活性聚合（living polymerization）最早于1956年由Szwarc提出，在短短幾十年的時間里，活性聚合迅猛發(fā)展，尤其是活性/可控自由基聚合迅速成為高分子合成領(lǐng)域的研究前沿。然而在自由基聚合反應(yīng)中，氧氣是一個有效的自由基淬滅種，故而自由基聚合反應(yīng)需要在無氧條件下進(jìn)行。目前清除氧的方法主要有：向體系中通氮?dú)、冷凍抽排等、或使用化學(xué)試劑將氧氣消耗或進(jìn)行轉(zhuǎn)化（[1] Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55 (14), 4500-4503. [2] Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56 (44), 13852-13856.），這些瓶頸限制了可控自由基聚合反應(yīng)在各個領(lǐng)域的發(fā)展和工業(yè)上的大規(guī)模應(yīng)用。
為解決氧氣抑制自由基聚合反應(yīng)，潘翔城課題組提出使用氧氣引發(fā)并調(diào)控自由基反應(yīng)，借助烷基硼在氧氣下自氧化產(chǎn)生乙基自由基為核心機(jī)理，使用RAFT鏈轉(zhuǎn)移劑（CTA）實現(xiàn)活性自由基聚合，無需任何脫氧工藝，可在室溫并完全暴露在空氣的環(huán)境下，短時間（15分鐘）內(nèi)使聚合反應(yīng)完成，獲得的聚合物與理論分子量吻合，并具有較窄的分子量分布。
圖1a-b. 氧氣引發(fā)和調(diào)控活性自由基聚合機(jī)理；圖1c. 高通量篩選反應(yīng)條件
因反應(yīng)不用做任何前處理，在96孔板中便可實現(xiàn)高通量對反應(yīng)條件的篩選，對CTA的不同結(jié)構(gòu)和單體進(jìn)行排列組合，發(fā)現(xiàn)最適合的聚合反應(yīng)條件。進(jìn)一步地可以使用高通量合成技術(shù)在一小時中即可實現(xiàn)對數(shù)十種聚合物（均聚物、共聚物和嵌段聚合物）的高效可控合成。
該反應(yīng)并首次實現(xiàn)使用氧氣作為外界調(diào)控手段，可對聚合反應(yīng)進(jìn)行開關(guān)。在完全氮?dú)獗Ｗo(hù)下的反應(yīng)，沒有聚合反應(yīng)的發(fā)生；一旦通入氧氣，聚合反應(yīng)則啟動。利用在氧氣環(huán)境下，易于產(chǎn)生自由基這一特性，同時還開發(fā)了一種方便快捷的“聚合物涂寫”技術(shù)，該項研究為開拓新的聚合方法提供了一條溫和、快速、高效的途徑。
圖2. 氧氣“開/關(guān)”式調(diào)控活性自由基聚合反應(yīng)；表面涂寫及聚合物薄膜的表征
以上研究結(jié)果近期發(fā)表于化學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊《德國應(yīng)化》（Angew. Chem.）上。詳情請見：Oxygen initiated and regulated controlled radical polymerization under ambient conditions Angew. Chem. Int. Ed., 2018, DOI: 10.1002/anie.201805212
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201805212
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