新型恶唑(啉)取代三齿胺基酚氧基锌、镁络合物和联苯骨架salen铝络合物的合成及催化内酯开环聚合研究

来源 :华东理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Hamihami
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本文共合成了27个未见文献报道的恶唑(啉)取代[NNO]-型三齿胺基酚氧基锌、镁络合物和4个salen铝烷氧基络合物,所有络合物均通过了1H NMR、13C NMR和EA的分析鉴定;对25个典型结构的络合物通过X-ray单晶衍射分析,进一步确证了其空间结构。在此基础上,对锌、镁、铝络合物进行了催化外消旋丙交酯(rac-LA)开环聚合的研究。此外,利用铝络合物进行了催化L-LA与ε-CL无规共聚的研究。本研究主要内容包括:  ⑴利用Zn[N(SiMe3)2]2与等当量手性恶唑啉取代胺基酚类配体L1H-L12H反应合成了12个锌硅胺基络合物Zn1-Zn12。其中取代基位阻较小的络合物Zn1、Zn2、Zn7含有一对非对映异构体;通过增加取代基位阻,获得单一构型络合物Zn3-Zn6、Zn8-Zn12。通过X-ray衍射分析确定了络合物Zn1和Zn2中构型为RCRNRZn的异构体的结构。从络合物Zn4、Zn5、Zn9、Zn10和Zn11的单晶结构可以看出,恶唑啉环4-位手性碳原子诱导金属锌中心与骨架N原子具有相同的构型。通过调节配体酚氧基邻位、骨架N原子及恶唑啉环的取代基,实现了该系列络合物催化rac-LA高活性、高等规选择性聚合。其中,络合物Zn9表现出最高的等规选择性(Pm=0.85,THF),且催化活性很高。降低温度至-20℃后,等规选择性升高到Pm=0.91,聚合物熔点达到Tm=175℃。通过研究络合物催化D/L-LA聚合动力学及所得聚合物的同核去耦氢谱证明该系列手性锌络合物通过链端控制机理实现催化rac-LA等规选择性聚合。利用中等等规选择性的络合物Zn5及其对映异构体络合物Zn12(Pm=0.70)与(R)-乳酸叔丁酯反应得到两个具有单一构型的乳酸酯模型化合物Zn5α和Zn12α。X-ray单晶衍射分析表明,两个乳酸酯模型化合物均具有三角双锥配位构型,其中骨架N原子及羰基氧占据轴向顶点位置。等规选择性较高的络合物Zn9(Pm=0.85)与(R)-乳酸甲酯反应得到了近似单一构型化合物,而其对映异构体Zn11与(R)-乳酸甲酯反应得到一对非对映异构体的混合物。此外,通过分析各锌硅胺基络合物的单晶结构,发现酚氧环平面与恶唑啉环平面夹角越大的络合物其等规选择性越高。  ⑵利用Zn[N(SiMe3)2]2与非手性苯并恶唑取代的胺基酚类配体L13H-L18H反应合成了5个外消旋络合物Zn13-Zn17。通过调整骨架N原子上取代基,实现了催化rac-LA高活性、高等规选择性聚合。当骨架N上取代基为环己基时,Zn17的等规选择性最高,达到Pm=0.89;降低温度到-20℃,其等规选择性提高到Pm=0.92,是目前金属锌络合物中等规选择性最高的。苯并恶唑的引入,导致酚氧环平面与恶唑平面的夹角远大于手性恶唑啉络合物中的相应夹角,当配体中其它位置取代基相同时,苯并恶唑取代锌络合物的等规选择性高于相应手性恶唑啉取代锌络合物。  ⑶利用手性与非手性恶唑(啉)取代的胺基酚类配体与Mg[N(SiMe3)2]2反应合成了1个双配体镁络合物Mgd1和7个镁硅胺基络合物Mg4、Mg5、Mg8、Mg9、Mg14、Mg16和Mg19。含手性恶唑啉环的所有镁络合物均含有一对非对映异构体,主要异构体构型为RCRNRMg; Mg14、Mg16为一对外消旋体。镁络合物催化rac-LA聚合的活性高出相应锌络合物数倍至数十倍以上。镁络合物在四氢呋喃中均无立体选择性;而在甲苯中,络合物Mg4、Mg16、Mg19表现出一定的等规选择性(Pm=0.74、0.60、0.72),其余镁络合物均无立体选择性。通过研究络合物Mg4催化D/L-LA聚合的动力学(kapp(D)/kapp(L)=6.5)及所得聚合物的同核去耦谱图,证明镁络合物是通过手性中心控制机理来实现等规选择性聚合。利用络合物Mg4与等当量反构型络合物Mg20混合共同催化rac-LA反应,等规选择性提高到Pm=0.78;降低聚合温度到0℃后,Pm进一步提高到0.81。  ⑷通过X-ray衍射分析可知,联苯桥联单核salen配体铝络合物的金属中心具有扭曲的三角双锥配位构型,而双核铝络合物的金属中心为扭曲的四面体配位构型。利用铝甲基络合物A2与不同的醇反应合成得到4个新型铝烷氧基络合物。异丙氧基和苄氧基络合物A8、A9在固体状态下均为单核结构,具有扭曲的三角双锥配位构型。乳酸酯模型化合物A10和A11具有扭曲的八面体配位构型。单核铝络合物对rac-LA聚合具有中等催化活性,并具有一定的等规选择性(Pm=0.63-0.73);双核铝络合物的催化活性明显高于相应单核络合物,但仅得到无规聚合物。通过研究乳酸酯模型化合物A10和A11在溶液中的结构,发现配体中一个亚胺N原子与金属中心解离,同时乳酸酯羰基与金属中心之间存在着解离与配位平衡。该系列铝络合物还能有效催化丙交酯/ε-己内酯的共聚反应。单核铝络合物催化两种单体聚合可得到高度无规的共聚物。酚氧基邻位为叔丁基取代的A8催化无规共聚的效果最好,其催化两种单体聚合的速率基本相同,所得共聚物中丙交酯和己内酯的平均链长为LLA=1.91和LCL=1.93,接近理论值;即使在180℃,聚合的可控性与所得共聚物的无规度都非常好。金属中心周围位阻较小的双核铝络合物催化丙交酯/ε-己内酯共聚反应仅得到契形共聚物。
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