近日，北京大学化学与分子工程学院唐小燕课题组在可持续高分子材料的单体设计与金属配合物催化可控聚合方面取得重要进展。研究团队构建了具有双萘基结构的蝎酸型(C-scorpionate)锌催化体系，实现了对生物基七元环 γ-酮内酯单体的高效开环聚合，并系统阐明了催化剂结构与性能之间的构效关系。相关成果以“Binaphthalene-Modified C-Scorpionate Zinc Catalysts for Ring-Opening Polymerization of Bio-Based γ-Ketolactones to High-Molar-Mass Degradable Polyesters”为题发表在《Angewandte Chemie International Edition》。论文第一作者位化学与分子工程学院的在读博士生熊军文，通讯作者为唐小燕研究员。
图1. 蝎酸型催化剂结构和生物基酮内酯单体开环聚合
该研究从生物质来源的茶香酮出发，合成具有酮基的七元γ-酮内酯MeOPD。酮基功能团不仅可为材料性能调控提供空间，也赋予聚酯潜在的光化学活性，为光降解特性奠定结构基础。然而，这类七元环内酯由于结构更为刚性，在传统催化体系下往往难以实现高效聚合。为此，课题组围绕蝎酸型配体的空间效应与电子效应开展系统设计，最终构筑出兼具高活性与高稳定性的双萘基修饰锌催化剂Zn-6。
该催化剂在常温和极低用量条件下即可实现对MeOPD的快速高效开环聚合。所得聚酯的分子量可随投料比例线性调控，分散度保持在较低范围，展现典型的活性聚合特征。尤其值得关注的是，Zn-6催化体系可获得绝对分子量Mw超过900 kDa（Ð = 1.13）的高分子量聚酯。进一步研究表明，双萘基结构显著提升金属中心周围的立体保护效应，能够有效抑制催化剂自聚集导致的失活，并稳定醇解形成的Zn–OR活性物种，使催化体系在室温条件下展现出优异的活性与耐久性。
所得高分子量聚酯同时表现出良好的材料性能。聚合物具有较高的机械延展性；主链引入的酮基可在紫外光作用下发生链断裂，呈现一定的光降解特征；在特定条件下亦可实现化学降解，为未来材料的循环利用提供可能。上述研究从生物基单体设计、金属配合物结构构筑、催化机理解析到可控聚合与材料性能表征，形成了较为完整的研究体系，为可持续聚合物材料的开发提供了有效思路，也为蝎酸型金属催化剂在高分子合成领域的进一步拓展奠定了坚实基础。
该工作得到了国家自然科学基金（No. 52173093，22471006），北京市自然科学基金（Z240029）的支持。
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