合成高分子如各類塑料制品在過去半個世紀為社會發展與生活便捷做出了巨大貢獻。然而近年來，隨著石油資源的日益枯竭以及傳統高分子不可降解所帶來的全球性環境污染問題，發展基于可再生資源、可降解、可回收的高分子成為全社會迫在眉睫的需求。高分子科學家們在過去20年中發展了一大批可解聚高分子，特別是近5年來可回收塑料領域出現了飛躍性的進展。然而現有的可降解高分子種類較少、且往往存在聚合/降解條件劇烈、副反應多、產率低等問題，難以高效回收單體或其他高附件值產品。
北京大學化學與分子工程學院呂華研究員課題組長期致力于發展新的高分子化學方法，發展各類基于氨基酸的環境友好高分子用于高端生物材料與蛋白質藥物修飾。近期，他們從膠原蛋白中廣泛存在的天然氨基酸4-羥基L-脯氨酸(4-HYP)出發，制備了一系列橋環內硫酯(NR-PTL)單體，用廉價催化劑與溫和條件實現了其可控聚合，制備了分散度小（通常低于1.15），分子量可控（最高達259 kg/mol）的聚硫酯高分子（PNRPTE）。文章通過理論計算闡述了可控聚合與解聚的原理。得益于其剛性環狀結構的分子設計與硫酯鍵本身的動態弱鍵屬性，該系列聚硫酯在常規環境中極為穩定而在弱堿稀溶液中可以完全化學解聚，100%產率回收得到純凈的內硫酯單體。此類聚硫酯還極易側鏈衍生化，為進一步通過側鏈分子結構設計調節聚合物性能提供了可能性。預期在對聚合物側鏈結構充分優化后，有望將該系列聚硫酯用于各類需要實現降解或解聚的高端塑料制品。若能進一步降低原料成本，則有可能將其用于更廣泛的用途。總體而言，該工作從單體分子結構設計出發，實現了聚硫酯的可控聚合與完全回收，豐富了人們對內硫酯開環聚合的認知，為高效制備可降解易回收的高分子材料提供了新范例。
圖1 橋環內硫酯NR-PTL的可控聚合與解聚。
該研究成果被作為2019年3月27日第12期的《美國化學會志》的首頁封面論文發表（J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 4928-4935）。文章被編輯選為ACS Editors’ Choice，并被作為Spotlights on Recent JACS Publications加以亮點報道。呂華研究員課題組2014級博士生袁勁松為該論文第一作者，呂華研究員為論文通訊作者。北京大學李子臣教授參與了課題。該工作得到了國家自然科學基金優秀青年基金(21722401)的支持。
論文鏈接：https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/pdf/10.1021/jacs.9b00031
