近日,长春应化所陶友华课题组在《J. Am. Chem. Soc.》上以“Precision Synthesis of Polypeptides via Living Anionic Ring-opening Polymerization of N-Carboxyanhydrides by Tri-thiourea catalysts” 为题在线发表了三硫脲催化下的氨基酸NCA单体的活性阴离子聚合的论文(J. Am. Chem. Soc., DOI: 10.1021/jacs.2c10950),并被选为Supplementary Cover封面论文。
多肽聚合物作为天然蛋白和多肽的模拟物,具有广泛的生物学功能和应用,是一类重要的生物医用材料。氨基酸N-羧基环内酸酐单体(N-carboxyanhydrides, NCAs)的开环聚合是合成多肽聚合物的经典聚合方法。目前被广泛认可的NCA单体的聚合机理,主要为“氨机理”和“活化单体机理”,而NCA单体的阴离子聚合则很少被提及。自从1956年Szwarc提出活性阴离子聚合方法以来,大量的研究尝试实现NCA单体的活性阴离子聚合,包括Szwarc本人也做过尝试。慢引发、各种竞争性的链转移及链终止副反应,特别是不可避免的存在“活化单体机理”,使得NCA单体的活性阴离子聚合至今仍未实现。
近年来,陶友华研究团队提出“阴离子结合催化聚合”的概念(Nature Synthesis. 2022, 1, 815; Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 6003),旨在通过阴离子结合作用的动态化协同,在不同时空尺度上高效且特异性识别单体和聚合链末端,从而实现对聚合反应的高效与高选择性调控,并成功实现了O-羧基环内酸酐单体的活性阴离子聚合和乙烯基醚、乙烯基咔唑等单体的活性阳离子聚合,实现了对聚合物分子量及端基结构的精确控制。基于此,他们认识到,阴离子结合催化聚合的概念很有希望实现氨基酸NCA单体的活性阴离子聚合(图1)。为此,他们选用苯硫酚钠作为阴离子引发剂,它具有更强的亲核性及较弱的碱性,因而能够实现快速的亲核引发而避免对NCA单体的脱质子化。同时以具有独特“内增强作用”的三硫脲作为给体催化剂(图2),它与链末端活泼的氨基甲酸阴离子形成动态、可逆的阴离子结合作用,使链增长以协同脱羧的方式进行,从而成功构建氨基酸NCA单体的活性阴离子聚合模式,使聚合过程展现出高活性、高选择性的特点。
图2. 具有“内增强”作用的三硫脲催化剂结构
论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c10950
- 长春应化所陶友华研究员课题组 Angew:阴离子结合催化的活性阳离子聚合机理研究 2023-05-04
- 大连理工大学马红卫课题组 Macromolecule:活性阴离子共聚合诱导结晶方法 2022-08-11
- 基于活性阴离子聚合方法的序列可控功能化聚合物合成与性能研究进展 2018-09-03
- 基于活性阴离子聚合方法的功能化聚合物序列可控合成研究进展 2018-05-16
- 华东理工刘润辉教授课题组 Nat. Microbiol.:细胞膜和DNA双靶点抗耐药真菌 2024-04-08
- 中科院长春应化所简忠保研究员课题组 Angew:水相配位共聚制备极性聚烯烃 2024-04-01
- 青科大王晓武/李志波教授团队 Angew:大分子键合创制高水氧稳定的有机硼路易斯酸催化剂用于环氧化物均聚/共聚合 2024-01-04