聚氨基酸是一种以氨基酸为重复单元的通过肽键连接的高分子材料，具有类似蛋白质的二级结构，且具有良好的生物相容性与可降解性，可用于组织工程、药物递送、抗菌和绿色能源等领域。氨基酸衍生的氮羧基内酸酐（NCA）单体的开环聚合被广泛认为是制备公斤级（以上）及高分子量聚氨基酸的最为有效的方法之一。近些年来，科学家们开发了不同的引发剂/催化剂体系用于NCA开环聚合。但是对于亲核性低的官能团，比如醇羟基和羧基，其引发速度慢甚至无法引发，得到的聚氨基酸分子量和分布均不可控。因此，一般来说，对于含有醇羟基和羧基的引发剂，需要通过取代反应将醇羟基和羧基取代为胺基，比如用聚乙二醇类引发剂制备生物医学领域常用的聚乙二醇-聚氨基酸嵌段聚合物。

  近期，青岛科技大学李志波教授课题组/宁波大学陈重一副教授发现，当在NCA开环聚合中加入一种常用的有机碱四甲基胍（1,1,3,3-Tetramethylguanidine）作为催化剂，不仅可以大幅提高引发速度和聚合速度，而且得到的聚氨基酸具有可控的分子量和分子量分布。四甲基胍不仅可以催化胺基类引发剂，而且可以催化醇羟基和羧基类引发剂，其引发和聚合速度均得到大幅提升。李志波教授课题组对催化机理进行了深入的研究，发现在引发阶段，四甲基胍由于其强氢键受体，夺取了引发剂（胺基、醇羟基和羧基）上的质子，从而大幅提高了引发剂的亲核性。在聚合阶段，NCA开环聚合会形成具有氨基羧酸根（carbamate）的中间体，一般情况下氨基羧酸根会快速脱羧形成一个新的胺基用于下一步开环反应。而有机强碱四甲基胍能够夺取质子形成大的阳离子，并与氨基羧酸根形成的松散离子对来稳定氨基羧酸根阴离子，这个松散的阴阳离子对作为新的链增长中心，并通过氨基羧酸根进攻NCA五元环，从而大幅提高了聚合速度。

  四甲基胍催化的NCA开环聚合可以在高湿度环境下进行；适用于不同的氨基酸NCA单体；实现了用带有醇羟基或羧基官能团聚乙二醇作为大分子引发剂引发NCA开环聚合制备聚乙二醇-聚氨基酸嵌段聚合物。这种催化剂的优点在于大大拓宽了引发剂的适用种类，将有更多的小分子/大分子可被用于制备聚氨基酸杂化共聚物，进一步拓宽聚氨基酸材料的应用领域。

  该工作近期在线发表于《Polymer Chemistry》，青岛科技大学硕士生李凯为论文第一作者，宁波大学陈重一副教授和青岛科技大学李志波教授为论文通讯作者。此工作得到了国家自然科学基金（22031005, 22171152, 21704050）的支持。

  原文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/PY/D1PY01508G