Новости химической науки > Хиральный катализатор и новый стереополимер

Используя преимущества хирального кобальтсодержащего катализатора, Джоффри Коатес (Geoffrey W. Coates) и его соавторы из Корнельского Университета осуществили сополимеризацию энантиомеров пропиленоксида и янтарного ангидрида и получили полипропиленсукцинат, первый представитель нового типа термопластов.

Выигрышными свойствами нового полимера является то, что он представляет собой полукристаллический стереокомплекс – материал является комбинацией право- и левозакрученных полимерных нитей, а также его биоразлагаемость. Возможность формирования стереокомплекса обеспечивает для нового полимерного материала температуру перехода в вязкотекучее состояние (аналог температуры плавления, применяющийся для фазовых переходов высокомолекулярных соединений), сравнимую с аналогичным реологическим параметром полиэтилена низкой плотности. Исследователи предполагают, что совокупность физических и химических свойств нового полимера позволят полипропиленсукцинату составить конкуренцию полиэтилену и изотактическому полипропилену – тем полимерным материалам, которые в мировом масштабе производятся в наибольшем объеме.

Рисунок из J. Am. Chem. Soc. 2014, DOI: 10.1021/ja509440g

Как отмечает Кеннет Вагенер (Kenneth B. Wagener), специалист по химии карбоцепных полимеров из Университета Флориды, той чертой, которая, очевидно, привлечет внимание всех специалистов по макромолекулам в новом материале является его способность к образованию стереокомплексов. Он добавляет, что работу можно считать типичной для группы Коатеса – получение абсолютно нового объекта за счет эксплуатации, казалось бы, вдоль и поперек изученных объектов – эпоксидов и циклических ангидридов.

На первоначальном этапе работы Коатес и его коллеги получили хиральный кобальтсодержащий катализатор, в составе которого имеется N,N′-бис(салицилиден)циклогександииминовый лиганд. Использование (R,R) или (S,S)-версии катализатора позволяет вовлечь в сополимеризацию с ангидридом янтарной кислоты (R)- или (S)-пропиленоксид, соответственно, в результате чего можно получить либо (R)- или (S)- полипропиленсукцинат.

Обычно при комбинации право- и левозакрученных полимеров образуется аморфный материал со статистическим распределением регионов с различной хиральностью или же полукристаллический материал с обособленными доменами, различающимися оптической конфигурацией. Тем не менее, в ряде случаев кристаллизация смеси энантиомерных полимерных смесей может происходить способом, который не может быть реализован для отдельных цепей. Такая кристаллизация может заключаться в формировании спаренных цепей или переплетенных друг с другом складчатых структур – такие системы и называют стереокомплексами. Такой способ кристаллизации позволяет специалистам по химии полимеров лучше контролировать термические свойства полимерных материалов и их способность к биоразложению. Однако, стереокомплексы образуются крайне редко, и существует не более десятка примеров таких материалов.

Когда исследователи из Корнелла смешали образцы право- и левозакрученный полипропиленсукцината, было обнаружено, что нити полимера переплелись с образованием стереокомплекса – первого примера такого типа комплекса для полиэфиров. Температура перехода стереокомплекса в вязкотекучее состояние составляет 120°C, что на 40°C выше температуры «плавления» каждого из отдельно взятых стереомеров.

Потенциальными областями применения стереоизомера полипропиленсукцината может стать биомедицина или изготовление упаковки для пищевых и непищевых продуктов – там, где нужна или желательна биоразлагаемость полимера. Исследователи из Корнельского Университета запатентовали способ получения нового полимерного материала, но пока еще не получили лицензию на его коммерческое использование.

Источник: J. Am. Chem. Soc. 2014, DOI: 10.1021/ja509440g

метки статьи: #кинетика и катализ, #новые материалы, #химия полимеров