长春应化所在双功能催化剂合成高分子量聚酯材料研究中取得重要进展

中国科学院长春应用化学研究所在双功能席夫碱铁催化剂可控合成高分子量聚酯材料的研究中取得重要进展。长春应化所陈学思院士、庞烜研究员团队成功开发了一种基于电子效应调控的双功能铁催化剂，该催化剂在极低的催化剂负载条件下实现了高效可控的聚合，成功合成了一系列高分子量聚酯，为高分子量聚酯材料的合成提供了新的研究思路。相关研究成果以"Electronic-Effect-Guided Bifunctional Iron Catalyst for the Copolymerization of Epoxides and Anhydrides: Enabling the Synthesis of High Molecular Weight Polyesters"为题，发表于国际权威化学期刊《Angewandte Chemie International Edition》。

聚酯因含有易于水解的酯键结构，并具备理想的单体－聚合平衡，展现出可降解和化学回收的潜力，成为替代不可降解的聚烯烃的理想选择。将大宗烯烃原料环氧化后，与廉价的环状酸酐进行开环共聚，是价格经济、性能可调的聚酯合成方案之一。但这一方案目前受限于分子量较低的挑战，所得聚酯材料性能有限，制约着其进一步应用。因此，通过对催化体系的理性设计来提高聚酯的分子量，继而提高聚酯的性能一直是学术界极为关注的研究热点之一。在众多催化体系中，席夫碱催化剂因活性高、结构可调、易于合成等优势备受关注。其中，铁元素毒性低，生物相容性好，完美契合可降解高分子绿色合成理念。然而，与传统席夫碱金属催化剂相比，席夫碱铁催化剂在开环共聚中仍面临催化活性与可控性的双重挑战。

针对上述挑战，研究团队提出了基于电子效应调控的催化剂设计新策略，重新设计并合成了一类新型双功能席夫碱铁催化剂，通过引入特定的助催化剂，精准调控了铁金属中心的电子密度。这种电子密度的优化，有效提升了催化剂的催化活性。更关键的是，该催化体系在极低的催化剂负载条件下，依然能保持优异的催化活性和聚合可控性，有效避免了因催化剂用量降低而导致的活性下降和副反应。基于此催化剂，团队成功合成了一系列高分子量聚酯，所得聚酯材料的综合性能优于同类材料，展现出优异的应用前景。此外，该催化剂可以在空气氛围中直接使用未纯化的商用单体进行聚合反应，验证了其在非理想条件下的杂质耐受性和实际应用潜力。

本研究通过电子效应调控的设计策略，成功开发了一类新型双功能席夫碱铁催化剂，不仅在极低负载下实现了环氧化物与酸酐的高效可控聚合，合成了性能优异的高分子量聚酯，更展现出优异的杂质耐受性和实际应用潜力。该工作为突破聚酯材料的分子量瓶颈提供了有效手段，也为设计下一代高性能催化剂开辟了新思路。

图1. 双功能铁催化剂催化合成高分子量聚酯材料

图2. 本研究中合成的高分子量聚酯的性能表征与对比

研究成果详见《Angewandte Chemie International Edition》期刊：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.4437375