SmartMat |综述：基于硼氮配位可逆B-O键的动态高分子材料
学术
科技
2024-08-27 10:38
天津
Zhao Z-H, Li C-H, Zuo J-L. Dynamic polymeric materials based on reversible B–O bonds with dative boron–nitrogen coordination. SmartMat. 2023; 4:e1187.
https://doi.org/10.1002/smm2.1187
![]()
识别二维码或点击左下角“阅读原文”访问全文
为了最大限度地减少聚合物废弃物对环境的污染，基于材料的动态化学受到了世界各国的广泛关注。各种动态共价键或非共价相互作用已被用于设计多功能聚合物的可回收性，可再加工性和可持续性。其中，基于可逆硼氧键(B-O)的聚合物因其独特的性质而受到广泛的研究。特别是，许多科学家已经证明，与硼氮(B-N)配位结合可以有效地加速动力学并增强B-O键的稳定性。因此，近年来人们设计和合成了许多含有动态B-O键和共轭B-N配位的聚合物。这些聚合物在生物传感器、电池电解质和人造皮肤等各种应用中表现出优异的多功能性和巨大的潜力。本文综述了动态B-N配位化学对有机硼中B-O键的综合影响，并重点介绍了利用这种有趣的键构建含硼聚合物材料领域的进展。讨论并提出了这一新兴领域的设计指南、现有挑战和未来展望。
图 1. (A)硼和胺之间1:1配位配合物。(B)密度泛函理论计算中硼氧化合物的结构和几何参数。Copyright 2001, Elsevier. (C) 1:1三苯基硼氧辛-氨加合物的形成。不同对取代基形成1:1加合物的热力学(D)和焓变(E)。Copyright 2005, American Chemical Society. (F)计算ΔHsoln 1:1加合物在不同溶剂中的形成。Copyright 2006, American Chemical Society.图 2. (A)硼酯配合物在硼酸上与邻近的氮原子配位。Copyright 1982, Elsevier. (B)含硼氮(B-N)配位的硼加合物由Anslyn等人研究。Copyright 2006, American Chemical Society. (C)基于硼酯和胺内部相互作用的电子转移传感器。Copyright 1995, American Chemical Society. (D)电子转移淬火荧光传感器中的B-N加合物。Copyright 2003, American Chemical Society.
图 3. (A)二恶唑烷在Suzuki-Miyaura交叉偶联中的结构。Copyright 2014, Wiley‐VCH Verlag GmbH & Co. (B)在室温下与代表性的1,5‐二醇的酯交换反应。具有内部B-N配位的五元环硼酯的水解稳定性(C)和动力学研究(D)。Copyright 2006, Elsevier. (E)可变温度11B核磁共振光谱，(F)水解稳定性和(G)动力学研究与内部B-N配位的六元环硼酯。Copyright 2022, Wiley‐VCH Verlag GmbH & Co.
图 4. (A)合成路线和(B)通过与格B-N键实现的第一个报告二维网络的晶体学分析。绿色是儿茶酚基团，蓝色是联吡啶键，红色是三苯苯。Copyright 2011,John Wiley & Sons. (C)基于邻位B−N键的杂位单体的合成以及选定的芳基硼酸酯和吡啶基连接物之间的结合常数的研究。Copyright 2012, Royal Society of Chemistry. (D)通过B−N配位键的大环链组成的结晶聚合物的合成和分子结构。颜色编码:三吡啶配体为蓝色，二硼酸酯为红色。Copyright 2016, American Chemical Society.图 5. (A)构建和(B)含客环硼酸酯和二胺的硼酸凝胶的多重刺激响应特性。Copyright 2013, Wiley‐VCH Verlag GmbH & Co. (C)超分子组装和(D)纳米组件在不同ph水中的荧光特性。Copyright 2015, Royal Society ofChemistry.
图 6. (A)合成路线，(B)水下长期稳定性，(C)自愈试验，(D)含儿茶酚聚合物的水触发愈合过程。Copyright 2017, Royal Society of Chemistry. (E)制备示意图，(F)固态11B光谱，(G)湿度依赖性机械性能，(H, I) P-PDBAs的双刺激响应再加工性。Copyright 2018, Royal Society of Chemistry.
图 7. (A) SPUEs结构示意图。(B)具有B-N配位的硼酯加合物构型的DFT计算。(C) SPUEs的应力-应变曲线。(D)室温下有水和没有水的情况下聚合物的自愈效率。(E)原始膜和修复膜在水的作用下的应力应变曲线。Copyright2020, Royal Society of Chemistry.图 8. (A) PUU玻璃体的设计思路及合成路线。(B)不同化学计量比下PU聚合物的应力-应变曲线。(C)在40% RH环境下暴露1个月前后PU1.1的应力应变曲线。(D)应力松弛曲线和(E) PUU vitrimers计算活化能。(F)固相再处理和(G)液相再循环过程。Copyright 2020, American Chemical Society.
图 9. (A)合成路线(B) PS-VM的温度变形曲线和(C) PS-VM的蠕变恢复曲线。(D)原生和再生的玻璃体的应力-应变曲线。(E)含玻璃纤维和玻璃体的复合材料的力学性能。Copyright 2021, Elsevier. (F)可回收聚合物COC-PSVM的制备。(G)材料在80°C水中浸泡2小时后的应力应变曲线。(H)原始和再生COC-PSVM的机械强度。(I) COC-PSVM的介电损耗(Dr)。Copyright 2021, Elsevier.
图 10. (A)具有内B-N配位的新型六元环硼酯BN-6的设计概念。(B)含BN-6的模型交联聚合物在水中浸泡不同时间的应力-应变曲线。(C)基于BN-6的模型聚合物的应力松弛曲线和计算的活化能。(D) BN-5和BN-6模型聚合物的力学性能。(E) PTBN6胶粘剂与衬底之间形成的相互作用。(F)不同复接次数下PTBN6的粘附强度。(G)图像显示PTBN6粘附的钢基体可以举起重物。(H)不同条件下胶黏剂浸泡一个月后的附着力。Copyright 2022, Wiley‐VCH Verlag GmbH & Co.图 11. (A)具有B-N配位的三臂硼氧键的形成，(B) 1H NMR谱，(C)凝胶渗透色谱的相对折射率。Copyright 2009, American Chemical Society. (D)基于硼氮配位的可回收热固性材料结构的图解。(E)热固性材料的抗拉强度和(F)再加工性。Copyright 2018, American Chemical Society.
图 12. (A) DFT计算的苯硼氧辛和苯硼氧辛-胺加合物的构型。(B)三维聚合物网络的合成路线。(C)聚合物-PAA复合材料的力学性能。(D)自愈图解和(E)原始和修复复合材料的应力-应变曲线。Copyright 2018, Wiley‐VCH Verlag GmbH & Co.
图 13. (A)制备工艺，(B)应力-应变曲线，(C)超分子热固性材料的自愈过程。(D)原热固性和回收热固性的机械强度。Copyright 2019, American Chemical Society. (E) B-N配位硼氧基无氟涂层的聚合物结构和超疏水性。Copyright 2020, Elsevier.图 14. (A) PUU结构示意图。(B)室温下不同时间PUUs在水/乙醇溶剂中的应力-应变曲线。(C)回收工艺和(D)PUU的机械强度。(E)模型车上PUUs涂层的照片。opyright 2021, Royal Society of Chemistry.
图 15. (A)基于亚氨基硼酸盐化学的可逆交联网络设计理念。(B)小分子亚硼酸盐基硼砂加合物的制备。(C)环境湿度下的模型高分子聚合物。(D)可逆交联聚合物愈合前后的应力-应变曲线。Copyright 2017, Wiley‐VCH Verlag GmbH & Co.图 16. (A)环氧-硼氧基聚合物网络的结构变化及其自愈机理。(B)自愈，(C)环氧热固性树脂的重塑和图案性能。(D)含硼氧基环氧树脂和碳纳米管的可穿戴传感器复合材料。Copyright 2019, American Chemical Society.图 17. (A)预聚物和亚氨基硼酸酯基聚氨酯网络的合成路线。(B)聚合物的湿度和加热响应特性示意图。用应力-应变曲线研究湿致和热致聚氨酯的延展性。(C)具有齿轮形状的亚氨基硼酸酯基聚氨酯。显示了聚合物的自我修复和3D打印能力。Copyright 2019, American Chemical Society.
图 18. (A)基于亚胺配位硼氧胺的玻璃聚合物的制备。(B)原聚合物和回收聚合物的机械强度。(C)将弛豫时间拟合到Arrhenius方程并计算活化能。(D)加热至70 ℃时，在4 MPa压力下玻璃钢循环过程示意图。(E)亚硼酸盐基聚合物的形状记忆性能。Copyright 2020, American Chemical Society.
3
作者简介
![]()
左景林，南京大学化学化工学院教授，中国化学会无机学部主任。他的研究兴趣主要集中在功能配位化学和有机金属化学，包括基于分子导体的多功能材料，基于自旋的分子电子学，以及基于磷光Ir(III)配合物的有机发光二极管。
点击“阅读原文”浏览在线文章
