近年來，隨著可持續發展戰略逐漸深入人心，“碳達峰”、“碳中和”被提上日程。五元環狀碳酸丙烯酯（PC）作為CO2儲存與利用的代表性（CCU）下游產品，其具有來源廣泛、低毒、低揮發性的優勢。因此，實現PC的增值利用不僅契合我國可持續發展的戰略目標，而且還能為綠色化學合成提供一種潛在的理想原料。然而眾所周知的是，PC環的環張力極小，從熱力學角度來說一種“不可聚合的”環狀單體，從而大大限制了它在化學領域的增值化利用。
自從Soga 教授等在1977年首次報道了PC 開環聚合的研究以來，在隨后的幾十年里，雖然也有學者進行過PC開環聚合的研究，但遺憾的是，最后都只能得到少量的寡聚物以及大量的副產物（Fig. 1a）。科學家的努力為PC開環聚合提供了寶貴的經驗，但模糊的聚合機理以及副產物的復雜性仍然是阻礙這個領域發展的主要障礙。
近日，中國科學院長春應用化學研究所王獻紅研究員（點擊查看介紹）團隊提出了PC開環聚合的詳細機理，據此，作者首次開創了環狀碳酸酯與環狀酸酐共聚體系。作者基于對PC開環聚合的詳細研究，首次提出了一種以環氧丙烷（PO）為重要中間體的開環聚合機理。以此為核心，他們提出了一種以環狀酸酐原位捕捉中間體PO（PC脫羧）的策略，可以快速的將環狀碳酸酯轉化為完全交替的聚酯材料（Fig. 1b）。相比于傳統的環氧與酸酐共聚體系，該策略具有以下優勢：① PO的緩釋效應確保了聚酯的完全交替結構，無副反應；② PC的快速、定量轉化；③ CO2的釋放為聚合過程的實時監測提供了便利的依據。
值得一提的是，作者通過串聯聚合的手段，可以同時將PC完全轉化為聚酯和聚碳酸酯兩種聚合物。一方面，利用環狀酸酐將釋放的PO原位轉化為聚酯，另一方面可以利用環氧化物將釋放CO2轉化為聚碳酸酯，因此實現了PC的高原子經濟性聚合（Fig.2）。
隨后，作者通過詳細的研究發現，環狀碳酸酯與環狀酸酐的共聚具有很好的普適性，是一個非常實用的共聚體系。比如，通過將三種代表性的環狀碳酸酯與環狀酸酐兩兩組合，可以得到九種不同結構的聚酯材料（Table 1）。這意味著可以通過設計不同結構的環狀碳酸酯單體，然后將其與各種環狀酸酐共聚，能得到一系列預期結構的聚酯。這項研究成果不僅拓展了環狀碳酸酯在化學領域更廣泛的利用，還為聚酯以及其它環氧基產品的合成提供了一種全新的思路，因此具有重大意義。
這一成果近期發表在Angewandte Chemie International Edition 上，并被選為VIP paper。文章的第一作者是中國科學院長春應化所博士研究生游懷，劉順杰研究員和王獻紅研究員為該文章的通訊作者。該工作得到了國家自然科學基金等項目的資助。