缩聚反应中体系反应程度与数均聚合度关系的推导

从反应程度和聚合度的定义出发,推导出了反应体系的反应程度ps和数均聚合度Xn之间简单的函数关系式:Xn=1/(1-ps),并给出了非过量官能团的反应程度ps和体系反应程度ps之间的关系:ps=2rpa/(1+r),深化了对反应程度概念以及反应程度与数均聚合度关系的理解和认识。     

线型缩聚反应的计算机模拟

缩聚反应是一类重要的高分子合成方法。其中最简单的反应为线型缩聚体系,它可分为两类,分别是含有两个可缩合的官能团的单体或单体对进行的相互缩合的体系。Flory在上世纪四十年代采用统计方法对该缩聚体系做过系统的理论研究,并在官能团等活性的假定下提出了著名的Flory分布函数,由此揭示了反应体系中数均聚合度xn、重均聚合度xw、不同聚合度分子的分布情况与反应程度p的关系。本文利用计算机模拟的方法,同样在官能团等活性的假定下模拟了线性缩聚反应的全反应过程,所得到的结果与用统计方法所得到的结果完全一致。本方法是对整个真实反应过程的直观模拟,对研究相似的以逐步聚合反应机理进行的反应具有普适性,并具有可拓展到模拟更真实的粘性聚合体系以及研究反应动力学的潜力。     

钒酸根、金属离子和腺苷二磷酸的相互作用-ATP及Mg^2^+-ATP类似物的形成

用钒-51核磁共振方法研究钒酸根在不同浓度和离子强度下, 在生理pH水溶液中的物种分配。研究结果表明毫摩尔级浓度的钒酸根主要以中心钒原子为四面体构型的单体、二聚、四聚和五聚体存在。通过比较所得的平衡常数说明在离子强度降低时, 钒酸根的聚合度下降。对于钒酸根-ADP体系, 从所显示的核磁谱变化通过计算得到相应的结合平衡常数, 说明主要发生的反应一是形成ATP类似物ADPV(V代表四面体构型的单体钒酸根); 二是在ADP浓度相对高时, 钒酸根与ADP核糖基上2', 3'-颗位羟基同时作用形成2:2配比的、钒原子为五配位三角双锥构型的配合物。在钒酸根-ADP体系中加入Mn^2^+后, ^5^1V NMR的变化说明ATP的类似物ADPV中β-磷酸根和γ-钒酸根可以协同螯合Mn^2^+, 表明形成了Mg^2^+-ATP的类似物Mn^2^+-ADPV。     

6-甲基-4-羟基嘧啶单体及二聚体激发态质子转移异构化反应及光谱的理论研究

采用ab initio HF理论的组态相关CIS方法和连续溶剂模型PCM, 分别在6-311+G*和6-31G水平上研究了6-甲基-4-羟基嘧啶单体及二聚体激发态质子转移的异构化反应; 对其反应势能面的研究发现, 单体基态和激发态的异构化反应一起可以形成四能级的分子电子体系, 而二聚体的却不能, 由此解释了单体和二聚体的紫外吸收光谱和荧光发射光谱均对应于酮式构型的原因. 利用混合含时密度泛函TD/MPW1PW91理论方法在溶剂存在下计算了标题物质的紫外吸收光谱和荧光发射光谱.     

含硅芳二胺固化环氧树脂的反应动力学研究

合成了2种含硅二胺单体3,3'-(1,3-二甲基-1,3-二乙烯基-1,3-二硅氧烷)二苯胺(S1)和4,4'-(1,3-二甲基-1,3-二乙烯基-1,3-二硅氧烷)二苯胺(S2),并对其作为环氧树脂的新型固化剂进行了研究.采用非等温示差扫描量热技术(DSC)研究了其与双酚A型环氧树脂E51体系的固化反应动力学,根据不同升温速率下E51/S1和E51/S2体系的特征温度的变化,分别确定了该两体系的固化反应工艺条件,即:E51/S1体系为100℃/1h+160℃/2h+190℃/3h;E51/S2体系为110℃/1h+170℃/2h+190℃/3h.通过Kissinger方程、Crane方程以及Arrheninus方程对固化反应进行了固化动力学行为研究,得到了两个反应体系的表观活化能ΔE、Arrhenius因子A以及反应级数n等动力学参数.E51/S1体系的ΔE为50.65 k J/mol、A为1.83×105,n为0.87;E51/S2体系的ΔE为51.39 k J/mol,A为1.44×105,n为0.87,由ΔE和A表明,E51和S2的反应活性高于E51和S1的反应活性,即,氨基位于苯环的间位时与环氧基团更容易反应.二者的反应级数相同并且小于1,说明E51与S1和S2之间的反应是复杂反应.在动力学参数的基础上,得到了n级固化动力学模型.     

环基高分子缩聚体系的统计特征

针对由RBf型环形高分子和ABg型单体构成的环基高分子缩聚体系,从环基高分子的尺寸分布导出相应的高分子矩,进而给出环基高分子的数均分子量和重均分子量以及多分散指数等物理量.在此基础上,集中探讨了两类反应物的摩尔比、环形高分子的官能度及聚合度(分子量)对环基(环基链状和环基支化)高分子性质的影响.鉴于环形高分子对环基高分子相关特征的贡献可以发生主次转变,进而根据其数均分子量得到发生转变的反应程度.结果表明,环基高分子的多分散指数随着环形高分子官能度的增加而单调降低,但与反应物的摩尔比无关,而表征环形高分子贡献发生逆转的反应程度则与其官能度、聚合度及反应物的摩尔比密切相关.相关研究可为阐明环基高分子缩聚反应体系的统计特征提供有益的线索.     

乳液聚合型品红成色剂的合成

2，4，6-三氯苯肼与β-乙氧基-β-亚氨基-丙酸乙酯在乙醇钠的存在下，经缩 合成环生成1-(2＇，4＇，6＇-三氯苯基)-3-氨基-5-吡唑啉酮(3)．3和它的4-位衍 生物与甲基丙烯酰氯反应生成了三种可聚合的成色剂单体．将这些单体与丙烯酸丁 酯共聚得到了三种乳液聚合型品红成色剂．给出了合成反应中间体及单体的红外光 谱与核磁共振光谱数据，讨论了影响合成反应及乳液聚合反应的一些因素．     

6-甲基-4-羟基嘧啶单体及二聚体质子转移过程的理论研究

应用密度泛函理论的B3LYP/6-311+G(d)方法研究了6-甲基-4-羟基嘧啶单体及二聚体质子转移的异构化反应.对反应势能面的研究发现,该化含物可能存在9种单体异构体,对其最稳定的单体构型进行分析.各单体间异构化反应的过渡态共有9种,反应的活化能最小为22.06 kJ/mol,最大为356.55 kJ/mol,最可能的反应路径在室温下即可进行. 研究了2种二聚体及其异构化反应的过渡态,发现二聚体均比其对应的单体稳定,而且质子转移所需要的活化能仅为20.13 kJ/mol,比单体低很多. 氢键在这种变化中起了主要作用,由单体和二聚体的总能量计算了氢键的键能.     

缩聚平衡常数与聚合度

根据官能团等活性理论,推导出封闭体系和敞开体系中,缩聚平衡常数、数均聚合度及原料配比数三者之间的关系式。 1.封闭体系聚合反应在密闭容器中进行,反应过程中无物质损失。设有反应     

Ti, Na与O2反应机理的理论研究

基于MP2/6-311+G(d)水平, 分别对过渡金属Ti和碱金属Na与O2的反应机理进行了研究. 比较了Ti和Na分别以垂直O—O键和沿着O—O键的方向逼近O2, 以及中性体系Ti/Na+O2和带1个负电荷的体系(Ti/Na+O2)-的情况. 详细分析了不同反应路径的结合能和电荷变化的曲线, 预测了最佳反应方式. 结果表明, 垂直接近方式要比水平接近方式更具有优势; 体系带一个负电荷(Ti/Na+O2)-有利于金属与O2的结合. 同时, 计算结果表明在Ti+O2和(Ti+O2)-体系中Ti容易与单态的O2结合; 在中性体系中Na也容易与单态O2结合, 而在(Na+O2)-体系中Na与三态O2的结合更稳定. 在CCSD(T)/6-311++G(3df)//MP2/6-311+G(d)水平下, 计算了Ti+O2和(Ti+O2)-的反应势能面.     

ABg型缩聚形成的超支化聚合物的支化度与分子形态

用聚合反应动力学模型, 详细分析了AB_g型缩聚体系中各种结构单元的演变, 对超支化聚合物支化度的各种定义作了比较, 并对AB_g型反应体系的支化度提出了一个改进的定义, 使得支化度随g的增加而增加, 当g从2增加到无穷大, 最大支化度相应地从0.5增加到1－e^－1. 对均方回转半径的数值计算表明, 在确定的A基团转化率(x), z-均均方回转半径几乎与g无关, 当x＝0.999时, 随着g从2增加到无穷大, z-均回转半径只增加0.1%. 但是, 同样的条件下, z-均聚合度增加到2倍. 这一现象表明在任何指定的A转化率, AB_g型缩聚中形成的超支化聚合物的分子轮廓与g无关, 随着g 增大而在超支化聚合物中增加的结构单元(或聚合度)必定分布在分子内部.     

Palladium‐Catalyzed Chain‐Growth Polycondensation of AB‐type Monomers: High Catalyst Turnover and Polymerization Rates

Chain‐growth catalyst‐transfer polycondensations of AB‐type monomers is a new and rapidly developing tool for the preparation of well‐defined π‐conjugated (semiconducting) polymers for various optoelectronic applications. Herein, we report the Pd/PtBu₃‐catalyzed Negishi chain‐growth polycondensation of AB‐type monomers, which proceeds with unprecedented TONs of above 100 000 and TOFs of up to 280 s^?1. In contrast, related AA/BB‐type step‐growth polycondensation proceeds with two orders of magnitude lower TONs and TOFs. A similar trend was observed in Suzuki‐type polycondensation. The key impact of the intramolecular (vs. intermolecular) catalyst‐transfer process on both polymerization kinetics and catalyst lifetime has been revealed.     

基于格子链的缩聚反应的动态Monte Carlo模拟

采用描述自回避格子链的键长涨落模型, 以动态Monte Carlo方法对AB型单体的线型缩聚反应动力学过程进行了模拟. 通过该方法可以得到反应过程中链的瞬时构象, 还可以得到反应程度、聚合度、分子量分布及其随时间的演化. 模拟得到了合理的结果, 同时验证了无规线团尺寸与平均链长的标度关系, 表明该方法用于研究逐步聚合反应过程是可行的, 并且与一般的研究聚合反应的Monte Carlo方法相比, 还能够同时得到构象等空间信息. 还比较了不同大小的模拟体系所得到的分子量和多分散系数的异同, 讨论了有限元胞效应.     

不同聚合机理的“平均聚合度”公式的分析讨论

平均聚合度和聚合度分布是决定聚合物产品质量的一个重要指标。平均聚合度直接表征聚合产品的分子量的大小,它的大小又决定高分子材料的性能,因此,研究平均聚合度具有重要的理论意义和实际意义。聚合反应按机理分类,可分为链型聚合和逐步聚合,链型聚合又分为自由基聚合、离子聚合、配位聚合,逐步聚合又分为缩聚和加聚反应。本文以自由基聚合、离子聚合、配位聚合以及缩聚的聚合机理为主线,对不同聚合机理对应的平均聚合度的公式进行推导和讨论,并加深理解,掌握其内涵。旨在提高学生对平均聚合度的认识和把握。     

Off‐lattice Monte Carlo simulation of hyperbranched polymers, 1 Polycondensation of AB2 type monomers

The polycondensation of hyperbranched polymers, based on AB₂ type monomers, was simulated using an off‐lattice Monte Carlo method in order to investigate the polymerization kinetics and microstructures of hyperbranched polymers. The effects of temperature and activation energy of reaction on the conversion rate seem qualitatively acceptable, indicating that our simulation model properly describes the polymerization reaction of hyperbranched polymers. Number average degree of polymerization and polydispersity index were calculated as a function of conversion and compared with Flory's expectation. Fractions of dendritic, linear and terminal unit were also determined from simulation and compared with theoretical predictions. As the hyperbranched polymer grows, it is observed that the molecular shape changes from a regular fan‐shape structure to an edge‐curled up structure.     

DyNAs: constitutional dynamic nucleic acid analogues

Dynamic cationic polymers were generated in aqueous media from functionally complementary monomers bearing nucleobase groups. (1)H NMR spectroscopy was used to follow the polycondensation reaction of the nucleobase-appended dihydrazides 1 and 2 with the dialdehydes B and C. The reversibility of these polymers was established by proton NMR spectroscopy through exchange of the dihydrazide 2 with polymer 1 B. The polymers 1 B, 2 B, 1 C, and 2 C represent dynamic biopolymers of nucleic acid type, DyNAs. Electrostatic interaction of these polymers with polyanionic entities, such as polyphosphates, polynucleotides, and polyaspartic acid, was shown to take place. It induces a change in size of the dynamic polymer, as it responds by an increase in degree of polymerization to an increase of the overall anionic charge introduced, that is, to the total electrostatic interaction.     

Dendritic aromatic polyamides and polyimides

The syntheses and properties of dendritic and hyperbranched aromatic polyamides and polyimides are reviewed. In addition to conventional stepwise reactions for dendrimer synthesis, an orthogonal/double‐stage convergent approach and dendrimer syntheses with unprotected building blocks are described as new synthetic strategies for dendritic polyamides. Hyperbranched polyamides and polyimides composed of various repeating units are presented. Besides the self‐polycondensation of AB₂‐type monomers, new polymerization systems with AB₄, AB₈, A₂ + B₃, and A₂ + BB′₂ monomers have been developed for hyperbranched polyamides and polyimides. The copolymerization of AB₂ and AB monomers is discussed separately with respect to the effects of branching units on the properties. © 2004 Wiley Periodicals, Inc. J Polym Sci Part A: Polym Chem 42: 1293–1309, 2004     

Synthesis,structure, and properties of bifunctional azobenzene monomers and polymers on their basis

A new preparative procedure for the synthesis of new bifunctional azo monomers with different ratios of methacryloyl and hydroxyl groups has been developed. The monomers thus prepared contain a nonlinear optical 4′-amino-4-nitroazobenzene group and can be involved in polymerization, polycondensation, and polymer-analogous transformation reactions to afford linear and network polymers. The free-radical copolymerization of 4′-[N-methyl-N-(3-methacryloyloxy-2-hydroxypropyl)]amino-4-nitroazobenzene with methyl methacrylate has been studied with the aim of preparing azobenzene [1+0] prepolymers with pendant chromophore groups, and the reactivity ratios and reactivity factors of the comonomers have been calculated. The hydroxyl-containing copolymers are characterized by rather high molecular mass, satisfactory heat resistance and thermal stability, and good film-forming behavior. These copolymers may be crosslinked with the use of diisocyanates and thus may form thin optically homogeneous red films.     

高支化聚合物的合成与表征

介绍了近年来在高分子化学领域内十分活跃的高支化聚合物研究的状况。指出了通过ＡＢｘ型单体的缩聚反应和Ａ＝Ｂ－Ｃ＾８型单体的自缩合乙烯都可获得高支化聚合物。目前用以表征高支化聚合物支化度和分子量的方法主要为核心共振法和凝胶渗透色谱法,在实际应用中都存在局限性。     

镍催化转移缩聚合成全氟环丁基芳基醚聚合物

研究了通过镍催化转移缩聚的方法来合成全氟环丁基芳基醚聚合物.首先,我们以对溴苯酚和1,2-二溴四氟乙烷为起始原料,通过两步反应得到对溴三氟乙烯基芳基醚,进一步加热环化二聚得到单体1,2-二(4-溴苯氧基)六氟环丁烷.该二聚物再与异丙基格氏试剂发生镁交换反应,生成格氏试剂中间体,在催化剂Ni(dppe)Cl2的存在下发生镍催化转移缩聚生成聚合物.研究了反应时间、温度和单体投料比对催化缩聚反应的影响.