Angew. Chem. :分子内双功能多手性协同催化不对称共聚在高温和低催化剂浓度下的高对映选择性和可控性

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内消旋环氧烷烃参与的去对称化开环共聚是合成主链手性聚合物的重要方法之一。2016年大连理工大学吕小兵课题组第一次报道了内消旋环氧烷烃和环状酸酐的不对称共聚,合成出呈完全交替结构的手性聚酯(J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 11493)。但所使用的手性双组分催化体系存在低浓度下反应活性低、手性诱导差等缺点,而在稍高温度下除了对映选择性低,还存在共聚物中存在环氧烷烃连续开环插入形成含醚单元结构、酯交换副反应严重等问题,无法获得高分子量聚合物。

受天然产物酶中观察到的多位点协同立体诱导的启发,结合双金属协同催化聚合机理的理解,最近吕小兵课题组设计开发了一种双功能、多手性双金属铝催化剂,在低负载和升高温度的条件下,实现了内消旋环氧烷烃与环状酸酐的高效不对称共聚反应,表现出良好的活性和对映选择性,完全抑制了聚合过程中的分子内和分子间酯交换副反应,保持了产物主链的完整性,获得了高分子量和窄分布的手性聚酯。


作者发现联四氢萘轴桥联的双功能多手性双金属催化剂中配体3位取代基,5位连接的季铵盐的阴阳离子都会对共聚反应速率和对映选择性有影响。催化剂在稀释条件下的活性和对映选择性基本保持,一定范围内升高温度对产物对映选择性不大。如环氧环己烷与苯酐共聚反应中,使用0.01mol%催化剂在50和80℃下的活性分别为384和924 h-1,聚酯对映选择性分别为98%和94%。动力学实验结果表明该共聚合反应对催化剂浓度呈现一级动力学特征,说明配体上共价锚定的离子铵盐通过库仑力作用可以稳定增长的聚合物链,有效压制共聚过程中的酯交换副反应,而多手性中心诱导和分子内的双金属协同催化作用既保证了催化剂的高活性和对映选择性,又不受稀释效应影响。

该文设计的双功能多手性双金属催化剂具有高温和低催化剂浓度下的高对映选择性和可控性,在不对称催化聚合领域还未见报道。

文信息

Intramolecular Partners in Asymmetric Catalysis Copolymerization: Highly Enantioselective and Controllable at Enhanced Temperatures and Low Loadings 

Yi-Ning Li (李宜宁), Ye Liu(刘野), Han-Han Yang(杨寒寒), Wen-Fu Zhang(张文府), Xiao-Bing Lu*(吕小兵)

文章第一作者为博士生李宜宁,相关研究工作得到国家自然科学基金委基金项目(21920102006)资助。


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202202585


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