多肽聚合物因其在蛋白质/多肽模拟、抗菌、药物与基因递送以及组织工程等领域的广泛应用而备受关注。自1906年Hermann Leuchs首次报道N-羧基环内酸酐（NCA）以来，NCA开环聚合成为合成多肽聚合物的经典方法。然而，传统NCA聚合通常对水分敏感、聚合速率较慢且难以制备高分子量的多肽聚合物。因此，实现水分耐受、高效NCA聚合并建立NCA快速开环聚合的标准流程对多肽聚合物相关研究具有重要意义。
刘润辉课题组长期致力于多肽聚合物的高效合成及其功能研究，建立了双三甲基硅基胺基锂（LiHMDS）为引发剂的水分耐受、快速NCA开环聚合方法，实现敞口容器中快速聚合高效制备多肽聚合物（Nat. Commun. 2018, 9, 5297)。近日，该课题组进一步报道了标准化的NCA快速开环聚合制备多肽聚合物的方法和详细步骤，涵盖单体合成及纯化、LiHMDS引发的聚合过程、末端官能团修饰、聚合动力学分析以及聚合物亚基分布测定等内容（图1）。2024年10月8日该成果以“Open-vessel polymerization of N-carboxyanhydride (NCA) for polypeptide synthesis”为题发表在国际著名期刊Nature Protocols (DOI: 10.1038/s41596-024-01062-3)。华东理工大学武月铭特聘副研究员是论文的第一作者及共同通讯作者，刘润辉教授为共同通讯作者。
相比于传统聚合方法，LiHMDS引发的NCA聚合方法摆脱了手套箱和超干溶剂的限制，可以在敞口容器中顺利进行。此方法能在几分钟（短链聚合）到几小时内（长链聚合）实现NCA快速开环聚合，获得具有可控二级结构、链长可调（DP = 20~1300 mer）和窄分子量分布（Đ = 1.08~1.28）的多肽聚合物。作为一种商业可得的引发剂，LiHMDS展示了广泛的底物适用性，目前已成功用于包括糖侧链和大位阻取代基在内的23种NCA单体的聚合。这种聚合体系的优势在于其独特的机制，即通过氨基甲酸根阴离子作为反应中心，实现协同脱羧链增长反应。LiHMDS引发的NCA开环聚合方法不仅显著提升了多肽聚合物的合成效率，还有望推动多肽聚合物类生物材料在生物医药、组织工程及材料科学等多个领域的创新应用与发展。 该成果得到了国家自然科学基金委、科技部等基金的资助。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41596-024-01062-3
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