螺旋聚异腈分子刷的可控合成及手性传递和放大研究
批准号:
22071041
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
吴宗铨
依托单位:
学科分类:
高分子合成
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
吴宗铨
中文摘要
聚异腈是一种典型的螺旋高分子,其主链由碳-碳单键构成,每个主链碳原子上都有取代基。本项目中,我们拟设计合成含有异腈端基的高分子作为异腈大单体,利用我们发展的炔钯催化剂引发大单体的端基异腈活性聚合,制备高接枝密度的螺旋聚异腈分子刷。这种聚合物刷的每个主链原子上都接枝有高分子侧链,具有较高的接枝密度。通过这种合成方法的建立,我们拟利用炔钯催化剂引发嵌段结构的异腈大单体活性聚合,制备核-壳聚异腈分子刷;利用炔钯催化剂顺序引发两种或多种异腈大单体嵌段共聚,制备嵌段聚异腈分子刷。拟通过异腈大单体与小分子异腈共聚,利用小分子作为稀释剂来调控聚异腈分子刷的接枝密度,从而有望实现对其接枝密度和侧链分布的有效调控。此外,我们还拟研究手性异腈大单体聚合过程中的手性传递和放大效应,揭示手性传递和放大的基本规律。本项目的研究工作将为高分子科学领域发展新的螺旋高分子和高接枝密度的聚合物刷及其可控合成方法。
英文摘要
Polyisocyanide is a typical kind of helical polymer, whose backbone is consisted of C-C single bonds and bearing substituent on every backbone atom. In this proposal, we will design and synthesize a series of isocyanide end-functionalized polymers as macromonomers. Living/controlled polymerization of these macromonomers by highly active alkyne-Pd(II) catalyst will lead to the formation of helical polyisocyanide bottlebrushes. Such polymer brushes have extremely high grafting density because the polymeric side chain is grafted on every backbone atom. Taking advantage of this strategy, we will study the controlled polymerization of isocyanide end-functionalized block copolymers by the Pd(II) catalyst to produce core-shell polyisocyanide brushes. We will also investigate block copolymerization of two or more different kinds of isocyanide macromonomers to generate block polyisocyanide brushes. Moreover, copolymerization of isocyanide macromonomer with isocyanide small monomer as diluent will lead to the control over the grafting density. Thus the grafting density and the distribution of side chains can be readily tuned through the variation on the feed concentrations of the macromonomer and small monomer. Lastly, we will investigate the chirality transfer and amplification during the living/controlled polymerizations of chiral isocyanide macromonomers, and attempt to disclose the general rules of the chirality transfer and amplification of the polymerization. Through these investigations, we intend to develop a series novel helical polymers and densely grafted polymer brushes, and establish their controlled synthesis methods.
聚异腈主链由碳-碳单键构成,每个主链碳上都可以引入取代基,能够形成稳定的螺旋结构。在聚异腈主链上接枝侧链有望获得高接枝密度的瓶刷聚合物,且侧链之间没有间隔其他原子,因此有望产生新结构和新性质的高分子材料。本项目中,我们系统地研究了螺旋聚异腈分子刷可控合成、手性诱导、以及圆偏振发光性质。主要研究内容包括:(1)将异腈基团引入到聚苯乙烯、聚乳酸等高分子端基上,设计合成了一系列异腈大单体,利用炔钯催化剂引发异腈大单体活性聚合,实现了可控分子量、窄分布和高接枝密度螺旋聚异腈分子刷的可控合成。手性大单体能够控制聚合反应的螺旋选择性,诱导聚异腈主链形成旋向过量,得到旋光活性的螺旋聚异腈分子刷。(2)设计合成了环状手性炔钯催化剂,并引发异腈大单体活性聚合,催化剂手性控制聚合反应的螺旋选择性,通过这种grafting through策略制备出了一系列旋光活性的环状螺旋聚异腈分子刷,由于侧基的紧密堆积,旋向过量的聚异腈分子刷具有光致发光和圆偏振发光性质。我们还通过grafting onto策略在环状螺旋聚异腈上接枝高分子侧链,制备出环状螺旋聚异腈分子刷。我们利用原子力显微镜和透射电子显微镜确证了环状螺旋聚异腈分子刷的结构。(3)利用钯催化异腈与芳基单体嵌段共聚,制备出了聚异腈与共轭高分子嵌段共聚物,螺旋聚异腈诱导共轭高分子嵌段共聚物不对称自组装,并将螺旋手性传递到超分子组装体上,诱导非手性的共轭高分子产生手性并发射圆偏振光。此外,我们还利用异腈单体的交联反应构筑了一系列大孔高分子材料,并应用于碘吸附和不对称催化。本项目的研究工作为拓扑结构螺旋手性高分子可控合成提供了新的方法和研究思路,为圆偏振发光、不对称催化、以及手性分离等领域提供了新的手性高分子材料。基于这些研究工作,我们在Acc. Chem. Res. (2), Angew. Chem. Int. Ed. (7), Nat. Commun. (3), Chem. Sci. (4), Macromolecules (3), 以及ACS Macro Lett. (2)等国际知名期刊上发表学术论文46篇,授权专利2件。培养毕业研究生10名。
催化剂负载的螺旋聚异腈的精准合成及催化不对称反应研究
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批准号:92256201
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项目类别:重大研究计划
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资助金额:300.00万元
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批准年份:2022
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负责人:吴宗铨
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依托单位:
螺旋聚异腈端功能化与超支化聚异腈的精密合成及其手性分离性能
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批准号:21871073
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项目类别:面上项目
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资助金额:65.0万元
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批准年份:2018
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负责人:吴宗铨
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依托单位:
国内基金
海外基金