AB型芴单体催化剂转移链式缩聚反应的研究

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过渡金属催化的催化剂转移缩聚(Catalyst Transfer Polycondensation,CTP)反应是近年来快速发展的、能够可控合成共轭高分子的聚合方法,其核心在于催化剂的高效分子内转移,使得聚合遵循链式机理,特别是一些单体(例如噻吩、苯等)的CTP反应显示出“活性”聚合的特征。因此,利用此方法不但能够可控地合成均聚物、梯度共聚物,还能够合成嵌段共聚物和聚合物刷。但是,对于芴等尺寸较大的单体,由于催化剂分子内转移效率不高,导致在聚合过程中存在链转移和链终止,使聚合的可控性不好,所得聚合物的分子量和分布很难控制。催化剂结构是影响CTP反应的重要因素之一,因此,本文以发展新催化剂为手段,以聚芴的可控合成为目标,在乙酰丙酮镍/1,3-二(二苯基膦)丙烷(Ni(acac)2/dppp)催化的Kumada CTP(KCTP)反应、配体(L)结构对Ni(acac)2/L催化的KCTP反应的影响、Pd/氮杂环卡宾配合物催化的Suzuki CTP(SCTP)反应三方面对芴的AB单体的CTP反应做了深入研究,主要成果和创新点如下:  (1)发现Ni(acac)2与双齿膦配体dppp能够原位生成八面体配合物Ni(dppp)(acac)2。以该配合物为催化剂,采用KCTP方法,在国际上首次实现了芴的AB单体的“活性”聚合。通过调控单体和催化剂的比例,不仅合成了数均分子量(Mn)介于2.8-62.2 kDa和分子量分布系数(PDI)<1.3的均聚芴,而且还合成了一系列的芴-芴和芴-噻吩的全共轭嵌段共聚物。  (2)分别在dppp苯环的对位、间位和邻位上引入甲基和甲氧基,制备了六种基于dppp的双齿膦配体,研究了它们与Ni(acac)2原位反应催化的芴的AB单体的KCTP反应。发现以间位和对位取代的dppp为配体时,聚合反应均具有可控链式聚合的特征。其中,以间甲基取代的dppp(L3)为配体时,聚合反应显示出最好的“活性”,能够可控合成Mn高达91.1 kDa的均聚芴和高分子量芴-噻吩全共轭嵌段共聚物;而当配体为邻甲基或邻甲氧基取代的dppp时,聚合反应却没有“活性”。采用密度泛函理论(DFT)方法计算了聚合中间体的能量,发现以L3为配体时,催化剂与共轭主链形成的络合物以及聚合活性端基的稳定性最好。  (3)首次以钯-非膦配体配合物为催化剂实现了芴和噻吩AB单体的SCTP反应。发现在双(2,6-二异丙基苯基)咪唑啉-2-叶立德醋酸钯(Pd(IPr)(OAc)2)催化下,SCTP反应遵循“活性”链式机理,能够可控地合成芴和噻吩的均聚物以及芴与噻吩的嵌段共聚物。但由于聚合的引发过程较慢,导致所得聚合物的分子量分布较宽。通过研究AA/BB单体的聚合反应以及二溴芴与联苯硼酸酯的模型反应,发现催化剂分子内转移的效率较高是聚合之所以显示出“活性”链式特征的主要原因。
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