TWI816533B - 一種聚乳酸的合成方法及其觸媒 - Google Patents

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Abstract

一種通式(1)所示之化合物, (1)
其中,R 1、R 2、R 3如本文所述。該化合物可作為丙交酯之聚合反應的觸媒以降低聚合反應之反應溫度和時間,並合成高分子量之聚乳酸。本發明亦揭露通式(1)之化合物的合成方法以及使用通式(1)之化合物的聚乳酸之合成方法。

Description

一種聚乳酸的合成方法及其觸媒
本發明係與聚乳酸合成有關;特別是指一種聚乳酸的合成方法及該方法中用於催化聚乳酸合成之觸媒。
近年來,可生物降解聚合物在基礎研究和化學工業領域為備受關注的議題,其中最受關注的就是聚乳酸(polylactide或polylactic acid,縮寫PLA)。由於聚乳酸具有良好的力學性能、生物降解性和生物相容性,聚乳酸已廣泛應用於組織工程、醫療器械、包裝材料等領域。
目前聚乳酸的合成通常採用開環聚合(ring-opening polymerization,即ROP),包含將乳酸分子通過低聚和解聚得到丙交酯(lactide),再以丙交酯為反應物進行開環聚合反應以合成聚乳酸,反應中會加入錫、鋅或鋁的羧酸鹽、氧化物和醇鹽作為觸媒,例如:辛酸亞錫(stannous octoate)、氯化亞錫(Tin(II)chloride,SnCl2),催化開環聚合反應。然而,目前已知用以催化丙交酯之開環聚合反應的觸媒,無法使丙交酯之開環聚合反應在低於180℃的環境下進行反應,若在低於180℃的環境下反應,反應時間必須在15小時以上才能取得聚乳酸,且所取得之聚乳酸的分子量較低,且開環聚合反應之轉化率也較低。如此一來,在開環聚合反應後,還需額外進行一純化步驟,以將殘餘之丙交酯與所合 成的聚乳酸進行分離,如此增加聚乳酸合成方法的複雜度和成本,且不利於大規模生產。
因此,已知的聚乳酸合成方法及催化聚乳酸合成之觸媒尚有待改進之處,進而提高聚乳酸之產量與降低生產耗能。
有鑑於此,本發明之目的在於提供一種聚乳酸合成方法及其觸媒,該聚乳酸合成方法及應用該觸媒催化之聚乳酸合成反應可產生高純度的聚乳酸,即反應之轉化率較高,且可在低溫環境下,在短時間內生成高分子量的聚乳酸。
緣以達成上述目的,本發明提供一種通式(1)所示之化合物:
Figure 111132655-A0305-02-0005-31
其中,R1包含氫或碳數1~9烴基;R2包含碳數1~9的烴基;R3包含氫或氯。
緣以達成上述目的,本發明提供一種製備前述通式(1)所示之化合物的方法,包含:將下述通式(2)所示之化合物與錫金屬化合物投入一溶劑中進行合成反應,以獲得通式(1)之化合物;
Figure 111132655-A0305-02-0006-2
其中,通式(2)之R1包含氫或碳數1~9烴基,通式(2)之R2包含碳數1~9的烴基,通式(2)之R3包含氫或氯;其中,前述錫金屬化合物為一亞錫化合物;其中,通式(1)之化合物的合成反應初始時,通式(2)之化合物與錫金屬化合物之當量比例為2:1至8:1。
緣以達成上述目的,本發明提供一種聚乳酸的合成方法,包含:將上述通式(1)之錫金屬觸媒加入丙交酯中,進行開環聚合反應以取得聚乳酸。
緣以達成上述目的,本發明提供一種聚乳酸的合成方法,包含:步驟1:將上述通式(2)所示之配位基與錫金屬化合物加入一反應容器中進行合成反應,以取得上述通式(1)所示之錫金屬觸媒;步驟2:將丙交酯加入該反應容器中,進行開環聚合反應以取得聚乳酸。
藉由使用本發明所揭露的通式(1)之錫金屬觸媒,丙交酯的開環聚合反應可在低溫環境中快速的合成大分子量的聚乳酸,藉此降低合成聚乳酸所需之能源、時間、成本。此外,還可提高丙交酯的轉化 率,避免在開環聚合反應後,還需額外進行分離純化的步驟,降低聚乳酸之合成方法的複雜度,有利於大量生產。
圖1為本發明一實施例之錫金屬觸媒( C8 BTP)2Sn的ORTEP圖,顯示該錫金屬觸媒之晶體結構。
圖2為本發明上述實施例之錫金屬觸媒( C8 BTP)2Sn的1H NMR光譜,顯示錫金屬觸媒的合成純度。
圖3為本發明另一實施例之錫金屬觸媒( tBu BTP)2Sn的1H NMR光譜,顯示錫金屬觸媒的合成純度。
圖4為本發明再一實施例之錫金屬觸媒(TMClBTP)2Sn的1H NMR光譜,顯示錫金屬觸媒的合成純度。
圖5為一GPC測定結果圖,顯示由錫金屬觸媒(TMClBTP)2Sn催化之聚乳酸合成發法所產生之聚乳酸分子量之分子量。
為能更清楚地說明本發明,茲舉較佳實施例並配合圖式詳細說明如後。然而,本發明之範疇不限於以下說明所述之特定流程、組成或方法。此外,以下敘述中的特定用語也是為便於描述,並不限定發明之範疇。
一、用於催化開環聚合反應之觸媒
本發明之一實施例揭露一種通式(1)之化合物:
Figure 111132655-A0305-02-0008-6
其中,R1包含氫或碳數1~9烴基;R2包含碳數1~9的烴基;R3包含氫或氯。
本文所述之「烴基」(hydrocarbon functional group)包含烷基(alkyl group)、烯基(alkenyl group)、炔基(alkynyl group)、芳香基(aryl group)。
通式(1)之化合物為一雙牙苯並三唑苯酚配位基錫金屬觸媒,後簡稱為錫金屬觸媒(( R BTP)2Sn),係用於催化開環聚合反應,例如:催化丙交酯(lactide)之開環聚合反應以合成聚乳酸(polylactic acid,PLA)或催化己內酯之開環聚合反應以合成聚己內酯(polycaprolactone,PCL)。通式(1)之化合物為為一種金屬錯合物,而本文使用的「雙牙」是指該錯合物之中心原子(即錫金屬原子)分別與二個苯並三唑苯酚配位基中的一氧原子和一氮原子之間形成一鍵結,因此通式(1)之化合物係帶有二個雙牙配位基的金屬錯合物。
於一實施例中,當通式(1)之化合物的R1為氫(hydrogen,H),R2為1,1,3,3-四甲基丁基,R3為氫時,該化合物為錫金屬觸媒( C8 BTP)2Sn,其ORTEP結構圖如圖1所示。於一實施例中,當通式(1)之化合物的R1為氫,R2為甲基(methyl,Me,-CH3),R3為氫時,該化合物為錫金屬觸媒( C1 BTP)2Sn。於一實施例中,當通式(1)之化合物的R1為 第三丁基(tert-Butyl,-tBu),R2為甲基,R3為氯(chlorine,Cl)時,該化合物為錫金屬觸媒(TMClBTP)2Sn。於一實施例中,當通式(1)之化合物的R1為1-甲基-1苯基乙基(1-methyl-1-phenylethyl,-C3H6Ph),R2為1-甲基-1苯基乙基,R3為氫時,該化合物為錫金屬觸媒( C3Ph BTP)2Sn。於一實施例中,當通式(1)之化合物的R1為第三丁基,R2為第三丁基,R3為氯時,該化合物為錫金屬觸媒( TTCl BTP)2Sn。於一實施例中,當通式(1)之化合物的R1為第三丁基,R2為第三丁基,R3為氫時,該化合物為錫金屬觸媒( tBu BTP)2Sn。於一實施例中,當通式(1)之化合物的R1為第二丁基(sec-butyl,-C4H9),R2為第三丁基,R3為氫時,該化合物為錫金屬觸媒( C4 BTP)2Sn。
二、通式(1)之錫金屬觸媒的合成反應
一種合成通式(1)之化合物的方法,包含將2~8當量的通式(2)之化合物與1~4當量的錫金屬化合物(SnA2)投入溶劑中進行反應,以獲得通式(1)之化合物(即錫金屬觸媒),其中通式(1)之化合物的合成反應式如下:
Figure 111132655-A0305-02-0009-8
前述通式(2)之化合物為苯並三唑苯酚配位基(benzotriazole phenol,BTP-H),後簡稱為配位基 R BTP-H,其中通式(2)之配位基的R1包含氫或碳數1~9烴基;R2包含碳數1~9的烴基;R3包含氫或氯。
於上述通式(1)之化合物的合成反應中,錫金屬化合物為一亞錫化合物,亞錫(二價錫)的活性大於四價錫,較容易與其他化學物質發生化學反應,因此使用亞錫金屬化合物進行通式(1)之錫金屬觸媒的合成反應的結果較佳。錫金屬化合物可包含辛酸亞錫(Tin(II)2-ethylhexanoate)、雙[雙(三甲基甲矽烷基)氨基]亞錫(Tin(II)bis[bis(trimethylsilyl)amino])、氯化亞錫或硫酸亞錫。
另外,上述反應中,反應物之當量比例,即通式(2)之配位基與錫金屬化合物之當量比例為2:1至8:1,較佳範圍為2:1至2.5:1。
上述通式(1)之化合物的合成反應,在1大氣壓的氮氣環境,且反應溫度為40℃至120℃的情況下,進行反應12-16小時。較佳者,通式(1)之化合物的合成反應之反應溫度為40℃至50℃。當反應溫度超過120℃時,通式(1)之錫金屬觸媒的合成反應仍會進行,但會降低通式(1)之觸媒安定性,且相對耗能;而當溫度過低時,例如低於40℃時,則不利於合成反應的進行。
上述反應可以甲苯、乙酸乙酯、正己烷、乙醚、四氫呋喃作為溶劑,其中反應環境含水量小於等於200ppm。
合成不同實施例之通式(1)之錫金屬觸媒所使用的通式(2)配位基不同,其中通式(2)配位基可包括但不限於 C8 BTP-H、 C1 BTP-H、 TMCl BTP-H、 C3Ph BTP-H、 TTCl BTP-H、 tBu BTP-H、 C4 BTP-H,前述配位基的結構式,如下:
Figure 111132655-A0305-02-0011-9
其中,當通式(2)之化合物的R1為氫,R2為1,1,3,3-四甲基丁基,R3為氫時,該化合物為配位基 C8 BTP-H;當通式(2)之化合物的R1為氫,R2為甲基,R3應為氫基,該化合物為配位基 C1 BTP-H;當通式(2)之化合物的R1為第三丁基,R2為甲基,R3為氯時,該化合物為配位基TMClBTP-H;當通式(2)之化合物的R1為1-甲基-1苯基乙基,R2為1-甲基-1苯基乙基,R3為氫時,該化合物為配位基 C3Ph BTP-H;當通式(2)之化合物的R1為第三丁基(tBu),R2為第三丁基,R3為氯時,該化合物為配位基 TTCl BTP-H;當通式(2)之化合物的R1為第三丁基(tBu),R2為第三丁基,R3為氫時,該化合物為配位基 tBu BTP-H;當通式(2)之化合物的R1為第二丁基,R2為第三丁基,R3為氫時,該化合物為配位基 C4 BTP-H。
使用不同的配位基與雙[雙(三甲基甲矽烷基)氨基]亞錫進行反應,以合成上述不同實施例之錫金屬觸媒,所合成的錫金屬觸媒之純度與產率,如下表1所示:表1、以不同配位基合成錫金屬觸媒之結果
Figure 111132655-A0305-02-0012-10
如表1所示,實驗例3中,以配位基 C3Ph BTP-H為反應物以合成通式(1)之錫金屬觸媒( C3Ph BTP)2Sn時,錫金屬觸媒( C3Ph BTP)2Sn之合成純度和產率相較其他實驗例有較大的差距,原因在於配位基 C3Ph BTP-H屬立體障礙較大的配位基,因而導致反應物之純度及產率較低。
於實驗例2中,以配位基 C8 BTP-H為反應物合成通式(1)之錫金屬觸媒( C8 BTP)2Sn時,可合成純度為97%之錫金屬觸媒( C8 BTP)2Sn,且產率達90%,實驗例2之產物經1H NMR測量所得之光譜如圖2所示。
於實驗例4中,以配位基 tBu BTP-H為反應物合成通式(1)之錫金屬觸媒( tBu BTP)2Sn時,可合成純度為98%之錫金屬觸媒( tBu BTP)2Sn,且產率達86%,實驗例4之產物經1H NMR測量所得之光譜如圖3所示。
實驗例7中,以配位基 TMCl BTP-H為反應物合成通式(1)之錫金屬觸媒( TMCl BTP)2Sn時,可合成純度為99%之錫金屬觸媒( TMCl BTP)2Sn,且產率達90%,實驗例7之產物經1H NMR測量所得之光譜如圖4所示。
另外,使用配位基 TMCl BTP-H與不同的錫金屬化合物進行錫金屬觸媒的合成反應,所合成的錫金屬觸媒之純度與產率,如下表2所示: 表2、以不同的錫金屬化合物反應,合成錫金屬觸媒之結果
Figure 111132655-A0305-02-0013-12
於實驗例8中,配位基 TMCl BTP-H與辛酸亞錫反應,以合成錫金屬觸媒( TMCl BTP)2Sn,錫金屬觸媒( TMCl BTP)2Sn之合成純度為97%,且產率達87%。
於實驗例9中,配位基 TMCl BTP-H與氯化亞錫反應,以合成錫金屬觸媒( TMCl BTP)2Sn,錫金屬觸媒( TMCl BTP)2Sn之合成純度為83%,且產率達41%。
於實驗例10中,配位基 TMCl BTP-H與硫化亞錫反應,以合成錫金屬觸媒( TMCl BTP)2Sn,錫金屬觸媒( TMCl BTP)2Sn之合成純度為65%,且產率達19%。
表2所揭露的實驗例8-10與表1所揭露的實驗例7相比,可知在合成通式(1)之錫金屬觸媒時,使用雙[雙(三甲基甲矽烷基)氨基]亞錫為錫金屬化合物為較佳。
所合成的通式(1)之錫金屬觸媒可用於催化丙交酯之開環聚合,以提高聚乳酸之合成效率與回收率,並降低開環聚合反應的反應溫度。另外,在不同的反應條件下,例如:不同反應時間或反應溫度,可合成不同分子量之聚乳酸。
三、通式(1)之錫金屬觸媒對丙交酯之開環聚合反應的催化效果
已知用以合成聚乳酸的丙交酯之開環聚合反應的反應式,如下:
Figure 111132655-A0305-02-0014-13
本發明揭露一種聚乳酸的合成方法,包含將通式(1)之錫金屬觸媒加入丙交酯中,進行開環聚合反應,以取得聚乳酸。
在通式(1)之錫金屬觸媒的催化下,丙交酯之開環聚合反應之反應溫度落在100℃至180℃,較佳者為120℃至160℃,最佳者為130℃至150℃。當反應溫度低於100℃時,丙交酯之開環聚合反應之反應時間會增加至1小時以上,甚至更久,且合成聚乳酸之轉化率降低,分子量也降低。另外,雖說反應溫度高於180℃時,開環聚合反應仍可進行,但由於通式(1)之錫金屬觸媒所催化的丙交酯之開環聚合反應在100℃至180℃的範圍內即可快速的合成大分子量之聚乳酸,所以為了節省反應的耗能,不須在180℃以上進催化的丙交酯之開環聚合反應。
更詳而言,由不同配位基所合成的通式(1)之化合物,即通式(1)之化合物的R1、R2、R3不同時,對丙交酯之開環聚合反應具有不同的催化效率,茲以下述實驗例進一步說明。
請參表3如下,各該實驗例中,皆在10毫莫耳的丙交酯中加入0.05毫莫耳的觸媒,以進行開環聚合反應,其中反應物之初始當量比例,即各種觸媒與丙交酯的初始當量比例,皆為1:200,反應溫度設定於120℃,聚乳酸之聚合反應結果如表3所示。
Figure 111132655-A0305-02-0014-32
Figure 111132655-A0305-02-0015-16
實驗例3-1、3-2中,所使用的商用觸媒為習知的觸媒,已知使用該觸媒的情況下,丙交酯之開環聚合反應之反應溫度可在180℃至220℃的範圍內順利進行,合成聚乳酸分子。然而,於實驗例3-1、3-2中,當反應溫度設定為120℃進行5分鐘的反應時,則無法合成聚乳酸,丙交酯的轉化率及聚乳酸的分子量皆為0。
實驗例3-3至3-12中都使用本發明之不同實施例之錫金屬觸媒催化丙交酯之開環聚合反應,由上表2可發現,本案實施例之錫金屬觸媒[( C8 BTP)2Sn]、[( tBu BTP)2Sn]、[( TMCl BTP)2Sn]、及[( TTCl BTP)2Sn]皆可使丙交酯之開環聚合反應在120℃下進行,但錫金屬觸媒[( C3Ph BTP)2Sn]在120℃下進行丙交酯的開環聚合反應5分鐘或10分鐘,皆無法合成聚乳酸分子。
實驗例3-3、3-5、3-7、3-9中,使用的觸媒為本發明之實施例通式(1)之錫金屬觸媒,分別為[( C8 BTP)2Sn]、[( tBu BTP)2Sn]、[( TMCl BTP)2Sn]及[( TTCl BTP)2Sn]。相較於實驗例3-1、3-2,在同樣120℃下反應5分鐘,受通式(1)之錫金屬觸媒催化之聚乳酸聚合反應可合成分子量為19,700Da至308,900Da的聚乳酸,丙交酯的轉化率為16%至55%。
實驗例3-4、3-6、3-8、3-10中,同樣使用的觸媒為本發明之實施例通式(1)之錫金屬觸媒,分別為[( C8 BTP)2Sn]、[( tBu BTP)2Sn]、[( TMCl BTP)2Sn]及[( TTCl BTP)2Sn]。相較於實驗例3-3、3-5、3-7、3-9,在120℃下反應10分鐘,受通式(1)之錫金屬觸媒催化之聚乳酸聚合反應可合成分子量為56,700Da至1,390,353Da的聚乳酸,丙交酯的轉化率為37%至90%。如此一來,可知相同的錫金屬觸媒,在相同的反應溫度下,若反應時間增加時,丙交酯的轉化率和聚乳酸的分子量皆可提高。
由表2的實驗例中可發現,實驗例3-8的聚乳酸合成結果最佳,所合成之聚乳酸透過GPC(Gel Permeation Chromatography)測得的分子量為1,390,353Da,結果如圖5所示。此外,實驗例3-8中,丙交酯之轉化率達90%。
由上述實驗例可知,本發明之實施例的通式(1)之錫金屬觸媒有效的降低丙交酯之開環聚合反應之反應溫度,且可加速聚乳酸的合成,達到在低溫環境下,短時間內產出高分子量的聚乳酸。而上述實驗例中,所討論的[( C8 BTP)2Sn]、[( tBu BTP)2Sn]、[( TMCl BTP)2Sn]及[( TTCl BTP)2Sn]四種錫金屬觸媒中,依催化效果排列,最佳者為[( TMCl BTP)2Sn],而[( TTCl BTP)2Sn]次之,再者為[( tBu BTP)2Sn],最後為[( C8 BTP)2Sn]。
除此之外,當聚乳酸之聚合反應的反應溫度調升至高於120℃低於180℃的範圍內時,通式(1)的錫金屬觸媒可達到更好的催化效果。請參表4如下,
Figure 111132655-A0305-02-0016-17
Figure 111132655-A0305-02-0017-18
在實驗例3-13中,使用錫金屬觸媒[( C8 BTP)2Sn]在150℃下進行開環聚合反應10分鐘,所合成之聚乳酸的分子量為100,500Da,轉化率為95%,相較於表2中的實驗例3-4,無論是所合成的聚乳酸之分子量或是丙交酯的轉化率皆有明顯的提升,且丙交酯的轉化率可達95%,有效提高產物中聚乳酸的純度。
在實驗例3-14中,使用錫金屬觸媒[( tBu BTP)2Sn]在150℃下進行開環聚合反應10分鐘,所合成之聚乳酸的分子量為260,200Da,轉化率為95%,相較於表2中的實驗例3-6,無論是所合成的聚乳酸之分子量或是丙交酯的轉化率皆有明顯的提升,且丙交酯的轉化率可達95%,有效提高產物中聚乳酸的純度。
在實驗例3-15中,使用錫金屬觸媒[( TTCl BTP)2Sn]在150℃下進行開環聚合反應10分鐘,所合成之聚乳酸的分子量為694,900Da,轉化率為90%,相較於表2中的實驗例3-10,無論是所合成的聚乳酸之分子量或是丙交酯的轉化率皆有明顯的提升,且丙交酯的轉化率可達90%,有效提高產物中聚乳酸的純度。
在實驗例3-16中,使用錫金屬觸媒[( C3Ph BTP)2Sn]在150℃下進行開環聚合反應10分鐘,所合成之聚乳酸的分子量為13,100Da,轉化率為16%。由此可知,相較於習知的觸媒,錫金屬觸媒[( C3Ph BTP)2Sn]仍可有效的降低丙交酯之開環聚合反應的反應溫度。
四、一鍋化(one-pot)之聚乳酸合成反應
除了直接加入事先合成好的通式(1)之錫金屬觸媒於丙交酯中,以催化丙交酯之開環聚合反應,還可將丙交酯直接加入通式(2)之配位基和錫金屬化合物的合成反應容器中,亦可達到催化丙交酯之開環聚合反應的功效。
一種一鍋化的聚乳酸的合成方法,包含: 步驟1:將通式(2)之配位基與錫金屬化合物(SnA2)放置於一反應容器中進行合成反應,以合成通式(1)錫金屬觸媒;步驟2:將丙交酯投入該反應容器中,進行開環聚合反應,以合成聚乳酸;其中反應物的當量比例,即通式(2)之配位基、錫金屬化合物(SnA2)和丙交酯的初始當量比例,為2:1:200至2.5:1:200。
在一鍋化的聚乳酸合成方法中,錫金屬化合物為一亞錫化合物,由於亞錫(二價錫)的活性大於四價錫,較容易與其他化學物質發生化學反應,因此使用亞錫金屬化合物合成通式(1)錫金屬觸媒的效果較佳。錫金屬化合物可包含辛酸亞錫(Tin(II)2-ethylhexanoate)、雙[雙(三甲基甲矽烷基)氨基]亞錫(Tin(II)bis(trimethylsilyl)amino)、氯化亞錫或硫酸亞錫。
在一鍋化的聚乳酸合成方法中,通式(2)之配位基與錫金屬化合物(SnA2)會進行反應,以合成通式(1)之錫金屬觸媒,所合成之通式(1)之錫金屬觸媒進一步催化丙交酯進行開環聚合反應,以取得聚乳酸,其中一鍋化的聚乳酸合成反應式如下:
Figure 111132655-A0305-02-0018-19
上述一鍋化的聚乳酸合成反應中,通式(2)之配位基與錫金屬化合物(SnA2)合成通式(1)之錫金屬觸媒的反應溫度在40℃至180℃,反應時間為30分鐘以內。在加入丙交酯後,丙交酯之開環聚合反應之反應溫度在100℃至180℃之間,較佳者為120℃至160℃,最佳者為140℃至160℃,且只 需反應5至60分鐘,即可獲得分子量大於10,000Da之聚乳酸,較佳者,可獲得分子量大於100,000Da之聚乳酸,更加者,可獲得分子量大於1,000,000Da的聚乳酸。
於一鍋化之聚乳酸合成反應中,加入不同的通式(2)之配位基,即通式(2)之配位基的R1、R2、R3不同時,對丙交酯之開環聚合反應產生不同的催化效率,茲以下述實驗例進一步說明。
請參表5如下,各該實驗例中,0.1毫莫耳的通式(2)之配位基和0.05毫莫耳的辛酸亞錫(Tin(II)2-ethylhexanoate)於一反應容器中,在120℃下,進行錫金屬觸媒的合成反應30分鐘後,再加入10毫莫耳的丙交酯,以進行開環聚合反應,不同的實驗例中,開環聚合反應的反應溫度、反應時間如表5所示,而各該實驗例的聚乳酸之合成結果亦記載於表5。
Figure 111132655-A0305-02-0019-20
Figure 111132655-A0305-02-0020-22
於實驗例4-9至4-12中,由於所使用的配位基為 C3Ph BTP-H屬立體障礙較大的配位基,導致配位基 C3Ph BTP-H難以與錫金屬化合物發生反應,並生成錫金屬觸媒( C3Ph BTP)2Sn,因此,丙交酯之開環聚合反應無法被有效的催化,導致丙交酯的轉化率為0%,且無法測得聚乳酸的分子量。
於實驗例4-1、4-5、4-13、4-17、4-21、4-25中,一鍋化之聚乳酸合成反應溫度設定為120℃,進行聚合反應60分鐘,丙交酯的轉化率為8%至42%,聚乳酸之分子量在9,870Da至56,900Da。
於實驗例4-2、4-6、4-14、4-18、4-22、4-26中,一鍋化之聚乳酸合成反應溫度為140℃,反應30分鐘,丙交酯的轉化率為9%至49%,聚乳酸之分子量在10,300Da至130,000Da。與實驗例4-1、4-5、4-13、4-17、4-21、4-25比較,當反應溫度提高至140℃,即使反應時間減半,聚乳酸的合成結果幾乎持平,甚至更佳。
於實驗例4-3、4-7、4-15、4-19、4-23、4-27中,一鍋化之聚乳酸合成反應溫度為160℃,反應10分鐘,丙交酯的轉化率為12%至 85%,聚乳酸之分子量在13,900Da至1,000,427Da。此外,於實驗例4-4、4-8、4-16、4-20、4-24、4-28中,一鍋化之聚乳酸合成反應溫度為160℃,反應時間縮短為5分鐘,丙交酯的轉化率仍可達10%至70%,聚乳酸之分子量在12,900Da至877,000Da。
從表5中的實驗例4-23、4-24、4-26、4-27可知,加入當通式(2)之配位基為 TTCl BTP-H、 TMCl BTP-H時,丙交酯的轉化率可達60%至85%,且所合成之聚乳酸之分子量在100,000Da以上,甚至達到1,000,000Da。由此可知,當通式(2)之配位基之R3為氯(R3=Cl)時,該配位基所合成之錫金屬觸媒具有較佳的催化效果。
此外,從表5中可得知,相較於其他通式(2)之配位基,配位基 TMCl BTP-H用於一鍋化之聚乳酸合成反應中,在相同的反應溫度和反應時間下,開環聚合反應之丙交酯的轉化率和所合成之聚乳酸的分子量較高。
請參表6如下,各該實驗例中,以催化開環聚合反應效果最佳之配位基 TMCl BTP-H搭配不同的錫金屬化合物進行一鍋化的聚乳酸合成,以了解使用不同錫金屬化合物在一鍋化之聚乳酸合成方法中,對聚乳酸合成的影響。以0.1毫莫耳的配位基 TMCl BTP-H和0.05毫莫耳的錫金屬化合物於一反應容器中,在120℃下,進行錫金屬觸媒的合成反應30分鐘後,再加入10毫莫耳的丙交酯,以進行開環聚合反應,不同的實驗例中,開環聚合反應的反應溫度、反應時間如表6所示,而各該實驗例的聚乳酸之合成結果如表6所記載。
表6、不同錫金屬化合物對一鍋化之聚乳酸合成之催化效果
Figure 111132655-A0305-02-0022-23
實驗例4-29至4-31係為一鍋化之聚乳酸合成中,使用雙[雙(三甲基甲矽烷基)氨基]亞錫、氯化亞錫、硫酸亞錫做為錫金屬化合物,並在120℃下,進行開環聚合反應60分鐘,丙交酯之轉化率為9%-30%,所合成之聚乳酸的分子量為12,300Da至49,900Da。相較於表5之實驗例4-25,在其他反應條件皆相同的情況下,當錫金屬化合物為辛酸亞錫時,丙交酯之轉化率為42%,而聚乳酸之分子量為56,900Da,其聚乳酸合成結果較佳。
實驗例4-32至4-34係為一鍋化之聚乳酸合成中,使用雙[雙(三甲基甲矽烷基)氨基]亞錫、氯化亞錫、硫酸亞錫做為錫金屬化合物,並在140℃下,進行開環聚合反應30分鐘,丙交酯之轉化率為9%-35%,所合成之聚乳酸的分子量為23,300Da至98,400Da。相較於表5之實驗例4-26,在其他反應條件皆相同的情況下,當錫金屬化合物為辛酸亞錫時,丙交酯之轉化率為49%,而聚乳酸之分子量為130,000Da,其聚乳酸合成結果較佳。
由此可知,於一鍋化的聚乳酸合成方法中,相較於雙[雙(三甲基甲矽烷基)氨基]亞錫、氯化亞錫、硫酸亞錫,使用辛酸亞錫做為錫金屬化合物較佳。
以上所述僅為本發明較佳可行實施例而已,舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效變化,理應包含在本發明之專利範圍內。

Claims (15)

  1. 一種通式(1)所示之化合物:
    Figure 111132655-A0305-02-0024-25
    其中,R1包含氫或碳數1~9烴基;R2包含碳數1~9的烴基;R3包含氫或氯。
  2. 如請求項1所述的化合物,其中,前述R1為氫、第二丁基、第三丁基或1-甲基-1苯基乙基;R2為辛基、甲基、1-甲基-1苯基乙基、第三丁基。
  3. 如請求項1所述的化合物,其中,前述R1為第三丁基,R2為甲基,R3為氯。
  4. 一種製備如請求項1所述的化合物的方法,包含:將下述通式(2)所示之化合物與錫金屬化合物投入一溶劑中進行合成反應,以獲得如請求項1所述的化合物;
    Figure 111132655-A0305-02-0025-26
    其中,通式(2)之R1包含氫或碳數1~8烴基,通式(2)之R2包含碳數1~8的烴基,通式(2)之R3包含氫或氯;其中,前述錫金屬化合物為辛酸亞錫、雙[雙(三甲基甲矽烷基)氨基]亞錫、氯化亞錫或硫酸亞錫;其中,通式(1)之化合物的合成反應初始時,通式(2)之化合物與錫金屬化合物之當量比例為2:1至8:1。
  5. 如請求項4所述的製備方法,其中,合成反應之反應溫度為40℃至120℃,且合成反應之溶劑為甲苯、乙酸乙酯、正己烷、乙醚、四氫呋喃之一者。
  6. 一種聚乳酸的合成方法,包含:將下述通式(1)之錫金屬觸媒加入丙交酯中,進行開環聚合反應以取得聚乳酸;
    Figure 111132655-A0305-02-0025-33
    其中, R1包含氫或碳數1~9烴基;R2包含碳數1~9的烴基;R3包含氫或氯;其中,當R1為氫或碳數1~8烴基,且R2為氫或碳數1~8烴基,前述之開環聚合反應之反應溫度落在100℃至180℃的範圍內;或者當R1為碳數9烴基,且R2為碳數9烴基,前述之開環聚合反應之反應溫度落在150℃至180℃的範圍內。
  7. 如請求項6所述的聚乳酸的合成方法,其中通式(1)之錫金屬觸媒與丙交酯的初始當量比例為1:200;通式(1)之錫金屬觸媒之R1為氫或第三丁基;R2為辛基、第三丁基或甲基。
  8. 如請求項7所述的聚乳酸的合成方法,其中當開環聚合反應在120℃下進行5分鐘後,所合成之聚乳酸之分子量在19,700Da至308,900Da的範圍內,丙交酯的轉化率為16%至55%。
  9. 如請求項7所述的聚乳酸的合成方法,其中當開環聚合反應在120℃下進行10分鐘後,所合成之聚乳酸之分子量在56,700Da至1,390,353Da的範圍內,丙交酯的轉化率為37%至90%。
  10. 如請求項7所述的聚乳酸的合成方法,其中當R3為氯,且開環聚合反應之反應溫度在120℃以上時,所合成之聚乳酸之分子量達到100,000Da以上。
  11. 如請求項6所述的聚乳酸的合成方法,其中當該開環聚合反應之反應溫度在120℃以上、150℃以下時,所合成之聚乳酸之分子量達到13,100Da至1,390,353Da之間。
  12. 一種聚乳酸的合成方法,包含: 步驟1:將下述通式(2)所示之配位基與錫金屬化合物加入一反應容器中進行合成反應,以取得下述通式(1)所示之錫金屬觸媒;步驟2:將丙交酯加入該反應容器中,進行開環聚合反應以取得聚乳酸;
    Figure 111132655-A0305-02-0027-29
    其中,通式(1)之錫金屬觸媒的R1包含氫或碳數1~8烴基;R2包含碳數1~8的烴基;R3包含氫或氯;
    Figure 111132655-A0305-02-0027-30
    其中,通式(2)之配位基的R1包含氫或碳數1~8烴基;R2包含碳數1~8的烴基;R3包含氫或氯; 其中,錫金屬化合物為辛酸亞錫、雙[雙(三甲基甲矽烷基)氨基]亞錫、氯化亞錫或硫酸亞錫;其中,在步驟2前,通式(1)之錫金屬觸媒的合成反應之反應溫度在40℃至180℃,而步驟2後開環聚合反應之反應溫度在100℃至180℃的範圍內。
  13. 如請求項12所述的聚乳酸的合成方法,其中通式(1)之錫金屬觸媒的合成反應之反應溫度等於步驟2後開環聚合反應之反應溫度,且所述反應溫度在100℃至180℃的範圍內。
  14. 如請求項12所述的聚乳酸的合成方法,其中加入該反應容器的通式(2)之配位基、錫金屬化合物和丙交酯的初始當量比例為2:1:200至2.5:1:200。
  15. 如請求項13所述的聚乳酸的合成方法,其中所合成之聚乳酸分子量達100,000Da以上。
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