2015年底,美国科罗拉多州立大学的华裔化学家EugeneChen教授和他团队中的博士后MiaoHong在《NatureChemistry》杂志上发表了一个令人惊喜的研究成果——“可回收”的生物塑料(相关阅读:“美国总统绿色化学挑战奖”华裔得主发明真正化学意义上“可回收”的生物塑料)。
在该篇论文中,作者尝试了金属催化剂与一些强碱,最终发现La金属螯合催化γ-丁内酯(GBL),成功在低温条件下实现内酯的开环聚合,得到了线形与环状两种聚合产物,最高转化率高达90%。最为重要的是:所得聚合物可以在加热条件下回到单体,实现降解循环利用。这篇文章实现了从无到有的突破,但是还是存在一个显著的问题——还需要使用金属催化剂。众所周知,金属催化剂价格昂贵,并且可能污染产物。
为了解决这个问题,而且之前的工作也证明利用有机碱亦可得到聚合产物,EugeneChen教授和MiaoHong博士于是再度做出改进,使用了一种更强的有机碱tert-Bu-P4,在容易拔氢的同时该分子的正离子也有利于稳定γ-丁内酯拔氢后的负离子,首次在不使用金属催化剂的情况下实现了γ-丁内酯的低温开环聚合。
这一次他们依然实现了高达90%的单体转化率,并且用时更少(四个小时或更短),可得到高分子量的聚合物(Mn高达26.7 kg/mol)。所得到的聚合物产品为粉末状,并表现为聚酯材料的典型特征,可被浇铸成不同的形状。而最重要的,这些聚酯产品完全可回收,对其进行加热就可使其转化成纯的单体。作者强调:“使用有机聚合的方法得到的Poly-GBL可完全转化成纯单体而得到回收,要做的仅仅是对这种聚合物进行加热。”
由于该反应没有金属催化剂参与其中,因此对于那些强调“无金属”的产品和工艺来说(例如生物制药),该反应特别有吸引力。