酰胺作为一种常见的化学键和官能团，广泛存在于天然和人工合成的高分子化合物中。高极性、化学稳定性以及组织氢键网络(同时作为给体和受体)的能力，赋予了酰胺功能化高分子独特的理化和生化性质。然而，将酰胺键引入高分子主链却并非易事。在自然界中，大多数酰胺键的形成发生在核糖体内部，通过RNA介导的氨基与活性氨基酸酯的酰胺化反应，形成长而复杂的多肽链。在人工合成领域，主链酰胺功能化高分子主要通过二胺与二酸/二酰氯的逐步缩聚，以及内酰胺和N-羧基-α-氨基酸内酸酐的阴离子开环聚合来构建。这些方法主要依赖于高活性单体或苛刻的酰胺化反应条件(强碱性、高温、高真空等)，大大限制了适用单体的种类以及对其他官能团的耐受性。相比于在聚合过程中形成酰胺键，提前将酰胺键植入单体结构中(“amide first”)则相对容易得多，不仅可规避聚合后期的高粘度和多重氢键对酰胺化反应的不利影响，还可使聚合反应在更温和的条件下进行，从而提高聚合反应的化学选择性以及对其他官能团的耐受度(图1)。

图1. 主链酰胺功能化高分子的主要合成方法

  近期，华南理工大学赵俊鹏教授课题组报道了一种新的“amide first”合成策略，以商业化且氨基酸来源的氨基醇、反应性绿色溶剂γ-丁内酯(γ-BL)和商业化二环氧化合物为原料，以有机Lewis酸碱对(LPC)为催化剂，通过一锅两步三模块全原子经济的聚合方法，获得了一系列新型主链酰胺功能化高分子：聚醚酰胺(PEA)。其中，LPC在聚合过程中的化学选择性发挥了关键作用，确保一级醇羟基(1°-OH)优先被活化并与环氧基团反应，而二级醇羟基(2°-OH)和酰胺基团(包括NH)在聚合过程中保持惰性，从而获得线形高分子。

  2026年7月21日，相关成果以Site-Selective Trimodular Polymerization to Amino Acid-Based Poly(ether amide)s with Divergent Properties为题发表在Journal of the American Chemical Society上，文章的第一作者是华南理工大学博士研究生洪兴沛。通讯作者是华南理工大学赵俊鹏教授。

  具体而言，先将氨基醇与过量的γ-BL反应，生成含有酰胺基团的二元伯醇，再将其与二环氧进行逐步开环聚合(SROP)。得益于LPC的高度化学选择性，过量的γ-BL可用作聚合反应的溶剂，不参与聚合且无不利影响(图2)。动力学结果显示，1°-OH和环氧基团同步、等量消耗；产物的¹H、¹³C、DEPT 135 NMR谱图中也未发现2°-OH和酰胺基团参与反应所产生的特征信号。这两点表明，支化和交联被充分抑制，PEA具有线形分子结构。

图2. 一锅两步三模块法合成PEA示意图

  随后，通过DFT计算(图3)，作者进一步揭示了LPC在上述位点选择性聚合过程中所发挥的关键作用。酰胺基团具有较高的本征酸性，比1°-OH更容易被碱去质子(优先活化)。而当Lewis酸Et₃B存在时，烷氧阴离子与Et₃B之间强烈的O-B相互作用使得羟基更容易去质子化，改变了碱对1°-OH和NH两种质子型基团的活化优先权。此外，环氧单体与烷氧阴离子反应的活化能远低于其与酰胺阴离子反应的活化能，进一步确保了聚合的位点选择性。另一方面，在LPC的催化下，由位阻和电子效应造成的1°-OH和2°-OH反应速率差异被充分放大，使1°-OH在去质子和环氧开环反应这两步均具有显著的能量优势，其反应速率为2°-OH的1300-3800倍，从而保证2°-OH在聚合过程中被完全保留，在环氧不过量于1°-OH时，支化和交联被充分抑制。

图3. DFT计算结果对比展示LPC催化下1°-OH(蓝色)、酰胺(绿色；a)、2°-OH(红色；b)分别与缩水甘油甲醚发生开环反应的自由能变化过程

  得益于极其丰富的单体结构，PEA的多种性能可在很宽的范围内调节。其中，以丁二醇二缩水甘油醚为二环氧模块合成的水溶性、且含有硫醚基团的PEA在旋涂到金表面后，可构建抗蛋白防污涂层，实现三种代表性蛋白，即牛血清蛋白(BSA)、纤维蛋白原(Fib)、溶菌酶(Lys)，在材料表面的零吸附(图4)。有趣的是，结构类似且带有疏水侧基的PEA尽管不具有水溶性，但仍展现出很好的抗蛋白吸附效果，这或许得益于高分子结构中大量亲水的2°-OH和酰胺基团在涂层表面产生的充分水化作用。

图4. 旋涂制备抗蛋白吸附测试样品过程示意图和抗蛋白吸附测试结果

  随后，作者将二环氧模块换为间苯二酚二缩水甘油醚，所获得的PEA相对更加疏水、且玻璃化转变温度更高。结构中大量的醚键、2°-OH和酰胺基团为高分子与其他材料的结合提供了充足的非共价作用位点，使得这系列PEA具有成为高强粘接剂的潜力(图5)。其中，由甘氨醇合成的GlyRD在多种基材上展现出优异的粘接性能，在不锈钢表面的粘接强度可达19.8 MPa。得益于线形结构，GlyRD可作为热熔胶重复使用，即便在反复粘接10次后，其在不锈钢表面的粘接强度仍有18.3 MPa。令人惊讶的是，在第4次重复粘接测试中，强度提升至23.1 MPa，这可能得益于反复的搭接-剪切-加热循环促进了高分子对基材表面的充分浸润。此外，GlyRD也表现出优异的低温金属粘接性能，在铝和黄铜表面，温度降至-78 °C和-196 °C时，粘接强度基本不变。在不锈钢表面，-196 °C下的粘接强度略有下降，但仍在14.8 MPa以上。作者认为这得益于PEA中量存在大量的醚键，其快速松弛的特性使高分子链的滑动更容易，从而阻碍裂纹的扩展。另外，PEA高度不规整的分子结构也可避免低温下链段间的过度有序排列，有助于维持高粘接强度。

图5. 搭接剪切测试样品制作过程示意图以及GlyRD搭接剪切测试结果

  综上，作者以氨基醇等常规化学品为原料，创建了一类结构和性能丰富可调的PEA材料及其一锅两步三模块位点选择性合成方法。聚合过程中完整保留的大量2°-OH和NH型(二级)酰胺基团赋予了PEA优异的界面性能，通过变化聚合单体即可实现抗蛋白吸附涂层到高性能热熔胶(从“不粘”到粘“”)的简便切换。本研究为发展新一代多样化、多用途、高性能的生物基高分子材料开辟了宽阔道路。

  论文信息：http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.6c09368

作者简介：

赵俊鹏，现任华南理工大学材料科学与工程学院教授、博士生导师。中国科学技术大学学士、博士，导师为张广照教授和Stergios Pispas教授(希腊国家研究基金会)；后分别于德国马普胶体与界面研究所(导师为Markus Antonietti教授和Helmut Schlaad教授)和沙特阿卜杜拉国王科技大学(导师为Nikos Hadjichristidis教授)进行博士后研究工作。主要研究方向为高分子材料合成方法学，包括离子型聚合、有机催化聚合、生物质及可降解高分子合成、高分子结构性能相关性和界面功能材料等内容。在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem., Nat. Commun.等期刊发表论文110余篇，获授权发明专利16项；主持国家自然科学基金优秀青年科学基金项目、国家重点研发计划课题等；任ACS Macro Letters和Polymer Chemistry杂志编委、中国化学会应用化学学科委员会委员、中国材料研究学会高分子材料与工程分会副秘书长等职。