有机非金属催化与聚肽及聚肽杂化共聚物的精密合成研究

Polypeptide has been one of the very important materials in biomedical field due to their excellent biocompatibility and biodegradability. This project will focus on the precise synthesis of polypeptides and polypeptide hybrids. In order to solve the existing problems of polypeptide synthesis, such as complicated procedure, harsh reaction conditions, more side reactions and difficulty of controlling microstructure of obtained polypeptides (such as main chain chemical composition, topology, chain end fidelity, molecular weight and molecular weight distribution), we will try our best to develop new strategies and metal-free catalytic systems to prepare polypeptides and polypeptide hybrids in green, fast and precise ways. The new methods will break through the existing patent constraint and provide new ways for the polypeptide synthesis for our country. Furthermore, by designing novel initiators and monomers, we will combine NCA polymerization with other current polymerization techniques such as controlled free radical polymerization, coordination ROP of cyclic esters to develop new strategies, providing new kinds of polypeptide based materials for the structure-property investigations.

聚肽是以多肽为主链的聚合物，因其具有良好的生物相容性及可降解性，已成为重要的生物医药材料。本项目针对α-氨基酸-N-羧基酸酐( N-carboxyanhydrides，NCA) 开环聚合制备长链聚肽过程中步骤繁琐，反应条件苛刻，副反应多，聚合物微观结构（链化学组成，拓扑结构，链末端基，分子量，分子量分布等）难控制等科学问题开展研究，发展高效、绿色和精确的聚肽及聚肽杂化材料合成新方法、新策略和新催化体系，以期突破国外聚肽类材料合成催化体系的专利垄断，开发具有自主专利权的新型可控聚合催化体系，为新型聚肽类材料的合成提供理论指导。通过新型催化体系的开发、聚合引发剂和聚合单体的设计，实现α-氨基酸-N-羧基酸酐聚合与多种聚合方法（如可控自由基聚合，环酯配位聚合等）的有效结合，创制（非仿制）新型聚肽及聚肽杂化聚合物材料，为聚肽类材料的结构与性能研究提供理论基础。

人工合成聚肽是一类具有类天然蛋白质结构的生物大分子，具有优异的生物相容性、体内无毒降解性和独特的自组装性，在刺激响应材料构筑，药物释放、基因传递、再生医学和组织工程领域有着广泛的应用。本项目针对传统NCA开环聚合制备聚肽步骤繁琐，反应条件苛刻，副反应多等问题开展研究，采用新的催化剂设计理念，开发了一系列具有自主专利权的高活性、高选择性NCA开环聚合催化体系。同步实现了NCA单体活化和聚合增长链末端动态保护，使聚合反应以活性聚合方式进行，实现了（共）聚肽的高效、可控和精准制备。同时，通过聚合反应动力学研究和DFT（密度泛函）理论模拟计算，揭示了聚合催化反应机理，为聚肽合成无金属催化剂的设计提供了新思路。此外，通过对聚肽合成引发剂的设计（包括功能化小分子引发剂、杂多官能化小分子引发剂和纤维素及纤维素衍生物大分子引发剂），实现了聚肽的定点功能化，实现了NCA聚合与其它可控聚合的有效结合，实现了聚肽与天然高分子（纤维素、纤维素衍生物、木质素等）分子水平上的杂化，成功制备了一系列结构新颖、性能独特的聚肽杂化共聚物。本项目的实施为聚肽和聚肽杂化共聚物的高效精准合成提供了新的思路。