Intramolecular Hydrogen‐Bonding Catalyst/Initiator for Precise Synthesis of Polycarbonates and Copolymers with Unprecedented Activity and Molecular Weights

分子内力 共聚物 催化作用 氢键 高分子化学 化学 组合化学 聚合物 分子 有机化学
作者
Xiaowei Geng,Xiong Liu,Qinglei Yu,Ximin Feng,Chengjian Zhang,Xinghong Zhang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/ange.202510728
摘要

Abstract The development of efficient and selective catalytic methods for synthesizing well‐defined polycarbonates and their copolymers represents a significant advancement toward sustainable polymer production. In this study, we report a series of innovative single‐molecule hydrogen‐bonding catalysts/initiators for the ring‐opening polymerization (ROP) of cyclic carbonates, enabling rapid and precise synthesis of polycarbonates and their copolymers with polylactide. These catalysts uniquely facilitate simultaneous activation of both monomer and chain‐end within a single molecular architecture, demonstrating superior activity compared to conventional multicomponent hydrogen‐bonding initiating systems. Density functional theory (DFT) calculations reveal that alkyl substitution plays a critical role in enhancing catalytic activity for ROP by reducing the energy barrier relative to aryl‐substituted analogues. The modular design of these catalysts allows for facile structural optimization and performance tuning. Notably, Cat. 1 exhibits high catalytic efficiency at 25 °C, producing polycarbonates with well‐defined structures and high molecular weights ( M n up to 164.8 kDa, Ð of 1.37). We further demonstrate versatile copolymerization strategies: one‐step copolymerization yields gradient polycarbonate‐ g ‐polylactide copolymers, whereas sequential monomer addition in one‐pot reactions produces well‐defined block polycarbonate‐ b ‐polylactide copolymers within minutes. These block copolymers exhibit high molecular weights ( M n up to 189.4 kDa, Ð of 1.37), precisely tunable thermal properties, and exceptional mechanical performance, highlighting their potential for advanced material applications.
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