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大分子引发剂的合成与表征

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第25卷第2期 201 1年2月 化工B,-]:FU Chemical Industry Times Vo1.25,No.2 Feb.2.2011 doi:10.3969/j.issn.1002—154X.2011.02.003 大分子引发剂的合成与表征 张宏艳 徐国财 韩 笑 姚宝慧 (安徽理工大学化学工程学院安徽淮南232001) 摘要 以mPEG5000为原料,采用两种方法制备了大分子引发剂mPEG—Br。大分子引发剂的结构通过IR、 H~ NMR进行了表征。实验结果表明加入4一二甲氨基吡啶在反应中起了至关重要的作用,不仅使反应物的纯度增加而 且大大提高了反应物的产率。 关键词大分子引发剂合成4~二甲氨基吡啶 Synthesis and Characterization of Macromolecular Initiator Zhang Hongyan Xu Guocai Han Xiao Yao Baohui (School of Chemical Engineering,Anhui University of Science and Technology,Anhui Huainan 232001) Abstract Macromolecular initiator mPEG——Br was preprared from raw material mPEG5000 by two methods. The structure of Maeromolecular initiator was charactered by IR、1 H—NMR.Experimental results indicated that 4一 dimethyl amino pyridine played a key role by increasing he rteactants puriy and itmproving the yield of reactant. Keywords macromolecular initiator synthesis 4——dimethyl amino pyridine ATRP(Atom Transfer Radical Polymerization)是 分析纯,无水乙醇,无水乙醚,二氯甲烷均为分析纯,4 1995年中国旅美博士王锦山 在卡内基一梅隆 (Carnegie—Mellon)大学做博士后研究时首次发现 的。近20 a来,ATRP聚合得到了广泛的应用。聚乙 二醇具有良好的水溶性、润湿性、润滑性、生理惰性、 对人体无刺激、温和,在生物医药 ]、表面化学 和 电化学l4 等领域有着广泛的应用。聚乙二醇的卤代 产物作为大分子引发剂,可以用于两亲或全亲水性嵌 段共聚物的合成 J。本文采用了两种方法合成了 大分子引发剂mPEG—Br,探讨了三乙胺(TEA),4 二甲氨基吡啶,分析纯。 1.2大分子引发剂的合成 1.2.1 合成原理 大分子引发剂的合成路线如图l所示 1.2.2合成方案1 将0.5 mL(4.065 reoo1)的三乙胺溶解在20 mL t无水二氯甲烷(CH:C1 )中,加入带有磁力搅拌、氮气 进出口和恒压漏斗的250 mL三口烧瓶中,并置于冰 水浴中。在氮气保护下向三口烧瓶中逐滴缓慢加入 二甲氨基吡啶(DMAP)在两种合成方法中所起的 作用。 0.55 mE(4.185 mmo1)预先溶解在20 mL二氯甲烷 中的2一溴丙酰溴(BPB),然后将预先溶解在40 mL 二氯甲烷中的聚乙二醇单甲醚5 g(1 mmo1)通过恒 1.1 实验原料 压漏斗逐滴缓慢滴入三口烧瓶中,滴加完毕后,移去 冰水浴,磁力搅拌常温下继续反应20 h。反应完毕 后,将反应溶液分别用1 mol/L碳酸氢钠溶液、1 mol/ L盐酸溶液和去离子水各洗涤3次,以除去反应溶液 三乙胺,分析纯,CaH:存在下减压蒸馏备用;2一 溴丙酰溴(BPB),分析纯,聚乙二醇单甲醚(MPEG), 收稿日期:2011一O1一o7 基金项目:安徽省自然科学基金(No.090414183) 作者简介:张宏艳(1979一),女,硕士生,主要研究方向:聚合物基纳米复合材料 9一 2011.Vo1.25,No.2 中的三乙胺盐及其它杂质。/J ̄A.无水硫酸镁脱水干 科技进展 ̄Advances in Science&Technology} 空干燥,得到大分子引发剂re_PEG—Br共2.7 g,产率 为52%。 燥,过滤后用旋转蒸发仪除去大部分溶剂二氯甲烷, 然后用石油醚作为沉淀剂将产物沉淀出来,抽滤、真 CH2ct,DMAP H。十一 十H HNEt3 卜一 。 图 1 大分子引发剂的合成路线 + H Fig.1 Synt— hesis of macromolecular initiator of mPEG—Br HC 1.2.3合成方案2 HC● 一 — 的二氯甲烷中,倒人三口瓶中,加入1.8 mmol十  DMAP, B 将精制过的mPEG共5 g(1 mmo1)溶解在40 mL — O C 磁力搅拌待其完全溶解,将溶解在20 mL二氯甲烷的 HC 0.55 mL(4.185 mmo1)BPB在l h内滴入到反应瓶 HC — 中,同时用氮气保护,滴完后继续反应30 min。将反 应瓶置于冰水浴中Oo【=时将事先溶解在20 mL二氯 甲烷中的0.5 mL(4.065 mmo1)三乙胺在l h内滴人 三口瓶中。滴完后在室温下反应15 h。反应后将反 应液旋转蒸出大部分溶剂,剩余物用大量石油醚沉淀 一 一 出,用热的乙醇溶解后,置人冰箱中待其全部析出,过 一 4 500 400o 3 5o0 3 000 250o 200o l 500 l 000 500 wavenumber/em一 一 图2方案1制备的mPEG—Br的红外光谱 Fig.2 FT—IR spectra of mPEG—Br according procedure to 1 滤。反复3次,以除掉未反应的BPB和胺盐。置人 叫● 一 真空干燥箱中 『=燥24 h得到白色粉末共4.6 g,产率 一 为89%。 H 2.1.2按照方案1合成的大分子引发剂的核磁表 征图谱如下: 2.1 合成的大分子引发剂的红外、核磁表征 _0卡 一。 一08丰 b e 2.1.1 按照方案1合成的大分子引发剂的红外表 征: 方案1制备的大分子引发剂Mpeg—Br的红外 光谱如图2所示,l 115 cm 处为c—O—C反对称 伸缩振动峰;2 885 cmI1处为一OCH,的伸缩振动 峰;l 468 cm 处为亚甲基一cH 一的伸缩振动峰; 531 cm 处为C—Br的伸缩振动峰;1 735 cm 处 8 I 6/X 104 U. 一 出现酯键C ̄--O的伸缩振动峰(酰溴的C—O峰只 会出现在1 725 cm 以下),初步证明了mPEG的 醇羟基与溴丙酰溴发生酰化反应,生成了大分子引 发剂Mpeg—Br。 1O一 图3方案1制备的mPEG—Br的’H NMR谱 Fig.3’H NMR spectra in CDCI3 of mPEG—Br according procedure to 1 张宏艳等大分子引发剂的合成与表征 大分子引发剂mPEG—Br的核磁谱图3所示,在 8-m--3.59×10I6处出现的是峰一CH2CH2O一(Hb)的 H,c一。2011.Vo1.25,No.2■置圆 质子化学位移峰;8—3.37 X 10 处是一OCH (H。) 的质子化学位移峰;5—4.27 X 10 处是一 __[ 一吕 一。 一 一。一』O一B6r—c COOCH2一(Hd)的质子化学位移峰;在8一1.89 X l0I6处出现的是一CH (H )的质子化学位移峰;8— 4.79×10-6处出现的是C—O—C(H )的质子化学位 移峰。但是,图谱中我们可以看出杂峰比较多,副产 物比较多,无法积分,说明酯化反应进行的不完全。 2.1.3按照方案2合成的大分子引发剂的红外表 征 4500 4000 3 500 3000 2 500 2000 l 5o0 1 000 500 wavenumber/cm—I 图4方案2制备的mPEG—Br的红外光谱 Fig.4 FT—IR spectra of mPEG—Br according procedure to 2 按照方案2制备的大分子引发剂mPEG—Br的 红外光谱如图4所示,1 112 cm 处为c—O—c反对 称伸缩振动峰;2 882 cm 处为一OCH,的伸缩振动 峰;1 463 cmI1处为亚甲基一CH 一的伸缩振动峰; 528 cm 处为C—Br的伸缩振动峰;1 733 cm 处出 现酯键C—O的伸缩振动峰,从图谱中可以明显看出 此峰比方案一中的峰要强。初步证明了mPEG的醇 羟基与溴丙酰溴发生酰化反应,生成了大分子引发剂 mPEG—Br。 2.1.4按照方案2合成的大分子引发剂的核磁袁 征图谱如下: 大分子引发剂mPEG—Br的核磁谱图5所示,8 ==4.79×10 I6处出现的C—O—C(H )的质子化学位 移峰明显比图3中此处的位移峰增强,进一步说明采 用方案2成功的合成了大分子引发剂mPEG—Br。 通过积分面积的比值计算大分子引发剂的分子量Mn =5 432 g/mol。酯化率为90% ,×lL’_6 图5 方案2制备的mPEG—Br的’H NMR谱 Fig.5’H NMR spectra in CDCI3 of mPEG—Br according prcoedure to 2 2.2实验结果讨论 方案1,三乙胺在本方案中起着两种作用,即作 为质子催化剂活化了聚乙二醇上的羟基的反应活性, 又作为路易斯减中和了酯化反应中生成的HBr。但 是先期加入三乙胺后,再滴加BPB,实际上是过量的 TEA与BPB上活性强的 —H发生反应,形成三乙 胺的氢正离子,由于这些副反应的发生,不仅消耗了 原料,而且产生了大量杂质,难以提纯。方案2,先加 入了催化剂DMAP,接着加人2一溴丙酰溴,使其在 DMAP的催化下先发生成酯反应,生成副产物溴化 氢,此时在滴加三乙胺,使三乙胺与生成的HBr反 应;2一溴丙酰溴的挥发性很强,但是为了使其具有 较高的反应活性,反应中并不采取低温,而采取常温。 该方案中避免了三乙胺的过量,减少了副反应的发 生,使三乙胺在反应过程中只作为缚酸剂,调整了反 应中的pH值,提高了产率,最终成功合成出大分子 弓I发剂mPEG—b—Br。 以聚乙二醇单甲醚(5000)为原料,2一溴丙酰溴 为溴代剂,采用两种方法合成了大分子引发剂。方案 2中DMAP作为催化剂,TEA作为缚酸剂,合成的大 分子引发剂酯化反应完全,几乎没有副产物的发生。 方案l中不加DMAP,TEA起到催化剂和缚酸剂两种 作用,反应中有更多发副产物生成,酯化反应进行的 l 1一 蟹圆2011.Vo1.25,No.2 科技进展<<Advances in Science&Technology) and poly(ethylene glyco1)as templtaes for monolithic sili- 不完全,降低了大分子引发剂的产率。 参考文献 Wang J S,Matyjaszewski K.“Living’’radical/controlled radical polymerizaition,Transition—metal—catalyzed at· om transfer radical polymerization in the presence of a con· ca material with bimodal pore structure[J].Microporous and Mesoporous Materials.2006,88(1—3):31—37 Lua J J,Yua L M Y,Cheung W W Y.,et a1.The effect of concentration on the bulk adsorption of bovine lipid ex— tract surfaetant[J].Colloids and Surfaces B:Biointerfac— es,2oo3,29(2—3):119—130 Ranger M,Jones M C,Yessine M A.,et a1.From well— defined diblock eopolymem prepared by a versatile atom transfer radical polymerization method to supramolecular ventional radical initiator[J].Macromolecules,1995,28 (22):7572—7573 Ma Y H,Tang Y Q,Billmghanl N C.,et a1.Well—det- eed birocompatible block copolmers viya atom transfer rad- ieal polymerization of 2·-methacryloyloxyethyl phoshoryl·· assemblies[J].Journal ofPolmery SciencePartA:Polymer Chemistry,2001,39:3861 choline in protic pedia[J].Maeromolecules,2003,36: 3475—3484 洪春雁,潘才元.用大分子引发剂法制备嵌段共聚物 Sun Y W,Wang Y J,Guo W.,et a1.Triblock copolymer [J].化学学报.2003,5.4:246—255 (上接第3页) rL一一3.88和rA一一1.0;将得到的相关数据代入式 (23)可得异金属多核配合物累积稳定常数对数值初 值为36.7O,再将初值和Njn形成的二元配合物、三 元配合物和同金属多核配合物累积稳定常数对数值 代入式(24)并迭代2次可得异金属多核配合物累积 稳定常数对数值为36.66,与真值一致。 由2个例子可以看出,使用本文提出方法来测定 参考文献 周小波,刘萱念.异多核配合物在分析化学中的应用 [J].化学世界.1997,1:12—15 塔纳那依柯.异配体配合物和异金属配合物 [2] 皮里品柯,及其在分析化学中的应用[M].陈国亮译.上海:复旦 大学出版社,1988 北京:高等教育出 [3] 《数学手册》编写组.数学手册[M],版社,2004,第二版. 异金属多核配合物稳定常数是可行的。 化肥市场酝酿升温 近期黄淮、华北地区小麦旱情不同程度缓解,截至2011年2月17日,受旱8省已累计浇灌麦田3 923万亩次、追肥3 804万 亩,主产区小麦追肥渐次展开。受此鼓舞,化肥市场不同程度启动,尿素、复合肥价格都开始攀升,经销商后市信心向好市场酝酿 升温。尿素春节上涨了50Yr/t,目前在2 000—2 050元波动,随着南方市场和华北、东北市场的启动及工业用量增加,尿素价格 会持稳;一铵受磷矿石开采和运输制约,货紧价扬,目前55%粉状一铵主流出厂价2 700—2 750元,企业仍有上调价格计划;钾肥 春节后上涨50—100元,虽然成交不太活跃,但有钾肥企业惜售心理明显,随着国际钾价上扬,后期钾肥上涨的可能性非常大;原 料方面:硫磺目前主流成交价格为1 500~1 600元,价格可能继续上行。另外铁路运力紧张、化肥发运不畅,导致局部市场货源 紧张价格可能上涨;农产品价格坚挺将使农民加大农业投人。因此化肥后市有望继续升温。 商务部强调加强稀土出口流通管理 商务部发言人姚坚2011年2月17 Et在月度例行发布会上表示,商务部将在稀土出口流通方面进一步加大工作力度,规范 稀土出口经营秩序,打击稀土非法走私。他表示,中国稀土出口的政策是明确的,是按照世贸规则制定的。 12— 

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