Cинтез моно-, ди- и трифункциональных полиизобутиленов с концевыми гидроксильными группами

  • Николай Сергеевич Богдан Научно-­исследовательский институт физико­-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь; Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Дмитрий Иванович Шиман Научно-­исследовательский институт физико­-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь
  • Людмила Владимировна Гапоник Научно-­исследовательский институт физико-­химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь
  • Сергей Викторович Костюк Научно-­исследовательский институт физико-­химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь; Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

Аннотация

Разработан эффективный метод синтеза полиизобутилена с концевыми гидроксильными группами. Метод заключается в совмещении стадий контролируемой катионной полимеризации изобутилена в присутствии комплекса FeCl3 ⋅ 1,4iPrOH как соинициатора и алкилирования фенола образовавшимся полиизобутиленом in situ, катализируемого хлоридами железа(III) и алюминия. Показано, что высокие скорость алкилирования и степень функционализации в процессе модификации полиизобутилена достигаются при комнатной температуре и использовании кратных избытков комплексов фенола с кислотами Льюиса. Синтезированы моно-, ди- и трифункциональные полиизобутилены с концевыми гидроксильными группами, характеризующиеся широким диапазоном молекулярных масс (1000–10000 г/моль) и низкой полидисперсностью (Mw /Mn = 1,2).

Биографии авторов

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

младший научный сотрудник лаборатории катализа полимеризационных процессов Научно-­исследовательского института физико­-химических проблем БГУ, ассистент кафедры высокомолекулярных соединений химического факультета БГУ

 

Дмитрий Иванович Шиман, Научно-­исследовательский институт физико­-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь

кандидат химических наук, доцент; ведущий научный сотрудник лаборатории катализа полимеризационных процессов

 

Людмила Владимировна Гапоник, Научно-­исследовательский институт физико-­химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь

кандидат химических наук; старший научный сотрудник лаборатории катализа полимеризационных процессов

 

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

доктор химических наук, профессор; главный научный сотрудник лаборатории катализа полимеризационных процессов Научно-исследовательского института физико-­химических проблем БГУ, заведующий кафедрой высокомолекулярных соединений химического факультета БГУ

 

Литература

  1. Brandrup J, Immergut EH, McDowell W, editors. Polymer handbook. 2nd edition. New York: John Wiley & Sons; 1975. [1408 p.].
  2. Le Floch P, Meixuanzi S, Tang J, Liu J, Suo Z. Stretchable seal. ACS Applied Materials and Interfaces. 2018;10(32):27333–27343. DOI: 10.1021/acsami.8b08910.
  3. Pinchuk L, Wilson GJ, Barry JJ, Schoephoerster RT, Parel J-M, Kennedy JP. Medical applications of poly(styrene-block-isobutylene-block-styrene) («SIBS»). Biomaterials. 2008;29(4):448–460. DOI: 10.1016/j.biomaterials.2007.09.041.
  4. Wang KS, Osborne JL, Hunt JA, Nelson MK, inventors; Alza Corporation, assignee. Polyisobutylene adhesives for transdermal devices. United States patent US 5508038. 1996 April 16.
  5. Zirbs R, Binder W, Gahleitner M, Machl D. «Grafting from»-living cationic polymerization of poly(isobutylene) from silicananoparticle surfaces. Macromolecular Symposia. 2007;254:93–96. DOI: 10.1002/masy.200750814.
  6. Puskas JE, Chen Y, Dahman Y, Padavan D. Polyisobutylene-based biomaterials. Journal of Polymer Science. Part A, Polymer Chemistry. 2004;42(13):3091–3109. DOI: 10.1002/pola.20114.
  7. Tripathy R, Ojha U, Faust R. Polyisobutylene modified bisphenol A diglycidyl ether based epoxy resins possessing improved mechanical properties. Macromolecules. 2011;44(17):6800–6809. DOI: 10.1021/ma201081y.
  8. Guo A-R, Yang X-J, Yan P-F, Wu Y-X. Synthesis of highly reactive polyisobutylenes with exo-olefin terminals via controlled cationic polymerization with H2O/ FeCl3 / i PrOH initiating system in nonpolar hydrocarbon media. Journal of Polymer Science. Part A, Polymer Chemistry. 2013;51(19):4200–4212. DOI: 10.1002/pola.26834.
  9. Kumar R, Dimitrov P, Bartelson KJ, Emert J, Faust R. Polymerization of isobutylene by GaCl3 or FeCl3/ether complexes in nonpolar solvents. Macromolecules. 2012;45(21):8598–8603. DOI: 10.1021/ma3017585.
  10. Kumar R, De P, Zheng B, Huang K-W, Emert J, Faust R. Synthesis of highly reactive polyisobutylene with FeCl3/ether complexes in hexane; kinetic and mechanistic studies. Polymer Chemistry. 2015;6(2):322–329. DOI: 10.1039/C4PY01039F.
  11. Yan P-F, Guo A-R, Liu Q, Wu Y-X. Living cationic polymerization of isobutylene coinitiated by FeCl3 in the presence of isopropanol. Journal of Polymer Science. Part A, Polymer Chemistry. 2012;50(16):3383–3392. DOI: 10.1002/pola.26126.
  12. Bohdan M, Shiman DI, Nikishau PA, Vasilenko IV, Kostjuk SV. Quasiliving carbocationic polymerization of isobutylene using FeCl3 as an efficient and water-tolerant Lewis acid: synthesis of well-defined telechelic polyisobutylenes. Polymer Chemistry. 2022;13(42):6010–6021. DOI: 10.1039/D2PY01106A.
  13. Szabό Á, Wacha A, Thomann R, Szarka G, Bόta A, Béla Iván. Synthesis of poly(methyl methacrylate)-poly(poly(ethylene glycol)methacrylate)-polyisobutylene ABCBA pentablock copolymers by combining quasiliving carbocationic and atom transfer radical polymerizations and characterization thereof. Journal of Macromolecular Science. Part A, Pure and Applied Chemistry. 2015;52(4):252–259. DOI: 10.1080/10601325.2015.1007268.
  14. Di Serio M, Garaffa R, Santacesaria E. Hydroformylation of polyisobutene. Journal of Molecular Catalysis. 1991;69(1):1–14. DOI: 10.1016/0304-5102(91)80099-O.
  15. Storey RF, Lee Y. Sulfonation of tert-alkyl chlorides: application to the tert-chloride-terminated polyisobutylene system. Journal of Polymer Science. Part A, Polymer Chemistry. 1991;29(3):317–325. DOI: 10.1002/pola.1991.080290304.
  16. Zhang C-L, Wu Y-X, Xu X, Li Y, Feng L, Wu G-Y. Synthesis of polyisobutylene with arylamino terminal group by combination of cationic polymerization with alkylation. Journal of Polymer Science. Part A, Polymer Chemistry. 2008;46(3):936–946. DOI: 10.1002/pola.22437.
  17. Boileau S, Mazeaud-Henri B, Blackborow R. Reaction of functionalised thiols with oligoisobutenes via free-radical addition: some new routes to thermoplastic crosslinkable polymers. European Polymer Journal. 2003;39(7):1395–1404. DOI: 10.1016/S0014-3057(02)00388-9.
  18. Kulai I, Karpus A, Bergbreiter DE, Al-Hashimi M, Bazzi HS. Organocatalytic Michael addition as a method for polyisobutylene chain‐end functionalization. Macromolecular Rapid Communications. 2020;41(17):2000382. DOI: 10.1002/marc.202000382.
  19. Pásztói B, Trötschler TM, Szabó Á, Szarka G, Kerscher B, Mülhaupt R, et al. Synthesis of tosyl- and nosyl-ended polyisobutylenes with high extent of functionalities: the effect of reaction conditions. Polymers. 2020;12(11):2504. DOI: 10.3390/polym12112504.
  20. Samunual P, Bergbreiter DE. SN 2 reactions in hydrocarbon solvents using ammonium-terminated polyisobutylene oligomers as phase-solubilizing agents and catalysts. The Journal of Organic Chemistry. 2018;83(18):11101–11107. DOI: 10.1021/acs.joc.8b01718.
  21. Castano M, Alvarez A, Becker ML, Puskas JE. Synthesis of polyisobutylene-polycaprolactone block copolymers using enzyme catalysis. Express Polymer Letters. 2016;10(8):693–700. DOI: 10.3144/expresspolymlett.2016.62.
  22. Nikishau PA, Ksendzov EA, Shiman DI, Gaponik LV, Kostjuk SV. Synthesis of functionalized polyisobutylene and its block copolymers with D,L-lactide. Journal of the Belarusian State University. Chemistry. 2019;2:40 –50. Russian. DOI: 10.33581/2520-257X-2019-2-40-50.
  23. Toth K, Kekec NC, Nugay N, Kennedy JP. Polyisobutylene-based polyurethanes. VIII. Polyurethanes with —O—S—PIB— S—O—soft segments. Journal of Polymer Science. Part A, Polymer Chemistry. 2016;54(8):1119–1131. DOI: 10.1002/pola.27951.
  24. Prudnikau A, Shiman DI, Ksendzov E, Harwell J, Bolotina EA, Nikishau PA, et al. Design of cross-linked polyisobutylene matrix for efficient encapsulation of quantum dots. Nanoscale Advances. 2021;3(5):1443–1454. DOI: 10.1039/D0NA01012J.
  25. Morgan DL, Storey RF. End-quenching of quasi-living isobutylene polymerizations with alkoxybenzene compounds. Macromolecules. 2009;42(18):6844 –6847. DOI: 10.1021/ma901479n.
  26. Dimitrov P, Emert J, Hua J, Keki S, Faust R. Mechanism of isomerization in the cationic polymerization of isobutylene. Macromolecules. 2011;44(7):1831–1840. DOI: 10.1021/ma102645w.
  27. Lange A, Csihony S, Kleiner M, inventors; BASF SE, assignee. Process for preparing functionalized polyisobutenes and derivatives thereof. United States patent US 2015/0315309 A1. 2015 November 5.
  28. Gaffen JR, Bentley JN, Torre LC, Chu C, Baumgartner T, Caputo CB. A simple and effective method of determining Lewis acidity by using fluorescence. Chem. 2019;5(6):1567–1583. DOI: 10.1016/j.chempr.2019.03.022.
Опубликован
2024-03-20
Ключевые слова: катионная полимеризация, полиизобутилен, алкилирование, фенол
Поддерживающие организации Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования Республики Беларусь (задание 2.1.01.03 государственной программы научных исследований «Химические процессы, реагенты и технологии, биорегуляторы и биооргхимия», № гос. регистрации 20210512).
Как цитировать
Богдан, Н. С., Шиман, Д. И., Гапоник, Л. В., & Костюк, С. В. (2024). Cинтез моно-, ди- и трифункциональных полиизобутиленов с концевыми гидроксильными группами. Журнал Белорусского государственного университета. Химия, 1, 51-62. Доступно по https://journals.bsu.by/index.php/chemistry/article/view/6049
Выпуск
№ 1 (2024): Журнал Белорусского государственного университета. Химия
Раздел
Оригинальные статьи

Copyright (c) 2024 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).