自由基聚合的立体选择性调控

聚合物的物理和化学性能取决于其结构.从组成聚合物的重复单元结构及比例到更为精细、复杂的聚合物微结构,如聚合物的分子量及其分布、单体的序列排布(嵌段、梯度、接枝、交替等)、拓扑结构(星型、梳状、网状、刷状等)、末端官能团、立构规整度等都可能显著影响聚合物的性能,人们对此进行了广泛而深入的研究.其中,聚合物的立构规整度的调控具有重要意义,如丙烯的立体定向性配位聚合显示了巨大的商业价值.虽然自由基聚合是高分子材料生产中应用最广泛的聚合技术之一,但其难以对大分子结构进行控制.可逆失活自由基聚合(RDRP)的发展使分子量的控制得到了显著改善.然而,对于所有形式的自由基聚合来说,立体选择性的调控都极具挑战性.这主要是由于自由基的高活性以及近平面特性,使得单体加成时难以控制面的选择性,生成的聚合物多为无规立构.本综述从调控策略的角度对自由基聚合的立体选择性调控的相关研究进行了总结、评价和展望,包括在限定环境中聚合、使用含手性辅基或大位阻取代基的单体、溶剂(氢键)效应、外加路易斯酸以及催化剂(或配体)效应等五个方面.尽管这些调控手段已经获得了立体选择性自由基聚合的初步进展,但总体而言仍然存在着单体范围...     

稀土金属配合物催化芳香型乙烯基极性单体立构选择性聚合

鉴于聚合物的立构规整度对其性能起着重要的作用,如何提高聚合物的立构规整度一直以来都是配位聚合领域的重要研究课题。经过几十年的发展,配位聚合已经在 α-烯烃、苯乙烯、共轭二烯烃等非极性烯烃单体的立构选择性聚合方面取得了巨大的成就。但非极性聚烯烃材料表面性能差,而化学性质稳定,难以被后功能化。因此通过极性单体的立构选择性聚合将极性基团引入聚烯烃大分子链中对于提高其性能具有非常重要的意义。然而,在传统的配位聚合中,单体上的极性原子(基团)易于向金属中心配位,导致催化体系失去立构选择性,甚至失去活性。因此选择合适的配体、金属种类与极性单体组合的策略对实现立构选择性聚合至关重要。近年来,针对2-乙烯基吡啶、含杂原子苯乙烯衍生物以及硼氮杂芳香型乙烯基单体的定向聚合,开发了大量的稀土金属配合物催化体系,聚合物的立构规整度取得了较大的突破,同时对单体上极性原子在聚合中的作用也有了新的认识。本综述以单体种类为主线,详细讨论了配体的结构、取代基的电子效应、空间位阻效应、中心稀土金属种类和聚合溶剂等对催化剂聚合活性、立构选择性的影响,并探讨可能的聚合反应机理。     

聚(丙烯酸钠-4-乙烯基吡啶)的生物降解性和功能性研究

用自由基共聚法制备了一系列可生物降解的功能聚合物聚(丙烯酸钠-4-乙烯基吡啶)[P(SA-co-4VP)],研究了其组成和分子量与生物降解性、资合性及分散性间的关系.结果表明:聚合物中小乙烯基吡啶含量越大,P(SA-co-4VP)的生物降解越显著.分子是一定时,少量的个乙烯基吡啶引入聚丙烯酸钠主链是增强聚合物生物降解性和保持原有功能特性的有效途径.     

极性乙烯基单体立体选择性聚合催化剂

极性单体是指带有极性基团的烯烃类单体,主要包括含卤素类极性单体、含氧类极性单体、含氮类极性单体和含磷类极性单体。其中带有乙烯基且与所带极性基团相共轭的极性单体称为极性乙烯基单体,如甲基丙烯酸甲酯、2-乙烯基吡啶和乙烯基磷酸酯等。这类单体所形成的极性乙烯基聚合物是极性基团作为侧链的烯烃聚合物,该类化合物在黏性、韧性、界面性质(染色性和印刷性)、与溶剂或其他聚合物的相容性方面较传统非极性聚烯烃材料有明显的优势。为了使聚合物具有好的物理性能,获得具有一定规整度的聚合物是近年来研究的热点。聚合物的立体结构对其本身的物理性能有着显著的影响,如熔点、玻璃化转变温度和机械性能等。获取立构规整性聚合物的最有效方式是发展催化聚合反应的立体选择性催化剂。本文综述了近几年极性乙烯基单体立体选择性聚合催化剂的研究进展,这里所涉及的极性乙烯基单体包括:丙烯酸酯类、丙烯酸酰胺、乙烯基磷酸酯、乙烯基吡啶和杂原子取代苯乙烯单体。所涉及的聚合体系是配位聚合、路易斯酸碱对和阴离子聚合体系。     

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.     

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。     

甲基丙烯酸甲酯原子转移自由基聚合等规度研究

在0～100℃温度范围内,由原子转移自由基聚合方法,采用助催化和非助催化体系,引发甲基丙烯酸甲酯聚合,利用¹³CNMR测定聚甲基丙烯酸甲酯的等规度.发现原子转移自由基聚合仍以间同立构为主,随着聚合温度的升高间同立构等规度降低,与通常自由基聚合对有规立构控制特征相似.助催化剂异丙醇铝和活性端羰基配位,对聚合物的立构规整性有一定的影响.     

超分子聚合机理

与共价键聚合物由单体(M1)通过共价键连接不同,超分子聚合物是由单体(M2)通过非共价键连接而成的长链大分子。聚合包括分子聚合和超分子聚合。超分子聚合描述M2通过非共价键自组装形成超分子聚合物的过程,涉及氢键、π-π堆砌型和立体匹配等驱动力以及分子识别、协同性等特征,与M1通过共价键形成聚合物的过程(分子聚合)不同。为了理解超分子聚合物链结构形成机理,本文分析和讨论超分子聚合的三个主要机理:(1)线性链生长;(2)螺旋链生长;(3)拓扑链生长。     

除草剂青莠定分子印迹聚合物的合成及结合性能研究

采用分子印迹技术,分别以α-甲基丙烯酸和4-乙烯基吡啶为功能单体,合成了两种对除草剂青莠定具有选择性结合能力的分子印迹聚合物．紫外光度法研究显示了模板分子青莠定和4-乙烯基吡啶的离子作用强于它和α-甲基丙烯酸之间的氢键作用,并用平衡结合实验研究了不同功能单体的聚合物对模板分子的结合能力和对底物的选择性,结果表明以4-乙烯基吡啶为功能单体合成的分子印迹聚合物对青莠定表现出更高的结合能力和更优的选择性．这对分子印迹技术用于环境样品中除草剂青莠定的分离和富集具有重要意义。     

聚甲基丙烯酸正十八酯的立构规整性及其序列研究

合成了聚甲基丙烯酸正十八酯的梳状聚合物,分别用~(13)CNMR谱和FTIR分峰技术研究了立构规整性及其数均序列长度。聚合过程服从于Bernoullian统计规律,属自由基聚合。     

聚(1,4-环己二烯碳酸酯)立体低聚物的合成及微结构分析

聚合物微结构控制是配位催化聚合领域最重要的目标之一.而合成各种立构规整性低聚物及其核磁碳谱研究是聚合物微结构定性和定量分析的关键.本文以手性环己-4-烯-1,2-二醇为原料,采用N,N'-羰基二咪唑和三光气作为羰化试剂,设计合成了CO_2/1,2-环氧-4-环己烯交替共聚物(聚(1,4-环己二烯碳酸酯),PCEC)全同立构和间同立构的二聚体、四聚体、六聚体、八聚体和十二聚体模型化合物.通过分析全同立构和间同立构模型化合物的核磁碳谱,完成了PCEC微结构的碳谱信息归属.发现聚合物全同立构序列的羰基、次甲基和亚甲基区域的出峰位置分别在δ=154.04、73.83和29.91;间同立构序列的羰基、次甲基和亚甲基区域的出峰位置分别在δ=153.72、72.97和28.98.     

可控活性聚合多乙烯基单体制备新型单链超内环化聚合物的研究历史及进展

多乙烯基单体因其方便易得、固有的反应多活性位点而一直是合成多种复杂拓扑结构聚合物的理想单体;然而Flory-Stockmayer(F-S)均相场理论及广泛的前期尝试已证实多乙烯基单体的聚合会在极低转化率(10%)下形成凝胶,而无法进行可控聚合.近年来,可控活性聚合方法的发展为动力学控制下的多乙烯基单体聚合奠定了基础,并成功合成多种具有不同复杂结构的聚合物.特别地,合成了具有新颖拓扑结构的单链超内环化聚合物.本文综述了近年来多乙烯基单体聚合的历史,动力学控制下的可控活性聚合机理以及单链超内环化聚合物的聚合过程、结构特征、应用等,展望了该新颖结构聚合物的应用前景,并对多乙烯基单体的可控活性聚合领域的未来发展提出了建议.     

基于活性自由基聚合的槲皮素分子印迹聚合物的合成及在维药祖卡木颗粒活性成分分析中的应用

以二苄基三硫代碳酸酯(DBTTC)为可逆加成-断裂链转移剂(RAFT试剂),槲皮素(Quercetin)为印迹化合物,分别以甲基丙烯酸(MAA)、丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)、4-乙烯基吡啶(4-VP)和2-乙烯基吡啶(2-VP)作为功能单体,利用可逆加成-断裂链转移自由基聚合法制备了槲皮素分子印迹聚合物.实验考察了不同的制备条件,利用氮吸附测试及扫描电子显微镜对聚合物的结构进行了测定,采用色谱法对印迹聚合物的识别能力及分离效率进行了评价.研究了聚合条件-聚合物结构-分离效率的关系,探讨了利用活性自由基合成分子印迹聚合物的方法及特点;并将合成的分子印迹聚合物用作固定相,对维药祖卡木颗粒中的槲皮素进行了分离富集.研究结果表明,通过活性自由基聚合法合成的分子印迹聚合物具有更好的形态结构,对目标分子具有很好的吸附效率.     

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.     

单链超内环化聚合物与线性高分子共混物的黏弹性研究

针对传统多乙烯基单体聚合存在过程不可控,凝胶点低等问题,提出了利用动力学控制的零价铜调控可控/活性自由基聚合方法来可控均聚双乙烯基单体二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA).研究其聚合动力学发现在聚合前期呈线性增长,且分散性指数小于1.35,而其对应的侧乙烯基单元转化率却高达28%,说明该聚合物具有新型的单链超内环化结构.将该产物作为单链聚合物纳米颗粒与线性聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)共混后,研究发现其黏度随纳米颗粒质量分数的增加而下降,并非Einstein模型预测的随添加颗粒的浓度增加而增加.该单链超内环化聚合物纳米颗粒具有原料方便易得,聚合过程简单高效,聚合物结构(如分子量、分子量分布、成环数目等)可控等优点.     

用原子转移自由基聚合方法制备新型含有高分子金属配合物的无机-有机杂化材料

近年来,表面引发聚合制备聚合物刷,由于其能控制无机物表面性能,在材料科学方面有广泛的应用前景．在制备聚合物刷的一系列聚合方法中,“活性”／可控自由基聚合,尤其是原子转移自由基聚合(Atom Transfer Radical Polymerization,ATRP)得到广泛使用．它可获得分子量分布较窄的结构规整的聚合物,可将一些功能性的单体引入聚合物体系获得功能聚合物,     

界面超分子聚合

超分子聚合物诞生于高分子化学与超分子化学的交叉融合,一般是指单体间通过非共价键作用连接形成的聚合物,并在溶液或体相中表现出类似聚合物的性质。目前超分子聚合物一般通过均相溶液聚合制备得到,但溶液中的超分子聚合是一个自发的组装过程,具有浓度依赖性,组装过程不易可控。为解决此问题,研究人员可以将超分子聚合从均相溶液转移到界面,在界面上可控地制备超分子聚合物。通过界面聚合制备超分子聚合物具有一些独特的优势,如可以制备得到分子量更高的超分子聚合物,易于制备一些缺陷少、面积大、有序的二维超分子聚合物等。本文基于在液-液、气-液和固-液三种界面上制备超分子聚合物的一些代表性工作,介绍了界面超分子聚合方法和应用,并展望其未来发展。     

含氟聚合物的合成进展

含氟聚合物由于其优异的化学和物理性能以及广泛的应用前景而受到关注。根据聚合反应单体结构不同,可以通过不同方法合成各种结构的含氟聚合物。这些聚合方法主要是可控／“活性”聚合,例如：原子转移自由基聚合（ATRP）、原子转移自由基一乙烯基自缩合聚合（ATR—SCVP）、可逆加成一断裂链转移聚合（RAFT）、氮氧稳定自由基聚合...     

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.     

序列可控聚合

序列可控聚合是高分子合成方法学的"圣杯",是控制高分子精密结构,进而实现高级功能的重要前提。其最终目标是建立精确控制聚合物单体序列的新方法,深入揭示聚合物结构与性能的关系,从本质上理解单个高分子链内及高分子链间的相互作用,实现单个或几个高分子链的可控链折叠和精密自组装,发展新型功能材料。本文从生物大分子、模板聚合、固相合成、链式聚合以及逐步聚合等方面总结了相关的研究进展,并且就开发精密、高效的序列可控聚合方法以及如何体现序列结构对材料性能的重要影响进行了展望。