由于嵌段聚合物具有多样的宏观性质和可调的功能性,它们已被广泛应用于高价值领域,包括数据存储[1]、防伪技术[2]、药物输送[3]和微电子[2],[4]。传统的嵌段聚合物合成方法是顺序策略,这既费时又费力[5],[6]。相比之下,自切换聚合作为一种有吸引力的替代策略,能够使单体混合物自发转化为序列可控的嵌段共聚物。因此,它具有更高的效率、节省劳动力以及与许多市售单体的兼容性[7],[8],[9]。然而,主要障碍在于这种复杂的策略需要一种能够在一步中自发切换不同聚合机制的单一催化剂。自从Coates等人和Williams等人进行开创性工作以来,一系列基于有机金属的催化剂(包括Zn-、Al-和Cr-基催化剂)已被证明能够高效且选择性地一步合成各种嵌段共聚物[11],[12],[13],[14],[15]。最近,Satoh及其同事开发了一种使用简单碱金属羧酸盐的方法,用于环氧树脂、酸酐和内酯的各种组合的可切换ROAC和ROP,从而合成多嵌段聚酯[9],[16],[17]。另一方面,对无金属聚合物日益增长的需求推动了有机催化自切换聚合的发展,从而避免了不希望出现的金属污染物[18],[19],[20]。已经开发了多种有机催化剂,包括叔胺[21]、磷杂氮碱[22],[23]、季铵盐[24],[25]和路易斯对[26],[27],[28],[29],用于环氧树脂与环状酸酐的ROAC。这些有机催化剂已被证实具有促进自切换聚合的潜力。
内酯的ROP[30],[31],[32],结合环氧树脂和酸酐的ROAC[33],[34],[35],[36],[37],[38],被认为是制备具有优异生物降解性和机械性能的聚酯的有效方法。由于环状酸酐和环氧树脂在ROAC中的丰富可用性,ROP和ROAC的结合显著拓宽了聚合物结构的范围,并使性能可调。因此,涉及环氧树脂、环状酸酐和内酯的有机催化自切换聚合引起了极大的兴趣。例如,Li[39]和Zhao团队[40]分别独立使用了一种简单且温和的磷杂氮碱< />-BuP1,用于环氧树脂、邻苯二甲酸酐(PA)和乳酸(LA)的自切换三元聚合。Wang及其同事利用DBU/BEt3二元催化剂,实现了环氧树脂、酸酐和rac-LA的自切换聚合[41]。Meng等人成功使用了PPNCl/尿素二元催化剂,对各种环氧树脂、酸酐和环状酯的组合进行了高选择性的可切换ROAC和ROP[42]。有机催化系统在环氧树脂、酸酐和内酯的自切换聚合方面取得了实质性进展。然而,同时具有ROP和ROAC活性的有机催化剂仍然很少见,其催化性能和控制能力仍不如基于金属的催化剂。
为了开发一种高活性且控制良好的催化系统,我们最近关注了磷杂氮盐催化剂,这类催化剂具有较大的阳离子、可调的碱性和非亲核特性[43],[44]。我们已经证明,三[三(二甲氨基)磷杂氮基]磷鎓氯化物(P4+Cl-)是一种有效的催化剂,可以控制PO和PA的ROAC[45]。特别是,四[三(二甲氨基)磷杂氮基]磷鎓氯化物(P5+Cl-)/BEt3二元催化剂对环己烯氧化物(CHO)和PA的ROAC表现出极高的催化活性[46],[47]。作为后续研究,我们采用了磷杂氮盐(P4+)2BDM-/尿素二元催化系统来研究环氧树脂、环状酸酐和rac-LA的混合单体的自切换聚合。评估了不同类型的尿素/(P4+)2BDM-配对,以优化催化活性和选择性。该策略为合成序列可控的嵌段共聚物提供了一种便捷的方法(方案1)。