今天给大家分享一篇最近发表在德国应用化学上的研究，题为：From Glucose to Polymers: A Continuous Chemoenzymatic Process，文章的通讯作者是中央密歇根大学的Wenjun Du教授。

图1. 此前报道的部分基于葡萄糖聚合物

高分子是支持人类社会发展的重要材料，然而随着高分子的大量生产，难以降解的石油基高分子给环境带来严重的挑战，同时石油的不可再生性也间接地限制了该材料在未来的发展。为此，人们希望发展基于可再生原料的高分子材料，从而减少对石油产品的依赖。在众多可再生的原材料中，葡萄糖是有力的候选者，其来源广泛并且成本低廉，是理想的发展聚合物的材料，目前已经有多种基于葡萄糖的聚合物被报道（图1），但是大多数策略都需要进行多步反应，并且需要进行柱色谱分离纯化，限制了聚合物的大规模合成。在本文中，作者发展了一种基于酶催化的连续合成策略，实现了从葡萄糖到高分子的合成，整个过程不需要复杂的分离纯化，有一定的应用潜力。

图2. 本文中聚合物的合成过程

基于原酸酯的糖聚合物具有良好的生物兼容性，同时，原酸酯能够在酸性条件下快速的降解。但是此前基于原酸酯的含糖高分子合成较为复杂，难以进行后续应用的研究。由于糖的化学结构较为复杂，作者计划通过具有高特异性的酶反应进行单体的合成。他们设计了如图2所示的合成路线，在合成乙酰卤代葡萄糖后，尝试使用脂酶对6号位的乙酰基进行选择性脱保护。首先他们成功地发展了酰卤/硫酸/铁矾土的反应体系，实现了由葡萄糖向乙酰卤代葡萄糖定量转化。

图3. 含有脂酶凝胶的结构与表征

接下来，他们尝试使用脂酶进行选择性的脱保护。首先在THF/水混合溶剂中进行了反应，在该体系下卤素的水解比乙酯的水解更快，这种状况即使减少水含量也不会有明显的改善。他们也尝试了不同的脂酶以及pH，均以失败告终。随后，他们尝试使用基于海藻酸钠的水凝胶作为“水源”，期望通过凝胶中水与聚合物的相互作用来减少其水解，但是仍然无法阻止卤素的水解。他们推测如果向凝胶中加入有机溶剂，或许能够使水与凝胶形成更强的相互作用，限制了水的自由度从而降低卤素的水解反应。利用该策略，作者在二氧六环中合成了含有脂酶凝胶颗粒，并成功地以接近定量的产率实现了6-号位的选择性脱保护。

图4. 从葡萄糖到聚合物的连续合成过程

受到了结果的鼓舞，作者计划在连续的过程中合成葡萄糖聚合物（图4）。在合成乙酰卤代糖后，作者通过萃取提取产物，并转移到凝胶体系中进行催化脱保护；脱保护完成后，除去溶剂即可得到高纯度的产物（3b）。正如此前报道的那样，3b能够在TBAI/DIPEA/DCM的体系中发生聚合，生成含糖聚合物4。虽然最终聚合物的产率接近73%，但是在多次尝试后作者始终只能得到其低聚物（～4.2 kDa）。虽然分子量较低，但是其Tg能够达到93度，同时分解温度能够达到180度（图5）。

图5. 聚合物的分子量以及材料性质表征

总结来说，本文成功地在连续过程中实现了从葡萄糖到聚合物的合成，其亮点在于通过酶催化成功地实现了葡萄糖的选择性脱保护。虽然无法制备高分子量的聚合物，但是其合成策略仍为今后此类结构的发展提供了铺垫。

作者：Roy Wu 审校：XW

S. Maiti, S. Manna, N. Banahene, L. Pham, Z. J. Liang, J. Wang, Y. Xu, R. Bettinger, J. Zientko, A. P. Esser-Kahn, W. J. Du, Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 18943 –18947

Link: https://doi.org/10.1002/anie.202006468