一、研究背景
聚左旋乳酸(PLLA)是一类重要的可生物降解高分子材料，应用十分广泛。由于辛酸亚锡(Sn(Oct)2)热稳定性好、催化活性高、外消旋化副反应少，工业上通常利用它催化L-丙交酯(L-LA)本体熔融聚合制备高分子量PLLA。然而，Sn(Oct)2具有较强的细胞毒性，使用低/无毒的催化剂逐步取代Sn(Oct)2是必然的发展趋势。过去的几十年，研究人员设计并合成了诸多结构多样的低毒金属催化剂。其中， Salen-铝配合物合成简便、结构易修饰、催化活性和单体选择性宽范围可调，是合成聚酯材料的“明星催化剂”。但是，多数Salen-铝只适用于25100 ℃的溶液聚合，适用于工业条件下生产PLLA的稳定且耐受杂质的铝系催化剂仍然十分缺乏。发展适应工业聚合条件催化剂，提高其稳定性及杂质耐受性，在保持聚合活性和可控性的同时降低催化剂用量、减少催化剂在聚酯中的残留是重要研究目标之一。
二、文章简介
天津大学王彬团队前期发现联吡啶双酚-铝具有比Salen-铝更为优异的热稳定性和杂质耐受性，但催化L-LA开环聚合时活性却非常低。这是因为联吡啶双酚配体骨架刚性较强，不容易发生扭曲变形，导致生成过渡态的能垒非常高。基于以上结果，他们进一步优化了催化剂结构，在保留部分吡啶-酚结构的同时引入柔性的胺烷基，获得了(苯胺烷基)吡啶-苯酚钳型配体 (AmPyPh)螯合的四配位铝配合物(AmPyPh-Al)。
结合溶液聚合实验以及密度泛函理论计算，深入研究了AmPyPh-Al的电子/位阻效应对催化性能的影响规律。AmPyPh-Al具有优异的热稳定性，可以在工业条件下(150~180 ℃，本体熔融)高效催化L-LA开环聚合，催化剂用量可为单体用量的二十万分之一。同时，AmPyPh-Al能够有效抑制差向异构化副反应，生成高等规度结晶性聚左旋乳酸。此外，AmPyPh-Al还具有极强的杂质耐受性，能够高效催化未纯化的工业级单体（[单体]：[催化剂] = 200000:1）开环聚合制备聚左旋乳酸。
该成果以“Robust, Thermally Stable and Impurity-Tolerant Aluminum-Based Catalyst System for Polylactide Production under Industrial Conditions”（《适用于工业条件下生产聚左旋乳酸的稳定且耐受杂质的铝系催化剂》）为题，于2024年 12月 4日发表在中国科学院长春应用化学研究所与美国化学会共同出版的期刊Polymer Science & Technology上。
三、论文信息
Robust, Thermally Stable and Impurity-Tolerant Aluminum-Based Catalyst System for Polylactide Production under Industrial Conditions
Ze-Bin Wang, Mingqian Wang, Zhiqiang Ding, Xiao-Sa Zhang,* and Bin Wang*（*通讯作者，沈阳化工大学理学院；天津大学材料科学与工程学院，天津市复合材料与功能材料重点实验室）
四、作者团队
王彬， 本文通讯作者。天津大学材料科学与工程学院教授，2008年于黑龙江大学获得学士学位；2011年于吉林大学获得硕士学位(导师：吴玉清 教授)；2015年于中国科学院长春应用化学研究所获得博士学位(导师：李悦生 教授)。2016年1月入职天津大学材料科学与工程学院；2017年12月至2018年11月前往美国休斯敦大学访问学习(合作导师：Maurice Brookhart 和 Olafs Dauglis 教授)。主要从事聚酯材料的可控合成与性能研究，以通讯作者身份发表论文40篇，获得授权中国发明专利9件；先后主持国家自然科学基金委面上优秀青年科学基金项目/面上项目/青年科学基金项目、国家JKW“173计划”项目等；以项目骨干身份参与国家重点研发计划项目2项。
张潇飒，本文共同通讯作者。沈阳化工大学理学院副教授，2005年于吉林大学获得学士学位;2012年于北京化工大学获得硕士学位(导师:石峰教授);2018年于中国科学院长春应用化学研究所获得博士学位(导师:季生象教授)。2019年入职沈阳化工大学理学院;主要从事功能高分子材料的合成与表征研究，研究方向为功能高分子合成与表征，薄膜的制备与表征等领域，研究论文先后发表于ACS Macro Lett.，Langmuir，Dalton Tran., Journal of membrane Science等。
作者：王彬
编辑：杨欢欢、佘婉宁
审核：王重洋