苏州大学王召团队: 首例机械力诱导乙烯基醚阳离子 RAFT 聚合

学术   2024-12-30 11:45   英国  

研究背景

机械化学是一种利用机械力促进化学反应的方法,已广泛应用于无机、有机及高分子合成。与传统的液相反应相比,使用球磨的机械化学反应具有不依赖溶剂、操作方便、可在空气中进行等优势。其中一种方法是机械氧化还原催化法。该方法利用压电材料作为氧化还原催化剂,在机械力作用下释放电子,促进反应物之间的单电子转移。
近年来,机械氧化还原催化的聚合反应,如原子转移自由基聚合 (ATRP)、可逆加成-断裂链转移聚合 (RAFT) 等为合成功能高分子材料,力响应材料提供了可能。但通过机械力诱导阳离子聚合反应仍然是一个挑战。

研究内容

近日,苏州大学王召教授带领研究团队采用二维 MoS₂ 作为压电催化剂, Umemoto 试剂作为引发剂,实现了首例机械氧化还原催化乙烯基醚阳离子 RAFT 聚合。
实验结果表明,该聚合反应可以在环境条件下进行,单体定量转化 (Conv. ≥95%),反应可控且所得聚合物的分子量分布较窄。此外,该方法适用于多种富电子乙烯基醚单体 (VEs),并且能够通过一锅法合成嵌段聚合物。
  • Figure 1. 聚合反应动力学和扩链实验
机理研究表明,机械氧化还原过程和 CF₃ 自由基的生成是不可或缺的。作者推测,高度极化的 2D MoS₂ 还原 Umemoto 试剂生成 CF₃ 自由基。CF₃ 自由基与乙烯基醚反应,形成自由基中间体,并被 MoS₂ 的空穴氧化,生成乙烯基醚阳离子并参与聚合反应。DFT 计算进一步验证了反应机理。
  • Figure 2. 可能的反应机理

该成果以“Mechanically induced cationic reversible addition–fragmentation chain transfer polymerization of vinyl ethers”(《机械力诱导乙烯基醚阳离子可逆加成-断裂链转移聚合》)为题,发表在英国皇家化学会期刊 Chemical Science 上

论文信息

  • Mechanically induced cationic reversible addition–fragmentation chain transfer polymerization of vinyl ethers
    Longfei Zhang, Xiuyang Zou, Chengqiang Ding and Zhao Wang*王召,苏州大学)
    Chem. Sci., 2024, 15, 18977-18984
    https://doi.org
    /10.1039/D4SC05263C

作者简介

张龙飞 硕士研究生
苏州大学

本文第一作者,苏州大学硕士研究生,导师王召教授,主要研究方向为机械力诱导阳离子聚合反应。







王召 教授
苏州大学
本文通讯作者,苏州大学材料与化学化工学部特聘教授、博士生导师,国家高层次青年人才计划入选者,姑苏青年创新领军人才,高分子三刊青年编委,Chinese Chemical Letters 青年编委。2013 年获美国阿克伦大学高分子科学与工程专业硕士学位,2018 年博士毕业于美国加州大学圣地亚哥分校,同年前往芝加哥大学从事博士后研究工作,2021 年 4 月加入苏州大学。王召教授的研究方向为力化学调控高分子材料的合成与循环利用。在 Nat. Mater.、Angew. Chem., Int. Ed.、ACS Nano、Macromolecules 等国际著名期刊发表论文多篇。

期刊介绍

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rsc.li/chemical-science

Chem. Sci.

2-年影响因子*7.6
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CiteScore 分14.4
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* 2023 Journal Citation Reports (Clarivate, 2024)

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