近期，汕头实验室蔡秋泉助理研究员、刘源副研究员等人在国际顶级化学期刊Angewandte Chemie International Edition (IF=16.28)上发表题为《Air-Mediated Biomimetic Synthesis of Polyhydroxyalkanoate with C4 Diol》的研究论文(DOI: 10.1002/anie.202417660)。
研究背景
可降解塑料是一种能够在自然条件下发生降解的高分子材料，尤以聚羟基脂肪酸酯(PHA)为代表。实现PHA等高价值可降解塑料的仿生合成一直是高分子化学领域的长期目标。以聚(4-羟基丁酸)(P4HB)为代表的PHA是细菌在营养缺乏时储存的天然聚合物，具有良好的生物可降解性和生物相容性。但由于细胞代谢产物的多样性，通常仅能获得多组分的共聚产物。相比于共聚物，P4HB均聚物在机械性能和化学稳定性上更为优越，能与超高分子量聚乙烯相媲美，适用于更多领域。传统的生物方法合成均聚P4HB需要在基因工程化的细菌细胞中通过酶和辅酶的协作，利用特定的C4二元醇如1,4-丁二醇(BDO)进行发酵转化，但成本较高，难以规模化生产。
研究概况
本文借鉴了细胞内的有氧代谢过程，设计了一种高效的钌-磷协同催化体系，有效解决了传统方法空气氧化的低效难题。通过在无溶剂条件下进行C4二元醇的氧化和聚合串联反应，实现了均聚P4HB的胞外化学合成。此策略可推广到其他C4或非C4二元醇的氧化反应，为高价值、非粮基的聚羟基烷基酸酯合成提供了新思路，具有良好的环境和经济效益前景。
本工作中P4HB的合成途径
本工作合成P4HB的表征结果
研究团队及资助
化学与精细化工广东省实验室(简称汕头实验室)为本论文第一通讯单位，汕头实验室蔡秋泉助理研究员、浙江理工大学张洪杰特聘研究员、汕头实验室刘源副研究员为本文共同通讯作者。文章的第一作者是汕头实验室的联合培养硕士研究生谢慧林(汕头大学)和钟恺彬(广东工业大学)。浙江理工大学硕士研究生牛世豪是本文的共同作者。
该工作受到了国家自然科学基金(52403130 和 22405242)、广东省基础与应用基础研究基金(2023A1515110526)、广东省科技创新战略专项(“大专项+任务清单”)(STKJ202209079)、化学与精细化工广东省实验室启动项目(2111017)和浙江理工大学启动项目(23212157-Y)、浙江大学高分子合成与功能构造教育部重点实验室项目(2023MSF01)的资助。DOI: 10.1002/anie.202417660
科研人员简介
蔡秋泉，汕头实验室助理研究员（副高职称）。2021年6月于浙江大学高分子科学与工程学系获理学博士学位。2021年7月入职汕头实验室至今。
目前专注于可降解高分子材料的创新合成方法与功能化的研究。作为负责人主持国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金、广东省科技创新战略专项（“大专项+任务清单”）、汕头市引进项目带头人落地孵化精细化工企业专项资金项目，获汕头实验室青年人才引进启动项目支持。在Mater. Today、Angew. Chem. Int. Ed.、Macromolecules等国内外学术刊物上发表SCI论文10余篇，申请中国发明专利14件，授权专利8件，申请国际PCT专利2件，申请美国专利1件。
刘源，汕头实验室副研究员。2016年6月于华东师范大学获理学博士学位，2017年至2021年分别在清华大学和南方科技大学从事博士后研究工作，2021年9月入职汕头实验室至今。
目前专注于理论化学计算模拟研究和精细化学品的开发。作为负责人主持中央引导地方科技发展专项资金，获汕头实验室青年人才引进启动项目支持。在Science Advances、Angew. Chem. Int. Ed.、Chemical Science、CCS Chemistry等国内外学术刊物上发表学术论文20余篇。