Lewis酸碱对在聚合中的应用

自从Stephan和Erker两位科学家提出“位阻型(Frustrated)Lewis酸碱对”概念以来,Lewis酸碱对的催化化学得到极大的关注。近年来,人们也发现Lewis酸碱对在催化极性乙烯基单体和内酯单体聚合中有着重要的应用。Lewis酸碱对催化极性乙烯基单体聚合可形成具有高分子量和窄分子量分布的聚合物,而催化活性与所使用的Lewis酸碱对关系密切,最有效的Lewis酸是Al(C₆F₅)₃和B(C₆F₅)₃,Lewis碱是有机磷、氮杂环卡宾和氮杂环卡宾烯和膦腈超强碱,可聚合的单体包括甲基丙烯酸甲酯、γ-甲基-α-亚甲基-γ-丁内酯、α-亚甲基-γ-丁内酯、 丙烯酸正丁酯、 N,N-二甲基丙烯酰胺、 N,N-二苯基丙烯酰胺、 乙烯基磷酸二乙酯、2-乙烯基吡啶、2-异丙烯基-2-氧 NFDA1 唑林以及非对称的极性二乙烯基单体。聚合过程包括:链引发、链增长和链终止。链引发过程是通过Lewis酸、Lewis碱和单体相互作用形成两性离子,链增长是通过双金属活化单体加成方式进行,链终止通过两种途径:1)增长聚合物链中活化的酯氧负离子对相邻酯中羰基碳原子的亲核进攻形成δ-戊内酯;2)增长聚合物链中活化的烯酯碳负离子对倒数第三个酯中羰基碳原子的亲核进攻形成β-酮酸酯。Lewis酸碱对催化内酯单体聚合可形成线形和环状聚合物,所使用的Lewis酸为Zn(C₆F₅)₃、有机铝、氯化铟,Lewis碱为有机胺。     

面向本科生教学的开环聚合内容拓展

开环聚合作为与缩聚、加聚并列的第三大类聚合反应,具有如下特点：基于环状单体的特殊性,开环聚合反应无副产物生成;聚合物组成与单体的元素组成相同,即具有100%的原子利用率;大部分开环聚合反应具有连锁反应特征,链增长速度快;形成的聚合物链中含有杂原子,所得材料具有降解可控性。本文总结了近年来在开环聚合研究上的一些进展,如γ-丁内酯的成功开环聚合、活性开环聚合、易位开环聚合等,为本科生《高分子化学》课程中的“开环聚合”一章内容的有益补充。通过提供额外的一些参考文献来拓展本科生对前沿知识的了解,开阔优秀本科生的国际学术视野。     

反应挤出合成带不饱和官能团端基的聚己内酯

用带双键官能团的2-烯丙氧基乙醇与四丙醇钛酸酯进行酯交换,可合成用于ε-己内酯配位开环聚合的钛化合物引发剂;利用此引发剂,引发ε-己内酯聚合得到了分子链一端为双键的功能化聚己内酯.研究了物料配比和反应温度对聚合转化率和速率的影响,进而在双螺杆挤出机中实施快速本体聚合,合成了带活性双键的功能化聚己内酯.引发剂和聚合物的化学结构由 1H-NMR予以表征,GPC测定的结果表明聚合物的分子量与物料摩尔比相关.     

合成聚(丙交酯-co-ε-己内酯)的催化剂研究进展

综述了合成聚(丙交酯-co-ε-己内酯)的催化剂的研究进展;针对几种不同类型催化剂的活性、安全性及其对单体催化反应的影响等进行了评述;指出催化剂在内酯开环聚合中所起的关键作用.     

γ-丁内酯聚合研究新进展

综述了近年来采用金属络合物进行γ－丁内酯的开环聚合、γ－丁内酯的酶催化聚合、微生物发酵等及合成γ－丁内酯均聚共聚物的研究。     

环状聚合物合成新路线:分子内受阻Lewis酸碱对催化下的高浓度合成

与传统线形聚合物的合成不同,环状聚合物的合成通常需要特殊的催化剂设计且容易引入主体单体以外的其他化学结构.最近,吉林大学张越涛团队将两分子硼路易斯酸(LA)与一分子磷路易斯碱(LB)以共价键相连,合成出分子内受阻路易斯酸碱对B-P-B三官能催化剂,通过分子内和分子间的双重协同作用实现了1+1>>2的催化效果,进而成功以γ-甲基-α-亚甲基-γ-丁内酯(MMBL)为单体合成了完全由一种丙烯酸酯类单体构成的环状聚合物c-PMMBL.值得指出的是,与合成环状聚合物的传统策略不同,该催化剂可以在较高浓度下简单快速地合成环状聚合物,开创了环状聚合物宏量高效合成的新路线.     

ε-己内酯开环聚合金属配合物催化剂研究进展

聚己内酯(PCL)具有良好的环境相容性和生物医学领域中潜在应用价值,成为近年来研究的热点课题.聚己内酯(PCL)制备方式就是催化ε-己内酯(ε-caprolactone)开环聚合,其所用催化剂对控制聚合过程和调控所得聚己内酯结构起着关键作用,并影响所得聚合物的性能和应用前景.一个重要的环节就是筛选出高活性和能够良好调控...     

三氟化硼-乙醚络合物催化γ-戊内酯与ε-己内酯开环共聚的研究

以三氟化硼乙醚络合物为催化剂,进行了γ-戊内酯(γ-VL)与ε-己内酯(ε-CL)的本体开环共聚的研究.采用1H -NMR、13C- NMR证实了所得共聚物的结构,并对共聚物的分子量、组成、熔点等进行了表征.结果表明,在一定的条件下,难以均聚的γ-VL可与ε-CL发生共聚反应,从而在共聚物链结构中引入少量的γVL单元.γVL单元的引入使得共聚物的分子量和熔点下降.由K- T法估算出两种单体共聚的竞聚率分别为r(ε-CL)=17.6,r(γ-VL)=0.0078.     

具有乙二醇侧链的聚谷氨酸酯的合成、表征及其两亲性

聚氨基酸具有良好的生物相容性和规整二级结构, 可作为生物医学材料应用. 如果聚氨基酸具有两亲性, 则能够形成纳米尺寸的胶束结构, 有望作为生物降解药物释放载体. 为得到两亲性的聚谷氨酸, 通过小分子开环聚合的方法直接制备了具有乙二醇侧链的聚谷氨酸酯. 首先制备了γ-(2-(甲氧基)乙基)-L-谷氨酸酯和γ-(2-(2-甲氧基乙氧基)乙基)-L-谷氨酸酯, 然后与三聚光气反应得到其N-羧酸酐(NCA). N-羧酸酐(NCA)单体经开环聚合反应合成了具有乙二醇侧链的聚谷氨酸酯(PEG_nG). 利用IR, ¹H NMR, GPC和吸湿性测定等方法对所合成聚合物进行了详细的表征. 结果表明随着侧链中EG含量的提高, 聚L-谷氨酸酯的亲水性有明显改善. 透射电镜的结果表明, 聚谷氨酸二乙二醇单甲醚酯(PEG₂G)在水溶液中能够形成稳定胶束结构.     

利用双功能β-二亚胺锌催化剂正交构建丙交酯-苯乙烯嵌段共聚物

设计合成了一种双功能的β-二亚胺锌((BDI)Zn)催化剂,其具有2-溴异丁酸酯引发基团,该基团结合了引发内酯的开环聚合(ROP)和乙烯基单体的原子转移自由基聚合(ATRP)的能力.此催化剂由单晶X射线衍射和核磁表征确定其化学结构.利用这种催化剂可以实现一锅一步法构建极性聚烯烃/聚酯嵌段共聚物,即在光照射下通过β-二亚胺锌((BDI)Zn)催化剂以正交聚合路径来同时实现乙烯基自由基聚合和环内酯开环2种嵌段相的构筑,从而提供了一种有效的途径来制备聚酯/极性聚烯烃嵌段共聚物.利用此法可构建多种聚酯/极性聚烯烃嵌段共聚物,包括聚苯乙烯-嵌段-聚丙交酯(PS-b-PLA)、聚甲基丙烯酸甲酯-嵌段-聚丙交酯(PMMA-b-PLA),以及聚苯乙烯-嵌段-聚己内酯(PS-b-PCL).且这些嵌段共聚物具有可控的分子量和组成,凝胶渗透色谱(GPC)显示单峰和窄分子量分布(M_w/M_n1.5).此双功能催化剂及对应合成策略为极性聚烯烃/聚酯等嵌段共聚物提供了一种简便的构建方案.     

聚γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷的合成与表征

采用双金属氰化络合物催化剂(DMC)催化γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)开环聚合,合成出结构规整的均聚产物PKH560.通过FTIR2、9Si-NMR1、H-NMR对聚合物的结构进行表征.结果表明,以DMC为催化剂,可以实现KH560的开环聚合,合成出分子量较大的目标产物PKH560.凝胶渗透色谱与多角度激光联用仪(GPC/MALLS)测得该聚合物PKH560的数均分子量大于1×104,分子量分布介于1.10与1.35之间;分析不同聚合时间PKH560的数均分子量与单体转化率之间的关系可知,聚合物的数均分子量Mn与单体转化率呈线性增长关系,聚合物的分子量分布较窄(Mw/Mn=1.10~1.35),表明该聚合反应具有活性聚合的特征.     

α-亚甲基-β-丁内酯的区域选择性聚合:合成线形与环状聚酯

设计不同的催化体系或引发剂实现了α-亚甲基-β-丁内酯(MβBL)单体的区域选择性聚合,合成不同拓扑结构的聚酯.选用偶氮二异丁腈(AIBN)自由基引发剂,选择性聚合MβBL的α位上亚乙烯基双键,形成线形含有四元环内酯单元的聚酯.使用SalenAlCH3金属配合物催化剂,区域选择性在MβBL的酰-氧键断裂,生成双键保留以间同结构为主的结晶性线形聚酯.有机强碱是MβBL的高效开环聚合催化剂,获得以酰-氧键断裂为主的线形聚酯.而使用简单碘化钠催化MβBL开环聚合,形成以烷-氧键断裂为主的结晶性环状聚酯.     

星型两亲性聚己内酯-b-聚甲基丙烯酸(2-羟乙酯)嵌段共聚物的合成和表征

通过开环聚合(ROP)和原子转移自由基聚合(ATRP)制备了一类新型的两亲性嵌段共聚物——六臂星形聚(ε-已内酯)-b-聚甲基丙烯酸(2-羟乙酯)(6sPCL-b-PHEMA).6sPCL-b-PHEMA通过三步反应合成:(1)双季戊四醇开环聚合ε-己内酯的合成6sPCL;(2)以2-溴异丁基酰溴封端星形聚合物制备大分...     

新型两亲性生物降解聚酯单体的合成及其开环聚合

以3-氯代丙二醇为起始原料,通过3-苄氧基甘油酸(3-O-BGA)为中间体,首次合成了作为一种新型聚羟基酸前体的,具有苄氧保护基的六元环状二交酯—3-苄氧次甲基-1,4-二氧六环-2,5-二酮(3-BMG)。该单体具有通常交酯的聚合特性,很容易以辛酸亚锡为催化剂,在140℃下开环聚合得到高分子量的聚合物。在双金属(Al/Zn)烷氧化合物引发体系下也能够进行开环聚合。所得聚合物在Pd/C催化下氢解,可以定量地去除苄基保护基,从而得到侧链带有羟基的新型功能性可生物降解聚酯。DSC实验结果显示脱保护的聚合物的玻璃化转化温度下降,并在120℃附近出现熔点。通过吸水率与动态接触角的测定,脱保护后聚合物的亲水性显著提高,明显高于传统的聚酯。     

聚己内酯-聚铵盐抗菌材料的制备

通过开环聚合(ROP)和原子转移自由基聚合(ATRP)制备了一类聚己内酯-聚阳离子酯嵌段共聚物(LPCL-b-PJDMA).聚合物的制备通过四步反应合成:(1)月桂醇引发开环引发ε-己内酯合成LPCL;(2)以2-溴异丁酰溴(BIBB)封端LPCL制备大分子引发剂;(3)用氯乙酸甲酯对甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMA)进行季铵化反应制备阳离子小分子(命名为JDMA);(4)用五甲基二乙基三胺(PMDETA)/溴化亚铜为催化剂,催化不同链段数的LPCL与JDMA发生ATRP反应制得LPCL-b-PJDMA.通过核磁氢谱(1H-NMR)对聚合物的化学结构进行表征,确认合成目标产物.利用示差扫描量热仪(DSC)对其热性进行研究,并用水接触角的方法测量聚合物膜亲水性,最后通过测试细菌在聚合物膜上的存活率的方法测定其抗菌性能.结果表明,LPCL与PJDMA共聚后,随着PCL重复单元数增加,共聚物结晶温度相对于纯PCL出现明显的先降低后升高趋势.LPCL-b-PJDMA的亲水性都比纯PCL好,且与LPCL/PJDMA的比例有关.所有的LPCL-b-PJDMA膜对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌都具有抗菌能力.     

卟啉降冰片烯聚合物的合成、表征及性质研究

本文设计合成了卟啉的降冰片烯单体,采用Grubbs催化剂与长链烷基的降冰片烯单体开环易位聚合,直接得到了卟啉降冰片烯聚合物,通过紫外-可见吸收光谱、荧光光谱、电化学等手段研究了卟啉降冰片烯聚合物的性质,与小分子单体相比,所得卟啉高分子共聚物相当好地保持了卟啉应有的光物理、电化学等特性.     

三(2,6-二叔丁基-4-甲基苯氧基)镧配合物催化合成星形聚己内酯

分别以三乙醇胺和四乙醇乙二胺为引发剂,用三(2,6-二叔丁基-4-甲基苯氧基)镧(La(DBMP)3)作催化剂,催化ε-己内酯开环聚合,制备了三臂和四臂星形聚己内酯.通过1HNMR表征了聚合物的星形结构以及分子量.研究表明,每一个催化剂分子可与多个引发剂分子作用,当三乙醇胺与La(DBMP)3的摩尔比值为1.7～6.4时,均可制得纯净的三臂星形聚己内酯.通过调节ε-己内酯与多元醇的摩尔比值,可以改变星形聚己内酯的分子量,实现聚合产物分子量可控.     

三元无规接枝共聚物的合成及其自组装性能的研究

通过甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)引发ε-己内酯(ε-CL)开环聚合得到带有双键的大分子预聚体甲基丙烯酸羟乙酯-聚己内酯(HEMA-PCL), 该预聚体与N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)及丙烯酸(AAc)自由基聚合得到一系列含有不同比例组分的三元无规接枝共聚物. 研究了该聚合物的自组装性能. 通过1H NMR, FTIR, 凝胶渗透色谱(GPC)对聚合物进行结构和分子量的表征. 通过TEM, DLS与表面张力等方法表征其纳米粒子情况.     

以高顺式聚丁二烯为软段的三嵌段共聚物的制备

从高顺式端羟基聚丁二烯(HTPB)出发,分别以ε-己内酯和苯乙烯为单体合成了2类以高顺式聚丁二烯为软段的三嵌段共聚物.以高顺式HTPB为大分子引发剂、辛酸亚锡为催化剂,引发ε-己内酯的开环聚合,合成了聚己内酯-b-聚丁二烯-b-聚己内酯三嵌段共聚物(CLBCL);通过高顺式HTPB末端羟基与2-溴代异丁酰溴(BBi B)间的酯化反应制备了ATRP大分子引发剂(Bi B-PB-Bi B),进而引发苯乙烯进行电子转移活化再生催化剂原子转移自由基聚合(ARGET ATRP)反应,合成了聚苯乙烯-b-聚丁二烯-b-聚苯乙烯三嵌段共聚物(SBS),反应具有较好的可控性,产物分子量分布较窄.通过红外光谱(FTIR)、核磁共振氢谱(1H-NMR)和碳谱(13CNMR)、热重分析(TGA)和示差扫描量热分析(DSC)等对所制备共聚物的结构和性能进行了测试表征.TGA曲线表明,提高聚己内酯链段的含量,可在一定程度上提高CLBCL共聚物的热稳定性;SBS共聚物的热分解过程表现为一个阶段,与HTPB相比,其热稳定性略有提高.从CLBCL共聚物的DSC曲线上可明显观察到聚丁二烯链段的玻璃化转变温度和聚己内酯链段的熔点;SBS共聚物具有2个玻璃化转变温度,为–104.1和102.4oC,分别对应于聚丁二烯链段和聚苯乙烯链段的玻璃化转变温度.     

基于NNTA可控聚合的环形聚类肽合成与表征

研究了1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯(DBU)引发的N-取代甘氨酸-N-硫代羧酸酐(NNTA)开环聚合.聚合通过两性离子开环聚合机理进行,表现出良好的可控性,聚合产率高(86%),分子量可控(900～7500 g/mol),分子量分布较窄(1.13～1.25).通过~1H-NMR、~(13)C-NMR谱图、MALDI-ToF质谱和红外光谱等表征手段,证明所得聚合产物具有环形结构,且聚合物链上带有DBU残基和硫代氨基甲酸酯基团.与苄胺(BA)引发所得的线形聚类肽相比,DBU引发所得的聚类肽具有更小的流体力学体积,进一步证明了其环形结构.扩链反应表明,加入新单体后聚合反应仍可以继续进行,产物分子量显著增加,表明了DBU引发的NNTA聚合具有活性特征. DBU引发的NNTA两性离子开环聚合是一种简便、高效的环形聚类肽合成方法.