Amines as (co)initiators of cyclic esters' polymerization

• Autorzy: Duda A. , Biela T. , Kowalski A. , Libiszowski J.

Warianty tytułu

PL

Aminy jako (ko)inicjatory polimeryzacji cyklicznych estrów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A review reports on application of amines as (co)initiators in the ring-opening polymerization of aliphatic cyclic esters. First, the use of tertiary amines (R3N) as initiators of the controlled polymerization of highly strained, four-membered b-lactone (b-propiolactone, PL) is described [equation (1)]. Then attempts at the high temperature polymerizations of the medium strained, six- and seven-membered d- and e-lactones initiated with primary amines (RNH2) or a-amino acids are briefly discussed. Finally, it is shown in more detail that the best results have been obtained recently in the processes catalyzed additionally with tin(II) octoate [Sn(Oct)2]. Mechanisms of these polymerizations are also discussed. Results of the kinetic studies [equation (9) and (10)] as well as 1H NMR, MALDI TOF mass spectrometry, and size exclusion chromatography (SEC) measurements, carried out in the authors' laboratory, indicate that polymerizations of e-caprolactone (CL) or L,L-lactide (LA) initiated with RNH2/Sn(Oct)2 fulfill living process criteria and therefore allow to fully control the syntheses of the corresponding polymers. The selected syntheses applications, such as preparation of the copolymers N-carboxyanhydrides of a-aminoacids and LA [equation (7)] or star-shaped polymers based on polyamino dendrimers [formula (I) and (II)] are also described.

PL

Artykuł przeglądowy dotyczący zastosowania amin jako (ko)inicjatorów w polimeryzacji z otwarciem pierścienia cyklicznych estrów alifatycznych rozpoczęto od opisu chronologicznie najwcześniejszego wykorzystania trzeciorzędowych amin (R3N) do inicjowania kontrolowanej polimeryzacji silnie naprężonego, czteroczłonowego b-laktonu - b-propiolaktonu (PL) [równanie (1)]. Następnie przedstawiono próby wysokotemperaturowej polimeryzacji sześcio- i siedmioczłonowych d- i e-laktonów o średnim naprężeniu pierścienia inicjowanej pierwszorzędowymi aminami (RNH2) lub a-aminokwasami. Ostatecznie wykazano, że najlepsze wyniki uzyskuje się w procesie dodatkowo katalizowanym oktanianem cyny(II) [Sn(Oct)2]. Wprowadzenie dodatkowego katalizatora pozwala m.in. na obniżenie temperatury reakcji i powoduje zwiększenie ciężaru cząsteczkowego produktów. Przedyskutowano mechanizm takiej polimeryzacji. Wyniki własnych badań kinetycznych [równania (9) i (10)] oraz analiz otrzymanych polimerów metodami 1H NMR, spektrometrii masowej MALDI TOF i chromatografii z wykluczeniem objętości (SEC) wskazują, że polimeryzacje e-kaprolaktonu (CL) lub L,L-laktydu (LA) inicjowane układem RNH2/Sn(Oct)2 spełniają kryteria procesu żyjącego i dlatego pozwalają na w pełni kontrolowaną syntezę odpowiednich polimerów. Opisano wybrane zastosowania preparatywne, mianowicie syntezę kopolimerów N-karboksybezwodników a-aminokwasów i LA [równanie (7)] oraz poliestrów gwiaździstych na podstawie dendrymerów poliaminowych [wzory (I) i (II)].

Słowa kluczowe

EN

e-caprolactone; L,L-lactide; b-lactones; a-amino acids; amines; tin(II) octoate; ring opening polymerization; aliphatic polyesters; star-shaped polymers

PL

ε-kaprolakton; epsilon-kaprolakton; L,L-laktyd; b-laktony; a-aminokwasy; aminy; oktanian cyny(II); polimeryzacja z otwarciem pierścienia; alifatyczne poliestry; polimery gwiaździste

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2005
• Tom: T. 50, nr 7-8
• Strony: 501--508
• Opis fizyczny: Bibliogr. 50 poz.

Twórcy

autor

Duda A.

• Centrum Badań Molekularnych i Makromolekularnych PAN, Zakład Chemii Polimerów, ul. Sienkiewicza 112, 90-363 Łódź

autor

Biela T.

• Centrum Badań Molekularnych i Makromolekularnych PAN, Zakład Chemii Polimerów, ul. Sienkiewicza 112, 90-363 Łódź

autor

Kowalski A.

• Centrum Badań Molekularnych i Makromolekularnych PAN, Zakład Chemii Polimerów, ul. Sienkiewicza 112, 90-363 Łódź

autor

Libiszowski J.

• Centrum Badań Molekularnych i Makromolekularnych PAN, Zakład Chemii Polimerów, ul. Sienkiewicza 112, 90-363 Łódź

Bibliografia

• 1. ”Biopolymers", (a) Vol. 3a: "Polyesters I - Biological Systems and Biotechnologieal Production"; (b) Vol. 3b: "Polyesters II - Properties and Chemieal Synthesis"; (c) Vol. 4: "Polyesters III - Applications and Commercial Produets" (eds. Steinbuchel, A., Doi, Y), Wiley-VCH, Weinheim 2002.
• 2. Lundberg R. D., Cox E. F.: .Lactones" in "Ring- Opening Polymerization" (eds. Frish K c., Reegen S. L.), Marcel Dekker, New York, London 1969, p.247.
• 3. Johns D. B., Lenz R. W., Luecke A.: "Lactones", in “Ring-Opening Polymerization" (eds. Ivin K J., Saegusa T.), Elsevier Applied Science Publishers, London, New York 1984, Vol. l, p. 461.
• 4. Jerome R., Teyssie Ph.: "Anionie Ring-Opening Polymerization: Lactones" in "Comprehensive Polymer Science", Vol. 3: "Chain Polymerization", Part I, (eds. Allen G. et al.), Pergamon Press, Oxford 1989, p.501.
• 5. Loefgren A., Albertson A.-Ch., Dubois E, Jerome R.: J. Macromol. Sci.-Rev. Macromol. Chem. Phys. 1995, C35,379.
• 6. Mecerreyes D., Jerome R., Dubois E: Adv. Polym. Sci. 1998,147, l.
• 7. Slomkowski S., Duda A.: "Anionie Ring-Opening Polymerization" in "Ring-Opening Polymerization: Mechanism, Catalysis, Structure, Utility", (ed. Brunelle D. J.), Hanser Publishers, Munieh, Vienna, New York, Barcelona 1993, p. 87.
• 8. Duda A., Penczek S.: "Mechanisms of Polyaliphatie Ester Formation" in" Biopolymers", Vol. 3b: "Polyesters II - Properties and Chemieal Synthesis", (eds, Steinbuchel, A., Doi, Y.), Wiley-VCH, Weinheim 2002, p. 371.
• 9. Connor, E. F., Nyce G. W., Myers M., Moeck A., Hedrick J. L: J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 914.
• 10. Kobayashi, S.: J. Polym. Sci. Part A: Polym. Chem. 1999,37,3041.
• 11. Kobayashi S., Uyama H., Kimura S.: Chem. Rev. 2001, 101,3793.
• 12. Duda A.: Polimery 2004, 49, 469.
• 13. Duda A., Penczek S.: Polimery 2003, 48, 16.
• 14. Duda A.: Polimery 2002,47,469.
• 15. Duda A., Kowalski A., Libiszowski J.: Polimery 2000, 45,465.
• 16. Duda A.: Polimery 1998, 43, 135.
• 17. Duda A.: Polimery 1995, 40, 393.
• 18. Duda A.: Polimery 1994, 39, 403.
• 19. Duda A.: Polimery 1992, 37, 293.
• 20. Duda A.: J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 1992,30, . 21.
• 21. Duda A., Penczek S.: Polimery 1989, 34,429.
• 22. Kowalski A., Duda A., Penczek S.: Macromolecules 2000,33,7359.
• 23. Rypacek F.: s" International Workshop on Biodegradable Plastics and Polymers, Stockholm, Sweden, June 9-13,1998.
• 24. Cai Q., Zhao Y, Bei J., Xi F., Wang S.: Biomacromolecules 2003, 4, 828.
• 25. Liu J., Liu L.: Macromolecules 2004, 37, 2674.
• 26. Spinu M., Jackson c., Keating M. Y, Gardner K. H.: J. Macromol. Sci. -Pure Appl. Chem. 1996, A33, 1497.
• 27. Lee S. -H., Kim S. H., Han Y K, Kim Y H.: J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 2001,39,973.
• 28. Zhao Y L., Cai Q., Jiang J., Shuai X. T., Bei J. Z., Chen C. F., Xi F.: Polymer 2002,43,5819.
• 29. Sanda F., Sanada H., Shibasaki Y, Endo T.: Macromolecules 2002, 35,680.
• 30. Ydens Y., Degee Ph., Dubois Ph., Libiszowski J., Duda A., Penczek S.: Macromol. Chem. Phys. 2003, 204,171.
• 31. Biela T., Duda A., Rode K, Pasch H.: Polymer 2003, 44,1851.
• 32. Kowalski A., Libiszowski J., Biela T., Cypryk M., Duda A., Penczek 5.: Macromolecules 2005, sent to the Editorial Office.
• 33. Gresham T. L., Jansen J. E., Shaver E w.: J. Am. Chem. Soc. 1948,70,998.
• 34. French Patent 1,231,163 (1960).
• 35. Thiebaut R, Fisher N., Entienne Y., Coste J.: Ind. Piast. Mod. 1962,14,13.
• 36. Jaacs v., Mathes N.: Makromol. Chem. 1970,131,295.
• 37. Mathes N., Iaacs v.: Makromol. Chem. 1971,142,209.
• 38. Kagiya T., Sano T., Fukui K: Kogyo Kagaku Zasshi 1964,67,951; ibid. 1965,68,1144.
• 39. Slomkowski S., Penczek S.: Macromolecules 1976, 9, 367; ibid. 1980,13,229.
• 40. Yamashita Y., Ito K, Nakakita F. Makromol. Chem. 1969,127,179.
• 41. Slomkowski S.: Polymer 1986,27, 71.
• 42. Young D. M., Hostettler E, Shriver L. c., McLaughlin R w.: Polym. Prepr. (Am. Chem. Soc. Division oj Paint Plastics, and Printing Ink Chemistry) 1956,16(3), 108.
• 43. Saotome K, Kodaira Y.: Makromol. Chem. 1965,82,41
• 44. Dubois P., Degee P., Jerorne R, Teyssie P.: Macromolecules 1992,25,2614.
• 45. Rypacek E, Stefko L, Machova L., Kubies D., Brus J. Polym. Prepr. (Am. Chem. Soc. Div. Polym. Chem.) 2002 39(2),126.
• 46. Caillol S., Lecommandoux S., Mingotaud A. -F. Schappacher M., Soum A., Bryson M., Meyrueix R. Macromolecules 2003, 36, 1118.
• 47. Kowalski A., Duda A., Penczek S.: Macromol. Rapid Commun. 1998,19,567.
• 48. Kowalski A.,. Duda A., Penczek S.: Macromolecules 2000,33,689.
• 49. Donaldson J. D., Jelen A.: J. Chem. Soc. A 1968, 1448.
• 50. Birchal T., Faggiani R, Lock C. J. L., Manivannan V. J. Chem. Soc., Dalton. Trans. 1987, 16759.