基于炔酮的多组分串联聚合反应

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相比于传统的聚合方法,近几年来发展的新型多组分聚合继承了多组分反应的优点,例如条件温和、高效、操作简便、结构易调、绿色环保等等,因而广泛用于多种新型功能高分子材料的合成与开发。自从导电高分子材料被发现以来,炔烃就常作为构筑基元用于共轭/杂环高分子的合成。目前,炔烃参与的多组分聚合反应种类屈指可数,而炔酮作为一类易合成、易反应的活化炔烃,其参与的多组分串联反应在近十来年时间内被相继报道和丰富,因此在本论文中我们主要致力于基于炔酮的多组分串联聚合的开发,并研究所制备材料的发光性能。我们将Sonogashira偶联和Michael加成反应创新性地整合,开发了端炔、酰氯和硫醇的三组分的串联反应。该反应条件温和、高效、立体选择性高达89%。并进一步将该基于炔酮的新型串联反应发展成聚合,经过聚合反应条件优化,我们高产率(96%)地获得了高分子量(Mw=57 900 g/mol)、高立体选择性的聚-硫醚丙烯酮。该串联聚合反应对脂肪硫醇和芳基硫酚具有普适性。通过改变单体官能团数目合成了三种具有不同主链结构的线性聚合物。该类聚合物均具有很好的溶解性、成膜性,折射率可以高达n632.8=1.7338,并且通过控制UV照射时间可以调节其折射率。虽然所得小分子产物和聚合物均无荧光发射,但是通过UV照射和mCPBA氧化之后却呈现荧光增强现象。我们将已报道的2-碘苯基苯丙炔酰胺、端炔和胺的多组分串联反应进一步发展成聚合。通过条件优化得到了产率高达97%,分子量Mw达到18 500 g/mol的聚-吲哚啉酮。由于苯环之间π-π相互作用的存在,使得该类聚合具有唯一的立体选择性。含吸电子基团、低空间位阻的端炔单体有利于聚合物分子量的提高。虽然模型化合物是具有结晶诱导发光特性(CIE)的红色荧光分子,但是聚合物由于难以结晶,因而在固态和溶液中均没有荧光。该串联聚合的优点在于其核心功能基团—吲哚啉酮是在反应中原位生成的,无需复杂前体的制备,简化了合成步骤。在新型多组分串联聚合反应的摸索中,我们意外地发现小分子模型产物PPQE分子具有CIE特性,并且具有三种晶型。我们成功地解释了PPQE的荧光量子产率、发光颜色与其单晶结构之间的构-效关系。极低的溶液荧光背景、清晰的相界面以及相变过程中伴随的荧光颜色或强度的明显变化,使得通过普通的荧光显微镜就可以原位观测到PPQE的单晶到单晶、无定形态到晶态的转变过程以及晶体的生长过程。经研究发现动力学稳定的晶型A和C在溶液中均可原位的转变为热力学稳定的晶型B,遵循经典的Ostwald规则。这种对动态相变过程直观、原位的荧光观察有利于我们深化对其内在机理的认知。本论文中,通过对基于炔酮的多组分聚合的开发,我们发现这类反应具有很好的可设计性和聚合物结构调控性,并且容易通过简单单体原位构筑具有发光基元的新型功能高分子材料。
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