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单质硒的室温多组分聚合制备具有高折光指数的稳定含硒脂杂环聚合物

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., 2020142, 978;J. Am. Chem. Soc.2018140, 6156; Macromolecules201548, 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., 20202, 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。


原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

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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