聚（乳酸
-
羟基乙酸）
(PLGA)
是由乳酸和羟基乙酸的共聚聚合物，具有优异的生物可降解性和生物相容性，在缝合线、药物输送装置和组织工程支架等生物医学领域得到了广泛的应用。研究发现高度交替的
PLGA
具有控制性更好的降解能力和缓释效果。虽然光学纯甲基乙交酯（
MG
）区域选择性开环聚合合成高度交替等规
PLGA
已经被成功实现，然而外消旋的甲基乙交酯（
rac
-MG
）同时实现区域选择性和全同选择性，从而一步构建高性能立构复合
PLGA
仍然具有很大挑战，其核心在于催化剂结构的设计。
图
1
朱剑波教授课题组长期致力立构规整性聚合物的设计与合成，通过发展新的立体选择性控制方法（
Nat. Catal.
2023
,
6
,
720–728;
Angew. Chem. Int. Ed.
2024
,
e202405382;
J. Am. Chem. Soc
.
2025
,
147, 1147–1154;
Angew. Chem. Int. Ed.
2025,
e202419494
）和新的手性单体（
J. Am. Chem. Soc.
2021,
143,
20591
；
Angew. Chem. Int. Ed.
2022,
61,
e202117639
；
Angew. Chem. Int. Ed.
2024,
63,
e202400196
）成功实现了立构规整聚合物的高效合成。针对上述挑战，作者利用课题组自主开发的螺环
salen
金属钪催化剂成功实现了
rac
-
MG
区域选择性控制（区域选择性最高达
97%
）和全同选择性控制（全同选择性最高达
91%
）开环聚合（图
1
），构建了高交替立构复合
PLGA
材料（熔融转变温度高达
191 ℃
）。通过改变聚合物规整度可以进一步调控聚合物的力学性。相较于无规聚合物，高规整度聚合表现出强而韧的力学特征。该研究为立体选择性聚合催化剂设计提供新的研究思路，同时为高性能
PLGA
材料的构建提供新的策略。
作者首先合成了螺环
salen
金属钪催化剂（图
2
）
。
首先对
(
S
)-
MG
单体进行开环聚合研究，
(
R
)-
Sc1
催化活性优于
rac
-
Sc1
(
TOF: 291 vs. 194 h
−1
)
，且均具有高区域选择性
(
Regio = 95%
)
，
表明手性催化剂对于催化活性有影响。进一步研究
Sc2
和
Sc3
的催化性能
,
在邻位上具有较大取代基
-CMePh
2
的
rac
-
Sc2
并没有促进区域选择性的增强，产生的
PLGA
具有
95%
的区域选择性。通过在对位（
rac
-
Sc3
）上用
-
F
基团取代
-
t
-
Bu
，可以明显提高催化活性（
TOF = 291 h
-1
）。动力学发现
(
R
)-
Sc3
和
(
S
)-
Sc3
对
(
S
)-
MG
聚合的催化活性有明显差异，存在动力学拆分效果
，
k
(
R
)-S
c3
/
k
(
S
)-
Sc3
的比值为
8
。
受
(
R
)-
Sc3
和
(
S
)-
Sc3
对
(
S
)-
MG
的
ROP
的高区域选择性和独特动力学的启发，作者将该催化系统应用于
rac-
MG
单体的选择性聚合上（图
3
）。在常温条件下，使用
(
R
)-
Sc3
催化
rac
-
MG
可以得到具有立体复合结构的等规交替
PLGA(Regio = 96%
，
P
m
= 0.75
)
，为了进一步提高选择性，通过降低温度，在
-80 ºC
条件下，得到高区域选择性和立体选择性的等规
PLGA(Regio = 97%
，
P
m
= 0.91
)
。值得注意的是，
rac-
Sc3
虽然提升显著提高催化活性
(
TOF = 990 h
−1
)
，但几乎无立体选择性，（
P
m
= 0.40
）。
作者利用热重分析（
TGA
）和差示扫描量热法（
DSC
），研究了
PLGA
的立体规则性对其热性能的影响（图
4
）。
DSC
分析显示，
(
R
)-
Sc3
催化
(
S
)-MG
的
ROP
生成的
alt
-(
S
)-PLGA
样品在第一次加热扫描时为半结晶材料，
T
m
为
87 ~ 102
℃
,
相比之下，
P
m
为
0.75
的等规
alt
-PLGA
的
T
g
为
49
ºC
，
T
m1
为
75 ℃
，
T
m2
为
166 ℃
，融化温度大大提高，且出现了第二次熔融转变温度，表明形成了立体
复合结构，表现出聚合物立体规整性的重要性。同时研究了力学性能，无规的
alt
-PLGA
样品断裂伸长率（
ɛ
B
）为
460±33%
，为柔软延展性材料。相比之下，等规的
alt
-PLGA
样品的断裂伸长率稍低（
ɛ
B
= 391±11%
），但抗拉强度显著提高（
σY = 46.5±5.1 MPa
，
σ
B = 38.9±5.2 MPa
）。这些发现表明，立体规则
度对聚合物的力学性能有深远的影响。
通过详细聚合动力学研究，作者提出了手性配合物催化动力学拆分聚合机理是形成等规聚合物的主要原因（图
5
）。对于外消旋配合物催化聚合反应过程，作者认为在
rac
-
Sc3
介导的
ROP
过程中，发生了具有不同末端立体构型的聚合物链交换，导致等选择性降低。
总之，作者利用螺环
-salen
钪催化剂成功实现了
rac
-
MG
区域、立体选择性开环聚合反应，构建高性能高交替等规
PLGA
材料。该研究为立体选择性聚合催化剂设计提供新的研究思路，同时为高性能
PLGA
材料的构建提供新的策略。该工作以题为
“
A Regio- and Stereoselective Ring-Opening Polymerization Approach to Isotactic Alternating Poly(lactic-
co
-glycolic acid) with Stereocomplexation”
发表于《
Angewandte Chemie International Edition
》。文章第一作者为四川大学化学学院博士研究生
黄玉婷
，通讯作者为四川大学化学学院
朱剑波
教授。特别感谢科技部、国家自然科学基金委、四川大学的经费支持。
文章链接：
https://doi.org/10.1002/anie.202422147
相关进展
欢迎专家学者提供稿件（论文、项目介绍、新技术、学术交流、单位新闻、参会信息、招聘招生等）至[email protected]，并请注明详细联系信息。高分子科技®会及时推送，并同时发布在中国聚合物网上。
欢迎加入微信群
为满足
高分子产学研
各界同仁的要求，陆续开通了包括高分子专家学者群在内的
几十个
专项交流群
，也包括高分子产业技术、企业家、博士、研究生、媒体期刊会展协会等群，全覆盖高分子产业或领域。目前汇聚了国内外高校科研院所及企业研发中心的
上万名
顶尖的专家学者、技术人员及企业家。
申请入群，请先加审核微信号
PolymerChina
（或长按下方二维码），并请一定注明：
高分子+姓名+单位+职称（或学位）+领域（或行业）
，否则不予受理，资格经过审核后入相关专业群。
