近年來，聚硫酯（PTE）因出色的可降解性、可回收性和潛在的生物醫學應用受到了高分子化學家廣泛關注。内硫酯的開環聚合是制備PTE的主要方法之一。化學家利用内硫酯的聚合-解聚平衡，實現了多種PTE的可控制備和聚合産物到單體的化學回收。然而，可持續PTE化學仍面臨一些嚴峻挑戰。一方面，内硫酯和PTE硫酯鍵的反應活性接近，聚合中往往存在難以抑制的硫酯交換副反應（鍊轉移）；另一方面，内硫酯因活性差異難以與其他類型環狀單體共聚，阻礙了PTE結構和功能的進一步拓展。

　　N-羧基内酸酐（NCA）的開環聚合是制備高分子量聚氨基酸的有效方法之一。beat365呂華教授團隊緻力于NCA和内硫酯等環狀單體的開環聚合及基于氨基酸的生物醫用高分子材料的基礎與應用研究。前期研究中，他們利用環氧縛酸劑實現了多種含活潑側基官能團NCA單體（RFG-NCA）的穩健合成，包括羧基、巯基、巯基等，并初步論證了這些單體的可聚合性。他們發現，RFG-NCA聚合中官能團與NCA鍊增長的相互作用為新結構聚合物的高效合成提供了可能途徑。

　　在此基礎上，該工作中，呂華教授團隊設計合成了含硫酯側基的TE-NCA單體，利用硫酯和二級胺聚合中間體的相互作用将S-to-N酰基遷移成功整合到NCA的鍊增長中，首次實現了基于酰基遷移的NCA開環串聯聚合（ROCAP），并由此合成了可化學回收的PTE和新型聚硫酯-類肽共聚物（P(TE-co-PP)）。

　　作者通過苄胺和TE-NCA的小分子模型反應探索了分子内S-to-N酰基遷移的可行性和催化條件，發現在乙酸催化下M1的酰基遷移能夠快速定量完成，而加入三乙胺對M2巯基與NCA羰基的加成是必要的。由此，作者将乙酸和三乙胺同時引入TE-NCA聚合，以酸堿協同催化ROCAP，成功實現了一系列高分子量窄分散PTE（Mn可達84.5 kDa，Đ低至 1.10以下）和P(TE-co-PP)的合成。聚合産物中的硫酯和類肽重複單元比例可由酸堿催化劑比例有效調控，從而以一種單體合成多種不同比例的P(TE-co-PP)共聚物。在合成PTE的優化反應條件下，硫酯單元比例可控制在94%以上。

　　注意到聚合同時産生了少量的小分子副産物，作者開展了詳細的聚合動力學等探究，提出了如下的反應機理。少量内硫酯BP-A由聚合中PTE的自發解聚産生，而純化後的PTE在稀溶液中加入催化劑可以89%的産率回收得到BP-A，充分證明了所得PTE的可回收性。

　　最後，作者将少量TE-NCA與肌氨酸NCA（Sar-NCA）共聚，成功合成了硫酯鍵随機嵌入主鍊的可降解聚肌氨酸，并保持了聚合物的良好水溶性。

　　綜上，該文首次實現了基于S-to-N酰基遷移的NCA 開環串聯聚合，使其跳出了聚多肽/聚類肽的範疇，制備了具有獨特結構的聚硫酯及硫酯-類肽共聚物，豐富了串聯聚合的類型。

　　論文信息：

　　Shuo Wang, Zi-You Tian, Hua Lu*, Recyclable Polythioesters and Poly(thioester-co-peptoid)s via Ring-Opening Cascade Polymerization of Amino Acid N-Carboxyanhydrides, Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202411630

　　beat365博士研究生王碩為論文第一作者，呂華教授為通訊作者; 該工作獲得了北京市自然科學基金重點項目（Z220023）和國家傑出青年科學基金（2125101）和國家自然科學基金重點項目（2233100）的支持。

排版：高楊
審核：牛林，彭海琳