Direct Comparative Study of Ring-Opening Polymerization between Propylene Oxide and Cyclohexene Oxide: Geometric Control of Epoxide Polymerization Behaviors

聚合 环氧丙烷 氧化环己烯 单体 高分子化学 环氧化物 化学 本体聚合 共聚物 动力学 聚合物 开环聚合 位阻效应 自由基聚合 双功能 催化作用 动链长度 溴化物 战术性 光化学 链式转移 溶液聚合 活化能 配位聚合 “结束”组 材料科学 链生长聚合 环己烯 摩尔质量分布 氧化物 阴离子加成聚合 可逆加成-断裂链转移聚合
作者
Tianhao Wu,Huan Qi,Guang‐Peng Wu
出处
期刊:Macromolecules [American Chemical Society]
卷期号:58 (19): 10442-10451 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.macromol.5c01259
摘要

Propylene oxide (PO) and cyclohexene oxide (CHO) are pivotal monomers for versatile polymer synthesis through ring-opening polymerization (ROP) and ring-opening copolymerization (ROCOP), yet direct comparative studies on their intrinsic ROP behavior remain underexplored due to the lack of well-defined catalysts capable of efficiently polymerizing both monomers. This work systematically elucidates the mechanistic divergences between PO and CHO under identical bifunctional organoborane catalysts, highlighting structural influences on polymerization kinetics and molecular weight control. Kinetic analyses reveal that CHO exhibits superior ROP activity (TOF: 7120 h–1 vs 2735 h–1 for PO) and follows first-order dependence with a lower activation energy (Ea = 39.7 kJ/mol), whereas PO displays quasi-zero-order kinetics with a higher Ea (66.8 kJ/mol), attributed to its preferential coordination to the catalyst and formation of a bridged arrest state. Despite its high activity, CHO suffers from inferior molecular weight control (Đ = 1.7 vs 1.1 for PO) due to sterically hindered initiation by bromide anions. Mechanistic insights from 11B NMR and MALDI-TOF MS demonstrate that CHO’s rigid six-membered ring structure suppresses bridged intermediate formation while weakening catalyst-monomer coordination, thereby accelerating propagation. This work establishes monomer geometry as a critical design parameter for controlling polymerization kinetics and chain fidelity, offering valuable insights for the design of advanced polymeric materials via ROP and ROCOP.
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