[发明专利]一种三官能有机催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种三官能有机催化剂，结构式如下式(Ⅰ)所示：式中，X选自具有硼中心的路易斯酸基团，Y选自含脲或硫脲的基团，Z选自可接受质子的路易斯碱基团；X与Z通过共价键方式与Y连接；K、L代表连接基团。本发明公开的三官能有机催化剂，其不仅可以催化环内酯、环氧化物的均聚，还可催化环内酯和/或环氧化物的共聚，以及环内酯、环氧化物与碳一化合物的共聚，在开环聚合和开环共聚合之间切换；该催化剂具有催化活性高、聚合反应可控，且可制备高分子量聚合物的显著优势。

技术领域

本发明涉及催化聚合领域，尤其涉及一种三官能有机催化剂及其制 备方法和在催化含氧族元素单体共聚合中的应用、在催化环氧化物与碳 一化合物的共聚制备交替共聚物中的应用、在催化环内酯、环氧化物与 碳一化合物的共聚制备嵌段共聚物中的应用，以及在催化环内酯的均聚 或共聚制备具有立构规整度的半结晶性聚合物或结晶性聚合物中的应 用。

背景技术

21世纪以来，研究开发新型高分子的难度是，所开发的高分子既要 有优异的力学和热学性能，又要具有环境相容性如生物降解或可循环回 收。对于含氧族元素的单体聚合而言，要兼顾性能和环境相容性，需要 更加精准的链微结构设计。因此序列和嵌段精确可控的含氧族元素高分 子是高分子材料合成领域的难点。

Williams课题组[AngewandteChemie International Edition 2014,53, 1607-1610.]开发了一种先进的切换催化策略，其中单个金属催化剂可以 在开环聚合(ROP)和开环共聚合(ROCOP)之间切换，从而提供了来 自混合单体的序列控制的嵌段共聚物。但其使用的金属催化剂很难得到 高分子量聚合产物，且催化剂设计复杂，金属离子残留在产物中很难除 去。

近年来，有机小分子作为催化剂由于其环境友好、低毒、廉价、合 成方法简单等优点，应用于聚合反应，得到的聚合物无金属离子残留， 在食品、医药、电子产品包装等场合具有广阔的应用前景。但相对于金 属催化剂而言，有机催化剂催化含氧单体的聚合还存在活性不高、立体 选择性能力弱和产物分子量低等不足。对聚合物序列进行精准调控的有机催化剂的报道很少，含有2个以上活性位点的有机催化剂尚未见报 道。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明公开了一种三官能有机催化 剂，其不仅可以催化环内酯、环氧化物的均聚，还可催化环内酯和/或环 氧化物的共聚，以及环内酯、环氧化物与碳一化合物的共聚，该催化剂 具有催化活性高、聚合反应可控，且可制备高分子量聚合物的显著优 势。

具体技术方案如下：

一种三官能有机催化剂，结构式如下式(Ⅰ)所示：

式中，X选自具有硼中心的路易斯酸基团，Y选自含脲或硫脲的基 团，Z选自可接受质子的路易斯碱基团；X与Z通过共价键方式与Y连 接；

n表示具有硼中心的路易斯酸基团的个数，选自1～3的整数；m表示 含脲或硫脲的基团的个数，选自1～3的整数；p表示可接受质子的路易斯 碱基团的个数；选自1～3的整数；

K、L独立地选自未取代的或具有取代基的C₁～C₁₈烷基、C₃～C₁₈环烷 基、C₃～C₁₈烯基、C₃～C₁₈炔基、C₇～C₁₈芳香基、C₃～C₁₈杂环基或C₇～C₁₈杂芳香基中的一种或多种；所述取代基选自卤素原子、1～10个碳原子的 支链或直链的烃基、1～10个碳原子的支链或直链的烷氧基、3～10个碳原 子的支链或直链的环烷基、6～18个碳原子的芳香基、5～18个碳原子的杂 芳香基中的一种或多种。

X的结构式如下式(Ⅱ)所示：