可逆加成-断裂转移自由基聚合(RAFT)
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可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合概述与最新研究进展摘要可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合是一种十分重要的“活性”自由基聚合方法。
这种聚合方式被人们发现以来,RAFT聚合被化学和材料界广泛应用于聚合物的设计和合成上。
本文对RAFT聚合的产生、反应机理等做了简要描述,并综述了其最新研究进展。
关键词 RAFT聚合“活性”自由基聚合链转移剂前言活性聚合最早由美国科学家Szwarc于1956年提出。
所谓活性聚合是指那些不存在任何使聚合链增长反应停止或不可逆转副反应的聚合反应。
经历了60年的发展,活性聚合已从最早的阴离子聚合扩展到其它典型的链式聚合: 如阳离子(1986年),自由基(1993年)等,并在人们的生产和生活中产生了巨大影响。
活性聚合是高分子发展史上最伟大的发现之一。
活性聚合中依引发机理的不同,分为阴离子活性聚合、阳离子活性聚合、活性自由基聚合、配位活性聚合等。
活性自由基聚合较其它几种聚合方式可聚合的单体多,反应温度范围较宽,能采用的溶剂种类和聚合方法多[1],因而引起了化学和材料界的极大重视。
活性自由基聚合依据其方法可分为引发转移终止(Iniferter)法,稳定自由基聚合(SFRP,NMP)法,原子转移自由基聚合(ATRP)法[2]和可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT)法[3]。
其中Iniferter法的缺点是聚合过程难以控制,所得聚合物的相对分子质量与理论值偏差较大,相对分子质量分布较宽;NMP的主要缺点表现在需要使用价格昂贵氮氧自由基,而且氮氧自由基的合成较为困难;ATRP 的劣势则表现在当聚合一些能与过渡金属催化剂形成配位键的单体(如丙烯酸)时的控制力不强,而且较难除去金属离子和催化剂,此外还需要较为苛刻的反应条件(对除氧的要求较高)[4]。
相比而言,可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT)法有着其它几种无法比拟的优点(如反应条件温和、适用单体范围广等),使得“活性”自由基聚合技术的发展又向前迈进了一步[5]。
可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合概述与最新研究进展摘要可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合是一种十分重要的“活性”自由基聚合方法。
这种聚合方式被人们发现以来,RAFT聚合被化学和材料界广泛应用于聚合物的设计和合成上。
本文对RAFT聚合的产生、反应机理等做了简要描述,并综述了其最新研究进展。
关键词RAFT聚合“活性”自由基聚合链转移剂前言活性聚合最早由美国科学家Szwarc于1956年提出。
所谓活性聚合是指那些不存在任何使聚合链增长反应停止或不可逆转副反应的聚合反应。
经历了60年的发展,活性聚合已从最早的阴离子聚合扩展到其它典型的链式聚合:如阳离子(1986年),自由基(1993年)等,并在人们的生产和生活中产生了巨大影响。
活性聚合是高分子发展史上最伟大的发现之一。
活性聚合中依引发机理的不同,分为阴离子活性聚合、阳离子活性聚合、活性自由基聚合、配位活性聚合等。
活性自由基聚合较其它几种聚合方式可聚合的单体多,反应温度范围较宽,能采用的溶剂种类和聚合方法多[1],因而引起了化学和材料界的极大重视。
活性自由基聚合依据其方法可分为引发转移终止(Iniferter)法,稳定自由基聚合(SFRP,NMP)法,原子转移自由基聚合(ATRP)法[2]和可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT)法[3]。
其中Iniferter法的缺点是聚合过程难以控制,所得聚合物的相对分子质量与理论值偏差较大,相对分子质量分布较宽;NMP的主要缺点表现在需要使用价格昂贵氮氧自由基,而且氮氧自由基的合成较为困难;ATRP 的劣势则表现在当聚合一些能与过渡金属催化剂形成配位键的单体(如丙烯酸)时的控制力不强,而且较难除去金属离子和催化剂,此外还需要较为苛刻的反应条件(对除氧的要求较高)[4]。
相比而言,可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT)法有着其它几种无法比拟的优点(如反应条件温和、适用单体范围广等),使得“活性”自由基聚合技术的发展又向前迈进了一步[5]。
可逆加成断裂链转移自由基聚合(Reversible Addition Fragmentation Chain Transfer,RAFT)是一种广泛应用于聚合物化学中的方法。
它是一种控制聚合反应的技术,可以产生具有可控结构和分子量的聚合物。
在RAFT聚合中,通过引入RAFT试剂(通常是一种含有烷硫酰基(thiocyano)功能基团的物质),在聚合反应中引入转移自由基(transfer radical),从而实现聚合反应的可控性。
具体而言,RAFT试剂可以与自由基引发剂和聚合物链末端的自由基相互作用,形成RAFT中间体。
RAFT中间体可以进行链转移反应,将转移自由基从聚合物链转移到RAFT试剂上,从而控制聚合反应的分子量和分子量分布。
整个聚合过程可概括为以下步骤:
1. 引发剂引发自由基聚合反应。
2. RAFT试剂与聚合物链末端的自由基发生反应,形成RAFT中间体。
3. 链转移反应发生,将自由基从聚合物链转移到RAFT试剂上。
4. 重复步骤1-3,直到达到所需聚合物的分子量。
5. 终止反应,得到控制结构和分子量的聚合物。
因为RAFT聚合技术具有灵活性和可调性,可以在较宽的反应条件下进行,因此在聚合物材料的制备中得到了广泛应用。
它可以用于合成各种聚合物,如聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸酯等,同时提供了对聚合物链结构和性质的精确控制。
可逆加成断裂链转移聚合RAFT一、简介Graeme Moad 在Adelaide大学修得硕博学位,研究领域是有机自由基化学。
于1979年加入CSIRO(澳大利亚联邦科学与工业研究组织),其文章被引9000多次(2009统计),Dr Moad 在IUPAC高分子部门有头衔,并且是澳大利亚化学会和RACI(澳大利亚皇家化学会)的成员。
Ezio Rizzardo 在1969年于悉尼大学获得Ph.D学位,于1976年加入CSIRO,研究方向是可控自由基聚合,是200多篇文章的关联作者,被引14000多次(2012统计),是CSIRO的董事会成员,并且也是澳大利亚化学会和RACI(澳大利亚皇家化学会)成员San H. Thang 在1987年于Griffith(格里菲斯)大学获得Ph.D,在2000年成为CSIRO的一员,并且是莫纳什大学的名誉教授。
其研究领域介于生物和高分子化学之间。
发表了100多篇文章,被引超过1W次。
San直接参与了可控活性聚合的多个重要领域的研发,是RAFT过程的主要研究成员。
San也是澳大利亚化学会和RACI的成员Rizzardo、Moad和Thang(G.Moad, E. Rizzardo, S. H. Thang, Macromolecules 1998, 31, 5559–5562)于1998发表了第一篇有关RAFT(可逆加成断裂链转移聚合)文献以后,RAFT就在RDRP(可逆失活自由基聚合)领域中成为最有前景的合成技术。
RAFT的稳定、多方面的性质让其成为现代高分子合成技术最为有用的手段。
与(硝基氧-调节聚合)NMP和(原子转移自由基聚合)ATRP原则是依靠增长自由基的可逆终止不同的是,RAFT 的原则是链转移的交换(蜕变)来实现可控聚合。
RAFT聚合通过加入链转移试剂来达到失活-活化平衡,因为在活化-失活过程中并没有自由基浓度的净改变,所以需要外部的引发剂。
由此来看,RAFT聚合与传统自由基聚合相似只是相差一个链转移试剂,所以RAFT聚合的许多优势与自由基固有的优势相类似。
raft反应机理RAFT反应机理是一种重要的有机合成方法,用于合成醛酮化合物。
本文将详细介绍RAFT反应机理的原理和应用。
RAFT反应是一种自由基反应,全称为可逆加成断裂连锁转移(Reversible Addition-Fragmentation Chain Transfer)反应。
该反应机理可以通过引入RAFT试剂来实现,RAFT试剂通常是一种具有稳定自由基的分子,如二烯烃类化合物。
在RAFT反应中,首先RAFT试剂与底物发生反应,生成一个稳定的自由基中间体。
这个自由基中间体具有较长的半衰期,可以与其他底物发生反应。
接下来,自由基中间体与另一个底物进行加成反应,生成一个新的自由基中间体。
这个过程可以重复多次,形成链式反应。
在RAFT反应中,断裂步骤是反应的关键步骤。
在断裂步骤中,自由基中间体会发生断裂,生成一个新的自由基和一个链传递试剂。
这个链传递试剂可以与其他的自由基中间体反应,从而实现链传递反应。
这个过程使得自由基中间体的生成和消耗达到平衡,从而实现了反应的可逆性。
RAFT反应的优点在于可以在温和的条件下进行,适用于各种底物。
此外,该反应还可以实现对产物结构的控制,通过调节RAFT试剂的结构和反应条件,可以选择性地合成不同的醛酮化合物。
因此,RAFT反应在有机合成中得到了广泛的应用。
除了醛酮化合物的合成,RAFT反应还可以应用于聚合反应。
在聚合反应中,RAFT试剂与单体发生反应,生成一个可自由基聚合的中间体。
这个中间体可以与其他单体反应,形成聚合链。
通过控制RAFT 试剂的用量和反应条件,可以调节聚合的分子量和分子量分布,实现对聚合物性质的调控。
总结起来,RAFT反应是一种重要的有机合成方法,可以实现醛酮化合物和聚合物的合成。
该反应通过引入RAFT试剂,利用自由基中间体的生成和断裂,实现了反应的可逆性和选择性。
由于其温和的反应条件和广泛的适用性,RAFT反应在有机合成领域得到了广泛的应用。