【人物与科研】华东理工大学刘润辉教授课题组：对水分不敏感的NCA超快聚合方法，首次实现手套箱外NCA敞口聚合

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导语

聚肽（氨基酸聚合物）是一类生物相容性优异、并且具有生物活性和生物可降解性的材料，在众多领域有着广泛的应用和前景，如药物和基因递送、组织工程、多肽模拟、抗菌等。1906年德国化学家Hermann Leuchs首次发现了N-羧基-环内酸酐（N-carboxyanhydride，简称NCA，也称Leuchs酸酐）并奠定了其合成基础。在之后110多年的发展中，NCA聚合已成为制备聚肽的经典方法，并得到了不同领域科学家的广泛关注和应用。国际上多个课题组先后报道了多种聚合方法，其中以伯胺引发的NCA开环聚合应用最为广泛和普遍。然而，伯胺作为引发剂的聚合反应速度较慢，一般需要2-3天的时间，且难以制备较大分子量的聚肽；而NCA单体的稳定性一般较差，反应时间较长可能导致副反应产生。除此之外，NCA聚合对水分特别敏感。因此，反应需要严格的无水甚至无氧操作、超干溶剂和手套箱设备。这些要求大大限制了很多非有机合成背景的研究人员开展聚肽制备和应用研究。这些一直未能解决的核心问题和挑战也阻碍了NCA聚合领域的进一步发展和应用。近日，华东理工大学刘润辉教授课题组在NCA聚合领域取得关键性突破，建立了对水分不敏感的NCA超快聚合方法，并首次实现手套箱外NCA敞口聚合（Nat. Commun. 2018, 9, 5297）。

刘润辉教授课题组简介

刘润辉教授课题组（Synthetic Polymeric Biomaterials Lab）依托于华东理工大学超细材料制备与应用教育部重点实验室和教育部医用生物材料工程研究中心，开展基于多肽聚合物的生物材料研究。课题组致力于发展新的聚合方法，合成模拟蛋白/多肽功能的多肽聚合物并开展相关活性、功能、作用机制及应用研究。课题组在模拟宿主防御肽（Host defense peptide, HDP）的抗耐药菌研究领域潜心研究并做出了初步的原创性成果。

刘润辉教授简介

刘润辉，华东理工大学教授、博导。2001年和2004年先后在华东理工大学获得学士、硕士学位，2009年在美国普渡大学（Purdue University）化学系获得博士学位；2009年至2015年先后在美国加州理工学院（Caltech）和威斯康星大学-麦迪逊分校（UW-Madison）开展博士后研究；2014年底至今任华东理工大学材料科学与工程学院教授。主要研究方向为合成多肽聚合物作为药用、医用生物材料的探索。获得华东理工大学特聘教授、上海市高校特聘教授（东方学者）、国家青年人才项目支持。在J. Am. Chem. Soc., Nat. Commun.等学术期刊上发表研究论文多篇。

前沿科研成果

对水分不敏感的NCA超快聚合方法，

首次实现手套箱外NCA敞口聚合

华东理工大学刘润辉教授课题组致力于解决NCA聚合的核心问题和挑战：常用聚合方法反应速度慢，且难以制备较大分子量的聚肽；NCA单体稳定性通常较差，长时间反应可能导致副反应产生；NCA开环聚合对水分超级敏感，需要超干溶剂和手套箱反应环境。近期，该课题组针对NCA聚合的核心挑战做出了重大突破，建立了六甲基二硅基胺基锂（Lithium Hexamethyldisilazide, LiHMDS）引发且对水分不敏感、聚合速度快、能制备长链聚肽的NCA聚合新方法。首先，LiHMDS引发的NCA聚合可以在非惰性气体保护的敞口容器中成功进行，突破了传统NCA聚合对手套箱设备的依赖和对溶剂及有机合成技术的要求，操作简单方便，可应用于功能多肽库的大规模合成。其次，LiHMDS引发的NCA聚合反应可以在几分钟到几小时内完成，与相同条件下普通伯胺引发的反应相比，聚合反应速率得到大幅度的提高；而且这一快速聚合能够制备长链聚肽（例如poly-BLG，Mn=283400 g/mol）。第三，LiHMDS是一种性质稳定、可商业化购买的引发剂，并且不同供应商、不同批次、不同合成方法得到的LiHMDS在NCA聚合中的性能几乎相同。第四，利用这种NCA聚合方法可以很容易地将聚肽的N-和C-末端进行端基功能化，从而得到更多适应不同领域的功能聚肽。第五，LiHMDS引发的NCA聚合可以得到具有明确二级结构的聚肽，这对许多生物活性和功能方面的研究起到重要作用。进一步的机理研究表明，LiHMDS引发NCA聚合为阴离子开环活性聚合，可以方便地实现NCA均聚、无规共聚、嵌段聚合，并可用于平行大量制备聚肽分子库和高通量功能筛选研究。

LiHMDS引发的NCA聚合反应研究

（图片来源：Nat. Commun.）

相关研究论文以“Lithium hexamethyldisilazide initiated superfast ring opening polymerization of alpha-amino acid N-carboxyanhydrides”为题近日在Nature Communications上在线发表（Nat. Commun. 2018, 9, 5297）。华东理工大学博士研究生武月铭是该成果的第一作者和主要完成人，青年千人刘润辉教授是单一通讯作者，华东理工大学是唯一作者单位。该研究得到国家自然科学基金委、科技部等基金的资助。

（供稿：张雯静）

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