光学活性(甲基)丙烯酰胺的立体定向自由基聚合——立体控制机理探讨

利用Lewis酸三氟甲磺酸镱(Yb(OTf)3)调控(S)-N-(2-羟基-1-苯乙基)甲基丙烯酰胺((S)-HPEMA)和(S)-N-(2-羟基-1-苯乙基)丙烯酰胺((S)-HPEA)的自由基聚合,得到相应的光学活性聚合物;研究了反应条件对聚合物立体结构的影响,发现以甲醇和正丁醇为溶剂时,Yb(OTf)3的存在可显著提高聚合物的mm三元组的含量,而以DMSO为溶剂时,Yb(OTf)3对聚合物的立构规整性没有明显改变;通过1H-NMR研究了Yb(OTf)3与单体之间的相互作用,结果表明单体的酰胺基团与Lewis酸的稀土金属离子间的配位以及单体的羟基与Lewis酸的三氟甲磺酸根间的氢键影响了单体的加成方向和聚合物的立体结构.     

α－甲基丙烯酸烯丙酯的合成及其自由基、阴离子聚合的研究

合成了α－甲基丙烯酸烯丙酯（ＡＭＡ），并对其自由基、阴离子聚合进行了探讨。结果发现，该单体难以进行选择性自由基聚合，但可用作多种单体自由基聚合的交联剂。用１，１′－二苯基己基锂在ＴＨＦ中引发ＡＭＡ，可顺利地进行α位双键的选择性阴离子聚合，分子量实测值与计算值基本一致。在较低温度下（≤－６０℃），可得窄分布ＰＡＭＡ（Ｍｗ／Ｍｎ＝１．１２～１．１５）。随聚合温度升高，间同和无规聚合物含量分别呈下降和上升趋势。ＧＰＣ、１ＨＮＭＲ及ＦＴＩＲ鉴定表明，用阴离子聚合法可得到溶于多种溶剂、每个重复单元上均定量带有烯丙基双键的窄分布官能性ＰＡＭＡ。     

基于RAFT活性自由基聚合的具有一定立构规整性的聚丙烯腈合成

运用RAFT活性自由基聚合方法探索了具有一定立构规整性的聚丙烯腈的合成。合成得到RAFT聚合的链转移剂MESA,并以1 H NMR进行了表征;以MESA作为链转移剂、碳酸乙烯酯为溶剂,在单体浓度为0.80 M、60℃、原料配比[AN]0/[MESA]0/[AIBN]0为2500∶5∶1的聚合条件下,成功合成出较高分子量(Mn=5.60×104g/mol)、窄分子量分布(PDI=1.15)的聚丙烯腈;进一步在各单体浓度的RAFT聚合中,加入单体摩尔量3%的AlCl3,得到聚丙烯腈数均分子量为6.1×104~6.5×104g/mol,全同立构组成为mm=32.1%~32.6%,聚合产物分子量分布宽度介于1.31~1.38之间,从而实现了在RAFT活性聚合体系中通过Lewis酸的作用合成得到具有一定立构规整性的聚丙烯腈。     

Lewis酸调控的立构规整自由基聚合反应

聚合物链的立体规整性对聚合物的性质和功能有重要影响。自由基聚合在工业上应用广泛,由于自身特点,其立体规整性聚合研究在工业和学术上均具有重要意义。Lewis酸广泛地应用于自由基立体规整性聚合,是自由基立体规整性聚合研究的热点。本文对Lewis酸调控自由基立体规整性聚合进行了较全面的综述,介绍了用于自由基立体规整性聚合的Lewis酸、成功的单体、聚合机理、聚合条件对立体规整性的影响,并对Lewis酸调控的发展方向做一简要介绍。     

甲基丙烯酸甲酯立体有规聚合

简要概括了用于甲基丙烯酸甲酯立体规整性聚合的催化剂,详细综述了茂稀土催化剂催化甲基丙烯酸甲酯聚合的新进展,并预测了今后研究的发展方向。     

立体选择活性自由基聚合进展

尽管人工大分子的合成已经取得了长足发展,特别是在多种活性自由基聚合技术出现后,合成大分子的分子量和拓扑结构得到了良好控制,但如果以结构精确、高度功能化的生物大分子为模型来看,就会发现人工大分子的完全裁制合成仍是一个重大挑战。本文首先简述了合成大分子与生物大分子的结构差异,以及合成大分子在活性聚合领域和立体选择聚合领域各自已经取得的进展,在此基础上,专门介绍了近年来同时对合成大分子的分子量、立体结构和区域规整性进行控制的尝试,特别是在立体选择活性自由基聚合领域的进展。     

一种新的活性自由基聚合:单电子转移-活性自由基聚合

介绍了一种新的活性自由基聚合-单电子转移活性自由基聚合(SET-LRP)。SET-LRP的机理是基于Cu(I)在某些溶剂中的歧化反应和Cu(0)通过外层电子转移(OSET)使引发剂R-X生成自由基离子[R-X].-,自由基离子通过异裂生成自由基R.,从而引发单体进行聚合。讨论了引发剂、催化剂、溶剂和配体对SET-LRP的影响。通过与原子转移自由基聚合(ATRP)的对比,表明用于ATRP的引发剂也能广泛应用于SET-LRP,而用于SET-LRP的配体必须是能使络合物高度不稳定、能够使Cu(I)迅速发生歧化反应的配体;通过比较还显示出SET-LRP巨大的优越性:单体适应范围广、反应速率快、反应条件简单、催化剂容易脱除、反应产物没有颜色变化。总之,SET-LRP将有其广阔的应用前景。     

原子转移自由基聚合的研究进展

综述了原子转移自由基“活性”聚合研究的进展，包括采用的各种引发体系，聚合反应机理，动力学研究以及所合成的各种模型聚合物。通过原子 转移自由基聚合可以方便地合成各种结构的模型聚合物，２包括窄分的均聚物，交替，无规和渐变共聚物、特殊链端的聚合物，嵌段和接枝共聚物等。     

胺存在下自由基聚合与活性自由基聚合

综述了胺存在下自由基聚合,包括含胺的过氧化二酰与芳叔胺氧化还原体系、有机过氧化氢物与芳叔胺或脂肪叔胺氧化还原体系、过硫酸盐与脂肪胺氧化还啄体系和极性单体的胺光诱导电荷转移引发自由基聚合,以及活性／控制自由基聚合,主要为原子转移自由基研究的成果。     

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.     

自由基螺旋聚合的研究进展

螺旋聚合物是一类在不对称领域具有特殊用途的高分子,可用于对映体分离、不对称催化和不对称光学等领域。其合成方法的研究一直是合成高分子科学的研究热点。自由基螺旋聚合以其大量优点备受人们重视,但受自由基聚合的自身缺陷影响,在螺旋聚合物合成上成功的例子较少。本文对自由基螺旋聚合的自身缺陷进行探讨,对各种方法进行综述,介绍了手性单体聚合、手性引发剂聚合、手性链转移聚合、手性模板控制聚合和手性溶剂聚合等各种自由基螺旋聚合方法,并对其前景进行了展望。     

一种对异戊二烯立体控制聚合较敏感的稀土催化体系

发现了一种对异戊二烯聚合立体选择性较敏感的稀士催化体系：（β－ＣＨ＿３－ａｌｌｙｌ）＿２ＬｎＣｌ＿５Ｍｇ·２Ｔ的ＥＤ（Ｌｎ）－Ｒ＿３Ａｌ（Ａｌ）（Ｌｎ＝Ｎｄ、Ｃｅ和Ｌａ，Ｔ的ＥＤ：Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′－四甲基乙二胺；Ｒ＝Ｍｅ一，Ｅｔ一，ｉ－Ｂｕ一和Ｏｃｔ一）．该催化体系在改变聚合温度、聚合时间、Ａｌ／Ｌｎ摩尔比、溶剂等时，可使聚异戊二烯的立体现整度有较大的改变，其中顺式－１，４、反式－１，４和３，４－链节含量的变化范围分别为１９％～７９％、１７％～７８％和０％～３．５％，还可获得较低分子量的聚合物。     

甲基丙烯酸甲酯自由基聚合歧化终止机理

首先用过氧化二苯甲酰(BPO)引发甲基丙烯酸甲酯(MMA)自由基聚合合成聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),然后用偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,研究PMMA中由歧化终止生成的末端双键与苯乙烯(St)的共聚合反应行为。采用体积排除色谱(SEC)、核磁共振波谱(NMR)对聚合物进行了分析表征。结果表明：与单体MMA相似,PMMA在化学位移δ=6.20和5.47处有对应于聚合物末端双键氢的NMR信号。远程异核和近程异核相关NMR,¹³C-NMR和DEPT-135 NMR分析和自由基共聚合实验确证：MMA自由基聚合的双基歧化终止为单一的链自由基末端β位甲基氢自由基转移机理,生成1,1-二取代甲基丙烯酸酯型双键。除双基歧化终止反应外,体系还明显地存在苯甲酰初级自由基和苯初级自由基与链自由基间的初级终止反应。     

光学活性N-邻噁唑啉苯基甲基丙烯酰胺聚合物的合成及其手性光学性质

在三氟甲磺酸稀土盐(Ln(OTf)3,Ln=La,Nd,Sm,Y)的存在下,光学纯N-邻唑啉苯基甲基丙烯酰胺((S)-MeOPMAM)经自由基聚合反应得到相应的光学活性聚合物.考察了稀土盐种类、用量及溶剂性质等因素对聚合反应立体化学的影响.研究发现,以Y(OTf)3为调节剂、正丁醇为溶剂的体系能在一定程度上提高聚合反应的全同立体定向性.聚合物的手性光学性质明显依赖于立构规整度,随全同含量增大,聚合物的比旋光度和π-π*电子跃迁区域的Cotton效应强度呈下降趋势.利用1H-NMR技术研究了上述聚合物与1,1′-联-2-萘酚(BINOL)的对映选择性相互作用,结果表明,全同三元组含量较高的聚合物不仅使酚羟基质子峰向低场位移,而且导致信号分裂.     

烯烃聚合均相催化剂研究进展

均相催化剂产生于５０年代末期，但由于活性很低而末引起重视。８０年代初，由于发现ＭＡＯ具有良好的助催化能力而使均相催化剂得到了很大发展，涌现了多种催化体系，广泛地使α－烯烃及其衍生物立体选择性聚合，开辟了配位聚合研究的新领域，本文对均相催化剂的产生，发展及现状作了综述评述。     

苯乙烯的单电子转移活性自由基聚合

以2,2-二溴甲基-1,3-二溴丙烷（PEBr4）为引发剂,Cu0粉/三（2-二甲氨基乙基）胺（Me6-TREN）为催化体系,在二甲亚砜（DMSO）和H2O的混合溶剂中实现了苯乙烯（St）的单电子转移活性自由基聚合（SET-LRP）。 通过1H NMR和GPC分析表明,所得聚合物为星形结构并具有较窄的分子量分布Mw/Mn=1.20（MGPCn=25.3×103,转化率为42.6%）,且聚合物的链端保留了-Br端基。 考察了溶剂、反应温度及相转移催化剂对聚合的影响,结果表明,混合溶剂中H2O的体积分数由10%增加至20%导致了聚合速率的降低,表观聚合速率常数（kappp）由0.026 4 h-1减小至0.019 7 h-1;升高反应温度、增加催化剂用量以及相转移催化剂的加入分别导致聚合体系的kappp增加,同时,催化剂用量的增加和相转移催化剂的加入使聚合物的分子量分布系数降低。     

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。     

氨基酸功能化环辛烯单体的区域及立体选择性开环易位聚合

合成具有可控初级结构的侧链型氨基酸聚合物,使其与具有完全精确初级结构的生物大分子相媲美,在高分子合成化学中仍然是一个长期的挑战。 在本文中,设计与合成了(环辛基-2-烯-1-羰基)-L-亮氨酸酰胺甲酯(1)和(环辛基-2-烯-1-羰基)-L-亮氨酸酰胺(2),通过Grubbs二代催化的开环易位聚合,合成了具有高反式双键选择性、高头尾区域选择性的亮氨酸衍生均聚物以及共聚物,这些聚合物具有相对较窄的相对分子质量分布(1.3~1.6)。 当组成为n(1)：n(2)=50：50嵌段共聚物在丙酮中形成以亲水嵌段poly(2)为核,疏水嵌段poly(1)为壳的半径为30 nm的反相胶束。 然而,相同组成的无规共聚物则难溶于丙酮中。这些具有明确的区域及立体结构的氨基酸衍生聚合物为仿生材料的相关应用奠定了基础。     

非共轭单体的活性自由基聚合进展

活性自由基聚合经过十多年的发展,已成为一种有效的高分子设计手段.代表性的活性自由基聚合技术包括氮氧调控自由基聚合(NMP),原子转移自由基聚合(ATRP)和可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合或通过黄原酸酯交换法设计大分子(MADIX).这些技术已成功应用到多数共轭单体上,但对非共轭单体的聚合控制还不太成功.本文总结了几类适合非共轭单体的活性自由基(共)聚合方法,主要有RAFT/MADIX体系,某些ATRP体系,碘退化转移体系及近年新出现的有机碲调控自由基聚合(TERP)和有机锑调控自由基聚合(SBRP)体系,其中,TERP和SBRP的独特性值得关注.     

自由基聚合近20年的发展

自由基聚合是在上世纪50年代发展起来的,已成为工业生产高分子产品的重要技术。自由基聚合由通用自由基聚合而发展为今天的活性/控制自由基聚合,是近20多年的事情。通用自由基合的研究主要是高活性引发剂、氧化还原体系及多功能引发体系,ESR和激光技术在动力学和自由基精细结构测定的应用等。而活性自由基聚合由最初的引发转移终止剂活性自由基聚合(iniferter),演变为氮氧自由基调控聚合(NMP)或稳定自由基聚合(SFRP),原子转移自由基聚合(ATRP),茂钛金属/环氧化物自由基开环引发聚合,可逆加成断裂链转移(RAFT)聚合,碘转移自由基聚合和有机碲、有机锑调控聚合等活性/控制自由基聚合。本文就以上各方面的研究进展进行简要的综述。