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氮杂环烯烃催化羧酸酐O-Carboxyanhydride (OCA)单体的开环聚合

马硕辰  
【摘要】:随着化石能源的开采与使用,致使资源枯竭,温室效应等诸多环境问题,科学家们竭其所能的寻找化石能源的替代品。在高分子领域中,基于石油衍生单体如乙烯,丙烯所聚合而得的高分子材料具有十分优越的性能,应用于人类的日常生活和工业生产中。但是由于其单体的来源,导致可再生资源单体愈发受到人类关注,目前该领域已经取得了一定的进展,例如聚乳酸等材料已经应用于各行各业,所以,基于环境保护的需求,研制可再生、可降解聚合物已经是大势所趋。绿色化学的概念不仅对单体有所要求,更重要的是选用效率更高以及合成更环保的催化剂。有机催化剂的发展拓展了高分子的催化合成方法,过往的聚合物合成大多使用过渡金属催化,这种催化剂毒性较大,生成聚合物有金属残留,在其应用上有一定的限制。近年来,有机催化剂的蓬勃发展使得其更加适用于高分子合成领域。本文中,我们使用不同结构氮杂环烯烃作为催化剂,催化O-carboxyanhydride(OCA)和N-carboxyanhydride(NCA)聚合,其中OCA单体的聚合产物其主链为聚酯结构,提供了潜在的降解性能。NCA单体的聚合产物具有聚氨基酸结构,其在生物医学等领域具有一定的应用性。在探究聚合过程中,我们通过调控单体结构,催化剂结构等手段,合成了高分子量的OCA聚合物以及NCA聚合物,通过聚合实验、核磁反应等以及基质辅基飞行时间质谱等监测方法对聚合机理进行探究,提出了不同于其他合成方法的聚合机理,对该领域进一步的工作提供了一定的工作基础。β-蒎烯是一种广泛存在于松树和针叶树中的天然产物小分子,其分子结构中含有环外双键以及大张力四元环,可以在路易斯酸的催化下进行阳离子聚合,所得高分子聚合物在食品包装等领域具有广泛的应用。本文中,利用路易斯酸Al(C_6F_5)_3催化剂的高活性,在室温条件下实现了β-蒎烯阳离子聚合,得到高分子量(M_n~19000 g·mol~(-1))的聚β-蒎烯。通过核磁氢谱和氟谱探究阳离子聚合引发过程,指认阳离子聚合体系中间体结构,利用基质辅基飞行时间质谱证明该机理。该实验对于阳离子聚合方向的研究具有重要意义,为后续的阳离子聚合机理研究提供了理论支持。


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