日前，美国斯坦福大学发布了全球前2%顶尖科学家榜单(World’s Top 2% Scientists 2020)，化工学院李志波教授入选“终身科学影响力排行榜”。美国斯坦福大学发布的全球2%顶尖科学家榜单(World's Top 2% Scientists 2020)是从近700万名科学家中遴选出世界排名前2%的科学家，筛选方法基于引用次数、h指数、同行合作调整后的hm指数、不同作者单位论文的引用量和一个综合指标，排名分22个领域和176个子学科领域，囊括共约16万名来自各领域的著名科学家。该榜单分为“终身科学影响力排行榜”（1960-2019）和“2019年度科学影响力排行榜”两个榜单。其中，“终身科学影响力排行榜”（1960-2019）统计了科学家职业生涯期间的综合影响表现。

聚乳酸(poly(lactic acid), PLA)具有生物可降解性以及生物相容性等特点，是一种环境友好的脂肪族聚酯材料。rac-LA单体制备成本低，由其立构选择性开环聚合可以直接得到PLA立构复合物，极大地提高聚合物的各项性能。值得注意的是，PLA的立构规整度与其熔点(Tm)、降解行为以及力学性质等密切相关。尽管有机催化剂可以催化rac-LA的开环聚合反应，制备具有高立构规整度(Pm > 0.9)的PLA，但是目前高效、高立构选择性且易制备的有机催化剂相对较少。
基于上述背景，青岛科技大学李志波教授团队利用L-苯丙氨酸甲酯(L-Phe-OMe)、L-丙氨酸甲酯(L-Ala-OMe)以及L-缬氨酸甲酯(L-Val-OMe)分别与4-三氟甲基苯异氰酸酯反应得到3种含手性中心的脲(L-Phe-U，L-Ala-U以及L-Val-U)。这些手性脲与有机碱1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯(DBU)形成的二元催化体系可以在常温下催化外消旋丙交酯立构选择性开环聚合，制备具有高立构规整度的聚乳酸(Pm = 0.87)，降低聚合温度可以进一步提高聚乳酸的立构规整度，在−20 °C时Pm高达0.90。

图  手性脲/有机碱催化rac-LA立构选择性开环聚合

由氨基酸甲酯盐酸盐与4-三氟甲基苯异氰酸酯反应生成的手性脲合成过程简单，比一般的有机脲溶解性好，且手性脲/DBU体系的催化效率高，反应速率快，rac-LA单体在10 min内转化率高达97%，L-Phe-U/DBU二元催化体系可以实现rac-LA的可控聚合，得到的聚乳酸分子量分布窄(D = 1.18)，熔点Tm为154 °C，属于半结晶聚合物，具有良好的性能。
上述工作以题为“手性脲/有机碱二元体系协同催化外消旋丙交酯立构选择性开环聚合”论文形式发表在《高分子学报》2020年第10期“有机催化聚合专题”(高分子学报, 2020，51(10): 1121-1129, doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2020.20117)，青岛科技大学寇新慧博士是该论文的第一作者，李志波教授、沈勇副教授为论文共同通讯作者。该工作得到国家自然科学基金(基金号 201901134，21801151)，国家外专局111创新引智基地(项目号D17004)和山东省泰山学者优势特色学科团队计划(项目号 tsqn20161031)资助。

聚（γ-丁内酯）是一类重要的脂肪族聚酯，具有良好的生物相容性和生物可降解性，在生物医药领域具有广阔的应用前景。聚（γ-丁内酯）在体内具有合适的降解速率，介于聚乙交酯和聚乳酸之间，并且与现有的生物材料相比，聚（γ-丁内酯）在降解时不会造成强酸性物质在组织中的积累，不易引发炎症。目前，生物发酵法得到的聚（γ-丁内酯）已经获得美国食品药品监督管理局（FDA）的批准，可以作为手术缝合线和疝气补片在临床上使用。

聚（γ-丁内酯）的化学合成一直是一个难题，这主要是因为γ-丁内酯（gBL）具有五元环结构，环张力很小，聚合过程中焓变很小，长期以来被认为是一种不可聚合的单体。2016年，美国科罗拉多州立大学的Eugene Y.-X. Chen教授课题组利用过渡金属配位催化剂首次在常压低温条件下实现了γBL的开环聚合。但金属催化剂的生物毒性较大，并且容易残留在聚合产物中不易除去，因而不适合在生物医药方面应用。相比于金属催化剂，有机催化剂具有合成简单、生物毒性小、对水氧耐受性高等优点，特别适合于生物医药、微电子器件等领域的应用。

在前期的工作中，李志波教授课题组采用六氯环三磷腈和亚胺基正膦为原料，构筑了一种新型环状有机磷腈超强碱CTPB（如图1所示），与传统的有机磷腈催化剂相比，CTPB的合成方法简单，成本低廉，可大批量制备。CTPB能够高效催化γBL开环聚合，在一定条件下可以选择性地得到线性PγBL。

图1. 环三磷腈碱CTPB的合成。

随后，他们利用CTPB为催化剂，通过顺序加料的方式，一锅法合成了聚（γ-丁内酯）-b-聚（l-丙交酯）（PγBL-b-PLLA）嵌段共聚物。聚合过程中，l-丙交酯（l-LA）的加入顺序被证明是至关重要的。在γBL的开环聚合结束后，l-LA的四氢呋喃溶液需在低温下（-50°C）加入反应体系中才能得到PgBL-b-PLLA嵌段共聚物。如果将反应体系升至室温后再加入l-LA，则只能得到PLLA均聚物。热失重实验表明PγBL-b-PLLA的热稳定性相比PγBL大大提高。

两亲性嵌段共聚物在水溶液中可以自组装形成胶束、囊泡和水凝胶，因而其在药物载体、基因转染和组织修复等方面具有潜在应用。李志波课题组利用聚乙二醇为大分子引发剂，首次成功合成了两亲性聚（乙二醇）-b-聚（γ-丁内酯）（PEG-b-PγBL）嵌段共聚物。PEG-b-PγBL嵌段共聚物在水溶液中能够自组装形成胶束和囊泡的结构，在药物缓释方面具有潜在应用。

最近，他们将强碱/脲二元协同催化体系引入到γBL的开环聚合中，成功得到了高分子量的PγBL。CTPB作为强碱显示出比无机强碱（KOMe、tBuOK）更高的催化活性。与单纯的强碱相比，强碱/脲二元协同催化体系表现出更高的催化活性和反应选择性，能够有效抑制聚合过程中酯交换反应的发生（图3）。通过选择合适的脲作为助催化剂，最终聚合得到了分子量为35.0kDa的PγBL。得到的高分子量PγBL具有与生物发酵法得到的PγBL近似的力学性质，为PγBL的实际应用提供了基础。

以上工作的开展为化学合成法制备PγBL均聚物及其共聚物提供了有益的启示并且拓展了PγBL的应用范围。

系列工作发表在Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 12987-12990；Biomacromolecules 2019, 20, 141-148； Polym. Chem. 2018, 9, 2936-2941； Polym. Chem. 2019, 10, 1231-1237。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201707122

https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acs.biomac.8b01239

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/py/c8py00389k#!divAbstract

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/py/c8py01812j#!divAbstract