生物医用脂肪族聚酯开环聚合的研究进展

脂肪族聚酯是一种新兴的生物医用材料,其在合成过程中必须避免使用有毒的催化剂和/或引发剂以及有机溶剂。开环聚合是一种高效温和的聚合方法,利用开环聚合,结合绿色制备方法是脂肪族聚酯医用材料研究的热点问题。本文重点介绍了脂肪族聚酯开环聚合的机制,以及聚合时所用催化剂和引发剂的作用,概述了用非金属和脂肪酶取代金属有机引发剂的发展情况;介绍了超临界流体作为溶剂的绿色合成技术,以及超临界流体技术的优势特点,最后对脂肪族聚酯的发展和应用前景做了简要的阐述。     

有机小分子催化ε-己内酯开环聚合反应

聚己内酯(PCL)是一种生物可降解高分子材料,具有良好的环境、生物相容性,广泛应用于生物医学、包装等领域。有机小分子催化ε-己内酯单体开环聚合反应是制备聚己内酯的主要方式之一。与传统的金属催化相比,有机催化不仅反应条件温和、聚合可控,而且还可解决聚合物中金属残留问题,是目前高分子合成化学的研究热点。本文按照催化体系的不同活化方式,讨论了近年来有机催化在ε-己内酯开环聚合反应中的研究进展,归纳总结了不同催化体系的优缺点,并在此基础上展望了有机小分子催化剂在ε-己内酯开环聚合反应中的发展趋势和应用前景。     

有机小分子催化ε-己内酯开环聚合反应

聚己内酯(PCL)是一种生物可降解高分子材料,具有良好的环境、生物相容性,广泛应用于生物医学、包装等领域。有机小分子催化ε-己内酯单体开环聚合反应是制备聚己内酯的主要方式之一。与传统的金属催化相比,有机催化不仅反应条件温和、聚合可控,而且还可解决聚合物中金属残留问题,是目前高分子合成化学的研究热点。本文按照催化体系的不同活化方式,讨论了近年来有机催化在ε-己内酯开环聚合反应中的研究进展,归纳总结了不同催化体系的优缺点,并在此基础上展望了有机小分子催化剂在ε-己内酯开环聚合反应中的发展趋势和应用前景。     

丙交酯开环聚合反应的新型有机催化剂

作为生物高分子降解材料,聚乳酸具有良好的生物相容性和生物降解性,已经广泛应用于包装材料、农用薄膜等环境领域和药物控制释放体系、医用缝合线、组织工程支架等医学领域。丙交酯开环聚合是制备聚乳酸的理想之选,其催化体系目前以金属催化剂为主,但金属离子在聚合物中的痕量残留和细胞毒性限制了聚乳酸在生物医学及微电子领域的应用,而有机催化剂能够克服这些缺点,是目前聚乳酸合成领域的研究热点。本文从不同的活化机理角度,阐述了近年来有机催化剂在合成聚乳酸中的研究进展,总结了各种催化体系在活性、结构可控性及选择性方面的特点,同时展望有机催化剂在开环聚合反应中所面临的机遇与挑战。     

有机金属催化剂与丙交酯(LA)开环聚合反应

聚乳酸等聚酯是一类重要的新型生物可降解高分子材料,可替代传统石油基塑料,从而解决"白色污染"问题,减少化石资源的消耗,同时在许多生物医用材料和器件领域也有着广泛的应用.聚乳酸通常是在催化剂的作用下,通过丙交酯单体的开环聚合而得到.本文基于本课题组前期的研究结果对丙交酯单体开环聚合催化剂进行了评述,其中主要介绍了有机金属催化剂,包括基于取代基、手性、中心金属等不同设计的单核有机金属催化剂;另外也对双核和三核金属催化剂的进展进行了总结,讨论了催化剂结构及其聚合反应中心的金属原子间相互作用对开环聚合性能的影响.     

开环可控聚合制备脂肪族聚酯的最新研究进展

近年来,作为生物降解高分子材料,脂肪族聚酯由于良好的生物降解性及生物相容性受到人们的广泛关注。脂肪族聚酯在环境友好材料和生物医用材料领域都具有极大的应用价值,目前,部分聚酯材料已经商品化。与此同时,脂肪族聚酯的合成方法尤其是活性开环聚合也成为学术界及工业领域的研究热点。采用开环聚合法得到的聚合产物化学组成精确、分子量分...     

有机磷腈碱催化环内酯开环聚合制备可降解聚酯研究进展

脂肪族聚酯作为一类重要的高分子材料,具有优异的生物相容性和生物可降解性以及良好的力学性能,在可吸收手术缝合线、组织工程支架、食品包装等方面已经取得了广泛应用.环内酯开环聚合是制备脂肪族聚酯材料的一种重要方法.有机磷腈碱作为一类非离子型、非亲核性有机强碱,在催化环内酯开环聚合方面已经取得了巨大的成功.本专论综述了有机磷腈碱在催化γ-丁内酯及其衍生物、己内酯、戊内酯、丙交酯和大环内酯开环聚合方面的研究进展,对聚合机理进行了适当讨论,并对其未来发展方向作了展望.     

异丙醇镧引发对二氧环己酮开环聚合

脂肪族聚酯聚对二氧环己酮(PPDO)以其优异的生物降解性、生物相容性、生物可吸收性以及优异的柔韧性，成功应用于医用材料和环境材料领域。目前已有的PDO引发体系如辛酸亚锡，存在聚合速率慢、单体转化率不高等缺点。有机稀土类引发剂是目前倍受关注的一类活性很高的配位聚合引发剂，已经被成功应用于聚乳酸、聚己内酯等脂肪族聚酯的开环聚合中，具有反应速率快、单体转化率高、聚合物分子量分布窄等优点。本文将稀土类引发剂异丙醇镧(La(O^iPr)3)应用到PDO的开环聚合中，取得了较好的结果。     

官能团化聚己内酯的制备及其生物应用

聚己内酯(PCL)是一种疏水的、半结晶的、可降解的脂肪族聚合物,其具有良好的生物相容性、药物透过性和机械性能,在药物缓释和组织工程领域得到了广泛的关注。由于其结晶性强,亲水性差,生物降解速度慢,限制了其在生物医用领域更广泛的应用。聚己内酯的官能团化可实现对聚酯材料亲疏水性、降解速率等物化性质的调节,同时,活性官能团的引入便于对PCL的进一步化学修饰,有利于拓宽聚己内酯类材料的生物医用领域。本文详细介绍在聚己内酯骨架引入侧基官能团的化学方法,并简要阐述了官能团化聚己内酯在生物医用材料领域的应用。     

模块化双功能有机硼氮和硼磷催化体系的设计及其催化转化

有机硼化合物是近年来广泛研究的一类非金属催化剂,其在环氧烷烃参与的开环均聚合和共聚合方面展现了良好的适用性,但二元亲电亲核双组分催化体系在加入大量的反应单体后由于稀释效应带来的熵不利因素往往导致活性减小或失活的问题,同时也难以制备大分子量的聚合物材料.基于此,本文主要综述了本课题组设计的分子内同时含有亲电和亲核中心的双功能有机硼-季铵盐和有机硼-季鏻盐催化体系的研究进展,重点梳理了此类双功能有机硼催化剂的设计脉络和设计原则,对比了双功能和双组分有机硼催化体系之间的聚合反应机理,总结了利用双功能有机硼催化剂在环氧烷烃开环聚合制备脂肪族聚醚、环氧烷烃和二氧化碳共聚合制备二氧化碳基聚碳酸酯、环氧烷烃和环状酸酐共聚合制备聚酯等方面的内容,展望了有机硼催化剂在高分子合成化学方向的未来和趋势.     

新型官能团化聚己内酯的研究进展

聚己内酯(PCL)是一种具有良好药物透过性的可生物降解的脂肪族聚酯,是一类优良的药物载体.由于其结晶性强,亲水性差,生物降解速度慢,限制了其在组织工程等生物医用领域更广泛的临床应用.在PCL主链上引入功能性官能团既可有效地降低其结晶性、改善其亲水性、调控其降解速率,同时又可通过反应性官能团进行进一步的化学改性或生物活性化修饰,已成为生物可降解材料新的研究热点.本文综述了含侧基官能团己内酯单体的合成及其聚合反应,简要介绍了侧基官能团对聚己内酯性能的影响.     

用于环酯单体开环聚合的无金属引发/催化体系

环酯单体在不同引发/催化体系作用下的开环聚合是制备可生物降解脂肪族聚酯的主要方法.综述了近年来用于环酯单体开环聚合的无金属引发/催化体系,主要涉及水、醇、胺、羧酸等引发剂及质子酸、膦类、氮杂环类化合物等催化剂体系.     

铁化合物催化制备生物可降解聚酯的进展

生物可降解材料由于其绿色环保性,越来越引起人们的关注,催化剂在其制备中具有非常重要的作用。目前工业中常采用锡类催化剂催化环酯单体的开环聚合得到,成本较高,同时锡在聚合物中的残留限制了它们的应用。铁是地球上丰度较高的金属元素,对人体无害以及具有独特的生物活性等特点,现有报道表明铁化合物能在温和条件下高效催化内酯聚合,是未来绿色催化制备聚酯的重要发展方向。本文主要介绍铁化合物催化制备生物可降解聚酯的进展。     

用于环酯单体开环聚合的无金属引发/催化体系

环酯单体在不同引发/催化体系作用下的开环聚合是制备可生物降解脂肪族聚酯的主要方法.综述了近年来用于环酯单体开环聚合的无金属引发/催化体系,主要涉及水、醇、胺、羧酸等引发剂及质子酸、膦类、氮杂环类化合物等催化剂体系.     

用于环酯单体开环聚合的无金属引发/催化体系

环酯单体在不同引发/催化体系作用下的开环聚合是制备可生物降解脂肪族聚酯的主要方法。综述了近年来用于环酯单体开环聚合的无金属引发/催化体系,主要涉及水、醇、胺、羧酸等引发剂及质子酸、膦类、氮杂环类化合物等催化剂体系。     

三亚甲基环碳酸酯及2,2-二甲基三亚甲基环碳酸酯开环均聚合*

生物降解聚合物聚三亚甲基环碳酸酯（PTMC）及聚2,2-二甲基三亚甲基环碳酸酯（PDTC）在药物控释载体及其它生物医学技术领域有着良好的应用前景。与脂肪族聚酯不同,PTMC、PDTC降解时,不会产生有害的酸性化合物。PTMC、PDTC主要由三亚甲基环碳酸酯（TMC）及2,2-二甲基三亚甲基环碳酸酯（DTC）开环均聚合制备。本文总结了催化TMC、DTC开环均聚合的不同催化剂及其聚合机理,综述了近年来国内外在TMC、DTC均聚合催化剂开发上的研究进展,并对生物相容性催化剂如稀土催化剂、Ca、Mg、Zn、Fe催化剂以及酶催化剂催化TMC、DTC开环聚合的优缺点进行了比较。     

丙交酯立体选择性聚合研究进展

聚乳酸是一类以可再生资源为原料的具有生物可降解性和生物相容性的热塑性材料,已被广泛应用于生物医学、制药和环境等领域.聚乳酸通常是由单体丙交酯开环聚合得到.丙交酯单体有三种旋光异构体,分别为左旋,右旋和内消旋.由于聚合物链段的立体构型对材料的热力学和力学性能起着决定性的作用,因此制备对丙交酯不同立体选择性的催化剂是一个重要的研究课题.目前在丙交酯开环聚合反应中具有良好立体选择性的单活性点金属配合物的设计和合成方面已经取得了显著的进展.本文基于本课题组的研究工作,讨论了金属配合物的金属中心种类、配体结构等对丙交酯立体选择性聚合的影响.     

非金属催化剂在催化环氧化物和CO2合成环状碳酸酯中的研究进展

随着科学技术的进步和工业化的发展,大量化石燃料被消耗,大气中二氧化碳浓度急剧增加,导致温室效应加剧,严重威胁到人类的生存和发展。基于可持续发展的思想,利用储量丰富且廉价的二氧化碳作为 C1资源替代有毒的气体(如一氧化碳和光气等)制备具有广泛应用的环状碳酸酯,不仅满足“绿色化学”的要求,而且符合“原子经济性”的原则。迄今为止,大量用于催化二氧化碳和环氧化物环加成反应合成环状碳酸酯的催化剂,包括均相催化剂(如金属卤化物、有机碱、离子液体和金属配合物),多相催化剂(如金属氧化物、负载型催化剂、有机聚合物、金属有机框架材料和碳材料等)被报道。其中金属催化剂占主导地位,大多表现出优异的催化活性。然而,目前可供开采的金属矿越来越少,大多数金属的回收再利用率较低,重金属污染日趋严重。因此,开发新型、廉价、绿色、高效、循环性和稳定性好的非金属催化剂具有重要意义。
　　本文主要介绍了近3年以来用于催化二氧化碳和环氧化物环加成反应合成环状碳酸酯的非金属催化剂,主要包括有机碱、离子液体、固载型催化剂、有机聚合物和碳材料等。概括了不同种类催化剂的设计思想及其催化反应机理,重点阐述了分子内以及分子间各种功能基团的协同作用对环加成反应的影响。通过比较发现,具有“C–N=C”结构的有机碱活性相对较高,氢键给体和亲核物质都能与有机碱协同作用提高其催化活性;传统离子液体的活性一般不理想,氢键给体如羟基和羧基的引入有利于促进环加成反应,且多阳离子和多氢键给体功能化的离子液体表现出更高的催化活性;负载型催化剂中,载体和活性组分之间的协同作用有利于加速环加成反应的进行,多种功能基团负载和以共价键方式多层固载能更好地提高催化剂稳定性和催化活性;利用非烯烃化合物制得的活性组分位于主链的多孔有机聚合物,催化活性和稳定性大多高于活性组分位于侧链的烯烃聚合物;碳材料催化剂中,引入不饱和的 N物种(如伯胺和吡啶氮),有利于 CO2的吸附和活化,能促进环加成反应。此外,利用密度泛函的方法,计算模拟催化反应过程,能更好地揭示反应机理,并为设计和制备高效的催化剂提供理论指导。
　　该领域目前面临的重要挑战是研发可以同时实现二氧化碳捕获和转化的新型、环保和高效非金属催化剂,终极目标是利用多孔催化材料在常温和常压下直接捕获工业废气中的二氧化碳,并利用捕获的二氧化碳实现环状碳酸酯的连续生产。基于协同催化的设计思想,利用多种基团功能化的策略合成高效吸附和活化二氧化碳以及开环活化环氧化物的非金属催化剂,有望实现上述目标。     

非金属催化剂在催化环氧化物和CO_2合成环状碳酸酯中的研究进展（英文）

随着科学技术的进步和工业化的发展,大量化石燃料被消耗,大气中二氧化碳浓度急剧增加,导致温室效应加剧,严重威胁到人类的生存和发展.基于可持续发展的思想,利用储量丰富且廉价的二氧化碳作为C1资源替代有毒的气体(如一氧化碳和光气等)制备具有广泛应用的环状碳酸酯,不仅满足"绿色化学"的要求,而且符合"原子经济性"的原则.迄今为止,大量用于催化二氧化碳和环氧化物环加成反应合成环状碳酸酯的催化剂,包括均相催化剂(如金属卤化物、有机碱、离子液体和金属配合物),多相催化剂(如金属氧化物、负载型催化剂、有机聚合物、金属有机框架材料和碳材料等)被报道.其中金属催化剂占主导地位,大多表现出优异的催化活性.然而,目前可供开采的金属矿越来越少,大多数金属的回收再利用率较低,重金属污染日趋严重.因此,开发新型、廉价、绿色、高效、循环性和稳定性好的非金属催化剂具有重要意义.本文主要介绍了近3年以来用于催化二氧化碳和环氧化物环加成反应合成环状碳酸酯的非金属催化剂,主要包括有机碱、离子液体、固载型催化剂、有机聚合物和碳材料等.概括了不同种类催化剂的设计思想及其催化反应机理,重点阐述了分子内以及分子间各种功能基团的协同作用对环加成反应的影响.通过比较发现,具有"C–N=C"结构的有机碱活性相对较高,氢键给体和亲核物质都能与有机碱协同作用提高其催化活性;传统离子液体的活性一般不理想,氢键给体如羟基和羧基的引入有利于促进环加成反应,且多阳离子和多氢键给体功能化的离子液体表现出更高的催化活性;负载型催化剂中,载体和活性组分之间的协同作用有利于加速环加成反应的进行,多种功能基团负载和以共价键方式多层固载能更好地提高催化剂稳定性和催化活性;利用非烯烃化合物制得的活性组分位于主链的多孔有机聚合物,催化活性和稳定性大多高于活性组分位于侧链的烯烃聚合物;碳材料催化剂中,引入不饱和的N物种(如伯胺和吡啶氮),有利于CO_2的吸附和活化,能促进环加成反应.此外,利用密度泛函的方法,计算模拟催化反应过程,能更好地揭示反应机理,并为设计和制备高效的催化剂提供理论指导.该领域目前面临的重要挑战是研发可以同时实现二氧化碳捕获和转化的新型、环保和高效非金属催化剂,终极目标是利用多孔催化材料在常温和常压下直接捕获工业废气中的二氧化碳,并利用捕获的二氧化碳实现环状碳酸酯的连续生产.基于协同催化的设计思想,利用多种基团功能化的策略合成高效吸附和活化二氧化碳以及开环活化环氧化物的非金属催化剂,有望实现上述目标.     

外消旋丙交酯立体选择聚合研究进展

脂肪酸聚酯聚乳酸具有生物降解性和生物相容性,可用于生物医学、药物和环境材料等领域。本文综述了丙交酯聚合研究的最新进展,突出强调了催化活性高、能够控制聚合物立构规整性的丙交酯开环聚合催化剂。由于选用的催化剂和丙交酯单体的不同,聚乳酸有等规、无规、杂同、间规以及立体嵌段等不同的微观结构,不同微观结构的聚乳酸的力学、物理和降解性能不同。本文重点列举了单活性中心的铝、稀土金属和环境友好型铁、锌、镁以及不含金属的有机催化剂在外消旋丙交酯的立体选择开环聚合方面的最新进展,强调低毒性、生物相容性好的催化剂是目前研究的重点。最后指出,随着环境友好聚乳酸材料的合成和应用的增加,开发单活性中心以及无金属催化剂研究丙交酯立体选择开环聚合是今后研究的一个重要的课题。