基于氨基酸Ugi反应的环状类肽新材料的合成及性能研究

Cyclic peptoids represent a significant class of synthetic analogues of natural cyclic peptides with potential biomimetic applications in materials, catalysis, and pharmaceuticals, but it's efficient synthesis still remains a key challenge. For the synthesis of well-defined cyclic peptoids, a series of amino acid-derived monomers will be synthesized. Then, Ugi reaction of amino acid monomers will be selected to insure successful preparation of well-defined cyclic peptoids. The influence of the structure of cyclic peptoids on the properties of the polymers will be investigated from a viewpoint of material chemistry. This method will offer a new way to the formation of well-defined cyclic peptoids based on amino acids resources.

以可再生氨基酸资源为原料合成的环境友好高分子材料具有保护环境和节约资源的双重作用，是目前有机高分子材料领域中备受关注的课题。针对制约环状类肽新材料的高效合成及结构性能无法精确调控等瓶颈问题。本申请拟首先基于可再生氨基酸单体的迭代Ugi反应，获得结构精确的线型类肽，再通过Ugi关环反应实现环状类肽新材料的高效合成。在此基础上系统调控环状类肽新材料的结构，合成一系列环尺寸不同、序列结构不同以及功能基团含量不同的环状类肽新材料。同时，充分利用功能性异氰单体实现环状类肽侧链结构调控，进一步解决环状类肽新材料结构单一、侧链缺少功能化基团等瓶颈问题。最后，从材料化学的角度，研究结构精确的环状类肽的性能及其在抗菌材料方面的应用。本课题的开展将丰富环状类肽新材料的合成方法，并对拓展其在环境友好材料及生物材料领域的应用具有十分重要的意义。

以可再生氨基酸资源为原料合成的环境友好高分子材料具有保护环境和节约资源的双重作用，是目前有机高分子材料领域中备受关注的课题。但是目前基于氨基酸资源合成结构精确的环境友好高分子材料的方法十分有限。本项目中以甘氨酸、 β-丙氨酸、丝氨酸等为原料，合成了系列氨基酸叔丁酯单体， 建立了基于 Ugi迭代反应，液相法高效合成主链以及侧链结构精确聚类肽的方法。利用该方法克级规模合成了一系列主链和侧链序列结构精确的聚类肽，并实现了β-聚类肽的高效合成。 通过合成序列结构精确的两亲性聚类肽，研究聚类肽精确的序列结构和温度响应行为及溶解性的关系，阐明了精确的序列结构对聚合物性能的重要影响。此外，以生物基的赖氨酸和糠醛为原料，通过Ugi多组分反应实现直接聚合，制备出具有类肽结构的高分子材料，为赖氨酸和糠醛的直接聚合以及可再生资源的高附加值利用开辟了一条新路径。基于我们在氨基酸Ugi多组分反应合成聚类肽方面的研究工作，应邀撰写综述文章，系统介绍基于氨基酸Ugi多组分反应制备聚类肽方面的总结和展望。此外，以三乙基硼（TEB）/鎓盐（PPNCl）Lewis 酸碱对为催化剂，建立了氨基酸衍生的O-羧基环内酸酐 (OCA) 和环氧化物一锅法合成序列选择性的嵌段聚合物的方法，该方法中的催化剂简单易得，催化效果极佳，为未来大规模生产次序可控的聚合物提供了更多可能。还通过“有机弱碱、协同催化”的策略解决了氨基酸来源OCA单体手性聚合中的瓶颈问题，有效地抑制了单体在开环聚合过程中的消旋现象，得到等规聚酯。最后，通过有机碱/硫脲双组份催化剂，实现了甲硫氨酸来源吗啉-2,5-二酮单体的可控聚合，丰富了聚酯酰胺的结构和功能。. 以上研究工作为以氨基酸资源为原料合成结构精确高分子材料提供了新途径，深入理解和把握了催化剂结构与性能、聚合物结构与性能间关系。本项目研究成果共发表SCI论文21篇，培养博士研究生5名（已毕业），硕士研究生3名（已转为在读博士）。