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香港科技大學唐本忠教授等人主編的英國皇家化學會圖書《Synthetic Polymer Chemistry: Innovation and Outlook》正式出版
2019-09-12  來源:高分子科技

  高分子在我們生活的方方面面都發揮了不可或缺的作用。像淀粉及棉花這種天然高分子是日常生活中食物及衣物的重要來源,而如聚亞胺酯、聚碳酸脂和聚酰胺這類合成高分子則對天然高分子進行了有力補充并在生活的方方面面都發揮了非常重要的作用。高分子化學的發展很大程度上依賴于聚合方法學的進步。聚合新方法和新反應的發展,是高分子材料發展的基石,是推動高分子領域不斷前進的原動力。陽離子聚合、偶聯聚合和自由基聚合等傳統聚合方法已經被成功應用于制備結構多樣化的功能聚合物,但是相關領域的進一步發展對聚合方法學提出了更高的要求。并且隨著相關領域對于基礎科學及新型聚合物的需求不斷增長,對于合成高分子化學的研究依然是高分子化學領域的研究熱點。為了推進高分子合成化學的發展,香港科技大學的唐本忠教授和華南理工大學秦安軍教授等人組織邀請了國內外高分子合成化學領域的多位領軍人物和青年才俊撰寫了英國皇家化學會高分子化學系列圖書《Synthetic Polymer Chemistry: Innovation and Outlook》。該書對高分子合成化學領域近年來的部分代表性體系進行了重點介紹。

  本書共有10個章節,涵蓋了點擊聚合、烯烴共聚、超分子聚合物及二氧化碳共聚物的制備等多個方面, 著重介紹了單體及催化劑的設計和新的聚合體系。

  在第1章中,中科院上海有機所董佳家研究員及美國斯克利普斯研究所Wu Peng教授等共同執筆,簡要介紹了六價硫氟交換反應(SuFEx)在聚合物制備中的發展歷程,及其在大規模制備新型聚磺酰類和聚硫酸類聚合物中的應用,并且著重介紹了在這類聚合反應中發現的一類新型催化劑--雙氟化物。此外,本章中還介紹了SuFEx在聚合物后修飾方面的應用。

圖1 SuFEx用于合成新型高分子材料示意圖

  高效合成結構精確的聚合物,已經逐漸成為高分子科學領域的研究熱點和挑戰之一。蘇州大學的張正彪教授朱秀林教授等在第2章中介紹了巰基化學在聚合物精確制備中的應用。分別從巰基化合物的制備、基于巰基的高效反應(巰基-烯、巰基-炔、巰基-環氧點擊化學和硫醇-鹵化物親核取代反應等)及其在聚合物的精確合成中的應用等方面進行了介紹,其中重點介紹了巰基化學在精確制備具有各種拓撲結構的聚合物中的貢獻。

圖2 巰基化學用于精密大分子的合成示意圖

  聚乙烯已經成為我們生活中不可或缺的一部分,星狀聚乙烯作為最簡單的一類超支化聚合物目前正受到高分子領域的青睞。在第3章中,廣東工業大學的張震教授和阿卜拉杜國王科學技術大學的Hadjichristidis教授,詳細介紹了基于丁二烯和氫化反應,并利用陰離子聚合反應制備結構規整的星狀聚乙烯,從而發展了一種基于同源聚合制備二甲氧基锍亞甲基化合物的新聚合反應。此外,本章還對利用單環烯烴的開環易位聚合及Pd-二亞胺催化的乙烯聚合用于制備星狀聚乙烯也做了簡要介紹。

圖3 精確合成聚乙烯示意圖

  超分子聚合物化學是高分子與超分子化學交叉的前言方向。超分子聚合物作為一類特殊的高分子材料,其形成依賴于分子間的相互作用,使其具有良好的可逆性、自愈合及多重響應性等性能。清華大學徐江飛副研究員等在第4章工作中對于形成超分子聚合物的驅動力進行了分類介紹,并總結了具有不同拓撲結構的超分子聚合物及其制備方法。

圖4 形成超分子聚合物的驅動力、制備及拓撲結構示意圖

  在第5章中,中科院上海有機所的唐勇院士孫秀麗研究員等人重點介紹了利用邊臂策略設計均相金屬有機催化劑并用于聚烯烴共聚物的制備。通過在催化中心附近裝載“邊臂”基團以調控金屬中心的電子特性和空間形狀,從而調控催化劑的活性及催化特性。利用這種邊臂策略,可以調控金屬中心的電子特性和空間形狀,從而調節催化劑的聚合行為,實現對聚烯烴結構和性能的調控。所設計的催化劑已經被成功應用于制備具有特殊性能及完美線形結構的超高分子量聚乙烯。

圖5 利用邊臂策略高效制備高分子材料示意圖

  內消旋環氧烷烴的不對稱開環是構建具有兩個手性中心有機化合物的重要方法之一。在第6章中,大連理工大學的呂小兵教授集中介紹了基于具有高活性及手性選擇性的催化聚合方法學,并用于多手性誘導和雙金屬協同效應介導的內消旋環氧烷烴的不對稱聚合。本章節對分別闡述了利用目前發展比較成熟的催化劑體系用于CO2、COS和環酸酐等與內消旋環氧烷烴的去對稱開環共聚,制備具有結構規整和分子量分布小的雙手性中心共聚物。

圖6 基于內消旋環氧烷烴的去對稱共聚反應示意圖。

  CO2是溫室效應的主要“元兇”,但又是一種低成本碳資源,以其為原料可以合成CO2基生物可降解塑料,降解產物對環境無污染,而且生產成本較低。在第7章中,中科院長春應化所王獻紅研究員等詳細介紹了CO2/環氧類衍生物共聚制備具有高分子量和可降解性的聚碳酸酯及低分子量的聚醚多元醇的研究進展,同時還對基于二氧化碳的多功能共聚物及其應用進行了簡單的介紹。

圖7 利用CO2/環氧共聚制備聚碳酸酯示意圖

  聚賴氨酸是天然氨基酸單體或其衍生物通過酰胺鍵連接而成的一類聚合物。由于其具有優良的生物相容性、生物可降解性等優點,在生物醫學領域顯示出廣泛的應用前景。第8章中,中科院 長春應化所的陶友華研究員王獻紅研究員等介紹了利用氨基酸的成環形成內酰胺單體,再通過內酰胺開環聚合制備聚氨基酸的研究進展,并利用該聚合反應合成之前主要依賴于發酵法才能制備的e-聚賴氨酸且已完成了中試研究,具有重要的工業意義。

圖8 利用開環聚合制備聚賴氨酸的方法示意圖

  作為一類重要的功能聚合物,稠(雜)環聚合物由于其特殊的光電性能使得其在得到越來越多的關注。在第9章中,香港科技大學的林榮業博士唐本忠院士詳細總結了近年來利用三鍵單體聚合制備多功能稠(雜)環聚合物的進展。與此同時,本章節還會對稠(雜)環聚合物的結構、性能及其應用進行分別介紹。

圖9 三鍵單體聚合制備稠(雜)環聚合物示意圖

  利用有機催化聚合可以制得無金屬殘留的聚合物。第10章,浙江大學張興宏教授對近年基于利用有機催化聚合實現一碳單體(CO2和COS)和環氧化物的高效共聚進行了總結。著重介紹了利用有機路易斯酸堿作為催化體系用于基于一碳單體的共聚物制備的工作。此外,本章節還對所制得的共聚物的性能及應用進行了相應的介紹。

圖10 一碳單體在自然界的循環及其用于與環氧化物共聚示意圖

  本書的共同編輯還有香港科技大學趙征博士及華南理工大學胡蓉博士。本書適合于高校和科研院所從事高分子合成及制備的學生及專家學者參考使用,也適合相關領域從事高分子材料與產品開發的研究人員閱讀。

  相關鏈接:https://pubs.rsc.org/en/content/ebook/978-1-78801-523-3

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(責任編輯:xu)
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