近日，长春应化所陶友华课题组在《J. Am. Chem. Soc.》上以“Precision Synthesis of Polypeptides via Living Anionic Ring-opening Polymerization of N-Carboxyanhydrides by Tri-thiourea catalysts” 为题在线发表了三硫脲催化下的氨基酸NCA单体的活性阴离子聚合的论文(J. Am. Chem. Soc., DOI: 10.1021/jacs.2c10950),并被选为Supplementary Cover封面论文。

  多肽聚合物作为天然蛋白和多肽的模拟物，具有广泛的生物学功能和应用，是一类重要的生物医用材料。氨基酸N-羧基环内酸酐单体(N-carboxyanhydrides, NCAs)的开环聚合是合成多肽聚合物的经典聚合方法。目前被广泛认可的NCA单体的聚合机理，主要为“氨机理”和“活化单体机理”，而NCA单体的阴离子聚合则很少被提及。自从1956年Szwarc提出活性阴离子聚合方法以来，大量的研究尝试实现NCA单体的活性阴离子聚合，包括Szwarc本人也做过尝试。慢引发、各种竞争性的链转移及链终止副反应，特别是不可避免的存在“活化单体机理”，使得NCA单体的活性阴离子聚合至今仍未实现。

  近年来，陶友华研究团队提出“阴离子结合催化聚合”的概念(Nature Synthesis. 2022, 1, 815; Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 6003)，旨在通过阴离子结合作用的动态化协同，在不同时空尺度上高效且特异性识别单体和聚合链末端，从而实现对聚合反应的高效与高选择性调控，并成功实现了O-羧基环内酸酐单体的活性阴离子聚合和乙烯基醚、乙烯基咔唑等单体的活性阳离子聚合，实现了对聚合物分子量及端基结构的精确控制。基于此，他们认识到，阴离子结合催化聚合的概念很有希望实现氨基酸NCA单体的活性阴离子聚合（图1）。为此，他们选用苯硫酚钠作为阴离子引发剂，它具有更强的亲核性及较弱的碱性，因而能够实现快速的亲核引发而避免对NCA单体的脱质子化。同时以具有独特“内增强作用”的三硫脲作为给体催化剂（图2），它与链末端活泼的氨基甲酸阴离子形成动态、可逆的阴离子结合作用，使链增长以协同脱羧的方式进行，从而成功构建氨基酸NCA单体的活性阴离子聚合模式，使聚合过程展现出高活性、高选择性的特点。

图2. 具有“内增强”作用的三硫脲催化剂结构

  论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c10950