[背景]
基于石化工业的塑料制品是现代工业和生活中必不可少的材料,但是日益枯竭的石油资源以及塑料垃圾带来的白色污染给塑料工业的发展带来了难题。为了破除困境,科研工作者们致力于用生物基的原料制备可持续发展,环境友好的高分子材料。糖化合物广泛存在于各种生命体中并且在各种生命活动中扮演重要的角色,而糖聚合物由于其出众的生物相容性和降解能力成为这个领域的研究热点。一般应用开环聚合或者逐步聚合将单糖或者多糖重复单元整合到高分子主链之中。诺奖得主Grubbs基于烯烃复分解有机反应开辟出开环易位聚合(ROMP)并且通过催化剂优化设计出可控活性聚合条件。区别于大多数可控活性聚合,ROMP聚合不需要严苛的反应条件且反应速率快是非常适合工业化的聚合方法。如果能利用ROMP去聚合基于糖的单体,对于糖聚合物的发展和之后的工业化是有非常重要的意义的。
[文章内容]
首尔大学Tae-LimChoi作为Grubbs的得意门生之一一直致力于拓展ROMP聚合应用于新的单体和材料。Lim课题组在年用串联反应首次实现了含双键六元环的开环易位聚合并且做到了活性可控(J.Am.Chem.Soc.,,?)。这个聚合方法也应用到了本文含糖单体的聚合,Grubbs三代催化剂将葡萄糖的衍生物通过先关环在开环的方法可以得到分子量高且分布窄的聚合物首次实现了含糖聚合物的ROMP活性聚合,聚合物末端仍保持活性,通过加入另一种单体(半乳糖衍生物)能够得到窄分子量分布的两嵌段聚合物。聚合的动力学和单体手性碳的手性环境以及与氮原子相连的磺胺基团的性质有很密切的关系,文中探究了机理并且优化了条件。由于高分子中双键的存在,通过调控E,Z两种构型的比例,聚合物的热力学性能(比如玻璃化转变温度)和光学性能都能有效地得到调节。除此之外,由于聚合物主链中的半缩醛胺官能团,在酸性环境下高分子会很快的降解。这种串联的开环易位聚合能够精确的设计可降解的糖聚合物并且控制材料的物理性能,开辟了环境友好可再生糖聚合物精确合成的新途径。Lim教授的工作非常新颖并且一直维持着高水准(每年有JACS数篇)。借用PolymerChemistry前主编DavidHaddleton对他的评价:“Heisarealstar”.
[图文解析]
图1.含糖衍生物单体开环易位聚合,得到的聚合物在酸性环境下会降解
图2.作者提出的串联开环易位聚合机理
图3.聚合得到低分布两嵌段聚合物证明其为活性聚合过程
半乳糖衍生物ROMP聚合得到低分布的均聚物,均聚物末端保持活性在加入葡萄糖的衍生物后,高分子链增长为两嵌段聚合物。SEC结果证明分子量的增加以及聚合过程非常可控。
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