Катионная полимеризация β-пинена в присутствии алюминийорганических соединений в качестве катализаторов

  • Максим Игоревич Гульник Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь; Научно-исследовательский институт физико-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь
  • Ольга Валерьевна Кухаренко Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь; Научно-исследовательский институт физико-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь
  • Сергей Викторович Костюк Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0002-7466-3662
DOI: https://doi.org/10.33581/2520-257X-2020-2-98-107

Аннотация

Исследована катионная полимеризация β-пинена, мономера, получаемого из возобновляемого сырья, в присутствии различных алкилалюминий хлоридов ((iBu)3Al2Cl3, Et3Al2Cl3 и Мe2AlCl) в смеси растворителей дихлорметан/метилциклогексан (ДХМ/МЦГ) при –78 °C. Изучено влияние концентрации катализатора [(iBu)3Al2Cl3] и добавки различных электронодоноров на скорость полимеризации и молекулярно-массовые характеристики синтезируемых поли(β-пиненов). Проведена контролируемая катионная полимеризация β-пинена в присутствии инициирующей системы СumCl/Мe2AlCl в среде растворителей ДХМ/МЦГ (2 : 3 по объему) при –78 °C. Синтезированы образцы полимера с молекулярной массой до 6400 г/моль и относительно низкой полидисперсностью (Mw/Mn < 1,42). Методом спектроскопии ЯМР 1H исследована микроструктура синтезированного поли(β-пинена).

Биографии авторов

Максим Игоревич Гульник, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь; Научно-исследовательский институт физико-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь

аспирант химического факультета БГУ; младший научный сотрудник лаборатории катализа полимеризационных процессов Научно-исследовательского института физико-химических проблем БГУ

Ольга Валерьевна Кухаренко, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь; Научно-исследовательский институт физико-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь

студентка химического факультета БГУ, техник лаборатории катализа полимеризационных процессов Научно-исследовательского института физико-химических проблем БГУ

Сергей Викторович Костюк, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

доктор химических наук, доцент; заведующий кафедрой высокомолекулярных соединений химического факультета БГУ, заведующий лабораторией катализа полимеризационных процессов Научно-исследовательского института физико-химических проблем БГУ

Литература

  1. Zhu Y, Romain C, Williams CK. Sustainable polymers from renewable resources. Nature. 2016;540:354–362. DOI: 10.1038/nature21001.
  2. Meier MAR, Metzger JO, Schubert US. Plant oil renewable resources as green alternatives in polymer science. Chemical Society Reviews. 2007;36:1788–1802. DOI: 10.1039/B703294C.
  3. Williams CK, Hillmyer MA. Polymers from renewable resources: a perspective for a special issue of polymer reviews. Polymer Reviews. 2008;48(1):1–10. DOI: 10.1080/15583720701834133.
  4. Holmberg AL, Reno KH, Wool RP, Ebbs TH, III. Biobased building blocks for the rational design of renewable block polymers. Soft Matter. 2014;10(38):7405–7424. DOI: 10.1039/C4SM01220H.
  5. Gandini A, Lacerda TM. From monomers to polymers from renewable resources: recent advances. Progress in Polymer Science. 2015;48:1–39. DOI: 10.1016/j.progpolymsci.2014.11.002.
  6. Llevot A, Dannecker P-K, von Czapiewski M, Over LC, Söyler Z, Meier MAR. Renewability is not enough: recent advances in the sustainable synthesis of biomass‐derived monomers and polymers. Chemistry European Journal. 2016;22(33):11510–11521. DOI: 10.1002/chem.201602068.
  7. Winnacker M, Rieger B. Recent progress in sustainable polymers obtained from cyclic terpenes: synthesis, properties, and application potential. ChemSusChem. 2015;8(15):2455–2471. DOI: 10.1002/cssc.201500421.
  8. Thomsett MR, Moore JC, Buchard A, Stockman RA, Howdle SM. New renewably-sourced polyesters from limonene-derived monomers. Green Mater. 2019;21(1):115–134. DOI: 10.1039/C8GC02957A.
  9. Sahu P, Bhowmick AK, Kali G. Terpene based elastomers: synthesis, properties, and applications. Processes. 2020;8(5):553. DOI: 10.3390/pr8050553.
  10. Baser KHC, Buchbauer G, editors. Handbook of essential oils: science, technology, and applications. Boca Raton: CRC Press; 2009. 991 p.
  11. Roberts WJ. A study of the polymerization of α- and β-pinene with Friedel – Crafts type catalysts. Journal of the American Chemical Society. 1950;73(2):1226–1230. DOI: 10.1021/ja01159a044.
  12. Kennedy JP. Cationic polymerization of olefins: a critical inventory. New York: Wiley-Interscience; 1975. 337 p.
  13. Lu J, Kamigaito M, Sawamoto M, Higashimura T, Deng JX. Living cationic isomerization polymerization of β-pinene. 1. Initiation with HCl-2-chloroethyl vinyl ether adduct/TiCl3(OiPr) in conjunction with nBu4NCl. Macromolecules. 1997;30(1):22–26. DOI: 10.1021/ma960118t.
  14. Lu J, Kamigaito M, Sawamoto M, Higashimura T, Deng JX. Living cationic isomerization polymerization of β-pinene. 2. Synthesis of block and random copolymers with styrene or p-methylstyrene. Macromolecules. 1997;30(1):27–31. DOI: 10.1021/ma9610976.
  15. Martinez F. Cationic polymerization of β-pinene. Journal of Polymer Science: Polymer Chemistry Edition. 1984;22(3):673–677. DOI: 10.1002/pol.1984.170220317.
  16. Lu J, Kamigaito M, Sawamoto T, Higashimura T, Deng JX. Cationic polymerization of β-pinene with AlCl3/SbCl3 binary catalyst: comparison with α-pinene polymerization. Journal of Applied Polymer Science. 1996;61(6):1011–1016. DOI: 10.1002/(SICI)1097–4628(19960808)61:6<1011::AID-APP15 >3.0.CO;2-Z.
  17. Guine RPF, Castro JAAM. Polymerization of β-pinene with ethylaluminum dichloride (C2H5AlCl2). Journal of Applied Polymer Science. 2001;82(10):2558–2565. DOI: 10.1002/app.2107.
  18. Satoh K, Sugiyama H, Kamigaito M. Biomass-derived heat-resistant alicyclic hydrocarbon polymers: poly(terpenes) and their hydrogenated derivatives. Green Chemistry. 2006;8(10):878–882. DOI: 10.1039/B607789G.
  19. Yu P, Li A-L, Liang H, Lu J. Polymerization of β‐pinene with Schiff‐base nickel complexes catalyst: synthesis of relatively high molecular weight poly(β‐pinene) at high temperature with high productivity. Journal of Polymer Science. Part A: Polymer Chemistry. 2007;45(16):3739–3746. DOI: 10.1002/pola.22124.
  20. Kukhta NA, Vasilenko IV, Kostjuk SV. Room temperature cationic polymerization of β-pinene using modified AlCl3 catalyst: toward sustainable plastics from renewable biomass resources. Green Chemistry. 2011;13(9):2362–2364. DOI: 10.1039/C1GC15593H.
  21. Satoh K, Nakahara A, Mukunoki K, Sugiyama H, Saito H, Kamigaito M. Sustainable cycloolefin polymer from pine free oil for optoelectronics material: living cationic polymerization of β-pinene and catalytic hydrogenation for high-molecular-weight hydrogenated poly(β-pinene). Polymer Chemistry. 2014;5(9):3222–3240. DOI: 10.1039/C3PY01320K.
  22. Hadjikyriacou S, Acar M, Faust R. Living and controlled polymerization of isobutylene with alkylaluminium halides as coinitiators. Macromolecules. 2004;37(20):7543–7547. DOI: 10.1021/mao49082s.С
Опубликован
2020-08-25
Ключевые слова: β-пинен, катионная полимеризация, алкилалюминий хлориды, контролируемая катионная полимеризация, электронодонор, протонная ловушка
Поддерживающие организации Данная работа была выполнена в рамках государственной программы научных исследований «Химические технологии и материалы» (подпрограмма «Лесохимия», задание 4.1.12 «Синтез новых полимерных материалов на основе мономеров терпенового ряда и канифоли» (№ 20180174)).
Как цитировать
Гульник, М. И., Кухаренко, О. В., & Костюк, С. В. (2020). Катионная полимеризация β-пинена в присутствии алюминийорганических соединений в качестве катализаторов. Журнал Белорусского государственного университета. Химия, 2, 98-107. https://doi.org/10.33581/2520-257X-2020-2-98-107
Выпуск
№ 2 (2020): Журнал Белорусского государственного университета. Химия
Раздел
Оригинальные статьи

Copyright (c) 2020 Журнал Белорусского государственного университета. Химия

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).