华东理工刘润辉教授课题组 JACS：N-羧基环内酸酐（NCA）开环聚合制备氨基酸聚合物的最新进展及展望

近日，华东理工大学刘润辉教授课题组发表展望论文（Perspective），总结了N-羧基环内酸酐（NCA）开环聚合制备氨基酸聚合物的最新进展，包括NCA的合成、开环聚合引发剂、催化剂及聚合方式，并进一步分析展望了NCA聚合方法的未来发展方向。该成果以“Recent Advances and Future Developments in the Preparation of Polypeptides via N-Carboxyanhydride (NCA) Ring-Opening Polymerization”为题发表在国际著名期刊Journal of the American Chemical Society（DOI：10.1021/jacs.4c05382）。

刘润辉教授课题组长期致力于模拟天然多肽的氨基酸聚合物的高效合成及其功能研究。建立了双三甲基硅基胺基锂（LiHMDS）引发的水分耐受的快速NCA开环聚合方法，实现敞口容器中、几分钟内快速聚合高效制备多肽聚合物（Nat. Commun. 2018, 9, 5297)；发现了以羧酸盐为新一类引发剂的NCA开环聚合方法，并提出了“进攻NCA−脱羧”一步协同聚合反应新机理（Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 26063）。

氨基酸聚合物作为天然蛋白和多肽的模拟物，具有广泛的生物学功能和应用，是一类重要的生物材料。NCA开环聚合是制备氨基酸聚合物的经典合成方法，具有高效、可大规模制备高分子量氨基酸聚合物的优势。因此，研究NCA开环聚合新策略并实现快速、可控制备氨基酸聚合物具有重要意义。

基于刘润辉教授课题组多年来对氨基酸聚合物合成领域的深入研究与系统认知，论文凝练总结了NCA聚合策略的最新研究进展（图1）。从NCA单体的合成切入，涵盖非光气和缚酸剂等方法及其优势与局限性；其次，深入探讨了多种NCA开环聚合的引发剂，包括经典引发剂，如伯胺、叔胺、金属配合物等，以及胺基衍生物、LiHMDS、羧酸盐、异质结构等新型引发剂；另外还分析了不同NCA聚合催化剂，用于催化伯胺、醇和苯硫酚钠引发体系，这些催化剂的使用对提升聚合速度和聚合可控性具有关键作用；凝练了NCA聚合方式的最新研究进展，包括聚合反应条件、螺旋加速协同聚合和聚合诱导自组装（PISA）在NCA聚合体系中的应用等。

针对NCA开环聚合制备氨基酸聚合物未来的发展，论文总结提出了三个主要方向（图2）：（1）探索新型NCA开环聚合方法，提升NCA开环聚合制备氨基酸聚合物的聚合效率和可控性，并融合人工智能和计算模拟技术，以开创更为高效且精准的聚合策略。（2）开展氨基酸聚合物结构的创新设计，包括聚合物一级/二级结构调控、序列精准控制、杂化共聚、化学接枝等方式，以提升氨基酸聚合物的生物活性，满足多样化的应用需求。（3）氨基酸聚合物的未来发展是多方面的，需要不断进行探索和创新，实现氨基酸聚合物可持续合成和高效循环利用，并且随着氨基酸聚合物功能研究的不断深入，融合跨学科的知识和技术手段，未来氨基酸聚合物的研究和应用有望得到进一步的创新和拓展。

华东理工大学武月铭特聘副研究员是论文的第一作者及共同通讯作者，刘润辉教授为共同通讯作者。该成果得到了国家自然科学基金委、科技部等基金的资助。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c05382