仿DNA模板聚合构筑立体规整的不对称双股高分子

DNA（deoxyribonucleic acid）is the genetic material determining the makeup of all living cells and many viruses. DNA has a self-replicating feature which consists of two polynucleotide chains in the form of a double helix. It's still a great challenge to simulate DNA’s replication process with artificial synthetic polymers. As a result, the major purpose of this proposal is to develop a series of unsymmetrical double strand polymeric ladderphanes by sequential polymerization. The cyclobutene backones are firstly polymerized by ring opening metathesis polymerization (ROMP) followed by the polymerization of pendant groups using another strategy. Different functional polymers with well-defined degree of polymerization and narrow polydispersity could be obtained by such sequential polymerization. The condensation polymerization between additive and pendant groups will largely expand the applicable scope of this method for the preparation of chiral unsymmetrical double strand polymers. The target polymer could be dissociated from the backbones by hydrolysis and further characterization will be carried out towards the application of materials. With no doubt, the research work of this proposal will not only make great improvement for the synthetic method of unsymmetrical double strand polymers, but also provide new thought on the development of functional materials.

DNA（脱氧核糖核酸）分子被称为“遗传微粒”，在遗传信息传递和表达的过程中，以一条链为模板可精确合成出互补的另一条链，其结构中两条侧链相异而互补。本项目拟采用环丁烯衍生物为骨架，选取一系列目标分子为悬挂基团，构建具有不对称结构的双股高分子。通过模拟DNA分子的复制过程，建立一种新的模板化合成方法，适用于不同的悬挂基团，制备出传统合成方法难以得到的结构规整，分子量可控且分散度均一的目标高分子。之后，通过添加第三组分促进悬挂基团之间的聚合，扩大该方法的适用范围，应用于手性不对称双股高分子的合成。利用水解反应解离出目标高分子，研究其在功能材料领域的应用，将独特的结构性转化为特有的功能性。本项目对于全新不对称双股高分子的设计与研究，不仅将建立一种新的模板化合成方法，实现人工合成高分子在仿DNA复制过程上的突破，而且基于骨架变换功能性目标分子的策略，也将为新型高分子材料的研发提供新的思路。

DNA分子即脱氧核糖核酸，是染色体的重要组成成分，同时也是组成基因的材料，除具有独特的双螺旋结构外，最重要的性质在于可以进行自我复制。人工合成类似于DNA的双股高分子，可以更加清楚的了解遗传信息的构成和传递的途径，但是目前人工合成高分子中，由于单体间距和聚合方法的限制，两条侧链一般完全相同，形成对称的结构。因此，以一条结构简单、分子量可控的聚合物骨架为模板，精确“复制”出另一条不同结构的目标高分子链，合成出具有不对称结构的双股高分子，实现对遗传密码传递过程的模拟，具有重要的理论和应用价值。本项目首先以环丁烯衍生物为骨架，四类不同的目标分子为悬挂基团合成出单体，利用开环复分解聚合反应制备出立体规整的单股高分子作为模板。之后，通过改变和尝试反应条件，将悬挂目标分子以相应合适的方法进行二次聚合，成功构筑出一侧为环丁烯模板链，另一侧为目标高分子链的不对称双股高分子。利用凝胶渗透色谱测试不对称双股高分子的分子量及分子量分布，与模板单股高分子相比较，着重研究了该双股高分子的立体规整度。在此基础上，将不对称双股高分子通过水解反应，解离出目标高分子链，对其分子量和分子量分布进行详细的测试和表征。相较于目标分子以传统方法直接聚合得到的高分子链，上述解离出的目标高分子链分子量分布更为均一，且分子量可通过环丁烯骨架的聚合度进行精确调控，克服了目标分子以传统方法聚合时存在的诸多困难和问题，成功发展出以环丁烯衍生物为模板合成结构规整、分子量可控且分散度均一目标高分子的新方法。进而基于目标高分子链的结构特点，测试各项物理化学性质，初步探索了其在功能材料领域的应用价值。本项目的研究内容及结果不仅为类DNA双股高分子的合成提供了一种新的方法，实现了人工合成高分子在仿DNA复制过程上的突破，而且成功制备出以往难于精确合成的目标聚合物，为制备新型功能预设的高分子材料提供了新的思路。