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北京化工大学王兴教授课题组在N-丙烯酰化氨基酸自由基聚合研究上取得新进展
2018-05-30 来源:中国流变网    点击次数:117次    

  氨基酸聚合物具有优异的理化性能和良好的生物相容性,在药物递送、手性识别以及生物传感等众多领域表现出巨大的应用潜力。目前,可控/“活性”自由基聚合(NMP,ATRP,RAFT)是合成带有氨基酸取代基聚合物的主要技术之一,但不同种类氨基酸聚合物合成方法各异,步骤较为繁杂,现阶段仍然缺乏一种系统的、能够适用于不同种类氨基酸、结构精确可控的普适性合成方法。

  针对氨基酸聚合物合成方法问题,北京化工大学王兴教授课题组与澳大利亚新南威尔士大学徐江涛博士课题组共同合作,利用光诱导电子/能量转移可逆加成-断裂链转移(PET-RAFT)聚合技术(图1)对多种氨基酸单体(图2)进行了聚合研究,成功合成了分子量可控、分散性窄(Mw / Mn <1.20)的氨基酸聚合物,并证实了PET-RAFT聚合技术对不同种类及不同手性的氨基酸单体具有普适性,为多种氨基酸聚合物的合成提供了一种高效、简便、温和的合成策略

图1. PET-RAFT技术精确可控合成N-丙烯酰化氨基酸聚合物

图2. 论文研究涉及的多种N-丙烯酰化氨基酸单体

  作者首先以N-丙烯酰化缬氨酸甲酯单体(V-OMe)为考察对象,通过光照开关有效调控RAFT聚合过程(图3A, 3B),制备得到的V-OMe聚合物分子量呈现良好的线性增长,分散性窄(Mw / Mn <1.20),分子量分布对称(图3C, 3D)。V-OMe单体PET-RAFT聚合反应条件温和,不同链转移剂(DDMAT、DTPA、CPTC),光催化剂(Ir(ppy)3,ZnTPP,Eosin Y)以及反应比例都能实现V-OMe单体的可控PET-RAFT聚合。

图3. V-OMe单体PET-RAFT聚合反应动力学。

  对于含有羧酸官能团的氨基酸单体,聚合溶剂的选择尤为重要。以非质子溶剂(DMSO,DMF,THF)作反应溶剂时,羧基会影响PET-RAFT聚合反应,聚合可控性差;但在质子溶剂(MeOH)条件下,单体与聚合物、聚合物与聚合物分子之间的氢键相互作用被有效降低,链转移效率提高,从而实现不同种类氨基酸聚合物的高效可控合成(Mw / Mn <1.20)。

  以此为基础,作者设计并成功合成了多种组成及分子量可调控的氨基酸嵌段共聚物,共聚物分子量分布对称、分散性窄,为后续应用研究奠定了良好的材料基础。

  成果以期刊内封面形式在Polymer Chemistry(2018, 9, 2733–2745)上发表。PET-RAFT技术适用于不同种类N-丙烯酰化氨基酸单体,耐受氨基酸单体羧酸官能团,是一种高效、精确合成氨基酸聚合物的普适方法。论文工作为氨基酸聚合物合成提供了一种新策略,为新材料设计和高分子应用建立了一个氨基酸聚合物资源库。

  论文第一作者为北京化工大学生命科学与技术学院、生物医用材料北京实验室李国锋博士,通讯作者为北京化工大学王兴教授和新南威尔士大学徐江涛博士。本课题研究得到了国家自然科学基金(21574008)以及澳大利亚基金委员会未来基金(FT160100095, FT120100096)的大力支持。感谢北京化工大学青年英才计划(BHYC1705B)及学科建设基金(XK1701)的支持。

  论文连接:http://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2018/py/c8py00366a

 
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