由于聚乳酸具有优良的生物可降解及生物相容性,因此被广泛应用于包装、纺织品、生物医药等领域。目前,制备聚乳酸最有效的方法是通过金属催化剂催化单体丙交酯开环聚合反应,利用这一方法制备得到的聚乳酸不仅分子量可控,而且分子量分布窄。目前为止,已经有许多金属催化剂被应用于催化/引发丙交酯的开环聚合反应,其中包括碱金属、碱土金属、铝、锌、钛、锆、铪、铟、锡、以及稀土等金属配合物。立体规整度对于聚合物的物理和机械性能有着十分重要的影响。对聚乳酸而言,同规聚乳酸的热稳定性要远远优于杂规、间规以及无规聚乳酸,而目前对丙交酯具有高同规选择性的金属催化剂却很少报道,主要集中在Salen/Salan铝,钇,锌以及本课题组开发的冠醚单酚类碱金属配合物。碱金属由于具有无毒、价廉等特点,因此在催化丙交酯开环聚合的研究中具有一定的优势;但冠醚单酚类碱金属体系依然还存在一些问题,因此有必要对冠醚单酚类碱金属体系进行深入研究,以便解决这类催化体系中存在诸如合成聚乳酸的分子量较小、需低温才能获得高同规选择性的聚乳酸等问题。虽然学者们对于合成聚乳酸的催化剂进行了大量的研究,但至今,仅有一个金属基催化剂(辛酸亚锡)可以通过开环聚合的方法工业化制备聚乳酸。究其原因是因为辛酸亚锡催化丙交酯时无需惰性气体保护和超纯的丙交酯原料,从而有效地降低了生产成本。然而辛酸亚锡催化丙交酯开环聚合反应也存在许多缺点,例如催化过程酯交换严重、所得聚乳酸分子量不可控、分子量分布宽等,从而限制了所得聚乳酸在制药以及其他工业上的应用。因此开发空气稳定及对水不敏感的金属基催化剂用于催化丙交酯是一项具有挑战性且十分有意义的工作。基于以上所述原因,博士阶段在综述相关文献的基础上进行了三方面主要的工作,故本论文主要由以下四部分组成:第一部分、简单介绍不同立体规整度聚乳酸的性能及立体选择性开环聚合制备聚乳酸机理;综述目前已报道的具有立体选择性催化丙交酯开环聚合的金属催化剂及空气中能够稳定存在且可有效催化丙交酯开环聚合的金属催化剂的研究进展。第二部分、基于冠醚单酚钠、钾体系中存在配体阴离子可引发开环聚合副反应,从而导致无法得到高分子量聚乳酸的问题。我们使用亲核性更低且具有多齿螯合配位能力的磺酰胺配体替代单酚配体,合成了一系列钠、钾金属配合物。这些配合物被应用于催化外消旋丙交酯,实验结果表明:在低温下,通过加入苄醇能很好地抑制配体阴离子引发开环问题,可以得到同规选择性(P_m=0.84)、高分子量(M_n=107 kg/mol)的聚乳酸。第三部分、基于第二部分工作的结果,我们进一步对冠醚单酚钠、钾体系进行了系统的研究。将磺酰胺配体更换为脒基类配体,目的是保持配体亲核性的同时,进一步增大位阻,以便在温和条件下,得到高分子量、高同规选择性的聚乳酸。实验结果表明:所得聚乳酸的数均分子量可达到117.7 kg/mol,在-70℃下,对外消旋丙交酯的同规选择性可达到0.88。此外,在该体系中存在一个有趣的“anti-Arrhenius”现象,通过系统的研究,较好地解释了出现“anti-Arrhenius”现象的原因。第四部分、当前大部分金属基催化剂在空气中稳定性差或在空气中没有催化丙交酯聚合的活性,因此极大地限制了金属基催化剂在工业上大规模地催化合成聚乳酸的应用。我们根据稀土金属钇离子的配位特性,设计合成了具有含氧多齿螯合配体及其钇的两核金属配合物,希望其可以在空气中能够稳定存在并可以有效地催化丙交酯。实验结果表明:所设计的催化剂在空气中可以稳定存在,能有效地催化未经纯化的丙交酯单体,杂规选择性达到P_r=0.74,催化剂用量可低至10 ppm,同时本部分工作还详细地研究了其抗水机理。