只需一步！新催化剂可将3种单体混合物转化为二嵌段三元聚合物

近日，有科学家开发了一种新型催化剂。这种催化剂能在一个步骤内，把三种单体的混合物转化为定义明确的、有序的二嵌段三元聚合物（diblock terpolymers）。嵌段共聚物包括至少两个聚合物段，每个都来自不同的单体种类，在同一个分子中结合了这些段的特性。因此，从热塑性塑料的开发到用于药物输送的生物材料，它们都有巨大的应用潜力。

一直以来，化学家依靠在一个或两个独立的容器中进行两步聚合来合成嵌段式聚合物。如果“使用两锅/两步”（two-pot/two-step）的聚合，那么就需要在进行下一步反应之前隔离第一段，这很麻烦，而且成本很高。

“使用一锅/两步”（one-pot/two-step）的方法可以绕过这一隔离步骤，但必须要进行所谓的活体聚合，即一旦第一个单体被消耗掉，生长中的链就会保持反应以接受另一个单体，两个单体都会完全转化。然而，如果没有及时加入第二个单体，就可能会导致不必要的副反应。

这项研究中，团队设计了一种"一锅/一步"（one-pot/one-step）的方法来生产二嵌段三元共聚物，其中三个单体形成两个不同的交替共聚物段。研究人员表示，这是最简单的方法。

涉及三个单体的聚合，通常会产生无规的三元共聚物。因此，找到一种智能催化剂来调节聚合过程中的单体顺序，这是至关重要的。

研究人员发现了一种可自动切换的磷苯基催化剂（phosphazene-based catalysts），它可以刺激一种单体的聚合，同时抑制其他单体的聚合。催化剂的可切换性取决于它与生长链交换质子的能力。当第一种单体在与第二种单体的交替共聚中被完全消耗时，催化剂就会打开，促进第二种单体与第三种单体的过量交替共聚。

从含氮的N-磺酰基氮丙啶、含氧的环氧化物和酸酐家族中选择环状单体对于三元聚合来说至关重要。研究者表示，以前曾使用氮丙啶和酸酐合成了由一个交替共聚物和一个均聚物组成的嵌段式共聚物。这表明，具有不同反应性的三种单体，将可以有效地实现二嵌段三元共聚物的“一锅/一步”制备。

研究人员还发现，在转向环氧化物/酸酐交替共聚之前，该催化剂促进了氮丙啶/酸酐的交替共聚，显示了其高单体选择性和动力学控制。

研究团队计划将进一步挖掘氮丙啶、环氧化物和酸酐三元共聚物。这项研究还为其他单体家族的三元共聚开辟了新的前景。

题为Diblock dialternating terpolymers by one-step/one-pot highly selective organocatalytic multimonomer polymerization的相关研究论文发表在《自然-通讯》上。

前瞻经济学人APP资讯组

论文原文：

https://www.nature.com/articles/s41467-021-27377-3