私密直播全婐app免费大渔直播,国产av成人无码免费视频,男女同房做爰全过程高潮,国产精品自产拍在线观看

搜索:  
浙大伍廣朋/楊貫文課題組 Macromolecules:環氧丙烷與二氧化碳共聚物聚碳酸亞丙酯PPC的無金屬化高效制備
2024-09-29  來源:高分子科技

  二氧化碳和環氧丙烷在催化劑作用下發生共聚合反應制備的聚碳酸酯亞丙酯[PPC,poly(propylene catbonate,又稱聚碳酸丙烯酯],具有良好的可降解性、加工性以及水氧阻隔特性。原料角度來講,環氧丙烷可以從丙烯進行環氧化反應制備,具有原料來源廣、價格低的優勢。此外,材料中二氧化碳的理論占比高達43.1%(重量分數)。因此,實現聚碳酸亞丙酯PPC材料的高效生產不僅可以實現二氧化碳的高值化利用,還可以緩解當下的塑料污染問題以及傳統塑料對石油資源的過度依賴,是二氧化碳基綠色塑料最接近實現產業化的技術。盡管聚碳酸亞丙酯PPC材料具有良好的應用前景,由于環氧丙烷的連續插入和熱力學更穩定環狀碳酸酯副產物等競爭反應的存在,因此聚合反應過程也往往受困于聚醚鏈段和大量環狀碳酸酯副產物生成的技術挑戰。


1單核有機硼化合物催化環氧丙烷和二氧化碳交替共聚制備聚碳酸亞丙酯PPC


  近年,浙江大學高分子系伍廣朋/楊貫文團隊開發了一類分子內同時含有親電和親核中心的雙功能有機硼-季銨鹽和有機硼-季鏻鹽催化體系(化學學報, 2023, 81(11), 1551-1565.)2020他們利用單核雙功能有機硼烷催化劑,實現了二氧化碳與環氧環己烷的高效共聚合制備聚碳酸環己撐酯(J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 12245)。同年,他們發現這一催化體系用于環氧丙烷和二氧化碳的共聚過程時,卻只能得到熱力學更穩定的環狀碳酸酯小分子(Angew. Chem. Int. Ed. 202059, 23291?23298)。為了解決環氧丙烷和二氧化碳共聚過程中傾向于生成環狀碳酸酯小分子的這一技術挑戰,該團隊深度優化了雙功能有機硼催化劑的陽離子部分,通過改進先前報道的單核有機硼烷催化體系成功實現了環氧丙烷和二氧化碳的選擇共聚合,聚合物聚碳酸亞丙酯PPC的選擇性達到了99%以上,同時碳酸酯單元含量也達到了99%以上Macromolecules2024, DOI: 10.1021/acs.macromol.4c01544)。


圖2. 用于二氧化碳和環氧丙烷交替共聚的單核雙功能有機硼催化劑

  作者設計合成了21種帶有不同硼烷、連接基長度、親核陰離子,特別是不同銨或磷陽離子的單核催化劑,詳細地總結了單核有機硼催化劑催化環氧丙烷與二氧化碳共聚的結構與性能之間的構效關系(圖 2。詳細研究了銨陽離子和磷陽離子的取代基對聚合反應的影響,通過篩選這些單核有機硼催化劑,發現了銨陽離子和鏻陽離子基團中含有α H原子的三乙基、三丙基、三異丙基、三正丁基等取代基團的催化劑具有良好的催化效果。值得注意的是,只具有β H(缺少α H原子的催化劑在催化活性和PPC選擇性方面表現出較差的性能。這一研究揭示了雙功能催化體系中陽離子取代基中α H原子相對于β H原子在抑制鏈端反咬副反應和促進鏈增長方面的重要作用。


3. 制備的聚碳酸亞丙酯PPC樣品化學結構表征


  隨后,作者對制備的聚碳酸亞丙酯PPC樣品進行了1H NMR13NMR譜圖表征,可以看出在3. -3.6ppm之間不存在環氧丙烷的聚醚信號峰(圖 3a、b),表明所制備的PPC具有全交替結構。此外,基質輔助激光解吸電離飛行時間(MALDI - TOF)質譜(圖 3c)進一步證實了聚合物的全交替結構>99% 碳酸酯單元含量)。


4. 三乙基氧化膦與等摩爾量催化劑混合的31P NMR譜圖


  為了深入地了解磷和銨陽離子的催化作用和聚合機制,作者使用31P NMR譜檢測了三乙基氧化膦與等摩爾量催化劑混合物的化學位移變化(圖 4。通過測試三種典型的單核有機硼催化劑,發現催化活性最高的[nBu3P-C5-Bora][Cl]引起Et3P=O化學位移(Δ31P)變化最大,從50.63 ppm變化到51.56 ppm(圖 4,紫色),表明Et3P=O的氧原子與催化劑分子之間的相互作用最強。相應地,觀察到[nBu3P-C5-BBN][Cl]Δ31P值最小,僅0.32 ppm(圖 4,綠色)。在此基礎上,作者表征了Et3P=O/[nBu3N-C5-Bora][Cl]混合物的磷信號,檢測到相應的磷信號峰低場位移(Δ31P= 0.77 ppm,圖 4,藍)小于磷類似物的低場位移(Δ31P = 0.93 ppm。上述實驗驗證了作者的假設,即催化劑的較弱路易斯酸性導致較小的Δ31P值。這一實驗結果也表明與銨陽離子相比,磷陽離子賦予催化劑更強的路易斯酸性,這有利于環氧丙烷的活化和聚合物氧陰離子轉移鏈增長,從而導致有機硼磷催化體系具有更高的催化活性。


5. a)缺乏α H原子的[tBu3P-C5-Bora][Cl](藍色)和含α原子的[nBu3P-C5-Bora][Cl](紅色)的催化性能比較。(bα H 原子主導的抑制鏈末端反咬機理


  為了進一步驗證α H原子存在的必要性和結論的普適性,作者合成了三苯基取代(不含有α H原子)的催化劑[Ph3P-C5-Bora][Cl](圖 5a,并與含有α H原子的催化劑相比較。結果發現,在相同的聚合條件下,不含α H原子催化劑[Ph3P-C5-Bora][Cl]表現出較低的轉化率和聚合物的選擇性;诖,作者提出了分子內α H原子主導的反咬抑制機理(圖 5b:由于缺少α H原子,[tBu3PC5-Bora][Cl]只能與鏻陽離子周圍的β H原子作用來穩定碳酸酯鏈端,這種弱相互作用不足以抑制碳酸酯鏈端的反咬副反應,導致聚合物選擇性差。另外一組對照實驗也證明了相同的結果:[tBu3P-C5-Bora][Cl]相比,[nBu3P-C5-Bora][Cl]具有帶正電荷的α H原子,這使得α H原子比β H原子具有更強的路易斯酸性,[nBu3P-C5-Bora][Cl]的陽離子部分中的α Hβ H原子有效地穩定了碳酸酯鏈端,從而抑制了鏈反咬副反應。最后,作者通過催化劑的單晶結構再次證明α H原子比β H原子提供了更強的相互作用,有效提升了催化劑的聚合選擇性和反應活性。


  考慮到目前雙功能金屬催化體系尚未發現銨陽離子對聚合反應的影響,本研究利用有機硼體系揭示的催化劑結構與性能之間的構效關系,尤其是α H原子在抑制碳酸酯鏈端反咬副反應的有效作用,本研究有望進一步啟發高活性金屬基聚合催化體系的設計。


  相關論文近日發表在Macromolecules 上,浙江大學徐逞鍇博士和盧陳杰博士為文章的第一作者,伍廣朋教授和楊貫文副研究員為文章的通訊作者。


  論文鏈接:Rational Optimization of Ammonium and Phosphonium Cations of Bifunctional Organoborane Catalysts for Copolymerization of Propylene Oxide with CO2 to Afford Poly(propylene carbonate)Macromolecules2024, DOI: 10.1021/acs.macromol.4c01544

  https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.macromol.4c01544 

版權與免責聲明:中國聚合物網原創文章?锘蛎襟w如需轉載,請聯系郵箱:info@polymer.cn,并請注明出處。
(責任編輯:xu)
】【打印】【關閉

誠邀關注高分子科技

更多>>最新資訊
更多>>科教新聞
主站蜘蛛池模板: 桦川县| 依兰县| 克拉玛依市| 子洲县| 黄大仙区| 新乡市| 屏山县| 汤原县| 尖扎县| 武城县| 和平区| 彭水| 南雄市| 平凉市| 隆化县| 沙洋县| 石棉县| 龙陵县| 宾阳县| 康马县| 敦煌市| 汕尾市| 米易县| 崇信县| 岳阳市| 砀山县| 余姚市| 鄂托克旗| 沛县| 桃园市| 阿克苏市| 越西县| 防城港市| 钟祥市| 鲜城| 开阳县| 通辽市| 金堂县| 镇江市| 达孜县| 南昌县|