厦门大学高分子化学配位聚合.pptx
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1、会计学1厦门大学厦门大学(sh mn d xu)高分子化学配高分子化学配位聚合位聚合第一页,共64页。第七章 配位聚合(coordination polymerization)7.1 配位聚合和定向(dn xin)聚合第1页/共64页第二页,共64页。第2页/共64页第三页,共64页。第3页/共64页第四页,共64页。什么是配位聚合(络合聚合、插入聚合)?聚合反应所采用的引发剂是金属有机化合物与过渡金属化合物的络合体系,单体在聚合反应过程中通过向活性中心进行配位,而后(r hu)再插入活性中心离子与反离子之间,最后完成聚合反应过程。7.1 配位聚合和定向(dn xin)聚合 定向(dn xin
2、)聚合(stereo-specific polymerization):能够生成立构规整性聚合物反应为主(75%)的聚合反应。着眼于聚合反应机理着眼于聚合物的结构特征第4页/共64页第五页,共64页。第5页/共64页第六页,共64页。术语(shy):coordination polymerization、Ziegler-Natta polymerization、stereo-specific polymerization、Stereo-regular polymerizationstereo-selective polymerization、stereo-elective polymeriza
3、tion、asymmetric elective(or asymmetric-synthesis)polymerization7.1 配位聚合和定向(dn xin)聚合 术语(shy):stereo regular polymer(立构规整聚合物)第6页/共64页第七页,共64页。7.1 配位聚合和定向(dn xin)聚合表 聚合反应类型(lixng)和聚乙烯的主要物性条件和性质条件和性质自由基自由基配位型配位型引发剂引发剂氧气氧气TiClTiCl4 4-AlEt-AlEt3 3温度温度/C C180-200180-20050-7050-70压力压力/MPa/MPa180-200180-200
4、0.2-1.50.2-1.5密度密度/g/cm/g/cm3 30.91-0.930.91-0.930.94-0.960.94-0.96结晶度结晶度/%/%50-7050-7080-9080-90熔点熔点/C C105-110105-110125-135125-135问世时间问世时间19381938年年19531953年年名称名称LDPELDPE(HPPEHPPE)HDPEHDPE(LPPELPPE)不同类型聚合反应合成的聚合物性能(xngnng)相差很大第7页/共64页第八页,共64页。发展历史:1953年,德国化学家Karl Ziegler1954年,意大利化学家Natta1955年,实现(
5、shxin)了低压聚乙烯的工业化1957年,实现(shxin)了有规立构聚丙烯的工业化1963年,Ziegler和Natta两人获得诺贝尔 化学奖 7.1 配位聚合和定向(dn xin)聚合第8页/共64页第九页,共64页。第七章 配位聚合7.2 聚合物的立构规整(u zhn)性第9页/共64页第十页,共64页。7.2 聚合物的立构规整(u zhn)性 异构体:分子式相同,但是原子互相联结的方式和顺序不同(b tn),或原子在空间排布方式不同(b tn)的化合物。分类(fn li):结构异构、立体异构 立体异构:顺反异构(或几何异构)、手性异构(光学异构)第10页/共64页第十一页,共64页。
6、(1)由同分异构(tn fn y u)的单体制得:7.2 聚合物的立构规整(u zhn)性 1.结构(jigu)异构 由于组成化合物分子的原子或原子团的不同连接方式而产生的异构。第11页/共64页第十二页,共64页。(2)不为同分异构(tn fn y u)的单体也可能制得同分异构(tn fn y u)聚合物:(3)某单体若有一种以上(yshng)聚合方式,也能得到同分异构体,如4-甲基-1-戊烯的阳离子聚合反应7.2 聚合物的立构规整(u zhn)性 1.结构异构第12页/共64页第十三页,共64页。n n结结构构单单元元间间的的连连接接方方式式不不同同,又会产生序列异构。又会产生序列异构。n
7、 n例例:首首尾尾相相接接和和首首首首相相接接的的异异构构现现象象。其其首首尾尾相相接接、首首首首相相接接和和无无规规序序列列相相接接的的聚聚合合物物,其其化化学学(huxu)组组成成相相同同,连连接接方方式式不不同同,性性能能也是不一样的。也是不一样的。7.2 聚合物的立构规整(u zhn)性第13页/共64页第十四页,共64页。第14页/共64页第十五页,共64页。2.2.聚合物的立体聚合物的立体(lt)(lt)异构体异构体 立体异构定义:聚合物的立体异构体是分子的化学组成相同,连接结构也相同,只是立体构型不同,也就是原子或原子团在空间排列不同。立体异构又分两类:一种(y zhn)是由分子
8、中双键而产生的几何异构体,即Z(顺式构型)和E(反式构型)。另一种(y zhn)是由手性中心产生的光学异构体 R(右)型和S(左)型。第15页/共64页第十六页,共64页。2.2.聚合物的立体聚合物的立体(lt)(lt)异构体异构体 如何区分如何区分如何区分如何区分(qfn)(qfn)构型(构型(构型(构型(ConfigurationConfiguration)和)和)和)和 构象(构象(构象(构象(ConformationConformation)?)?)?)?构型构型构型构型(近程结构、一级结构)近程结构、一级结构)近程结构、一级结构)近程结构、一级结构)-是由原子或原子团在手性中是由原子
9、或原子团在手性中是由原子或原子团在手性中是由原子或原子团在手性中心或双键上的空间排布不同而产生的立体异构,心或双键上的空间排布不同而产生的立体异构,心或双键上的空间排布不同而产生的立体异构,心或双键上的空间排布不同而产生的立体异构,除非化学键断裂,两种构型是不能相互转化的。除非化学键断裂,两种构型是不能相互转化的。除非化学键断裂,两种构型是不能相互转化的。除非化学键断裂,两种构型是不能相互转化的。构象构象构象构象(远程结构、二级结构)远程结构、二级结构)远程结构、二级结构)远程结构、二级结构)-则是对则是对则是对则是对C C一一一一C C单键内旋转而单键内旋转而单键内旋转而单键内旋转而产生的分
10、子形态不同的描述,例如锯齿型分子、无规线团、产生的分子形态不同的描述,例如锯齿型分子、无规线团、产生的分子形态不同的描述,例如锯齿型分子、无规线团、产生的分子形态不同的描述,例如锯齿型分子、无规线团、螺旋链,折叠链等形态。螺旋链,折叠链等形态。螺旋链,折叠链等形态。螺旋链,折叠链等形态。构象可通过一系列单键的内旋转而相互转换。构象可通过一系列单键的内旋转而相互转换。构象可通过一系列单键的内旋转而相互转换。构象可通过一系列单键的内旋转而相互转换。第16页/共64页第十七页,共64页。几何异构(也叫顺反异构)在共轭二烯(丁二烯、氯丁二烯和异戊二烯等)进行1,4-加成聚合时,可能(knng)生成顺式
11、和反式两种异构体。几何异构:由某一双键或是环状结构上的取代(qdi)基的排列方式不同引起。即Z(顺式构型)和E(反式构型)。2.2.2.2.聚合物的立体聚合物的立体聚合物的立体聚合物的立体(lt)(lt)(lt)(lt)异构体异构体异构体异构体第17页/共64页第十八页,共64页。聚二烯烃(xtng):顺式聚1,4-丁二烯、反式聚1,4-丁二烯;顺式聚1,4-异戊二烯、反式聚1,4-异戊二烯 几何异构(顺反异构)第18页/共64页第十九页,共64页。手性异构(镜像异构或光学(gungxu)异构)光学(gungxu)异构体(对映异构体、手性异构、镜像异构):由于取代基在不对称碳原子上排列方式不同
12、引起。2.2.聚合物的立体聚合物的立体(lt)(lt)异构体异构体 R(右)型和S(左)型。第19页/共64页第二十页,共64页。(a)聚-烯烃(xtng)(单取代):C*:不显光学活性,称作假手性中心(zhngxn)(pseudochiral carbon atom)(由于聚合物链紧连C*的原子差别极小)。聚合物中的R-和S-构型是任意(rny)指定的。手性异构(镜像异构或光学异构)2.聚合物的立体异构体第20页/共64页第二十一页,共64页。(b)聚环氧丙烷:C*:真正手性中心(由于C*的的近邻环境有显著(xinzh)差别)。单体(dn t)是含有等量的 R 和 S,所用引发剂对 2 种对
13、映体无选择性(如,氯化锌-甲醇体系),则聚合物产生外消旋,而无光学活性。手性异构(镜相异构或光学(gungxu)异构)2.聚合物的立体异构体第21页/共64页第二十二页,共64页。立构选择聚合(stereo-selective-polymerization):引发(yn f)剂能优先选择一种对映体进入聚合物链的聚合反应。6.2 聚合物的立构规整(u zhn)性 手性异构(镜相异构或光学(gungxu)异构)例:用光学活性(R)叔丁基乙二醇二乙基锌体系引发环硫丙烷开环聚合。第22页/共64页第二十三页,共64页。手性异构(镜像异构或光学(gungxu)异构)2.2.2.2.聚合物的立体聚合物的立
14、体聚合物的立体聚合物的立体(lt)(lt)(lt)(lt)异构体异构体异构体异构体 在单体进入聚合物链时主要有三种(sn zhn)可能,分别是:全同立构聚合物 间同立构聚合物 无规立构聚合物第23页/共64页第二十四页,共64页。所谓立构规整聚合物(stereo regular polymer)是指那些由一种或两种构型的结构单元(既手性中心)以单一顺序重复(chngf)排列的聚合物。含单一 R 构型或单一 S 构型手性碳原子的结构重复组成(z chn)的聚合物被称为“全同立构聚合物,如,isotatic PP(it-PP)”7.2 聚合物的立构规整(u zhn)性 3.立构规整聚合物第24页/
15、共64页第二十五页,共64页。7.2 聚合物的立构规整(u zhn)性 3.立构规整(u zhn)聚合物 如果两种构型的手性碳原子交替(jiot)排列,这种聚合物称为“间同立构聚合物,如,syndiotatic PP(st-PP)”如果两种构型结构单元的排列完全无规,这种聚合物为“无规立构聚合物,如,atatic PP(at-PP)”第25页/共64页第二十六页,共64页。图图图图 聚合物大分子的立体化学聚合物大分子的立体化学聚合物大分子的立体化学聚合物大分子的立体化学(l t hu xu)(l t hu xu)结构结构结构结构(a)-(a)-等规立构,等规立构,等规立构,等规立构,(b)-(
16、b)-间规立构,间规立构,间规立构,间规立构,(c)-(c)-无规立构无规立构无规立构无规立构第26页/共64页第二十七页,共64页。一取代-烯烃的聚合物具有全同、间同和无规等三种手性异构体。(注:无规1,2不属于(shy)立构规整聚合物)7.2 聚合物的立构规整(u zhn)性 3.立构规整(u zhn)聚合物 共轭二烯烃的聚合物具有顺式1,4-、反式1,4-两种几何异构体,以及全同1,2-、间同1,2-和无规1,2-等三种手性异构体。第27页/共64页第二十八页,共64页。3.立构规整(u zhn)聚合物 例:1,3异戊二烯聚合(jh)第28页/共64页第二十九页,共64页。立构规整度(又
17、称为定向度或定向指数):(stereotacticity,stereoregularity)是立构规整性聚合物在整个聚合物中所占的质量百分(bi fn)含量。7.2 聚合物的立构规整(u zhn)性 等规度(全同指数(zhsh)):全同立构聚合物占总聚合物的分数。4.立构规整度及其测定方法 IIP:isotactic index of polypropylene第29页/共64页第三十页,共64页。7.2 聚合物的立构规整(u zhn)性 测定方法:溶剂(rngj)溶解法。例如,用沸腾的正庚烷萃取PP,不溶解部分所占的质量百分比即是PP的立构规整度。现代(xindi)仪器分析法:FTIR、NM
18、R等 其他:密度法、熔点法等。4.立构规整度及其测定方法第30页/共64页第三十一页,共64页。第31页/共64页第三十二页,共64页。第32页/共64页第三十三页,共64页。第七章 配位聚合7.3 立构规整(u zhn)聚合物的特殊性能第33页/共64页第三十四页,共64页。1.全同、间同、无规 PP 规整性不同(b tn)的聚合物,通过结晶能力的不同(b tn),影响其力学性能。7.3 立构规整(u zhn)聚合物的特殊性能 无规立构聚合物难以结晶,处于无定形态,是一种柔软的物质,几乎没有(mi yu)力学强度。无规 PP 基本上没有(mi yu)应用价值。全同或间同聚合物具有高度结晶能力
19、,具有强的力学性质。全同 PP 的熔融温度高、综合性能优异,可应用于塑料和纤维。第34页/共64页第三十五页,共64页。2.顺式和反式1,4-聚丁二烯和聚异戊二烯 顺式1,4-聚丁二烯和聚异戊二烯,结晶度很低,Tm 和Tg 低,在很宽的温度范围(fnwi)内是一种性能优异的弹性体.7.3 立构规整聚合物的特殊(tsh)性能 反式1,4-聚异戊二烯:它的结构(jigu)对称性高,具有显著的结晶作用,其Tm 和Tg 较高,弹性较差,可作热塑性制品,并具有很好的耐磨性。第35页/共64页第三十六页,共64页。3.纤维素和淀粉(dinfn):7.3 立构规整聚合物的特殊(tsh)性能 天然产物纤维素和
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