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近日，華東理工大學劉潤輝教授課題組發表展望論文（Perspective），總結了N-羧基環內酸酐（NCA）開環聚合制備氨基酸聚合物的最新進展，包括NCA的合成、開環聚合引發劑、催化劑及聚合方式，并進一步分析展望了NCA聚合方法的未來發展方向。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）引發的水分耐受的快速NCA開環聚合方法，實現敞口容器中、幾分鐘內快速聚合高效制備多肽聚合物（Nat. Commun.?2018, 9, 5297)；發現了以羧酸鹽為新一類引發劑的NCA開環聚合方法，并提出了“進攻NCA?脫羧”一步協同聚合反應新機理（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，具有廣泛的生物學功能和應用，是一類重要的生物材料。NCA開環聚合是制備氨基酸聚合物的經典合成方法，具有高效、可大規模制備高分子量氨基酸聚合物的優勢。因此，研究NCA開環聚合新策略并實現快速、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氨基酸聚合物合成領域的深入研究與系統認知，論文凝練總結了NCA聚合策略的最新研究進展（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勢與局限性；其次，深入探討了多種NCA開環聚合的引發劑，包括經典引發劑，如伯胺、叔胺、金屬配合物等，以及胺基衍生物、LiHMDS、羧酸鹽、異質結構等新型引發劑；另外還分析了不同NCA聚合催化劑，用于催化伯胺、醇和苯硫酚鈉引發體系，這些催化劑的使用對提升聚合速度和聚合可控性具有關鍵作用；凝練了NCA聚合方式的最新研究進展，包括聚合反應條件、螺旋加速協同聚合和聚合誘導自組裝（PISA）在NCA聚合體系中的應用等。

針對NCA開環聚合制備氨基酸聚合物未來的發展，論文總結提出了三個主要方向（圖2）：（1）探索新型NCA開環聚合方法，提升NCA開環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算模擬技術，以開創更為高效且精準的聚合策略。（2）開展氨基酸聚合物結構的創新設計，包括聚合物一級/二級結構調控、序列精準控制、雜化共聚、化學接枝等方式，以提升氨基酸聚合物的生物活性，滿足多樣化的應用需求。（3）氨基酸聚合物的未來發展是多方面的，需要不斷進行探索和創新，實現氨基酸聚合物可持續合成和高效循環利用，并且隨著氨基酸聚合物功能研究的不斷深入，融合跨學科的知識和技術手段，未來氨基酸聚合物的研究和應用有望得到進一步的創新和拓展。

華東理工大學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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