“绿色”、高效atrp催化体系构建

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1、“绿色”、高效的ATRP催化体系的构建中文摘要“绿色”、高效的ATRP催化体系的构建中文摘要原子转移自由基聚合（ATRP）的出现为设计合成可控聚合物（可控的分子量和分子量分布）提供了一种简单、高效的方法。目前关于ATRP催化体系的研究热点主要有：（1）基于铁盐催化剂生物毒性小的特点发展高效铁盐催化的ATRP体系；（2）发展简便、低金属盐用量的高效ATRP催化体系；（3）保持控制性的前提下提高聚合反应速率的体系；（4）发展可回收的“绿色”、高效催化体系等方面。这些对ATRP聚合体系的发展都是为了采用高价金属催化并降低

2、最终聚合物中金属盐的残留量来发展“绿色”、高效的ATRP。基于发展“绿色”、高效的ATRP催化体系的重要性，本论文的主要研究内容和结论如下：(1)2005年，为了降低金属盐的用量，Matyjaszewski课题组成功的发明了相比常规ATRP和反向ATRP有较大优势的高价铜盐催化的电子转移生成催化剂的原子转移自由基聚合（AGETATRP）技术。尽管铁盐催化剂的控制性相比铜盐和钌盐较差，但铁盐由于其低毒性，丰富性和良好的生物相容性引起了人们广泛的关注。因此基于AGETATRP技术和高价铁盐催化剂的优势，本论文首先发展了

3、一系列“绿色”、高效铁盐催化下的AGETATRP。本文第四章成功采用可商品化的配体（三(3,6-二氧杂庚基)胺(TDA-1)）成功地用于铁盐（六水合三氯化铁（FeCl3·6H2O））催化的本体或溶液AGETATRP体系中，反应还可以在空气氛围下直接密封进行，操作非常简便。接着建立了一个无需添加引发剂在一系列的膦配体（三苯基膦（TPP）或者1,4-双(二苯膦基)甲烷（BDPPM））作用铁盐催化的ATRP反应体系。同时对该体系的聚合机理进行了深入的讨论。同时实现了微量FeCl3·6H2O为催化剂，咪唑盐（BMIMPF6

4、，BMIMBF4，OMIMPF6和HMIMPF6）为配体铁盐催化下的高效AGETATRP反应。最后，基于咪唑盐类配体和其他报道的铁盐配体，采用循环伏安法（CV）系统地考察常见的铁盐催化体系的的反应活性，为选择恰当的铁盐催化体系提供了保障，也为寻找更高效的ATRP催化体系奠定了坚实的基础。(2)从ATRP通过降低体系中自由基浓度来达到可控聚合的原理可知，与常规的I中文摘要“绿色”、高效的ATRP催化体系的构建自由基聚合相比，ATRP聚合反应速率较慢，这不利于其工业化生产。因此在维持聚合过程良好控制性的前提下，提高聚合

5、反应的速率变得尤其重要。本文第五章发现催化量的碱（NaOH,Na3PO4,NaHCO3和Na2CO3等无机碱；吡啶，三乙胺等有机碱；中性、碱性氧化铝）存在下可以有效地提高铁盐催化AGETATRP对苯乙烯（St）和甲基丙烯酸甲酯（MMA）单体的聚合速率，同时保持很好的聚合可控性且所有的聚合反应可以在空气氛围下直接密封进行，找到了一种加速ATRP的新方法。所有这些碱在提高聚合速率的同时可获得分子量分布窄的聚合物。碱存在下聚合反应的―活性‖/可控特征可以通过扩链反应证明。通过循环伏安法证明了碱存在时对ATRP催化体系的影

6、响。(3)有机反应中利用温控配体的―温控相转移催化‖（TRPTC）特性，成功地解决了水/有机两相体系适用范围受底物水溶性限制的问题。考虑到ATRP反应体系中过渡金属盐/有机配体配合物催化剂和有机配体的相似性，以及ATRP体系中油溶性单体和上述有机合成中水溶性极小的底物的相似性，可以设想如果采用具有温度响应的ATRP有机配体，则可以像在有机合成过程中报道的那样在ATRP过程中实现温控相转移催化过程。本文第六章在水/有机液液两相中，采用含PEG片段的二吡啶胺（PSDL）作为温敏性配体，RAFT试剂作为假卤素引发剂发展了

7、一种可回收利用oATRP催化剂的TRPTCATRP新方法。反应在90C时，催化剂可以有效地转移进入o有机相催化MMA进行均相反应，反应结束后冷却至室温(25C)，催化剂从有机相中重新转移回水相中而可控的PMMA聚合物依然留在有机相中从而达到实现分离催化剂的目的。另外，由于TRPTCATRP在不影响对聚合控制性的前提下，可以成功地在空气（氧气）存在下进行并通过简单的改变温度可实现回收催化剂的目的。关键词：原子转移自由基聚合（ATRP）；铁盐催化剂；碱加速；水/有机液液两相；温控相转移催化剂（TRPTC）.作者：柏良久

8、指导老师：程振平教授IIConstructionof―Green‖andHighlyEfficientATRPCatalyticSystemAbstractConstructionof“Green”andHighlyEfficientATRPCatalyticSystemAbstractTheadventofatomtransferradicalpolyme