近日，化学化工学院秦玉升教授团队与中国科学院长春应用化学研究所刘顺杰研究员、王献红研究员团队合作，在国际化学领域权威期刊Journal of the American Chemical Society发表最新研究成果，论文题目为“Dynamic Supramolecular Helicity in a Multi-Aluminum Porphyrin Catalyst Enables Stereocontrolled Synthesis of Ultrahigh-Molecular-Weight Isotactic Poly(propylene oxide)”。烟台大学为该论文第一完成单位，烟台大学化学化工学院青年教师王旭灵为论文第一作者，秦玉升教授、刘顺杰研究员和王献红研究员为论文通讯作者。该成果标志着我校在高分子合成与聚合催化领域创新能力的显著提升，为化学学科高质量发展提供了有力支撑。

环氧丙烷（PO）是重要的基础化工原料，其聚合产物聚环氧丙烷（PPO）主要用于聚醚多元醇等领域。相比常规无定形PPO，高度等规的聚环氧丙烷（iPPO）具有结晶能力，并兼具良好的力学性能和光降解特性，因此在高性能聚醚材料领域受到持续关注。然而，如何在外消旋环氧丙烷（rac-PO）聚合过程中同时实现高立体选择性和超高分子量链增长，一直是该领域面临的关键难题。已有高效体系多依赖预先设计的手性配体或轴手性结构建立固定手性环境，催化剂的手性来源和空间调控方式相对单一。

针对这一问题，研究团队提出了一种基于动态超分子手性的立体调控策略，构建了双功能多铝卟啉催化剂BMAlP。该体系以聚丙烯酸酯为骨架，将多个铝卟啉活性单元组织在高分子侧链上，同时在链端引入季铵盐离子对，从而使原本不具有固定手性的结构单元在聚集和组织过程中产生动态的非对称催化环境，为rac-PO的立体选择性聚合提供了新的调控方式。

进一步研究发现，卟啉侧基之间的π−π相互作用能够驱动高分子链形成相互转换的P/M螺旋结构，而链端离子对则对这种高阶组织起到“稳定和协同”的作用，使邻近铝中心形成更加有序的多位点排列。由此，催化体系能够在动态变化的高分子构象中持续产生局域非对称环境，并对PO单体的插入过程产生立体选择性控制。圆二色谱和原子力显微镜等表征结果共同支持了这一动态螺旋组织及其与立体控制之间的关联。

图1 动态超分子螺旋构筑局部手性催化微环境并实现iPPO的高立体选择性合成

在这一设计下，催化体系表现出良好的立体控制能力和链增长能力。通过调节聚合条件，所得iPPO的等规度最高达到[mm] = 97.6%；当PO/Al提高至60000:1时，体系仍可进行有效聚合，所得聚合物黏均分子量Mv最高达到6700 kDa。这表明该催化策略能够在保持高立体选择性的同时，将聚合物分子量提升至超高水平。

所得iPPO还表现出优异的力学性能，拉伸强度最高达到92 MPa，与尼龙-66相当，同时断裂伸长率高达816%，实现了高强度与高断裂伸长率的良好兼顾。该结果说明，通过协同调控聚合物的立构规整性和分子量，可以显著提升iPPO的宏观性能，为发展基于大宗化工原料PO的高性能、功能化聚醚材料提供了新的可能。

该研究得到国家自然科学基金、“泰山学者”计划和山东省自然科学基金等项目的支持。

论文信息：

题目：Dynamic Supramolecular Helicity in a Multi-Aluminum Porphyrin Catalyst Enables Stereocontrolled Synthesis of Ultrahigh-Molecular-Weight Isotactic Poly(propylene oxide)

期刊：Journal of the American Chemical Society

论文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c16552

来稿时间：9月14日 审核：刘俞斌 责任编辑：刘运正