兰州大学邬金才教授课题组在湿气条件下可控聚合合成聚乳酸取得重要进展
近年来，石油基高分子聚合物在日常生活和生产中被广泛使用，但同时也给整个生态环境带来了严重的威胁，因此生产生物可降解聚酯代替目前大量使用的石油基高分子聚合物受到人们极大的关注。特别是聚乳酸，由于其具有生物可再生、生物相容及生物降解性质，已经被广泛应用到餐饮、包装、医疗等各个领域。在过去几十年里，研究人员发展了大量的催化剂/引发剂，采用开环聚合法合成聚乳酸，然而这些催化剂中的绝大多数对空气或水是敏感的，这极大地限制了它们在工业领域中的应用。因此开发新型的对空气或水不敏感并可用于工业化大规模生产聚乳酸的金属催化剂是一项具有极大挑战性且十分有意义的工作。
针对催化剂对空气或水敏感的问题，邬金才教授课题组刚刚获得博士学位的黄淮学院青年教师陈长娟博士设计合成了一系列具有D3对称性的双核钇金属催化剂，这些催化剂在有水存在的条件下，通过改变温度可以可逆地在高活性物种和低活性物种之间进行转换（图一）。这些催化剂是非常强健的，其在空气中可以可控地催化丙交酯聚合，催化剂的负载量可以低至15 ppm, 1分子催化剂能调节合成超过1000条聚酯链。所得聚乳酸分子量最高可达78.0 kg/mol, 此外，该体系具有一定的杂规选择性。
图一 双核钇金属配合物的合成及热转换过程；在空气或潮湿条件下，双核钇金属配合物以苄醇作为引发剂催化rac-丙交酯可控开环聚合过程
文章对这一系列双核钇金属催化剂在空气、水中稳定存在的原因以及在潮湿条件下能可控催化丙交酯开环聚合的原因进行了深入系统地研究。实验结果表明：首先，双核钇金属配合物的金属中心自身被大位阻的配体包裹，导致其自身对水并不是很敏感（图一）；其次，当有水存在的条件下，双核钇配合物存在热转换的性质（图二）；最后，在该体系中，苄醇的引发效率要高于水，在少量水的情况下得到的聚酯几乎都是醇为引发剂（图三）。这一系列的实验结果为设计对空气、水不敏感的金属催化剂用于工业生产聚乳酸提供了一条新的途径。
图二 1H NMR spectra监测双核钇配合物的热转换性质；双核钇配合物的颜色以及UV-Vis spectra转变过程(改变温度)
图三 聚合物MALDI-TOF质谱图(证明水的引发效率低)
邬金才教授课题组长期致力于生物降解高分子的催化合成，其中湿气条件下可控合成聚乳酸的研究已经有数十年之久，通过不懈地坚持和努力，近期陈长娟博士在该研究方向的此结果是的一个较大突破，这一研究成果发表在Macromolecules (DOI: 10.1021/acs.macromol.8b01229)上。
论文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.8b01229
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