唐本忠院士团队深大韩婷《Chem. Sci.》：荧光功能聚噁二唑的无催化剂合成及其在多孔薄膜制备和可视化中的应用

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新型聚合反应的开发对于结构新颖、性能独特的功能聚合物的开发具有重要推动意义。在各类功能聚合物中，杂环聚合物因其优异的耐热性和化学稳定性、良好的机械性能、独特的光电性质和刺激响应特性等，受到多领域的广泛关注。作为一种重要的杂环聚合物，聚噁二唑（POD）被广泛应用在耐高温材料、气体分离、燃料电池、电子和质子传输材料等领域。然而，POD在合成上的困难极大地限制了其结构和功能的多样性，具有优异荧光性能的POD材料仍研究较少。

多组分聚合是高效构筑多功能高分子库的有力手段。近期，唐本忠院士团队深圳大学AIE研究中心韩婷等人基于有机化学中经典的Ugi反应发展了一种便捷、高效的新型Ugi多组分聚合反应策略。这种无催化剂参与的多组分聚合反应能够在室温条件下将简单易得的醛、羧酸、仲胺和(异氰基亚氨基)三苯基膦直接转化为一系列具有多种拓扑结构的荧光功能POD（图1）。

图1. 多组分聚合反应路线示意图及文章亮点总结

该工作要点包括：

（1）与POD的传统合成方法相比，所报道的Ugi类型的多组分聚合策略具有无需催化剂、反应条件温和、操作简单、底物范围广泛、产物结构规整多样等优势。可以通过采用多种不同的单体组合方式来便捷地调控POD的化学结构和拓扑结构，进而制备出一系列分子量高、溶解性好、结构各异的线型和超支化POD（图2和图3），绝对重均分子量高达124100 g/mol。所得聚合物均具有良好的热稳定性以及优异的成膜性能。

（2）经典的Ugi聚合产物往往局限于各种聚酰胺，该工作所报道的新型Ugi多组分聚合可以在聚合物骨架中原位生成噁二唑基元。这得益于仲胺和(异氰基亚氨基)三苯基膦单体的使用所造成的反应机理变化，在反应过程中可能发生了分子内aza-Wittig关环过程。由此反应所生成的多取代POD骨架结构是其他聚合方法较难获得的。

（3）通过在聚合物结构中适当地引入发光基团，所得产物可以表现出强烈的聚集诱导发光（AIE）特性。基于AIE线型POD良好的成膜能力、独特的自组装性能和明亮的固态荧光，可以采用简单的静态呼吸图法制备出具有稳定有序多孔结构的荧光薄膜（图4）。利用荧光可视化技术的高灵敏度、原位实时、便捷快速的优势，作者系统地研究了POD形成有序多孔薄膜的影响因素，这有助于进一步推动此类荧光多孔薄膜在不同领域中的应用。

（4）具有AIE特性的线形和超支化POD都具有良好的生物相容性、溶酶体靶向性和优异的抗光漂白特性，有潜力作为溶酶体特异型荧光探针应用于生物成像中。

图2. 多样化单体组合方式合成线型结构POD

图3. 多样化单体组合方式合成超支化结构POD

图4. 基于静态呼吸图法制备多孔薄膜

该工作充分体现了多组分聚合反应在高分子主链结构调控方面的优势，呈现出简单便捷的合成特点，对杂环聚合物的结构多样性和构-效关系的系统研究提供了重要借鉴。以上工作以“Catalyst-free synthesis of diverse fluorescent polyoxadiazoles for the facile formation and morphology visualization of microporous films and cell imaging”为题，近期发表在《Chemical Science》上（DOI：10.1039/D2SC05960F）。文章第一作者为深圳大学硕士研究生谢俊垚，通讯作者为香港中文大学（深圳）唐本忠院士和深圳大学韩婷特聘研究员。该研究得到国家自然科学基金委和深圳市基础研究面上项目的支持。

文章信息：

Xie, J.; Niu, N.; Fu, X.; Su, X.; Wang, D.; Qin, A.; Han, T.; Tang, B. Z., Catalyst-free synthesis of diverse fluorescent polyoxadiazoles for the facile formation and morphology visualization of microporous films and cell imaging. Chemical Science 2023, DOI: 10.1039/D2SC05960F.

https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2023/SC/D2SC05960F

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