双端官能化聚肽的可控合成——稀土催化NCA聚合与机理研究

通过α-氨基酸-N-羧基酐(NCA)开环聚合合成的聚肽具有与天然蛋白质类似结构的主链重复单元，具有优异的生物相容性和可降解性。稀土化合物催化NCA聚合特点明显，却鲜有报道。本项目研究稀土化合物催化NCA聚合特征与聚合机理：硼氢化稀土催化NCA可控聚合，直接合成纯净的两端分别为羟基和氨基的聚肽，并实现共聚肽结构和分子量的可控，探究其聚合机理和稀土催化剂对NCA开环位点的区域选择性；研究硼氢化稀土、氨基稀土、烷氧基稀土和芳氧基稀土等四类含有不同种类配体的稀土化合物催化NCA聚合特点，系统对比不同配体结构对稀土催化剂催化活性和NCA聚合机理的影响。高分子聚合的稀土催化剂研究具有中国特色，本项目拓展稀土催化剂在NCA聚合中的应用，关联稀土催化剂结构与催化性能的构效关系，用于指导新的稀土催化剂的设计与合成。

本项目研究聚氨基酸的化学合成新方法与新催化剂、探究催化聚合机理、实现聚氨基酸端基官能化、合成结构明确的聚氨基酸共聚物。围绕研究任务，我们(1)首次提出了高效催化α-氨基酸-N-(硫代)羧酸酐可控开环聚合的五种稀土催化剂，明晰了稀土催化剂结构与催化活性之间的构效关系，用硼氢化稀土催化剂合成了两端分别为羟基和氨基的聚氨基酸；(2)结合实验表征和DFT理论计算方法，阐明了NCA聚合的胺加成机理，证实了NCA单体的5位羰基加成是NCA单体增长过程的决速步、伯仲氨基对引发NCA聚合机理不存在差异、硼氢根在引发步骤原位还原端羰基为羟基、强碱性的硅氨基稀土化合物能活化NCA上4位碳氢键等结论；(3)建立了开环聚合中引发剂控制和聚合后定量端基转换两类方法，实现了六种聚氨基酸嵌段聚合物的合成策略，合成了聚氨基酸与聚氨基酸、聚酯、聚醚、RAFT聚合产物等的嵌段共聚物。这些成果为聚氨基酸及其共聚物增添了多种重要的合成和官能化方法，为高分子合成化学和稀土催化聚合提供了新的篇章。. 研究成果超过预期目标，共发表SCI收录论文19篇，其中7篇影响因子大于5、5篇被选中为期刊封面刊登，申请了2项国家发明专利已完成实质性审查，在国内外重要学术会议上做了6次口头报告和多次墙展报告。培养毕业博士和硕士研究生各三名。