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香港科技大学唐本忠教授等人主编的英国皇家化学会图书《Synthetic Polymer Chemistry: Innovation and Outlook》正式出版
2019-09-12  来源:高分子科技

  高分子在我们生活的方方面面都发挥了不可或缺的作用。像淀粉及棉花这种天然高分子是日常生活中食物及衣物的重要来源,而如聚亚胺酯、聚碳酸脂和聚酰胺这类合成高分子则对天然高分子进行了有力补充并在生活的方方面面都发挥了非常重要的作用。高分子化学的发展很大程度上依赖于聚合方法学的进步。聚合新方法和新反应的发展,是高分子材料发展的基石,是推动高分子领域不断前进的原动力。阳离子聚合、偶联聚合和自由基聚合等传统聚合方法已经被成功应用于制备结构多样化的功能聚合物,但是相关领域的进一步发展对聚合方法学提出了更高的要求。并且随着相关领域对于基础科学及新型聚合物的需求不断增长,对于合成高分子化学的研究依然是高分子化学领域的研究热点。为了推进高分子合成化学的发展,香港科技大学的唐本忠教授和华南理工大学秦安军教授等人组织邀请了国内外高分子合成化学领域的多位领军人物和青年才俊撰写了英国皇家化学会高分子化学系列图书《Synthetic Polymer Chemistry: Innovation and Outlook》。该书对高分子合成化学领域近年来的部分代表性体系进行了重点介绍。

  本书共有10个章节,涵盖了点击聚合、烯烃共聚、超分子聚合物及二氧化碳共聚物的制备等多个方面, 着重介绍了单体及催化剂的设计和新的聚合体系。

  在第1章中,中科院上海有机所董佳家研究员及美国斯克利普斯研究所Wu Peng教授等共同执笔,简要介绍了六价硫氟交换反应(SuFEx)在聚合物制备中的发展历程,及其在大规模制备新型聚磺酰类和聚硫酸类聚合物中的应用,并且着重介绍了在这类聚合反应中发现的一类新型催化剂--双氟化物。此外,本章中还介绍了SuFEx在聚合物后修饰方面的应用。

图1 SuFEx用于合成新型高分子材料示意图

  高效合成结构精确的聚合物,已经逐渐成为高分子科学领域的研究热点和挑战之一。苏州大学的张正彪教授朱秀林教授等在第2章中介绍了巯基化学在聚合物精确制备中的应用。分别从巯基化合物的制备、基于巯基的高效反应(巯基-烯、巯基-炔、巯基-环氧点击化学和硫醇-卤化物亲核取代反应等)及其在聚合物的精确合成中的应用等方面进行了介绍,其中重点介绍了巯基化学在精确制备具有各种拓扑结构的聚合物中的贡献。

图2 巯基化学用于精密大分子的合成示意图

  聚乙烯已经成为我们生活中不可或缺的一部分,星状聚乙烯作为最简单的一类超支化聚合物目前正受到高分子领域的青睐。在第3章中,广东工业大学的张震教授和阿卜拉杜国王科学技术大学的Hadjichristidis教授,详细介绍了基于丁二烯和氢化反应,并利用阴离子聚合反应制备结构规整的星状聚乙烯,从而发展了一种基于同源聚合制备二甲氧基锍亚甲基化合物的新聚合反应。此外,本章还对利用单环烯烃的开环易位聚合及Pd-二亚胺催化的乙烯聚合用于制备星状聚乙烯也做了简要介绍。

图3 精确合成聚乙烯示意图

  超分子聚合物化学是高分子与超分子化学交叉的前言方向。超分子聚合物作为一类特殊的高分子材料,其形成依赖于分子间的相互作用,使其具有良好的可逆性、自愈合及多重响应性等性能。清华大学徐江飞副研究员等在第4章工作中对于形成超分子聚合物的驱动力进行了分类介绍,并总结了具有不同拓扑结构的超分子聚合物及其制备方法。

图4 形成超分子聚合物的驱动力、制备及拓扑结构示意图

  在第5章中,中科院上海有机所的唐勇院士孙秀丽研究员等人重点介绍了利用边臂策略设计均相金属有机催化剂并用于聚烯烃共聚物的制备。通过在催化中心附近装载“边臂”基团以调控金属中心的电子特性和空间形状,从而调控催化剂的活性及催化特性。利用这种边臂策略,可以调控金属中心的电子特性和空间形状,从而调节催化剂的聚合行为,实现对聚烯烃结构和性能的调控。所设计的催化剂已经被成功应用于制备具有特殊性能及完美线形结构的超高分子量聚乙烯。

图5 利用边臂策略高效制备高分子材料示意图

  内消旋环氧烷烃的不对称开环是构建具有两个手性中心有机化合物的重要方法之一。在第6章中,大连理工大学的吕小兵教授集中介绍了基于具有高活性及手性选择性的催化聚合方法学,并用于多手性诱导和双金属协同效应介导的内消旋环氧烷烃的不对称聚合。本章节对分别阐述了利用目前发展比较成熟的催化剂体系用于CO2、COS和环酸酐等与内消旋环氧烷烃的去对称开环共聚,制备具有结构规整和分子量分布小的双手性中心共聚物。

图6 基于内消旋环氧烷烃的去对称共聚反应示意图。

  CO2是温室效应的主要“元凶”,但又是一种低成本碳资源,以其为原料可以合成CO2基生物可降解塑料,降解产物对环境无污染,而且生产成本较低。在第7章中,中科院长春应化所王献红研究员等详细介绍了CO2/环氧类衍生物共聚制备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进展,同时还对基于二氧化碳的多功能共聚物及其应用进行了简单的介绍。

图7 利用CO2/环氧共聚制备聚碳酸酯示意图

  聚赖氨酸是天然氨基酸单体或其衍生物通过酰胺键连接而成的一类聚合物。由于其具有优良的生物相容性、生物可降解性等优点,在生物医学领域显示出广泛的应用前景。第8章中,中科院 长春应化所的陶友华研究员王献红研究员等介绍了利用氨基酸的成环形成内酰胺单体,再通过内酰胺开环聚合制备聚氨基酸的研究进展,并利用该聚合反应合成之前主要依赖于发酵法才能制备的e-聚赖氨酸且已完成了中试研究,具有重要的工业意义。

图8 利用开环聚合制备聚赖氨酸的方法示意图

  作为一类重要的功能聚合物,稠(杂)环聚合物由于其特殊的光电性能使得其在得到越来越多的关注。在第9章中,香港科技大学的林荣业博士唐本忠院士详细总结了近年来利用三键单体聚合制备多功能稠(杂)环聚合物的进展。与此同时,本章节还会对稠(杂)环聚合物的结构、性能及其应用进行分别介绍。

图9 三键单体聚合制备稠(杂)环聚合物示意图

  利用有机催化聚合可以制得无金属残留的聚合物。第10章,浙江大学张兴宏教授对近年基于利用有机催化聚合实现一碳单体(CO2和COS)和环氧化物的高效共聚进行了总结。着重介绍了利用有机路易斯酸碱作为催化体系用于基于一碳单体的共聚物制备的工作。此外,本章节还对所制得的共聚物的性能及应用进行了相应的介绍。

图10 一碳单体在自然界的循环及其用于与环氧化物共聚示意图

  本书的共同编辑还有香港科技大学赵征博士及华南理工大学胡蓉博士。本书适合于高校和科研院所从事高分子合成及制备的学生及专家学者参考使用,也适合相关领域从事高分子材料与产品开发的研究人员阅读。

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