探索有效的聚合方法，構建結構新穎、性能優異的高分子材料，對學術研究和產業創新都具有重要意義。雜環聚合物是一類先進的功能材料，由于其獨特的力學、光物理和電學性能，多年來備受關注。雜原子的引入通常能賦予聚合物許多意想不到的特性，使其在光電子學、生物醫學科學、化學傳感器等方面具有廣泛的應用。其中，含氮聚合物因其優異的性能而受到人們的特別關注。
胺類化合物是一類廉價、通用且易于獲得的原料，并且已廣泛用于精細化學品，生物醫學，聚合物等領域。近年來，研究者們開發了許多基于胺的聚合方法來制備含氮功能性聚合物，例如氨基-炔-點擊聚合，A3偶聯聚合，Ugi四組分聚合，醛和胺的酰胺化等。在許多實例中，自發的氨基-炔點擊聚合由于其反應條件溫和，效率高，選擇性好，易于分離和高分子量等特性而備受關注。由于多組分聚合已成為聚合物化學領域的一個新的研究前沿，并且由于其反應條件溫和，原子經濟性高，效率高，官能團耐受性好和產物結構多樣等突出優點而備受關注。基于上述優點，開發一種通過結合氨基-炔點擊反應和多組分聚合來制備含氮雜環聚合物的新聚合方法將為獲得各種具有獨特功能的聚合材料提供一條極好的途徑。
近日，香港科技大學的唐本忠院士團隊（http://tangbz.ust.hk/）成功地實現了這一點。他們開發了一種簡便、高效的多組分串聯聚合方法，在溫和的反應條件下，可以將商業上便宜易得的丁炔二酸二甲酯和二胺單體成功地轉化為了功能性聚氨基馬來酰亞胺。通過氨基-炔點擊反應和閉關環反應，原位生成聚氨基馬來酰亞胺。此外，該多組分串聯聚合可以在單體化學計量不平衡的條件下進行。通過對反應條件的系統優化，得到了分子量可高達17800，結構明確，具有良好的溶解性和熱穩定性的聚氨基馬來酰亞胺化合物，收率高達99%。值得一提的是，所得到的聚氨基馬來酰亞胺可以作為大單體進行進一步聚合，得到具有延長鏈的大分子或嵌段共聚物。
圖1. 多組分炔-胺串聯聚合制備聚氨基馬來酰亞胺
圖2. 通過氨基-炔點擊聚合進行后聚合反應
有趣的是，他們所得到的聚氨基馬來酰亞胺化合物表現出非傳統發光的特性，在稀溶液和聚集狀態下都具有優越的發光性能。此外，這類聚合物的發光性能可以通過調節所連接的鏈子的長度來進行有效地調控。該團隊開發的聚合物表現出較低的細胞毒性，這使得其在生物成像上也具有巨大的應用潛力。因此，該團隊開發的多組分串聯聚合策略為新型多功能高分子材料的合成開辟了一條新的途徑。
這一成果近期發表在Macromolecules 上。論文的第一作者為香港科技大學的何本釗博士，共同第一作者為香港科技大學的張靜博士，通訊作者為香港科技大學的唐本忠院士，共同通訊作者為香港科技大學的林榮業教授。
論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.macromol.0c00525
