只需一步！新催化劑可將3種單體混合物轉化為二嵌段三元聚合物

近日，有科學家開發了一種新型催化劑。這種催化劑能在一個步驟內，把三種單體的混合物轉化為定義明確的、有序的二嵌段三元聚合物（diblock terpolymers）。嵌段共聚物包括至少兩個聚合物段，每個都來自不同的單體種類，在同一個分子中結合了這些段的特性。因此，從熱塑性塑料的開發到用于藥物輸送的生物材料，它們都有巨大的應用潛力。

一直以來，化學家依靠在一個或兩個獨立的容器中進行兩步聚合來合成嵌段式聚合物。如果“使用兩鍋/兩步”（two-pot/two-step）的聚合，那么就需要在進行下一步反應之前隔離第一段，這很麻煩，而且成本很高。

“使用一鍋/兩步”（one-pot/two-step）的方法可以繞過這一隔離步驟，但必須要進行所謂的活體聚合，即一旦第一個單體被消耗掉，生長中的鏈就會保持反應以接受另一個單體，兩個單體都會完全轉化。然而，如果沒有及時加入第二個單體，就可能會導致不必要的副反應。

這項研究中，團隊設計了一種"一鍋/一步"（one-pot/one-step）的方法來生產二嵌段三元共聚物，其中三個單體形成兩個不同的交替共聚物段。研究人員表示，這是最簡單的方法。

涉及三個單體的聚合，通常會產生無規的三元共聚物。因此，找到一種智能催化劑來調節聚合過程中的單體順序，這是至關重要的。

研究人員發現了一種可自動切換的磷苯基催化劑（phosphazene-based catalysts），它可以刺激一種單體的聚合，同時抑制其他單體的聚合。催化劑的可切換性取決于它與生長鏈交換質子的能力。當第一種單體在與第二種單體的交替共聚中被完全消耗時，催化劑就會打開，促進第二種單體與第三種單體的過量交替共聚。

從含氮的N-磺酰基氮丙啶、含氧的環氧化物和酸酐家族中選擇環狀單體對于三元聚合來說至關重要。研究者表示，以前曾使用氮丙啶和酸酐合成了由一個交替共聚物和一個均聚物組成的嵌段式共聚物。這表明，具有不同反應性的三種單體，將可以有效地實現二嵌段三元共聚物的“一鍋/一步”制備。

研究人員還發現，在轉向環氧化物/酸酐交替共聚之前，該催化劑促進了氮丙啶/酸酐的交替共聚，顯示了其高單體選擇性和動力學控制。

研究團隊計劃將進一步挖掘氮丙啶、環氧化物和酸酐三元共聚物。這項研究還為其他單體家族的三元共聚開辟了新的前景。

題為Diblock dialternating terpolymers by one-step/one-pot highly selective organocatalytic multimonomer polymerization的相關研究論文發表在《自然-通訊》上。

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論文原文：

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

標簽： 催化劑 二嵌段三元聚合物