手性胶束中螺旋选择性聚合反应的研究

光学活性螺旋聚合物的设计与合成是兼具基础科学和应用背景的重要研究方向, 但大多数已合成光学活性螺旋聚合物来源于手性单体。如何从非手性单体出发制备光学活性螺旋聚合物, 是一极具挑战性的研究课题。基于我们对取代炔螺旋聚合物及取代炔单体乳液聚合的研究, 本项目拟利用手性胶束所提供的不对称环境, 使非手性取代炔单体在手性胶束中进行螺旋选择性聚合反应; 充分利用纳米尺度反应场所、聚合物分子链间的协同作用及模板效应, 以及胶束中聚合反应不易受外界影响的特征, 对所生成聚合物螺旋结构的手性进行控制; 将系统考察单体结构效应及乳化剂结构效应等因素, 揭示螺旋选择性聚合反应的基本特征及机理, 进而制备具有手性记忆功能的光学活性螺旋聚合物。本项目的开展不仅可建立实施螺旋选择性聚合反应的新方法, 还将提升对聚合反应机理、聚合物链二级结构的有效控制以及聚合物链形成螺旋结构的本质等多方面的认识。

生物大分子(蛋白质,DNA等)能形成规整的螺旋结构,这对于生命体维持正常生命活动而言,至关重要。鉴于此，对于光学活性螺旋聚合物的研究，一直是高分子学科以及生物化学学科的重要研究课题之一，同时也是研究难点所在。目前制备光学活性螺旋聚合物仍然局限于手性小分子单体的使用，故严重阻碍了其进一步发展。基于此学术背景，该项目旨在使用非手性单体，通过充分利用手性胶束所提供的特殊的手性微环境，拟对所生成聚合物的二级结构进行控制，在此基础上制备新型手性螺旋聚合物及其手性材料。通过4年的工作，在下列几个方面取得显著进展。（1）利用手性小分子乳化剂形成手性胶束，在其中成功进行了非手性单体的螺旋选择性聚合(HSSEP)，并制得手性螺旋聚合物；（2）利用大分子自组装成胶束，在其中成功进行乳液聚合反应，制得手性核壳粒子；（3）在手性单体乳液（共）聚合中，发现一些令人感兴趣的新现象:Sergeant and Soldiers rule、协同效应和红/蓝移效应等；（4）在HSSEP基础上,建立了非手性单体的螺旋选择性沉淀聚合(HSSPP)新方法；（5）提出并建立了手性乳化新方法,以此控制聚合物的螺旋结构；（6）作为拓展研究, 制备了系列新型手性（螺旋）聚合物及手性新材料。通过本项目的开展，至结题时共发表论文21篇（其中英文20篇；正式出版18篇，包括Macromolecuels, Polym.Chem., Chem. Mater., Macromol. Rapid Commun., Polymer等国际知名刊物）；另有3篇在审（或根据审稿意见进一步修改）。由于我们的研究工作极具特色，获得了国际同行的认可，故为Mcromol. Rapid Commun.等撰写综述论文。作学术报告及墙报共13人次。共培养研究生14名（已毕业博士生3，硕士生6）。本项目的开展有望促进手性聚合物及其粒子、不对称聚合、手性化学及技术等研究领域的发展，也为后续研究奠定了坚实的基础。