Record-High-Molecular-Weight Polyesters from Ring-Opening Copolymerization of Epoxides and Cyclic Anhydrides Catalyzed by Hydrogen-Bond-Functionalized Imidazoles

化学 共聚物 戒指(化学) 催化作用 聚酯纤维 高分子化学 氢键 环氧化物 有机化学 分子 聚合物
作者
Zhiyuan Xie,Zhenjie Yang,Chenyang Hu,Fu‐Quan Bai,N Li,Zhiwei Wang,Sung‐Yu Ku,Xuan Pang,Xuesi Chen,Xianhong Wang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/jacs.5c00426
摘要

Polyesters, with potential for degradability and sustainability, are some of the most versatile polymer materials. However, the limitation of molecular weight (MW) presents a barrier to their applications. The synthesis of polyesters with high MW by the ring-opening copolymerization (ROCOP) of epoxides and cyclic anhydrides is promising but rare and challenging. Herein, we report a series of air-stable, hydrogen-bond-functionalized imidazole catalysts for the copolymerization. These catalysts can produce polyesters (4 examples) using cyclohexane oxide (CHO), propylene oxide (PO), phenyl glycidyl ether (PGE), 4-vinyl-1-cyclohexene 1,2-epoxide (VCHO), and phthalic anhydride (PA) with record-high MW: Mn = 171.2 kDa for poly(CHO-alt-PA), Mn = 518.5 kDa for poly(PO-alt-PA), Mn = 100.5 kDa for poly(PGE-alt-PA), and Mn = 236.4 kDa for poly(VCHO-alt-PA). Furthermore, it can achieve an unprecedented efficiency of 15.6 kg of polyester/g of catalyst at a molar ratio of catalyst/PA/PO = 1:40000:60000. The record-high MW achieved can be attributed to the unique anionic-cationic coexisting ROCOP mechanism, which can reduce transesterification, chain transfer, and annulation side reactions. All high Mn polyesters showed excellent thermal stability, high tensile strength, and a Young's modulus comparable to some commodity thermoplastics like polystyrene and polylactic acid.
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