitrogen heteroatom is optionally quaternized. For example, the term “heterocycloalkenyl group” is a cycloalkenyl group where at least one of the carbon atoms of the ring is substituted with a heteroatom such as, but not limited to, nitrogen, oxygen, sulphur, or phosphorus.

[0038] The term “alkynyl group” as used herein is a hydrocarbon group of 2 to 24 carbon atoms and a structural formula containing at least one carbon-carbon triple bond. Alkynyl groups include straight-chain alkynyl groups, branched-chain alkynyl, and cycloalkynyl. A cycloalkynyl is a non-aromatic carbon-based ring composed of at least three carbon atoms and at least one carbon-carbon triple bond, such as a nonaromatic monocyclic or nonaromatic polycyclic ring containing 3-30 carbon atoms and at least one carbon-carbon triple bond, 3-20 carbon atoms and at least one carbon-carbon triple bond, or 3-10 carbon atoms and at least one carbon-carbon triple bond in their ring structure, and have 5, 6 or 7 carbons and at least one carbon-carbon triple bond in the ring structure. Cycloalkynyls containing a polycyclic ring system can have two or more non-aromatic rings in which two or more carbons are common to two adjoining rings (i.e., “fused cycloalkynyl rings” ) and contain at least one carbon-carbon triple bond. Asymmetric structures such as (AB) C≡C (C” D) are intended to include both the E and Z isomers. This may be presumed in structural formulae herein wherein an asymmetric alkyne is present, or it may be explicitly indicated by the bond symbol C. The term "alkynyl" as used throughout the specification, examples, and claims is intended to include both "unsubstituted alkynyls" and "substituted alkynyls, ” the latter of which refers to alkynyl moieties having one or more substituents replacing a hydrogen on one or more carbons of the hydrocarbon backbone. The term “alkynyl” also includes “heteroalkynyl. ”

[0039] The term “substituted alkynyl” refers to alkynyl moieties having one or more substituents replacing one or more hydrogen atoms on one or more carbons of the hydrocarbon backbone. Such substituents can be any substituents described above, e.g., halogen, azide, alkyl, aralkyl, alkenyl, alkynyl, cycloalkyl, hydroxyl, carbonyl (such as a carboxyl, alkoxycarbonyl, formyl, or an acyl) , silyl, ether, ester, thiocarbonyl (such as a thioester, a thioacetate, or a thioformate) , alkoxyl, phosphonium, phosphanyl, phosphoryl, phosphate, phosphonate, phosphinate, amino (e.g. quarternized amino) , amido, amidine, imine, cyano, nitro, azido, sulfhydryl, alkylthio, sulfate, sulfonate, sulfamoyl, sulfonamido, sulfonyl, heterocyclyl, alkylaryl, haloalkyl, -CN, aryl, heteroaryl, polyaryl, polyheteroaryl, and combinations thereof.

[0040] “Heteroalkynyl, ” as used herein, refers to straight or branched chain, or cyclic carbon-containing alkynyl radicals, or combinations thereof, containing at least one heteroatom. Suitable heteroatoms include, but are not limited to, O, N, Si, P and S, wherein the nitrogen, phosphorous and sulfur atoms are optionally oxidized, and the nitrogen heteroatom is optionally quaternized. For example, the term “heterocycloalkynyl group” is a cycloalkynyl group where at least one of the carbon atoms of the ring is substituted with a heteroatom such as, but not limited to, nitrogen, oxygen, sulphur, or phosphorus.

[0041] “Aryl, ” as used herein, refers to C4-C26-membered aromatic rings or fused ring systems containing one aromatic ring and optionally one or more non-aromatic rings. Examples of aryl groups are benzene, tetralin, indane, etc.

[0042] The term “substituted aryl” refers to an aryl group, wherein one or more hydrogen atoms on one or more aromatic rings are substituted with one or more substituents including, but not limited to, halogen, azide, alkyl, aralkyl, alkenyl, alkynyl, cycloalkyl, hydroxyl, alkoxy, carbonyl (such as a ketone, aldehyde, carboxyl, alkoxycarbonyl, formyl, or an acyl) , silyl, ether, ester, thiocarbonyl (such as a thioester, a thioacetate, or a thioformate) , alkoxyl, phosphoryl, phosphate, phosphonate, phosphinate, amino (or quarternized amino) , amido, amidine, imine, cyano, nitro, azido, sulfhydryl, imino, alkylthio, sulfate, sulfonate, sulfamoyl, sulfoxide, sulfonamido, sulfonyl, heterocyclyl, alkylaryl, haloalkyl (such as CF3, -CH2-CF3, -CCl3) , -CN, aryl, heteroaryl, and combinations thereof.

[0043] “Heterocyclo” and “heterocyclyl” are used interchangeably, and refer to a cyclic radical attached via a ring carbon or nitrogen atom of a monocyclic ring or polycyclic ring system containing 3-30 ring atoms, 3-20 ring atoms, 3-10 ring atoms, or 5-6 ring atoms, where the polycyclic ring system contains one or more non-aromatic rings and optionally one or more aromatic rings, where at least one non-aromatic ring contains carbon and one to four heteroatoms each selected from the group consisting of non-peroxide oxygen, sulfur, and N (Y) wherein Y is absent or is H, O, C1-C10 alkyl, phenyl or benzyl, and optionally containing 1-3 double bonds and optionally substituted with one or more substituents. Heterocyclyl are distinguished from heteroaryl by definition. Heterocycles can be a heterocycloalkyl, a heterocycloalkenyl, a heterocycloalkynyl, etc., such as piperazinyl, piperidinyl, piperidonyl, 4-piperidonyl, dihydrofuro [2, 3-b] tetrahydrofuran, morpholinyl, piperazinyl, piperidinyl, piperidonyl, 4-piperidonyl, piperonyl, pyranyl, 2H-pyrrolyl, 4H-quinolizinyl, quinuclidinyl, tetrahydrofuranyl, 6H-1, 2, 5-thiadiazinyl. Heterocyclic groups can optionally be substituted with one or more substituents as defined above for alkyl and aryl.

[0044] The term “heteroaryl” refers to C3-C26-membered aromatic rings or fused ring systems containing one aromatic ring and optionally one or more non-aromatic rings, in which one or more carbon atoms on the aromatic ring structure have been substituted with a heteroatom. Suitable heteroatoms include, but are not limited to, oxygen, sulfur, and nitrogen. Examples of heteroaryl groups pyrrole, furan, thiophene, imidazole, oxazole, thiazole, triazole, tetrazole, pyrazole, pyridine, pyrazine, pyridazine and pyrimidine, and the like. Examples of heteroaryl rings include, but are not limited to, benzimidazolyl, benzofuranyl, benzothiofuranyl, benzothiophenyl, benzoxazolyl, benzoxazolinyl, benzthiazolyl, benztriazolyl, benztetrazolyl, benzisoxazolyl, benzisothiazolyl, benzimidazolinyl, carbazolyl, 4aH-carbazolyl, carbolinyl, chromanyl, chromenyl, cinnolinyl, decahydroquinolinyl, 2H, 6H-1, 5, 2-dithiazinyl, furanyl, furazanyl, imidazolidinyl, imidazolinyl, imidazolyl, 1H-indazolyl, indolenyl, indolinyl, indolizinyl, indolyl, 3H-indolyl, isatinoyl, isobenzofuranyl, isochromanyl, isoindazolyl, isoindolinyl, isoindolyl, isoquinolinyl, isothiazolyl, isoxazolyl, methylenedioxyphenyl, naphthyridinyl, octahydroisoquinolinyl, 1, 2, 3-oxadiazolyl, 1, 2, 4-oxadiazolyl, 1, 2, 5-oxadiazolyl, 1, 3, 4-oxadiazolyl, oxazolidinyl, oxazolyl, oxindolyl, pyrimidinyl, phenanthridinyl, phenanthrolinyl, phenazinyl, phenothiazinyl, phenoxathinyl, phenoxazinyl, phthalazinyl, pteridinyl, purinyl, pyrazinyl, pyrazolidinyl, pyrazolinyl, pyrazolyl, pyridazinyl, pyridooxazole, pyridoimidazole, pyridothiazole, pyridinyl, pyridyl, pyrimidinyl, pyrrolidinyl, pyrrolinyl, pyrrolyl, quinazolinyl, quinolinyl, quinoxalinyl, tetrahydroisoquinolinyl, tetrahydroquinolinyl, tetrazolyl, 1, 2, 3-thiadiazolyl, 1, 2, 4-thiadiazolyl, 1, 2, 5-thiadiazolyl, 1, 3, 4-thiadiazolyl, thianthrenyl, thiazolyl, thienyl, thienothiazolyl, thienooxazolyl, thienoimidazolyl, thiophenyl and xanthenyl. One or more of the rings can be substituted as defined below for “substituted heteroaryl. ”

[0045] The term “substituted heteroaryl” refers to a heteroaryl group in which one or more hydrogen atoms on one or more heteroaromatic rings are substituted with one or more substituents including, but not limited to, halogen, azide, alkyl, aralkyl, alkenyl, alkynyl, cycloalkyl, hydroxyl, alkoxy, carbonyl (such as a ketone, aldehyde, carboxyl, alkoxycarbonyl, formyl, or an acyl) , silyl, ether, ester, thiocarbonyl (such as a thioester, a thioacetate, or a thioformate) , alkoxyl, phosphoryl, phosphate, phosphonate, phosphinate, amino (or quarternized amino) , amido, amidine, imine, cyano, nitro, azido, sulfhydryl, imino, alkylthio, sulfate, sulfonate, sulfamoyl, sulfoxide, sulfonamido, sulfonyl, heterocyclyl, alkylaryl, haloalkyl (such as CF3, -CH2-CF3, -CCl3) , -CN, aryl, heteroaryl, and combinations thereof.

[0046] The term “polyaryl” refers to a fused ring system that includes two or more aromatic rings and optionally one or more non-aromatic rings. Examples of polyaryl groups are naphthalene, anthracene, phenanthrene, chrysene, pyrene, corannulene, coronene, etc. When a fused ring system containing two or more aromatic rings and optionally one or more non-aromatic rings, in which one or more carbon atoms on two or more aromatic ring structures have been substituted with a heteroatom, the fused ring system can be referred to as a “polyheteroaryl” . When a fused ring system containing two or more aromatic rings and optionally one or more non-aromatic rings, in which one or more carbon atoms in the fused ring system is substituted with a heteroatom it can be referred to as a “heteropolyaryl. ”

[0047] The term “substituted polyaryl” refers to a polyaryl in which one or more of the aryls are substituted, with one or more substituents including, but not limited to, halogen, azide, alkyl, aralkyl, alkenyl, alkynyl, cycloalkyl, hydroxyl, carbonyl (such as a carboxyl, alkoxycarbonyl, formyl, or an acyl) , silyl, ether, ester, thiocarbonyl (such as a thioester, a thioacetate, or a thioformate) , alkoxyl, phosphoryl, phosphate, phosphonate, phosphinate, amino (or quarternized amino) , amido, amidine, imine, cyano, nitro, azido, sulfhydryl, alkylthio, sulfate, sulfonate, sulfamoyl, sulfoxide, sulfonamido, sulfonyl, heterocyclyl, alkylaryl, haloalkyl, -CN, aryl, heteroaryl, and combinations thereof. When a polyheteroaryl is involved, the chemical moiety can be referred to as a “substituted polyheteroaryl. ”

[0048] The term “cyclic ring” or “cyclic group” refers to a substituted or unsubstituted monocyclic ring or a substituted or unsubstituted polycyclic ring (such as those formed from single or fused ring systems) , such as a substituted or unsubstituted cycloalkyl, a substituted or unsubstituted cycloalkenyl, a substituted or unsubstituted cycloalkynyl, or a substituted or unsubstituted heterocyclyl, that have from three to 30 carbon atoms, as geometric constraints permit. The substituted cycloalkyls, cycloalkenyls, cycloalkynyls, and heterocyclyls are substituted as defined above for the alkyls, alkenyls, alkynyls, and heterocyclyls, respectively.

[0049] The term “aralkyl” as used herein is an aryl group or a heteroaryl group having an alkyl, alkynyl, or alkenyl group as defined above attached to the aromatic group, such as an aryl, a heteroaryl, a polyaryl, or a polyheteroaryl. An example of an aralkyl group is a benzyl group.

[0050] The terms “alkoxyl” or “alkoxy, ” “aroxy” or “aryloxy, ” generally describe compounds represented by the formula -ORv, wherein Rv includes, but is not limited to, a substituted or unsubstituted alkyl, a substituted or unsubstituted alkenyl, a substituted or unsubstituted alkynyl, a substituted or unsubstituted cycloalkyl, a substituted or unsubstituted heterocyclyl, a substituted or unsubstituted cycloalkenyl, a substituted or unsubstituted heterocycloalkenyl, a substituted or unsubstituted aryl, a substituted or unsubstituted heteroaryl, a substituted or unsubstituted polyaryl, a substituted or unsubstituted polyheteroaryl, a substituted or unsubstituted arylalkyl, a substituted or unsubstituted heteroalkyl, a substituted or unsubstituted alkylaryl, a substituted or unsubstituted alkylheteroaryl, a substituted or unsubstituted aralkyl, a substituted or unsubstituted carbonyl, a phosphonium, a phosphanyl, a phosphonyl, a sulfinyl, a silyl, a thiol, an amido, and an amino. Exemplary alkoxyl groups include methoxy, ethoxy, propyloxy, tert-butoxy and the like. A “lower alkoxy” group is an alkoxy group containing from one to six carbon atoms. An “ether” is two functional groups covalently linked by an oxygen as defined below. Accordingly, the substituent of an alkyl that renders that alkyl an ether is or resembles an alkoxyl, such as can be represented by one of -O-alkyl, -O-alkenyl, -O-alkynyl, -O-arakyl, -O-aryl, -O-heteroaryl, -O-polyaryl, -O-polyheteroaryl, -O-heterocyclyl, etc.

[0051] The term “substituted alkoxy” refers to an alkoxy group having one or more substituents replacing one or more hydrogen atoms on one or more carbons of the alkoxy backbone. Such substituents can be any substituents described above, e.g., halogen, azide, alkyl, aralkyl, alkenyl, alkynyl, cycloalkyl, hydroxyl, carbonyl (such as a carboxyl, alkoxycarbonyl, formyl, or an acyl) , silyl, ether, ester, thiocarbonyl (such as a thioester, a thioacetate, or a thioformate) , alkoxyl, phosphonium, phosphanyl, phosphoryl, phosphate, phosphonate, phosphinate, amino (e.g. quarternized amino) , amido, amidine, imine, cyano, nitro, azido, sulfhydryl, alkylthio, oxo, sulfate, sulfonate, sulfamoyl, sulfonamido, sulfonyl, heterocyclyl, alkylaryl, haloalkyl, -CN, aryl, heteroaryl, and combinations thereof.

[0052] The term “ether” as used herein is represented by the formula A2OA1, where A2 and A1 can be, independently, a substituted or unsubstituted alkyl, a substituted or unsubstituted alkenyl, a substituted or unsubstituted alkynyl, a substituted or unsubstituted heterocyclyl, a substituted or unsubstituted aryl, a substituted or unsubstituted heteroaryl, a substituted or unsubstituted aralkyl, a substituted or unsubstituted polyaryl, a substituted or unsubstituted polyheteroaryl, a phosphonium, a phosphanyl, a phosphonyl, a sulfinyl, a silyl, a thiol, a substituted or unsubstituted carbonyl, an alkoxy, an amido, or an amino, described above.

[0053] The term “polyether” as used herein is represented by the formula:

[0054] where A3 can be, independently, a substituted or unsubstituted alkyl, a substituted or unsubstituted alkenyl, a substituted or unsubstituted alkynyl, a substituted or unsubstituted heterocyclyl, a substituted or unsubstituted aryl, a substituted or unsubstituted heteroaryl, a substituted or unsubstituted aralkyl, a substituted or unsubstituted polyaryl, a substituted or unsubstituted polyheteroaryl, a phosphonium, a phosphanyl, a substituted or unsubstituted carbonyl, an alkoxy, an amido, or an amino, described above; g can be a positive integer from 1 to 30.

[0055] The term “phenoxy” is art recognized and refers to a compound of the formula -ORv wherein Rv is C6H5 (i.e., -O-C6H5) . One of skill in the art recognizes that a phenoxy is a species of the aroxy genus.

[0056] The term “substituted phenoxy” refers to a phenoxy group, as defined above, having one or more substituents replacing one or more hydrogen atoms on one or more carbons of the phenyl ring. Such substituents include, but are not limited to, halogen, azide, alkyl, aralkyl, alkenyl, alkynyl, cycloalkyl, hydroxyl, carbonyl (such as a carboxyl, alkoxycarbonyl, formyl, or an acyl) , silyl, ether, ester, thiocarbonyl (such as a thioester, a thioacetate, or a thioformate) , alkoxyl, phosphonium, phosphanyl, phosphanyl, phosphoryl, phosphate, phosphonate, phosphinate, amino (e.g. quarternized amino) , amido, amidine, imine, cyano, nitro, azido, sulfhydryl, alkylthio, sulfate, sulfonate, sulfamoyl, sulfonamido, sulfonyl, heterocyclyl, alkylaryl, haloalkyl, -CN, aryl, heteroaryl, and combinations thereof.

[0057] The terms “aroxy” and “aryloxy, ” as used interchangeably herein, are represented by -O-aryl or -O-heteroaryl, wherein aryl and heteroaryl are as defined herein.

[0058] The terms “substituted aroxy” and “substituted aryloxy, ” as used interchangeably herein, represent -O-aryl or -O-heteroaryl, having one or more substituents replacing one or more hydrogen atoms on one or more ring atoms of the aryl and heteroaryl, as defined herein. Such substituents can be any substituents described above, e.g., halogen, azide, alkyl, aralkyl, alkenyl, alkynyl, cycloalkyl, hydroxyl, carbonyl (such as a carboxyl, alkoxycarbonyl, formyl, or an acyl) , silyl, ether, ester, thiocarbonyl (such as a thioester, a thioacetate, or a thioformate) , alkoxyl, phosphonium, phosphanyl, phosphanyl, phosphoryl, phosphate, phosphonate, phosphinate, amino (e.g. quarternized amino) , amido, amidine, imine, cyano, nitro, azido, sulfhydryl, alkylthio, sulfate, sulfonate, sulfamoyl, sulfonamido, sulfonyl, heterocyclyl, alkylaryl, haloalkyl, -CN, aryl, heteroaryl, polyaryl, polyheteroaryl, and combinations thereof.

[0059] The term "amino" as used herein includes the group

[0060] wherein, E is absent, or E is substituted or unsubstituted alkyl, substituted or unsubstituted alkenyl, substituted or unsubstituted alkynyl, substituted or unsubstituted aralkyl, substituted or unsubstituted aryl, substituted or unsubstituted heteroaryl, a substituted or unsubstituted polyaryl, a substituted or unsubstituted polyheteroaryl, substituted or unsubstituted heterocyclyl, wherein independently of E, Rx, Rxi, and Rxii each independently represent a substituted or unsubstituted alkyl, a substituted or unsubstituted alkenyl, a substituted or unsubstituted alkynyl, a substituted or unsubstituted carbonyl, a substituted or unsubstituted heterocyclyl, a substituted or unsubstituted aralkyl (e.g. a substituted or unsubstituted alkylaryl, a substituted or unsubstituted arylalkyl) , a substituted or unsubstituted aryl, a substituted or unsubstituted heteroaryl, a substituted or unsubstituted polyaryl, a substituted or unsubstituted polyheteroaryl, a substituted or unsubstituted heterocyclyl, a hydroxyl, an alkoxy, a phosphonium, a phosphanyl, a phosphonyl, a sulfinyl, a silyl, a thiol, an amido, an amino, or - (CH2) m-R”’ ; R”’ represents a hydroxyl group, a substituted or unsubstituted carbonyl group, a substituted or unsubstituted aryl, a substituted or unsubstituted cycloalkyl, a substituted or unsubstituted cycloalkenyl, a substituted or unsubstituted heterocyclyl, a substituted or unsubstituted aryl, a substituted or unsubstituted heteroaryl, a substituted or unsubstituted polyaryl, a substituted or unsubstituted polyheteroaryl, an alkoxy, a phosphonium, a phosphanyl, an amido, or an amino; and m is zero or an integer ranging from 1 to 8. The term “quaternary amino” also includes the groups where the nitrogen, Rx, Rxi, and Rxii with the N+ to which they are attached complete a heterocyclyl or heteroaryl having from 3 to 14 atoms in the ring structure. It is understood by those of ordinary skill in the art, that the E groups listed above are divalent (e.g., methylene, ethane-1, 2-diyl, ethene-1, 2-diyl, 1, 4-phenylene, cyclohexane-1, 2-diyl) .

[0061] The terms “amide” or “amido” are used interchangeably, refer to both “unsubstituted amido” and “substituted amido” and are represented by the general formula:

[0062] wherein, E is absent, or E is a substituted or unsubstituted alkyl, a substituted or unsubstituted alkenyl, a substituted or unsubstituted alkynyl, a substituted or unsubstituted aralkyl, a substituted or unsubstituted aryl, substituted or unsubstituted heteroaryl, a substituted or unsubstituted polyaryl, a substituted or unsubstituted polyheteroaryl, or a substituted or unsubstituted heterocyclyl, wherein independently of E, R and R’ each independently represent a hydrogen, a substituted or unsubstituted alkyl, a substituted or unsubstituted alkenyl, a substituted or unsubstituted alkynyl, a substituted or unsubstituted carbonyl, a substituted or unsubstituted heterocyclyl, a substituted or unsubstituted aralkyl (e.g. a substituted or unsubstituted alkylaryl, a substituted or unsubstituted arylalkyl) , a substituted or unsubstituted aryl, a substituted or unsubstituted heteroaryl, a substituted or unsubstituted polyaryl, a substituted or unsubstituted polyheteroaryl, a substituted or unsubstituted heterocyclyl, a hydroxyl, an alkoxy, a phosphonium, a phosphanyl, a phosphonyl, a sulfinyl, a silyl, a thiol, an amido, an amino, or - (CH2) m-R”’ , or R and R’ taken together with the N atom to which they are attached complete a heterocycle having from 3 to 14 atoms in the ring structure; R”’ represents a hydroxyl group, a substituted or unsubstituted carbonyl group, a substituted or unsubstituted aryl, a substituted or unsubstituted cycloalkyl, a substituted or unsubstituted cycloalkenyl, a substituted or unsubstituted heterocyclyl, a substituted or unsubstituted aryl, a substituted or unsubstituted heteroaryl, a substituted or unsubstituted polyaryl, a substituted or unsubstituted polyheteroaryl, an alkoxy, a phosphonium, a phosphanyl, an amido, or an amino; and m is zero or an integer ranging from 1 to 8. In some forms, when E is oxygen, a carbamate is formed. It is understood by those of ordinary skill in the art, that the E groups listed above are divalent (e.g., methylene, ethane-1, 2-diyl, ethene-1, 2-diyl, 1, 4-phenylene, cyclohexane-1, 2-diyl) .

[0063] “Carbonyl, ” as used herein, is art-recognized and includes such moieties as can be represented by the general formula:

[0064] wherein X is a bond, or represents an oxygen or a sulfur, and R represents a hydrogen, a substituted or unsubstituted alkyl, a substituted or unsubstituted alkenyl, a substituted or unsubstituted alkynyl, a substituted or unsubstituted carbonyl, a substituted or unsubstituted heterocyclyl, a substituted or unsubstituted aralkyl (e.g. a substituted or unsubstituted alkylaryl, a substituted or unsubstituted arylalkyl) , a substituted or unsubstituted aryl, a substituted or unsubstituted heteroaryl, a substituted or unsubstituted polyaryl, a substituted or unsubstituted polyheteroaryl, a substituted or unsubstituted heterocyclyl, a hydroxyl, an alkoxy, a phosphonium, a phosphanyl, an amido, an amino, or - (CH2) m-R” , or a pharmaceutical acceptable salt; E” is absent, or E” is a substituted or unsubstituted alkyl, a substituted or unsubstituted alkenyl, a substituted or unsubstituted alkynyl, a substituted or unsubstituted aralkyl, a substituted or unsubstituted aryl, a substituted or unsubstituted heteroaryl, a substituted or unsubstituted polyaryl, a substituted or unsubstituted polyheteroaryl, a substituted or unsubstituted heterocyclyl; R’ represents a hydrogen, a substituted or unsubstituted alkyl, a substituted or unsubstituted alkenyl, a substituted or unsubstituted alkynyl, a substituted or unsubstituted heterocyclyl, a substituted or unsubstituted aralkyl (e.g. a substituted or unsubstituted alkylaryl, a substituted or unsubstituted arylalkyl) , a substituted or unsubstituted aryl, a substituted or unsubstituted heteroaryl, a substituted or unsubstituted polyaryl, a substituted or unsubstituted polyheteroaryl, a substituted or unsubstituted heterocyclyl, a hydroxyl, an alkoxy, a phosphonium, a phosphanyl, an amido, an amino, or - (CH2) m-R” ; R” represents a hydroxyl group, a substituted or unsubstituted aryl, a substituted or unsubstituted cycloalkyl, a substituted or unsubstituted cycloalkenyl, a substituted or unsubstituted heterocyclyl, a substituted or unsubstituted aryl, a substituted or unsubstituted heteroaryl, a substituted or unsubstituted polyaryl, a substituted or unsubstituted polyheteroaryl, an alkoxy, a phosphonium, a phosphanyl, an amido, or an amino; and m is zero or an integer ranging from 1 to 8. Such substituents can be any substituents described above, e.g., halogen, azide, alkyl, aralkyl, alkenyl, alkynyl, cycloalkyl, hydroxyl, carbonyl (such as a carboxyl, alkoxycarbonyl, formyl, or an acyl) , silyl, ether, ester, thiocarbonyl (such as a thioester, a thioacetate, or a thioformate) , alkoxyl, phosphonium, phosphanyl, phosphoryl, phosphate, phosphonate, phosphinate, amino (e.g. quarternized amino) , amido, amidine, imine, cyano, nitro, azido, sulfhydryl, alkylthio, sulfate, sulfonate, sulfamoyl, sulfonamido, sulfonyl, heterocyclyl, alkylaryl, haloalkyl, -CN, aryl, heteroaryl, and combinations thereof. It is understood by those of ordinary skill in the art, that the E” groups listed above are divalent (e.g., methylene, ethane-1, 2-diyl, ethene-1, 2-diyl, 1, 4-phenylene, cyclohexane-1, 2-diyl) . Where X is oxygen and R is defined as above, the moiety is also referred to as a carboxyl group. When X is oxygen and R is hydrogen, the formula represents a “carboxylic acid. ” Where X is oxygen and R’ is hydrogen, the formula represents a “formate. ” Where X is oxygen and R or R’ is not hydrogen, the formula represents an "ester. ” In general, where the oxygen atom of the above formula is replaced by a sulfur atom, the formula represents a “thiocarbonyl” group. Where X is sulfur and R or R’ is not hydrogen, the formula represents a “thioester. ” Where X is sulfur and R is hydrogen, the formula represents a “thiocarboxylic acid. ” Where X is sulfur and R’ is hydrogen, the formula represents a “thioformate. ” Where X is a bond and R is not hydrogen, the above formula represents a “ketone. ” Where X is a bond and R is hydrogen, the above formula represents an “aldehyde. ”

[0065] The term “phosphanyl” is represented by the formula

[0066] wherein, E is absent, or E is a substituted or unsubstituted alkyl, a substituted or unsubstituted alkenyl, a substituted or unsubstituted alkynyl, a substituted or unsubstituted aralkyl, a substituted or unsubstituted cycloalkyl, a substituted or unsubstituted aryl, a substituted or unsubstituted heteroaryl, a substituted or unsubstituted polyaryl, a substituted or unsubstituted polyheteroaryl, a substituted or unsubstituted heterocyclyl, wherein independently of E, Rvi and Rvii each independently represent a hydrogen, a substituted or unsubstituted alkyl, a substituted or unsubstituted alkenyl, a substituted or unsubstituted alkynyl, a substituted or unsubstituted carbonyl, a substituted or unsubstituted heterocyclyl, a substituted or unsubstituted aralkyl (e.g., a substituted or unsubstituted alkylaryl, a substituted or unsubstituted arylalkyl, etc. ) , a substituted or unsubstituted aryl, a substituted or unsubstituted heteroaryl, a substituted or unsubstituted polyaryl, a substituted or unsubstituted polyheteroaryl, a substituted or unsubstituted heterocyclyl, a hydroxyl, an alkoxy, a phosphonium, a phosphanyl, a phosphonyl, a sulfinyl, a silyl, a thiol, an amido, an amino, or - (CH2) m-R”’ , or Rvi and Rvii taken together with the P atom to which they are attached complete a heterocycle having from 3 to 14 atoms in the ring structure; R”’ represents a hydroxyl group, a substituted or unsubstituted carbonyl group, a substituted or unsubstituted aryl, a substituted or unsubstituted cycloalkyl, a substituted or unsubstituted cycloalkenyl, a substituted or unsubstituted heterocyclyl, a substituted or unsubstituted aryl, a substituted or unsubstituted heteroaryl, a substituted or unsubstituted polyaryl, a substituted or unsubstituted polyheteroaryl, an alkoxy, a phosphonium, a phosphanyl, an amido, or an amino; and m is zero or an integer ranging from 1 to 8. Such substituents can be any substituents described above, e.g., halogen, azide, alkyl, aralkyl, alkenyl, alkynyl, cycloalkyl, hydroxyl, carbonyl (such as a carboxyl, alkoxycarbonyl, formyl, or an acyl) , silyl, ether, ester, thiocarbonyl (such as a thioester, a thioacetate, or a thioformate) , alkoxyl, phosphoryl, phosphate, phosphonate, phosphinate, amino (e.g. quarternized amino) , amido, amidine, imine, cyano, nitro, azido, sulfhydryl, alkylthio, sulfate, sulfonate, sulfamoyl, sulfonamido, sulfonyl, heterocyclyl, alkylaryl, haloalkyl, -CN, aryl, heteroaryl, polyaryl, polyheteroaryl, and combinations thereof. It is understood by those of ordinary skill in the art, that the E groups listed above are divalent (e.g., methylene, ethane-1, 2-diyl, ethene-1, 2-diyl, 1, 4-phenylene, cyclohexane-1, 2-diyl) .

[0067] The term “phosphonium” is represented by the formula

[0068] wherein, E is absent, or E is a substituted or unsubstituted alkyl, a substituted or unsubstituted alkenyl, a substituted or unsubstituted alkynyl, a substituted or unsubstituted aralkyl, a substituted or unsubstituted cycloalkyl, a substituted or unsubstituted aryl, a substituted or unsubstituted heteroaryl, a substituted or unsubstituted polyaryl, a substituted or unsubstituted polyheteroaryl, a substituted or unsubstituted heterocyclyl, wherein independently of E, Rvi, Rvii, and Rviii each independently represent a hydrogen, a substituted or unsubstituted alkyl, a substituted or unsubstituted alkenyl, a substituted or unsubstituted alkynyl, a substituted or unsubstituted carbonyl, a substituted or unsubstituted heterocyclyl, a substituted or unsubstituted aralkyl (e.g. a substituted or unsubstituted alkylaryl, a substituted or unsubstituted arylalkyl, etc. ) , a substituted or unsubstituted aryl, a substituted or unsubstituted heteroaryl, a substituted or unsubstituted polyaryl, a substituted or unsubstituted polyheteroaryl, a substituted or unsubstituted heterocyclyl, a hydroxyl, an alkoxy, a phosphonium, a phosphanyl, a phosphonyl, a sulfinyl, a silyl, a thiol, an amido, an amino, or - (CH2) m-R”’ , or Rvi, Rvii, and Rviii taken together with the P+ atom to which they are attached complete a heterocycle having from 3 to 14 atoms in the ring structure; R”’ represents a hydroxyl group, a substituted or unsubstituted carbonyl group, a substituted or unsubstituted aryl, a substituted or unsubstituted cycloalkyl, a substituted or unsubstituted cycloalkenyl, a substituted or unsubstituted heterocyclyl, a substituted or unsubstituted aryl, a substituted or unsubstituted heteroaryl, a substituted or unsubstituted polyaryl, a substituted or unsubstituted polyheteroaryl, an alkoxy, a phosphonium, a phosphanyl, an amido, or an amino; and m is zero or an integer ranging from 1 to 8. Such substituents can be any substituents described above, e.g., halogen, azide, alkyl, aralkyl, alkenyl, alkynyl, cycloalkyl, hydroxyl, carbonyl (such as a carboxyl, alkoxycarbonyl, formyl, or an acyl) , silyl, ether, ester, thiocarbonyl (such as a thioester, a thioacetate, or a thioformate) , alkoxyl, phosphoryl, phosphate, phosphonate, phosphinate, amino (e.g. quarternized amino) , amido, amidine, imine, cyano, nitro, azido, sulfhydryl, alkylthio, sulfate, sulfonate, sulfamoyl, sulfonamido, sulfonyl, heterocyclyl, alkylaryl, haloalkyl, -CN, aryl, heteroaryl, polyaryl, polyheteroaryl, and combinations thereof. It is understood by those of ordinary skill in the art, that the E groups listed above are divalent (e.g., methylene, ethane-1, 2-diyl, ethene-1, 2-diyl, 1, 4-phenylene, cyclohexane-1, 2-diyl) .

[0069] The term “phosphonyl” is represented by the formula

[0070] wherein E is absent, or E is a substituted or unsubstituted alkyl, a substituted or unsubstituted alkenyl, a substituted or unsubstituted alkynyl, a substituted or unsubstituted aralkyl (e.g., a substituted or unsubstituted alkylaryl, a substituted or unsubstituted arylalkyl, etc. ) , a substituted or unsubstituted aryl, a substituted or unsubstituted heteroaryl, a substituted or unsubstituted polyaryl, a substituted or unsubstituted polyheteroaryl, a substituted or unsubstituted heterocyclyl, oxygen, alkoxy, aroxy, or substituted alkoxy or substituted aroxy, wherein, independently of E, Rvi and Rvii are independently a hydrogen, a substituted or unsubstituted alkyl, a substituted or unsubstituted alkenyl, a substituted or unsubstituted alkynyl, a substituted or unsubstituted carbonyl, a substituted or unsubstituted heterocyclyl, a substituted or unsubstituted aralkyl (e.g. a substituted or unsubstituted alkylaryl, a substituted or unsubstituted arylalkyl, etc. ) , a substituted or unsubstituted aryl, a substituted or unsubstituted heteroaryl, a substituted or unsubstituted polyaryl, a substituted or unsubstituted polyheteroaryl, a substituted or unsubstituted heterocyclyl, a hydroxyl, an alkoxy, a phosphonium, a phosphanyl, a phosphonyl, a sulfinyl, a silyl, a thiol, an amido, an amino, or - (CH2) m-R”’ , or Rvi and Rvii taken together with the P atom to which they are attached complete a heterocycle having from 3 to 14 atoms in the ring structure; R”’ represents a hydroxyl group, a substituted or unsubstituted carbonyl group, a substituted or unsubstituted aryl, a substituted or unsubstituted cycloalkyl, a substituted or unsubstituted cycloalkenyl, a substituted or unsubstituted heterocyclyl, a substituted or unsubstituted aryl, a substituted or unsubstituted heteroaryl, a substituted or unsubstituted polyaryl, a substituted or unsubstituted polyheteroaryl, an alkoxy, a phosphonium, a phosphanyl, an amido, or an amino; and m is zero or an integer ranging from 1 to 8. Such substituents can be any substituents described above, e.g., halogen, azide, alkyl, aralkyl, alkenyl, alkynyl, cycloalkyl, hydroxyl, carbonyl (such as a carboxyl, alkoxycarbonyl, formyl, or an acyl) , silyl, ether, ester, thiocarbonyl (such as a thioester, a thioacetate, or a thioformate) , alkoxyl, phosphoryl, phosphate, phosphonate, phosphinate, amino (e.g. quarternized amino) , amido, amidine, imine, cyano, nitro, azido, sulfhydryl, alkylthio, sulfate, sulfonate, sulfamoyl, sulfonamido, sulfonyl, heterocyclyl, alkylaryl, haloalkyl, -CN, aryl, heteroaryl, polyaryl, polyheteroaryl, and combinations thereof. It is understood by those of ordinary skill in the art, that the E groups listed above are divalent (e.g., methylene, ethane-1, 2-diyl, ethene-1, 2-diyl, 1, 4-phenylene, cyclohexane-1, 2-diyl) .

[0071] The term “phosphoryl” defines a phosphonyl in which E is absent, oxygen, alkoxy, aroxy, substituted alkoxy or substituted aroxy, as defined above, and independently of E, Rvi and Rvii are independently hydroxyl, alkoxy, aroxy, substituted alkoxy or substituted aroxy, as defined above. When E is oxygen, the phosphoryl cannot be attached to another chemical species, such as to form an oxygen-oxygen bond, or other unstable bonds, as understood by one of ordinary skill in the art. When E, Rvi and Rviiare substituted, the substituents include, but are not limited to, halogen, azide, alkyl, aralkyl, alkenyl, alkynyl, cycloalkyl, hydroxyl, carbonyl (such as a carboxyl, alkoxycarbonyl, formyl, or an acyl) , silyl, ether, ester, thiocarbonyl (such as a thioester, a thioacetate, or a thioformate) , alkoxyl, phosphoryl, phosphate, phosphonate, phosphinate, amino (e.g. quarternized amino) , amido, amidine, imine, cyano, nitro, azido, sulfhydryl, alkylthio, sulfate, sulfonate, sulfamoyl, sulfonamido, sulfonyl, heterocyclyl, alkylaryl, haloalkyl, -CN, aryl, heteroaryl, polyaryl, polyheteroaryl, and combinations thereof. It is understood by those of ordinary skill in the art, that the E groups listed above are divalent (e.g., methylene, ethane-1, 2-diyl, ethene-1, 2-diyl, 1, 4-phenylene, cyclohexane-1, 2-diyl) .

[0072] The term “sulfinyl” is represented by the formula

[0073] wherein E is absent, or E is a substituted or unsubstituted alkyl, a substituted or unsubstituted alkenyl, a substituted or unsubstituted alkynyl, a substituted or unsubstituted aralkyl (e.g., a substituted or unsubstituted alkylaryl, a substituted or unsubstituted arylalkyl, etc. ) , a substituted or unsubstituted aryl, a substituted or unsubstituted heteroaryl, a substituted or unsubstituted heterocyclyl, a substituted or unsubstituted polyaryl, a substituted or unsubstituted polyheteroaryl, wherein independently of E, R represents a hydrogen, a substituted or unsubstituted alkyl, a substituted or unsubstituted alkenyl, a substituted or unsubstituted alkynyl, a substituted or unsubstituted carbonyl, a substituted or unsubstituted heterocyclyl, a substituted or unsubstituted aralkyl (e.g. a substituted or unsubstituted alkylaryl, a substituted or unsubstituted arylalkyl) , a substituted or unsubstituted aryl, a substituted or unsubstituted heteroaryl, a substituted or unsubstituted polyaryl, a substituted or unsubstituted polyheteroaryl, a substituted or unsubstituted heterocyclyl, a hydroxyl, an alkoxy, a phosphonium, a phosphanyl, a phosphonyl, a silyl, a thiol, an amido, an amino, or - (CH2) m-R”’ , or E and R taken together with the S atom to which they are attached complete a heterocycle having from 3 to 14 atoms in the ring structure; R”’ represents a hydroxyl group, a substituted or unsubstituted carbonyl group, a substituted or unsubstituted aryl, a substituted or unsubstituted cycloalkyl, a substituted or unsubstituted cycloalkenyl, a substituted or unsubstituted heterocyclyl, a substituted or unsubstituted aryl, a substituted or unsubstituted heteroaryl, a substituted or unsubstituted polyaryl, a substituted or unsubstituted polyheteroaryl, an alkoxy, a phosphonium, a phosphanyl, an amido, or an amino; and m is zero or an integer ranging from 1 to 8. Such substituents can be any substituents described above, e.g., halogen, azide, alkyl, aralkyl, alkenyl, alkynyl, cycloalkyl, hydroxyl, carbonyl (such as a carboxyl, alkoxycarbonyl, formyl, or an acyl) , silyl, ether, ester, thiocarbonyl (such as a thioester, a thioacetate, or a thioformate) , alkoxyl, phosphoryl, phosphate, phosphonate, phosphinate, amino (e.g. quarternized amino) , amido, amidine, imine, cyano, nitro, azido, sulfhydryl, alkylthio, sulfate, sulfonate, sulfamoyl, sulfonamido, sulfonyl, heterocyclyl, alkylaryl, haloalkyl, -CN, aryl, heteroaryl, polyaryl, polyheteroaryl, and combinations thereof. It is understood by those of ordinary skill in the art, that the E groups listed above are divalent (e.g., methylene, ethane-1, 2-diyl, ethene-1, 2-diyl, 1, 4-phenylene, cyclohexane-1, 2-diyl) .

[0074] The term “sulfonyl” is represented by the formula

[0075] wherein E is absent, or E is a substituted or unsubstituted alkyl, a substituted or unsubstituted alkenyl, a substituted or unsubstituted alkynyl, a substituted or unsubstituted aralkyl (e.g., a substituted or unsubstituted alkylaryl, a substituted or unsubstituted arylalkyl, etc. ) , a substituted or unsubstituted aryl, a substituted or unsubstituted heteroaryl, a substituted or unsubstituted heterocyclyl, a substituted or unsubstituted polyaryl, a substituted or unsubstituted polyheteroaryl, wherein independently of E, R represents a hydrogen, a substituted or unsubstituted alkyl, a substituted or unsubstituted alkenyl, a substituted or unsubstituted alkynyl, a substituted or unsubstituted carbonyl, a substituted or unsubstituted heterocyclyl, a substituted or unsubstituted aralkyl (e.g. a substituted or unsubstituted alkylaryl, a substituted or unsubstituted arylalkyl) , a substituted or unsubstituted aryl, a substituted or unsubstituted heteroaryl, a substituted or unsubstituted polyaryl, a substituted or unsubstituted polyheteroaryl, a substituted or unsubstituted heterocyclyl, a hydroxyl, an alkoxy, a phosphonium, a phosphanyl, an amido, an amino, or - (CH2) m-R”’ , or E and R taken together with the S atom to which they are attached complete a heterocycle having from 3 to 14 atoms in the ring structure; R”’ represents a hydroxyl group, a substituted or unsubstituted carbonyl group, a substituted or unsubstituted aryl, a substituted or unsubstituted cycloalkyl, a substituted or unsubstituted cycloalkenyl, a substituted or unsubstituted heterocyclyl, a substituted or unsubstituted aryl, a substituted or unsubstituted heteroaryl, a substituted or unsubstituted polyaryl, a substituted or unsubstituted polyheteroaryl, an alkoxy, a phosphonium, a phosphanyl, an amido, or an amino; and m is zero or an integer ranging from 1 to 8. Such substituents can be any substituents described above, e.g., halogen, azide, alkyl, aralkyl, alkenyl, alkynyl, cycloalkyl, hydroxyl, carbonyl (such as a carboxyl, alkoxycarbonyl, formyl, or an acyl) , silyl, ether, ester, thiocarbonyl (such as a thioester, a thioacetate, or a thioformate) , alkoxyl, phosphoryl, phosphate, phosphonate, phosphinate, amino (e.g. quarternized amino) , amido, amidine, imine, cyano, nitro, azido, sulfhydryl, alkylthio, sulfate, sulfonate, sulfamoyl, sulfonamido, sulfonyl, heterocyclyl, alkylaryl, haloalkyl, -CN, aryl, heteroaryl, polyaryl, polyheteroaryl, and combinations thereof. It is understood by those of ordinary skill in the art, that the E groups listed above are divalent (e.g., methylene, ethane-1, 2-diyl, ethene-1, 2-diyl, 1, 4-phenylene, cyclohexane-1, 2-diyl) .

[0076] The term “sulfonic acid” refers to a sulfonyl, as defined above, wherein R is hydroxyl, and E is absent, or E is substituted or unsubstituted cycloalkyl, substituted or unsubstituted heterocyclyl, substituted or unsubstituted alkylaryl, substituted or unsubstituted arylalkyl, substituted or unsubstituted aryl, a substituted or unsubstituted polyaryl, a substituted or unsubstituted polyheteroaryl, or substituted or unsubstituted heteroaryl. Such substituents can be any substituents described above, e.g., halogen, azide, alkyl, aralkyl, alkenyl, alkynyl, cycloalkyl, hydroxyl, carbonyl (such as a carboxyl, alkoxycarbonyl, formyl, or an acyl) , silyl, ether, ester, thiocarbonyl (such as a thioester, a thioacetate, or a thioformate) , alkoxyl, phosphoryl, phosphate, phosphonate, phosphinate, amino (e.g. quarternized amino) , amido, amidine, imine, cyano, nitro, azido, sulfhydryl, alkylthio, sulfate, sulfonate, sulfamoyl, sulfonamido, sulfonyl, heterocyclyl, alkylaryl, haloalkyl, -CN, aryl, heteroaryl, polyaryl, polyheteroaryl, and combinations thereof. It is understood by those of ordinary skill in the art, that the E groups listed above are divalent (e.g., methylene, ethane-1, 2-diyl, ethene-1, 2-diyl, 1, 4-phenylene, cyclohexane-1, 2-diyl) .

[0077] The term “sulfate” refers to a sulfonyl, as defined above, wherein E is absent, oxygen, alkoxy, aroxy, substituted alkoxy or substituted aroxy, as defined above, and R is independently hydroxyl, alkoxy, aroxy, substituted alkoxy or substituted aroxy, as defined above. When E is oxygen, the sulfate cannot be attached to another chemical species, such as to form an oxygen-oxygen bond, or other unstable bonds, as understood by one of ordinary skill in the art. Such substituents can be any substituents described above, e.g., halogen, azide, alkyl, aralkyl, alkenyl, alkynyl, cycloalkyl, hydroxyl, carbonyl (such as a carboxyl, alkoxycarbonyl, formyl, or an acyl) , silyl, ether, ester, thiocarbonyl (such as a thioester, a thioacetate, or a thioformate) , alkoxyl, phosphoryl, phosphate, phosphonate, phosphinate, amino (e.g. quarternized amino) , amido, amidine, imine, cyano, nitro, azido, sulfhydryl, alkylthio, sulfate, sulfonate, sulfamoyl, sulfonamido, sulfonyl, heterocyclyl, alkylaryl, haloalkyl, -CN, aryl, heteroaryl, polyaryl, polyheteroaryl, and combinations thereof. It is understood by those of ordinary skill in the art, that the E groups listed above are divalent (e.g., methylene, ethane-1, 2-diyl, ethene-1, 2-diyl, 1, 4-phenylene, cyclohexane-1, 2-diyl) .

[0078] The term “sulfonate” refers to a sulfonyl, as defined above, wherein E is oxygen, alkoxy, aroxy, substituted alkoxy or substituted aroxy, as defined above, and R is independently hydrogen, substituted or unsubstituted alkyl, substituted or unsubstituted alkenyl, substituted or unsubstituted alkynyl, substituted or unsubstituted amino, substituted or unsubstituted cycloalkyl, substituted or unsubstituted heterocyclyl, substituted or unsubstituted aralkyl, substituted or unsubstituted alkylaryl, substituted or unsubstituted arylalkyl, substituted or unsubstituted aryl, substituted or unsubstituted heteroaryl, a substituted or unsubstituted polyaryl, a substituted or unsubstituted polyheteroaryl, - (CH2) m-R”’ , R”’ represents a hydroxy group, substituted or unsubstituted carbonyl group, an aryl, a cycloalkyl ring, a cycloalkenyl ring, a heterocycle, an amido, an amino, or a polycycle; and m is zero or an integer ranging from 1 to 8. When E is oxygen, sulfonate cannot be attached to another chemical species, such as to form an oxygen-oxygen bond, or other unstable bonds, as understood by one of ordinary skill in the art. Such substituents can be any substituents described above, e.g., halogen, azide, alkyl, aralkyl, alkenyl, alkynyl, cycloalkyl, hydroxyl, carbonyl (such as a carboxyl, alkoxycarbonyl, formyl, or an acyl) , silyl, ether, ester, thiocarbonyl (such as a thioester, a thioacetate, or a thioformate) , alkoxyl, phosphoryl, phosphate, phosphonate, phosphinate, amino (e.g. quarternized amino) , amido, amidine, imine, cyano, nitro, azido, sulfhydryl, alkylthio, sulfate, sulfonate, sulfamoyl, sulfonamido, sulfonyl, heterocyclyl, alkylaryl, haloalkyl, -CN, aryl, heteroaryl, polyaryl, polyheteroaryl, and combinations thereof. It is understood by those of ordinary skill in the art, that the E groups listed above are divalent (e.g., methylene, ethane-1, 2-diyl, ethene-1, 2-diyl, 1, 4-phenylene, cyclohexane-1, 2-diyl) .

[0079] The term “sulfamoyl” refers to a sulfonamide or sulfonamide represented by the formula

[0080] wherein E is absent, or E is substituted or unsubstituted alkyl, a substituted or unsubstituted alkenyl, a substituted or unsubstituted alkynyl, a substituted or unsubstituted aralkyl (e.g., a substituted or unsubstituted alkylaryl, a substituted or unsubstituted cycloalkyl, etc. ) , a substituted or unsubstituted aryl, a substituted or unsubstituted heteroaryl, a substituted or unsubstituted polyaryl, a substituted or unsubstituted polyheteroaryl, a substituted or unsubstituted heterocyclyl, wherein independently of E, R and R’ each independently represent a hydrogen, a substituted or unsubstituted alkyl, a substituted or unsubstituted alkenyl, a substituted or unsubstituted alkynyl, a substituted or unsubstituted carbonyl, a substituted or unsubstituted heterocyclyl, a substituted or unsubstituted aralkyl (e.g. a substituted or unsubstituted alkylaryl, a substituted or unsubstituted arylalkyl, etc. ) , a substituted or unsubstituted aryl, a substituted or unsubstituted heteroaryl, a substituted or unsubstituted polyaryl, a substituted or unsubstituted polyheteroaryl, a substituted or unsubstituted heterocyclyl, a hydroxyl, an alkoxy, a phosphonium, a phosphanyl, an amido, an amino, or - (CH2) m-R”’ , or R and R’ taken together with the N atom to which they are attached complete a heterocycle having from 3 to 14 atoms in the ring structure; R”’ represents a hydroxyl group, a substituted or unsubstituted carbonyl group, a substituted or unsubstituted aryl, a substituted or unsubstituted cycloalkyl, a substituted or unsubstituted cycloalkenyl, a substituted or unsubstituted heterocyclyl, a substituted or unsubstituted aryl, a substituted or unsubstituted heteroaryl, a substituted or unsubstituted polyaryl, a substituted or unsubstituted polyheteroaryl, an alkoxy, a phosphonium, a phosphanyl, an amido, or an amino; and m is zero or an integer ranging from 1 to 8. Such substituents can be any substituents described above, e.g., halogen, azide, alkyl, aralkyl, alkenyl, alkynyl, cycloalkyl, hydroxyl, carbonyl (such as a carboxyl, alkoxycarbonyl, formyl, or an acyl) , silyl, ether, ester, thiocarbonyl (such as a thioester, a thioacetate, or a thioformate) , alkoxyl, phosphoryl, phosphate, phosphonate, phosphinate, amino (e.g. quarternized amino) , amido, amidine, imine, cyano, nitro, azido, sulfhydryl, alkylthio, sulfate, sulfonate, sulfamoyl, sulfonamido, sulfonyl, heterocyclyl, alkylaryl, haloalkyl, -CN, aryl, heteroaryl, polyaryl, polyheteroaryl, and combinations thereof. It is understood by those of ordinary skill in the art, that the E groups listed above are divalent (e.g., methylene, ethane-1, 2-diyl, ethene-1, 2-diyl, 1, 4-phenylene, cyclohexane-1, 2-diyl) .

[0081] The term “silyl group” as used herein is represented by the formula -SiRR’ R, ” where R, R’ , and R” can be, independently, a hydrogen, a substituted or unsubstituted alkyl, a substituted or unsubstituted alkenyl, a substituted or unsubstituted alkynyl, a substituted or unsubstituted heterocyclyl, a substituted or unsubstituted aryl, a substituted or unsubstituted heteroaryl, a substituted or unsubstituted aralkyl (e.g. a substituted or unsubstituted alkylaryl, a substituted or unsubstituted arylalkyl, etc. ) , a substituted or unsubstituted polyaryl, a substituted or unsubstituted polyheteroaryl, a substituted or unsubstituted carbonyl, a phosphonium, a phosphanyl, a phosphonyl, a sulfinyl, a thiol, an amido, an amino, an alkoxy, or an oxo, described above. Such substituents can be any substituents described above, e.g., halogen, azide, alkyl, aralkyl, alkenyl, alkynyl, cycloalkyl, hydroxyl, carbonyl (such as a carboxyl, alkoxycarbonyl, formyl, or an acyl) , silyl, ether, ester, thiocarbonyl (such as a thioester, a thioacetate, or a thioformate) , alkoxyl, phosphoryl, phosphate, phosphonate, phosphinate, amino (e.g. quarternized amino) , amido, amidine, imine, cyano, nitro, azido, sulfhydryl, alkylthio, sulfate, sulfonate, sulfamoyl, sulfonamido, sulfonyl, heterocyclyl, alkylaryl, haloalkyl, -CN, aryl, heteroaryl, polyaryl, polyheteroaryl, and combinations thereof.

[0082] The terms “thiol” are used interchangeably and are represented by -SR, where R can be a hydrogen, a substituted or unsubstituted alkyl, a substituted or unsubstituted alkenyl, a substituted or unsubstituted alkynyl, a substituted or unsubstituted heterocyclyl, a substituted or unsubstituted aryl, a substituted or unsubstituted heteroaryl, a substituted or unsubstituted aralkyl (e.g. a substituted or unsubstituted alkylaryl, a substituted or unsubstituted arylalkyl, etc. ) , a substituted or unsubstituted polyaryl, a substituted or unsubstituted polyheteroaryl, a substituted or unsubstituted carbonyl, a phosphonium, a phosphanyl, an amido, an amino, an alkoxy, an oxo, a phosphonyl, a sulfinyl, or a silyl, described above. Such substituents can be any substituents described above, e.g., halogen, azide, alkyl, aralkyl, alkenyl, alkynyl, cycloalkyl, hydroxyl, carbonyl (such as a carboxyl, alkoxycarbonyl, formyl, or an acyl) , silyl, ether, ester, thiocarbonyl (such as a thioester, a thioacetate, or a thioformate) , alkoxyl, phosphoryl, phosphate, phosphonate, phosphinate, amino (e.g. quarternized amino) , amido, amidine, imine, cyano, nitro, azido, sulfhydryl, alkylthio, sulfate, sulfonate, sulfamoyl, sulfonamido, sulfonyl, heterocyclyl, alkylaryl, haloalkyl, -CN, aryl, heteroaryl, polyaryl, polyheteroaryl, and combinations thereof.

[0083] The disclosed compounds and substituent groups, can, independently, possess two or more of the groups listed above. For example, if the compound or substituent group is a straight chain alkyl group, one of the hydrogen atoms of the alkyl group can be substituted with a hydroxyl group, an alkoxy group, etc. Depending upon the groups that are selected, a first group can be incorporated within second group or, alternatively, the first group can be pendant (i.e., attached) to the second group. For example, with the phrase “an alkyl group comprising an ester group, ” the ester group can be incorporated within the backbone of the alkyl group. Alternatively, the ester can be attached to the backbone of the alkyl group. The nature of the group (s) that is (are) selected will determine if the first group is embedded or attached to the second group.

[0084] The compounds and substituents can be substituted, independently, with the substituents described above in the definition of “substituted. ”

[0085] The numerical ranges disclose individually each possible number that such a range could reasonably encompass, as well as any sub-ranges and combinations of sub-ranges encompassed therein. For example, in a given range carbon range of C3-C9, the range also discloses C3, C4, C5, C6, C7, C8, and C9, as well as any subrange between these numbers (for example, C4 -C6) , and any possible combination of ranges possible between these values. In yet another example, a given temperature range may be from about 25 ℃ to 30 ℃, where the range also discloses temperatures that can be selected independently from about 25, 26, 27, 28, 29, and 30 ℃, as well as any range between these numbers (for example, 26 to 28 ℃) , and any possible combination of ranges between these values.

[0086] Use of the term "about" is intended to describe values either above or below the stated value, which the term “about” modifies, to be within a range of approximately + / -10%. When the term "about" is used before a range of numbers (i.e., about 1-5) or before a series of numbers (i.e., about 1, 2, 3, 4, etc. ) it is intended to modify both ends of the range of numbers and / or each of the numbers recited in the entire series, unless specified otherwise.

[0087] The disclosed compounds and substituent groups, can, independently, possess two or more of the groups listed above. For example, if the compound or substituent group is a straight chain alkyl group, one of the hydrogen atoms of the alkyl group can be substituted with a hydroxyl group, an alkoxy group, etc. Depending upon the groups that are selected, a first group can be incorporated within second group or, alternatively, the first group can be pendant (i.e., attached) to the second group. For example, with the phrase “an alkyl group comprising an ester group, ” the ester group can be incorporated within the backbone of the alkyl group. Alternatively, the ester can be attached to the backbone of the alkyl group. The nature of the group (s) that is (are) selected will determine if the first group is embedded or attached to the second group.

[0088] The compounds and substituents can be substituted with, independently, with the substituents described above in the definition of “substituted. ”

[0089] “oxo” refers to =O.

[0090] The compounds and substituents can be substituted, independently, with the substituents described above in the definition of “substituted. ”

[0091] Numerical ranges such as ranges of C1-C30, C4-C30, C3-C30, C1-C20, C4-C20, C3-C20, C1-C10, C4-C10, C3-C10, C1-C6, C4-C6, C3-C6, C1-C4, C3-C4, C1-C9, C1-C8, C1-C7, C1-C5, C1-C3, C1-C2, C3-C9, C3-C9, C3-C8, C3-C7, C3-C5, C3-C4, C4-C25, C4-C20, C4-C18, C4-C16, C4-C15, C4-C14, C4-C13, C4-C12, C4-C9, C4-C8, C4-C7, C4-C5, etc. The ranges disclose individually each possible number that such a range could reasonably encompass, as well as any sub-ranges and combinations of sub-ranges encompassed therein. For example, in a given range carbon range of C3-C9, the range also discloses C3, C4, C5, C6, C7, C8, and C9, as well as any subrange between these numbers (for example, C4 -C6) , and any possible combination of ranges possible between these values. In yet another example, a given temperature range may be from about 25 ℃ to 30 ℃, where the range also discloses temperatures that can be selected independently from about 25, 26, 27, 28, 29, and 30 ℃, as well as any range between these numbers (for example, 26 to 28 ℃) , and any possible combination of ranges between these values.

[0092] Use of the term "about" is intended to describe values either above or below the stated value, which the term “about” modifies, to be within a range of approximately + / -10%. When the term "about" is used before a range of numbers (i.e., about 1-5) or before a series of numbers (i.e., about 1, 2, 3, 4, etc. ) it is intended to modify both ends of the range of numbers and / or each of the numbers recited in the entire series, unless specified otherwise.

[0093] II. Compositions

[0094] Described are polymers containing isoindolin-1-one groups (five-member ring) in the polymer backbone. For example, the polymer contains isoindoline moieties of Formula I in the polymer backbone:

[0095] In some forms, the disclosed polymers are alternating di-block copolymers, which can be prepared via polycondensation of di-o-phthalaldehyde (di-oPA) monomers and di-aniline monomers. The di-oPA monomers and di-aniline monomers forming the polymers can incorporate various types of designed structures to introduce different functional units in the polymers formed therefrom. Optionally, a branch monomer (e.g., tri-oPA or tri-aniline) or a crosslinking monomer (e.g., dithiols and / or trithiols) can be used in the polymerization of di-oPA and di-aniline monomers to form branched or crosslinked polymers.

[0096] The polymers typically have a high molecular weight (e.g., an Mw of at least 2 kg / mol) . Optionally, the polymers also show thermal elasticity, as demonstrated by their thermal and mechanical properties, such as decomposition temperature (Td) , glass transition temperature (Tg) , tensile strength, elongation at break, and / or dynamic storage modulus (G’ ) .

[0097] A. Linear Polymers

[0098] In some forms, the polymers can be linear polymers containing alternating di-blocks derived from di-oPA monomers and di-aniline monomers. For example, the linear polymer can have a structure of [A’ B’ ] m, where m can be an integer from 2 to 10,000, from 4 to 10,000, from 8 to 10,000, from 10 to 10,000, or from 100 to 10,000, where each occurrence of A’ can be derived from one or more di-oPA monomers having a structure of:

[0099] and

[0100] where each occurrence of B’ is derived from one or more di-aniline monomers having a structure of:

[0101] where each occurrence of A1 and B1 can be independently a chemical moiety containing an ether, a polyether, an amide, a substituted or unsubstituted alkyl, a substituted or unsubstituted aryl, an amino, a carbonyl, or an azo, or a combination thereof.

[0102] In some forms, the one or more di-oPA monomers can have a structure of:

[0103] where A1 can be as defined above for Formulae II and III.

[0104] In some forms, the one or more di-aniline monomers can have a structure of:

[0105] where B1 can be as defined above for Formulae II and III.

[0106] In some forms, each occurrence of A1 and B1 can be independently

[0107] L1-L11 can be independently a bond,  R7-R17 can be independently hydrogen, substituted or unsubstituted alkyl, substituted or unsubstituted aryl, or an alkoxy; n18-n23 can be independently an integer from 0 to 20, from 0 to 15, from 0 to 12, from 0 to 10, from 0 to 8, from 0 to 6, from 0 to 4, from 0 to 3, or from 0 to 2; and n24-n25 can be independently an integer from 0 to 4, from 0 to 3, from 0 to 2, or 0 or 1.

[0108] For example, each occurrence of A1 and B1 can be independently

[0109] where x2 can be an integer from 1 to 10, from 1 to 8, from 1 to 6, from 1 to 4, from 1 to 3, or 1 or 2.

[0110] For example, each occurrence of A1 can be For example, each occurrence of B1 can be wherein x2 can be an integer from 1 to 20, from 1 to 15, from 1 to 10, from 1 to 8, from 1 to 6, from 1 to 4, or from 1 to 3.

[0111] For any forms of the monomers and polymers disclosed herein, The substituent (s) , when present, can be any one of those described in the section above. For example, the substituent (s) , when present, can be an unsubstituted alkyl, an unsubstituted aryl, an alkoxy, a carbonyl, a hydroxyl, a thiol, amino, azido, halogen, -CN, haloalkyl (such as -CF3) , -NO2.

[0112] For any forms of the monomers and polymers disclosed herein, when an alkyl is present in the structure, the alkyl can be a linear alkyl, a branched alkyl, or a cyclic alkyl (either monocyclic or polycyclic) . The terms “cyclic alkyl” and “cycloalkyl” are used interchangably herein. Exemplary alkyl include a linear C1-C30 alkyl, a branched C4-C30 alkyl, a cyclic C3-C30 alkyl, a linear C1-C20 alkyl, a branched C4-C20 alkyl, a cyclic C3-C20 alkyl, a linear C1-C10 alkyl, a branched C4-C10 alkyl, a cyclic C3-C10 alkyl, a linear C1-C6 alkyl, a branched C4-C6 alkyl, a cyclic C3-C6 alkyl, a linear C1-C4 alkyl, cyclic C3-C4 alkyl, such as a linear C1-C10, C1-C9, C1-C8, C1-C7, C1-C6, C1-C5, C1-C4, C1-C3, or C1-C2 alkyl group, a branched C3-C9, C3-C9, C3-C8, C3-C7, C3-C6, C3-C5, or C3-C4 alkyl group, or a cyclic C3-C9, C3-C9, C3-C8, C3-C7, C3-C6, C3-C5, or C3-C4 alkyl group. The cyclic alkyl can be a monocyclic or polycyclic alkyl, such as a C4-C30, C4-C25, C4-C20, C4-C18, C4-C16, C4-C15, C4-C14, C4-C13, C4-C12, C4-C10, C4-C9, C4-C8, C4-C7, C4-C6, or C4-C5 monocyclic or polycyclic alkyl group.

[0113] In some forms, the linear polymer can have a structure of:

[0114] where n1 can be an integer from 2 to 10,000, from 4 to 10,000, from 8 to 10,000, from 10 to 10,000, or from 100 to 10,000, and A1 and B1 can be any forms as defined above for Formulae II and III.

[0115] In some forms, the linear polymer can have a structure of:

[0116] where n1, A1, and B1 can be as defined above for Formula IV.

[0117] The linear polymer generally have a high molecular weight, such as a molecular weight of at least 2 kg / mol, at least 3 kg / mol, at least 3.5 kg / mol, at least 8.0 kg / mol, at least 10 kg / mol, at least 20 kg / mol, at least 40 kg / mol, at least 50 kg / mol, at least 100 kg / mol, at least 200 kg / mol, at least 400 kg / mol, at least 500 kg / mol, or at least 1000 kg / mol, such as from 2 kg / mol to 5000 kg / mol, from 3 kg / mol to 5000 kg / mol, from 3.5 kg / mol to 5000 kg / mol, from 8 kg / mol to 5000 kg / mol, from 10 kg / mol to 5000 kg / mol, from 20 kg / mol to 5000 kg / mol, from 50 kg / mol to 5000 kg / mol, from 100 kg / mol to 5000 kg / mol, or from 500 kg / mol to 5000 kg / mol.

[0118] B.Branched Polymers

[0119] In some forms, the polymers can be branched polymers by incorporating in the polymer backbone one or more branch monomers, besides one or more di-oPA monomers and one or more di-aniline monomers.

[0120] For example, the branched polymer can have a structure of [A’ YB’ ] m, where each occurrence of A’ can be derived from one or more di-oPA monomers of Formula II described above, where each occurrence of Y can be absent or is derived from one or more branch monomers containing three or more functional groups capable of reacting with aldehyde and / or amino groups, and where each occurrence of B’ can be derived from one or more di-aniline monomers of Formula III described above. The di-oPA monomers and di-aniline monomers forming the branched polymer can have any structures described above for the linear polymer.

[0121] In some forms, each occurrence of Y can be absent or derived from one or more branch monomers containing three or more of and / or

[0122] In some forms, each occurrence of Y can be absent or derived from one or more branch monomers having the structure of:  where Q’ can be carbon or nitrogen; T1, T2, and T3 can be independently a chemical moiety containing an ether, a polyether, an amide, a substituted or unsubstituted alkyl, a substituted or unsubstituted aryl, an amino, a carbonyl, or an azo, or a combination thereof; and Q1, Q2, and Q3 can be independently

[0123] In some forms,  can have the structure of where each occurrence of n7-n12 can be independently an integer from 1 to 100, from 1 to 50, from 1 to 25, from 1 to 15, from 5 to 100, from 10 to 100, from 20 to 100, from 1 to 10, from 1 to 8, from 1 to 6, or from 1 to 4, such as from 2 to 10 or from 1 to 100.

[0124] In some forms, Q1, Q2, and Q3 can be independently

[0125] For example, each occurrence of Y can be absent or derived from one or more branch monomers having the structure of:

[0126] In some forms, the branched polymer can have a structure of:

[0127] where n2 can be an integer from 1 to 10,000, where each occurrence of Y’ can be  Q’can be carbon or nitrogen, T1, T2, and T3 can be independently a chemical moiety comprising an ether, a polyether, an amide, a substituted or unsubstituted alkyl, a substituted or unsubstituted aryl, an amino, a carbonyl, or an azo, or a combination thereof, where each occurrence of D1, D2, and D3 can be independently

[0128] where each occurrence of P1, P2, and P3 can be independently

[0129] where each occurrence of J1, J2, and J3 can be independently

[0130] and

[0131] wherein n3-n6 can be independently an integer from 0 to 10,000.

[0132] In some forms, each occurrence of Y’ can be independently where each occurrence of n7-n12 can be independently an integer from 1 to 100, from 1 to 50, from 1 to 25, from 1 to 15, from 5 to 100, from 10 to 100, from 20 to 100, from 1 to 10, from 1 to 8, from 1 to 6, or from 1 to 4, such as from 2 to 10 or from 1 to 100; and each occurrence of R1-R6 can be independently hydrogen or unsubstituted alkyl. For example, n7-n12 for can be independently an integer from 2 to 10. For example, n7-n12 for can be independently an integer from 1 to 100.

[0133] The branched polymer generally have a high molecular weight, such as a molecular weight of at least 2 kg / mol, such as from 2 kg / mol to 5000 kg / mol, from 3 kg / mol to 5000 kg / mol, from 5 kg / mol to 5000 kg / mol, from 10 kg / mol to 5000 kg / mol, from 20 kg / mol to 5000 kg / mol, from 50 kg / mol to 5000 kg / mol, from 100 kg / mol to 5000 kg / mol, or from 500 kg / mol to 5000 kg / mol.

[0134] C. Crosslinked Polymers

[0135] In some forms, the polymers can be crosslinked polymers containing di-block polymer backbones [A’ B’ ] m crosslinked with one or more crosslinking monomers (e.g., dithiols and / or trithiols) , where m can be an integer from 3 to 10,000, from 5 to 10,000, or from 10 to 10,000, each occurrence of A’ can be derived from one or more di-oPA monomers of Formula II described above, and where each occurrence of B’ can be derived from one or more di-aniline monomers of Formula III described above. The di-oPA monomers and di-aniline monomers forming the crosslinked polymer can have any structures described above for the linear polymer.

[0136] In some forms, the one or more crosslinking monomers are one or more dithiols having a structure of wherein L’ can be O or C; each occurrence of n13 and n14 can be independently an integer from 1 to 6, from 1 to 4, or from 1 to 3; n15 is an integer from 1 to 30, from 1 to 20, from 1 to 10, from 1 to 6, from 1 to 4, from 1 to 3, or 1 or 2; and each occurrence of R7 and R8 can be independently hydrogen or unsubstituted alkyl.

[0137] In some forms, the one or more dithiols can be In some forms, the one or more dithiols can be In some forms, the one or more dithiols can be In some forms, the one or more dithiols can be

[0138] In some forms, the one or more crosslinking monomers are one or more trithiols, such as trimethylolpropane tris (3-mercaptopropionate) and / or trithiocyanuric acid.

[0139] In some forms, the crosslinked polymer can contain a network formed by the following moiety:

[0140] where n16 and n17 can be independently an integer from 1 to 10,000, and each occurrence of X’ can be O or S.

[0141] The crosslinked polymers generally have a crosslinking degree from 1%to 50%or from 1%to 20%. In other words, the crosslinked polymers can be generally prepared using 1 mol%to 50 mol%crosslinking monomer (e.g., molar ratio to di-oPA) in the reaction mixture. For example, using about 0.2 eq. crosslinking monomer (e.g., dithiol) in the reaction mixture / polymerization system, the degree of crosslinking of the resulting crosslinked polymers are from 1 to 20%. The specific crosslinking degree can be varied depending on the amount (molar ratio to di-aldehyde) of crosslinking monomer (e.g., dithiol) used in the reaction mixture.

[0142] D. Properties

[0143] The disclosed polymers show thermal elasticity, as demonstrated by their thermal and mechanical properties, such as decomposition temperature (Td) , glass transition temperature (Tg) , tensile strength, elongation at break, and / or dynamic storage modulus (G’ ) . Methods for measuring the thermal and mechanical properties of polymers are known, such as those described in the Examples below.

[0144] Generally, the linear polymers can have a decomposition temperature (Td) of at least 220 ℃, at least 250 ℃, or at least 300 ℃; a tensile strength of at least 6 MPa, at least 10 MPa, at least 15 MPa, at least 20 MPa, at least 25 MPa, at least 30 MPa, or at least 35 MPa; and / or an elongation at break of at least 200%, at least 250%, at least 300%, at least 350%, at least 500%, at least 800%, or at least 900%.

[0145] The branched polymers can have a decomposition temperature (Td) of at least 220 ℃ or at least 320 ℃; a tensile strength of at least 3 MPa; and / or an elongation at break of at least 500%or at least 550%.

[0146] The crosslinked polymers can have a decomposition temperature (Td) of at least 220 ℃ or at least 280 ℃; a tensile strength of at least 3 MPa; and / or an elongation at break of at least 500%or at least 600%.

[0147] Further, the polymers (linear, branched, and / or crosslinked) can have a dynamic storage modulus (G’ ) that is larger than the loss modulus (G” ) , as measured at an angular frequency from 0.1 rad / sto 100 rad / sand a temperature from about 60 ℃ to about 100 ℃; and / or a glass transition temperature (Tg) from about -50 ℃ to about 200 ℃, from about -50 ℃ to about 150 ℃, from about -50 ℃ to about 100 ℃, from about -50 ℃ to about 50 ℃, from about -50 ℃ to about 25 ℃, from about -50 ℃ to about 0 ℃, from about -50 ℃ to about -10 ℃, or from about -50 ℃ to about -30 ℃. In some forms, the polymers (linear, branched, and / or crosslinked) can have a dynamic storage modulus (G’ ) of at least 90%, at least 92%, at least 94%, at least 96%, or at least 98%.

[0148] III. Methods for Synthesizing the Polymers

[0149] Methods for synthesizing the isoindoline-based polymers using one or more di-oPA monomers, one or more di-aniline monomers, and optionally, one or more branch monomers or one or more crosslinking monomers, are disclosed. The disclosed synthesis methods feature metal catalyst-free, fast polymerization kinetics, simple operation, and mild conditions, providing advantages in materials preparation and applications. The synthesis method also provides a convenient way to produce branching and crosslinking polymers by introducing a branch monomer (e.g., tri-oPA or tri-aniline) and a crosslinking monomer (e.g., dithiol and / or trithiol monomers) into the polymerization system.

[0150] Generally, the method of synthesizing the polymers described herein includes: (i) maintaining a reaction mixture at room temperature for a time period sufficient to form the polymer. Typically, in step (i) , polymerization reaction occurs, which involves polycondensation of di-o-phthalaldehyde (di-oPA) monomers and di-aniline monomers.

[0151] The reaction mixture contains the monomers, a catalyst, and a solvent. The specific monomers depend on the specific type of polymers being synthesized. For example, for synthesizing linear polymers, the reaction mixture contains one or more di-oPA monomers as described above, one or more di-aniline monomers as described above, a catalyst, and a solvent. For example, for synthesizing branched polymers, the reaction mixture contains one or more di-oPA monomers as described above, one or more di-aniline monomers as described above, one or more branch monomers as described above, a catalyst, and a solvent. For example, for synthesizing crosslinked polymers, the reaction mixture contains one or more di-oPA monomers as described above, one or more di-aniline monomers as described above, one or more crosslinking monomers as described above (such as dithiols and / or trithiols) , a catalyst, and a solvent.

[0152] Typically, the monomers, including the di-oPA monomers, di-aniline monomers, and optionally branch or crosslinking monomers, are soluble in the solvent. Typically, the solvent is an organic solvent or a mixture of two or more organic solvents.

[0153] In some forms, the polymerization reactions performed in step (i) can be performed in a suitable organic solvent and catalyzed by pyridine / acetic acid (AcOH) as catalyst at room temperature. Examples of organic solvents forming the reaction mixture are N,N-dimethylformamide (DMF) , N-methylpyrrolidone (NMP) , dimethylacetamide (DMAc) , and dimethyl sulfoxide (DMSO) , and a combination thereof. For example, the organic solvent forming the reaction mixture for polymerization reaction in step (i) is DMF. These particular reaction conditions allow for fast, high conversion (e.g., monomer conversion of at least 90%) , and clean reaction without side products. As described in the Examples below, the polymerization kinetics demonstrated the rapidity and efficiency of the reaction such as by using in-situ GPC.

[0154] The catalyst, pyridine and AcOH, can present in any suitable ratio. For example, the pyridine and AcOH have a volume ratio of 1: 1.

[0155] The di-oPA monomers and di-aniline monomers can present in any suitable concentration in the reaction mixture, as long as the ratio of the total amount of the phthalaldehyde groups to the total amount of the primary amino groups in the polymerization system is about 1: 1 (molar ratio) . For example, for producing linear polymers, the total amount of the one or more di-oPA monomers in the reaction mixture is from about 2 mM to about 30 mM, from about 5 mM to about 25 mM, or from about 7 mM to about 21 mM, where the total amount of the one or more di-aniline monomers in the reaction mixture is at a 1: 1 ratio to the total amount of the one or more di-oPA monomers. For example, for producing branched polymers, the molar ratio of the total amount of the one or more di-oPA monomers to the total amount of the one or more di-aniline monomers is about 1.8 to 2.2, or vice versa, in the reaction mixture, as the branch monomer contains about 0.4 of phthalaldehyde or primary amino group (di-oPA monomers: di-aniline monomers: branch monomers = 1.8: 2.2: 0.4 or 2.2: 1.8: 0.4) . For example, for producing P2-4-7, the molar ratio of M2 / M7 is 1.81 / 2.23, as M4 contains 0.42 mol of di-aldehyde. The “total amount of the one or more di-oPA or di-aniline monomers” refers to the sum of the moles of the di-oPA or di-aniline monomers divided by the volume of the solvent.

[0156] When one or more branch monomers or one or more crosslinking monomers (e.g., such as dithiols and / or trithiols) are present in the reaction mixture in step (i) , they can present in any suitable amount. For example, the total amount (in moles) of the one or more branch monomers or the total amount of the one or more crosslinking monomers (e.g., dithiols and / or trithiols) in the reaction mixture can be from about 10%to about 50%, from about 10%to about 40%, from about 10%to about 30%, such as about 20%, of the total amount (in moles) of the one or more di-oPA monomers.

[0157] Generally, the polymerization reactions in step (i) can be performed for a time period from about 10 mins to about 24 hours, from about 10 mins to about 20 hours, from about 10 mins to about 15 hours, from about 10 mins to about 10 hours, from about 10 mins to about 5 hours, from about 10 mins to about 2 hours, from about 10 mins to about 1 hour, or from about 20 mins to about 1 hour. The method thus features fast polymerization kinetics, allowing formation of polymers of high molecular weight in a short time period. For example, as demonstrated in the Examples below, the molecular weight of P1-5 reached 3.65 kg·mol-1 and 8.22 kg·mol-1 after 1h with an initial M1 concentration of 7mM and 21 mM, respectively. P1-6 with a molecular weight of 40.27 kg·mol-1 and 78.06 kg·mol-1 was achieved after 21 hours and 1 h using an M1 concentration of 7mM and 21mM, respectively. Further, P1-6 with a molecular weight of 626.83 kg·mol-1 and 1019.81 kg·mol-1 was achieved after 1h and 15 hours, respectively.

[0158] In some forms, the methods feature high conversion and / or high yield. For example, using the disclosed method, isoindoline-based polymers are produced with a conversion of at least 90%, at least 95%, at least 96%, at least 98%, or at least 99%, and / or with a yield of at least 85%or at least 90%.

[0159] More specific conditions and reagents for the polymerization reaction to form exemplary polymers are described in the Examples below.

[0160] The disclosed polymers and synthesis methods can be further understood through the following enumerated paragraphs.

[0161] Paragraph 1. A polymer comprising isoindoline moieties in the backbone, wherein the isoindoline moiety has a structure of:

[0162] Paragraph 2. The polymer of paragraph 1, wherein the polymer is a linear polymer having a structure of [A’ B’ ] m,

[0163] wherein m is an integer from 2 to 10,000,

[0164] wherein each occurrence of A’ is derived from one or more di-o-phthalaldehyde ( “di-oPA” ) monomers having a structure of:

[0165] and

[0166] wherein each occurrence of B’ is derived from one or more di-aniline monomers having a structure of:

[0167] wherein each occurrence of A1 and B1 are independently a chemical moiety comprising an ether, a polyether, an amide, a substituted or unsubstituted alkyl, a substituted or unsubstituted aryl, an amino, a carbonyl, or an azo, or a combination thereof.

[0168] Paragraph 3. The polymer of paragraph 2, having a structure of:

[0169] wherein n1 is an integer from 2 to 10,000.

[0170] Paragraph 4. The polymer of paragraph 2 or 3, having a molecular weight of from about 3 kg / mol to about 5,000 kg / mol.

[0171] Paragraph 5. The polymer of any one of paragraphs 2-4, having a decomposition temperature (Td) of at least 220 ℃, at least 250 ℃, or at least 300 ℃.

[0172] Paragraph 6. The polymer of any one of paragraphs 2-5, having a tensile strength of at least 6 MPa, at least 10 MPa, at least 15 MPa, at least 20 MPa, at least 25 MPa, at least 30 MPa, or at least 35 MPa.

[0173] Paragraph 7. The polymer of any one of paragraphs 2-6, having an elongation at break of at least 200%, at least 250%, at least 300%, at least 350%, at least 500%, at least 800%, or at least 900%.

[0174] Paragraph 8. The polymer of paragraph 1, wherein the polymer is a branched polymer having a structure of [A’ YB’ ] m,

[0175] wherein each occurrence of X is derived from one or more di-oPA monomers having a structure of:

[0176] wherein each occurrence of Y is absent or is derived from one or more branch monomer comprising three or more functional groups selected from the group consisting of and

[0177] wherein each occurrence of Z is derived from one or more di-aniline monomers having a structure of:

[0178] wherein each occurrence of A1 and B1 are independently a chemical moiety comprising an ether, a polyether, an amide, a substituted or unsubstituted alkyl, a substituted or unsubstituted aryl, an amino, a carbonyl, or an azo, or a combination thereof.

[0179] Paragraph 9. The polymer of paragraph 8, having a structure of:

[0180] wherein n2 is an integer from 1 to 10,000,

[0181] wherein each occurrence of Y’ is Q’ is carbon or nitrogen, T1, T2, and T3 are independently a chemical moiety comprising an ether, a polyether, an amide, a substituted or unsubstituted alkyl, a substituted or unsubstituted aryl, an amino, a carbonyl, or an azo, or a combination thereof,

[0182] wherein each occurrence of D1, D2, and D3 are independently

[0183] wherein each occurrence of P1, P2, and P3 are independently

[0184] wherein each occurrence of J1, J2, and J3 are independently

[0185] and

[0186] wherein n3-n6 are independently an integer from 0 to 10,000.

[0187] Paragraph 10. The polymer of paragraph 9, wherein each occurrence of Y’ is independently where each occurrence of n7-n12 can be independently an integer from 1 to 100, from 1 to 50, from 1 to 25, from 1 to 15, from 5 to 100, from 10 to 100, from 20 to 100, from 1 to 10, from 1 to 8, from 1 to 6, or from 1 to 4, such as from 2 to 10 or from 1 to 100; and each occurrence of R1-R6 are independently hydrogen or unsubstituted alkyl.

[0188] Paragraph 11. The polymer of any one of paragraphs 8-10, having a molecular weight of at least 2 kg / mol.

[0189] Paragraph 12. The polymer of any one of paragraphs 8-11, having a decomposition temperature (Td) of at least 220 ℃.

[0190] Paragraph 13. The polymer of any one of paragraphs 8-12, having a tensile strength of at least 3 MPa.

[0191] Paragraph 14. The polymer of any one of paragraphs 8-13, having an elongation at break of at least 500%or at least 550%.

[0192] Paragraph 15. The polymer of paragraph 1, wherein the polymer is a crosslinked polymer comprising [A’ B’ ] m crosslinked with one or more dithiols and / or trithiols,

[0193] wherein m is an integer from 2 to 10,000,

[0194] wherein each occurrence of A’ is derived from one or more di-oPA monomers having a structure of:

[0195] and

[0196] wherein each occurrence of B’ is derived from one or more di-aniline monomers having a structure of:

[0197] wherein each occurrence of A1 and B1 are independently a chemical moiety comprising an ether, a polyether, an amide, a substituted or unsubstituted alkyl, a substituted or unsubstituted aryl, an amino, a carbonyl, or an azo, or a combination thereof.

[0198] Paragraph 16. The polymer of paragraph 15, wherein the crosslinked polymer is crosslinked with one or more dithiols having a structure of wherein L’ is O or C; each occurrence of n13 and n14 is independently an integer from 1 to 6, from 1 to 4, or from 1 to 3; n15 is an integer from 1 to 30, from 1 to 20, from 1 to 10, from 1 to 6, from 1 to 4, from 1 to 3, or 1 or 2; and each occurrence of R7 and R8 is independently hydrogen or unsubstituted alkyl, and optionally wherein the dithiol is optionally wherein the dithiol is

[0199] Paragraph 17. The polymer of paragraph 15 or 16, comprising

[0200] wherein n16 and n17 are independently an integer from 1 to 10,000, and each occurrence of X’ is O or S.

[0201] Paragraph 18. The polymer of any one of paragraphs 15-17, having a crosslinking degree ranging from about 1%to about 50%.

[0202] Paragraph 19. The polymer of any one of paragraphs 15-18, having a decomposition temperature (Td) of at least 220 ℃.

[0203] Paragraph 20. The polymer of any one of paragraphs 15-19, having a tensile strength of at least 3 MPa.

[0204] Paragraph 21. The polymer of any one of paragraphs 15-20, having an elongation at break of at least 500%or at least 600%.

[0205] Paragraph 22. The polymer of any one of paragraphs 2-21, wherein the one or more di-oPA monomers have a structure of:

[0206] and

[0207] the one or more di-aniline monomers have a structure of:

[0208] and

[0209] Paragraph 23. The polymer of any one of paragraphs 2-22, wherein each occurrence of A1 is

[0210] Paragraph 24. The polymer of any one of paragraphs 2-23, wherein each occurrence of B1 is

[0211] wherein x2 is an integer from 1 to 20, from 1 to 15, from 1 to 10, from 1 to 8, from 1 to 6, from 1 to 4, or from 1 to 3.

[0212] Paragraph 25. The polymer of any one of paragraphs 1-24, having a dynamic storage modulus (G’ ) that is larger than the loss modulus (G” ) , as measured at an angular frequency from 0.1 rad / sto 100 rad / sand a temperature from about 60 ℃ to about 100 ℃.

[0213] Paragraph 26. The polymer of paragraph 25, wherein the G’ is at least 90%, at least 92%, at least 94%, at least 96%, or at least 98%.

[0214] Paragraph 27. The polymer of any one of paragraphs 1-26, having a glass transition temperature (Tg) from about -50 ℃ to about 200 ℃.

[0215] Paragraph 28. A method of making the polymer of any one of paragraphs 2-7 and 22-27, comprising:

[0216] (i) maintaining a reaction mixture at room temperature for a time period sufficient to form the polymer,

[0217] wherein the reaction mixture comprises the one or more di-oPA monomers, the one or more di-aniline monomers, a catalyst, and a solvent.

[0218] Paragraph 29. A method of making the polymer of any one of paragraphs 8-14 and 22-27, comprising:

[0219] (i) maintaining a reaction mixture at room temperature for a time period sufficient to form the polymer,

[0220] wherein the reaction mixture comprises the one or more di-oPA monomers, the one or more di-aniline monomers, the one or more branch monomers, a catalyst, and a solvent.

[0221] Paragraph 30. A method of making the polymer of any one of paragraphs 15-27, comprising:

[0222] (i) maintaining a reaction mixture at room temperature for a time period sufficient to form the polymer,

[0223] wherein the reaction mixture comprises the one or more di-oPA monomers, the one or more di-aniline monomers, the dithiol, a catalyst, and a solvent.

[0224] Paragraph 31. The method of any one of paragraphs 28-30, wherein the catalyst is a mixture of pyridine and acetic acid (AcOH) , optionally wherein the pyridine and AcOH have a volume ratio of 1: 1.

[0225] Paragraph 32. The method of any one of paragraphs 28-31, wherein the solvent is N, N-dimethylformamide (DMF) , N-methylpyrrolidone (NMP) , dimethylacetamide (DMAc) , and dimethyl sulfoxide (DMSO) , optionally wherein the solvent is DMF.

[0226] Paragraph 33. The method of any one of paragraphs 28-32, wherein the total amount of the one or more di-oPA monomers in the reaction mixture is from about 2 mM to about 30 mM, from about 5 mM to about 25 mM, or from about 7 mM to about 21 mM.

[0227] Paragraph 34. The method of any one of paragraphs 29-33, wherein the total amount (in moles) of the one or more branch monomers or the total amount of the one or more dithiols in the reaction mixture is from about 10%to about 50%, from about 10%to about 40%, from about 10%to about 30%, such as about 20%, of the total amount (in moles) of the one or more di-oPA monomers.

[0228] Paragraph 35. The method of any one of paragraphs 28-34, wherein the reaction in step (i) is performed for a time period from about 10 mins to about 24 hours, from about 10 mins to about 20 hours, from about 10 mins to about 15 hours, from about 10 mins to about 10 hours, from about 10 mins to about 5 hours, from about 10 mins to about 2 hours, from about 10 mins to about 1 hour, or from about 20 mins to about 1 hour.

[0229] Paragraph 36. The method of any one of paragraphs 28-35, wherein the reaction mixture in step (i) does not contain any metal.

[0230] Paragraph 37. The method of any one of paragraphs 28-36, having a conversion of at least 90%, at least 95%, at least 96%, at least 98%, or at least 99%; and / or a yield of at least 85%or at least 90%.

[0231] The present invention will be further understood by reference to the following non-limiting examples.

[0232] Examples

[0233] Example 1. Synthesis of Isoindoline Based Polymer via Di-o-phthalaldehyde and Di-aniline Polycondensation

[0234] Materials and Methods

[0235] General procedure for model reaction

[0236] two-component reaction (2CR) system

[0237] oPA (1.05 eq. ) was dissolved in DMF then added the catalyst, e.g. pyridine / HOAc, 11%of total volume. Aniline (1.0 eq. ) was dissolved in DMF then added to the mixture solution. The reaction was stirred at room temperature for 5 minutes. The testing sample was prepared by taking 100 μL from the system and diluted with 1 mL MeCN. After filtering (0.22 μm filter) , 1 μL was injected into UPLC system for analysis. Gradient: 20-95%MeCN / H2O with 0.1%TFA over 5 min at a flow rate of 0.4 mL / min.

[0238] Three-component reaction (3CR)

[0239] oPA (10 mg, 1.05 eq. ) and pyridine / HOAc (0.5 mL, 11%of total volume) were dissolved in 3 mL DMF. 2 (1.0 eq. ) and 6 (3, 6-dioxa-1, 8-octanedithiol, 0.5 eq. or 0.25 eq. ) was dissolved in 1mL DMF then added into the mixture solution. The reaction was stirred at room temperature for 5 minutes. The testing sample was prepared by taking 100 μL from the system and diluted with 1 mL MeCN. After filtering (0.22 μm filter) , 1 μL was injected into UPLC system for analysis. Gradient: 60-95%MeCN / H2O with 0.1%TFA over 8 min at a flow rate of 0.4 mL / min.

[0240] General procedure for polymer synthesis and film preparation

[0241] Synthesis of linear polymers

[0242] Polymerization was carried out using an equal molar ratio of bis-OPA and di-aniline monomers for all studies. The bis-OPA monomer was dissolved in DMF and then mixed with pyridine / HOAc (molar ratio = 1 / 1) . The di-aniline monomer was dissolved in DMF then added to the mixture solution. The reaction was stirred under room temperature for the required time. Taking P1-6 as an example, M1 (30 mg, 0.052 mmol) was dissolved in 1.5 mL DMF and then mixed with pyridine / HOAc (molar ratio=1 / 1, 0.5 mL) . M6 (18.11 mg, 0.052 mmol) was dissolved in 0.5 mL DMF then added to the mixture solution under stirring. The reaction was stirred under room temperature. After that, the reaction mixture solution was added dropwise into large amount of diethyl ether, and polymer product was precipitated then followed by filtration and dry to afford the desire product.

[0243] Synthesis of branched and crosslinked polymers

[0244] Synthesis of branched polymer P2-7-9: M2 (1.0 g, 1.81 mmol) was dissolved in 40 mL DMF and then mixed with 16 mL pyridine / HOAc (molar ratio = 1 / 1) . M7 (3.3 g, 1.39 mmol) and M9 (67 mg, 0.24 mmol, -NH2 equal to 0.36 mmol) were dissolved in 20 mL DMF then added into the mixture solution within 2 minutes. The reaction was stirred under room temperature. After completed, the mixture was concentrated under vacuum then precipitated in diethyl ether and followed by filtration to afford polymer product. Conditions for P2-4-7: M2 (1 g, 1.81 mmol) , M4 (0.2 g, 0.28 mmol, equal to 0.42 mmol di-aldehyde) , M7 (5.4 g, 2.23 mmol) .

[0245] Crosslinked polymer P2-7-D was prepared followed the same procedure: M2 (1 g, 1.81 mmol) is dissolved in 40 mL DMF and then mixed 16 mL pyridine / HOAc (molar ratio = 1 / 1) . M7 (4.3 g, 1.81 mmol) and 6 (3, 6-dioxa-1, 8-octanedithiol) (87 mg, 0.36 mmol, 0.2 eq. ) were dissolved in 20 mL DMF then added into the mixture solution. The reaction was stirred under room temperature.

[0246] Preparation of in-situ GPC samples in kinetic study

[0247] M1 (30 mg, 0.052 mmol) was dissolved in 1.5 mL DMF and then mixed with 0.5 mL pyridine / HOAc (molar ratio=1 / 1) . M6 (18.11 mg, 0.052 mmol) was dissolved in 0.5 mL DMF then added to the mixture solution. The reaction was stirred under room temperature. Testing sample was taken 0.1 mL solution (each time) from the system and filtrated with 0.22 μm filter, then 20 μL was directly injected into GPC system for analysis.

[0248] Polymer film preparation

[0249] The polymerization process followed the general procedure conditions described above. After the reaction was completed, polymer product was precipitated in diethyl ether then redissolved in DMF. The solution was transferred to an 80 x 80 mm polytetrafluoroethylene (PTFE) container and placed in a vacuum oven, heated to 80℃ for 12 hours, then further increased temperature to 160 ℃ for another 12 hours to obtain the polymer film. It should be noted that the polymer product may not be soluble in DMF after precipitation in Et2O if the polymerization time is too long. In this case, the reaction mixture was directly transferred into PTFE container and placed in a vacuum oven, heated to 80℃ for 12 hours, then further increased temperature to 160 ℃ for another 12 hours to obtain the polymer film. The samples used for tensile testing were dumbbell-shaped specimens measuring 20 mm × 4 mm × 1 mm.

[0250] Results

[0251] The two-component reaction (2CR) involving oPA and PEG4-substituted aniline was used to determine the reaction conditions. The reaction using various catalytic systems, including no catalyst, pyridine, and acetic acid (AcOH) , was performed using acetonitrile (MeCN) as a solvent. The results are presented in Table 1 and Figure 7a. The reaction yielded poor results when performed without a catalyst or using pyridine, with only a trace of the desired 2CR product detected. In contrast, better results were obtained when acetic acid (AcOH) was used as the catalyst. However, the reaction also produced byproduct isoindoline-1-imine compound, resulting from the reaction of oPA with two substituted anilines30, along with some unidentified byproducts. These results showed that the reaction was enhanced by the presence of an acid. Further testing of conditions revealed that the coordination of a base and acid (pyridine / AcOH) as a catalyst significantly enhanced the reaction, reducing the formation of unknown species observed when using only AcOH as the catalyst. However, the reaction still led to the production of the isoindoline-1-imine compound (Figure 7b) . Among the conditions studied, the molar ratio of pyridine / AcOH at 1 / 1 yielded the best results, with only a small amount of isoindoline-1-imine generated. Additionally, the impact of solvents on the reaction was investigated. The reaction was conducted in dichloromethane (DCM) and N, N-dimethylformamide (DMF) , and the results are shown in Figure 1a. Surprisingly, the reaction performed in DMF resulted in a very clean reaction, producing only the desired 2CR product compared to MeCN and DCM. Other dipole solvents like DMAc, NMP and DMSO also gave a very good result, as shown in Figure 7c.

[0252] Table1. Test of reaction conditions for model condensation between oPA and PEG4 modified aniline.

[0253] \

[0254] Conditions: 4 mL solvent, Py / HOAc 0.5 mL, oPA (10mg) , 1.05 equiv, 5 min.

[0255] Subsequently, an oPA-amine-thiol three-component reaction (3CR) was investigated using the same conditions as the 2CR. Although the 3CR has been widely used in cyclic peptide synthesis, it is typically conducted in an aqueous PBS buffer at pH 7.4.17, 18. The limitation of solvent may restrict the application of the 3CR in polymer synthesis, such as for polymer products that are water insoluble. The reaction was conducted using oPA, substituted aniline, and 3, 6-dioxa-1, 8-octanedithiol (DODT) as reactants under the same conditions employed for the 2CR. The results are shown in Figures 1b and 8. The reaction predominantly resulted in the formation of the 2CR product, with only small amounts of the 3CR product 1-thio-2H-isoindole produced when 0.5 eq. DODT was used. No bis-3CR product was detected (Figure 8) . However, when the ratio of DODT was reduced to 0.25 eq., bis-3CR product was produced, alongside co-existence of the 2CR and 3CR products, with the former being the major product (Figure 1b) . This results showed that more bis-3CR product was generated with a lower ratio of DODT. These results demonstrated that the pyridine / AcOH catalyst effectively catalyzes both the 2CR and 3CR reactions rapidly and efficiently in DMF, which provided the foundation for polymer synthesis.

[0256] The identification of a coupling reaction between oPA and aniline catalyzed by pyridine / AcOH in DMF prompted the synthesis using diverse functionalized bis-oPA (M1 to M3) and bis-aniline (M5 and M7) monomers, along with tri-oPA (M4) . Additional compounds were obtained through procurement, as shown in Figures 2a-2b. The first step was to construct linear polymers with isoindoline in the polymer backbone through polycoupling reactions of bis-oPA and bis-aniline monomers. Subsequently, this approach was expanded for synthesizing branched and crosslinked polymers through the introduction of tri-oPA or tri-aniline and dithiol monomers into the polymerization system.

[0257] In the polymerization study, it was observed that the molecular weight of the polymer was influenced by the concentration of the monomer. Initially, a concentration of 7mM for M1 was utilized in the polymerization of M1 and M5. Equal molar amounts of formyl and amine were used in all cases in the study, which detailed in the Materials and Methods section above. The polymerization of P1-5 was analyzed by gel penetration chromatography (GPC) , and the results are shown in Figure 9. The results showed that the molecular weight of P1-5 reached 3.65 kg·mol-1 after 1h with an initial M1 concentration of 7mM. However, when the M1 concentration was increased to 21mM, a higher molecular weight of P1-5 at 8.22 kg·mol-1 was obtained within the same polymerization time (Figure 9) . This trend was similarly observed in the polymerization of M1 and M6, the results of which are shown in Figure 3a and 3b. Specifically, P1-6 with a molecular weight of 78.06 kg·mol-1 was achieved after 20 minutes using an M1 concentration of 21mM (Figure 3b) , while P1-6 with a lower molecular weight of 40.27 kg·mol-1 was obtained after 21h using an M1 concentration of 7mM (Figure 3a) . The lower molecular weight of polymer yielded at the longer polymerization time when using a lower concentration of M1 may be attributed to the formation of cyclic polymer, resulting in termination of the chain propagation. The in-situ GPC results showed that the molecular weight polymer product (P1-6) withMw = 626.83 kg·mol-1 was generated after 1h. An exceptionally high molecular weight polymer product (P1-6) withMw = 1019.81 kg·mol-1 could be achieved by extending the reaction time to 15 hours, as depicted by the curve shown in Figure 3b, demonstrating the efficiency of the 2CR reaction for polymer synthesis. Moreover, GPC traces of the polymerization system with an M1 concentration of 21mM revealed that the broad and multimodal distribution areas at later elution times decreased and shifted towards earlier elution times by prolonging the reaction time. This observation showed that lower molecular weight products gradually transformed into higher molecular weight products over time, which is characteristic for step-growth polymerization. 31

[0258] The GPC results of other linear polymer products including P2-5, P3-5, and P2-7, as well as branched polymers P2-4-7 and P2-7-9, are shown in Figure 3c and 3d. The branched and crosslinked polymers were prepared by introducing 20% (molar ratio to M2 or M7) of M4 or M9 and DODT into the polymerization system, respectively. These results showed that these monomers were efficiently polymerized to yield soluble polymers. However, some resulting polymers, such as those from the polymerization of M2-M8, M2-M9 and M3-M8, were insoluble in most common solvents, such as DMF, DMSO, DCM, ACN, tetrahydrofuran (THF) and toluene, and precipitated during the reaction. This may be due to the poor solubility of isoindoline, especially when incorporated with rigid segments in polymer chain. Interestingly, the linear polymer products P1-5, P2-5, P2-7 as well as the branched P2-7-9 and crosslinked P2-9-D were all soluble in DMF and suitable for forming polymer films (digital photographs of P2-7, P2-7-9, and P2-7-D films not shown, measured in gauge length after being stretched to 905%, 587%and 615%respectively, at a speed of 20 mm·min-1) . The dark-brown color exhibited by the obtained polymer films may be attributed to the presence of isoindoline units in the polymer backbone. Furthermore, these polymer films are transparent, with P2-7 film as an example (image of P2-7 film not shown) .

[0259] UV-Vis absorption spectra of P1-5, P1-6, P2-5 and P3-5 were recorded in DMF solution, and the results are shown in Figure 4a. These polymer products exhibited similar broad absorption bands, extending to 530 nm, which align with the absorption of the isoindoline compound (Figure 10a) . This absorption can be attributed to the π-π*transition of the isoindoline unit within the polymer backbone. 32 Compared to the other three products, P3-5 exhibits a broad intensive absorption in the range of 300-480 nm is related to the triphenylamine (TPA) group in the main chain, which is consistent with the absorption of M3 (Figure 10b) .

[0260] Thermal stability of P1-5, P1-6, P2-5 and P3-5 were evaluated by thermal gravimetric analysis (TGA) and samples were measured under nitrogen atmosphere, the results are shown in Figure 4b. It is observed that the major decomposition of these products took place in the range of 300-500 ℃. The onset temperatures for weight loss were different for each product. The weight loss of P1-6 started below 200 ℃ and the decomposition temperature (Td, 5%weight loss) was at ca. 229 ℃. A slightly higher onset temperature was observed for P1-5 and P2-5 at ca. 300 ℃, and the Td were at ca. 296 ℃ and 319 ℃, respectively. The remnant mass was ca. 20%above 750 ℃. A strikingly different TGA curve was observed for P3-5, in which weight loss started at around 400 ℃ and gave a much higher Td at ca. 413 ℃ as well as a higher residual (ca. 40%) at 800 ℃. The high Td and residual of P3-5 may be attributed to the introduction of TPA units into the polymer, the high aromatic content of which led to the enhanced stability of the polymer. 33 The products exhibited a two to three-stage weight loss pattern during thermal analysis, consistent with urethane-based polymers34. The weight loss in the first stage, between 280-350 ℃, may be attributed to the decomposition of the urethane linkage, as the absence urethane moiety in P3-5 resulted in stability in this range. After that, the soft segments (e.g., PEG) degraded, and it appears that the decomposition of isophorone segments overlapped with PEG fragments, resulting in the same weight loss of P2-5 as others in this stage. The third stage, observed above 460 ℃, may be linked to the decomposition of the isoindoline linkage. The glass transition temperature (Tg) value of the polymers increased when hard domains such as isophorone or phenyl benzoate instead of soft PEG segments was introduced in polymer chain Figure 4c.

[0261] The X-Ray diffraction (XRD) results of P1-5, P1-6 and P2-5 are presented in Figure 4d. A similar broad peak was detected in the X-ray diffraction curves of these polymers, which is a typical pattern of materials with a low degree of crystallinity, indicating that these polymers were amorphous. The similar amorphous properties of these polymers may be attributed to the presence of the urethane moiety in the polymer chain, resulting in an amorphous property as polyurethane. 35

[0262] The mechanical properties of P1-5 and P2-5 were determined through tensile tests conducted at a stretching speed of 20 mm / min, the results are illustrated in Figures 4e-4f and Figure 11. As shown in Figures 4e-4f, P1-5 displayed a tensile strength of 16.45 MPa and an elongation at break of 273%. In contrast, P2-5 exhibited a higher tensile strength of 35.22 MPa but a remarkably lower elongation at break of 5% (Figure 11) . These values indicated that longer flexible chains can facilitate stress relaxation in the polymer networks. To further evaluate the recovery behavior of P1-5, rheological times sweep was conducted. As shown in Figure 4g, after the shear strain reached 100%in the second stage, the modulus in the third stage could recover to 91%of the values of the first stage after the strain recovered to 1%, demonstrating the reversible behavior of the polymer with some irreversible conformational transformations under external force.

[0263] Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy was utilized to analyze the hydrogen bonding interactions in P1-5, P2-5, P3-5, and P1-6 (Figure 12a) . The C=O stretching region was resolved into four subpeaks (Figures 4h-4i and Figures 12b-12c) , which were assigned to the free and hydrogen-bonded C=O groups in the urethane and amide groups. 36 The fraction of H-bonded C=O in P1-5, P2-5, and P3-5 was similar to ca. 45%, 54%, and 58%, respectively. However, P3-5 exhibited a relatively low fraction of H-bonded C=O, at only about 7%. These findings demonstrated that the H-bonded C=O interactions in the polymer chain were mainly donated by the urethane moieties, as evidenced by the notably low H-bonded interactions observed in P3-5, which lacked a urethane group.

[0264] To elucidate characterize these topological polymers and compare the difference between these polymers, the linear polymer (P2-7) , branched polymer (P2-7-9) , and crosslinked polymer (P2-7-D) were used for further study. The branched P2-7-9 and the crosslinked P2-7-D were prepared by introducing M9 or DODT, respectively, at a 20%molar ratio to M2, into the polymerization system of M2 and M7. First, TGA experiments were conducted to evaluate the thermal stability of these products (Figure 5a) . As shown in Figure 5a, the major decomposition of all products took place in the range of ca. 300-450 ℃. However, the branched P2-7-9 showed a slightly higher Td (ca. 330 ℃) than that of linear P2-7 (ca. 302 ℃) . A lower Tdof crosslinked P2-7-D was observed at ca. 282 ℃. The slightly higher Td of P2-7-9 may be related to the hard segments of triphenylmethane group in the polymer chain that increased the content of aromatic carbon, resulting in the enhanced thermal stability of this product. The remnant mass of P2-7 was ca. 5%above 750 ℃. A slightly higher remnant mass of P2-7-9 and P2-7-D was observed in the temperature region of 450-800 ℃, especially the later. This may be attributed to the crosslinked network within the polymer, which required substantial heat energy to break bonds within the bulk polymeric matrix, resulting in thermal stability under high temperatures. 34

[0265] To further evaluate the molecular mobility capabilities and viscoelastic behaviors, samples were analyzed using dynamic mechanical analysis (DMA) at temperature from -80 ℃to 40 ℃. As shown in Figure 5b, a comparable plateau was observed in the storage modulus (E') curves below -50 ℃, with the exception of P2-7-9, which displayed a plateau extending to slightly higher temperatures at -40 ℃. This observation showed that the polymers were in a glassy state, demonstrating the presence of frozen polymer chains at these temperatures. 37 The E'values significantly decreased with further increase of temperature, indicating that the polymers underwent a transition from a glassy to a rubbery state and continued temperature elevation led them to a rubbery state. The tan δ values in the DMA curves indicated that the Tg values of P2-7, P2-7-9, and P2-7-D were at ca. -50℃, -30℃, and -40℃, respectively. The Tg results of P2-7 and P2-7-D indicated that the thermal stability of polymer can be enhanced by the formation of 1-thio-2H-isoindole segments in polymer.

[0266] The FTIR results and their corresponding C=O stretching regions of the three products are displayed in Figures 5c-5f. As shown in Figures 5d-5f, the fraction of H-bonded C=O in these products was similar (ca. 31%for P2-7, 40%for P2-7-9, and 25%for P2-7-D, respectively) . Compared to linear P2-7, a slightly higher fraction of hydrogen-bonded C=O interactions was observed in P2-7-9. This increase may be attributed to the formation of branching units in the polymer chain, which shortened the H-bonds length, leading to an increase in hydrogen-bonding interactions. 36 The decreased fraction of H-bonded interactions in the crosslinked polymer may be due to the formation of 1-thio-2H-isoindole and the crosslinked network, resulting in a high steric hinderance and disordered arrangement. The topological configurations may also impact hydrogen-bonded interactions in polymer chains, although not significantly.

[0267] The mechanical properties of P2-7, P2-7-9 and P2-7-D were characterized by uniaxial tensile tests. Their stress-strain curves, along with the breaking strain (εb) and stress (σm) , are depicted Figures 6a-6b. Surprisingly, among these three samples, the linear P2-7 polymer exhibited a remarkable elongation capability, being able to stretch to 905%and withstand a high tensile stress of 6.25 MPa during the tensile test without experiencing any fractures (stretched digital photographs not shown) . For the branched P2-7-9 and crosslinked P2-7-D, their maximum tensile stresses were 3.40 MPa and 4.29 MPa with elongations at break of 587%and 615%, respectively (Figures 6a-6b) . These results showed that the movement of molecular chains of P2-7-9 and P2-7-D was restricted by the branched and crosslinked structures. Although the introduction of branch and crosslink linkages into the polymer chain sacrificed the flexibility of the polymer, the stress of the polymer was enhanced to some extent. When comparing the elongation at break of 580%for the three polymers, it is evident that the tensile stresses of the crosslinked polymer (ca. 4.07 MPa) and the branched polymer (ca. 3.38 MPa) were slightly higher than that of the linear polymer (ca. 3.14 MPa) , especially the crosslinked polymer. Cyclic tensile tests were conducted to explore additional features of P2-7, P2-7-9, and P2-7-D in terms of their mechanical properties. As depicted in Figures 6d-6f, three polymers exhibited significant hysteresis loops across a range of applied strain, indicating remarkable energy dissipation. Energy dissipation refers to the capacity of materials to convert mechanical energy into heat, which can be quantified by integrating the area of cyclic tensile curves. 38, 39 The hysteresis areas of each loop were summarized in Figure 6c, showing an increase in energy dissipation with strain.

[0268] To assess the deformation recovery characteristics of these three polymers, cyclic rheological time sweeps were performed, as shown in Figures 6g-6i. As shown in Figure 6g, after the shear strain of P2-7 reached 300%in the second step, the dynamic storage modulus (G') almost fully recovered to the values of the first step (97%for G') after the strain recovered to 1%. Similarly, the storage modulus of P2-7-9 and P2-7-D almost fully recovered to the level of the first stage when the third stage began, with a recovery rate of 95%and 94%, respectively, although slightly lower than that of P2-7. These results indicated that the branched and crosslinked polymers may undergo some degree of branch and crosslink chain breaking, leading to an irreversible conformational transformation and deformation under external force. 40 On the other hand, linear polymers exhibited better flexibility, allowing them to quickly return to their original structure after the external force was released. The results of the frequency sweeps for the three polymers at different temperatures (60, 80, and 100℃) are depicted in Figures 6j-6l. The data showed that the dynamic storage modulus (G′) and loss modulus (G″) for all these polymers increased during the ramp-up process from 0.1 to 100 rad / s, with their G′being larger than their G″. These results showed that the three polymers exhibited elastic behavior (G′>G″) across the entire range of angular frequency. At high frequency region, the values of G′and G″for all polymers decreased with the decrease of temperature.

[0269] Conclusions

[0270] A strategy to synthesize isoindoline-based polymers through the polycondensation of various functionalized bis-oPA and bis-aniline monomers has been developed. The reaction was performed in DMF solution and catalyzed by pyridine / AcOH at room temperature. In addition to linear polymers, branched and crosslinked polymers were also synthesized by introducing tri-oPA or tri-aniline and dithiol monomers into the polymerization system. The polymerization conditions were explored through model reaction studies. Investigation of the polymerization kinetics demonstrated the rapidity and efficiency of the reaction. Finally, the mechanical studies demonstrated the thermal elasticity of the synthesized linear, branched, and crosslinked copolymers. The method developed herein can serve as a general approach for the preparation of versatile isoindoline-based polymers, which allows for customization of their properties and expansion of their applications in material science.

[0271] References

[0272] (1) Zuman, P. Reactions of Orthophthalaldehyde with Nucleophiles. Chem. Rev. 2004, 104, 3217-3238.

[0273] (2) Thiele, J.; Schneider, J. Ueber Condensationsproducte des o-Phtalaldehyds. Justus Liebigs Ann. Chem. 1909, 369, 287-298.

[0274] (3) Roth, M. Fluorescence reaction for amino acids. Anal. Chem. 1971, 43, 880-882.

[0275] (4) Benson, J.R.; Hare, P.E.O-phthalaldehyde: fluorogenic detection of primary amines in the picomole range. Comparison with fluorescamine and ninhydrin. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1975, 72, 619-622.

[0276] (5) Simons Jr., S.S.; Johnson, D.F. The structure of the fluorescent adduct formed in the reaction of o-phthalaldehyde and thiols with amines. J. Am. Chem. Soc. 1976, 98, 7098-7099.

[0277] (6) Takahashi, I.; Kawakami, T.; Hirano, E.; Kimino, M.; Kamimura, S.; Miwa, T.; Tamura, T.; Tazaki, R.; Kitajima, H.; Hatanaka, M.; Isa, K.; Hosoi, S. Application of the Mild-Condition Phthalimidine Synthesis with Use of 1, 2, 3-1H-Benzotriazole and 2-Mercaptoethanol as Dual Synthetic Auxiliaries. Effective Synthesis of Phthalimidines Possessing a Variety of Substituents at 2-Position. Heterocycles, 2016, 93, 557-571.

[0278] (7) Luo, W.; Tweedie, D.; Beedie, S.L.; Vargesson, N.; Figg, W.D.; Greig, N.H.; Scerba, M.T. Design, synthesis and biological assessment of N-adamantyl, substituted adamantyl and noradamantyl phthalimidines for nitrite, TNF-α and angiogenesis inhibitory activities. Bioorg. Med. Chem., 2018, 26, 1547-1559.

[0279] (8) Dobrikov, G.M.; Valchev, V.; Stoilova-Disheva, M.; Momekov, G.; Tzvetkova, P.; Chimov, A.; Dimitrov, V. Synthesis and in vitro antimycobacterial activity of compounds derived from (R) -and (S) -2-amino-1-butanol -The crucial role of the configuration. Eur. J. Med. Chem., 2012, 48, 45-56.

[0280] (9) Tung, C.L.; Wong, C.T.T.; Fung, E.Y.; Li, X. Traceless and Chemoselective Amine Bioconjugation via Phthalimidine Formation in Native Protein Modification. Org. Lett. 2016, 18, 2600-2603.

[0281] (10) Wei, R.; Yang, X.; Liu, H.; Wei, T.; Chen, S.; Li, X. Effective Protection against Acinetobacter baumannii Infection. ACS Cent. Sci. 2021, 7, 1535-1542.

[0282] (11) Zhang, Z.; He, C.; Rong, Y.; Ren, H.; Wang, T.; Zou, Z.; Chen, X. A fast and versatile cross-linking strategy via o-phthalaldehyde condensation for mechanically strengthened and functional hydrogels. Nat. Sci. Rev. 2021, 8, nwaa128.

[0283] (12) Rong Y, et al. Matrix metalloproteinase-sensitive poly (ethylene glycol)  / peptide hydrogels as an interactive platform conducive to cell proliferation during 3D cell culture. Sci China Tech Sci, 2021, 64, 1285-1294.

[0284] (13) Zou, Z.; Zhang, Z.; Ren, H.; Cheng, X.; Chen, X.; He, C. Injectable antibacterial tissue-adhesive hydrogel based on biocompatible o-phthalaldehyde / amine crosslinking for efficient treatment of infected wounds. Biomaterials 2023, 301, 122251.

[0285] (14) Cheng, X.; Zhang, Z. Ren, H.; Zou, Z.; Zhang, Y.; Qu, Y.; Chen, X.; Zhao, J.; He, C. A low-swelling hydrogel as a multirole sealant for efficient dural defect sealing and prevention of postoperative adhesion. Natl Sci Rev, 2024, 11, nwae160.

[0286] (15) Wang, T.; Ding, J.; Chen, Z.; Zhang, Z.; Rong, Y.; Li, G.; He, C.; Chen, X. Injectable, Adhesive Albumin Nanoparticle-Incorporated Hydrogel for Sustained Localized Drug Delivery and Efficient Tumor Treatment. ACS Appl. Mater. Interfaces2024, 16, 9868-9879.

[0287] (16) Todorovic, M.; Schwab, K.D.; Zeisler, J.; Zhang, C.; Bénard, F.; Perrin, D.M. Fluorescent Isoindole Crosslink (FlICk) Chemistry: A Rapid, User-friendly Stapling Reaction. Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 14120-14124.

[0288] (17) Zhang, Y.; Zhang, Q.; Wong, C.T.T.; Li, X. Chemoselective Peptide Cyclization and Bicyclization Directly on Unprotected Peptides. J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 12274-12279.

[0289] (18) Wei, T.; Li, D.; Zhang, Y.; Tang, Y.; Zhou, H.; Liu, H.; Li, X. Thiophene-2, 3-Dialdehyde Enables Chemoselective Cyclization on Unprotected Peptides, Proteins, and Phage Displayed Peptides. Small Methods 2022, 6, 2201164.

[0290] (19) Wang, F.; Diesendruck, C.E. Polyphthalaldehyde: Synthesis, Derivatives, and Applications. Macromol. Rapid Commun. 2018, 39, 1700519.

[0291] (20) Ito, H.; Ueda, M.; Renaldo, A.F. Thermally Developable, Positive Tone, Oxygen RIE Barrier Resist for Bilayer Lithography. J. Electrochem. Soc. 1989, 136, 245-249.

[0292] (21) Deng, J.; Bailey, S.; Jiang, S.; Ober, C.K. Modular Synthesis of Phthalaldehyde Derivatives Enabling Access to Photoacid Generator-Bound Self-Immolative Polymer Resists with Next-Generation Photolithographic Properties. J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 19508-19520.

[0293] (22) Seo, W.; Phillips, S.T. Patterned Plastics That Change Physical Structure in Response to Applied Chemical Signals. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 9234-9235.

[0294] (23) Deng, J.; Bailey, S.; Jiang, S.; Christopher, O.K. High-Performance Chain Scissionable Resists for Extreme Ultraviolet Lithography: Discovery of the Photoacid Generator Structure and Mechanism. Chem. Mater. 2022, 34, 6170-6181.

[0295] (24) Deng, J.; Bailey, S.; Ai, R.; Delmonico, A.; Denbeaux, G.; Jiang, S.; Christopher, O.K. Synthesis of End-Cap Enabled Self-Immolative Photoresists For Extreme Ultraviolet Lithography. ACS Macro Lett. 2022, 11, 1049-1054.

[0296] (25) Hayashi, K,; Kanazawa, A.; Aoshima, S. Cationic Copolymerization of o-Phthalaldehyde and Vinyl Monomers with Various Substituents on the Vinyl Group or in the Pendant: Effects of the Structure and Reactivity of Vinyl Monomers on Copolymerization Behavior. Macromolecules 2022, 55, 3276-3286.

[0297] (26) Hayashi, K.; Kanazawa, A.; Aoshima, S. Exceptional copolymerizability of o-phthalaldehyde in cationic copolymerization with vinyl monomers. Polym. Chem. 2019, 10, 3712-3717.

[0298] (27) Huang, J.; Qin, H.; Chen, X.; Wang, B.; Hui Liang, H.; Lu, J. Synthesis of ortho-phthalaldehyde-functionalized copolymer for rapid, chemoselective and efficient conjugation with native proteins under physiological condition. Polym. Chem. 2019, 10, 2589-2595.

[0299] (28) Huang, J.; Shi, M.; Liang, H.; Lu, J. An efficient O-phthalaldehyde-amine coupling reaction for the synthesis of a bottlebrush polymer under physiological conditions. Polym. Chem. 2022, 13, 649-654.

[0300] (29) Zhao, K.; Li, M.; Geng, H.; Gao, Z.; Zhang, X.; Sekhar, K.P.C.; Zhang, P.; Cui, J. Synthesis of Antifouling Poly (ethyleneglycol) Brushes via “Grafting to” Approach for Improved Biodistribution. Biomacromolecules 2024, 25, 6727-6736.

[0301] (30) Li, B.; Wang, L.; Chen, X.; Chu, X.; Tang, H.; Zhang, J.; He, G.; Li, L.; Chen, G. Extendable stapling of unprotected peptides by crosslinking two amines with o-phthalaldehyde. Nat. Commun. 2022, 13, 311.

[0302] (31) He, L.; Jia, C. Zhang, Y. He, J. Visible Light Catalyzed Step-Growth Polymerization through Mizoroki-Heck Coupling Reaction. Macromol. Rapid Commun. 2020, 41, 1900640.

[0303] (32) Nagy, M.; Rácz, D.; Herczegh, P.; Batta, G.; Deák, G.; Lukács, B.; Jòna, I.; Zsuga, M.; Kéki, S. A new and simple polycondensation method for the synthesis of sulfur-linked isoindole-phenylene based blue light-emitting copolymers. Eur. Polym. J. 2013, 49, 549-557.

[0304] (33) Lin, L.C.; Yen, H.J.; Chen, C.J.; Tsai, C.L.; Liou, G.S. Novel triarylamine-based polybenzoxazines with a donor-acceptor system for polymeric memory devices. Chem. Commun. 2014, 50, 13917-13920.

[0305] (34) D.K. Chattopadhyay, D.K.; Webster, D.C. Thermal stability and flame retardancy of polyurethanes. Prog. Polym. Sci. 2009, 34, 1068-1133.

[0306] (35) Dias, R.C.M.; Gòes, A.M.; Serakides, R.; Ayres, E.; Oréfice, R.L. Porous Biodegradable Polyurethane Nanocomposites: Preparation, Characterization, and Biocompatibility Tests. Mater. Res. 2010, 13, 211-218.

[0307] (36) Niu, W.; Li, Z.; Liang, F.; Zhang, H.; Liu, X. Ultrastable, Superrobust, and Recyclable Supramolecular Polymer Networks. Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202318434.

[0308] (37) Lu, L.; Xu, J.; Li, J.; Xing, Y.; Zhou, Z.; Zhang, F. High-Toughness and Intrinsically Self-Healing Cross-Linked Polyurea Elastomers with Dynamic Sextuple H-Bonds. Macromolecules 2024, 57, 2100-2109.

[0309] (38) Zhao, D.;, Zhang, Z.; Wei, Z.; Zhao, J.; Li, T.; Yan, X. A Crown-Ether-Based Elastomer Bearing Loop Structures with Dissipating Characteristics and Enhanced Mechanical Performance. Angew. Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202402394.

[0310] (39) Zhang, Z.; Cheng, L.; Zhao, J.; Zhang, H.; Zhao, X.; Liu, Y.; Bai, R.; Pan, H.; Yu, W.; Yan, X. Muscle-Mimetic Synergistic Covalent and Supramolecular Polymers: Phototriggered Formation Leads to Mechanical Performance Boost. J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 902-911.

[0311] (40) Wu, S. Chain Structure and Entanglement. J. Polym. Sci. B: Polym. Phys. 1989, 27, 723-741.

Claims

1.A polymer comprising isoindoline moieties in the backbone, wherein the isoindoline moiety has a structure of: 2.The polymer of claim 1, wherein the polymer is a linear polymer having a structure of [A’B’] m,wherein m is an integer from 2 to 10,000,wherein each occurrence of A’ is derived from one or more di-o-phthalaldehyde ( “di-oPA” ) monomers having a structure of:andwherein each occurrence of B’ is derived from one or more di-aniline monomers having a structure of:wherein each occurrence of A1 and B1 are independently a chemical moiety comprising an ether, a polyether, an amide, a substituted or unsubstituted alkyl, a substituted or unsubstituted aryl, an amino, a carbonyl, or an azo, or a combination thereof.3.The polymer of claim 2, having a structure of: wherein n1 is an integer from 2 to 10,000.4.The polymer of any one of claims 1-3, having a molecular weight of from about 3 kg / mol to about 5,000 kg / mol.5.The polymer of any one of claims 1-3, having a decomposition temperature (Td) of at least 220 ℃, at least 250 ℃, or at least 300 ℃.6.The polymer of any one of claims 1-3, having a tensile strength of at least 6 MPa, at least 10 MPa, at least 15 MPa, at least 20 MPa, at least 25 MPa, at least 30 MPa, or at least 35 MPa.7.The polymer of any one of claims 1-3, having an elongation at break of at least 200%, at least 250%, at least 300%, at least 350%, at least 500%, at least 800%, or at least 900%.8.The polymer of claim 1, wherein the polymer is a branched polymer having a structure of [A’YB’] m,wherein each occurrence of X is derived from one or more di-oPA monomers having a structure of:wherein each occurrence of Y is absent or is derived from one or more branch monomer comprising three or more functional groups selected from the group consisting ofandwherein each occurrence of Z is derived from one or more di-aniline monomers having a structure of:wherein each occurrence of A1 and B1 are independently a chemical moiety comprising an ether, a polyether, an amide, a substituted or unsubstituted alkyl, a substituted or unsubstituted aryl, an amino, a carbonyl, or an azo, or a combination thereof.9.The polymer of claim 8, having a structure of: wherein n2 is an integer from 1 to 10,000,wherein each occurrence of Y’ isQ’ is carbon or nitrogen, T1, T2, and T3 are independently a chemical moiety comprising an ether, a polyether, an amide, a substituted or unsubstituted alkyl, a substituted or unsubstituted aryl, an amino, a carbonyl, or an azo, or a combination thereof,wherein each occurrence of D1, D2, and D3 are independentlywherein each occurrence of P1, P2, and P3 are independentlywherein each occurrence of J1, J2, and J3 are independentlyandwherein n3-n6 are independently an integer from 0 to 10,000.10.The polymer of claim 9, wherein each occurrence of Y’ is independentlywhere each occurrence of n7-n12 can be independently an integer from 1 to 100, from 1 to 50, from 1 to 25, from 1 to 15, from 5 to 100, from 10 to 100, from 20 to 100, from 1 to 10, from 1 to 8, from 1 to 6, or from 1 to 4, such as from 2 to 10 or from 1 to 100; and each occurrence of R1-R6 are independently hydrogen or unsubstituted alkyl.11.The polymer of any one of claims 8-10, having a molecular weight of at least 2 kg / mol.12.The polymer of any one of claims 8-10, having a decomposition temperature (Td) of at least 220 ℃.13.The polymer of any one of claims 8-10, having a tensile strength of at least 3 MPa.14.The polymer of any one of claims 8-10, having an elongation at break of at least 500%or at least 550%.15.The polymer of claim 1, wherein the polymer is a crosslinked polymer comprising [A’B’] m crosslinked with one or more dithiols and / or trithiols,wherein m is an integer from 2 to 10,000,wherein each occurrence of A’ is derived from one or more di-oPA monomers having a structure of:andwherein each occurrence of B’ is derived from one or more di-aniline monomers having a structure of:wherein each occurrence of A1 and B1 are independently a chemical moiety comprising an ether, a polyether, an amide, a substituted or unsubstituted alkyl, a substituted or unsubstituted aryl, an amino, a carbonyl, or an azo, or a combination thereof.16.The polymer of claim 15, wherein the crosslinked polymer is crosslinked with one or more dithiols having a structure of wherein L’ is O or C; each occurrence of n13 and n14 is independently an integer from 1 to 6, from 1 to 4, or from 1 to 3; n15 is an integer from 1 to 30, from 1 to 20, from 1 to 10, from 1 to 6, from 1 to 4, from 1 to 3, or 1 or 2; and each occurrence of R7 and R8 is independently hydrogen or unsubstituted alkyl, and optionally wherein the dithiol is optionally wherein the dithiol is 17.The polymer of claim 15 or 16, comprising wherein n16 and n17 are independently an integer from 1 to 10,000, and each occurrence of X’ is O or S.18.The polymer of claim 15 or 16, having a crosslinking degree ranging from about 1%to about 50%.19.The polymer of claim 15 or 16, having a decomposition temperature (Td) of at least 220 ℃.20.The polymer of claim 15 or 16, having a tensile strength of at least 3 MPa.21.The polymer of claim 15 or 16, having an elongation at break of at least 500%or at least 600%.22.The polymer of claim 2 or 3, wherein the one or more di-oPA monomers have a structure of: the one or more di-aniline monomers have a structure of:23.The polymer of claim 2 or 3, wherein each occurrence of A1 is 24.The polymer of claim 2 or 3, wherein each occurrence of B1 is wherein x2 is an integer from 1 to 20, from 1 to 15, from 1 to 10, from 1 to 8, from 1 to 6, from 1 to 4, or from 1 to 3.25.The polymer of any one of claims 1, 2, 8, and 15, having a dynamic storage modulus (G’) that is larger than the loss modulus (G”) , as measured at an angular frequency from 0.1 rad / sto 100 rad / sand a temperature from about 60 ℃ to about 100 ℃.26.The polymer of claim 25, wherein the G’ is at least 90%, at least 92%, at least 94%, at least 96%, or at least 98%.27.The polymer of any one of claims 1, 2, 8, and 15, having a glass transition temperature (Tg) from about -50 ℃ to about 200 ℃.28.A method of making the polymer of claim 2, comprising:(i) maintaining a reaction mixture at room temperature for a time period sufficient to form the polymer,wherein the reaction mixture comprises the one or more di-oPA monomers, the one or more di-aniline monomers, a catalyst, and a solvent.29.A method of making the polymer of claim 8, comprising:(i) maintaining a reaction mixture at room temperature for a time period sufficient to form the polymer,wherein the reaction mixture comprises the one or more di-oPA monomers, the one or more di-aniline monomers, the one or more branch monomers, a catalyst, and a solvent.30.A method of making the polymer of claim 15, comprising:(i) maintaining a reaction mixture at room temperature for a time period sufficient to form the polymer,wherein the reaction mixture comprises the one or more di-oPA monomers, the one or more di-aniline monomers, the dithiol, a catalyst, and a solvent.31.The method of any one of claims 28-30, wherein the catalyst is a mixture of pyridine and acetic acid (AcOH) , optionally wherein the pyridine and AcOH have a volume ratio of 1: 1.32.The method of any one of claims 28-30, wherein the solvent is N, N-dimethylformamide (DMF) , N-methylpyrrolidone (NMP) , dimethylacetamide (DMAc) , and dimethyl sulfoxide (DMSO) , optionally wherein the solvent is DMF.33.The method of any one of claims 28-30, wherein the total amount of the one or more di-oPA monomers in the reaction mixture is from about 2 mM to about 30 mM, from about 5 mM to about 25 mM, or from about 7 mM to about 21 mM.34.The method of claim 29 or 30, wherein the total amount (in moles) of the one or more branch monomers or the total amount of the one or more dithiols in the reaction mixture is from about 10%to about 50%, from about 10%to about 40%, from about 10%to about 30%, such as about 20%, of the total amount (in moles) of the one or more di-oPA monomers.35.The method of any one of claims 28-30, wherein the reaction in step (i) is performed for a time period from about 10 mins to about 24 hours, from about 10 mins to about 20 hours, from about 10 mins to about 15 hours, from about 10 mins to about 10 hours, from about 10 mins to about 5 hours, from about 10 mins to about 2 hours, from about 10 mins to about 1 hour, or from about 20 mins to about 1 hour.36.The method of any one of claims 28-30, wherein the reaction mixture in step (i) does not contain any metal.37.The method of any one of claims 28-30, having a conversion of at least 90%, at least 95%, at least 96%, at least 98%, or at least 99%; and / or a polymer yield of at least 85%or at least 90%.

Images