《科学家们提出了一种新的AKRP手性聚合物合成策略》

  • 来源专题:可再生能源
  • 编译者: pengh
  • 发布时间:2020-04-09
  • 手性科学与生命科学,人类健康,物质技术和国民经济有关。受生物大分子(DNA,蛋白质等)的启发,科学家发现手性也是聚合物材料的基本特征之一。

    到目前为止,手性聚合物的研究仅限于天然手性聚合物材料。手性聚合物的通用合成和表征困难,限制了它们在立体控制机理,结构-功能关系和材料应用方面的发展。

    中国科学院青岛生物能源与生物工艺技术研究所(QIBEBT)的一个研究小组提出了“不对称动力学拆分聚合(AKRP)”策略,并将其用于手性聚合物的合成和表征。该研究发表在《配位化学评论》上。

    在AKRP工艺中,一种对映异构体的反应速度比另一种对映异构体快,并迅速成为增长的聚合物链的一部分,而动力学上反应性较低的对映异构体保持无反应性,可以通过简单的纯化进行分离。

    在聚合过程中,起始单体的转化率和对映体过量(ee)可用于表征所产生的手性聚合物的手性诱导程度和总体手性。

    AKRP不仅提供了合成方法,还提供了手性聚合物的对映选择性表征方法。另外,以选择性因子为探针,为研究不对称聚合的立体控制机理提供了可能。

    该小组中的研究人员目前正在研究新型的聚合单体和不对称催化聚合体系,以及机理研究。

    这项工作得到了国家自然科学基金,山东省泰山学者计划,CAS-QIBEBT主任创新基金会“ 135”项目基金以及DICP&QIBEBT联合基金会的支持。

相关报告
  • 《青岛能源所提出不对称拆分聚合制备手性聚合物新策略》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2020-04-06
    • 手性科学与生命科学、人类健康、材料技术和国民经济密切相关。源于生物大分子(DNA、蛋白质等)的启发,科学家们发现手性现象也是高分子材料的基本特征之一。手性聚合物是一类特殊的高分子材料,具有区别于传统高分子材料的特殊性质,比如空间排布、材料强度、介电性能以及可塑性等方面。而这些特殊的性质赋予了手性聚合物独特的功能和应用,如手性分离材料、手性液晶材料、手性传感材料和手性电磁材料等(图1)。因此,手性聚合物材料的合成和应用研究具有重要的科学意义和市场价值。   图1. 手性材料的应用领域及合成策略   到目前为止,手性聚合物材料研究往往局限于天然手性高分子材料和极少数人工合成手性高分子材料,其设计合成与应用研究处于刚刚起步阶段。手性聚合物材料领域的发展面临着诸多问题和挑战,其中“合成难” “表征难”是其核心瓶颈问题之一,这也直接制约手性催化聚合机理、聚合物材料构效关系和功能应用等领域的发展。   青岛能源所王庆刚研究组提出了手性聚合物设计合成的“不对称拆分聚合”新策略,为手性聚合物材料的高效合成与直接表征提供了新方法,为手性催化聚合反应机理的研究提供了新途径(图2)。“不对称拆分聚合”策略是将不对称拆分反应与高分子材料合成相结合,利用手性催化剂对外消旋单体的识别反应速率差,实现手性聚合物材料的高效合成;利用聚合反应的转化率和剩余单体的对映体过量值对手性聚合物的整体光学性质进行表征;同时利用不对称聚合过程中拆分常数的变化规律研究手性聚合过程中可能的手性放大或者手性缩小等反应机理。      图2. 不对称拆分聚合反应(AKRP)   该策略近期以“Asymmetric Kinetic Resolution Polymerization (AKRP)”为题目发表在化学领域重要综述期刊Coordination Chemistry Reviews (2020, 414, 213296)上。该论文全面总结了过渡金属催化、有机小分子催化和酶催化领域的不对称拆分聚合研究成果,论述了该领域的发展历程、研究现状,以及今后可能发展的方向和趋势,为手性功能材料领域的研究发展提供方法途径和理论指导。该论文也展示了催化聚合与工程研究组在手性聚酯拆分聚合制备方面的系列成果,以及其它手性聚合物设计合成的研究探索(New J. Chem., 2020, 44, 1648; Polym. Chem., 2019, 10, 1832; Mater. Today Commun,. 2020, 22, 100747)。研究人员将通过优化设计新型聚合单体和发展不对称催化聚合体系,探究手性催化聚合的反应机理和调控机制,实现不同外消旋单体的催化拆分聚合,创制新型手性聚合物材料,期望在概念、方法上有所创新和突破。   该研究组徐广强副研究员为该论文第一作者,王庆刚研究员为该论文的通讯作者。该工作获得了国家自然科学基金、山东省人才工程基金、青岛能源所“一三五”重点培育基金和两所融合基金等项目的支持。(文/图 杨茹琳 徐广强)
  • 《科学家研发新聚合物 或可用于自我修复电池》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2020-01-10
    • 为了寻求更安全的锂离子电池,伊利诺伊大学(UI)的一个工程师团队提出了一种基于聚合物的固体电解质,该电解质不仅可以自我修复,而且可循环使用,而无需高温。通过使用特殊的交联聚合物,新电解质在加热下会变得更坚硬,而不是分解。 锂离子电池是现代电气技术成功的典范之一。没有它们,从智能手机到电动汽车的设备将是不切实际的-但它们远非完美。当它们经过规则的充放电周期时,易形成针状或树枝状的锂枝晶并在电池的结构中生长。这会导致使用寿命缩短或电气短路。在极端情况下,它还会损坏电池本身,导致起火和爆炸。 这些爆炸性故障的部分原因是锂离子电池使用液体电解质–如果电池严重受损,它会与电极发生化学反应。伊利诺伊大学的材料科学和工程学研究生Brian Jing表示,固态聚合物或陶瓷电解质已被视为替代品,但它们往往会在电池内部产生的高温下熔化。解决该问题的一种方法是使用交联的聚合物线股生产橡胶状锂导体。它比更坚硬的固体电解质具有更长的使用寿命,但是它不能自我修复并且很难回收。 UI团队开发了一种制作交联键的方法,以便它们产生交换反应,并在它们之间交换聚合物链。这意味着聚合物在加热时会变硬,并且会自我修复,导致树枝状晶锂枝晶的生长减少。此外,无需强酸或高温即可分解聚合物。相反,它在室温下溶于水。但是,该技术尚不实用。 团队负责人Christopher Evans表示:“我认为这项工作为其他人提供了一个有趣的测试平台。我们在聚合物中使用了非常特殊的化学性质和非常特殊的动态键,但我们认为可以将该平台重新配置为与许多其他化学性质一起使用,以调节电导率和机械性能。” 这项研究发表在《美国化学学会杂志》上。