无金属催化的活化炔烃多组分聚合反应

The development of new polymerizations with high convenience, high efficiency, mild condition, low cost, environmental benefit, high selectivity, and their utilization in the preparation of novel functional polymer materials, is the inevitable tendency in synthetic polymer chemistry. Compared with the domestic and foreign research work in the frontier field of multicomponent polymerization, the unique feature of this project is using alkyne monomers to realize efficient synthesis of functional polymers without metal catalyst. Based on the ester/carbonyl/carboxyl/halogen atom-activated alkyne monomers, efficient, convenient, economic, metal-free multicomponent polymerizations will be developed, with the emphasis on the controllable synthesis regarding the chemical structure, moiety sequence, molecular weight and its distribution, to afford polymers with high yield, high molecular weight, high regio/stereoselectivity, high atom economy, and large structural diversity. The functionality of polymer products such as the luminescence property of the non-conjugated polymers without any traditional chromophore, as well as their structure-property relationship will also be systematically investigated; a series of stimuli-responsive fluorescent sensors towards metal ions, pH value, light, and heat will be developed. Through this project, we hope to develop the efficient multicomponent reactions of alkynes into useful polymerizations, and eventually utilize them in the large scale production of functional polymer materials.

开发便捷高效、高选择性、条件温和、经济环保的新型聚合反应，用于制备新型功能高分子材料，是高分子合成化学发展的必然趋势。相比于多组分聚合领域中的国内外研究工作，本项目的特色是采用炔烃作为单体，在无金属催化剂的条件下实现功能高分子的高效合成。本项目拟采用酯基/羰基/羧基/卤原子等活化的炔烃单体，发展高效便捷、绿色环保、无金属催化的新型多组分聚合反应，并分别从化学结构、基元序列、分子量及其分布等方面实现对高分子的可控合成，制备高产率、高分子量、高区域/立体选择性、高原子经济性、结构多样化的聚合物。我们还将对聚合产物进行功能与构效关系的系统研究，探索不含传统生色团的非共轭高分子的发光特性及机理，开发针对金属离子、pH值、光、和热等的刺激响应型荧光传感器。期望通过本项目的成功开展，将高效的炔烃多组分反应开发为有用的聚合反应，并最终能应用于功能高分子材料的大规模生产。

发展便捷、高效、经济的新型聚合反应，用于合成高分子新结构和功能高分子新材料，对于高分子化学和材料科学具有重要意义。多组分聚合以其高效性、产物结构多样性、原子经济性、环境友好等优势，对于构筑具有结构和功能多样性的高分子材料具有显著优势，逐渐发展为高分子化学前沿领域。本项目执行4年期间，项目成员围绕炔类单体的多组分聚合新反应进行开发，重点探索高效便捷、绿色环保、无金属催化的多组分聚合，并对聚合产物结构进行调控，对所得高分子材料的功能进行探索，得到系列具有自主知识产权的聚合反应和高分子材料。取得的代表性成果主要包括：(1)发展了17种基于炔或异腈的多组分聚合新反应，以及3种用于构筑超支化聚合物的多组分聚合，包括活化炔、异腈或非活化炔的无金属催化多组分聚合，以及其他炔的多组分聚合等，丰富了多组分聚合反应库。(2)成功制备了100余种线型聚合物和12种超支化聚合物，并系统表征了这类复杂高分子结构，大大丰富了高分子结构种类。这些炔的多组分聚合产物结构绝大部分是目前无法通过其他方法制备得到的新结构，具有一系列独特功能，可发展为高折光材料、金属富集材料、荧光化学传感材料等。. 在本项目资助下，项目负责人在J. Am. Chem. Soc., Macromolecules, ACS Macro Lett., Polym. Chem.等期刊上发表标注资助论文16篇，编著了英文专著1册，撰写中英文专著章节3章；获授权中国发明专利15项，另申请专利17项；获国家自然科学优秀青年基金项目资助、获2019年中国化学会青年化学奖、2021年中国化学会高分子青年学者奖；入选为中国科协第十次全国代表大会代表、英国皇家化学会会士、中国化学会青年化学工作者委员会委员；受邀担任Polym. Chem.期刊副主编；受邀在国际学术会议作邀请报告9次，在国内学术会议作邀请报告13次；培养或共同培养博士毕业生5名，硕士毕业生7名。本项目着眼于高分子化学前沿，发展了一批原创性的新型聚合反应和高分子材料，促进了高分子合成化学和高分子材料科学基础研究发展，为科技创新发展提供了源头供给。