基于L-异亮氨酸衍生物的液晶单体及其聚合物的合成与结构表征

通过对L-异亮氨酸化合物进行扩展性研究及分子设计,本论文合成了四种含(2S,3S)-3-甲基-2-氯戊酰氧基的手性液晶单体(M1～M4),然后再以六氯合铂酸为引发剂,将四种单体通过接枝聚合,获得了对应的聚硅氧烷类液晶高分子(P1～P4),采用FT-IR、1 H-NMR与GPC表征了所合成的中间体、手性液晶单体及其聚合物的化学结构与分子量及分布,结果符合分子设计.此外,采用旋光仪测定了手性单体的旋光度,研究表明:它们均为右旋化合物,其比旋光度随化合物刚性的增加而降低,而对于端基相同、液晶核刚性大小接近的单体,其比旋光度比较接近.     

手性乙烯基二联苯单体的合成与螺旋选择性聚合反应

设计、合成了一系列含有手性烷氧基末端的乙烯基二联苯单体,进行了普通自由基、原子转移自由基以及负离子聚合反应.所有单体中,只有手性烷氧基苯基位于乙烯基邻位的聚合物的比旋光度与其单体相比有比较大的区别,且在对应于其侧基的紫外吸收处呈现明显不同于单体的Cotton效应,说明可能形成了某一方向占优的螺旋构象.在所研究范围内,聚合条件和聚合物分子量对聚合物的旋光度没有明显的影响.比较负离子聚合和自由基聚合所获得聚合物的比旋光度发现,负离子聚合有利于增加聚合物螺旋链构象的完整性.切除能形成螺旋链的聚合物侧基上的手性烷氧基,所得到的聚合物虽然不含手性原子但依然表现出光学活性,说明其具有一定的手性记忆效应.     

以苯甘氨酸基为侧链的光学活性甲基丙烯酰胺聚合物的合成及手性识别能力

合成了N-[(R)-α-叔丁氧基羰基苄基]甲基丙烯酰胺((R)-BCBMAM),通过自由基聚合法获得相应的光学活性聚合物(P(R-BCBMAM)),并以三氟乙酸为水解催化剂除去叔丁基而得到(P(R-CBMAM)).用1H-NMR,IR,CD和GPC对聚合物进行了结构表征,发现聚合溶剂和聚合物分子量对所得聚合物P(R-BCBMAM)的光学活性没有明显影响,P(R-BCBMAM)水解后光学活性有较大的改变.与单体相比,聚合物的比旋光度有较大的区别,且在对应于其侧基的紫外吸收处呈现明显不同于单体的Cotton效应,说明聚合物的主链可能形成了一定的二级结构.以P(R-BCBMAM)和P(R-CBMAM)制备的2种涂敷型高效液相色谱用手性固定相,对部分对映体具有一定的手性拆分能力.利用1H-NMR技术研究了上述2种聚合物与1,1'-联-2-萘酚(BINOL)的相互作用,它们对BINOL都具有良好的手性识别能力.     

含薄荷基的手性液晶单体的合成、结构与性能研究

合成了五种新型含薄荷基的手性单体(M1～M5), 它们的结构、纯度及旋光性质通过了1H NMR, FT-IR、元素分析仪及旋光仪等手段的表征, 采用DSC, POM, UV/Vis/NIR等研究了单体的介晶性能、相行为及选择反射性能. 结果表明: 单体的比旋光度值随苯环数目的增加而降低, 通过在薄荷基与液晶核之间引入柔性间隔基元, 实现了含薄荷基单体具有液晶性能的目的. 除M1外, 其余四种单体均呈现手性近晶C (SC*)相和胆甾(Ch)相, 此外M5还出现了蓝相织构. M2～M4只在SC*相区能观察到选择反射现象, 而M5在SC*相区和Ch相区均出现明显的选择反射现象, 且随温度的升高, SC*相区的反射波长发生“红移”, 而Ch相区的反射波长则发生“蓝移”. 随着液晶核刚性的增加, 对应单体的熔点和清亮点增大, 液晶相范围变宽. 液晶核中的酯基桥键与组合方式也对单体的熔点和清亮点具有一定的影响.     

燕尾型手性侧链液晶聚合物的合成与性能

合成了燕尾型液晶单体4-(3,5-二乙酰氧基)苯甲酰氧基-4′-对烯丙氧基苯甲酰氧基联苯(M),手性液晶单体4-烯丙氧基苯甲酰氧基异丙酰氧基胆甾基酯(N),将它们与聚甲基含氢硅氧烷接枝共聚,得到燕尾型手性侧链液晶聚合物PW1~PW6。通过红外、核磁共振、差示扫描量热、偏光显微镜和热重分析等手段对所合成单体及聚合物的结构、液晶相行为及热稳定性进行了研究。结果表明,PW1~PW6为互变胆甾相热致液晶,升降温均呈现彩色Grandjean织构,液晶区间宽泛在102~160℃之间,5%热失重温度达303℃以上,热稳定性良好。     

旋光性聚{(+)-甲基丙烯酸-2,5-二[4′-((S)-2-甲基丁氧基)苯基]苄酯}的合成与表征

设计、合成了一个带有横挂三联苯侧基的手性乙烯基单体——(+)-甲基丙烯酸-2,5-二[4′-((S)-2-甲基丁氧基)苯基]苄酯,进行了普通自由基和原子转移自由基聚合反应.所得聚合物具有比单体低30°左右的比旋光度,且在侧基的紫外吸收处呈现明显不同于单体的Cotton效应,说明其主链可能形成了具有相反旋光方向的螺旋构象.在所研究范围内,聚合条件对聚合物的旋光度没有明显的影响.在分子量较小时,聚合物的比旋光度随着分子量的增加而降低,说明主链螺旋构象的贡献在增大,而当分子量达到一定值后,聚合物的比旋光度不再随分子量的增加而显著变化.     

（＋）-甲基丙烯酸{2,5-双[4′-（（S）-2-甲基丁氧基）苯基]苯基}酯的合成及其螺旋选择性自由基聚合

设计合成了手性单体（＋）-甲基丙烯酸{2,5-双[4′-（（S）-2-甲基丁氧基）苯基]苯基}酯,并进行了自由基溶液聚合.相比于单体,聚合物的比旋光度有显著的同向增长,且在其圆二色光谱上对应于三联苯侧基以及酯基的吸收区域呈现明显的Cotton效应,说明其主链可能采取某一旋向占优的螺旋构象.研究了聚合条件对聚合物旋光性质的影响.结果表明,采用极性大的芳香族溶剂或增加单体浓度有利于获得旋光度大的聚合物;随聚合温度增加,聚合物旋光度先增加后减小,在80℃时聚合达到最大值.该聚合物比甲基丙烯酸三芳基甲基酯类光学活性螺旋链聚合物具有更好的化学结构稳定性和立体结构稳定性.     

乙烯基二联苯单体的螺旋选择性自由基聚合

为了深入理解乙烯基二联苯单体自由基聚合过程中的手性传递,进行了手性单体(+)-2-[(S)-异丁氧羰基-5-(4′-己氧基苯基)苯乙烯、非手性单体2-丁氧羰基-5-(4′-己氧基苯基)苯乙烯的均聚反应及它们二者的共聚反应,探讨了聚合温度和溶剂性质对手性单体均聚物旋光活性、手性单体含量对共聚物旋光活性以及聚合反应溶剂的超分子手性对共聚物旋光活性的影响.研究发现,降低聚合温度、采用液晶性反应介质有利于得到旋光度大的聚合物;少量手性单体的引入即可诱导共聚物形成某一方向占优的螺旋构象,比旋光度随手性单体的含量增加呈线性增长;在胆甾相液晶中制备的非手性单体聚合物不具有光学活性.这些结果表明,该类乙烯基二联苯聚合物具有动态螺旋构象,其光学活性主要依赖于主链的立构规整度和侧基不对称原子的手性.     

几种手性原子转移自由基聚合引发剂的合成及其在螺旋选择性聚合中的应用

合成了(S)-2,2'-二(溴甲基)-1,1'-联萘, (S)-2'-甲基-2-溴甲基-1,1'-联萘, α-溴代苯乙酸薄荷酯, N-薄荷基-α-溴代苯乙酰胺和α-溴代苯乙酸胆甾烷醇酯5种旋光的溴代烷并将其用作非手性单体甲基丙烯酸-1-苯基二苯并环庚醇酯 (PDBSMA)的原子转移自由基聚合(ATRP)的手性引发剂. 为了使这些手性引发剂在引发一步生成的初级自由基不发生消旋化, 引发剂中的手性中心都不直接与溴原子相连. 用这5种手性溴代烷做引发剂引发PDBSMA的ATRP所得聚合物可分成四氢呋喃(THF)可溶部分和THF不溶部分. THF可溶部分具有较大的比旋光度. 对THF可溶部分的手性光学性质研究以及比较该部分聚合物和在同样引发条件下得到的甲基丙烯酸甲酯聚合物的比旋光度, 我们得出聚合物大的比旋光度是由聚合物单手性螺旋过量引起的结论, 即合成的手性引发剂对PDBSMA的ATRP均有一定的螺旋选择性, 其中(S)-2,2'-二(溴甲基)-1,1'-联萘、(S)-2'-甲基-2-溴甲基-1,1'-联萘螺旋选择性最好. 引发剂的螺旋诱导能力跟聚合反应的温度有很大关系, 聚合温度上限为70 ℃, 在0～70 ℃之间, 随着温度的升高引发剂的螺旋选择性逐渐增强.     

膦手性丙炔胺脯氨酸磷酸酯螺旋聚合物的合成与表征

通过添加对映体拆分剂,合成了4种含膦手性的丙炔胺磷酸酯单体[HC帒CC H2NH(PO)R1R2].单体1,R1=OPh,R2=NC4H7COOCH3;单体2,R1=OPh,R2=NC4H7COOCH2CH3;单体3,R1=OPh,R2=NC4H7-COOC(CH3)3;单体4,R1=Ph,R2=NC4H7COOC(CH3)3].1H-NMR和31P-NMR表征可知对映体(单体1)不能被拆分剂拆分,而单体2、单体3、单体4通过拆分剂可以制得单一手性的磷化合物.以(nbd)Rh+[η6-C6H5B--(C6H5)3]为催化剂,以三氯甲烷为溶剂成功得到聚合物分子量范围在0.4×10-4～0.7×10-4,分子量分布在1.26～1.98范围的3种含手性膦侧基的丙炔胺类聚合物.比旋光度([α]D)、圆二色谱(CD)对聚合物的不同侧基及温度对光学活性的影响表明,聚合物具有良好的光学活性且能够形成单一方向的螺旋构象,说明膦手性在构建螺旋聚合物具有重要作用.     

含有联苯和肉桂酸酯基团的侧链液晶共聚物的合成与表征

合成了两种含有联苯刚性基元的甲基丙烯酸酯单体M1和M2,其中M1为含有可光交联的肉桂酸酯端基的单体.通过溶液自由基聚合,得到一系列含不同比例M1和M2单体单元的聚丙烯酸酯类侧链液晶共聚物.采用1H-NMR、FT-IR等方法对单体和聚合物的结构进行了详细表征.用示差扫描量热法、偏光显微镜以及广角和小角X-射线衍射对单体和聚合物的液晶性进行了研究.结果表明,末端为肉桂酸酯基团的单体M1无液晶性,其均聚物P1有微弱的液晶性,而端基为正丁基的单体M2及其均聚物P9则表现出近晶相液晶行为.共聚物P2~P5均为向列型液晶,P6~P9则为近晶型液晶.随在聚合物中M2单体含量的增加,共聚物的玻璃化转变温度、熔点及清亮点温度均呈现增加趋势.     

RAFT聚合合成一种即含甲酰基又含手性β-蒎烯单元聚合物

设计并合成了一种新型含甲酰基同时又含β-蒎烯单元的新单体2-β-蒎氧基-5-乙烯基苯甲醛(POVB),选择苯基双硫代乙酸1-苯基乙酯(PEPDA)为RAFT试剂、以AIBN为引发剂、在60℃下THF中实现了POVB的"活性"/可控RAFT自由基聚合.单体浓度半对数ln([M]0/[M])与聚合时间符合线性关系,聚合过程呈现一级动力学特征;聚合物分子量(Mn)随单体转化率几乎线性增加,而且整个反应过程中分子量分布(Mw/Mn1.2)保持在较窄的范围.1H-NMR的分析进一步证实了聚合物链的末端精细结构.此外,CD谱结果表明手性单元β-蒎烯基能赋予聚合物以光学活性.     

单体结构和聚合条件对大体积乙烯基聚合物旋光性质的影响

合成了3种手性大体积烯类单体——(+)-4,4″-二[(S)-2-甲基丁氧基]-2′-乙烯基对三联苯(p-BMVT)、(+)-3,3″-二[(S)-2-甲基丁氧基]-2′-乙烯基对三联苯(m-BMVT)和(+)-2,2″-二[(S)-2-甲基丁氧基]-2′-乙烯基对三联苯(o-BMVT),其中后两个为新化合物.系统研究了单体结构对其聚合反应活性以及单体结构和反应条件对所得聚合物旋光性质的影响.p-和m-BMVT在合适的条件下可以顺利地进行自由基聚合,形成某一旋向占优的手性二级结构;手性取代基在单体分子上移动一个共价键的距离导致聚合物的旋光方向相反.单体o-BMVT的合成产率低且不能进行自由基聚合.提高芳烃类或者降低非芳烃类聚合溶剂的极性、升高反应温度、减少单体浓度有利于得到旋光度大的聚合物.     

紫外光聚合法制备L-DBTA手性分子印迹聚合物的研究Ⅰ.紫外光聚合制备条件

以丙烯酸为功能单体,二苯甲酰-L-酒石酸(L-DBTA)为模板分子,三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)为交联剂,采用光聚合方法合成了L-DBTA手性分子印迹聚合物,讨论了功能单体种类、功能单体用量、交联剂用量、引发剂用量、三乙胺用量、光聚合温度、光聚合时间、光强度等对L-DBTA手性分子印迹聚合物合成的影响。通过L-DBTA手性分子印迹聚合物对底物的结合实验分析,表明手性分子印迹聚合物对L-DBTA具有很好的识别性,L-DBTA的选择性比二苯甲酰-D-酒石酸(D-DBTA)高,其分离因子可达5．41。     

一种新型手性功能单体的合成

以手性芳胺为母体,丙烯酰氯为酰化试剂,合成了新型手性功能单体(1)。用1合成了一系列手性分子印迹聚合物。1的结构经1H NMR,IR,MS及元素分析确证。     

具有温敏特性的光学活性嵌段聚合物Click合成与表征

以末端含有炔基的2-十二烷基三硫代碳酸酯-2-甲基-丙酸丙炔醇酯(DMPE)为链转移剂(CTA),2,2′偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中,利用可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合反应制备了分子链末端带炔基的均聚物聚(N-丙烯酰基-L-缬氨酰甲胺)(PAVMA—C帒CH),然后与叠氮基封端的聚乙二醇单甲醚(MPEG-N3)进行"click"偶合反应,制备具有温敏特性的光学活性嵌段聚合物MPEG-b-PAVMA.利用1H-NMR和体积排阻色谱(SEC)等表征了所合成的均聚物和共聚物的结构和分子量分布.1H-NMR结果表明所合成的嵌段共聚物中MPEG和PAVMA链段的重复单元数分别为115和55.利用紫外分光光度计测试了均聚物及嵌段聚合物的温敏特性,结果表明均聚物和共聚物在水中的低临界溶解温度(LCST)分别为6.5℃和19.5℃.比旋光度测试结果表明,均聚物和共聚物具有旋光性,同时相比于单体,其旋光能力有所降低.圆二色谱法(CD)的测试结果显示,均聚物和嵌段共聚物在220nm和197nm附近分别有一个较弱的正Cotton效应峰和一个较强的负Cotton效应峰,并且在水溶液中主要以无规的二级构象结构存在。     

侧基对N-炔丙基酰胺螺旋共聚物光学活性的影响

设计并合成了5个系列的带有不同侧基的手性-非手性N-炔丙基酰胺共聚物,以铑有机配合物为催化剂对单体实施聚合反应得到高产率(>95%)的共聚物,聚合物具有高立构规整性(cis-含量高于94%).利用圆二色(CD)及紫外-可见吸收(UV-Vis)光谱技术对共聚物的二级结构及光学活性进行了表征,当非手性单体的酰胺侧基体积适中时,共聚物具有较高的光学活性,部分共聚物的光学活性甚至高于纯手性聚合物.表明通过选择合适的手性-非手性共聚单体及单体配比,可获得具有高光学活性的螺旋聚合物.     

环己二胺类手性席夫碱配体的合成与表征

以(R,R)-1,2-环己二胺为手性源,同水杨醛及带有叔丁基,溴或硝基的取代水杨醛反应合成了5个手性席夫碱配体。其结构经^1H NMR,^13C NMR,IR和MS表征,并测定了其熔点和比旋光度。     

双噁唑啉接枝的氨基酸聚合物作为手性催化中心在不对称Henry反应中的应用

通过控制聚合单体L-谷氨酸-γ-乙酯和DL-半胱氨酸以及聚合过程中引发剂与单体的比例,制备了一系列溶解性能不同的氨基酸聚合物.利用其作为负载手性配体的载体,通过双噁唑啉配体上的双键和聚合物上巯基的加成反应,合成了一系列双噁唑啉接枝氨基酸聚合物.将合成的聚合物作为可回收的手性催化剂用于催化不对称Henry反应,反应选择性(e. e.值)在50%～90%之间,产率在67%～95%之间.该催化剂可以循环使用至少7次而不需要经过重新活化.     

苯丙氨酸衍生物分子印迹聚合物的制备及手性拆分研究

以分子印迹技术合成分子印迹聚合物，作为手性色谱柱的固定相来拆分苯丙氨酸衍生物的对映异构体。采用了新型的交联剂及光引发剂。模板分子和可聚合的功能单体形成配合物是分子印迹聚合物必不可少的条件。模板分子与功能单体的比例为1:4时，获得了良好的分离效果，分离因子α为1.69。光聚合方式合成的分子印迹聚合物比热聚合方式合成的拆分能力要高。且聚合的温度越低，聚合物分离效果越好。