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近日，華東理工大學(xué)劉潤輝教授課題組發(fā)表展望論文（Perspective），總結(jié)了N-羧基環(huán)內(nèi)酸酐（NCA）開環(huán)聚合制備氨基酸聚合物的最新進(jìn)展，包括NCA的合成、開環(huán)聚合引發(fā)劑、催化劑及聚合方式，并進(jìn)一步分析展望了NCA聚合方法的未來發(fā)展方向。該成果以“Recent Advances and Future Developments in the Preparation of Polypeptides via?N-Carboxyanhydride (NCA) Ring-Opening Polymerization”為題發(fā)表在國際著名期刊Journal of the American Chemical Society（DOI：10.1021/jacs.4c05382）。

劉潤輝教授課題組長期致力于模擬天然多肽的氨基酸聚合物的高效合成及其功能研究。建立了雙三甲基硅基胺基鋰（LiHMDS）引發(fā)的水分耐受的快速NCA開環(huán)聚合方法，實(shí)現(xiàn)敞口容器中、幾分鐘內(nèi)快速聚合高效制備多肽聚合物（Nat. Commun.?2018, 9, 5297)；發(fā)現(xiàn)了以羧酸鹽為新一類引發(fā)劑的NCA開環(huán)聚合方法，并提出了“進(jìn)攻NCA?脫羧”一步協(xié)同聚合反應(yīng)新機(jī)理（Angew. Chem. Int. Ed.?2021, 60, 26063）。

氨基酸聚合物作為天然蛋白和多肽的模擬物，具有廣泛的生物學(xué)功能和應(yīng)用，是一類重要的生物材料。NCA開環(huán)聚合是制備氨基酸聚合物的經(jīng)典合成方法，具有高效、可大規(guī)模制備高分子量氨基酸聚合物的優(yōu)勢(shì)。因此，研究NCA開環(huán)聚合新策略并實(shí)現(xiàn)快速、可控制備氨基酸聚合物具有重要意義。

基于劉潤輝教授課題組多年來對(duì)氨基酸聚合物合成領(lǐng)域的深入研究與系統(tǒng)認(rèn)知，論文凝練總結(jié)了NCA聚合策略的最新研究進(jìn)展（圖1）。從NCA單體的合成切入，涵蓋非光氣和縛酸劑等方法及其優(yōu)勢(shì)與局限性；其次，深入探討了多種NCA開環(huán)聚合的引發(fā)劑，包括經(jīng)典引發(fā)劑，如伯胺、叔胺、金屬配合物等，以及胺基衍生物、LiHMDS、羧酸鹽、異質(zhì)結(jié)構(gòu)等新型引發(fā)劑；另外還分析了不同NCA聚合催化劑，用于催化伯胺、醇和苯硫酚鈉引發(fā)體系，這些催化劑的使用對(duì)提升聚合速度和聚合可控性具有關(guān)鍵作用；凝練了NCA聚合方式的最新研究進(jìn)展，包括聚合反應(yīng)條件、螺旋加速協(xié)同聚合和聚合誘導(dǎo)自組裝（PISA）在NCA聚合體系中的應(yīng)用等。

針對(duì)NCA開環(huán)聚合制備氨基酸聚合物未來的發(fā)展，論文總結(jié)提出了三個(gè)主要方向（圖2）：（1）探索新型NCA開環(huán)聚合方法，提升NCA開環(huán)聚合制備氨基酸聚合物的聚合效率和可控性，并融合人工智能和計(jì)算模擬技術(shù)，以開創(chuàng)更為高效且精準(zhǔn)的聚合策略。（2）開展氨基酸聚合物結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，包括聚合物一級(jí)/二級(jí)結(jié)構(gòu)調(diào)控、序列精準(zhǔn)控制、雜化共聚、化學(xué)接枝等方式，以提升氨基酸聚合物的生物活性，滿足多樣化的應(yīng)用需求。（3）氨基酸聚合物的未來發(fā)展是多方面的，需要不斷進(jìn)行探索和創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)氨基酸聚合物可持續(xù)合成和高效循環(huán)利用，并且隨著氨基酸聚合物功能研究的不斷深入，融合跨學(xué)科的知識(shí)和技術(shù)手段，未來氨基酸聚合物的研究和應(yīng)用有望得到進(jìn)一步的創(chuàng)新和拓展。

華東理工大學(xué)武月銘特聘副研究員是論文的第一作者及共同通訊作者，劉潤輝教授為共同通訊作者。該成果得到了國家自然科學(xué)基金委、科技部等基金的資助。

論文鏈接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c05382

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