稀土三元催化剂催化二氧化碳/环氧丙烷/环氧环己烷的三元共聚合研究

在稀土三元催化剂(三氯乙酸稀土配合物/二乙基锌/甘油)催化下实现了二氧化碳、环氧丙烷及环氧环己烷的三元共聚合.该催化剂对二氧化碳与环氧环己烷共聚的催化活性比对二氧化碳与环氧丙烷共聚的高.增加反应单体中环氧环己烷的比例可提高共聚物中环己撑碳酸酯的含量,大幅度改善共聚物的耐热性.     

二氧化碳同环氧丙烷交替共聚用催化剂的研究

探讨了有机金属催化剂的组成及其对二氧化碳同环氧丙烷交替共聚产物结构的影响,发现二乙基锌—助剂体系的催化活性按如次顺序递降:二乙基锌—连苯三酚>二乙基锌—间苯二酚>二乙基锌—对苯二胺>二乙基锌—亚乙基脲。若用三异丁基铝代替二乙基锌同连苯三酚构成催化剂,则失去对二氧化碳同环氧丙烷交替共聚反应的活性同时,著者发现二乙基锌—二元芳胺催化体系与二乙基锌—二元酚催化体系的催化活性规律完全不同。     

铝卟啉配合物催化二氧化碳与环氧丙烷共聚反应

铝卟啉是一类土壤环境友好的金属卟啉,尽管早在1978年Inoue就已经发现它可以催化CO₂和环氧丙烷的共聚反应,但是该催化体系一直面临催化活性低、聚合物相对分子质量低等难题。 本文通过改变铝卟啉催化剂配体中苯环上取代基的种类和位置,制备出中心金属电子环境差异化的铝卟啉,并以双三苯基膦氯化铵(PPNCl)为助催化剂,探讨其对CO₂与环氧丙烷的共聚反应的催化行为。 结果表明,当铝卟啉中苯环上2,4位同时被Cl^-取代后,在90 ℃和3 MPa压力下,转化频率(TOF)达到2672 h^-1。 当利用离去能力较强的对甲苯磺酸基团(OTs^-)作为铝卟啉的轴向配体,可以合成出数均相对分子质量达1.84×10⁵的脂肪族聚碳酸酯。     

二氧化碳与环氧化合物共聚催化剂研究进展

二氧化碳是一种廉价、低毒、资源丰富的可用于有机合成的理想原料。由二氧化碳和环氧化合物共聚合成的脂肪族聚碳酸酯具有生物可降解性。自1969年井上祥平等发现二氧化碳和环氧化合物通过共聚反应合成脂肪族聚碳酸酯以来,利用二氧化碳制备高分子材料一直备受人们注目。该过程的关键是寻找具有高选择性的高效催化剂,三十余年来通过各国科学家的不懈努力已取得了不少成果,本文对其研究的最新进展进行了综述。     

SalenAl(OiPr)催化CO2与氧化环己烯共聚及影响因素研究

以SalenAl(OiPr)为催化剂,分别加入各种路易斯碱作为共催化剂催化二氧化碳与氧化环己烯共聚,发现共聚催化效率与共催化剂的供电子能力有关.分别研究催化剂浓度、共催化剂的用量、反应时间、反应温度、CO2压力等各种因素对该共聚反应的影响,发现SalenAl(OiPr)浓度为2 g/L时,以等摩尔量的二甲氨基吡啶(DMAP)作为共催化剂,在4 MPa的CO2和80℃下反应32 h,可得到碳酸酯键含量>99%的共聚产物,其催化效率高达495 g/g,13C-NMR检测表明共聚物为无规立构聚合物,GPC测得分子量Mn为55900,分子量分布比较窄(PDI=1.32).DSC得到共聚物的玻璃化转变温度为136℃,热重分析(TGA)可以看出共聚物在350℃可完全分解,具有优良的热分解性.     

二氧化碳和丙烯直接合成甲基丙烯酸NiPMo12催化剂的研究

用硝酸镍对磷钼酸(MPA)进行改性制得NiPMo12催化剂.采用ICP,XRD,Tg-DTA,EXAFS,IR,TPD-MS和微反技术研究了催化剂的化学组成、分子结构、化学吸附性质和催化反应性能.350℃下NiPMo12催化剂仍保持原有的Keggin结构.CO2在Lewis酸位Ni(Ⅱ)和Lewis碱位Ni—O—Mo的桥氧协同作用下可生成CO2桥式吸附态Ni(Ⅱ)←O—(CO)—(O-—Ni).丙烯在催化剂上存在多种吸附态.在氢转移和碳插入作用下得到了反应产物MAA.在290℃和1MPa的反应条件下,丙烯的摩尔转化率为2.6%,产物MAA选择性为96%.     

二氧化碳与环氧化物共聚催化剂

综述了二氧化碳与环氧化物共聚催化剂方面的研究进展，重点介绍了90年代后期出现的新型高效率的高位阻型催化剂。     

Cu/WO3-TiO2光催化剂上丙烯和二氧化碳合成MAA反应性能

研究了Cu/WO₃-TiO₂对CO₂和C₃H₆的吸附特性和光催化性能.结果表明,在Cu/WO₃-TiO₂催化剂表面存在金属位Cu,Lewis酸位W⁶⁺和Ti⁴⁺以及Lewis碱位W-O-Ti的桥氧和WO的端氧三类活性中心;在金属位Cu和Lewis酸位Ti⁴⁺(或W⁶⁺)的协同作用下,CO₂形成活性较高的卧式吸附态Cu-(CO)-O→Ti⁴⁺(或W⁶⁺),C₃H₆的β-H和β-C分别吸附在Lewis碱位WO与金属位Cu上,形成Cu-(CH₂)C(CH₃)-H→OW吸附态;Cu/WO₃-TiO₂催化剂吸收阈值蓝移和光吸收量的提高均有利于其催化活性的提高,担载质量分数为10%的WO₃光催化剂的催化活性优于其它含量的催化剂,光量子效率最高(19.7%);在383K,0.1MPa,空速200h^-1和125W紫外灯辐照下,C₃H₆转化率为7.4%,甲基丙烯酸(MAA)的选择性超过95%.根据实验结果提出了光促表面催化合成反应的机理.     

双金属氰化物/稀土配合物催化二氧化碳和环氧丙烷的共聚合

使用双金属氰化物/稀土配合物复合催化剂催化二氧化碳和环氧丙烷共聚合,其催化效率比双金属氰化物催化剂有显著提高,得到了数均相对分子质量大于1.0×105的聚合物。研究了复合催化剂的组成(如稀土的种类、稀土与锌的比例(Ln/Zn)、稀土配合物中酸根离子的酸性等)对共聚反应的影响,同时研究了反应体系的压力及反应时间对催化活性的影响。采用Y(CCl3COO)3稀土金属配合物有利于共聚反应的进行。当n(Y)/n(Zn)=6、聚合4 h后,其催化活性比单纯的双金属氰化物提高了31.5%,聚合物的相对分子质量则没有太大变化,而副产物碳酸丙烯酯的质量分数低于2%,而在该温度下单独采用稀土三元催化剂时副产物碳酸丙烯酯的生成量通常在10%以上。聚合物中碳酸酯含量低于双金属氰化物的催化产物,说明稀土配合物只是起到活化金属与环氧丙烷配位的作用,没有提高共聚物的碳酸酯含量,整个共聚合反应依然遵循双金属氰化物催化的共聚反应机理。     

Temperature‐responsive Catalyst for the Coupling Reaction of Carbon Dioxide and Propylene Oxide

The selective synthesis of polypropylene carbonate (PPC) and cyclic propylene carbonate (CPC) from coupling reaction of CO₂ and propylene oxide (PO) is a long term pursuing target. Here we report that a temperature controllable porphyrin aluminum catalyst using 5,10,15,20‐tetra(1,2,3,4,5,6, 7,8‐octahydro‐1,4:5,8‐dimethanoanthracen‐9‐yl)porphyrin as ligand, once in conjunction with suitable onium salt, achieved single cycloaddition or copolymerization reaction. Only cycloaddition reaction happened at temperature above 75 °C to produce 100% CPC, whereas copolymerization became dominant to afford PPC with selectivity over 99% at 25 °C, and the obtained PPC showed over 99% carbonate linkage and 92% head‐to‐tail structure. Based on systematic analysis of the electronic and steric feature in the porphyrin ligand, it was found that the electronic feature of the substituent in porphyrin ligand was decisive for PPC selectivity, porphyrin ligand bearing strong electron‐donating substituents displayed a significantly reduced tolerance towards increased temperature with respect to PPC formation. Therefore, temperature‐responsive catalyst could be designed by suitable modification in porphyrin ligand, and such accurate synthesis of target product by one catalyst may create a useful and facile platform for selective PPC or CPC production.     

Copolymerization of Carbon Dioxide and Propylene Oxide by Binary Cobalt Salen Complexes with Various Anion Groups

A series of salen–Co (III )(X) complexes tethering quaternary ammonium salts are designed to investigate the influence of the axial group X in the complex and the anion Y of quaternary ammonium salt on the copolymerization of CO₂ and PO . By copolymerization, the complex 9 , where X and Y are both 2,4‐dinitrophenolate, has the highest catalytic efficiency. When X is OAc and Y is BF₄ ⁻/NO₃ ⁻, the complexes 11/12 have lower catalytic efficiency. For the complex 10 , where X and Y are both OAc , the catalytic efficiency is the lowest. At the same time, complex 9 can produce the copolymer with the highest carbonate fraction and M _n. And the best copolymerization conditions were as follows: reaction temperature 30°C, copolymerization time 24 h, and CO₂ pressure 2 MPa with complex 9 . The thermal properties of the copolymers are also studied by differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetry (TG) .     

二氧化碳和丙烯直接合成甲基丙烯酸NiPW12O40催化剂的研究

用硝酸镍对磷钨酸(TPA)进行改性制得NiPW12O40催化剂．采用ICP、XRD、TG—DTA、IR、TPD-MS和微反技术研究了催化剂的化学组成、分子结构、化学吸附性质和催化反应性能．在350℃下，NiPW12O40催化剂仍保持原有的Keggin结构，其表面存在两种活性基元．CO2在Lewis酸位Ni(Ⅱ)和Lewis碱位Ni—O—W的桥氧协同作用下可生成CO2桥式吸附态Ni(I)←O-(CO)-(O—Ni)．丙烯以中间碳上的氢和甲基上的氢分别在两种活性基元吸附．在氢转移和碳插入作用下得到了相应的反应产物即甲基丙烯酸(MAA)和3-丁烯酸(β-butenic acid)．在290℃，1MPa的反应条件下，丙烯的摩尔转化率2．7％，MAA选择性96％。     

Catalytic Formation of Propylene Carbonate from Supercritical Carbon Dioxide/Propylene Oxide Mixture

TheuseofsupercriticalcarbondioxideasasubstitUtesolventforchemicalsynthesisisaveryattractiveareainviewofresourceutiIizationandenvironmentalproblems"'.SinceCO2,whichhasaneasilyaccessibIecriticalpointwithaTcof3l.l'CandaPcof7.3MPa,isnontoxic,nonflammableandinexpensive,itcanreplacehazardousorganicsolventandtherebyprovideavaluablepollutionpreventiontool.Assimilartoothersupercriticalfluids,SC-CO,hasgaslikediffusitivityandliquidIikedensity,andchangingpressureandtemperaturecanvaryitsphysicalpro…     

二氧化碳-氧化环己烯的共聚反应

由CO2 -氧化环己烯 (CHO)配位催化共聚制得高Tg 的脂肪族聚环己基撑碳酸酯 ,并用IR、NMR和DSC等进行了表征 ,用TG对聚合物的热稳定性进行了分析。加入异氰酸苯酯有提高产物特性粘数的作用。     

Correlating Metal Redox Potentials to Co(III)K(I) Catalyst Performances in Carbon Dioxide and Propene Oxide Ring Opening Copolymerization

Carbon dioxide copolymerization is a front-runner CO₂ utilization strategy but its viability depends on improving the catalysis. So far, catalyst structure-performance correlations have not been straightforward, limiting the ability to predict how to improve both catalytic activity and selectivity. Here, a simple measure of a catalyst ground-state parameter, metal reduction potential, directly correlates with both polymerization activity and selectivity. It is applied to compare performances of 6 new heterodinuclear Co(III)K(I) catalysts for propene oxide (PO)/CO₂ ring opening copolymerization (ROCOP) producing poly(propene carbonate) (PPC). The best catalyst shows an excellent turnover frequency of 389 h⁻¹ and high PPC selectivity of >99 % (50 °C, 20 bar, 0.025 mol% catalyst). As demonstration of its utility, neither DFT calculations nor ligand Hammett parameter analyses are viable predictors. It is proposed that the cobalt redox potential informs upon the active site electron density with a more electron rich cobalt centre showing better performances. The method may be widely applicable and is recommended to guide future catalyst discovery for other (co)polymerizations and carbon dioxide utilizations.     

Fe—Al配位催化环氧丙烷均聚

用于环氧丙烷开环聚合的催化剂为有机金属化合物和稀土络合物等,在对于铁系催化剂催化丁二烯聚合、马来酸酐与苯乙烯共聚和邻苯二甲酸酐与环氧丙烷共聚的研究基础上,我们首次将这一类催化剂用于环氧化物的开环均聚上,发现Fe(acac)3-Al(i-Bu）3催化剂具有良好的催化活性,并进行了产物结构和反应动力学的研究,结构分析表明Fe(acac)3-Al(i-Bu）3催化剂体系具有良好的立体定向性。     

二氧化碳/环氧丙烷/马来酸酐三元共聚物对PPC/PHB共混物力学性能的影响

采用稀土三元催化剂制备了二氧化碳-环氧丙烷-马来酸酐三元共聚物(PPCMA).用红外和核磁谱图确定了PPCMA的结构及马来酸酐单元的含量,3 wt％马来酸酐投料量的PPCMA(共聚物中马来酸酐单元含量4.1％)的玻璃化转变温度(Tg)和起始热分解温度(Td-5％)分别为13.4℃和217℃,拉伸强度为2.88 MPa,断裂伸长率为1669％,与二氧化碳-环氧丙烷共聚物(PPC)相比,引入少量马来酸酐的PPCMA有望成为一种韧性材料,并可对PPC和聚3-羟基丁酸酯(PHB)共混体系进行改性.当在PPC/PHB共混体系中添加10 wt％的PPCMA时,所得共混材料的拉伸强度为18.2 MPa,断裂伸长率则提高到85％,较没有添加PPCMA的样品提高了4.25倍,因此PPCMA的加入能有效提高PPC/PHB共混体系的韧性,改善PPC/PHB共混体系的力学性能.偏光显微镜的研究表明PPC/PHB共混体系加入PPCMA后,很快形成大量尺寸小的PHB球晶,且结晶速度大幅度提高,因此PPCMA在一定意义上可视为一种特殊的“成核剂”.     

稀土三元催化剂下正辛酸缩水甘油酯-二氧化碳-环氧丙烷的三元共聚合

研究了稀土三元催化剂(三氯乙酸稀土配合物/二乙基锌/甘油)催化下的正辛酸缩水甘油酯、CO2和环氧丙烷三元共聚合. 红外光谱、核磁共振和DSC结果表明,所获得的聚合物是一种新型的三元共聚物. 随着反应单体中正辛酸缩水甘油酯比例的增加,所得聚合物在20 ℃下的断裂伸长率由二氧化碳-环氧丙烷共聚物的31.0%增大至二氧化碳-正辛酸缩水甘油酯共聚物的983.9%,相应的玻璃化转变温度由39.6 ℃降低至-12.3 ℃. 所得三元共聚物中长碳链侧基单元含量为5.6%时,其断裂伸长率就已经达到481.1%,而拉伸强度仍然维持在24.9 MPa的较高水平.     

二氧化碳-氧化苯乙烯的共聚反应

由ＣＯ２－氧化苯乙烯（ＳｔＯ）配位催化共聚制得脂肪族聚碳酸苯亚乙酯,并用 ＩＲ、１ＨＮＭＲ和 ＤＳＣ等进行表征,用 ＴＧ对聚合物的热稳定性进行了分析。