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  目前石油基聚合物已成為大量工業(yè)產(chǎn)品及日常用品生產(chǎn)過程中主要的原料之一，但由于其不可降解性，也成為了目前最大的污染源之一。從可持續(xù)發(fā)展的角度上看，使用再生資源構建可降解的聚合物不僅能較少污染，還可以使得許多產(chǎn)品的生產(chǎn)脫離對石油能源的依賴，實現(xiàn)真正意義上的可持續(xù)發(fā)展。然而目前將自然界產(chǎn)物轉(zhuǎn)化成可聚合化的單體仍十分困難，需要多步反應及純化，大大增加了技術難度及經(jīng)濟成本。那么，有無可能開發(fā)一種經(jīng)濟，效率高且穩(wěn)定的技術能夠?qū)崿F(xiàn)使用再生資源構建聚合物呢？近日，美國中密歇根大學的杜文軍教授的團隊設計了一種全新的酶促反應系統(tǒng)，能夠通過有效地選擇性地轉(zhuǎn)化區(qū)域官能團將葡萄糖轉(zhuǎn)化成可聚合單體。

  葡萄糖是一種常見的天然產(chǎn)物，可從多種農(nóng)作物中大量獲得，而且現(xiàn)在開發(fā)的酶解纖維素法可以高效的得到葡萄糖，進一步減少了對農(nóng)作物的依賴以及大大降低了葡萄糖原料的成本。其最終產(chǎn)的降解產(chǎn)物為水和二氧化碳，具備再生與零污染的優(yōu)勢，是一種理想的合成高分子的原料。但是，要把葡萄糖轉(zhuǎn)化成可以進行聚合的單體，需要多步的化學反應。而且，要想得到高效的聚合反應，必須合成高純度的單體。目前的方法是利用層析的方法來純化，不僅效率低，還會用到大量的溶劑，導致成本高以及不能量產(chǎn)。

  中密歇根大學杜文軍教授團隊開發(fā)了全新的酶促反應有效地解決了上述問題。他們通過建立化學-酶聯(lián)動新型化學反應體系，直接把葡萄糖轉(zhuǎn)化成高純度的可聚合的單體。整個過程的得到100%的轉(zhuǎn)化率，不需要任何純化的步驟 (Figure 1)。 

Figure 1. A) Schematic illustration of the enzymatic reaction system, wherein WLSS was suspended in 1,4-dioxane; compounds 2a or 2b were introduced to the solution, transported into the beads wherein it was subject to 6-OAc deprotection. B) Photo images of the enzyme-encapsulated WLSS hydrogel beads, with sizes of 0.5 mm ± 0.2 mm; C) Kinetic study of the 6-OAc deprotection of 2b (to give 3b) using WLSS system;  the conversion values were calculated from NMR analysis.    

  在此基礎上，他們進一步發(fā)展了一套連續(xù)的合成工藝，直接將葡萄糖轉(zhuǎn)化成葡萄糖聚合物 (Scheme 1)。整個流程環(huán)保高效。得到的聚葡萄糖高分子（葡萄糖聚原酸酯）具有良好的熱力學性能及熱力學穩(wěn)定性 (Figure 2)。而且，這種全新的聚合物，可以可控降解，只需要在酸性/堿性條件下就可以完全降解為葡萄糖分子，實現(xiàn)了完全環(huán)保的降解和釋放。 

Scheme 1. Schematic illustration of the continuous chemoenzymatic process to synthesize sugar polymer (4) directly from glucose.

Figure 2. Gel permeation chromatography (GPC) analysis A); Differential Scanning Calorimetry (DSC) analysis B); and C) Thermogravimetry analysis (TGA) of sugar polymer 4.

  該工作發(fā)表在最新一期的德國應用化學（Angewantde Chemie International Edition) 。Sampa博士和Saikat博士為主要工作完成人，中密歇根大學化學及生物化學系的杜文軍教授為通訊作者。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/ange.202006468