新型联苯骨架亚胺酚氧基锌、镁、钙络合物的合成、表征及催化内酯开环聚合研究

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本文共合成17个未见文献报道的新型联苯骨架亚胺酚类配体,分别与EtZnOiPr、{Mg[N(SiMe3)2]2}2和Ca[N(SiMe3)2]2(THF)2反应得到了25个对水、氧敏感的联苯骨架亚胺酚氧基锌、镁、钙络合物。双配体络合物Znd1、Cad3、Mgd17通过核磁和X-ray单晶衍射确证了结构,其它络合物均通过1HNMR、13CNMR和EA进行分析鉴定;对11个典型结构的络合物进一步通过X-ray单晶衍射分析确证了空间配位结构。在此基础上,利用所合成锌、镁、钙络合物进行了催化外消旋丙交酯(rac-LA)、ε-己内酯(ε-CL)以及α-甲基三亚甲基环碳酸酯(α-MeTMC)均聚的研究,同时选择4个典型锌异丙氧基络合物进行了催化L-丙交酯和ε-己内酯共聚的研究。  采用邻甲氧基联苯骨架亚胺酚类配体L2-9H与{Mg[N(SiMe3)2]2}2、Ca[N(SiMe3)2]2(THF)2反应,成功得到了8个镁硅胺基络合物Mg2-Mg9以及1个钙硅胺基络合物Ca5、分离提纯了2个双配体钙络合物Cad3、Cad6。此外,对Mg3采用在四氢呋喃中重结晶获得一分子四氢呋喃配位的络合物Mg3*。配体L1-9H与Zn[N(SiMe3)2]2反应没有生成预期的结构,而是生成了双配体锌络合物,我们分离提纯了其中1个双配体锌络合物Znd1。通过对络合物Znd1、Mg3、Mg3*、Mg7、Mg8、Mg9和Cad3进行X-ray单晶衍射分析,进一步确证了其空间结构。Znd1和Cad3为双配体单金属中心结构,其中Znd1为四配位结构,Cad3为六配位结构。镁硅胺基络合物Mg3、Mg3*、Mg7均为单核四配位结构;Mg8、Mg9在固体状态下为酚氧桥联的二聚体结构。对镁络合物的核磁研究表明:在非配位性溶剂中,配体甲氧基与镁金属中心配位;而在配位性溶剂中甲氧基被配位溶剂分子代替。镁硅胺基络合物Mg2-Mg9以及钙硅胺基络合物Ca5对rac-丙交酯开环聚合表现出较高的催化活性,其中镁络合物具有中等程度的杂规立体选择性(Pr=0.60-0.81),钙络合物表现出杂规倾向的选择性(Pr=0.53),并且镁络合物活性高于钙络合物。该系列络合物在四氢呋喃中表现出较高的催化活性,而在甲苯中催化活性显著下降。镁络合物催化活性随着酚氧基邻位位阻增加而增大,酚氧基邻位大位阻三苯甲基取代的络合物Mg6,表现出最高的催化活性,在四氢呋喃中催化200当量的丙交酯聚合,只需1.5分钟,单体转化率即可达到94%。镁络合物催化活性还受取代基电子效应影响,供电子基团的催化活性高于拉电子基团。通过对络合物与当量异丙醇反应研究证明络合物在异丙醇存在下现场生成异丙氧基络合物“LMg(OiPr)”,其异丙氧基引发丙交酯单体开环聚合;对所得齐聚物端基进一步分析表明镁硅胺基络合物/异丙醇体系催化rac-丙交酯开环聚合的机理为配位插入聚合机理。  采用邻N,N-二甲基联苯骨架亚胺酚氧类配体L10-13H与{Mg[N(SiMe3)2]2}2反应成功获得了4个镁硅胺基络合物Mg10*-Mg13。通过对Mg10*和Mg13单晶衍射分析表明Mg10*为单核结构,在固体状态下镁金属中心为四面体配位环境;而Mg13为酚氧基桥联的二聚体结构,具有C2对称性。镁硅胺基络合物Mg10*-Mg13对rac-丙交酯同样表现出较高的催化活性,并具有中等程度的杂规立体选择性(Pr=0.67-0.77)。该系列络合物在四氢呋喃中表现出较高的催化活性,而在甲苯中催化活性显著下降。配体中酚氧基邻位含有大位阻供电子取代基的络合物催化活性较高,而小位阻基团或拉电子基团则会使催化活性降低。与Mg2-Mg9相比,对应苯酚环上取代基相同的络合物催化活性非常相似。通过对络合物与当量异丙醇反应研究证明络合物在异丙醇存在下是异丙氧基引发开环聚合。镁硅胺基络合物Mg10*-Mg13对α-甲基三亚甲基环碳酸酯开环聚合表现出较高的催化活性,与催化rac-丙交酯单体聚合的情况类似,配体中酚氧基邻位含有大位阻供电子取代基的络合物催化活性较高,而小位阻基团或拉电子基团则使催化活性降低。该系列镁络合物优先催化α-甲基三亚甲基环碳酸酯单体在位阻较大的酰氧键C(O)-O处开环,配体结构对络合物催化剂的区域选择性有明显影响,随配体取代基位阻的增大区域选择性有所增加,其中络合物Mg12*表现出了最高的区域选择性(Xreg=0.86)。  采用邻甲氧基联苯亚甲基骨架亚胺酚氧类配体L14-18H与EtZnOiPr,{Mg[N(SiMe3)2]2}2反应成功获得了4个异丙氧基锌络合物Zn14-Zn15,Zn17-Zn18和3个镁硅胺基络合物Mg14*-Mg16以及1个双配体镁络合物Mgd17。通过对Mg14*和Mgd17单晶衍射分析表明Mg14*为单核结构,Mgd17为双配体单核结构。镁硅胺基络合物Mg14*-Mg16对rac-LA同样表现出中等程度的催化活性,并具有杂规倾向的立体选择性(Pr=0.57-0.61)。同前述研究一致,该系列络合物在四氢呋喃中表现出较高的催化活性,而在甲苯中催化活性显著下降;配体中酚氧基邻位含有大位阻供电子取代基的络合物催化活性较高,而小位阻基团则会使催化活性降低。与Mg2-Mg9相比,对应苯酚环上取代基相同的络合物催化活性明显降低。锌异丙氧基络合物Zn14-Zn15,Zn1-Zn18对rac-丙交酯和ε-己内酯表现出中等程度的催化活性,锌络合物的催化活性明显低于镁络合物。此外,这类锌络合物还可以实现L-LA和ε-CL共聚;聚合不同条件可以得到不同结构的L-丙交酯、ε-己内酯共聚物,采取先聚己内酯、再加丙交酯的投料方式可以得到两嵌段的共聚物,而采取先聚丙交酯、再加己内酯则得到的是楔形共聚物;当采取两种单体同时加入的方式时,在己内酯转化率不高的时候可以得到多嵌段的共聚物,在己内酯机会完全转化以后可以得到楔形共聚物,在两种单体均转化完以后继续聚合则得到无规共聚物。
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