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IP01-利用Bergman环化反应制备刷状聚合物

已有 4667 次阅读 2014-9-24 14:28 |系统分类:科研笔记

Bergman环化反应是指烯二炔(分子中含有一个顺式双键和两个叁键组成的共轭单元的化合物)类化合物在特定的条件下发生环芳香化反应而形成芳基1,4-双自由基的过程。二十世纪七十年代,Robert G. Bergman教授明确了该反应的机理,为此该反应被命名为Bergman环化反应,并且被列于有机人名反应大表中。


经历了将近十年的沉寂,Bergman环化反应在二十世纪八十年代下半叶重新闯入科学家的眼帘,而且是来势汹汹。掀起这股浪潮的原因是人们在那个十年里从多种微生物中发现了一系列具有很强抗生活性的化合物,这些化合物都有一个特殊的单元,烯二炔。微生物是通过何种路径设计合成这种堪称奇葩的烯二炔单元直到现在依然是未解之谜,但是这类烯二炔化合物的抗肿瘤活性绝对是响当当的,在它们面前,什么多柔比星、喜树碱、顺铂之类的统统是小弟。这些天然产物独特的环状结构也同时捕获了有机合成化学家的芳心。以KC Nicolaou领衔的合成化学家们以迅雷不及掩耳之势攻克了几乎所有天然烯二炔化合物的全合成。Science、PNAS、JACS、ANIE上处处都是烯二炔的身影。那个年代里,如果你没做过烯二炔相关化合物的全合成(或部分合成),你都不好意思说自己是有机合成化学家了。遗憾的是,这股浪潮来得凶猛去得也快,天然烯二炔结构复杂难合成,而结构简化的烯二炔则只有少得可怜部分具有些许生物活性。那些高大上的期刊逐渐对烯二炔类的文章失去了耐心,纷纷祭起据稿大旗。再加上九十年代后期纳米科学大风的掠过,烯二炔化合物的研究彻底被扫出主流战场,委委屈屈地蜷缩在JOC,TL一类的期刊里,成为有机合成化学家们自娱自乐的小曲。


我是在一个很偶然的情况下和这个反应结缘的。刚开始确立自己的研究方向时,在翻阅C&E News时看到了一篇关于糖基化的文章,里面出现了一个结构对于当时的我来说是很奇特的天然产物Calicheamicin。如同二十年前那些有机化学界的大牛一样,我立刻被这个分子和隐藏在里面的反应吸引了。苯基1,4-双自由基?这不是聚苯链的组成单元吗?查了一下文献,发现有这个想法的人早已出现过了。不过,Bergman环化反应在高分子科学领域里还没有被堂堂正正地研究过。循着这个思路并结合当时如日中天的活性自由基聚合概念,我写下了回国后的第一份基金申请,并以Bergman环化为基础开展了自己在高分子合成领域的探索。


Calicheamicin的结构


在这项工作里,我们通过活性开环聚合,将烯二炔化合物与柔性的聚己内酯链结合在一起,形成大分子单体。在加热的条件下进行Bergman环化聚合反应,得到主链刚性侧链柔性的刷状聚合物。在聚己内酯侧链的帮助下,该刷状聚合物在多种有机溶剂中表现出良好的溶解性,这也使得我们能够在溶液中解析刚性聚芳烃主链的结构。通过核磁共振波谱发现,主链并不是完美的聚萘(虽然在TOC里示意为聚萘)。这表明热引发的Bergman环化聚合反应可能遵循逐步聚合和链式聚合混合机理。


Abstract Image


记得很清楚,这篇文章是在国庆60周年那一天投出去的。全家人都在看大阅兵,我则躲在屋子的一角完成了在ACS网站上的第一次投稿。一个月后收到要小修的意见,再过半个月,这篇文章被正式接受。最终发表于第二年年初的Macromolecules(2010, 43, 909)上。


作为我们研究组在高分子科学中的初试啼声,这篇文章有很多不完美的地方(尽管这篇文章后来还被ACS Noteworthy Chemistry给highlight(2010, Feb, 22nd)了一下),文章的初稿更是出现了很多不符合高分子科学“行规”的错误。幸运的是,审阅人们都很nice,他们只是逐一指出了这些错误并让我们修改,而不是因此一棍子打死,让这个学科在我心中留下了美好的第一印象。



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