可定量降解全碳主鏈高分子創制研究獲進展

以聚烯烴、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯酸酯等為代表的全碳主鏈高分子是產量大、應用廣泛的合成高分子。全碳主鏈骨架賦予聚合物材料良好的物理和加工性能、耐化學腐蝕和耐久性、電氣絕緣性能。但是，由于C-C鍵性質穩定，該類聚合物自然條件難以降解、化學降解能耗大、副反應多，且是白色污染的主體。通過共聚引入促降解單元可以賦予全碳主鏈高分子降解性，但存在促降解單體合成繁瑣、降解產物復雜、性能低于原始聚合物等問題。

中國科學院上海有機化學研究所洪繆課題組致力于可持續性高分子材料創制與應用研究。近期，該團隊發現簡單的商品化芳香性化合物香豆素是新型的促降解單元并可有效解決上述挑戰。團隊以B(2,4-F₂C₆H₃)₃和PtBu₃受阻路易斯酸堿為新型協同催化劑，實現了香豆素與丙烯酸酯的高效、活性、交替共聚，構筑了一類分子量、末端、序列結構精確可控的全碳主鏈高分子，且數均分子量達236.5 kg/mol。同時，理論計算表明，熱力學控制是形成交替序列的原因。研究發現，新型全碳主鏈高分子具有媲美于甚至優于有機玻璃的光學性能，且隨丙烯酸酯側基的不同，其熱學和力學性能大范圍內可調，具有優異的抗溶劑性和熱穩定性。

當以1,5,7-三疊氮雙環（4.4.0）癸-5-烯（TBD）或Cs₂CO₃為強堿催化劑，全碳主鏈高分子在室溫下即可發生按需降解，定量回收得到具有生物醫用價值的二聚小分子。特別是，具有常溫定量降解能力的全碳主鏈高分子十分罕見。機理研究表明，從6π電子的香豆素加成片段降解成10π電子的香豆素衍生二聚體的芳構化過程，為全碳主鏈的高效、高選擇性斷裂提供了熱力學驅動力，建立了芳構化驅動碳鏈斷裂的新策略，為難降解的全碳主鏈高分子在溫和條件下的定量降解提供了新思路。

上述研究通過催化劑解決了香豆素加成聚合惰性的挑戰，并推進了可定量降解全碳主鏈高分子創制以及碳鏈降解新機制研究的進展。

相關研究成果以Vinyl polymers with fully degradable carbon backbones enabled by aromatization-driven C–C bond cleavage為題，發表在《自然-化學》（Nature?Chemistry）上。研究工作得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃、中國科學院相關項目等的支持。