复旦大学潘翔城课题组：有机硼化学在高分子可控和精准合成中的应用

近年来，有机硼试剂因其独特性质备受瞩目，特别是硼酸和硼酸酯，它们在交叉偶联反应以及构建其他官能团方面发挥着至关重要的作用，广泛应用于合成有机小分子、药物和生物活性物质。复旦大学潘翔城等撰写专题文章，总结了课题组在有机硼化学在高分子可控和精准合成领域的最新研究进展。深入研究了硼单体和含硼聚合物材料的合成，开发了有机硼光催化剂用于可控自由基聚合，提出了基于硼酸酯辅助的液相合成方法，并成功应用于序列可控共轭聚合物的精确合成。这些研究进展开辟了高分子化学的新方向，显示了有机硼试剂在高分子合成中的应用潜力。

高分子材料具有刺激响应、生物相容性、导电性、超高强度和韧性等优异性能，广泛应用于航空航天、生物医药、智能装备、新能源等领域。这些先进材料的优异性能取决于高分子的精准合成，包括分子量(M_n)、分子量分布(Ð)、聚合物的拓扑结构以及确定序列。这些高分子材料的出现以及其功能性与聚合物的可控和精确合成是分不开的。一般来说，可控聚合物的合成可以通过活阴离子聚合、阳离子聚合或可控自由基聚合来实现，其中可控自由基聚合更简单且更容易实现。可控自由基聚合(也称为可逆失活自由基聚合，RDRP)包括原子转移自由基聚合(ATRP)、可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT)、氮氧稳定自由基聚合(NMP)等。这些技术为精确制备具有不同拓扑结构、分子量可控、低分散性和链端基保真度高的聚合物提供了新的途径。对于自然界的生物大分子，如蛋白质和DNA，其结构、链长和序列的准确性至关重要，这样才能准确地传递遗传信息，发挥其复杂的功能。受生物机制的启发，精确合成序列可控聚合物已成为当前高分子合成的研究热点之一。

硼元素在有机化学领域有着悠久的历史。硼原子空p轨道的存在使其具有缺电子性质，加上硼衍生物的金属属性，这些都赋予了有机硼试剂独特的性质。近日，复旦大学高分子科学系和聚合物分子工程国家重点实验室潘翔城课题组在SCIENCE CHINA Chemistry杂志上发表了题为“Organoboron chemistry towards controlled and precise polymer synthesis”的专题文章，详细介绍了该课题组近年来在有机硼化学在高分子可控和精准合成领域内的最新研究进展。

本文中，作者详细讨论了有机硼化合物在可控和精确合成聚合物方面具有的明显优势和重要价值，着重介绍了含硼单体和含硼聚合物的构建、新型有机硼光催化剂和有机硼试剂在可控自由基聚合中的应用，以及利用硼酸酯作为液相迭代合成标签用于精确合成聚合物的策略。这些开创性的研究工作扩大了有机硼化学在高分子合成中的范围，并为控制和精确合成聚合物建立了新的方法。最后，作者对高分子可控和精准合成领域进行了总结与展望。作者指出，开发新的含硼聚合物，例如烷基硼化聚合物和主链含硼聚合物，并探索其应用前景具有重要意义。在高分子精准合成方向，共轭聚合物的拓扑结构可以被精确控制，进一步探索制备结构更为精密的二维材料是有价值的。总的来说，有机硼化学为高分子合成开辟了新的机会，使合成具有超高精度以及量身定制性能的高分子材料成为可能。

图1. 有机硼化学在可控和精确高分子合成中的概述。(a)含硼单体和聚合物，有机硼试剂用于(b)可控自由基聚合和(c)精确聚合物的合成。

论文第一作者为复旦大学高分子科学系博士研究生杜昱璇，通讯作者为潘翔城研究员。详见：Yuxuan Du, Jin Dong, Chaoran Xu, Xiangcheng Pan*. Organoboron chemistry towards controlled and precise polymer synthesis. Sci. China Chem., 2023, doi: 10.1007/s11426-023-1797-1。该文将收录于2023 Emerging Investigator Issue。

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【通讯作者简介】

潘翔城，复旦大学高分子科学系、聚合物分子工程国家重点实验室PI、研究员、博士生导师。课题组长期致力于高分子可控精准合成以及高分子可持续性发展的研究，共计发表学术论文60余篇，其中包括Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem.、Phys. Rev. Lett.和Macromolecules等，获NSFC优秀青年科学基金资助（2023）、中国化学会高分子青年学者奖（2023）和ACS Rising Star in Polymers（2022）等奖项。

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