基于聚乳酸可控合成的钴催化剂的合成及性能研究

Poly(lactide)(PLA) is an extensively used biodegradable polymer material. Molecular weight and microstructure of PLA have great influence on its physical property, processability, biodegradability and usability. Design and synthesis of catalyst is critical for the control of molecular weight and microstructure in the PLA synthesis. .In this project, biocompatible cobalt was selected as a metal center, and a series of structurally comparable and diverse ligands were chosen to synthesize the cobalt catalyst for polymerization. Through the investigation on the catalytic mechanism,the influence of Lewis acidity and coordination enviroment of metal center on the moleculat weight and microstructure of PLA would be displayed. On this basis, some cobalt catalysts for the control synthsis of PLA will be designed, synthesized and screened out. .With the full examination on this project, the mechanism of the control synthesis of PLA by cobalt catalyst will be elucidated, which would pave a way for the exploration of even better cobalt catalysts for the synthesis of novel PLA materials.About 12 SCI papers concerning the investigation would be anticipated to be published when final research project report was asked, and also 1 invention patent is expected to be applied.

聚乳酸是一类应用广泛的生物可降解性高分子材料。聚乳酸的分子量及微观结构决定其物理性能、加工性能及降解性能,直接影响其使用性能。要在聚乳酸的合成过程中控制分子量和微观结构，催化剂的设计和合成是关键。.本项目选择具有生物相容性的钴作为催化剂的中心金属源，选择不同结构类型的配体合成具有结构可比性的数类配合物并以此来催化聚乳酸的合成。通过对催化剂机理的研究，找出中心金属的Lewis酸性及其配位环境等因素对聚合物的分子量及微观结构的影响规律，筛选并设计合成出一系列基于聚乳酸可控合成的催化剂。通过本项目的研究，将阐明钴配合物催化聚乳酸可控合成的机理，为开发更为高效的钴催化剂及新型聚乳酸材料的合成提供依据。预计发表SCI源期刊论文12篇，申请发明专利1项。

本项目原始的想法是设计合成以钴为中心金属的手性催化剂用于聚乳酸的可控合成，探索催化剂结构和催化活性及选择性控制之间的关系规律，指导设计更高效的聚乳酸可控合成催化剂。本项目以非手性芳氧钴配合物的合成及催化性能着手，发现了若干芳氧基钴配合物的合成方法和条件控制规律以及对聚乳酸合成的催化活性。继而用于指导合成手性双噁唑啉钴配合物的合成，探索出两种手性双噁唑啉配合物的简单合成方法，但是在催化聚乳酸合成时未获成功。在合成手性配体的过程中发现了含有螺N,O-缩醛结构的色满衍生物的合成新方法，反应显示了较高的收率和非对映选择性。该类化合物有望作为一种有效的前体用于开发可视化pH探针。在系统研究手性酚配体的应用时，发现了碱存在下的荧光发光现象，并做了系统研究。在原研究计划失败后，研究计划重新调整至自由基加成—重排/环化反应，经过近两年的研究，取得了较好的结果：以-二芳基烯丙醇化合物为基础，通过氧化剂存在下产生不同的自由基进行加成-重排/环化反应，合成了-芳基--膦氧基羰基化合物、-芳基--烷基取代的羰基化合物、多取代的二酮类化合物、-羰基砜基化合物、三氟甲磺酰烯基砜基化合物、氰酮类化合物、苯并恶嗪类衍生物、芴及吲哚并吡咯衍生物等多种结构不同的化合物；通过合理的底物设计，利用串联环化的理念，构建了1,4-二氢喹啉衍生物、三芳基取代的哌嗪并咪唑化合物、2,4,5三芳基取代的噁唑类化合物并拓展了功能研究。还发现了钴催化的异腈的氧化偶联反应构建脲或硫脲化合物的有效方法。.本项目共发表SCI论文12篇，申请专利1篇，培养毕业研究生2名，在读研究生5名。较好地完成了项目预期指标。