日本化學家合成出前所未有的獨特聚合物結構

利用重氮羰基化合物作為單體的聚合物合成方法之發展

二十多年來，愛媛大學的伊原研究團隊專注於開發以重氮羰基化合物作為單體的創新聚合物合成方法。他們發現，利用鈀（Pd）基引發劑可以使重氮乙酸酯聚合，產生碳-碳（C-C）主鏈聚合物，主鏈中的每個碳原子都與一個烷氧羰基（酯）基團相連。

與傳統的乙烯基聚合不同，乙烯基聚合中聚合物主鏈由乙烯和苯乙烯等乙烯基單體的二碳單元構建而成，而重氮乙酸酯聚合則由單碳單元形成C-C主鏈。這種獨特的過程被稱為C1聚合，是這種合成方法的一個顯著且重要的特徵。

烷基丙烯酸酯的乙烯基聚合產物在主鏈每隔一個碳原子上有取代基，而C1聚合的產物在每個主鏈碳原子上都有相同的取代基。預計這種結構差異將為後者的產物帶來獨特的物理性質和功能。

C1聚合的產物預計具有增強的物理性質和功能。在有關C1聚合專案的首篇論文發表（E. Ihara等人，《大分子》，36卷，36頁（2003年））之後，世界各地的許多研究團隊都對C1聚合展開了深入研究。

研究人員設計出了Pd基引發劑的結構，成功提高了它們在C1聚合中的活性。例如，現在已經可以製備高分子量聚合物（分子量 > 50000）、控制C-C主鏈的立體結構（規整度），並且能在聚合物鏈的一端定量引入官能團。

此外，利用C1聚合物的獨特結構，研究人員成功製備出酸性增強、熔點比具有相同取代基的乙烯基聚合物高得多（高達130 °C）的C1聚合物。而且，研究發現C1聚合物在弱鹼性條件下可以有效地降解為低分子量化合物，考慮到它們作為環境友好型聚合物材料的潛力，這一特性非常重要。

與此同時，研究證明，分子中含有兩個重氮羰基基團的雙（重氮羰基）化合物可以用作縮聚反應的單體，產生出各種具有前所未有的化學結構的新型聚合物。在縮聚反應中，利用了重氮羰基基團的獨特反應性，例如O-H和N-H插入以及C=C鍵的形成。

基於這種新的縮聚反應，研究人員可以製備出在弱酸性條件下易於降解且具有電致變色特性（在薄膜狀態下施加電壓時可逆地改變顏色）的聚合物。在有關這一縮聚專案首篇論文發表（E. Ihara等人，《大分子》，43卷，4589頁（2010年））之後，這些成果激發了世界各地對類似專案的研究。

參考文獻：Eiji Ihara所著《以重氮羰基化合物作為單體的聚合物合成之發展》，2024年10月10日，《聚合物雜誌》。DOI：10.1038/s41428-024-00954-1