双官能团有机酸催化环状碳酸酯开环聚合制备脂肪族聚碳酸酯

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环酯的开环聚合(Ring-Opting Polymerization,ROP)被认为是合成脂肪族聚酯最可控的方法,运用该法合成的聚合物具有分子量可控且分子量分布较窄的特点。有机催化剂在环酯的开环聚合中被认为是传统金属催化剂的有力替代者。其中的双官能团有机催化剂已被证实具有高催化活性与高度选择性并被应用于不对称合成中,其独特的仿酶活化机制则被应用到了ROP领域。本论文将几种形式的双官能团有机酸催化剂应用于环状碳酸酯的开环聚合,并对可能的双官能团活化机制进行了描述与验证。  本论文分别考察了磷酸二苯酯(DPP)、磷酰亚胺型磷酸(PAA)以及非金属Lewis酸碱对(TMSNTf2)对环状碳酸酯的可控开环聚合,成功制备了分子量可控、分子量分布窄的PTMC。并以DPP为催化剂,分别制备了TMC与5-甲基-5-苄氧羰基三亚甲基碳酸酯(BEMC)、ε-己内酯(ε-CL)、δ-戊内酯(δ-VL)的嵌段共聚物。  以DPP与PAA为催化剂,BnOH为引发剂,室温下通过对甲苯、二氯甲烷及四氢呋喃三种溶剂进行了考察,确定了甲苯为最优溶剂。1H NMR、MALDI-TOF MS、SEC等测试手段被用于对产物进行表征,以DPP为催化剂制备的PTMC分子量可达15790 g mol-1,分子量分布1.12-1.15,以PAA为催化剂制备的PTMC分子量可达16390 g mol-1,分子量分布1.12-1.18。在DPP/BnOH及PAA/BnOH催化体系下,得到的PTMC均聚物中无醚片段产生,说明在这两种体系下,脱羧现象得到了有效的控制,反应动力学实验与扩链反应均表现为活性聚合的特征。此外,通过核磁及红外手段初步验证了PAA的催化机理,提出了两种可能的催化机理,即Br(o)nsted酸的单体活化机理以及双官能团活化机理。我们通过核磁及红外手段初步验证了PAA的催化机理,实验数据更倾向于PAA的双官能团活化机理。  以TMSNTf2作为催化剂有效催化了TMC开环聚合,聚合过程无脱羧成醚过程,TMSNTf2作为真正的强Lewis作用于体系,而不是酸性转换前的超强酸HNTf2引发伴随脱羧的反应过程。单体可以直接插入到TMSNTf2中的Si-N键,所得PTMC具有叔胺末端和潜在的三甲基硅末端,但是三甲基硅末端易与体系中的水或者聚合物析出过程的甲醇再次形成配位并发生亲电取代。当BnOH作为共引发剂加入体系中,聚合变得更为可控。我们根据催化特征和产物结构,推测TMSNTf2在开环聚合过程中,遵循配位-插入机理,硅原子作为空轨道中心,而叔胺基团作为亲核中心。为了验证反应机理,我们进行了详尽的核磁实验与反应动力学实验,提出了“无金属配位-插入机理”,这与现有报道中的纯有机催化剂有着本质不同。  
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