采用Grubbs催化剂的双环戊二烯开环移位聚合速率调控
第二代Grubbs催化剂配体的合成及优化
大的影响 。 目前 , N一杂环 卡宾 ( N—h e t e r o c y c l i c c a r b e n e s , N H C ) 是第 二代 G mb b s 催化剂 中 的一个 关键配体 。本文 以
乙二醛为原料 , 通过取代 、 还原 、 环化 等反应 , 合成 了一种氮杂 环卡宾 的前驱体 1 , 3一二取 代 一2一羧基 咪唑啉。在此 基础上 , 对 部分关键合成环节进行了优化 。研究结果 表明 , 在 乙二 醛 一双 一( 2 , 4 , 6三 甲基苯 基 ) 亚胺 的合成过 程 中, 随着反应温度 的升高 , 产率逐渐升高 , 后有所降低 。在 3一( 2, 4 , 6三 甲基苯基 )一2一羧基 咪唑啉 的合成过 程中 , 反应
烯烃 复 分 解 反 应 ( 0 1 e i f n m e t a t h c s i s ) 是 由金 属 烯 烃配 合物 ( 又称 金 属卡宾 ) 催 化 的不饱 和 碳 碳 双键 或
者叁 键之 间 的碳 架 重排 反 应 … 。 1 9 9 2年 ,G r u b b 的活性 与其 中一个 膦配 体 的
第二代 G r u b b s 催 化 剂 配体 的合 成 及优 化
李郭成 高康莉 邓兆静 韩 国志
( 南 京工业 大 学理学 院 , 江苏 南京 2 1 0 0 0 9 )
摘 要 G r u b b s 催 化剂 是一 种用于烯烃复分解 反应 的配位化合 物 , 其 中的配体 对于催 化剂 的催化性 能、 稳 定性有很
h a s g r e a t i n l f u e n c e o n t h e f u n c t i o n a n d s a t b i l i t y o f t h e c a a t l y s t .A t p r e s e n t , N— h e t e r o c y c l i c c a r b e n e( N H C)i s a k e y
自修复综述
外援型自修复聚合物材料翟翠红(上海大学高分子化学与物理学号14723571 )摘要:综述了近年来自修复聚合物材料的研究进展,根据自修复过程是否需要外加修复剂,聚合物基复合材料自修复方法主要包括外援型自修复和本征型自修复。
结合近几年最新研究成果,归纳了几种典型的外援型自修复方法,主要包括空心纤维自修复、纳米粒子自修复、微胶囊自修复(双环戊二烯修复剂体系、环氧树脂修复剂体系等)、微脉管自修复、碳纳米管自修复等,系统阐述了这几种自修复方法的修复机理、自修复体系特点及研究现状。
展望了自修复材料的研究前景:优化和开发新的修复剂体系以提高修复效率、实现真正意义上的仿生材料。
关键词:外援型自修复、聚合物材料、自修复机理、仿生材料Research Progresses in Extrinsic Self-healing PolymerMaterialsZhai Cuihong(Shanghai University Polymer Chemistry and Physics )Abstract:Research progress in self-healing polymer materials in recent years is summarized. According to the healing agents applied or not in the self-healing process,self-healing methods in polymer materials can be classified into extrinsic self-healing and intrinsic self-healing. Based on the latest research achievements,several typical extrinsic self-healing methods are summarized,including hollow-fiber self-healing,nano-particle self-healing,microcapsule self-healing (dicyclopentadiene healing agent system,epoxy healing agent system),microvessel self-healing and carbon nano-tube self-healing. Several extrinsic self-healing mechanisms,self-healing system characteristic and present research status are elaborated. Future research on self-healing materials is prospected,i.e.,optimizing and developing new healing agents system in order to improve the self-healing efficiency,and realizing the true biomimetic materials.Key words:extrinsic self-healing;polymer materials;self-healing mechanisms; Biomimetic Materials具有自修复功能的聚合物基复合材料是近几年学术界研究的热点,。
有机化学 开环聚合
传统酚醛树脂
苯并噁嗪树脂固化过程 中进行开环聚合,不释 放出低分子物,改变了 酚醛树脂传统的工艺路 线,成型工艺简单,原 料广泛。
但 是
3 新型材料的制备
2.1苯并噁嗪的合成和聚合
合成:
酚醛式结构
聚合:
芳香醚式结构
3 新型材料的应用
1986年Gilliom等人发表了以Ti
杂烷丁环为催化剂的降冰片烯 开环易位聚合,所得产物的分 子量分布窄。并跟踪聚合反应 发现开环易位聚合是活性聚合。
烯烃的均相催化歧化,他将这一
反应命名为“烯烃易位反应”。
1
3
2
1976年开环易位聚降冰片
4
至今,利用开环易位聚合除了可以获 得特殊结构的均聚物外,还可以得到 严格交替的共聚物,而且反应速度很
分子结构中实际含有卡 宾部分,活性大,能使低 环张力的单体发生聚合。 同,Grubbs催化剂对极 性官能团、痕量氧和湿 气都不敏感。
烯烃复分解反应式 反应产物保留了 C=C
3 新型材料的制备
环烯烃的开环易位聚合是环烯烃通过链聚合转化成聚合物材料 的过程。聚合的机理主要是依据烯烃的易位反应,金属中间体 和 C=C 之间交换,生成一种含有不饱和 C=C 的聚合物。该过 程区别于典型的烯烃加成反应,如乙烯加成得到聚乙烯。
1967年,Calderon用WCl6Et2OH催化体系由2-戊烯得到了 2-丁烯和3-己烯,成功地实现了
1
开环聚合的分类和机理
——能否开环及聚合能力的大小
环状化合物很多,开环聚合的倾向各异: 三、四元环容易开环聚合; 五、六元环能否开环聚合与环中杂原子有关,由于杂原子提 供了引发剂亲核或亲电进攻的位置,所以在动力学上它们比 环烷烃更有利于开环聚合。 七元环以上的聚合可能性又加大,七、八元环也能开环聚合, 但环与线性聚合物往往构成平衡。
聚双环戊二烯反应注射成型的研究进展
聚双环戊二烯反应注射成型的研究进展乔新峰;杨维成;付宏伟;罗勇【摘要】聚双环戊二烯(PDCPD)是采用反应注射成型(RIM)工艺制备的一种新型热固性工程塑料,具有优异的韧性与刚性双重力学性能,聚双环戊二烯正成为取代某些传统材料(PP、PE等)的新型高抗冲材料.综述了PDCPD的聚合机理、材料特点及性能、材料应用与改性研究,展望了PDCPD的发展趋势和应用领域.【期刊名称】《上海塑料》【年(卷),期】2017(000)004【总页数】6页(P9-14)【关键词】聚双环戊二烯;聚合机理;材料性能;改性【作者】乔新峰;杨维成;付宏伟;罗勇【作者单位】上海化工研究院有限公司,上海200062;上海化工研究院有限公司,上海200062;上海化工研究院有限公司,上海200062;上海化工研究院有限公司,上海200062【正文语种】中文【中图分类】O632.15聚双环戊二烯(PDCPD)是一种热固性材料,它是由双环戊二烯开环移位聚合反应制备得到,通常采用反应注射成型(RIM:reaction Injection moulding)工艺制备产品。
反应注射成型(RIM工艺)是成型过程中产生化学反应的一种注射成型方法。
该种材料成型方法所使用的原料不是聚合产物,而是将多种液态单体或预聚物按照一定的比例共混入反应注射器中,在共混过程中采用加压手段,共混均匀后注射到闭合模具中,最后在闭合模具内完成材料聚合固化成型。
反应注射成型是一种常用的材料加工方法,该方法既可以生产小型制品,亦可生产大型制件[1]。
由于所使用原料状态为液态,因而采用较小的压力即可以将反应原料快速充满模腔内,有利于降低模具造价,非常适用于生产大型制件。
该材料成型产品由初期的电视机外壳、家具等尺寸较小的制品逐渐发展到现今汽车工业领域中采用的各种高韧性、高品位制品,比如:方向盘、挡泥板、发动机罩等。
该材料成型技术己发展成当前高分子材料加工领域的一种前沿技术[2],它是塑料成型、树脂合成等工艺的一次革新,代表了高分子材料合成的新方向。
双环戊二烯开环易位聚合反应用催化剂的研究进展
第49卷第1期上㊀海㊀塑㊀料SHANGHAIPLASTICS㊀Vol.49No.1㊀2021㊀基金项目:上海市科委高新技术领域项目(185****9200)作者简介:时萌珣(1995 )ꎬ男ꎬ在读硕士研究生ꎬ研究方向为聚烯烃催化技术ꎮ通信作者:杨维成(1982 )ꎬ男ꎬ高级工程师ꎻywcjc@163.comꎮ罗㊀勇(1974 )ꎬ男ꎬ教授级高工ꎻluoyongno.1@163.comꎮDOI:10.16777/j.cnki.issn.1009 ̄5993.2021.01.002双环戊二烯开环易位聚合反应用催化剂的研究进展时萌珣1ꎬ㊀刘㊀前1ꎬ㊀刘㊀建1ꎬ㊀段高坤1ꎬ方超立1ꎬ㊀杨维成1ꎬ2ꎬ3ꎬ㊀罗㊀勇1ꎬ2ꎬ3(1.上海化工研究院有限公司ꎬ上海200062ꎻ2.聚烯烃催化技术与高性能材料国家重点实验室ꎬ上海200062ꎻ3.上海市聚烯烃催化技术重点实验室ꎬ上海200062)摘㊀要:聚双环戊二烯(PDCPD)是由双环戊二烯(DCPD)聚合而成的高分子化合物ꎬ作为一种新型高性能树脂ꎬ近年来其市场需求急速发展ꎮ为制备PDCPD材料ꎬ聚合反应中的催化剂是技术关键ꎬ直接决定了产品的性能与制备工艺的经济性ꎮ主要基于催化技术的发展过程ꎬ从催化剂的结构与功能等方面ꎬ介绍了目前DCPD聚合制备PDCPD过程中所采用的主要催化剂的发展现状ꎮ关键词:聚双环戊二烯ꎻ开环易位聚合反应ꎻ催化剂中图分类号:TQ342㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:1009 ̄5993(2021)01 ̄0012 ̄09DevelopmentofCatalystTechnologyinRing ̄openingMetathesisPolymerizationofDicyclopentadieneSHIMengxun1ꎬ㊀LIUQian1ꎬ㊀LIUJian1ꎬ㊀DUANGaokun1ꎬ㊀FANGChaoli1ꎬYANGWeicheng1ꎬ2ꎬ3ꎬ㊀LUOYong1ꎬ2ꎬ3(1.ShanghaiResearchInstituteofChemicalIndustryCo.ꎬLtd.ꎬShanghai200062ꎬChinaꎻ2.StateKeyLaboratoryofPolyolefinsandCatalysisꎬShanghai200062ꎬChinaꎻ3.ShanghaiKeyLaboratoryofCatalysisPolyolefinsꎬShanghai200062ꎬChina)Abstract:Polydicyclopentadiene(PDCPD)ispolymerizedfromdicyclopentadiene(DCPD)ꎬperformingasanexcellentpolymerꎬitsmarketdemandisgrowingrapidlyinrecentyears.InordertopreparePDCPDmaterialsꎬthecatalystsusedinthepolymerizationisthekeytechnologyꎬwhichdirectlydeterminetheperformanceandeconomicsofpreparation.BasedonthedevelopmentprogressofcatalytictechnologyꎬfromthetechnicalaspectsofcatalyststructureandfunctionꎬthemaincatalystsofDCPD spolymerizationareintroducedꎬandreviewedthedevelopmentofcatalysttechnology.Keywords:PDCPDꎻring ̄openingmetathesispolymerizationꎻcatalyst0㊀前言聚双环戊二烯(PDCPD)是一种以双环戊二烯(DCPD)为原料ꎬ经有机金属化合物催化聚合形成的一种具有轻度交联结构的热固性工程树脂ꎬ其最显著特点是力学性能平衡ꎬ兼具刚性和韧性ꎬ具有较高的弯曲强度以及抗冲击强度ꎮ与其他工程塑料相比ꎬ具有优良的综合性能:耐热性优于聚氨酯㊁聚氯乙烯㊁聚乙烯㊁聚丙烯等材料ꎻ尺寸稳定性优于聚氨酯ꎻ抗蠕变性优于尼龙ꎮPDCPD还兼具质轻㊁耐腐蚀㊁耐低温㊁吸水率低㊁涂覆性好等优点ꎮ因此ꎬPDCPD作为新一代高分子材料ꎬ成为当今研究热点ꎬ有望在众多领域成为主导材料ꎮ目前ꎬPDCPD在通信设备㊁电器设备㊁交通设施㊁体育设施㊁铸造配件㊁土木建筑材料中都有广泛应用ꎬ近几年其市场需求也在不断扩大ꎮ1㊀PDCPD简介PDCPD由DCPD通过金属有机化合物催化聚合形成ꎬ具有轻度交联的结构(见图1)ꎮPDCPD聚合反应称为开环易位聚合(ROMP)反应ꎬ反应单元的本质实际是烯烃复分解反应ꎬ反应过程中存在四元环结构中间体(见图2)ꎮ图1㊀PDCPD的聚合和分子结构图2㊀烯烃复分解反应㊀㊀目前公认的聚合反应机理中ꎬ活性中心是金属卡宾(见图3)ꎮ金属卡宾与DCPD中的双键形成含有金属四元环结构的中间体ꎬ随后以易位方式发生裂解ꎬ形成金属卡宾配合物[1]ꎬ这是反应的链引发阶段ꎮ单体继续插入ꎬ增长的金属卡宾与金属四元环不断交替出现ꎬ循环进行[2]ꎬ为链增长阶段ꎮ反应持续进行ꎬ最终形成具有轻度交联的三维网状结构的高分子量聚合物ꎮ图3㊀DCPD聚合反应机理㊀㊀在PDCPD材料的制备过程中ꎬ催化剂是工艺的关键和技术源头ꎬ也是开发材料成型工艺㊁发展PDCPD基复合材料的前提和技术保障[3]ꎮ一方面ꎬ催化剂的活性㊁稳定性直接决定了聚合反应过程和树脂材料的力学性能ꎬ制备成本决定着催化剂的工业应用价值ꎻ另一方面ꎬ催化剂性能更优㊁耐受性更好ꎬ使得PDCPD的功能化应用成为可能ꎮ目前广泛使用的烯烃复分解反应催化体系基本可以分为双组分催化剂和单组分金属卡宾类催化剂ꎮ单组分金属卡宾类催化剂主要为钌卡宾类的催化剂ꎬ其中以Schrock型催化剂㊁Grubbs催化剂㊁Hoveyda ̄Grubbs催化剂最具代表性ꎮ2㊀双组分催化剂最早开始应用于DCPD聚合反应的是双组分催化剂ꎮ双组分催化体系通常由主催化剂和助催化剂组成ꎮ主催化剂为过渡金属的卤化物(如WCl6㊁MoCl5㊁ReCl5㊁RuCl3)或过渡金属氯氧化物(如WOCl4)ꎻ助催化剂为强路易斯酸类物质(如烷基铝及其衍生物㊁SiCl4㊁RMgI㊁苯乙炔等)ꎮ主催化剂在助催化剂的辅助下形成高活性的金属卡宾以催化ROMP反应进行ꎬ主催化剂的质量决定催化所形成的活性物种金属卡宾的质量ꎬ而助催化剂的质量决定金属卡宾的形成速率ꎮ以铝/钼为主催化剂的双组分催化剂研究与工业应用多发生在20世纪80年代ꎮ美国Hercules公司采用Et2AlCl为助催化剂[6]ꎬWCl6/WOCl4为主催化剂[4 ̄5]形成金属卡宾ꎬ以激发催化活性ꎮ同时期ꎬ美国Goodrich公司在专利中采用[(C12H25)3NH]4Mo8O26为主催化剂ꎬEt2AlCl和SiCl4为助催化剂ꎬ成功催化了DCPD的ROMP反应[7 ̄8]ꎮ双组分催化体系比较敏感ꎬ通常在体系中加入醇㊁酚类等物质ꎬ其羟基作为配体与金属中心配位ꎬ减少钨与水㊁氧接触的概率ꎬ形成较稳定的化合物ꎮ这些不同类型配体对钨的电子效应各异ꎬ造成31 第1期㊀时萌珣ꎬ等:双环戊二烯开环易位聚合反应用催化剂的研究进展㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀W Cl键的电子云密度也不同ꎬ与助催化剂反应形成卡宾的速率也有所差别ꎬ因此ꎬ使用不同类型的配体可以得到具有不同活性的催化体系ꎮ此外ꎬDCPD的ROMP反应会快速放热ꎬ即使在室温下反应速率也较快ꎬ往往会产生暴聚现象ꎬ影响聚合反应的稳定性ꎮ为满足反应注射成型工艺的实际操作需求ꎬ常加入路易斯碱㊁胺㊁β ̄二酮㊁醚类作为反应的延缓剂ꎮ催化剂组分中的助催化剂也可调控ꎬ在原先单组分助催化剂的基础上添加其他物质形成双组分助催化剂ꎬ能够更好地控制聚合反应ꎬ如加入Et2AlIꎬ可以控制聚合凝胶时间ꎬ提高PDCPD树脂交联度ꎮ总体而言ꎬ采用双组分催化剂的制备成本较低廉ꎬ体系中形成的钨卡宾㊁钼卡宾对ROMP反应具有较好活性ꎬ至今仍用于PDCPD材料的工业生产ꎮ然而ꎬ此类催化剂缺点明显:一方面催化剂对空气㊁水以及大部分官能团极其敏感ꎬ微量湿气即可影响模具边缘部分催化剂的活性ꎬ造成边缘部分硬化较差ꎻ另一方面其所用的助催化剂(烷基铝)非常不稳定ꎬ遇水爆炸㊁遇氧燃烧ꎬ实际应用十分复杂ꎮ另外ꎬ双组分催化剂难以判断活性中心位置ꎬ研究其机理相对困难ꎬ聚合物的立体结构控制也有一定难度ꎮ3㊀单组分催化剂自1971年法国石油研究院CHAUVINY阐明金属四元环反应机理[1]后ꎬ许多科学家以此机理为基础ꎬ开发出各类高效的单活性中心催化剂ꎮ目前对制备PDCPD用催化剂的研究与应用聚焦在金属卡宾类催化剂上ꎬ即本身结构就含有金属卡宾并可引发聚合的单分子催化剂ꎬ主要代表为Schrock型催化剂和Grubbs催化剂ꎬ以及以Grubbs催化剂为基础改良的Hoveyda ̄Grubbs催化剂ꎮSchrock型催化剂的发现是研究ROMP反应的一个重要里程碑ꎮ通过化学结构上的改变ꎬ可以在更大的范围内调节催化剂活性ꎮ以Grubbs催化剂为代表的钌催化体系更易制备和控制ꎬ活性更强ꎬ多为活性聚合催化剂ꎬ能够催化含有各种不同类型官能团的单体ꎬ在空气和水的介质中表现出良好的稳定性ꎮ3.1㊀钽㊁钨㊁钼体系催化剂钽㊁钨㊁钼体系催化剂的代表即为Schrock型催化剂ꎮSCHROCKRR等[9]合成含钽金属卡宾的配合物[Ta(CHCMe3)3Cl(PMe3)(OCMe3)2]ꎬ其中的钽处于最高氧化价态(+5)ꎮ由于存在叔丁氧基配体ꎬ该配合物的催化活性要高于当时其他类似配合物ꎮ在早期烯烃复分解催化剂的开发研究中ꎬ常以金属钼和钨作为催化中心ꎬSCHROCKRR等[10]基于钼的高氧化态亚烷基配合物ꎬ开发出几种单活性中心钼卡宾化合物ꎬ并得到了通式为[Mo(CHCMe2Ph)(N Ar)(OR)2]的配合物[11 ̄12](见图4)ꎮ㊀㊀图4㊀几种代表性的Schrock型催化剂㊀㊀相比双组分催化剂ꎬSchrock型催化剂引发机理更为清晰ꎮ这些金属卡宾配合物是当时催化活性最高且结构明确的单组分烯烃复分解催化剂ꎮ该类催化剂对大多数不同空间㊁电子效应的底物都具有很高的催化反应活性ꎬ对双键上有单取代㊁二取代或三取代的双键底物都可以得到含相应取代基的双键环合产物ꎬ也是当时唯一能催化四取代双键底物合环的催化剂ꎮ该类催化剂另一显著特点是具有较高的活性和立体选择性ꎬ能形成全同立构和间同立构的聚合物ꎬ且可以催化含有醚㊁酯㊁胺㊁腈㊁膦等极性官能团的单体聚合ꎮ但是ꎬ由于Schrock型催化剂对醛㊁酮质子化的官能团敏感ꎬ以及对空气㊁水ꎬ甚至体系中痕量的杂质敏感ꎬ不易保存ꎻ同时ꎬ其操作必须在惰性气氛41 ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀上㊀海㊀塑㊀料㊀㊀㊀㊀2021年第49卷㊀下的无水溶剂中进行ꎬ增加了工艺复杂程度ꎬ大大限制了该类催化剂的发展和应用[13]ꎮ此后ꎬ也有科学家开发了新的以金属钼㊁钨为催化中心的催化剂ꎮ2012年ꎬNAYABS等[14]测试了使用[WOCl2 ̄(hpap)]的顺式和反式异构体的混合物催化环烯烃(如四环十二烯和四环十二烯甲酸甲酯)的ROMP反应ꎬ使用三烷基铝作为促进剂ꎮ该催化剂被证明具有很高的活性(见图5)ꎬ其对空气非常敏感ꎬ必须在无氧环境下进行操作ꎬ增加了工艺的复杂性ꎮ图5㊀NAYABS等在2012年测试的催化剂㊀㊀LEHTONENA等[15]研究了具有螯合酚盐(L)的亚胺钨(VI)配合物(见图6)ꎮ[W(NPh)Cl3(L)]类型的VI配合物可以被乙基溴化镁活化ꎬ催化降冰片烯衍生物(如2 ̄降冰片烯㊁5 ̄乙烯基 ̄2 ̄降冰片烯㊁DCPD)的ROMP反应ꎮ当用乙基溴化镁处理时ꎬ这些化合物形成活性催化剂ꎮ聚合反应可以在环境气氛下进行ꎬ不需要复杂的惰性气氛技术ꎬ反应产生具有高顺式含量的聚合物ꎮ㊀㊀图6㊀LEHTONENA等在2008年研究的催化剂㊀㊀2020年ꎬBENEDIKTERMJ等[16]合成并测试了大量以VI族金属元素为金属中心的催化剂(见图7)ꎬ其中大部分都具有高效率的催化性能ꎬ但大多数都对许多官能团十分敏感ꎬ聚合体系中的空气㊁水㊁醇等物质也会使其失效ꎬ仅有少数几种(图7中两者为代表)可以应用ꎮ这几种催化剂的稳定性和官能团耐受性已媲美目前带氮杂环卡宾(NHC)配体的钌基催化剂ꎮ㊀㊀图7㊀BENEDIKTERMJ等在2020年研究的催化剂3.2㊀钌体系催化剂自从NGUYENST等[17]在1992年提出了第一种结构明确的钌卡宾配体催化剂以来ꎬ以钌为金属中心㊁卡宾类结构为配体的催化剂因其高活性㊁高效率的催化性能和易于合成的特性ꎬ使烯烃复分解反应催化剂的研究主要集中在了钌体系催化剂上ꎮGrubbs催化剂是以钌为金属中心的金属卡宾配合物ꎬ通式为[Ru(CHR)Cl2(L)(L )](见图8)ꎮ为了提高催化剂的反应活性ꎬGRUBBS等将分子式为[RuCl2(PPh3)2(CH CHCHPh)]的配合物结构中与磷相连的苯基(Ph)换成环己基(Cy)ꎬ在1995年提出了Grubbs第一代催化剂[18]ꎬ见图8(a)ꎮ结果提高了催化反应的活性ꎬ大大加快了反应速率[19 ̄20]ꎮ(a)第一代催化剂㊀(b)第二代催化剂图8㊀Grubbs催化剂㊀㊀Grubbs第一代催化剂合成步骤简单㊁结构稳定不易分解㊁催化活性较高ꎬ且具有很好的官能团兼容性[21]ꎬ在质子溶剂中也很稳定[22]ꎮ通常情况下ꎬ对酰胺类底物的环化产率比较高ꎬ更明显的优点是该催化剂不受空气㊁水以及体系中杂质的影响ꎬ因此扩大了应用范围ꎮ但是ꎬ该催化剂不适用于含胺基的底物ꎬ胺基的存在会使其失去活性ꎮ为进一步改进催化剂性能ꎬ1999年GRUBBS等在研究催化反应机理时发现ꎬ在催化反应的引发阶段存在膦配体与金属中心解离的过程ꎬ进而产生51 第1期㊀时萌珣ꎬ等:双环戊二烯开环易位聚合反应用催化剂的研究进展㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀一个具有催化活性的中间体ꎮ如果能有效地加快膦配体与金属中心的解离速率ꎬ则该催化剂的催化效率就有可能提高ꎮSCHOLLM等[23]经过进一步研究得出结论:催化反应的发生需要钌卡宾配合物分子中的一个膦配体解离生成活泼的钌中间体ꎮ为此ꎬGRUBBS研究团队将原有结构中的一个膦配体换成具有大空间位阻的NHC配体[24]ꎬ得到了Grubbs第二代催化剂[25]ꎬ见图8(b)ꎮ该催化剂延续了Grubbs第一代催化剂的特点ꎬ稳定㊁易制备ꎬ露置在空气中储存数星期都不会分解ꎮ同时反应条件温和ꎬ具备较高的催化活性ꎬ反应时间更短ꎬ催化剂用量更少[26]ꎮ这一烯烃复分解反应催化剂因其广泛的有机官能团适用性和在空气中的稳定性ꎬ受到有机化学家的青睐ꎮ㊀㊀Grubbs催化剂热稳定性较差ꎬ在较高的温度下易发生分解ꎮ1999年KINGSBURYJS等[27]在Grubbs催化剂的基础上开发得到了异丙氧基螯合的Hoveyda ̄Grubbs第一代催化剂ꎬ见图9(a)ꎮ随后又在2000年进一步开发得到了不含膦配体的Hoveyda ̄Grubbs第二代催化剂[28]ꎬ见图9(b)ꎮ其中在分子中引入具有较大体积的亲核性异丙氧螯络合物配体ꎬ提高了催化剂的热稳定性ꎬ并且在催化反应时有较高的引发速率ꎮ在催化反应中ꎬ尤其是Hoveyda ̄Grubbs第二代催化剂ꎬ在室温条件下反应不到2h就可以获得88%的收率[29]ꎮ(a)第一代催化剂(b)第二代催化剂图9㊀Hoveyda ̄Grubbs催化剂㊀㊀第一代和第二代的Hoveyda ̄Grubbs催化剂分别由相应的Grubbs催化剂衍生ꎬ原Grubbs催化剂中一个三环己基膦基团被苯环邻位的异丙氧基所替代ꎮHoveyda ̄Grubbs第一代催化剂适用于末端烯烃的关环复分解反应ꎮHoveyda ̄Grubbs第二代催化剂适用于缺电子烯烃的关环㊁开环和交叉复分解反应ꎮ4㊀其他钌体系催化剂由于钌体系催化剂相较于钼㊁钨类催化剂而言ꎬ对大量有机官能团㊁水分和氧气的耐受性能更佳ꎬ所以近十几年来对于烯烃复分解类反应催化剂的研究聚焦在钌卡宾配合物类催化剂上ꎮDCPD的ROMP反应会快速放热ꎬ但Grubbs催化剂㊁Hoveyda ̄Grubbs催化剂中的钌卡宾配合物都具有较高的催化活性ꎬ聚合反应在数分钟内完成ꎬ即使在室温下反应速率也较快ꎮ这使得反应不易控制ꎬ容易产生暴聚现象ꎬ影响聚合反应的稳定性ꎬ造成产物的收率降低㊁杂质增加等不良后果ꎬ导致聚合物性能降低ꎮ为此ꎬ在反应时不得不加入缓聚剂ꎬ降低反应速率以提高反应的稳定性ꎬ但这样又增加了聚合工艺的复杂性ꎬ引入了杂质ꎬ使聚合物的后处理难度增加ꎮ因此ꎬ近十几年来不少科学家研究在钌卡宾配合物上加上特定配体ꎬ延缓聚合反应的发生ꎬ或者使聚合反应在某特定条件下才能引发ꎬ提高反应的稳定性ꎮ为增强Grubbs催化剂的稳定性ꎬSAMECJSM等[30]在2007年对其先前开发的催化剂进行了配体上的改良ꎬ在Grubbs第二代催化剂的基础上ꎬ增加了一个半稳定性的双齿配体(见图10)ꎬ抑制了催化剂在反应过程中的分解ꎬ使副反应更少发生ꎬ同时其催化活性能够在反应进行过程中随着温度的升高逐渐引发ꎬ减少暴聚现象ꎮ另外ꎬ该催化剂在合成过程中还避免了以Grubbs催化剂为基础进行改进时常会使用到的铊盐ꎮ图10㊀GRUBBS等在2007年开发的催化剂61 ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀上㊀海㊀塑㊀料㊀㊀㊀㊀2021年第49卷㊀㊀㊀但是ꎬ该催化剂的不足之处在于ꎬ在同样条件下的催化活性较Grubbs催化剂略有降低ꎬ限制了进一步的应用ꎮ有科学家发现ꎬ当催化剂结构存在含有OңRu㊁NңRu等配位键的双齿螯合配体时ꎬ催化剂活性引发的过程与OңRu㊁NңRu等配位键的断裂有关[31]ꎮ随着这些配位键的断裂ꎬ双齿螯合配体变为单齿非螯合配体ꎬ催化剂结构中的钌卡宾部分暴露出来ꎬ催化剂得以显现出活性ꎬ可以进行下一步的反应(见图11)ꎮ图11㊀Hoveyda ̄Grubbs第二代催化剂中的OңRu配位键的断裂㊀㊀近十几年来ꎬ众多研究者着眼于催化剂活性引发的机理ꎬ基于Grubbs催化剂ꎬ开发出许多新的催化剂ꎬ其中大部分都使用了多齿螯合配体ꎬ增强了催化剂在反应过程中的性能ꎬ还开发了一些新的反应功能ꎮ该类钌卡宾配合物在室温下的反应中不活泼ꎬ但随后可被一些引发条件ꎬ如热㊁光㊁酸㊁化学活化㊁超声波等活化ꎮ在钌金属中心上使用螯合卡宾配体是合成高性能催化剂的较有希望的方法ꎮ这种螯合配体是双齿的ꎬ在室温下稳定了催化剂的静息状态ꎬ而在一定条件下会释放出一个配位位点ꎬ使得聚合反应可以进行ꎮ从使用双齿螯合配体的思路出发ꎬSZADKOWSKAA等[32]在2009年发表的研究给出了具有代表性的解决方法ꎮ他们在Grubbs第二代催化剂的基础上进行了改进ꎬ制备了一系列新型催化剂ꎬ使钌卡宾配合物具有了空间位阻更大的卡宾螯合配体ꎬ在催化剂保持活性的同时使其稳定性大大提高(见图12)ꎮ图12㊀SZADKOWSKAA等在2009年开发的催化剂㊀㊀图12中合成的催化剂ꎬ在催化降冰片烯衍生物的ROMP反应时ꎬ当反应温度低于80ħ时ꎬ聚合反应几乎不发生ꎬ而当反应温度在120ħ左右时ꎬ又能获得较高的催化效率[32]ꎬ实现了反应的温度控制ꎮ㊀㊀但是ꎬ该催化剂由于合成路线较为复杂ꎬ产率低下ꎬ不利于进一步广泛应用ꎮ之后ꎬSZWACZKOK等[33]继续在2017年发表71 第1期㊀时萌珣ꎬ等:双环戊二烯开环易位聚合反应用催化剂的研究进展㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀了进一步的研究成果ꎬ合成㊁测试并挑选了一批表现优秀的催化剂(见图13)ꎮ其中ꎬ较有应用价值的是含有偶氮结构配体的催化剂ꎬ其催化活性引发温度在100ħꎬ其催化活性也略有提高ꎮ㊀㊀㊀图13㊀SZWACZKOK等在2017年开发的催化剂㊀㊀BEN ̄ASULYA等[34]也对Hoveyda ̄Grubbs第二代催化剂进行了改良ꎬ在2008年合成了一种新型的催化剂(见图14)ꎬ将Hoveyda ̄Grubbs第二代催化剂结构中的O替换成了Sꎬ发现该催化剂在催化聚合反应中表现出了温控作用ꎮ催化聚合反应在室温下几乎不发生ꎬ而反应在升温至80ħ时催化剂的活性开始显现ꎮ图14㊀BEN ̄ASULYA等在2008年开发的催化剂㊀㊀LEXERC等[35]又在2011年测试了一种带有螯合结构的新型催化剂ꎬ以Hoveyda ̄Grubbs催化剂为基础开发ꎬ该催化剂中的三苯基膦(PPh3)配体的其中一个苯基和连接钌的苯乙基卡宾合二为一ꎬ形成了一个双齿螯合配体(见图15)ꎮ使得该催化剂具有了温控反应特性ꎬ可以在42ħ以下保持稳定的催化活性ꎬ而在60ħ以上激发出高催化活性ꎮ图15㊀LEXERC等在2011年开发的催化剂㊀㊀ÖZTÜRKABÖ等[36]尝试了另一种反应控制思路 酸引发ꎮ他们在2015年发布了一种新型的带有咪唑官能化的席夫碱配体的钌 ̄茚并亚烷基催化剂(见图16)ꎬ用于水乳液中的ROMPꎬ可以通过添加酸来活化并催化降冰片烯结构的ROMPꎮ通过改变酸/钌比ꎬ可以自由控制水乳液中ROMP的 81 ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀上㊀海㊀塑㊀料㊀㊀㊀㊀2021年第49卷㊀开关ꎬ进而可以控制乳液聚合物的分子质量ꎮ图16㊀ÖZTÜRKABÖ等在2015年开发的催化剂5㊀结语依据PDCPD聚合反应催化剂的发展进程ꎬ从催化效率与稳定性能等角度出发ꎬ主要综述了应用在DPCD聚合反应中的几大体系催化剂ꎬ以及最新的研究进展ꎮ结果表明:将带有螯合配体的钌卡宾类催化剂应用在PDCPD聚合反应是近年来的研究热点ꎬ研究者们在继续探索聚合反应中催化剂生效机理的同时ꎬ开发出了许多高性能的催化剂ꎮ引入温控引发㊁酸引发等新功能也是备受关注的领域ꎬ有不少研究者为了使催化聚合反应更可控开发出更多的新型功能性催化剂ꎮ但是ꎬ这些新型催化剂因其合成困难㊁产量低㊁价格昂贵㊁经济性差等缺点ꎬ仍然存在工业化障碍ꎮ有理由相信ꎬ未来将会有越来越多的研究关注于DPCD聚合反应中更高性能的新型聚合反应催化剂ꎮ参考文献:[1]㊀CHAUVINYꎬHERISSONJL.Catalysisofolefintransformationsbytungstencomplexes.II.Telomeriza ̄tionofcyclicolefinsinthepresenceofacyclicolefins[J].DieMakromoleKulareCharieꎬ1971ꎬ141(1):161 ̄167.[2]㊀PATRICIOERꎬWARRENEP.Mechanisticstudieson14 ̄electronruthenacyclobutanes:Degenerateex 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开环易位聚合的研究进展
开环易位聚合的研究进展摘要:本文综述了开环易位聚合(Ring-opening metathesis polymerization,ROMP)的研究进展,详述了研究者们合成新的开环易位聚合催化剂的研究工作和利用开环易位聚合制得具有优异性能的聚合物的研究工作。
关键词:开环易位聚合;催化剂;降冰片烯及其衍生物引言开环易位聚合( Ring-opening metathesis polymerization, 简写为ROMP) 反应由于具有活性聚合的特点, 已经得到越来越多的关注[1]。
ROMP的起源可以追溯到20世纪50年代中期。
近年来,研究者们证明了很多烯烃易位反应的中间体,使得ROMP技术得到了广泛的普及和应用。
新型的活性ROMP催化剂的研究及发展,使得这种活性聚合反应可以在常温、常压等温和条件下进行,这给该方法增添了新的活力。
目前, 该领域的研究主要集中在合成高效的ROMP反应催化剂[2]和基于ROMP反应制备多功能的新材料[3]等方面。
1.烯烃易位反应简介2005年,法国石油学院的伊夫·肖万(Y. Chauvin)、美国麻省理工学院的罗伯特·格拉布(Robert H. Grubbs)和加利福尼亚州加州理工学院的理查德·施罗克(Richard R. Schrock)三位科学家获得了诺贝尔化学奖。
现在,越来越多的结构明确、稳定高效的催化剂被合成,使得烯烃易位反应能够和传统的碳-碳键的形成的合成方法相媲美。
因此,与烯烃易位反应相关的研究已成为化学界极为重要的课题。
1.1烯烃易位反应基本概念易位反应是指两种物质互相交换成分生成两种新的物质的反应。
例如:AB+CD→AC+BD。
同样的,两种烯烃互相交换双键两端的基团,从而生成两种新的烯烃的反应便是烯烃易位反应。
更直观的表示如图1.1:烯烃易位反应的催化剂一般是过渡金属化合物,活性中心是过渡金属碳烯。
碳碳双键可在链烯上也可在环烯上,如果是环烯,则易位反应的结果是聚合。
双环戊二烯催化开环移位聚合研究进展
双环戊二烯催化开环移位聚合研究进展
郭敬;袁莉;梁国正;李岚
【期刊名称】《材料导报》
【年(卷),期】2007(021)002
【摘要】环烯的开环移位聚合已经成为高分子工程领域的一个研究热点.其中,双环戊二烯由于具有来源方便、价格低廉,聚合后力学性能优异等优点而成为开环移位聚合热点研究对象之一.许多过渡金属化合物都可以作为双环戊二烯开环移位聚合的催化剂,通过采用不同的催化体系,可以得到不同结构的聚合物.介绍了双环戊二烯移位聚合反应机理及催化体系的研究进展.
【总页数】5页(P57-61)
【作者】郭敬;袁莉;梁国正;李岚
【作者单位】西北工业大学理学院应用化学系,西安,710072;西北工业大学理学院应用化学系,西安,710072;西北工业大学理学院应用化学系,西安,710072;西北工业大学理学院应用化学系,西安,710072
【正文语种】中文
【中图分类】O6
【相关文献】
1.含氧和氮的四氯化钛络合物催化双环戊二烯开环移位聚合… [J], 克莱.,多;黄吉玲
2.采用Grubbs催化剂的双环戊二烯开环移位聚合速率调控 [J], 孙春水; 谢家明;
傅建松; 周立武; 姚臻; 曹堃
3.采用Grubbs催化剂的双环戊二烯开环移位聚合速率调控 [J], 孙春水; 谢家明; 傅建松; 周立武; 姚臻; 曹堃
4.双环戊二烯开环易位聚合反应用催化剂的研究进展 [J], 时萌珣;刘前;刘建;段高坤;方超立;杨维成;罗勇
5.双环戊二烯开环歧化聚合反应催化体系的配位体效应研究 [J], 李弘;王征;何炳林因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
grubbs二代催化剂烯烃复分解
grubbs二代催化剂烯烃复分解Grubbs二代催化剂是烯烃复分解反应中最常用的催化剂之一。
烯烃复分解是一种烯烃转化为另一种烯烃的反应,其中烯烃中的双键在催化剂的作用下发生反应。
本文将重点介绍Grubbs二代催化剂烯烃复分解反应的特点和应用。
一、Grubbs二代催化剂Grubbs二代催化剂是烯烃复分解反应中广泛使用的催化剂之一,它由Richard R. Schrock和Robert H. Grubbs 等人于1995年共同发明。
Grubbs二代催化剂是一种含钨或铼的螯合物,它能够促进烯烃中的双键开环反应,从而实现烯烃复分解。
与一代催化剂相比,Grubbs二代催化剂有更广泛的适用范围和更高的催化活性。
二、烯烃复分解反应机理烯烃复分解反应是一种典型的双键开环反应,其机理基于Grubbs二代催化剂的活性中心。
Grubbs二代催化剂通常由一个含有两个羰基和两个膦基的螯合物构成。
在反应中,催化剂中的钨或铼与烯烃中的双键发生配位作用,形成一个五元环的中间体。
接下来,在中间体的影响下,双键发生裂解,并使其它烯烃的单个碳原子结合到中间体中。
最终,形成一个由催化剂和产物组成的配合物,其中一个新的双键连接两个碳原子。
整个过程中,Grubbs二代催化剂可以多次被重复使用,以逐渐转化更多的烯烃。
三、Grubbs二代催化剂的特点1.高效性Grubbs二代催化剂具有高效的催化能力,能够促进烯烃复分解反应的进行。
研究表明,在合适的温度和反应条件下,Grubbs二代催化剂引发的反应速度与选择性远高于其他催化剂体系。
2.可重复使用性Grubbs二代催化剂具有很高的可重复使用性。
随着反应过程的不断进行,催化剂的活性中心逐渐缓解。
但由于Grubbs二代催化剂耐高温和高压,可以多次使用,使得低成本或高产量大规模生产成为可能。
3.适用范围广Grubbs二代催化剂适用于大量的烯烃复分解反应,可以制备多种复杂的有机分子,包括天然产物、药物、聚合物等等。
自修复材料应用研究进展
自修复材料应用研究进展牛丽红;邓利【摘要】This paper reviews the research progress of self-healing polymer materials which include microcapsule,liquid core fiber,molecular interaction and reaction type. Microcapsule type self-healing polymer materials show poor reversibility. The liquid core fiber type materials perform well in reversibility,while its healing efficiency decreases after several repairing. The reversibility of the molecular interaction and reaction type materials is promising,and the healing efficiency keeps constant even after multiple repairs. The healing efficiency of the self-healing polymer materials is up to 70% under appropriate conditions,and some intrinsic self-healing polymer materials can achieve the efficiency of 100%.%综述了微胶囊型自修复高分子材料、液芯纤维型自修复高分子材料、分子间相互作用力型自修复高分子材料以及反应型自修复高分子材料的发展现状.微胶囊型自修复材料的修复行为可逆性较差,液芯纤维型自修复材料具有可逆性,但多次修复后修复效率有所降低,而分子间相互作用力型以及反应型自修复材料具有极高的可逆性,并且多次修复后修复效率不会降低.目前,自修复高分子材料在适当的修复条件下,修复效率均可达70%以上,甚至有些本征型自修复高分子材料的修复效率可达100%.【期刊名称】《合成树脂及塑料》【年(卷),期】2017(034)004【总页数】5页(P85-89)【关键词】高分子材料;自修复;微胶囊型;液芯纤维型;分子间作用力型;反应型【作者】牛丽红;邓利【作者单位】燕京理工学院,河北省廊坊市 065201;北京化工大学,北京市 100029【正文语种】中文【中图分类】TQ32高分子材料具有质轻、易加工、力学性能优异、耐化学药品腐蚀、耐热耐寒等特点,一些特种高分子材料还具有优异的光电性能、热性能等,广泛应用于建筑工程等领域。
grubbs二代催化剂结构
Grubbs第二代催化剂是催化烯烃开环易位聚合反应的重要催化剂,其结构相较于第一代催化剂有了较大的改进。
在Grubbs第二代催化
剂中,原先的三环己基膦配体被一种新型的二取代二氢咪唑配体所取代。
这种新型配体的设计灵感来源于天然氨基酸的分子结构,它在空间上具有较大的位阻效应,有效地避免了催化剂在反应过程中发生自聚合或与其它不希望的副反应。
同时,这种新型的二取代二氢咪唑配体还具有独特的电子效应,
这使得Grubbs第二代催化剂在反应过程中更加稳定,不易发生分解。
与第一代催化剂相比,Grubbs第二代催化剂的反应活性更高,所需
的反应条件也更加温和。
在许多情况下,催化剂的用量可以降低到5 mol%,这无疑大大降低了生产成本。
总的来说,Grubbs第二代催化剂以其卓越的稳定性和高反应活性,成为了烯烃开环易位聚合反应中的佼佼者。
这种新型催化剂的成功研发,不仅为烯烃聚合反应的工业化生产提供了强有力的技术支持,也为相关领域的研究人员提供了新的思路和方向。
hoveyda-grubbse二代催化剂结构式
一、介绍Hoveyda-Grubbs二代催化剂结构Hoveyda-Grubbs二代催化剂是一种重要的用于烯烃转化反应的催化剂,其结构式如下:催化剂结构式其中,R1、R2、R3和R4分别代表有机基团,可以是不同的有机官能团,而X代表雌三酮配体。
二、Hoveyda-Grubbs二代催化剂结构特点1. Hoveyda-Grubbs二代催化剂结构中的雌三酮配体使其在烯烃转化反应中具有较高的活性和选择性,能够有效催化烯烃的环醚化、环己烷化、环丙烷化等反应;2. 有机基团的引入使得Hoveyda-Grubbs二代催化剂在反应条件下具有较好的可控性和稳定性,可以在温和的条件下进行多种烯烃的转化反应;3. Hoveyda-Grubbs二代催化剂结构中的有机基团的选择和设计对其催化性能有重要影响,通过合理设计有机基团的结构可以调控催化剂的活性和选择性。
三、Hoveyda-Grubbs二代催化剂在烯烃转化反应中的应用1. Hoveyda-Grubbs二代催化剂在烯烃环己烷化反应中的应用:通过合成Hoveyda-Grubbs二代催化剂结构的变体,研究人员发现可将苯乙烯转化为环己烷的产率高达95,表明该催化剂在环己烷化反应中具有良好的活性和选择性;2. Hoveyda-Grubbs二代催化剂在烯烃环醚化反应中的应用:研究人员发现,引入特定的有机基团可以使Hoveyda-Grubbs二代催化剂在环醚化反应中具有较强的活性,能够有效将烯烃转化为环醚类产物,为合成医药和高分子材料提供了新的途径;3. Hoveyda-Grubbs二代催化剂在其他烯烃转化反应中的应用:Hoveyda-Grubbs二代催化剂还被广泛应用于环丙烷化、环己烷化等不对称烯烃转化反应中,为有机合成领域提供了重要的工具。
四、Hoveyda-Grubbs二代催化剂结构优化与发展趋势1. Hoveyda-Grubbs二代催化剂结构的优化:针对Hoveyda-Grubbs二代催化剂在特定反应中的活性和选择性,研究人员不断地对其结构进行优化和改进,通过合成不同的结构变体,寻找既具有较高活性又具有良好稳定性的催化剂;2. 新型Hoveyda-Grubbs二代催化剂的设计与合成:随着对烯烃转化反应的需求不断增加,研究人员也在不断探索新的Hoveyda-Grubbs 二代催化剂的设计和合成方法,希望能够开发出更加高效和多功能的催化剂;3. 催化剂的机理研究:对Hoveyda-Grubbs二代催化剂的催化机理进行深入的研究,有助于揭示其在烯烃转化反应中的作用机制,并为其结构优化和新型催化剂的设计提供理论指导。
自修复体系介绍讲解
1 需求背景 2自修复材料体系 3 微胶囊-DCPD自修复体系 4 微胶囊-DCPD自修复机理 5 微胶囊设计历程
1.需求背景
高分子材料在使用过程中不可避免地会产 生局部损伤和微裂纹,并由此引发宏观裂缝而 发生断裂,影响材料正常使用和缩短使用寿命。
基于力求恢复材料性能又要相对容易、不依 靠外界操作、成本低廉、可再生等修复方法的 要求,自修复的说法顺势而出。
体的界面结合;
囊芯材料
消泡剂 DCPD
囊壁材料 -聚脲甲醛
缺陷
用脲醛树脂制备胶囊耗时长、过程较复杂,囊壁 利用率不高.
脲醛树脂本身的耐热性有限 为使胶囊具有足够的机械强度和较高的芯含量,
通常囊壁较厚,粒径较大,且胶囊表面为多核结 构、形状不规则. 大尺寸的胶囊不适宜在高纤维含量的复合材料中 使用,常导致复合材料本身的性能显著下降
囊壁材料
第一,既不与囊芯发生反应也不与埋置在基体中的催化剂 反应;
第二,在保持基本物体自身构架的条件下保证外壳材料的 热力学的稳定性和力学性能良好,同时还能够在复合材料 成型过程中稳定存在;
第三,囊壁对覆囊芯的包覆率要高; 第四,具有良好成膜性,可以减少或避免微胶囊的囊芯缓
慢释放的情况发生。
囊壁材料-三聚氰胺甲醛树脂
采用三聚氰胺代替或部分代替尿素作为囊壁材料或以三聚氰胺一甲醛树脂代替脲 醛树脂,可以发挥其交联密度相对较大的优势,增加囊壁的热力学和机械稳定性
其固化后无色透明、在沸水中稳定、耐高温、无腐蚀性 具有自熄性、抗电弧性 结晶温度与其理论值相差很小,能重复实现融化和凝结 与树脂有较好相容性 树脂来源广泛,价格低廉
石蜡包裹改性
Grubbs 催化剂在胺类固化环境中容易失活、 分散性差、效率低
贵金属钌Grubbs催化剂及其复分解反应
烯烃复分解反应打破了通常意义下C=C双键的反应模式,为有机化合物的合成提供了新途径。
钌催化剂广泛应用于复分解反应,其中Grubbs催化剂是烯烃复分解反应中常用的催化剂。
➢Grubbs催化剂的广泛使用,是因为如下特点:
*形成、破坏、重排C=C双键
*对各种官能团的高耐受性
*在空气中的高稳定性
*种类繁多的此类试剂可供选择
Grubbs二代催化剂和Hoveyda-Grubbs改性催化剂的发展在很大程度上是由对更活跃的催化剂的需求所推动的,这些催化剂可以实现一代系统所不能实现的转变,例如对空间要求高的烯烃和缺电子烯烃的转化。
虽然这些改进的催化剂拓宽了烯烃化合反应的领域,但在某些情况下,一代催化剂在给定的化合反应中仍能提供优异或更优的结果。
因此,在许多情况下,并没有一个通用的转位催化剂。
➢钌催化剂广泛应用于以下复分解反应:
1、闭环复分解反应(RCM)
2、交叉复分解反应(CM)
3、开环复分解反应(ROM)
4、烯炔复分解反应
5、开环复分解聚合反应(ROMP)
6、非环双烯复分解聚合反应(ADMET)。
grubbs催化剂机理
grubbs催化剂机理
Grubbs催化剂是一种重要的烯烃Metathesis催化剂,被广泛应用于有机合成与材料科学领域。
该催化剂的机理主要涉及到金属卡宾中间体的形成和分解过程。
在反应开始时,Grubbs催化剂通过与底物中的烯烃发生配位作用,形成一个活性的配合物。
然后,该配合物通过一个交换反应,将金属卡宾中间体生成,该过程涉及到金属与底物中的π键发生断裂和形成的反应。
生成的金属卡宾中间体可以与另一个底物中的烯烃发生反应,产生一种新的烯烃产物,并释放出Grubbs催化剂。
这个过程
被称为烯烃Metathesis反应。
在反应过程中,Grubbs催化剂的活性位点是一种高度活性的金
属卡宾中间体。
这个金属卡宾中间体可以通过多种方式分解。
最常见的是通过氧化还原反应,将其还原回到活性的Grubbs催化剂状态。
这个过程需要引入外部还原剂,比如甲醇或异丙醇等。
此外,金属卡宾中间体也可以被其他分子中的亲核性物质攻击,导致分解反应发生。
总之,Grubbs催化剂机理涉及到金属卡宾中间体的形成和分解
过程。
这个机理为烯烃Metathesis反应提供了一个理论基础,也可
以用于设计和优化新的催化剂,以满足不同的研究需求。
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2结 果 与讨 论
21 气气氛的影响 .空
G u b 催 化剂反应 活性高 ,文献报 道其对极 性官能 团、痕量 氧和湿气都 不敏感【] rb s 。表 l D P 聚 o 为 CD 合体系对 空气敏感性 的考 察结果 。由表 1 可知 ,Grb s u b 催化剂 在 N 气氛下可 迅速催化 聚合 ,2 n内凝 2 mi 胶且最终可完 全转 化 。当 聚合在 空气气氛 中进行 时,催化剂活性 明显 降低,但仍有部 分产 物生 成。此 外, 如果在加入 甲苯和 D P C D时让 聚合 体系暴露于空气 ,而 聚合 过程仍在 N2 气氛 下进 行 ,仅凝胶时 间有些许
裹 4三苯基膦调聚效应考察
TI l nh btono i e 3 m phnet h b e4 I i ii ft ph ndph r i ot eDCPD o y e p l m Hm Uo y tm ns se
No e T e e ci ntmp rt r s3 " a d tes le t s ou n oa t f n me aay t s3 00 0 t: h a t r o e e au ewa 5 C n h ov n le e M lrr i o mo o r oc t ls 0 0 wa t ao t wa
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图 1三苯基 膦的调聚机理
Fg. e h ns o h hb t no tih n l ho p iet ep lme iain i 1M c a im ftei iii f rp e y s hn ot oy rz to n o p h
延 长 ,单 体 仍 近 乎 完 全 转 化 。 故 G u b 催 化 D P 开 环 移 位 聚 合 体 系对 氧 气 不 是 非 常 敏 感 ,少 量 氧 气 的 rb s CD
存在可使 聚合体 系凝 胶时间延长 ,但对 单体转化率影 响较 小,这 对 R M 过程 是有利的 。 I
表 1D P C D聚合体 系对空气敏感 性考察
储存时 间。本工作采用高效稳定的 G u b 催化剂进行 D P 的开环移位聚合19 rbs CD 5】 ‘,着重研究这一体 系聚合 速率 的调控手段 。
1实验部分
11 .实验原料
G u b ( 1 一i 2 , tme yp ey) - d zl i l e edclr p eyme yee (i c hx l rb s (, bs , 6 r t lhn 12i aoi n i n)i oo(hn l t l )tc l ey— 3 (4 一i h 一 mi dyd h h n ry o
Ta l Se sblt ive t to ft epoy e ia o y t m oai be1 n i ii n s ga no l m rz t n s se t r y i i h i
22反应温度的影响 .
当单体与催化剂 的物质 的量 比为 3 0 00 0时 ,温度对 DC D溶液 聚合的影 响见表 2 P 。可 见,随反应温 度升 高,聚合反应的凝胶 时间逐渐变短 ,且单 体一直保持在较高转化 率,体系 的温 升也随之增大 。高温下 催化 剂引发 更快 ,反应更剧烈 ,但 对体系温度 的控制 更加困难 。此外 ,高温 也会造成催化剂 分解 失活 , 这 也使 的反应 温度 不能太高[l I。 l
烷结构 D,并继续开 环增 长形成聚合物【】 P 3 G u b 催化剂的调聚剂 ,可实现对聚合速率的 良好调 ・。P h 为 rb s 2
控 。O b 催化剂 A 引发后 ,加入 的 P h 与脱除的 P y 基 团及单 体竞争插入空位 ,更容 易重新配位 C mb s P3 C3 生成 Bl,从而使催化剂 的链增长 速率下 降。本研 究通过改变 P h 和催 化剂物 质的量 比,考 察 P h 对 l] 3 P3 P3
.
第2 卷第 3 7 期
孙 春 水等 .采用 G ub 催 化 剂 的双 环 戊二 烯开 环 移 位聚 合 速率 调 控 rbs
23 5
拌 1 i 0 n后加入催化剂 引发聚合 。反应 结束后 ,将反应混合物 倒入 酸化 甲醇沉 淀出聚合物 。 a r
1 . 3实验表征 凝胶 时间 由目测法测 定。催化剂加入聚合体 系后开始计时 ,当试样 沿温度计开始 上升 ( 爬杆 )时 , 停
止 计 时 ,此 时 间 即 为 凝 胶 时 间 。
用称重法 测定转化率 。 制备 的产物 P P 将 DC D粉碎 , 称取其质量 为 , 置于 真空烘箱 10 ℃干 燥 2 , 】 4 h 称取其质量为 ,按下式计 算转 化率 :
=一
: —
w b- w a
—
× 0% ×1 0
p op ie rte i h sh )uhnu n m)催化剂购 自 Sg — lr h公司;D P ( i maA di c C D 纯度 9 %) 自 Al d 9 购 a i d n公司,用 C l2 a 回流 8 h以上待用 :甲苯( 纯度 9 .%) 95 用浓 硫酸洗 去杂质后 , 加钾 、钠合金 ,以二苯 甲酮为指示剂 回流 8 h以上 。
搐 要 以双环戊二烯的反应注塑成型工艺为 目的,研究了采用 G u b 催化剂的双环戊二烯开环移位聚合速率调 rb s
控 手段 ,详细 考 察 了反 应 气氛 、 聚合 温 度 、催化 剂 浓度 及 调 聚剂三 苯 基膦 含 量对 聚合 过 程 的影 响 。结 果 表 明 ,该
体系可在少量氧存在的条件下聚合 。即使反应温度较低 ( 5℃) 3 ,凝胶时间仍可小于 1 n 0 ,且单体转化率接近 mi
第 2 卷 第 3期 7
孙春 水 等 . 用 Gu b 催 化 剂 的双环 戊 二烯 开 环移 位 聚 合速 率 调控 采 rbs
25 5
从 表 4可 以看 出存 在 一 个 突 变 点 , 即 当 P h 和 催 化 剂 的 物 质 的 量 比 小 于 08时 , 随 P h 和 催 化 剂 物 P3 . P3 质 的量 比增 加 ,体 系 凝 胶 时 间 逐 渐 延 长 ,但 单 体 的 转 化 率 下 降 不 明显 且 均 在 9 % 以上 :但 当该 物 质 的量 比 7
结果可 知,随催化剂浓度 的降低 ,体 系反应速率降低 ,凝 胶时间不断延长 ,转化率 也有 轻微下降,但 仍在
9 % 以上 。 通过 调 节 催 化 剂 浓 度 ,可 控 制 凝 胶 时 间 。 7
化 学反应 工程 与 工艺
2 1年 6 01 月
表 3催化剂浓度对 D P C D溶液聚合的影响
Ta l n ue c fc tls e n e r Uo be3 I f n eo aay t o c nta n伽 s l to o y e ia in O l o u np l m rz to fDCPD i
2 . 4三苯基膦的影响
G u b 催化剂 中心原子确定 ,化学结构类似,当其 引发反应时 ,如 图 1 rb s 所示 ,G ub 催化剂 A首先 rb s 脱 出 P y 基 团形成 1e活性 中心 C ( C3 4. 引发阶段 ) ,然后 C与单体发生配位反应 ( 增长 阶段 )生成金属环 丁
第 2 卷第 3 7 期 2 1 年 6月 01
化学 反应 工程 与工 艺
Che c l a to gie rn ndT c noog mia Re cin En n e iga e h l y
Vo , l 27 No 3 J ne2 l u 01
采 用 Gr b s u b 催化剂 的双环戊二烯开环 移位聚合速率 调控
D P C D开环移位聚合的调 聚效应 ,结 果如表 4所示 。
Me ‘ s— Nv N。Me 。 s
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孙春水 ・ ,谢 家明 1 ,傅建松 1 ,周立武 2 ,姚 臻 2 ,曹 垫 2
( . 国石 油化 工 股份有 限公 司上 海石 化化 工研 究 所 ,上 海 2 04 ; I中 05 0
2 . 化学工程联合 国家重点实验室,浙江大学化 工系聚合与聚合物工程研究所,浙江 杭 州 30 2 ) 107
表2 温度 对 D P C D溶液聚合的影 响
Ta l I fue c ft m p r t eO  ̄u oup l m e ia in o b e2 n l n eo e e a ur Us t o y rz to fDCP i D
;
23催化剂浓度 的影 响 .
催 化 剂 直接 控 制 反 应 体 系 中 所 产 生 的 活 性 中 心 数 目 ,是 影 响 聚合 反 应 和 产 品性 能 的 最 主 要 因 素 。表 3
能,常采用反应注塑成型工艺 ( eci jc o ud g I R at nI et n o n i Mo li ,R M)制成各种大型/ 大型制件 ,主要应用 n 超
于耐化学 品容器 、汽车零部件 、部分电子产 品以及雪橇等体育用品【。上世纪 8 2 1 O年代 P P DC D多采用经典 移位催 化体系如 wC6 t I 催化聚合 ,但这类催化剂对 空气和水敏 感 ,限制 了其推广 应用 。9 lE2 C1 / A O年代
中图分类号 : Q 1 . T a6 2
文献标识码: A