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长春应化所王献红团队Angew发文

2021.12.13

　　近年来，随着可持续发展战略逐渐深入人心，“碳达峰”、“碳中和”被提上日程。五元环状碳酸丙烯酯（PC）作为CO2储存与利用的代表性（CCU）下游产品，其具有来源广泛、低毒、低挥发性的优势。因此，实现PC的增值利用不仅契合我国可持续发展的战略目标，而且还能为绿色化学合成提供一种潜在的理想原料。然而众所周知的是，PC环的环张力极小，从热力学角度来说一种“不可聚合的”环状单体，从而大大限制了它在化学领域的增值化利用。

　　自从Soga 教授等在1977年首次报道了PC 开环聚合的研究以来，在随后的几十年里，虽然也有学者进行过PC开环聚合的研究，但遗憾的是，最后都只能得到少量的寡聚物以及大量的副产物（Fig. 1a）。科学家的努力为PC开环聚合提供了宝贵的经验，但模糊的聚合机理以及副产物的复杂性仍然是阻碍这个领域发展的主要障碍。

　　近日，中国科学院长春应用化学研究所王献红研究员（点击查看介绍）团队提出了PC开环聚合的详细机理，据此，作者首次开创了环状碳酸酯与环状酸酐共聚体系。作者基于对PC开环聚合的详细研究，首次提出了一种以环氧丙烷（PO）为重要中间体的开环聚合机理。以此为核心，他们提出了一种以环状酸酐原位捕捉中间体PO（PC脱羧）的策略，可以快速的将环状碳酸酯转化为完全交替的聚酯材料（Fig. 1b）。相比于传统的环氧与酸酐共聚体系，该策略具有以下优势：① PO的缓释效应确保了聚酯的完全交替结构，无副反应；② PC的快速、定量转化；③ CO2的释放为聚合过程的实时监测提供了便利的依据。

　　值得一提的是，作者通过串联聚合的手段，可以同时将PC完全转化为聚酯和聚碳酸酯两种聚合物。一方面，利用环状酸酐将释放的PO原位转化为聚酯，另一方面可以利用环氧化物将释放CO2转化为聚碳酸酯，因此实现了PC的高原子经济性聚合（Fig.2）。

　　随后，作者通过详细的研究发现，环状碳酸酯与环状酸酐的共聚具有很好的普适性，是一个非常实用的共聚体系。比如，通过将三种代表性的环状碳酸酯与环状酸酐两两组合，可以得到九种不同结构的聚酯材料（Table 1）。这意味着可以通过设计不同结构的环状碳酸酯单体，然后将其与各种环状酸酐共聚，能得到一系列预期结构的聚酯。这项研究成果不仅拓展了环状碳酸酯在化学领域更广泛的利用，还为聚酯以及其它环氧基产品的合成提供了一种全新的思路，因此具有重大意义。