含硒高分子因其动态共价Se-Se键、刺激响应性质、与重金属离子的配位能力、高载流子迁移率、抗癌活性等独特优势,近年来受到广泛关注。开发结构新颖多样的含硒高分子,对于高分子材料的发展具有重要意义。然而由于缺乏安全经济的含硒单体、高效便捷的合成方法,以及含硒聚合物的稳定性问题,目前报道的含硒聚合物种类非常有限。而单质硒作为冶金工业中产生的副产物,是一种稳定、低毒、经济的硒源,是制备含硒聚合物的理想原料。
图1. 单质硒、异氰和芳基炔丙醇的室温多组分聚合。
华南理工大学唐本忠院士(点击查看介绍)团队胡蓉蓉教授(点击查看介绍)等人长期致力于开发硫族单质的多组分聚合反应,前期已发展了一系列工业硫磺的高附加值转化方法(J. Am. Chem. Soc., 2020, 142, 978;J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 6156; Macromolecules, 2015, 48, 7747),并开发了从单质硒直接制备功能聚硒脲的多组分聚合(CCS Chem., 2020, 2, 191)。近日,他们瞄准鲜有报道的含硒脂杂环聚合物的新颖化学结构,通过对单体结构和反应条件的设计,发展了一种室温下、无金属催化的单质硒、异腈和苯基炔丙醇的多组分聚合,成功原位构筑了聚合物主链上的1,3-氧硒杂环戊烷结构。该多组分聚合温和高效,可适用于多种异腈和芳基炔丙醇单体,所得含硒脂杂环聚合物的产率高达93%,重均分子量可达15600 g/mol,且具有良好的热稳定性和酸碱稳定性、溶解性和加工性等。此外,这类含硒脂杂环聚合物的高硒含量(可达33.7 wt %)、刚性的共轭结构和脂杂环结构赋予了它们高折光指数、低色散和高透光率等优异的光学性质,其中P4的薄膜在633 nm处折光指数高达1.8026,在1700 nm处仍可达1.7770,远高于常用光学塑料,有望用于镜片、光波导材料、抗折射图层、先进显示设备等方面。
图2. (A)含硒脂杂环聚合物的合成及其(B)化学结构、产率和分子量。
图3. P1-P4薄膜的波长依赖折光指数曲线。
这类单质硒的多组分聚合提供了一种高效、便捷、经济的含硒功能高分子的合成方法,可制备具有全新化学结构和优异光学性质的含硒脂杂环聚合物,有望发展结构和功能多样化的含硒高分子,促进硒化学和含硒高分子材料的快速发展。
这一成果近期发表在Journal of the American Chemical Society 期刊上。论文的第一作者为华南理工大学博士研究生伍秀英和何俊霞,通讯作者为华南理工大学胡蓉蓉教授和唐本忠院士。
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Room-Temperature Metal-Free Multicomponent Polymerizations of Elemental Selenium toward Stable Alicyclic Poly(oxaselenolane)s with High Refractive Index
Xiuying Wu, Junxia He, Rongrong Hu*, and Ben Zhong Tang*
J. Am. Chem. Soc., 2021, DOI: 10.1021/jacs.1c06732
导师介绍
胡蓉蓉
https://www.x-mol.com/university/faculty/26975
唐本忠
https://www.x-mol.com/groups/tang-benzhong-cuhksz
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