video: 该视频展示了聚合反应实况。单体被溶解在水-乙腈混合溶剂中，当研究人员滴加引发剂溶液后，聚合反应迅速启动并释放大量二氧化碳，反应在一分钟内完成。 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
近日，《国家科学评论》杂志在线发表了北京大学化学与分子工程学院吕华教授的研究成果，该团队在研究脯氨酸N-羧基环内酸酐（ProNCA）开环聚合的过程中意外地发现了反常的“水加速”现象，将原本需要在手套箱中进行的严格无水反应在水相中实现了超快且可控的聚合。
传统的ProNCA聚合受到NCA本身见水分解，而聚脯氨酸在有机溶剂中的溶解度却很低等因素的限制，反应耗时长达一周，所得聚脯氨酸不仅分子量小且分散度宽。而新的方法仅仅将无水有机溶剂替换为水-乙腈混合溶剂，即可在最短30秒内完成聚合反应并获得聚合度为20的低聚物，5分钟内获得聚合度最高达到200的聚脯氨酸。由于聚合反应速度极快，远远超过了单体水解等副反应的速度，因而保证了聚合反应较高的可控性，具体表现为端基明确、链式增长、分子量可预测、分散度窄、引发剂适用范围广。机理实验与密度泛函理论（DFT）计算共同表明水在聚合过程中扮演了质子梭的角色，帮助了决速步的质子转移过程，从而将反应能垒降低了多达7.1 kcal/mol，加速了聚合反应进程。
由于反应条件温和、操作简便、易于提纯，研究人员还以药物蛋白门冬酰胺酶为引发剂，合成了门冬酰胺酶-聚脯氨酸偶联物。吕华课题组随后与北京大学肿瘤医院宋玉琴教授团队合作，发现该偶联物相较野生型蛋白可以显著延长血液循环时间、提高体内肿瘤杀伤疗效，并降低药物的免疫原性，展示了其广阔的药用前景。据悉两支研究团队将继续合作，开展更为深入的临床前药物研究，力争将其造福包括急性淋巴白血病、NK/T细胞淋巴瘤等恶性肿瘤的患者。除此之外，吕华教授表示脯氨酸是胶原蛋白中富含的氨基酸成分，而聚脯氨酸的PPII螺旋结构也类似胶原蛋白，未来合成聚脯氨酸及其共聚物还有望用于食品、医美、医疗器械等领域。
研究详情请见原文：
Water-Assisted and Protein-Initiated Fast and Controlled Ring-Opening Polymerization of Proline N-Carboxyanhydride
https://doi.org/10.1093/nsr/nwac033