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。     

Lewis酸碱对催化的可再生环状缩醛酯单体的开环聚合研究

从生物质原料3,4-二氢吡喃出发，合成了可再生环状缩醛酯单体(H-AE)，从结构上看，该单体在γ-丁内酯中引入了缩醛单元，在开环聚合过程中，通过释放甲醛分子有希望在温和条件下得到聚(γ-丁内酯).选用合适的Lewis酸碱对催化剂，基本抑制了聚合过程中的链回咬副反应，实现了单体的可控聚合.详细研究了催化剂的酸/碱性强度及其位阻大小对于合成的聚合物的组成和比例的影响，通过设计和优化催化剂的结构，实现了聚合物中聚丁内酯单元和聚缩醛酯单元比例的调控.对所得聚合物进行了1H-NMR、13C-NMR及扩散排序核磁共振(DOSY)表征，结合聚合过程的核磁与SEC监测，证实所得聚合物为丁内酯与缩醛酯的无规共聚物.根据实验数据和表征结果，推测聚合遵循Lewis酸碱对调控的阴离子开环聚合机理，酸碱催化剂共同稳定活性链末端，实现了亲核进攻和甲醛的脱除.     

硅宾/有机铝的Lewis酸碱对体系及其丙烯酸酯聚合的引发性能

研究了硅宾/有机铝组成的Lewis酸碱对(LP)体系引发丙烯酸酯类单体聚合的性能,合成了4种硅宾:L(Ph₂P)Si(Si-1, L=Ph C(N^tBu)₂)、L[4-MeC₆H₄(Ph₂P)N]Si (Si-2)、L[2,6-ⁱPr₂C₆H₃(1,5-C₈H₁₄B)N]Si (Si-3)、L(LSi)Si (Si-4)和6种有机铝:Al(C₆F₅)₃、AlMe(BHT)₂、AlⁱBu(BHT)₂、AlⁱBu₂(BHT)、AlⁱBu(BHT*)₂、AlⁱBu₂(BHT...     

基于氮杂环烯烃的Lewis酸碱对催化二氢香豆素基聚酯合成的机理研究

通过选用氮杂环烯烃(NHO)和三乙基硼(TEB)作为二元协同催化剂,实现了3,4-二氢香豆素(DHC)与环氧化合物在Lewis酸碱对聚合体系作用下的交替共聚.对比研究了酸碱催化剂的取代基变化对于催化活性、交替共聚的化学选择性、环氧开环的区域选择性的影响;另外,通过活性物种结构表征、MALDI-TOF MS端基分析以及核磁反应等,深入研究了NHO的环外双键不同甲基取代情况对于聚合机理的影响,从而筛选获得具有独特的非对称双头引发能力的NHO2-DHC/TEB体系,且证明了该体系同时可以实现分子内酯交换反应的完全抑制,避免了环状聚酯副产物的产生,从而实现双头引发获得DHC基线形聚酯材料可控合成,为聚酯基三嵌段聚合物、热塑性弹性体等高效合成提供基础.     

稀土金属催化极性乙烯基单体聚合的研究进展

极性乙烯基单体所形成的聚合物侧链上带有极性基团,可以提高聚合物的黏性、表面性能、韧性以及与其他聚合物的相容性等。金属介导的极性乙烯基单体的聚合是合成极性乙烯基聚合物最直接、原子效率最高的方法之一。近年来,一系列结构明确的稀土金属催化剂被开发应用于该领域,取到了许多具有重要意义的研究成果。本文综述了近10年来稀土金属催化极性乙烯基单体聚合的研究进展,按聚合模式分为传统单位点聚合和路易斯酸碱对聚合两类。     

碘代化合物存在下的可逆-失活自由基聚合研究进展

碘代化合物存在下的可逆-失活自由基聚合(reversible deactivation radical polymerization,RDRP)具有反应条件温和、体系组成简单、单体适用范围较广的优点。本文主要概述了近年来碘代化合物存在下的可逆-失活自由基聚合,主要包括退化链转移自由基聚合(degenerative chain transfer radical polymerization,DTRP)、反向碘转移聚合(reverse iodine transfer polymerization,RITP)、可逆链转移催化聚合(reversible chain transfer catalyzed polymerization,RTCP)和可逆络合聚合(reversible complexation mediated polymerization,RCMP)。概述了各种聚合方法的基本原理、适用的单体、化合物结构与活性的关系以及一些重要的副反应等。此外,还对利用各种聚合方法进行的大分子设计合成和非均相聚合研究工作做了简要的介绍。     

基于平面有机硼烷的超分子聚合物

超分子聚合物,即单体通过非共价键作用连接而成的链状聚集体,具有独特的物化性质和功能.经过30年的发展,超分子聚合物领域已取得了一系列重大创新成果.目前,超分子聚合物领域亟需探索的问题主要在超分子聚合驱动力、超分子构筑基元、可控超分子聚合、超分子聚合物功能等方面.近期,荷兰埃因霍温理工大学的Meijer课题组和日本名古屋...     

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.     

开环聚合诱导自组装的挑战与展望

聚合诱导自组装（PISA）是一种新兴的纳米粒子制备技术,它集聚合与组装过程于一体,可在高固含量条件下进行,因此备受青睐.此外,通过改变嵌段聚合度以及固含量等参数,可以精确地控制纳米粒子的形貌,实现从球形胶束到空心囊泡的形貌转变.然而,受限于适用于PISA体系的聚合方法和单体种类,其发展也受到了一定的限制.目前,PISA主要基于可逆加成-断裂链转移聚合（RAFT）,其在聚合诱导自组装机理、形貌控制、结构表征等方面的研究成果,对于高分子化学其他领域具有重要的参考价值.然而,由于RAFT聚合诱导自组装（RAFT-PISA）体系中适用的单体往往局限于（甲基）丙烯酸酯类和苯乙烯类,导致RAFT-PISA制备的纳米粒子限于其碳-碳主链的基本结构难以生物降解,因此生物医用前景并不乐观.为了克服以上缺陷,开环聚合诱导自组装（ROPISA）应运而生,主要包括开环易位聚合诱导自组装（ROMPISA）、氨基酸-N-羧基-环内酸酐开环聚合诱导自组装（NCA-PISA）及自由基开环聚合诱导自组装（rROPISA）.由于ROMPISA体系对诸多功能性基团表现出化学惰性,从而为多功能纳米粒子的原位制备提供了新的方法;而rROPISA和NCA-PISA则使得生物可降解纳米粒子的原位制备成为可能.作为PISA领域崭新的研究方向,ROPISA不仅将新聚合方法引入了PISA体系,而且突破了以往PISA难以制备可降解纳米粒子的瓶颈,为PISA技术在生物医药领域的应用架起了桥梁.作者简要总结了ROPISA的发展现状,着重分析并提出了该领域面临的挑战,最后从机理研究、单体设计及转化应用等方面对ROPISA的发展前景进行了展望.     

空间受阻型Lewis酸碱对在小分子活化中的应用

作为一种新型的非金属有机催化剂,空间受阻型路易斯酸碱对由于具有的独特化学反应性,近年来在有机小分子活化和催化加氢领域的研究非常活跃。本文总结了近年来国外发表的有关空间受阻型路易斯酸碱对的研究报道,从其结构特征、有机小分子的活化、H₂活化机理的探讨及在催化领域应用的研究成果4个方面进行了详细的归纳整理。空间受阻型路易斯酸碱对对有机小分子的活化作用来源于其“分子间静电相互作用力”。这个在有机化学中早已熟知的概念却在2006年才被发现可活化有机小分子,并在之后受到广泛的关注。空间受阻型路易斯酸碱对化学的发展也扩展了有机化学反应研究的范畴,继续深入研究这种“分子间静电相互作用力”在其他未知领域的应用必将带来更大的发现。然而目前国内从事相关领域研究的报道很少,因此希望本文能够引起国内更多科研工作者对这个新兴领域产生研究兴趣。     

高热稳定Lewis酸碱对催化L-丙交酯均聚及与乙交酯共聚的本体开环聚合研究

聚丙交酯(PLA)和乙交酯-丙交酯共聚酯(PLGA)是性能优异的可降解聚酯材料,发展绿色、环境友好的催化剂实现丙交酯和乙交酯的本体熔融聚合具有重要的科学意义和实际应用价值.本文研究了ZnCl₂、MgCl₂和FeCl₃与3种有机碱构成的Lewis酸碱对在丙交酯(LA)本体熔融聚合的催化作用.研究了包括Lewis酸碱对类型、比例和反应时间对LA开环聚合反应的影响.这3类Lewis酸碱对在180℃高温下表现出较好的热稳定性和催化活性.其中FeCl₃/DBU催化体系能够同时实现高单体转化率和分子量.同时,FeCl₃/DBU能够有效催化LA和GA的随机共聚,通过调控LA和GA的单体投料比可以制备不同摩尔组成的PLGA共聚酯.     

有机催化剂存在下原位生成烷基碘化物的甲基丙烯酸甲酯的可逆-休眠自由基聚合

以四丁基溴化铵(BNBr)或四丁基碘化铵(BNI)作为有机催化剂,碘(I_2)与偶氮二异丁腈(AIBN)原位生成烷基碘化物为引发剂在本体聚合中实现了甲基丙烯酸甲酯(MMA)的可逆催化络合聚合(RCMP).首先,比较了2种催化剂对该体系催化活性的大小,相同实验条件下,BNI作为催化剂时对聚合的控制效果优于BNBr,即在该体系中BNI的催化活性大于BNBr;其次,较为详细地研究了催化剂BNI的用量对MMA可控聚合的影响,结果表明,BNI的浓度在9.43~117.81 mmol/L范围内均有较好的控制效果,当[MMA]∶[I_2]∶[AIBN]∶[BNI]=100∶0.5∶0.75∶0.25,即催化剂的浓度为23.56 mmol/L时反应速率较快,理论分子量与实测分子量(通过GPC进行表征)几乎完全吻合,分子量多分散指数(PDI=M_w/M_n)较小(PDI1.27);最后,通过1H-NMR对所得聚合物的结构进行表征,证明为碘原子封端,M_(n,NMR)与M_(n,GPC)相吻合,端基保有度达到98.8%.     

水相体系中阳离子聚合的研究进展

传统阳离子聚合只能在低温、无水、无氧和高纯惰性气体保护下进行,归因于共引发剂Lewis酸对水高度敏感,即使少量水存在也能令其失效。由于"绿色化学"概念的提出,水作为一种环境友好的绿色溶剂也一直受到工业界的青睐。近十几年来,随着耐水性引发体系的发展,使得水相体系中进行阳离子聚合成为了可能,改变了传统阳离子聚合的观念,这种新方法也备受人们的关注。本文首先介绍了水相阳离子聚合的机理,重点阐述了不同单体的水相阳离子聚合及其匹配的耐水性引发体系的研究和发展,并指出不同引发体系的优势与不足,最后总结了水相阳离子聚合中存在的问题,展望了水相阳离子聚合的研究方向和发展前景。     

苯乙烯与富马酸二甲酯的原子转移自由基无规共聚

2-溴丙酸乙酯(EBP)为引发剂,CuBr为催化剂,N,N,N′,N″,N″-五甲基二亚乙基三胺(PMDETA)为配位剂的富马酸二甲酯(DMF)与苯乙烯(St)的原子转移自由基无规共聚合,转化率低于60％时,1n([M]0／[M])随聚合时间线性增加,数均分子量(Mn)随转化率性增长,所得聚合物分子量分布(PDI)较窄。根据元素分析所得共聚物的平均组成,由Kelerr—Tudos方程,计算两种共聚单体的竞聚率分别是rst=0．488,rDMF=0．303。并探讨了单体与引发剂配比以及温度对聚合反应的影响。     

关于卤化硼的Lewis酸性强度的讨论

众所周知,卤化硼与Lewis强碱相互作用所呈现出的酸性强度顺序为BF3＜ BCl3＜ BBr3.这个顺序和人们所熟知的电负性规律矛盾,因为按照电负性变化规律,似乎BF3的酸性应该最强.为此化学工作者进行了解释,一个流行的说法是因为F含有孤对电子的2p轨道和B的空2p轨道能形成最有效的64键.但是后来的研究表明,Cl含有孤对电子的3p轨道和B的空2p轨道的重叠程度比相应的F含有孤对电子的2p轨道和B的空2p轨道的重叠程度大.为此,化学工作者提出了诸如电荷容量、价电子缺失数、前线轨道理论、锥形化能、最大硬度原理、最小亲电性原理等概念以解释卤化硼的酸性规律,本文对这些解释一一做了评点.     

稀土材料在多相催化中的应用研究进展概述

稀土在中国储量丰富,尤其在徐光宪等老一辈科学家不懈努力下开发了高效提纯稀土元素的有效方法,为当今的稀土性能应用研究打下了坚实的基础.稀土包括钪、钇以及镧系金属在内的17种元素,由于镧系元素最外层电子和次外层电子的结构相似（[Xe]4f^n-15d^0～16s²（n=1～15））,尤其是其独特的4f电子层结构,使稀土元素具有化学性质稳定、化学价态可变、配位形式多样、总体具有Lewis酸性等特点,使其在催化领域具有广泛的应用.但稀土元素电子层结构与催化反应效果之间的关系尚未有明确的总结,因此本文从稀土材料的电子结构特点出发,综述了其在多相（热）催化领域中作为载体、Lewis酸（碱）中心以及催化助剂等方面的应用.     

两亲性ABA三嵌段共聚物的合成及其自组装行为研究

用Grubbs第二代催化剂引发降冰片烯类单体(NBEDE)和链转移剂在离子液体[bmim][BF4]中的开环易位聚合(ROMP)反应,反应体系保持均相,无聚合物析出,得到两端为叔溴的遥爪型官能化聚合物(Br-PNBEDE-Br).以Br-PNBEDE-Br作为大分子引发剂,在离子液体介质中引发甲基丙烯酸2-(二甲氨基)乙酯(DMAEMA)的原子转移自由基聚合(ATRP),制得分子量分布较窄的两亲性三嵌段共聚物(PDMAEMA-PNBEDE-PDMAEMA).利用动态激光光散射(DLS),原子力显微镜(AFM),透射电镜(TEM)等技术,考察嵌段共聚物在选择性溶剂/共溶剂(H2O/THF)中的胶束行为,以及溶液pH值对胶束的影响.结果表明,TEM观察到胶束为球形,由于TEM和AFM是在干态下测得胶束的粒径,而DLS是在溶液中测定胶束的流体力学直径,所以TEM和AFM得到的胶束粒径小于DLS的结果.不同pH值对胶束尺寸大小有明显的影响,胶束微粒随着pH值的增大而增大.     

“受阻Lewis酸碱对”化学的研究进展

受阻Lewis酸碱对(Frustrated Lewis Pairs,FLPs)是一类具有特殊反应活性的Lewis酸碱对。自发现以来,FLPs受到了广泛关注并在许多领域崭露头角。本文对FLPs在不对称氢化、高分子聚合、CO_2催化还原等应用领域取得的突破进行了介绍;同时对过渡金属FLPs和FLPs配位的过渡金属催化体系进行了综述;最后对FLPs领域未来的发展前景进行了展望。     

聚酚藏花红功能碳纳米管生物阳极制备及其在乙醇传感器应用

应用电化学法聚合酚藏花红（PPS）功能化的单壁碳纳米管,以其作为烟酰胺辅酶（NADH）氧化的电化学催化剂（电极）,构建基于乙醇脱氢酶的安培型乙醇生物电化学传感器.该电极于0.0 V时,对NADH具有很好的催化性能.而单体酚藏花红则由于其电位过低（-0.48 V）,不能显示催化性能.循环伏安和计时安培法测试表明：该传感器...     

利巴韦林原位聚合分子印迹电化学传感器的研制

利用原位聚合分子印迹技术,以3-氨基苯硼酸(3-ABBA)为功能单体,利巴韦林(RIB)为目标分子,以硼酸和顺式二醇在不同酸碱度条件下可逆形成环内酯键为原理,在玻碳电极表面原位聚合形成利巴韦林分子印迹膜,研制了测定利巴韦林的分子印迹电化学传感器。采用循环伏安法(CV)和差分脉冲法(DPV)对印迹膜性能进行研究。DPV测试表明:在最优实验条件下,利巴韦林的浓度在5.0×10~(-8)~1.0×10~(-5)mol/L范围内与峰电流呈良好的线性关系,相关系数(r~2)为0.995 3,检出限(S/N=3)为1.5×10~(-8)mol/L。特异性实验表明制备的传感器对利巴韦林的选择性良好。该分子印迹电化学传感器可用于食品中利巴韦林的检测。