隨著現代合成技術的發展,有機化學家提出了級聯反應(cascade reaction)的概念以滿足高效和綠色的合成要求,即通過將上一個反應得到的新官能團直接用于下一個反應,從而將多個反應條件相似的反應級聯結合起來一鍋一次性完成。將其推廣到高分子合成體系,則可建立相應的級聯聚合(cascade polymerization)概念,即通過一步投料的聚合過程將兩個或多個反應條件相似的不同聚合反應級聯結合起來一鍋一次性完成。然而,該方向的早期嘗試并不順利,報道的多是串聯聚合(tandem polymerization)反應。2006年陶氏化學報道了通過鏈穿梭聚合(chain shuttling polymerization)合成聚烯烴多嵌段共聚物的方法,可認為是首例級聯聚合反應,因其在聚烯烴彈性體的合成上具有重要的應用價值,此方法吸引了眾多科學家的興趣。但其在合成其它聚合物體系的報道非常少。
聚酯是一類主鏈中含有酯鍵的聚合物,因其優異的性能得到了廣泛的應用。通常可采用縮合聚合(如芳香族聚酯)或開環聚合(如聚乳酸和聚己內酯)方法合成。有別于采用縮合聚合或開環聚合的傳統思路,蘇州大學屠迎鋒教授課題組于2013年提出了將開環聚合和縮合聚合在同一聚合體系中級聯的策略,即采用基于二酸二醇的大環內酯與二醇分子進行開環-縮合級聯聚合(PROP),合成共聚酯或聚酯多嵌段共聚物的方法。該方法克服了縮合聚合中對于二酸和二醇的高純度及嚴格的等當量投料要求的問題,以及開環聚合中單體種類較少,功能性基團難以引入及含量低的問題,具有鏈式聚合和逐步聚合各自的優點,可高效快速合成具有較高分子量的聚酯、共聚酯及其多嵌段共聚物。該工作提供了一種新型聚酯及其嵌段共聚物的合成方法,系列成果已發表論文11篇。
屠迎鋒教授課題組在《高分子學報》2019年第11期的特約專論中(即將出版)系統評述了級聯聚合的研究進展。首先闡明了級聯聚合的定義,說明了其與串聯聚合、并存聚合(concurrent polymerization)和雜化共聚合(hybrid copolymerization)的區別和聯系,然后從聚合機理、聚合動力學、聚合熱力學等方面介紹了開環-縮合級聯聚合方法,對比了其與縮合聚合和開環聚合的優缺點,并介紹了該聚合方法在合成共聚酯特別是多嵌段共聚酯方面的應用。最后,展望了該聚合方法待解決的問題、重點發展方向及在彈性體、可降解材料、生物醫用材料等方面的應用前景。
論文鏈接:http://www.gfzxb.org//article/doi/10.11777/j.issn1000-3304.2019.19094
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