开环易位聚合(ROMP)论文：开环易位聚合(ROMP) 原子转移自由基聚合(ATRP) 闭环易位反应(RCM) 聚合诱导自组装
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￣ｃｈａｎｇｅｗｉｔｈｆｒｅｅｅｔｈｙｌｅｎｅ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＡｍｅｒｉｃａｎＣｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙꎬ２００７ꎬ１２９(６):１６９８￣１７０４. [３]㊀乔新峰ꎬ杨维成ꎬ付宏伟ꎬ等.聚双环戊二烯反应注射成型的研究进展[Ｊ].上海塑料ꎬ２０１７(４):９￣１４.[４]㊀ＮＥＬＳＯＮＬＬ.Ｔｈｅｒｍａｌｌｙａｃｔｉｖａｔｅｄｔｗｏｃｏｍｐｏｎｅｎｔｍｅ￣ｔａｔｈｅｓｉｓｃａｔａｌｙｓｔｓｙｓｔｅｍ:ＵＳ４７２７１２５[Ｐ].１９８８￣０２￣２３. [５]㊀ＮＥＬＳＯＮＬＬ.Ｒａｔｅｍｏｄｅｒａｔｅｄｔｗｏｃｏｍｐｏｎｅｎｔｍｅｔａｔｈｅ￣ｓｉｓｃａｔａｌｙｓｔｓｙｓｔｅｍ:ＵＳ４８９７４５６[Ｐ].１９９０￣０１￣３０. [６]㊀ＫＬＯＳＩＥＷＩＣＺＤＷ.Ｃｙｃｌｏｏｌｅｆｉｎｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎｃａｔａｌｙｓｔｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ:ＵＳ４５６８６６０[Ｐ].１９８６￣０２￣０４. [７]㊀ＬＡＮＥＰＣＪｒ.ꎬＦａｌｌｓＣꎬｅｔａｌ.Ｌｉｑｕｉｄｄｉｃｙｃｌｏｐｅｎｔａ￣ｄｉｅｎｅｆｅｅｄｓｔｏｃｋｆｏｒｂｕｌｋｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ:ＵＳ４９０６７９７[Ｐ].１９９０￣０３￣０６.[８]㊀ＮＧＵＹＥＮＴＴꎬＤＥＬＷ.Ｍｅｔｈｏｄｆｏｒｍａｋｉｎｇａｄｉｃｙｃｌｏ￣ｐｅｎｔａｄｉｅｎｅｃｒｏｓｓ￣ｌｉｎｋｅｄｐｏｌｙｍｅｒａｎｄｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｔｈｅｒｅ￣ｏｆ:ＵＳ４８０８６３５[Ｐ].１９８９￣０２￣２８.[９]㊀ＳＣＨＲＯＣＫＲＲꎬＭＥＡＫＩＮＰ.Ｐｅｎｔａｍｅｔｈｙｌｃｏｍｐｌｅｘｅｓｏｆｎｉｏｂｉｕｍａｎｄｔａｎｔａｌｕｍ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＡｍｅｒｉｃａｎＣｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙꎬ１９７４ꎬ９６(１６):５２８８￣５２９０. [１０]㊀ＳＣＨＲＯＣＫＲＲꎬＭＵＲＤＺＥＫＪＳꎬＢＡＺＡＮＧＣꎬｅｔａｌ.Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍｉｍｉｄｏａｌｋｙｌｉｄｅｎｅｃｏｍｐｌｅｘｅｓａｎｄｓｏｍｅｒｅａｃｔｉｏｎｓｉｎｖｏｌｖｉｎｇａｃｙｃｌｉｃｏｌｅｆｉｎｓ[Ｊ].Ｊｏｕｒ￣ｎａｌｏｆｔｈｅＡｍｅｒｉｃａｎＣｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙꎬ１９９０ꎬ１１２(１０):３８７５￣３８８６.[１１]㊀ＢＡＺＡＮＧＣꎬＫＨＯＳＲＡＶＩＥꎬＳＣＨＲＯＣＫＲＲꎬｅｔａｌ.Ｌｉｖｉｎｇｒｉｎｇ￣ｏｐｅｎｉｎｇｍｅｔａｔｈｅｓｉｓｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆ２ꎬ３￣ｄｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄｎｏｒｂｏｒｎａｄｉｅｎｅｓｂｙＭｄ:ＣＨＢｕ￣ｔｅｒｔ(:ＮＣ６Ｈ３Ｐｒ￣１５０２￣２ꎬ６)(ＯＢｕｔｅｒｔ)２[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＡｍｅｒｉｃａｎＣｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙꎬ１９９０ꎬ１１２(２３):８３７８￣８３８７.[１２]㊀ＢＡＺＡＮＧＣꎬＯＳＫＡＭＪＨꎬＳＣＨＲＯＣＫＲＲꎬｅｔａｌ.Ｌｉｖｉｎｇｒｉｎｇ￣ｏｐｅｎｉｎｇｍｅｔａｔｈｅｓｉｓｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆ２ꎬ３￣ｄｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄ７￣ｏｘａｎｏｒｂｏｒｎｅｎｅｓａｎｄ７￣ｏｘａｎｏｒｂｏｒｎａｄｉ￣ｅｎｅｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＡｍｅｒｉｃａｎＣｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙꎬ１９９１ꎬ１１３(１８):６８９９￣６９０７.[１３]㊀朱杰ꎬ张学景ꎬ邹永.关环复分解(ＲＣＭ)及其催化剂研究进展[Ｊ].有机化学ꎬ２００４ꎬ２４(２):１２７￣１３９.[１４]㊀ＮＡＹＡＢＳꎬＰＡＲＫＷꎬＷＯＯＨＹꎬｅｔａｌ.ＳｙｎｔｈｅｓｉｓａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｎｏｖｅｌｔｕｎｇｓｔｅｎｃｏｍｐｌｅｘｅｓａｎｄｔｈｅｉｒａｃｔｉｖｉｔｙｉｎｔｈｅＲＯＭＰｏｆｃｙｃｌｉｃｏｌｅｆｉｎｓ[Ｊ].Ｐｏｌｙ￣ｈｅｄｒｏｎꎬ２０１２(４２):１０２￣１０９.[１５]㊀ＬＥＨＴＯＮＥＮＡꎬＢＡＬＣＡＲＢＨꎬＳＩＬＬＡＮＰÄÄＤＲꎬｅｔａｌ.ＳｙｎｔｈｅｓｉｓａｎｄＲＯＭＰａｃｔｉｖｉｔｙｏｆａｍｉｎｏｐｈｅｎｏｌ￣ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｄｔｕｎｇｓｔｅｎ(ＶＩ)ａｎｄｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ(ＶＩ)ｃｏｍ￣ｐｌｅｘｅｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＯｒｇａｎｏｍｅｔａｌｌｉｃＣｈｅｍｉｓｔｒｙ.２００８ꎬ６９３(７):１１７１￣１１７６.[１６]㊀ＢＥＮＥＤＩＫＴＥＲＭＪꎬＺＩＥＧＬＥＲＦꎬＧＲＯＯＳＪꎬｅｔａｌ.Ｇｒｏｕｐ６ｍｅｔａｌａｌｋｙｌｉｄｅｎｅａｎｄａｌｋｙｌｉｄｙｎｅＮ￣ｈｅｔｅｒｏｃｙｃｌｉｃｃａｒｂｅｎｅｃｏｍｐｌｅｘｅｓｆｏｒｏｌｅｆｉｎａｎｄａｌｋｙｎｅｍｅｔａｔｈｅｓｉｓ[Ｊ].ＣｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎＣｈｅｍｉｓｔｒｙＲｅｖｉｅｗｓꎬ２０２０ꎬ４１５(２１３３１５):１￣３１.[１７]㊀ＮＧＵＹＥＮＳＴꎬＧＲＵＢＢＳＲＨꎬＺＩＬＬＥＲＪＷ.Ｓｙｎｔｈｅ￣ｓｅｓａｎｄａｃｔｉｖｉｔｉｅｓｏｆｎｅｗｓｉｎｇｌｅ￣ｃｏｍｐｏｎｅｎｔꎬｒｕｔｈｅｎｉｕｍ￣９１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㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀ｂａｓｅｄｏｌｅｆｉｎｍｅｔａｔｈｅｓｉｓｃａｔａｌｙｓｔｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＡ￣ｍｅｒｉｃａｎＣｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙꎬ１９９３ꎬ１１５(２１):９８５８￣９８５９.[１８]㊀ＳＣＨＷＡＢＰꎬＧＲＵＢＢＳＲＨꎬＺＩＬＬＥＲＪＷ.ＳｙｎｔｈｅｓｉｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆＲｕＣｌ２(＝ＣＨＲ')(ＰＲ３)２:Ｔｈｅｉｎ￣ｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅａｌｋｙｌｉｄｅｎｅｍｏｉｅｔｙｏｎｍｅｔａｔｈｅｓｉｓａｃｔｉｖｉｔｙ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＡｍｅｒｉｃａｎＣｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙꎬ１９９６ꎬ１１８(１):１００￣１１０.[１９]㊀ＴＲＮＫＡＴＭꎬＧＲＵＢＢＳＲＨ.ＴｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＬ２Ｘ２Ｒｕ＝ＣＨＲｏｌｅｆｉｎｍｅｔａｔｈｅｓｉｓｃａｔａｌｙｓｔｓ:ａｎｏｒｇａｎｏ￣ｍｅｔａｌｌｉｃｓｕｃｃｅｓｓｓｔｏｒｙ[Ｊ].ＡｃｃｏｕｎｔｓｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＲｅ￣ｓｅａｒｃｈꎬ２００１ꎬ３４(１):１８￣２９.[２０]㊀ＳＣＨＷＡＢＰꎬＺＩＬＬＥＲＪＷꎬＧＲＵＢＢＳＲＨꎬｅｔａｌ.Ａｓｅｒｉｅｓｏｆｗｅｌｌ￣ｄｅｆｉｎｅｄｍｅｔａｔｈｅｓｉｓｃａｔａｌｙｓｔｓ￣ｓｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆ[ＲｕＣｌ２(ＣＨＲ)(ＰＲ３)２]ａｎｄｉｔｓｒｅａｃｔｉｏｎｓ[Ｊ].Ａｎｇｅ￣ｗａｎｄｔｅＣｈｅｍｉｅＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＥｄｉｔｉｏｎꎬ１９９５ꎬ３４(１８):２０３９￣２０４１.[２１]㊀ＲＯＭＥＲＯＰＥꎬＰＩＥＲＳＷＥꎬＭＣＤＯＮＡＬＤＲ.Ｒａｐｉｄｌｙｉｎｉｔｉａｔｉｎｇｒｕｔｈｅｎｉｕｍｏｌｅｆｉｎ￣ｍｅｔａｔｈｅｓｉｓｃａｔａｌｙｓｔｓ[Ｊ].ＡｎｇｅｗａｎｄｔｅＣｈｅｍｉｅＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＥｄｉｔｉｏｎ.２００４ꎬ４３(４５):６１６１￣６１６５.[２２]㊀ＢＡＩＢＩＣＨＩＭꎬＫＥＲＮＣ.Ｒｅａｃｔｉｖｉｔｙｏｆｔｕｎｇｓｔｅｎ￣ａｒｙｌｏ￣ｘｉｄｅｓｗｉｔｈｈｙｄｒｏｓｉｌａｎｅｃｏｃａｔａｌｙｓｔｓｉｎｏｌｅｆｉｎｍｅｔａｔｈｅｓｉｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＢｒａｚｉｌｉａｎＣｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙꎬ２００２ꎬ１３(１):４３￣４６.[２３]㊀ＳＣＨＯＬＬＭꎬＤＩＮＧＳꎬＧＲＵＢＢＳＲＨꎬｅｔａｌ.Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓａｎｄａｃｔｉｖｉｔｙｏｆａｎｅｗｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｆｒｕｔｈｅｎｉｕｍ￣ｂａｓｅｄｏ￣ｌｅｆｉｎｍｅｔａｔｈｅｓｉｓｃａｔａｌｙｓｔｓｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄｗｉｔｈ１ꎬ３￣ｄｉｍｅｓ￣ｉｔｙｌ￣４ꎬ５￣ｄｉｈｙｄｒｏｉｍｉｄａｚｏｌ￣２￣ｙｌｉｄｅｎｅＬｉｇａｎｄｓ[Ｊ].Ｏｒ￣ｇａｎｉｃＬｅｔｔｅｒｓꎬ１９９９ꎬ１(６):９５３￣９５６.[２４]㊀马玉国.烯烃复分解反应 ２００５年诺贝尔奖简介[Ｊ].大学化学ꎬ２００６ꎬ２４(１):１￣７.[２５]㊀ＦＵＧＣꎬＮＧＵＹＥＮＳＴꎬＧＲＵＢＢＳＲＨ.Ｃａｔａｌｙｔｉｃｒｉｎｇ￣ｃｌｏｓｉｎｇｍｅｔａｔｈｅｓｉｓｏｆｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄｄｉｅｎｅｓｂｙａｒｕ￣ｔｈｅｎｉｕｍｃａｒｂｅｎｅｃｏｍｐｌｅｘ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＡｍｅｒｉｃａｎＣｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙꎬ１９９３ꎬ１１５(２１):９８５６￣９８５７. [２６]㊀ＧＩＬＢＥＲＴＢＣꎬＫＡＬＺＷꎬＬＩＮＤＳＡＹＣＩꎬｅｔａｌ.Ｉｎｉｔｉ￣ａｔｉｏｎｏｆｒａｄｉｃａｌｃｙｃｌｉｓａｔｉｏｎｒｅａｃｔｉｏｎｓｕｓｉｎｇｄｉｍａｎｇａｎｅｓｅｄｅｃａｃａｒｂｏｎｙｌ:Ａｆｌｅｘｉｂｌｅａｐｐｒｏａｃｈｔｏｐｒｅｐａｒｉｎｇ５￣ｍｅｍ￣ｂｅｒｅｄｒｉｎｇｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＣｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙꎬ２０００ꎬ８(１):１１８７￣１１９４.[２７]㊀ＫＩＮＧＳＢＵＲＹＪＳꎬＨＡＲＲＩＴＹＪＰＡꎬＨＯＶＥＹＤＡＡＨꎬｅｔａｌ.ＡｒｅｃｙｃｌａｂｌｅＲｕ￣ｂａｓｅｄｍｅｔａｔｈｅｓｉｓｃａｔａｌｙｓｔ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＡｍｅｒｉｃａｎＣｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙꎬ１９９９ꎬ１２１(４):７９１￣７９９.[２８]㊀ＧＡＲＢＥＲＳＢꎬＫＩＮＧＳＢＵＲＹＪＳꎬＨＯＶＥＹＤＡＡＨꎬｅｔａｌ.ＥｆｆｉｃｉｅｎｔａｎｄｒｅｃｙｃｌａｂｌｅｍｏｎｏｍｅｒｉｃａｎｄｄｅｎｄｒｉｔｉｃＲｕ￣ｂａｓｅｄｍｅｔａｔｈｅｓｉｓｃａｔａｌｙｓｔｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＡ￣ｍｅｒｉｃａｎＣｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙꎬ２０００ꎬ１２２(３４):８１６８￣８１７９.[２９]㊀ＲＡＮＤＬＳꎬＧＥＳＳＬＥＲＳꎬＢＬＥＣＨＥＲＴＳꎬｅｔａｌ.ＨｉｇｈｌｙｓｅｌｅｃｔｉｖｅｃｒｏｓｓｍｅｔａｔｈｅｓｉｓｗｉｔｈａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅｕｓｉｎｇａｐｈｏｓｐｈｉｎｅｆｒｅｅＲｕ￣ｃｏｍｐｌｅｘ[Ｊ].Ｓｙｎｌｅｔｔꎬ２００１(３):４３０￣４３２.[３０]㊀ＳＡＭＥＣＪＳＭꎬＧＲＵＢＢＳＲＨ.ＲｕｔｈｅｎｉｕｍｃａｒｂｅｎｅｃｏｍｐｌｅｘｅｓｂｅａｒｉｎｇａｎａｎｉｏｎｉｃＣａｒｂｏｘｙｌａｔｅｃｈｅｌａｔｅｄｔｏａｈｅｍｉｌａｂｉｌｅｌｉｇａｎｄ[Ｊ].ＣｈｅｍｉｓｔｒｙＥｕｒｏｐｅＪｏｕｒｎａｌꎬ２００８ꎬ１４(９):２６８６￣２６９２.[３１]㊀ＤＥＮＫＫꎬＦＲＩＤＧＥＮＪꎬＨＥＲＲＭＡＮＮＷＡ.Ｎ￣ｈｅｔｅｒｏ￣ｃｙｃｌｉｃｃａｒｂｅｎｅｓꎬｐａｒｔ３３.[１]ｃｏｍｂｉｎｉｎｇｓｔａｂｌｅＮＨＣａｎｄｃｈｅｌａｔｉｎｇｐｙｒｉｄｉｎｙｌ￣ａｌｃｏｈｏｌａｔｏｌｉｇａｎｄｓ:Ａｒｕｔｈｅｎｉｕｍｃａｔａｌｙｓｔｆｏｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓａｔｅｌｅｖａｔｅｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ[Ｊ].ＡｄｖａｎｃｅｄＳｙｎｔｈｅｓｉｓ＆Ｃａｔａｌｙｓｉｓꎬ２０１０ꎬ３４４(６￣７):６６６￣６７０.[３２]㊀ＳＺＡＤＫＯＷＳＫＡＡꎬＧＳＴＲＥＩＮＸꎬＧＲＥＬＡＫꎬｅｔａｌ.Ｌａｔｅｎｔｔｈｅｒｍｏ￣ｓｗｉｔｃｈａｂｌｅｏｌｅｆｉｎｍｅｔａｔｈｅｓｉｓｉｎｉｔｉａｔｏｒｓｂｅａｒｉｎｇａｐｙｒｉｄｙｌ￣ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄｃｈｅｌａｔｉｎｇｃａｒｂｅｎｅ:ｉｎ￣ｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｌｅａｖｉｎｇｇｒｏｕｐ'ｓｒｉｇｉｄｉｔｙｏｎｔｈｅｃａｔａｌｙｓｔ'ｓｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ[Ｊ].Ｏｒｇａｎｏｍｅｔａｌｌｉｃｓꎬ２０１０ꎬ２９(１):１１７￣１２４.[３３]㊀ＳＺＷＡＣＺＫＯＫꎬＣＺＥＬＵＳＮＩＡＫＩꎬＧＲＥＬＡＫ.Ａｐａｒ￣ｔｉａｌｌｙｓｅｒｅｎｄｉｐｉｔｏｕｓｄｉｓｃｏｖｅｒｙｏｆｔｈｅｒｍｏ￣ｓｗｉｔｃｈａｂｌｅｒｕ￣ｔｈｅｎｉｕｍｏｌｅｆｉｎｍｅｔａｔｈｅｓｉｓｉｎｉｔｉａｔｏｒｔｈａｔｓｅｅｍｔｏｂｅｗｅｌｌｓｕｉｔｅｄｆｏｒＲＯＭＰｏｆｍｏｎｏｍｅｒｓｂｅａｒｉｎｇｖｉｎｙｌｐｅｎｄａｎｔｇｒｏｕｐｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＯｒｇａｎｏｍｅｔａｌｌｉｃＣｈｅｍｉｓｔｒｙꎬ２０１７ꎬ８４７(１):１４６￣１５３.[３４]㊀ＢＥＮ￣ＡＳＵＬＹＡꎬＴＺＵＲＥꎬＬＥＭＣＯＦＦＮＧꎬｅｔａｌ.ＡｔｈｅｒｍａｌｌｙｓｗｉｔｃｈａｂｌｅｌａｔｅｎｔｒｕｔｈｅｎｉｕｍｏｌｅｆｉｎｍｅｔａｔｈｅｓｉｓＣａｔａｌｙｓｔ[Ｊ].Ｏｒｇａｎｏｍｅｔａｌｌｉｃｓꎬ２００８ꎬ２７(５):８１１￣８１３.[３５]㊀ＬＥＸＥＲＣꎬＬＥＭＣＯＦＦＮＧꎬＳＬＵＧＯＶＣＣꎬｅｔａｌ.Ｏｌｅ￣ｆｉｎｍｅｔａｔｈｅｓｉｓｃａｔａｌｙｓｔｂｅａｒｉｎｇａｃｈｅｌａｔｉｎｇｐｈｏｓｐｈｉｎｅｌｉｇａｎｄ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＯｒｇａｎｏｍｅｔａｌｌｉｃＣｈｅｍｉｓｔｒｙꎬ２０１１ꎬ６９６(１１￣１２):２４６６￣２４７０.[３６]㊀ÖＺＴÜＲＫＡＢÖꎬＳꎬＥＨＩＴＯ㊅ＧＬＵＡＳＫꎬＭＥＩＥＲＭＡＲ.Ａｌａｔｅｎｔａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅｒｕｔｈｅｎｉｕｍ￣ｉｎｄｅｎｙｌｉｄｅｎｅｃａｔａ￣ｌｙｓｔｆｏｒｅｍｕｌｓｉｏｎＲＯＭＰｉｎｗａｔｅｒ[Ｊ].ＥｕｒｏｐｅａｎＰｏｌｙ￣ｍｅｒＪｏｕｒｎａｌꎬ２０１５ꎬ６２(１):１１６￣１２３.(收稿日期:２０２０￣０４￣２１)０２ ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀上㊀海㊀塑㊀料㊀㊀㊀㊀２０２１年第４９卷㊀。
原子转移自由基聚合(ATRP)
ATRP的发展
反向ATRP: 反向ATRP: ATRP
式中, I- 为引发剂; 式中, I-I 为引发剂; Mn+ 1t为氧化态过 渡金属络合物; 渡金属络合物; Mnt 为还原态过渡金属 络合物; 络合物; M,II-M,I-Mn为活 性种;I X,I;I性种;I-M-X,I-Mn-X 为休眠种. 为休眠种.
由非均相反应向均相反应的转变 四:ATRP的发展
在最初报道的ATRP 在最初报道的ATRP 中, 一般是用卤代烷/卤化 一般是用卤代烷/ 亚铜/联吡啶作为引发体系, 卤化亚铜2 亚铜/联吡啶作为引发体系, 卤化亚铜2联吡啶络 合物在反应体系中仅仅微溶, 反应为非均相反应. 合物在反应体系中仅仅微溶, 反应为非均相反应. 这无疑对有效地控制反应不利.为此, 这无疑对有效地控制反应不利.为此, 研究者们 致力于通过不同途径, 实现ATRP 致力于通过不同途径, 实现ATRP 由非均相向均 相反应的转变, 使反应更接近活性聚合. 相反应的转变, 使反应更接近活性聚合.
ATRP的优缺点 ATRP的优缺点 (一)ATRP的优点 ATRP的优点
(2)可以合成梯度共聚物:例如Greszta等 Greszta等 可以合成梯度共聚物:例如Greszta 曾用活性差别较大的苯乙烯和丙烯腈 曾用活性差别较大的苯乙烯和丙烯腈,以混 合一步法进行ATRP ATRP, 合一步法进行ATRP,在聚合初期活性较大 的单体进入聚合物,随着反应的进行, 的单体进入聚合物,随着反应的进行,活性 较大的单体浓度下降, 较大的单体浓度下降,而活性较低的单体更 多地进入聚合物链, 多地进入聚合物链,这样就形成了共聚单体 随时间的延长而呈梯度变化的梯度共聚物. 随时间的延长而呈梯度变化的梯度共聚物.
四:ATRP的发展
通过ATRP制备嵌段共聚物+ (1)
通过ATRP及其他方法制备嵌段共聚物摘要：原子转移自由基聚合(ATRP)是合成嵌段共聚物的有效途径。
本文介绍了原子转移自由基聚合(ATRP)的基本原理和嵌段共聚物的基本知识，重点概述了近年来采用ATRP及其他方法制备嵌段共聚物的研究进展。
关键词：原子转移自由基聚合，原理，嵌段共聚物Abstract: The atom transfer radical polymerization (ATRP) is an effective way to synthesize block copolymers. This article describes the atom transfer radical polymerization (ATRP) of the basic principles and the basics of block copolymers, focusing on an overview of recent years, and other methods using ATRP preparation of block copolymers Research.Keywords: atom transfer radical polymerization, principles, block copolymers1 引言：ATRP（Atom Transfer Radical Polymerization）聚合反应以过渡金属作为催化剂，使卤原子实现可逆转移,再从过渡金属络合物（盐）转移至自由基的反复循环的原子转移过程，伴随着自由基活性（增长链自由基）种和大分子有机卤化物休眠种之间的可逆转换平衡反应，并抑制着自由基活性种在较低的浓度，减少增长链自由基之间的不可逆双基终止副反应，使聚合反应得到有效的控制。
而原子转移自由基聚合所用的引发剂，必须具备两点基本要素。
首先，与链增长反应相比较，引发反应快；其次，须使副反应的可能性降低到最小[1]。
开环易位聚合法制备功能化聚烯烃研究进展
开环易位聚合法制备功能化聚烯烃研究进展宗志远;邢志强【摘要】The Research progress in preparation of functional polyolefin via ring opening metathesis polymerization in recent years is reviewed in this paper,which covers the preparation and properties of random copolymers,block copolymers and graft copolymers. The catalysts employed in ring opening metathesis polymerization show good tolerance to the functional groups,which can be used to catalyze the polymerization of various monomers to prepare polyolefin containing many functional groups. These resultant polymer materials not only have improved mechanical,surface and thermal properties,but also exhibit excellent optical,dielectric and biological properties due to the introduction of specific functional substituents.%综述了近年来利用开环易位聚合法制备功能化聚烯烃的研究进展,包括无规共聚物、嵌段共聚物和接枝共聚物的制备及其相关性能的研究.开环易位聚合催化剂的耐受性较好,可用于催化多种单体的聚合,从而制备含有多种官能团的聚烯烃,所制聚烯烃具有较为优异的力学性能、表面性能和热性能.通过引入特定功能化取代基还可以赋予聚烯烃优异的光学性能、介电性能、生物性能等.【期刊名称】《合成树脂及塑料》【年(卷),期】2018(035)001【总页数】5页(P94-97,102)【关键词】开环易位聚合;功能化聚烯烃;无规共聚物;嵌段共聚物;接枝共聚物【作者】宗志远;邢志强【作者单位】渤海船舶职业学院,辽宁省兴城市 125100;辽宁大学化学院,辽宁省沈阳市 110036【正文语种】中文【中图分类】TQ325.1聚烯烃具有优异的化学稳定性、耐候性、耐老化性能、尺寸稳定性、力学性能等，在食品包装、医疗器械、汽车内饰件、建筑管材、军用和航空航天等领域广泛应用［1-5］。
原子转移自由基聚合(ATRP)简介
原子转移自由基聚合(ATRP)简介1引言聚合物合成的控制一般指对聚合物结构和分子量的控制。
活性聚合可以得到分子量分布极窄的聚合物，是制备结构明晰的聚合物的理想方法。
与传统聚合相比，活性聚合具有如下特征：(1)一级动力学特征，即聚合速率与时间呈线性关系；(2)聚合物的目标分子量可事先设计，且聚合物数均分子量随单体转化率的增长而线性增长；(3)分子量分布窄；(4)聚合物链末端在单体耗尽后仍能保持活性，再次加入单体可继续引发增长。
活性聚合最早报道于1956年，Szwarc课题组以萘钠为引发剂，在低温四氢呋喃溶剂中实现了苯乙烯的阴离子聚合，即为高分子科学史上的第一例活性聚合。
因聚合物溶液在反应停止后保存数月仍能引发新的单体进行聚合，因而被称为“活性”聚合。
这一聚合方法率先实现了对聚合物分子量的控制性，亦为功能化聚合物结构设计的研究开辟了新思路。
但阴离子聚合反应有其难以避免的局限性，如：需要高纯度试剂，反应条件极为苛刻，聚合体系必须严格无水无氧，反应不能含有其他杂质，单体适用性也十分有限。
20世纪末期，高分子科学家逐渐将目光转向了“活性”自由基聚合(LRP)。
1982年Otsu课题组报道了引发-转移-终止剂聚合法(Iniferter)，该方法中Iniferter试剂可产生两种活性不同的自由基，活性较高的自由基引发单体聚合，活性较低的自由基不能引发聚合，而是与增长自由基发生链终止。
通过这一策略有效降低了增长自由基的浓度，从而实现了“活性”聚合。
此后，人们发现建立活性种与休眠种之间的可逆平衡，以此控制体系中增长自由基的浓度，是实现“活性”自由基聚合的关键所在。
遵循这一思路，人们逐渐实现了各种各样的“活性”自由基聚合方法，如氮氧稳定自由基聚合法(NMP)，原子转移自由基聚合法(ATRP)，可逆加成断裂转移聚合法(RAFT)，单电子转移自由基聚合法(SET-LRP)等。
原子转移自由基聚合(Atom Transfer Radical Polymerization，ATRP)是1994至1995年由Matyjaszewski和Sawamoto等人同时提出的一种聚合方法。
原子转移自由基聚合概述
原子转移自由基聚合概述1.引言“活性”/可控自由基聚合不同于传统意义上的自由基聚合反应。
它克服了分子量及其分布不可控，难以合成嵌段聚合物等缺陷，做到了分子量可控，分子量分布较窄，聚合物结构可控等一系列要求。
这类聚合反应主要是有效降低了增长活性中心的浓度，抑制了双基终止的发生，延长了自由基的寿命和分子量的统一性；使用快引发的方式，保证不同分子链同时增长。
目前大致有以下几种不同的机理得到了较为深入地研究:基于引发-转移-终止剂（Initiator-chain transfer-terminator）的活性自由基聚合(Iniferter法）、基于氮氧稳定自由基的活性自由基聚合（Living nitroxide-mediated stable free radical polymerization-SFRP）、原子转移自由基聚合（Atom transfer radical polymerization-ATRP）、基于可逆加成碎裂链转移剂的活性自由基聚合（Living radical polymerization in the presence of reversible addition-fragmentation chain transfer-RAFT）和退化转移自由基聚合（degenerative transfer process-DT）等等。
在这些不同的实现“活性”/可控自由基聚合的方法当中，原子转移自由基聚合是目前最有希望实现工业化的一种方法。
2.原子转移自由基聚合概述原子转移自由基聚合是1995年由卡内基梅隆大学Matyjaszewski课题组提出的一种“活性”/可控自由基聚合新机理Wang, J-S; Matyjaszewski, K. Controlled/"living" radical polymerization. Atom transfer radical polymerization in the presence of transition-metal complexes. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117: 5614–5615.。
第9章 开环歧化聚合
• 1986年，Gilliom发现以Ti杂环丁烷为催化剂的降冰片烯开 环歧化聚合为活性聚合 • Nguyen 以三苯基膦卡宾型Ru络合物为催化剂进行降冰片 烯的开环歧化聚合
9.3.2 降冰片烯衍生物的开环歧化聚合
• 含氟降冰片烯的开环歧化聚合
• 含硼降冰片烯衍生物的开环歧化聚合
• 乙酰氧基降冰片烯的开环歧化聚合
• ③大分子卡宾配位化合物与体系中外加无环烯烃发生交叉 歧化反应
可能发生的链终止反应 • ①增长的大分子卡宾型配位化合物活性链端发生α氢转移， 生成带末端双键的大分子，并还原出金属原子
• ②增长的大分子卡宾型配位化合物与终止剂反应生成无引 发活性的金属卡宾配位化合物: 三甲基乙烯基硅烷、1，1二苯乙烯、乙烯基醚等。
• ③单体与催化剂的活性中心金属原子配位后发生双键上氢 转移反应，直接形成金属卡宾配位化合物。
引发反应：链增长反应：来自由此可见，开环歧化聚合的活性中心实际上是由金属卡宾 配位化合物与环烯烃单体上的双键形成的金属杂环丁烷过 渡态。
可能发生的链转移反应 • ①自身反咬转移 • ②大分子金属卡宾配位化合物与体系中的其他大分子发生 交叉歧化反应
• 带有不饱和侧基的聚合物与环烯烃进行歧化反应得到接枝 共聚物
9.4 开环歧化聚合在聚合物分子设计方面的应用
9.4.1 恒比共聚物的合成
9.4.2 理想交替共聚物的合成
9.4.3 全顺式聚合物和全反式聚合物的合成
9.4.4 全同立构全顺式共聚物和间同立构全反式聚合物的合 成
9.4.5 嵌段共聚物和接枝共聚物的合成
• 利用开环歧化聚合除了可以得到特殊结构的均聚物外，还 可以得到严格交替的 共聚物：
9.2 开环歧化聚合原理
9.2.1 开环歧化聚合催化剂 • 1 传统催化剂：MXn(其中，M=W、Mo、Re、Os 等过渡金属，X=Cl、Br等卤素原子） • 2 水溶性催化剂：K2RuCl3 H2O • 3 卡宾型或亚烷基型催化剂
原子转移自由基聚合-ATRP
3. ATRP法
3、制备嵌段共聚物
迄今为止只有活性聚合反应才能合成出不含均聚物、分子 量及组成均可控制的嵌段共聚物。 用ATRP方法可直接制备二和三嵌段共聚物。 某些单体不能进行 ATRP ，但由于将 ATRP 引发末端引入聚 合物链不是一件十分困难的事，因此可先通过一定方法制备 ATRP大分子引发剂，再用ATRP 法合成嵌段共聚物，这就是所
接枝等结构明确的聚合物的合成等。ATRP的不足之处：催化剂
用量高，不易除净。
11
3. ATRP法
3.2 ATRP与高分子的分子设计
1、制备窄分子量分布聚合物
有机卤化物 /CuX(X 为 Cl ,Br) /2,2′-bpy 引发体系，高温下 (100～120 °C) 仍是非均相，可得到分子量分布为1.1～1. 2 的均 聚物。 2 ,2′-bpy 杂环上带上某些油溶性取代基团，如正丁基、叔 丁基等，则上述引发体系变为均相体系，由此得到的聚合物的 分子量分布可低到Mw/Mn≈1.04. 这是历史上人们用自由基聚合
向单体转移
或
6
2. 活性聚合
2.1 活性聚合概念
不存在链转移和链终止的聚合，称为活性聚合。
自由基聚合的链增长对自由基浓度呈一级反应，而链终止则 成二级反应，如能降低自由基的浓度[M· ]或活性，就可减弱双基 终止，有望成为可控/“活性”聚合。 实现可控/“活性”聚合的基本思想：在自由基聚合体系中
引入一个可以和增长自由基之间存在偶合－解离可逆反应的物
种，抑制增长自由基的浓度，减少双基终止和转移反应的发生。
7
2. 活性聚合
2.2 活性聚合的分类
按照活性种和休眠种可逆互变机理，目前主要发展了四种 活性聚合方法： 氮氧稳定自由基法； 引发转移终止剂（Iniferter）法； 原子转移自由基聚合（ATRP）法； 可逆加成-断链转移(RAFT）法。
开环易位(歧化)聚合-ROMP
高分子化学进展
三、开环易位（歧化）聚合
开环聚合：
环状单体开环相互连接形成线型聚合物的过程，称为开环 聚合。开环聚合为链式聚合反应，包括链引发、链增长和链终 止等基元反应。但开环聚合反应与乙烯基单体的链式聚合反应 有所区别，其链增长反应速率常数与许多逐步聚合反应的速率 常数相似，而比通常乙烯基单体的链式聚合反应低数个数量级。
他亲自走出讲台，邀请身边的 皇家科学院教授和两位女工作 人员一起在会场中央为大家表 演烯烃复分解反应的含义。最 初两位男士是一对舞伴，两位 女士是一对舞伴，在“加催化 剂”的喊声中，他们交叉换位 ，转换为两对男女舞伴，在场 记者随即发出了笑声。
烯烃复分解反应最初应用在石油工业中，以SHOP法的产物α-烯烃为原料， 高温高压下生产高级烯烃。传统的反应催化剂如WCl6-EtOH-EtAlCl2，由 金属卤化物与烷化剂反应制取。 烯烃复分解反应是个循环反应，过程为：首先金属卡宾配合物与烯烃反应， 生成含金属杂环丁烷环系的中间体。该中间体分解，得到一个新的烯烃和 新的卡宾配合物。接着后者继续发生反应，又得到原卡宾配合物。
开环易位聚合的单体是环烯烃，如果是开环烯烃， 生成什么产物？
瑞典皇家科学院2005年10月5日宣布，将2005年诺贝尔化 学奖授予法国化学家伊夫·肖万（Yves Chauvin）、美国化学家 罗伯特·格拉布（Robert H. Grubbs）和理查德·施罗克（Richard R. Schrock），以表彰他们在烯烃复分解反应研究领域作出的贡 献。在宣布仪式上，诺贝尔化学奖评委会主席佩尔·阿尔伯 格将烯烃复分解反应描述为“交换舞伴的舞蹈”。
金属卡宾
高活性，聚合反应控制能力强，可进行活性聚合
（3）可能存在的链转移：
原子转移自由基聚合(ATRP)
具有十分广阔的应用前景.
精选ppt
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采用原子转移自由基引发体系引发带卤原子的双 官能团单体, 可以得到超支化聚合物.
利用对氯甲基苯乙烯在CuCl和bpy存在下的自引 发均聚反应合成相对分子质量可达150 000的高支化 聚苯乙烯
1基94的7年竞在争曼反应彻、斯非特水大体学系获中物过理硫化酸学盐博士学
位的引，发194过9年程、因研高分究子化化学键学反离应解、能而气相获得科
高M分. M子S化zw学a方rc面最著学1和应9名5博液、2的年士相阴成起学中离就，位自子：；由聚任1同基合纽95年的、约6年任反自州发该应由立现校活基大阴研性离学离究、子林子员笼化学活。蔽学院性效等教聚。授， 合。用这个方法可制19得56单～分19散64高年分任子研、究嵌教段授共。聚物、其他 “分子设计”而成的19高69分年子在国内外几个大学任教授或讲学
替的“促活--失活”可逆反应使得体系 中
的游离基浓度处于极低, 迫使不可逆终
止反应被降到最低程度, 从而实现“活
性”/可控自由基聚合.
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Hale Waihona Puke ATRP 在高分子设计中的应用
星形 聚合物
接枝 聚合物
ATRP 技术
超支化 聚合物
其它类型 聚合物
嵌段 聚合物
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嵌段聚合物
嵌段聚合物具有独特的结构和性能, 可用作稳定剂、乳化剂、分散剂等, 而 且在聚合物的改性共混等方面有着广泛 的应用.
精选ppt
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活性聚合技术在合成嵌段共聚物方 面具有明显的优势，可以制得预定结构 的共聚物。与其它“活性”自由基聚合
相 比，原子转移自由基聚合的反应条件较 为温和，适用单体广泛，而对杂质不太 敏感。
原子转移自由基聚合理论
(1)ATRP介绍王锦山等[1]采用1-苯-1-氯乙烷作为引发剂，氯化亚铜和联吡啶(bpy)的络合物作为催化剂，在130℃下引发苯乙烯(St)的本体聚合，反应3h产率可达95%。
理论分子量和实验值符合较好。
为了验证反应的自由基机理，比较了所得聚合物与一般自由基聚合所得聚合物的立构规整度，发现两者比较一致。
并且当加入第二单体丙烯酸甲酯时，成功实现了嵌段共聚，具有明显的活性聚合特征。
由此他们提出了原子转移自由基聚合（ATRP）。
ATRP是以简单的有机卤化物为引发剂、过渡金属配合物为卤原子载体，通过氧化还原反应，在活性种与休眠种之间建立可逆的动态平衡，从而实现了对聚合反应的控制。
聚合原理引发阶段，处于低氧化态的转移金属卤化物Mt n，从有机卤化物R-X中吸取卤原子X，生成引发自由基R·及处于高氧化态的金属卤化物Mt n+1-X，自由基R·可引发单体聚合，形成链自由基R-M n·。
R-M n·可从高氧化态的金属配位化合物Mt n+1-X中重新夺取卤原子而发生钝化反应，形成R-M n-X，并将高氧化态的金属卤化物还原为低氧化态的Mt n。
增长阶段，R-M n-X与R-X一样(不总一样)可与Mt n发生促活反应生成相应的R-M n·和Mt n+1-X，R-M n·与R-M·性质相似均为活性种，同时R-M n·和Mt n+1-X又可反过来发生钝化反应生成R-M n-X和Mt n，则在自由基聚合反应进行的同时始终伴随着一个自由基活性种与大分子卤化物休眠种的可逆转换平衡反应。
由此可见，ATRP的基本原理其实是通过一个交替的“促活—失活”可逆反应使得体系中的游离基浓度处于极低，迫使不可逆终止反应被降到最低程度，从而实现可控/“活性”自由基聚合。
引发剂ATRP聚合体系的引发剂主要是卤代烷RX(X=Br，C1)，另外也有采用芳基磺酰氯、偶氮二异丁腈等。
开环易位聚合
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。
原子转移自由基聚合
• 拓展功能性聚合物的合成与应用：随着科技的不断发展，对功能性聚合物的需 求不断增加。未来研究可进一步探索利用原子转移自由基聚合技术合成具有特 殊功能和性能的功能性聚合物，并拓展其在生物医学、光电子等领域的应用。
功能性聚合物的合成与应用
利用原子转移自由基聚合技术，成功合成了一系列具有特殊功能和性能的功能性聚合物， 如生物相容性聚合物、光响应性聚合物等，拓展了聚合物的应用领域。
对未来研究的建议
• 深入研究反应机理和动力学：尽管对原子转移自由基聚合反应机理已有一定了 解，但仍需深入研究反应过程中的详细步骤、影响因素以及动力学行为，以更 好地指导聚合反应的设计和优化。
ABCD
催化剂残留问题
在聚合过程中，催化剂可能残留在聚合物中，影 响聚合物的性能和稳定性。
难以实现高分子量聚合物的合成
由于ATRP的链转移反应，难以实现高分子量聚 合物的合成。
改进方向探索
开发高效催化剂
研究新型高效、低残留的催化剂，降低催化剂用 量和成本，同时提高聚合效率和聚合物性能。
提高聚合物的功能性
生物探针与传感器
利用原子转移自由基聚合技术，可以合成具有生 物探针和传感器功能的聚合物材料，用于生物分 子检测和成像分析。
原子转移自由基聚合
05
的优缺点及改进方向
优点分析
活性聚合
适用单体范围广
原子转移自由基聚合（ATRP）是一种活性聚 合方法，可以合成具有预定分子量和窄分子 量分布的聚合物。
ATRP适用于多种类型的单体，包括乙烯基 单体、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯等，为合 成不同性能的聚合物提供了灵活性。
原子转移自由基聚合
1.2 原子转移自由基的应用1.2.1合成新的高分子材料ATRP技术作为一种新颖的精密聚合反应, 是大分子设计的有效工具。
许多烯烃单体已成功地用ATRP合成出结构确定的均聚物、无规共聚物、交替共聚物、梯形共聚物、嵌段/接枝共聚物和新型的聚合物刷, 星型、树枝状大分子及有机/无机杂化材料[6]。
1.2.2合成窄分子量分布聚合物ATRP已使多种不同单体及其衍生物实行有效的可控聚合,其中分子量分布已有低至 1.04的报道, 而商业上用活性阴离子聚合得到的GPC标样一般为l.03-1.05。
许多有机卤化物/CuX (X为Cl，Br) /2, 2’- bpy引发体系均可得到分子量分布为1.1-1.2的均聚物。
最近Matytjaszewski等采用ATRP方法, 获得了许多窄分布的均聚物, 分子量分布Mw/Mn<1.1。
他们所用的单体包括苯乙烯、(甲基)丙烯酸烷基酯、丙烯腈、氟化丙烯酸酯等[7]。
1.2.3合成末端官能团聚合物用有机卤化物作为引发剂的ATRP的产物末端分别为引发剂残基和卤原子, 而卤原子本身就是一种官能团, 由此还可以演变成其他官能团, 例如胺基、羧基、叠氮基、烯丙基等如果用带有另一种官能团Z (如—OH,—COOH,—CH=CH2)的有机卤化物作为引发剂, 则100%的聚合物末端带上官能团Z。
如用2-氯-醋酸乙烯作为引发剂引发苯乙烯聚合, 得到的聚合物末端带有醋酸乙烯单元, 这是一种大分子单体, 可用于制备接枝共聚物。
如果Z是标记基团的话, 可很方便地制备出各种标记聚合物, 供物理化学研究使用。
1.2.4合成无规及梯度共聚物梯度共聚物的分子结构可以用下图形象地表示:●●●●O●●●OO●●OOO●OOOO●MonomerA O MonomerB张兆斌利用ATRP技术, 首次实现了含氟单体与不含氟单体的可控无规共聚,得到了组成和分子量可设计、窄分布的甲基丙烯酸含氟酯与苯乙烯的无规共聚物[8]。
原子转移自由基聚合(ATRP)
由此可见
ATRP 的基本原理其实是通过一个交 替的“促活--失活”可逆反应使得体系
中 的游离基浓度处于极低, 迫使不可逆终 止反应被降到最低程度, 从而实现“活 性”/可控自由基聚合.
精品课件
ATRP 在高分子设计中的应用
星形 聚合物
接枝 聚合物
ATRP 技术
超支化 聚合物
其它类型 聚合物
精品课件
在利用ATRP 合成嵌段共聚物方面， 已成功的合成了油溶性嵌段共聚物、两 亲性嵌段共聚物，含功能单体单元的嵌 段共聚物、含氟嵌段共聚物、含硅嵌段 共聚物和热塑性弹性体等。
精品课件
两亲性嵌段共聚物:聚苯乙烯-b-聚甲基丙烯 酸叔丁酯(PS-b-PMAA)的合成
精品课件
接枝共聚物
接枝共聚物往往可以用作乳化剂、 增容剂、表面活性剂、相转移催化剂、 抗静电剂及生物医学材料等, 其性能往 往优于同类型的嵌段共聚物.
精品课件
自由基聚合 几种重要, 有效的方法
引发转移 终止剂法
氮氧自由基 控制的
稳定自由基 方式聚合
(SFRP)
原子转移 自由基聚合
(ATRP)
可逆加成--裂解 链转移聚合 (RAFT)
精品课件
其中原子转移自由基聚合(ATRP)方 法速度快,反应温度适中,适用单体范围 广,甚至可以在少量氧存在下进行,分子 设计能力强是现有其他活性聚合方法无 法比拟的。
精品课件
原子转移自由基聚合原理
自
链终止速率与链增长之比可用式(1) 表示
由
基
(1)
聚
合
式中 R t为链终止速率; R p为链增长速
中 率; k t为链终止速率常数; kp 为链增长速率
高分子化学-13易位聚合-PPT精品资料
聚
合 分子间双键之间的反应
分子量变大
分子内双键发生易位
（1）分子量降低或改变产物的结构
分子量减小
分子量不变
分子量减小
（2）用于线形分子的降解
催化剂：WCl6/EtOH/AlEtCl2
C6H5
C6H5
W
C H2
H2C
+
C H2
H2C
分子间双键发生易位反应
（1）不饱和聚合物之间的交互易位
BBBBBC=CBBBBB +
=CH
CH=n
PNBE 反式90%
开环易位聚合（ROMP）－加成型机理
R -C H = M
+
R -C H = M
R -C H -M
RCH =CH -(CH 2)3-CH =M
RCH =CH -(CH 2)3-CH =M
RCH =CH -(CH 2)3-CH -M
RCH =CH -(CH 2)3CH =CH -(CH 2)3-CH =M
, Ar=2,6-(i-Pr)2Ph
非环二烯的易位聚合－缩合型机理
catalyst
RCH=CH-(CH2)n-CH=CHR
RCH=CH-(CH2)n-CH-CHR
M=CH-R
M-CH-R
RCH=CH-(CH2)n-CH=M +RCH=CHR
易位聚合的应用
分子内双键之间的反应
分子量减小
易
位
分子量基本不变
2，3－双官能度降冰片烯和7－氧化降冰片烯
c. 卡宾型或亚烷基型催化剂
catalyst:过渡金属元素（如Ti、Ta、Mo、W、Re）的 碳烯（Carbene，C=M ）络合物。
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开环易位聚合(ROMP)论文：开环易位聚合物纳米粒子的制备及表征
【中文摘要】聚合物纳米粒子因其独特的结构而呈现出诸多新奇的物理、化学特性,在光学、食品工业、高性能涂料、高分子催化剂、生物医用材料等方面有广泛的应用前景,因此引起了普遍的关注。
本论文采用简便易行的方法—聚合诱导自组装,得到了粒径均一的“核-壳”结构的聚合物纳米粒子。
在选择性溶剂甲苯中,采用开环易位聚合(ROMP)的方法,用第一代钉卡宾催化剂(Ru-I)引发,首先加入单体—2,3-二异丁酰溴甲氧基-5-降冰片烯(BNBE)反应一段时间得到均聚物(PBNBE),然后加入单体—7-氧代降冰片烯二甲酯(ONBDM)再反应一段时间。
由于第一个单体的均聚物在甲苯中溶解性很好,而第二个单体的均聚物在甲苯中溶解性很差,利用两个嵌段的溶解性差异,直接
得到分散性好,粒径均一的以PBNBE为壳,以PONBDM为核的壳官能化的胶束。
考察了不同投料比,浓度对胶束结构形态的影响。
用核磁(NMR),元素分析(EA),凝胶渗透色谱法(GPC),动态光散射(DLS),原子力显微镜(AFM),透射电镜(TEM)对其组成与形态进行表征。
结果表明：聚合物胶束的直径随着PBNBE嵌段的增长而增大,随着PONBDM嵌段的增长反而减小；通过此方法可简便的得到了分散性...
【英文摘要】Polymeric core-shell nanoparticles with special structure and some novel physical and chemical properties have attracted considerable research interest
because of their promising applications in the fields of drug delivery and release, phase transfer, preparation of nanomaterials, catalysis, nanocomposites, and lithography,
etc. First, ring-opening metathesis polymerization (ROMP) of
2,3-bis(2-bromoisobutyryloxymethyl)-5-norbornene (BNBE) was carried out in toluene to yield a living homopolymer PBNBE for
a ...
【关键词】开环易位聚合(ROMP) 原子转移自由基聚合(ATRP) 闭
环易位反应(RCM) 聚合诱导自组装聚合物纳米粒子空心纳米粒子【英文关键词】ring-opening metathesis polymerization (ROMP) atom transfer radical polymerization (ATRP)
ring-closing metathesis (RCM) one-pot synthesis
polymerization-induced self-assembly polymeric nanoparticle hollow nanoparticle
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【目录】开环易位聚合物纳米粒子的制备及表征摘要
6-8Abstract8-9第一章绪论12-30 1.1 引言
12-13 1.2 活性聚合在制备聚合物纳米粒子中的应用
13-18 1.2.1 开环易位聚合13-15 1.2.2 闭环易位反
应15-16 1.2.3 原子转移自由基聚合16-18 1.3 聚合
物纳米粒子的制备方法18-24 1.3.1 引言18 1.3.2 聚
合物纳米粒子的合成方法18-22 1.3.3 聚合物空心纳米粒子的合成方法22-24 1.4 论文的研究意义及内容24参考文献24-30第二章易位聚合诱导自组装纳米粒子的制备及表征30-45 2.1 引言30 2.2 实验部分
30-34 2.2.1 实验试剂及测试方法30-32 2.2.2 功能性环烯烃单体及聚合物纳米粒子的合成32-34 2.3 功能性环烯烃单体的表征34-35 2.4 ROMP反应规律考察和易位聚合物的表征35-39 2.4.1 ROMP反应规律35-37 2.4.2 PBNBE-b-PONBDM的结构表征37-38 2.4.3 PBNBE-b-PONBDM的分子量表征38-39 2.5 易位聚合物纳米粒子的表征
39-43 2.5.1 聚合物纳米粒子的流体力学直径及分散系数
40-41 2.5.2 聚合物纳米粒子的形态表征41-43 2.6 小结43参考文献43-45第三章聚合物空心纳米粒子的合成及表征45-62 3.1 引言45 3.2 实验部分
45-49 3.2.1 实验试剂及测试方法45-46 3.2.2 空心纳米粒子的合成46-49 3.3 结果与讨论49-60 3.3.1 易位聚合物P(ONBDM)-b-(NBE-BNBE)的表征49-54 3.3.2 ATRP 产物PONBDM-b-P(NBE-(BNBE-g-BS))的表征54-56 3.3.3 壳交联聚合物纳米粒子的制备和表征56-58 3.3.4 聚合物空心纳米粒子的合成与表征58-60 3.4 小结60参考文献
60-62论文创新点62-63在读期间发表的学术论文与研究成果63-64致谢64。