有机小分子催化葡萄糖酸-δ-内酯衍生物开环聚合的研究

Employing glucose as raw material of high-performance bio-degradable resin not only meets the needs of “green chemistry” and sustainability, but also provides convenient access for polymer functional modification. This project aims to investigate the ring-opening polymerization of gluco-δ-lactone (GDL) catalyzed by organic compounds. A series of GDL monomers is synthesized via changing the protecting functional groups of the hydroxyls of the glucose. The ring-opening polymerizations of GDL monomers are conducted by organic compounds, affording corresponding glucose-derived functional polyesters. Comb-type glucose-based polyesters are prepared by the introducing other polymer chains into the polyesters through the synthetic routes of grafting-from, grafting-to and grafting-through. The properties of the resultant polymers are measured to reveal the impact of the polymer structure on the properties.

将葡萄糖作为高性能生物可降解树脂的原料，不仅符合绿色化学和可持续发展的需求，而且为聚合物功能化改性提供了便捷途径。本课题旨在研究有机小分子催化的葡萄糖酸-δ-内酯(GDL)开环聚合：改变葡萄糖分子中的羟基的功能性保护基团，合成一系列GDL单体；以有机小分子为催化剂，催化GDL单体开环聚合，制备相应的葡萄糖基功能性聚酯；利用引发接枝法、偶合接枝法和大分子单体法等三种方法引入其他聚合物链段，制备具有梳状葡萄糖基聚酯材料；测试梳状聚合物性能，阐明聚合物结构与性能的关系。

在本基金的重要支持下，我们得到了以下重要的研究成果。.（a）我们利用D-木糖为原料，通过简单的三步反应合成了脱水D-木糖氧杂环丁烷单体（D-1），并利用有机催化体系对其开环交替共聚合性质进行了研究，相比于传统金属催化剂，催化活性有较大提高。.（b）我们开发了利用N,N,N’,N’-四甲基胍（TMG）催化二丙烯酸酯类化合物与丙二腈的迈克尔加成聚合反应，成功制备了一系列富氰基聚酯材料；进一步研究表明，通过对单体的功能化，可以赋予聚合物独特的性能，我们设计了一种含有磷酸酯结构的二丙烯酸酯类单体，并以此为原料与丙二腈发生迈克尔加成聚合反应，所得聚合物具有优异的阻燃性能，可以作为聚乳酸的高分子阻燃添加剂，只需添加3%即可使阻燃性能达到V-0。.（c）随着人类社会的不断发展和科技的不断进步，自然资源和化石能源的消耗进一步加剧，白色污染问题也愈来愈困扰。因此，如何将生物资源转化为高性能聚合物材料成为了重要的研究课题。我们利用D-樟脑酸为原料，成功合成了樟脑酸酐。然后，利用膦腈碱（P2）作为催化剂，高效地催化樟脑酸酐与环氧化合物的开环共聚合；进一步研究表明，P2可以催化樟脑酸酐、环氧丙烷、己内酯的“自切换”聚合，一锅法制备嵌段共聚物。.（d）开环交替共聚合已经成为了聚酯合成领域的一种重要方法，但是目前催化剂主要为金属有机化合物与结构复杂的有机小分子化合物，开发一种结构简单的催化剂具有重要的意义。我们利用实验室最常见的化学试剂碱金属碳酸盐（如碳酸钾、碳酸铯等）作为催化剂，成功实现了邻苯二甲酸酐与环氧化合物的开环交替共聚合。