近年來，石油基高分子聚合物在日常生活和生產中被廣泛使用，但同時也給整個生態(tài)環(huán)境帶來了嚴重的威脅，因此生產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們極大的關注。特別是聚乳酸，由于其具有生物可再生、生物相容及生物降解性質，已經被廣泛應用到餐飲、包裝、醫(yī)療等各個領域。在過去幾十年里，研究人員發(fā)展了大量的催化劑/引發(fā)劑，采用開環(huán)聚合法合成聚乳酸，然而這些催化劑中的絕大多數對空氣或水是敏感的，這極大地限制了它們在工業(yè)領域中的應用。因此開發(fā)新型的對空氣或水不敏感并可用于工業(yè)化大規(guī)模生產聚乳酸的金屬催化劑是一項具有極大挑戰(zhàn)性且十分有意義的工作。
針對催化劑對空氣或水敏感的問題，鄔金才教授課題組剛剛獲得博士學位的黃淮學院青年教師陳長娟博士設計合成了一系列具有D3對稱性的雙核釔金屬催化劑，這些催化劑在有水存在的條件下，通過改變溫度可以可逆地在高活性物種和低活性物種之間進行轉換（圖一）。這些催化劑是非常強健的，其在空氣中可以可控地催化丙交酯聚合，催化劑的負載量可以低至15 ppm, 1分子催化劑能調節(jié)合成超過1000條聚酯鏈。所得聚乳酸分子量最高可達78.0 kg/mol, 此外，該體系具有一定的雜規(guī)選擇性。
圖一 雙核釔金屬配合物的合成及熱轉換過程；在空氣或潮濕條件下，雙核釔金屬配合物以芐醇作為引發(fā)劑催化rac-丙交酯可控開環(huán)聚合過程
文章對這一系列雙核釔金屬催化劑在空氣、水中穩(wěn)定存在的原因以及在潮濕條件下能可控催化丙交酯開環(huán)聚合的原因進行了深入系統(tǒng)地研究。實驗結果表明：首先，雙核釔金屬配合物的金屬中心自身被大位阻的配體包裹，導致其自身對水并不是很敏感（圖一）；其次，當有水存在的條件下，雙核釔配合物存在熱轉換的性質（圖二）；最后，在該體系中，芐醇的引發(fā)效率要高于水，在少量水的情況下得到的聚酯幾乎都是醇為引發(fā)劑（圖三）。這一系列的實驗結果為設計對空氣、水不敏感的金屬催化劑用于工業(yè)生產聚乳酸提供了一條新的途徑。
圖二 1H NMR spectra監(jiān)測雙核釔配合物的熱轉換性質；雙核釔配合物的顏色以及UV-Vis spectra轉變過程(改變溫度)
圖三 聚合物MALDI-TOF質譜圖(證明水的引發(fā)效率低)
鄔金才教授課題組長期致力于生物降解高分子的催化合成，其中濕氣條件下可控合成聚乳酸的研究已經有數十年之久，通過不懈地堅持和努力，近期陳長娟博士在該研究方向的此結果是的一個較大突破，這一研究成果發(fā)表在Macromolecules (DOI: 10.1021/acs.macromol.8b01229)上。
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