通过生物质降冰片烯ROMP制备具有降解能力的环境友好型聚合物学术资讯

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原标题：Nat. Chem.：通过生物质降冰片烯ROMP制备具有降解能力的环境友好型聚合物

通过降冰片烯及其衍生物开环易位聚合反应（Ring-Opening Metathesis Polymerization，ROMP）制备具有特殊功能的聚合物材料，在树脂合成、催化、生物医药和传感领域有着重要的应用。同时，降冰片烯基大分子单体（MMs）的接枝ROMP反应亦可制备出用于药物递送、分子成像和自组装的先进聚合物。尽管基于降冰片烯的聚合物有着多种优异的性能和应用前景，但其难降解的弊端是遏制其应用的最大障碍。在环保问题日益凸显的今天，人们对于绿色化学有着更迫切的需求，而传统聚烯烃材料已不能满足绿色化学的标准。聚合物的稳定性与可降解性犹如天平的两端，如何调控两者使聚合物材料同时达到实用与环保的要求，这需要研究者们深入地探索。

（图片来源：Nat. Chem.）

一、研究内容

近日，麻省理工学院高分子合成专家Jeremiah A. Johnson成功制备出具有可降解能力的降冰片烯基聚合物材料，并对其可降解性、生物学性质进行了深入研究。相关研究成果发表于Nature Chemistry上（DOI: 10.1038/s41557-019-0352-4）。

二、研究方法

（图片来源：Nat. Chem.）

降冰片烯的均聚物是一类主链上含有C-C和C=C键的聚合物。由于这两种共价键具有优异的化学稳定性，降冰片烯均聚物的降解能力微弱。然而，作者别出心裁，设计出一类含有硅醚键的八元环烯烃单体，并将其与降冰片烯共聚，所制备的共聚物中存在稳定性较差的硅醚键，从而实现共聚物的可降解性。作者对所制备的共聚物进行降解实验时发现，共聚物可以降解为含有1-3个重复单元的寡聚物，这一结果充分证明该二元共聚物是一种统计聚合物，而非嵌段型聚合物：即降冰片烯单体随机分布于一条聚合物链上。

（图片来源：Nat. Chem.）

作者对多种降冰片烯衍生物单体与硅醚烯烃单体共聚的聚合物进行降解性研究，发现降冰片烯结构对降解性有着重要影响。这是由于降冰片烯结构的差异导致其反应活性产生较大不同。由于NB1和NB2反应活性较高，其与硅醚烯烃共聚所制备的统计聚合物中均聚结构NB1-NB1和NB2-NB2单元数目较多，因而所降解产生的寡聚物具有较大的分子量。

随后，作者对不同硅醚结构所制备的共聚物以及降解环境的pH对共聚物降解性的影响进行了深入研究，并得出结论：降解是从聚合物主链进行的，且环境酸性越强降解速度越快。

（图片来源：Nat. Chem.）

之后，作者还制备了具有不同拓扑结构的刷状和刷臂星型聚合物进行了降解性研究。刷状聚合物仅在降冰片烯与硅醚烯烃共聚部分进行降解，而刷臂星型聚合物先进行壳部分的降解，当酸性较强时，可进行核部分的降解，从而实现聚合物的整体降解。

最后，作者对共聚物进行了生物学测试，以证明其具有优异的生物相容性和低毒性。

三、研究结论

作者利用降冰片烯单体与硅醚环烯烃单体的共聚反应成功制备出具有可降解性、不同拓扑结构的聚合物，并对聚合物微结构和降解行为进行深入研究。生物学测试表明此类聚合物具有低毒性和优异的生物相容性，为此类聚合物在医药领域的应用打下基础。

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