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。     

手性螺旋取代聚炔研究进展

天然大分子(如蛋白质、DNA等)能形成螺旋结构。受其启发,合成螺旋聚合物的设计制备一直是高分子学科领域重要的研究课题之一。基于我们课题组近年来所取得的研究成果,本文主要对光学活性螺旋取代聚炔的近期进展进行介绍,主要内容包括新型手性聚合物的制备及相关的应用研究,尤其是由光学活性螺旋聚炔构筑手性纳米粒子、手性核壳粒子、手性微球、手性(水)凝胶等;螺旋聚合物的应用研究则以手性识别、手性拆分、对映体诱导结晶、手性催化和手性控释为主。     

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.     

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.     

螺旋链大侧基聚苯乙烯衍生物——手性长程传递和自组装

设计、合成新型光学活性螺旋链聚合物是当今高分子科学领域一个十分活跃的前沿研究课题.光学活性乙烯基三联苯螺旋链聚合物具有良好的物理和化学稳定性,在手性识别、不对称催化等领域具有重要的潜在应用价值.本文将系统介绍不同结构乙烯基三联苯类单体的螺旋选择性自由基聚合、共聚合过程中的手性长程传递规律以及相应两亲性刚柔嵌段共聚物在水气界面处和溶液中的自组装行为,归纳总结迄今已经取得的初步结果,并对今后的发展提出一点拙见.     

圆偏振光在手性聚合物合成与结构调控中的应用

手性是自然界中普遍存在的有趣现象之一,在生命体中手性大分子特有的不对称结构在维持生命过程、新陈代谢和进化等面均起着决定性作用.受此启发,合成具有新型结构的光学活性聚合物,研究其独特的物理化学性质和功能已成为当今高分子领域研究的热点.左旋和右旋的圆偏振光已被广泛应用于氨基酸衍生物的不对称光合成、光分解和去消旋化反应,以及诱导含有偶氮苯或三苯胺等特定功能基团的超分子组装体或无机纳米粒子形成稳定螺旋结构.本文详细地介绍了圆偏振光辐照在手性聚合物合成与螺旋结构调控中的应用,初步揭示了圆偏振光的作用机制以及优势,归纳总结了已取得的研究进展,并对圆偏振光在手性聚合物合成与结构调控中的应用及发展进行了简单的评述和展望.     

（＋）-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.     

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。     

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.     

基于原子转移自由基聚合和“Click”化学方法制备手性色谱固定相

应用原子转移自由基聚合(ATRP)法和"Click"化学方法,以含叠氮基的烯类化合物为单体,在硅胶表面引发聚合,制备了"梳状"手性固定相.该固定相的合成采用"接出"方法接枝聚合物链,使接枝层更为均匀,并且避免了传统合成方法(如物理吸附等)稳定性差的缺点.所得到的"梳状"手性固定相实现了对一些手性药物的分离;并考察了该固定相中聚合物链的密度和长度对其手性分离能力的影响.     

基于2,5-二(4′-甲酰基苯基)苯乙烯的螺旋链光学活性聚合物的合成与表征

通过2,5-二溴苯乙烯与对甲酰基苯硼酸的Suzuki偶联反应得到2,5-二(4′-甲酰基苯基)苯乙烯.在催化剂量的冰乙酸存在下,与光学纯的(S)-(-)-α-甲基苄胺或(R)-(+)-α-甲基苄胺发生缩和反应,得到了一对手性非外消旋单体,(+)-2,5-二{4-′[(N-(S)-α-甲基苄亚胺基)次甲基]苯基}苯乙烯和(-)-2,5-二{4′-[(N-(R)-α-甲基苄亚胺基)次甲基]苯基}苯乙烯.以偶氮二异丁腈(AIBN)或过氧化苯甲酰(BPO)为引发剂,经自由基溶液聚合得到光学活性聚合物.比旋光度、紫外-可见吸收光谱以及圆二色光谱研究表明,聚合物主链可能形成了某一方向占优的稳定螺旋构象,且该螺旋构象的旋光方向与单体的旋光方向相反.聚合条件对聚合物的光学活性有很大影响,在极性较大的芳香族溶剂和较高温度下得到的聚合物具有和单体相差更大的比旋光度.侧基的手性基团脱除后,聚合物仍具有一定的旋光性,说明聚合过程中形成的螺旋手性具有一定的记忆效应.     

基于2,5-二(4''''-甲酰基苯基)苯乙烯的螺旋链光学活性聚合物的合成与表征

通过2,5-二溴苯乙烯与对甲酰基苯硼酸的Suzuki偶联反应得到2,5-二(4'-甲酰基苯基)苯乙烯.在催化剂量的冰乙酸存在下,与光学纯的(S)-(-)-α-甲基苄胺或(R)-( )-α-甲基苄胺发生缩和反应,得到了一对手性非外消旋单体,( )-2,5-二{4'-[(N-(S)-α-甲基苄亚胺基)次甲基]苯基}苯乙烯和(-)-2,5-二{4'-[(N-(R)-α-甲基苄亚胺基)次甲基]苯基}苯乙烯.以偶氮二异丁腈(AIBN)或过氧化苯甲酰(BPO)为引发剂,经自由基溶液聚合得到光学活性聚合物.比旋光度、紫外-可见吸收光谱以及圆二色光谱研究表明,聚合物主链可能形成了某一方向占优的稳定螺旋构象,且该螺旋构象的旋光方向与单体的旋光方向相反.聚合条件对聚合物的光学活性有很大影响,在极性较大的芳香族溶剂和较高温度下得到的聚合物具有和单体相差更大的比旋光度.侧基的手性基团脱除后,聚合物仍具有一定的旋光性,说明聚合过程中形成的螺旋手性具有一定的记忆效应.     

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.     

原位聚合那格列奈分子印迹手性固定相的分子识别特性研究

以手性药物那格列奈为模板分子,采用原位聚合法制备了具有特定识别性能和手性拆分能力的分子印迹聚合物,并用作高效液相色谱固定相实现了那格列奈与其对映体的手性拆分．通过静态结合方法考察了该聚合物的选择结合能力,并讨论了手性分离过程中的热力学性质．结果表明,原位聚合法制备的棒状聚合物固定相对模板分子及其对映体有很好的手性拆分性能．     

合成高分子作为手性固定相在高效液相色谱中的应用

具有旋光活性的合成高分子基于它的手性结构而具有广泛的应用,其中最实际和广泛的应用是在高效液相色谱中作为手性固定相来拆分对映异构体,目前已成为合成化学、分析化学以及制药化学领域必不可少的分离材料.本文简要介绍了高效液相色谱手性固定相拆分法,综述了合成高分子,包括加聚物特别是聚甲基丙烯酸酯类和聚甲基丙烯酰胺类聚合物、聚酰胺...     

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.     

紫外光聚合法制备L-DBTA手性分子印迹聚合物的研究Ⅱ.聚合物性能

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,采用紫外光聚合方法合成了L-DBTA手性分子印迹聚合物.通过HPLC表征,表明合成的手性分子印迹聚合物对L-DBTA模板分子具有很好的识别性,L-DBTA的选择性比二苯甲酰-D-酒石酸(D-DBTA)高.通过Scatchard分析表明,L-DBTA手性分子印迹聚合物中只存在一类影响聚合物识别能力的结合位点.293.15K时,结合位点的平衡离解常数为0.064mmol/L,最大表现结合容量为6.4mg/g.MIPs结合热力学研究表明,印迹分子L-DBTA与分子印迹聚合物手性识别基团之间的识别机理可以用Langmuir等温吸附描述,结合热力学参数为△H=7.40 kJ/mol,△S=42.74 J/(mol·K),△G298=-5.34kJ/mol.L-DBTA与MIPs相互作用速率快,表观活化能为7.40 kJ/mol.     

主链光学活性聚合物与手性催化剂

自从 50年代早期发现 Ziegler- Natta催化剂以来 [1] ,立体有规聚合研究迅速发展 .80年代初 ,Kaminsky等 [2 ] 以手性配体锆化合物为催化剂 ,得到了高度等规的聚丙烯及聚 1 -丁烯 ,为 Ziegler-Natta催化剂均相化开拓了全新局面 .其后 Ziegler-Natta催化剂的一些链引发、链模板增长及终止机理 ,在均相条件下得以充分的研究 [3～ 5] .最近几年 ,又出现了用手性催化剂使无光学活性的单体聚合而成主链光学活性聚合物的研究 [6～ 8] ,并迅速成为金属有机化学家和高分子化学家关注的热点 .合成手性聚合物的研究 ,主要集中在模仿天然聚合物 ,阐…     

不含手性碳的手性化合物及其绝对构型——剑桥结构数据库实例分析

利用英国剑桥结构数据库中的实例并结合相关三维可视化软件,介绍了含有氮/磷等手性杂原子、轴手性、平面手性、螺旋手性、超分子手性等手性因素的手性化合物及其绝对构型,以加深对手性概念的认识和理解。