聚烯烃已经成为现代生活中不可或缺的材料，但是其稳定的全碳主链结构使其难以自然降解，造成了不容忽视的环境污染问题。相比之下，聚酯因含有易于水解的酯键结构，并具备理想的单体-聚合平衡，展现出可降解和化学回收的潜力，成为替代不可降解的聚烯烃的理想选择。将大宗烯烃原料环氧化后，与廉价的环状酸酐进行开环共聚，是价格经济、性能可调的聚酯合成方案之一。但这一方案目前受限于分子量较低的挑战，所得聚酯材料性能有限，制约着其进一步应用。因此，通过对催化体系的理性设计来提高聚酯的分子量，继而提高聚酯的性能一直是学术界极为关注的研究热点之一。在众多催化体系中，席夫碱催化剂因活性高、结构可调、易于合成等优势备受关注。其中，铁元素毒性低，生物相容性好，完美契合可降解高分子绿色合成理念。然而，与传统席夫碱金属催化剂相比，席夫碱铁催化剂在开环共聚中仍面临催化活性与可控性的双重挑战。

  针对上述挑战，中科院长春应化所陈学思院士、庞烜研究员团队报道了新型双功能席夫碱铁催化剂，其在低负载时可以保持催化活性以及可控性，具有潜在的合成高分子量聚酯的能力。

  该成果于2026年3月4日以“Electronic-Effect-Guided Bifunctional Iron Catalyst for the Copolymerization of Epoxides and Anhydrides: Enabling the Synthesis of High Molecular Weight Polyesters”为题发表于《Angewandte Chemie International Edition》，中科院长春应化所博士研究生赵宏宇为论文的第一作者。该研究得到国家自然科学基金委、中国科学院和吉林省科技厅的支持。

图1. 本研究工作内容梗概

  基于这一思路，本工作通过电子效应调控策略，重新设计了双功能席夫碱铁催化剂的配体结构，精确调控了金属中心的电子密度。优化后的催化剂在低催化剂负载条件下实现了高效可控的聚合，成功合成了一系列高分子量聚酯（图1）。

图2. 本研究中席夫碱铁催化体系的红外光谱图

  作者合成了一系列席夫碱铁催化剂，并利用红外光谱、紫外-可见光谱以及循环伏安法系统研究了其金属中心的电子特性。红外光谱（图2）和紫外-可见光谱分析表明，新型双功能席夫碱铁催化剂（配合物1）的金属中心具有更低的电子密度和更强的路易酸性；循环伏安法的测试结果进一步为这一结论提供了定量评估的依据。

图3. 本研究中席夫碱铁催化体系中转换频率随催化剂负载量的变化

  随后，作者系统评估了系列席夫碱铁催化剂的催化性能（图3）。结果表明，在多种催化剂负载量下，配合物1均表现出优于其他催化剂的活性，即使在极低的负载量下其仍能保持催化活性。作者进一步探究了配合物1的聚合动力学。动力学分析表明，单体消耗随归一化的时间和催化剂负载量变化呈现出一级反应动力学特征，为其在低负载条件下仍保持高催化活性提供了理论依据。此外，聚合过程中分子量随单体转化率线性增长，且分子量分布始终保持较窄，证实了聚合过程的良好的可控性。

  得益于配合物1在低催化剂负载条件下的优异催化性能，作者进一步探索了高分子量聚酯的合成，并成功制备一系列目标产物。这些高分子量聚酯为进一步探究其结构-性能关系提供了理想样本（图4）。测试结果表明所得聚酯材料的性能优于同类材料。以P-PO-PA-254为例，其拉伸强度与聚丙烯、聚苯乙烯相当，同时脆性更低，展现出作为商用塑料潜在替代品的广阔应用前景。

图4. 本研究中合成的高分子量聚酯的性能表征与对比

  配合物1在低催化剂负载量下仍能保持高催化活性，表明其具有优异的杂质耐受性。基于这一发现，作者进一步在空气中直接使用未纯化的单体成功进行了聚合反应，验证了其在非理想条件下的实际应用潜力。

  原文链接https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.4437375

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