溫控相轉(zhuǎn)移翻譯

1、一種溫控相轉(zhuǎn)移催化合成的方法：甲基丙烯酸甲酯在水/有機(jī)兩相的活性自由基聚合體系Liangjiu Bai, Lifen Zhang, Jinlong Pan, Jian Zhu, Zhenping Cheng,* and Xiulin Zhu*江蘇省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的先進(jìn)功能高分子設(shè)計與應(yīng)用，高分子科學(xué)與工程學(xué)系，化學(xué)學(xué)院，化學(xué)工程和材料科學(xué)，蘇州大學(xué)，蘇州215123，中國。摘要：這是一個新穎的策略，通過調(diào)節(jié)相轉(zhuǎn)移催化（溫控相轉(zhuǎn)移催化），電子轉(zhuǎn)移形成的分離催化在水/有機(jī)兩相的系統(tǒng)中被成功建立。為了完成甲基丙烯酸甲酯(甲醛丙烯酸甲酯)的原子轉(zhuǎn)移自由基聚合（原子轉(zhuǎn)移自由基聚合），用一個溫敏性的聚乙二醇聯(lián)

2、吡啶作為配體和一個烷基擬鹵素二硫代1-萘甲酸異丁腈酯（丁腈酯）作為引發(fā)劑。這個復(fù)雜的催化劑可以從最初的催化劑溶液轉(zhuǎn)移到有機(jī)相，在反應(yīng)溫度(90°C)下催化甲基丙烯酸甲酯的聚合,然后再從有機(jī)相轉(zhuǎn)移到水溶液以便把催化劑從溶液中分離出來，冷卻到室溫(25°C),同時保持控制產(chǎn)品在有機(jī)層。此外,聚合可以在數(shù)量有限的空氣中存在, 僅僅通過一個簡單的有效溫度的變化，這不僅不影響可控性還可以回收催化劑。介紹雖然均相催化劑在特別設(shè)計的配體幫助下顯示了較高的活性和選擇性，它被溶解在反應(yīng)介質(zhì)中，為使其從產(chǎn)品中分離出來這往往是具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。因此,兩相的催化劑體系，如離子液體、 氟兩相體系、水

3、體系、高分子擔(dān)載催化劑，調(diào)節(jié)相轉(zhuǎn)移催化（溫控相轉(zhuǎn)移催化），在合成化學(xué)上成為非常簡易的方法。在這些報道中，兩相系統(tǒng)，溫控相轉(zhuǎn)移催化系統(tǒng)，由于其簡單分離只是通過改變反應(yīng)體系的溫度。另外它已經(jīng)成功地應(yīng)用于各種類型的有機(jī)反應(yīng)（如水/有機(jī)，兩相加氫甲?；?，Heck 反應(yīng)，Suzuki反應(yīng)，和click反應(yīng)）。類似于金屬催化的有機(jī)反應(yīng)，金屬催化活性自由基聚合(如原子轉(zhuǎn)移自由基聚合)是一種最通用的原子轉(zhuǎn)移自由基聚合方法。但是，原子轉(zhuǎn)移自由基聚合的大規(guī)模應(yīng)用是如何輕松地單獨(dú)使用的催化劑聚合系統(tǒng)的關(guān)鍵問題。盡管在原子轉(zhuǎn)移自由基聚合催化劑分離系統(tǒng)中有許多優(yōu)秀案例，由于繁瑣的后處理需求，他們要么是費(fèi)時要么昂貴。而這

4、個靈感是來自在有機(jī)反應(yīng)中成功的溫控相轉(zhuǎn)移催化系統(tǒng)的例子,這項工作的目的是探討原子轉(zhuǎn)移自由基聚合系統(tǒng)在水溶液中建立溫控相轉(zhuǎn)移催化的可能性。有時，由于以下原因原子轉(zhuǎn)移自由基聚合在水分散的媒介中進(jìn)行是一個具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)：（a）X，減活化劑在水中可能會失去它的鹵化物配體，（b）X，活化劑可能不成比例，（c）如果它包含反應(yīng)親核組，烷基鹵化物引發(fā)劑可能水解或與單體反應(yīng)。然而,新開發(fā)的催化劑原子轉(zhuǎn)移自由基聚合技術(shù)伴隨生成電子轉(zhuǎn)移（通過電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)產(chǎn)生的催化劑來進(jìn)行原子轉(zhuǎn)移自由基聚合）。原子轉(zhuǎn)移自由基聚合，使它更容易在水中進(jìn)行控制，因?yàn)樗梢员怀晒Φ貞?yīng)用在不同的水系統(tǒng)，如細(xì)乳液，微乳液。這不生成有機(jī)自由基但

5、專門用于減少X到X活性種類。另外，通過電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)產(chǎn)生的催化劑來進(jìn)行的原子轉(zhuǎn)移自由基聚合可以有效地在有限的空氣中存在（氧氣），這促進(jìn)原子轉(zhuǎn)移自由基聚合系統(tǒng)大規(guī)模的應(yīng)用?？紤]到優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)備簡單，儲存容易。通過電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)產(chǎn)生的催化劑來進(jìn)行原子轉(zhuǎn)移自由基聚合，這被用于調(diào)查在一個溫敏性聚乙二醇聯(lián)吡啶雙官能團(tuán)配體（聚乙二醇支持的聯(lián)吡啶配體）催化控制聚合物生成的可能性。（方案1）方案1 聚乙二醇支持的聯(lián)吡啶雙官能團(tuán)配體的合成途徑實(shí)驗(yàn)部分材料：甲基丙烯酸甲酯(>99%)購自上?；瘜W(xué)試劑有限公司（上海，中國）。甲基丙烯酸甲酯被抑制劑通過中性氧化鋁柱移除。溴代異丁酸乙酯(98%)，2,2-二氯苯乙酮(97

6、%）,2-溴苯乙酸乙酯(95%)，氯丙酸甲酯（97%）從三苯基膦中置換出來被用作應(yīng)用基。聚乙二醇-600，2,2-聯(lián)吡啶胺，和銅（0）絲從Sigma Aldrich購買被用作應(yīng)用基。二水氯化銅（>99%），抗壞血酸(>99.7%)和抗壞血酸鈉(>97%)購自上?；瘜W(xué)試劑有限公司（上海，中國）被用作應(yīng)用基。1-溴萘(>97%，三苯基膦) 和二硫化碳(> 97%,上?；瘜W(xué)試劑有限公司)。在使用偶氮二異丁腈前在一個分子篩上至少干燥二周（異丁腈）（偶氮二異丁腈> 97%,上海化學(xué)試劑有限公司),在室溫真空下乙醇重結(jié)晶和干燥，最終產(chǎn)品保存在18°C冰箱里。甲

7、苯(99.9%)，四氫呋喃(99.9%)，四氯化碳（99.9%）和甲醇（99.9%）是購自上?；瘜W(xué)試劑公司被用作應(yīng)用基。去離子水是購自蘇州大學(xué)去離子水有限公司被用作應(yīng)用基。所有的其他材料都來自上?；瘜W(xué)試劑有限公司，它們被使用之前要用標(biāo)準(zhǔn)的方法處理。 -二硫代萘甲酸異丁腈酯準(zhǔn)備-二硫代萘甲酸異丁腈，根據(jù)參考文獻(xiàn)中描述的方法35和36。方案包括裝有(0.11 mol)22.5g 1-溴萘的四氫呋喃90ml在一小時內(nèi)加入一瓶250ml含鎂(2.88 g, 0.118 mol)溶液然后回流一小時。在室溫下添加二硫化碳(8.36 g, 0.11 mol)到方案中，回流8小時。混合物倒入水中并用

8、稀釋鹽酸酸化。氯仿的提取(40 mL × 3)，在真空蒸餾后，殘渣與18ml乙酸乙酯混合在氮?dú)獗Ｗo(hù)下與4.7g二甲基亞砜溶液反應(yīng)10小時。混合物添加12.24g偶氮二異丁腈回流15小時。溶劑蒸發(fā)后，得到粗產(chǎn)品-二硫代萘甲酸異丁腈酯。通過色譜法純化-二硫代萘甲酸異丁腈酯，然后保存在18°C冰箱里。HNMR (CDCl3): = 1.95 (s, 6H); 7.42 (m,2H); 7.51 (m, 2H); 7.85 (m, 2H) 和 8.10 (m, 1H)。聚乙二醇600的甲磺酰化 聚乙二醇600的甲磺?；?1.2 g, 2 mmol)，在真空下80°C干燥1

9、小時，然后溶解在無水二氯甲烷(100 mL)并加入三辛胺(3.5 mL, 8 mmol)，混合物攪拌下冷卻到0°C。慢慢添加甲磺酰氯(0.93mL, 12 mmol)，在室溫下混合攪拌24小時。減壓下二氯甲烷的體積降低95%。剩余的二氯甲烷混合物冷卻至0°C，在攪拌下慢慢加入無水乙醇（100ml）。一小時后，通過過濾獲得黃色油狀液體并用乙醚清洗(2 × 25 mL)。濾液集中，使用乙酸乙酯/甲醇= 10/1作為洗脫液通過硅膠柱層析法使混合物純化。最后，黃色油狀液體用于1HNMR分析。1H NMR (400 MHz, CDCl3): = 8.29 (dt,4H),

10、7.51 (m, 4H), 7.16 (dd, 4H), 6.86 (m, 4H), 4.36 (t, 4H), 3.07 (t,4H), 3.423.85 (m, PEG).聚乙二醇聯(lián)吡啶配體準(zhǔn)備聚乙二醇聯(lián)吡啶雙官能團(tuán)配體功能化的過程是像參考3中描述的一樣。2,2-二吡啶胺(0.67 g, 3.91 mmol)溶解在無水二甲基甲酰胺中（5mL）。氫化鈉(0.1 g, 4.17 mmol)補(bǔ)充加入,并且把混合物在50°C下混合攪拌2小時。二甲基聚乙二醇(1.30 g, 1.72 mmol)溶解在補(bǔ)充加入的氫化鈉溶液中，在90°C下攪拌4小時然后二甲基酰胺減壓蒸發(fā)。褐色的殘留

11、物在甲苯中(15 mL)再溶解，然后過濾掉殘渣。減壓下有機(jī)層體積減少95%。冷卻到0°C，無水乙醚在攪拌下慢慢加入。濾液集中，乙酸乙酯/甲醇= 10/1作為洗滌液由在硅膠柱層析法純化來獲聚乙二醇聯(lián)吡啶雙官能團(tuán)配體。1H NMR (400 MHz, CDCl3): = 8.29 (dt,4H), 7.51 (m, 4H), 7.16 (dd, 4H), 6.86 (m, 4H), 4.36 (t, 4H), 3.07 (t,4H), 3.423.85 (m, PEG)。甲醛丙烯酸甲酯原子轉(zhuǎn)移自由基聚合的一般過程典型聚合過程的摩爾比率MMA/CPDN/CuCl2·2H2O/PS

12、DL/AsAc= 200/0.1/0.8/0.5/2在有限的空氣（氧氣）中存在。列舉如下，混合物通過添加二水氯化銅(6.4 mg, 0.037 mmol), -二硫代萘甲酸異丁腈酯(1.3 mg, 4.7 mmol), 甲基丙烯酸甲酯(1.0 mL, 0.94 mmol)，聚乙二醇聯(lián)吡啶配體(17.7 L, 0.024 mmol)，甲苯(1.0 mL),和去離子水(2.0mL加入到一個安瓿瓶中。胂酸基乙酸(16.2 mg, 0.094 mmol)補(bǔ)充加入，用惰性氣體（氬氣）直接密封至沒有氣泡，然后轉(zhuǎn)移到一個調(diào)到所需溫度的油浴(90°C)中攪拌聚合。在所需的聚合時間之后，安瓿瓶被浸泡在

13、冰水冷卻。之后打開安瓿瓶時,有機(jī)相溶解在四氫呋喃(2 mL)，在大量甲醇中沉淀(200 mL)，聚合物過濾后在真空下干燥至恒重50°C。通過重量分析計算單體轉(zhuǎn)化率。通用過程催化劑的回收首先,一個典型的聚合過程的摩爾比率：MMA/CPDN/CuCl2·2H2O/PSDL/AsAc=200/0.1/0.8/0.5/2如上所述，在有限的空氣中存在。在90°C下聚合后，安瓿瓶被浸泡在冰水冷卻，然后打開，產(chǎn)品溶解在四氫呋喃(2 mL)中，攪拌下在大量甲醇中沉淀。水相包括銅催化劑和溫敏性的聚乙二醇聯(lián)吡啶配體，被一個手按移液器收集，然后添加到一個新的安瓿瓶中以便使用。只通過添加

14、-二硫代萘甲酸異丁腈酯聚合混合物(1.3 mg,4.7 × mmol)，甲醛丙烯酸甲酯(1.0 mL, 0.94 mmol)，甲苯(1.0 mL), 胂酸基乙酸(16.2 mg, 0.094 mmol) 與再生催化劑溶液混合。同樣，水相聚合物被回收之后用作將來的實(shí)驗(yàn)，其余的過程根以上描述的一樣。鏈擴(kuò)展使用聚甲基丙烯酸甲酯作為大分子引發(fā)劑的典型程序聚甲基丙烯酸甲酯(Mn,GPC = 39 220 g/mol, Mw/Mn= 1.18)樣本獲得的摩爾比率MMA0/CPDN0/CuCl2·2H2O0/PSDL0/AsAc0 = 200/0.1/1/0.5/2在空氣中存在，作為大分

15、子引發(fā)劑鏈延伸反應(yīng)的摩爾比：MMA0/CPDN0/CuCl2·2H2O0/PSDL0/AsAc0 = 200/0.13/0.8/0.5/2。鏈擴(kuò)展過程如下：聚甲基丙烯酸甲酯(246.2 mg, 6.28 mmol)溶解在1mL新制的甲醛丙烯酸甲酯中(0.940 g, 9.40 mmol)，CuCl2·2H2O (6.4 mg, 0.037mmol)，聚乙二醇聯(lián)吡啶配體(17.7 L, 0.024 mmol),甲苯(1.0 mL),去離子水(2.0 mL) 用攪拌棒加入安瓿瓶中。胂酸基乙酸(16.2mg, 0.094 mmol)補(bǔ)充加入，安瓿瓶在空氣中封存。其余的程序上面描述

16、的一樣。在90°C下攪拌進(jìn)行鏈擴(kuò)展反應(yīng)。單體轉(zhuǎn)化率為10.6% /5 h。Mn和Mw / Mn通過凝膠滲透色譜法測定。(Mn,GPC = 56690 g/mol, Mw/Mn = 1.20)。描述合成聚合物的相對分子量（Mn，GPC）和分子量分布值(Mw/Mn)用配備了示差折光檢測器的凝膠滲透色譜儀(GPC)來確定，使用HR1（孔隙大小:100 A,1005000Da），HR2（孔隙大?。?00A，500-2000Da），和HR4（孔隙大?。?0000A，50-100000Da）列（7.8 × 300 mm，5m）可測分子量從到5×g/mol。在30°C

17、下四氫呋喃作為洗脫液的流速為1.0 mL/min。用自動進(jìn)樣器把樣本注入，校準(zhǔn)聚酯（甲基丙烯酸甲酯）從水中提取的標(biāo)準(zhǔn)。使用氘代氯仿作為溶劑和四甲基硅烷最為內(nèi)標(biāo)把所獲得聚合物的1HNMR圖譜記錄在INOVA 400 MHz核磁共振儀器上。結(jié)果與討論原子轉(zhuǎn)移自由基聚合引發(fā)劑在水/有機(jī)兩相的聚合效應(yīng)系統(tǒng)。根據(jù)溫控相轉(zhuǎn)移催化的概念。調(diào)節(jié)液液(有機(jī)水)兩相的催化將允許產(chǎn)品/催化劑分離，僅僅通過改變聚合系統(tǒng)溫度并且沒有進(jìn)一步后處理的幫助。溫敏性的 2,2-聯(lián)吡啶胺連接在合成復(fù)合聚合物（聚乙二醇）的共價結(jié)束鏈上，用作雙官能的雙齒氮配體(方案1)。首先,如表1所示，一些傳統(tǒng)的原子轉(zhuǎn)移自由基聚合的引發(fā)劑參與了烷

18、基鹵化物（如：溴代異丁酸乙酯，2,2-二氯苯乙酮，2-溴苯乙酸乙酯），胂酸基乙酸作為還原劑轉(zhuǎn)移生成催化劑的原子轉(zhuǎn)移自由基聚合。但聚合反應(yīng)顯示的不可控性，伴隨著廣泛的分子量分布(Mw / Mn超過2.0)，這表明至少這些傳統(tǒng)在這聚合條件下的原子轉(zhuǎn)移自由基聚合引發(fā)劑不適合這個系統(tǒng)。因此,另一種方式使用烷基類鹵化物（如：引發(fā)轉(zhuǎn)移劑和可逆加成碎片鏈轉(zhuǎn)移劑）作為原子轉(zhuǎn)移自由基聚合引發(fā)劑37-39在這項工作中進(jìn)一步調(diào)查。發(fā)現(xiàn)，如表2條目14所示。當(dāng)傳統(tǒng)的鏈轉(zhuǎn)移劑（-二硫代萘甲酸異丁腈酯）作為引發(fā)劑被采用，主要的結(jié)果表明，不同摩爾比的聚合反應(yīng)MMA0/CPDN0/CuCl2·2H2O0/PSDL0

19、/AsAc0= 200:x:0.8:0.5:2(x = 1, 0.5,0.25, 0.1) (VMMA = 1.0 mL, Vtoluene = 1.0 mL, 和Vwater = 2.0 mL)用一個精確控制的方法進(jìn)行：符合相應(yīng)實(shí)驗(yàn)的理論分子量分布(Mw / Mn1.2)。它專門提到增加-二硫代萘甲酸異丁腈酯的數(shù)量來提高聚合速率（x從0.1 增加到1，甲醛丙烯酸甲酯在五小時內(nèi)從37.3%增加到75.9%）。但是，在這個聚合系統(tǒng)中如果沒有-二硫代萘甲酸異丁腈酯加入，那么24小時后不會獲得聚合物（條目5）。此外，除了胂酸基乙酸（表2 條目7），抗壞血酸鈉（表2 條目8）也可以成功地被用作在兩相系

20、統(tǒng)中。所有結(jié)果表明，它可用于溫控相轉(zhuǎn)移催化自由基聚合系統(tǒng)。 表1. 原子轉(zhuǎn)移自由基聚合的引發(fā)劑使用PSDL作為配體的水/有機(jī)兩相的系統(tǒng)表2. 在水/有機(jī)兩相的系統(tǒng)中甲醛丙烯酸甲酯的原子轉(zhuǎn)移自由基聚合使用丁腈酯作為引發(fā)劑 在水/有機(jī)兩相系統(tǒng)中甲基丙烯酸甲酯原子轉(zhuǎn)移自由基聚合的聚合動力學(xué)。為了進(jìn)一步調(diào)查在水/有機(jī)兩相的系統(tǒng)原子轉(zhuǎn)移自由基聚合的機(jī)制和-二硫代萘甲酸異丁腈酯作為引發(fā)劑，聚合動力學(xué)與不同數(shù)量的-二硫代萘甲酸異丁腈酯進(jìn)行詳細(xì)研究。圖1顯示了在90甲醛丙烯酸甲酯的聚合動力學(xué)的摩爾比率：MMA/CPDN/CuCl2·2H2O/PSDL/AsAc= 200/x/0.8/0.5/2 (x

21、 = 1, 0.5, 0.2, 0.1)從圖中,可以看出,所有的四個動力學(xué)情節(jié)與不同數(shù)量的-二硫代萘甲酸異丁腈酯顯示一階對單體濃度，這表明在整個計算的過程中活性物質(zhì)的數(shù)量保持不變。前者是最后一個的2.87倍。圖1 b顯示了Mn，GPC和Mw/Mn值的演變，在90下為原子轉(zhuǎn)移自由基聚合的甲醛丙烯酸甲酯轉(zhuǎn)換獲得聚甲基丙烯酸甲酯。如圖1 b,Mn、GPC的價值，接近相應(yīng)的理論，增加與單體線性轉(zhuǎn)換,同時保持低Mw /Mn值。這些結(jié)果表明,烷基類鹵化物實(shí)際上充當(dāng)有效擬鹵素的引發(fā)劑，如方案2所示,類似Matyjaszewski報告的組?；厥盏拇呋瘎Ｉ厦嫣岬降乃羞@些結(jié)果表明: 在有限空氣（氧氣）中一個成

22、功的溫控相轉(zhuǎn)移催化聚合系統(tǒng)中通過使用-二硫代萘甲酸異丁腈酯作為擬鹵素引發(fā)劑。隨后,另一個關(guān)注的重要問題是在原子轉(zhuǎn)移自由基聚合系統(tǒng)中回收的催化劑。根據(jù)溫控相轉(zhuǎn)移催化的概念和現(xiàn)象，通過降低系統(tǒng)溫度到室溫再次進(jìn)入水相轉(zhuǎn)移催化劑。然后,通過添加新鮮的有機(jī)溶劑(甲苯)，單體( 甲醛丙烯酸甲酯)，引發(fā)劑(-二硫代萘甲酸異丁腈酯)，以及額外的還原劑(AsAc)水溶液包括被回收的復(fù)雜催化劑直接重新使用在下一個甲醛丙烯酸甲酯的原子轉(zhuǎn)移自由基聚合。有人指出原子轉(zhuǎn)移自由基聚合回收后的聚合速率比原來的要慢一點(diǎn)，是由于一些催化劑回收過程中的損失。Mn，GPC的聚合物，接近相應(yīng)的理論值，加強(qiáng)與單體的線性轉(zhuǎn)換,同

23、時保持低Mw /Mn值。結(jié)論總之，在有限的空氣(氧氣)中調(diào)節(jié)的水/有機(jī)兩相的系統(tǒng)，這個策略已成功應(yīng)用于銅(II)介導(dǎo)原子轉(zhuǎn)移自由基系統(tǒng)。這聚合具有良好的可控性和分子量分布。重要的是僅僅通過改變有效溫度，金屬催化劑幾乎不污染最終產(chǎn)品，催化劑可以回收。這個有趣的原子轉(zhuǎn)移自由基聚合可能提供一個高效的方法回收原子轉(zhuǎn)移自由基聚合催化劑。相關(guān)內(nèi)容支持信息在有限的空氣中聚合動力學(xué)與不同的甲苯/水比例存在與否。通過網(wǎng)址這種資料免費(fèi)獲取。作者信息聯(lián)系人郵箱：chengzhenping，傳真+86-512-65882787(Z.C.);郵箱：xlzhu，傳真+ 86-512-6

24、5112796(X.Z.)。注釋作者聲明沒有競爭和經(jīng)濟(jì)利益。鳴謝經(jīng)濟(jì)支持：中國國家自然科學(xué)基金(號21174096，21174096，21174096)，專門研究高等教育的博士項目基金(20103201110005)，該項目國際合作的中國科技部(2011號dfa50530)和項目優(yōu)先資助的學(xué)術(shù)程序開發(fā)江蘇高等教育機(jī)構(gòu)(PAPD)。參考文獻(xiàn)(1) Wasserscheid, P.; Keim, W. Angew. Chem., Int. Ed. 2000, 39,37733789.(2) Welton, T. Chem. Rev. 1999, 99, 20712084.(3) Liu, F.;

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