有机小分子催化的离子型开环聚合:环氧乙烷基高分子的设计与合成

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21674038
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    68.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0109.高分子合成
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Polymers based on ethylene oxide (EO) have been playing a more and more significant role in the realm of macromolecular and materials sciences. Nevertheless, the development of synthetic methodologies for such materials has been relatively retarded, probably due to the highly demanding experimental skills for the handling of gaseous EO monomer. In view of the drawbacks and limitations of the existing methods, there is an urgent need for more efforts to be put into this section of polymer chemistry. Therefore, in this plan, the applicant proposes to formulate a novel organocatalytic system, taking advantage of ion-specific effects which would endow bulky and stable organic counterions to the oxyanion and thus promote efficient anionic ring-opening polymerization of EO. The new system would also benefit from its economic, facile and “greener” character, as the catalysts are formed in situ and the precursors of the catalysts are non-air-sensitive and less toxic. Utilizing this new catalytic system as well as other small-molecule organocatalysts, we also plan to further develop a few synthetic routes toward novel macromolecular structures based on ionic ring-opening reactions of EO, such as the following. 1. Traditional alkali metal-based anionic polymerization will be combined with the new organocatalytic system mentioned above to perform sequential anionic polymerization of vinyl monomer and EO. 2. Attempts will be made to realize alternating ionic copolymerization of EO and non-polymerizable heterocyclic compounds (e.g. cyclic anhydrides, cyclic phenolic esters) by the aid of organocatalysts, so as to enrich the catalogue of heterochain polymers with controllable and tunable structures. 3. Organocatalytic statistical ionic copolymerization of EO and epicyanohydrin will be conducted aiming at random copolymers of the two monomers, after which the pendent cyanogroups will be subject to chemical modifications to achieve amino- and/or amide-functionalized polyethers. 4. Epoxidized polydienes will be used as multifunctional macromolecular chain-transfer agents to develop a “somersault” type graft polymerization of EO, which combines “grating onto” and “grafting from” techniques into a one-step model and thus will allow for facile synthesis of double-graft type macromolecular architectures. We believe the implementation of this plan will advance the strategies for the design, synthesis and modification of valuable EO-based polymeric materials.
环氧乙烷基聚合物在高分子材料领域中的重要性日益彰显。因实验技能要求高,相关合成方法学发展缓慢。本项目中,申请人计划利用离子特异性和抗衡离子效应构建经济、简便和环境友好的新型有机小分子催化体系,发展基于环氧乙烷离子型开环反应的高分子结构设计与合成新策略,包括:(1)将传统阴离子聚合与新催化体系结合,进行烯类单体与环氧乙烷的连续聚合;(2)将本不能自聚的环状化合物(如环酚酯、环状酸酐)与环氧乙烷在有机小分子催化下进行离子型交替共聚,发展结构可控的新型杂链聚合物;(3)将环氧乙烷与环氧化丙烯腈进行离子型开环共聚,通过共聚物中氰基的化学改造获得含有氨基、酰胺等功能基团的聚醚;(4)以环氧化聚二烯烃为链转移剂,进行环氧乙烷的“穿梭式”接枝聚合,合成单点双枝型接枝共聚物。本项目的实施将丰富高分子合成方法,为相关高分子的设计、合成、改性提供思路。

结项摘要

环氧乙烷是第二大乙烯衍生物,聚乙二醇等高分子材料是其主要下游产品种类之一,具有非常广泛而重要的用途。我国具有近千万吨的环氧乙烷产能,然而,由于合成方法和生产工艺发展较为滞后,环氧乙烷的聚合物仍很大程度上依赖进口。基于这一背景以及项目负责人的研究特长,本小组一直以环氧乙烷的聚合反应和环氧乙烷基高分子材料的合成方法为核心研究内容。自本项目立项以来,我们按照研究计划对有机小分子催化的环氧乙烷离子型聚合若干体系进行了系统研究,主要取得了以下三个方面的成果。1) 利用简单的有机小分子催化剂,实现环氧乙烷与苯酐的活性交替共聚,获得分子量高达20万且窄分散的交替型聚酯,并提出“自缓冲”催化机理,为环氧基聚酯材料的简便、可控合成提供了重要路径。2) 发展新型“催化转换”策略,成功地将环氧乙烷的链式开环聚合与聚乙二醇-二异氰酸酯的逐步加成聚合串联,实现结构复杂的环氧乙烷基两亲性、多嵌段聚氨酯的一锅法简便合成,并发现其具有可调控的微相分离性质,可用于构建蛋白吸附/抗吸附表面。3) 发展新型双组分有机催化剂,使环氧乙烷的开环聚合在效率、选择性、反应条件等方面突破传统强碱型单组分催化剂的局限,可在室温、本体条件下使环氧乙烷发生高效的开环聚合,分子量在几百到几十万间可控,催化剂具有优异的官能团耐受性,且残留物无细胞毒性。总之,本项目为环氧乙烷的离子型开环聚合发展了更加高效、可控、简便、经济、绿色化的新型有机小分子催化体系,开辟了若干嵌段、交替共聚和端基官能化方法,获得了新型环氧乙烷基高分子结构及一定的构性关系信息,为环氧基高分子合成方法和环氧乙烷基高分子材料的发展和优化提供了重要的思路,并为环氧乙烷有机催化聚合的工业化应用打下了重要基础。

项目成果

期刊论文数量(19)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
Sequence-Selective Terpolymerization from Monomer Mixtures Using a Simple Organocatalyst
使用简单有机催化剂进行单体混合物的序列选择性三元聚合
  • DOI:
    10.1021/acsmacrolett.8b00865
  • 发表时间:
    2018-12-01
  • 期刊:
    ACS MACRO LETTERS
  • 影响因子:
    7.015
  • 作者:
    Li, Heng;Luo, Huitong;Zhang, Guangzhao
  • 通讯作者:
    Zhang, Guangzhao
Readily Prepared and Tunable Ionic Organocatalysts for Ring-opening Polymerization of Lactones
用于内酯开环聚合的现成且可调的离子有机催化剂
  • DOI:
    10.1007/s10118-019-2285-1
  • 发表时间:
    2019-06
  • 期刊:
    Chinese Journal of Polymer Science
  • 影响因子:
    4.3
  • 作者:
    Zhuolun Jiang;Junpeng Zhao;Guangzhao Zhang
  • 通讯作者:
    Guangzhao Zhang
Ring-Opening Alternating Copolymerization of Epichlorohydrin and Cyclic Anhydrides Using Single- and Two-Component Metal-Free Catalysts
使用单组分和双组分无金属催化剂进行环氧氯丙烷和环酸酐的开环交替共聚
  • DOI:
    10.1016/j.eurpolymj.2020.109820
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    European Polymer Journal
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Boru Zhang;Heng Li;Huitong Luo;Junpeng Zhao
  • 通讯作者:
    Junpeng Zhao
Chemoselective Polymerization of Epoxides from Carboxylic Acids: Direct Access to Esterified Polyethers and Biodegradable Polyurethanes
羧酸环氧化物的化学选择性聚合:直接获得酯化聚醚和可生物降解的聚氨酯
  • DOI:
    10.1021/acsmacrolett.9b00789
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    ACS Macro Letters
  • 影响因子:
    5.8
  • 作者:
    Ye Chen;Shan Liu;Junpeng Zhao;David Pahovnik;Ema Žagar;Guangzhao Zhang
  • 通讯作者:
    Guangzhao Zhang
High Efficiency Organic Lewis Pair Catalyst for Ring-Opening Polymerization of Epoxides with Chemoselectivity
用于化学选择性环氧化物开环聚合的高效有机路易斯对催化剂
  • DOI:
    10.1021/acs.macromol.8b01852
  • 发表时间:
    2018-10-23
  • 期刊:
    MACROMOLECULES
  • 影响因子:
    5.5
  • 作者:
    Chen, Ye;Shen, Jizhou;Zhang, Guangzhao
  • 通讯作者:
    Zhang, Guangzhao

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其他文献

不同时变延迟下的多AUV编队协调控制
  • DOI:
    10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.08.023
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    计算机测量与控制
  • 影响因子:
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  • 作者:
    唐会林;周佳加;何东旭;赵俊鹏
  • 通讯作者:
    赵俊鹏
ZY3立体像对和机载LiDAR抽样数据协同估测森林平均高
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    林业科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵俊鹏;赵磊;陈尔学;万祥星;徐昆鹏
  • 通讯作者:
    徐昆鹏

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多羟基PEG的可控合成及性能研究
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    21971075
  • 批准年份:
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    65 万元
  • 项目类别:
    面上项目
有机小分子催化的共聚合
  • 批准号:
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  • 批准年份:
    2015
  • 资助金额:
    25.0 万元
  • 项目类别:
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相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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