近年来，聚硫酯（PTE）因出色的可降解性、可回收性和潜在的生物医学应用受到了高分子化学家广泛关注。内硫酯的开环聚合是制备PTE的主要方法之一。化学家利用内硫酯的聚合-解聚平衡，实现了多种PTE的可控制备和聚合产物到单体的化学回收。然而，可持续PTE化学仍面临一些严峻挑战。一方面，内硫酯和PTE硫酯键的反应活性接近，聚合中往往存在难以抑制的硫酯交换副反应（链转移）；另一方面，内硫酯因活性差异难以与其他类型环状单体共聚，阻碍了PTE结构和功能的进一步拓展。

　　N-羧基内酸酐（NCA）的开环聚合是制备高分子量聚氨基酸的有效方法之一。永利集团吕华教授团队致力于NCA和内硫酯等环状单体的开环聚合及基于氨基酸的生物医用高分子材料的基础与应用研究。前期研究中，他们利用环氧缚酸剂实现了多种含活泼侧基官能团NCA单体（RFG-NCA）的稳健合成，包括羧基、巯基、巯基等，并初步论证了这些单体的可聚合性。他们发现，RFG-NCA聚合中官能团与NCA链增长的相互作用为新结构聚合物的高效合成提供了可能途径。

　　在此基础上，该工作中，吕华教授团队设计合成了含硫酯侧基的TE-NCA单体，利用硫酯和二级胺聚合中间体的相互作用将S-to-N酰基迁移成功整合到NCA的链增长中，首次实现了基于酰基迁移的NCA开环串联聚合（ROCAP），并由此合成了可化学回收的PTE和新型聚硫酯-类肽共聚物（P(TE-co-PP)）。

　　作者通过苄胺和TE-NCA的小分子模型反应探索了分子内S-to-N酰基迁移的可行性和催化条件，发现在乙酸催化下M1的酰基迁移能够快速定量完成，而加入三乙胺对M2巯基与NCA羰基的加成是必要的。由此，作者将乙酸和三乙胺同时引入TE-NCA聚合，以酸碱协同催化ROCAP，成功实现了一系列高分子量窄分散PTE（Mn可达84.5 kDa，Đ低至 1.10以下）和P(TE-co-PP)的合成。聚合产物中的硫酯和类肽重复单元比例可由酸碱催化剂比例有效调控，从而以一种单体合成多种不同比例的P(TE-co-PP)共聚物。在合成PTE的优化反应条件下，硫酯单元比例可控制在94%以上。

　　注意到聚合同时产生了少量的小分子副产物，作者开展了详细的聚合动力学等探究，提出了如下的反应机理。少量内硫酯BP-A由聚合中PTE的自发解聚产生，而纯化后的PTE在稀溶液中加入催化剂可以89%的产率回收得到BP-A，充分证明了所得PTE的可回收性。

　　最后，作者将少量TE-NCA与肌氨酸NCA（Sar-NCA）共聚，成功合成了硫酯键随机嵌入主链的可降解聚肌氨酸，并保持了聚合物的良好水溶性。

　　综上，该文首次实现了基于S-to-N酰基迁移的NCA 开环串联聚合，使其跳出了聚多肽/聚类肽的范畴，制备了具有独特结构的聚硫酯及硫酯-类肽共聚物，丰富了串联聚合的类型。

　　论文信息：

　　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

　　永利集团博士研究生王硕为论文第一作者，吕华教授为通讯作者; 该工作获得了北京市自然科学基金重点项目（Z220023）和国家杰出青年科学基金（2125101）和国家自然科学基金重点项目（2233100）的支持。

排版：高杨
审核：牛林，彭海琳