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以聚烯烴、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯酸酯等為代表的全碳主鏈高分子，是產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣泛的合成高分子，2020年，全球的產(chǎn)量超過2.2億噸，約占塑料總量的70%。全碳主鏈骨架賦予了聚合物材料優(yōu)異的物理和加工性能、卓越的耐化學(xué)腐蝕和耐久性、良好的電氣絕緣性能等，然而，由于C-C鍵性質(zhì)穩(wěn)定，這類聚合物自然條件難以降解、化學(xué)降解能耗大(>400 ^oC)且副反應(yīng)多，目前是白色污染的主體。通過共聚引入促降解單元可以賦予全碳主鏈高分子降解性，但是存在促降解單體合成繁瑣，降解產(chǎn)物復(fù)雜，性能低于原始聚合物的挑戰(zhàn)。

中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所金屬有機(jī)化學(xué)全國重點實驗室的洪繆課題組致力于可持續(xù)性高分子材料的創(chuàng)制與應(yīng)用研究 (Nat. Chem.2022, 14, 294; Angew. Chem. Int. Ed.2020, 59, 2664; Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202217812)。最近，該課題組發(fā)現(xiàn)簡單的商品化芳香性化合物—香豆素(CM)是一種新型的促降解單元，可有效解決上述挑戰(zhàn)。利用B(2,4-F₂C₆H₃)₃和P^tBu₃受阻路易斯酸堿為新型協(xié)同催化劑，首次實現(xiàn)了香豆素與丙烯酸酯的高效共聚、活性、交替共聚，構(gòu)筑了一類分子量、末端、序列結(jié)構(gòu)精確可控的全碳主鏈高分子，M_n高達(dá)236.5 kg/mol (D = 1.07)，理論計算表明熱力學(xué)控制是形成交替序列的原因。所得的新型全碳主鏈高分子具有媲美于甚至優(yōu)于有機(jī)玻璃的光學(xué)性能(折光指數(shù): 1.53~1.55, 400~1000 nm: 93~95%透過率，紫外阻隔)，且隨丙烯酸酯側(cè)基的不同，其熱學(xué)和力學(xué)性能大范圍內(nèi)可調(diào)(T_g: 25~158 ^oC, 拉伸強(qiáng)度: 8.0~84.8 MPa, 斷裂伸長率: 4.6~464.0%)，并具有優(yōu)異的抗溶劑性和熱穩(wěn)定性(T_d: 274~340 °C)。

更為重要的是：當(dāng)以1,5,7-三疊氮雙環(huán)(4.4.0)癸-5-烯(TBD)或Cs₂CO₃為強(qiáng)堿催化劑，該全碳主鏈高分子在室溫下即可發(fā)生按需降解，定量回收得到具有生物醫(yī)用價值的二聚小分子，需要指出的是，具有常溫定量降解能力的全碳主鏈高分子是十分罕見的，機(jī)理研究表明：從6π電子的香豆素加成片段降解成10π電子的香豆素衍生二聚體的芳構(gòu)化過程，為全碳主鏈的高效、高選擇性斷裂提供了熱力學(xué)驅(qū)動力，進(jìn)而建立了芳構(gòu)化驅(qū)動碳鏈斷裂的新策略(Aromatization-driven C–C Bond Cleavage, ACBC)，為難降解的全碳主鏈高分子在溫和條件下的定量降解提供新思路。

綜上，該工作通過催化劑的創(chuàng)新，解決了香豆素加成聚合惰性的挑戰(zhàn)，并在可定量降解全碳主鏈高分子創(chuàng)制、碳鏈降解新機(jī)制方面實現(xiàn)了突破，成果以題為“Vinyl polymers with fully degradable carbon backbones enabled by aromatization-driven C–C bond cleavage”發(fā)表于Nat. Chem.2025, DOI: 10.1038/s41557-025-01751-w, 洪繆課題組的聯(lián)培博士生張振華與副研究員孫洋洋是本文的共同第一作者；法國圖盧茲第三大學(xué)的Laurent Maron教授與上海有機(jī)所的洪繆研究員為共同通訊作者。感謝國家自然科學(xué)基金委、國家重點研發(fā)計劃、中國科學(xué)院和上海市科委的經(jīng)費(fèi)資助。

圖 芳構(gòu)化驅(qū)動碳鏈斷裂新策略的示意圖