作者：石油醚
本期热点研究，我们邀请到了本文共同第一作者，来自科罗拉多州立大学的田俊杰博士为我们分享。
2025年7月2日，Nature在线发表了来自科罗拉多州立大学Eugene Y.‒X. Chen教授 课题组题为「Stereodivergent transformation of a natural polyester to enantiopure PHAs」的研究论文：从生物来源的(R)-P3HB出发合成手性α(α)-烷基取代β-内酯单体，通过催化立体发散开环聚合，实现16种具有双手性中心的对映纯PHA材料的发散合成。
“Stereodivergent transformation of a natural polyester to enantiopure PHAs
Jun-Jie Tian, Ruirui Li, Ethan C. Quinn, Jiyun Nam, Eswara Rao Chokkapu, Zhen Zhang, Li Zhou, Ravikumar R. Gowda & Eugene Y.-X. Chen*
Nature, 2025. Doi: 10.1038/s41586-025-09220-7.”
Q1. 请对“Stereodivergent transformation of a natural polyester to enantiopure PHAs”作一个简单介绍。
当前，手性聚合物的化学合成主要通过1）消旋单体的对映选择性聚合（动力学拆分）；2）手性单体聚合。然而，前者存在单体利用率低（最多50%单体参与聚合）、对手性催化剂依赖性强等问题；后者局限于对映专一性聚合（enantiospecific polymerization），即每种手性单体仅生成一种特定对映体聚合，若要获得所有的聚合物立体异构体，则需要预先合成所有构型的手性单体，而这对于两个或更多手性中心的单体体系尤为困难。我们提出了从生物来源的(R)-P3HB出发合成手性α(α)-烷基取代β-内酯单体，通过催化立体发散开环聚合，实现16种具有双手性中心的对映纯PHA材料的发散合成。该工作通过金属催化的配位插入聚合（立体保持）和有机超强碱催化的阴离子聚合（立体翻转）两种机制，实现了区域和立体选择性精准控制的开环聚合。
Q2.在研究的时候遇到过怎样的困难呢？又是怎样克服的呢？
本课题研究中面临的最大挑战之一是如何提升聚合物的机械性能。由于手性 PHA 的结晶度较高，导致材料极为脆弱，尤其在 α 位取代基为甲基或乙基时，聚合物几乎无法加工成 dog-bone 形状用于机械性能测试。为改善其韧性，我们尝试引入更长的取代基。通过将 α 位取代基增长至丙基和丁基，有效降低了聚合物的结晶度，从而显著改善了其力学性能，最终获得了力学性能可媲美低密度聚乙烯（LDPE）的材料。
Q3. 本次研究主体，有没有什么让您感觉特别辛苦和烧脑呢？
最具挑战性和技术含量的部分，是如何以(R)-P3HB 作为唯一的手性源，结合非对映立体发散聚合策略，实现双等规 PHA 的四种立体构型的全合成。我们最初仅完成了 α-单取代 PHA 的非对映选择性立体发散聚合，成功合成了 (R,R) 和 (R,S) 构型的聚酯，并已准备将相关成果投稿至 Nature 子刊。随后，在与组内张震师兄的深入讨论及文献调研中，我们意识到可通过调控两次 α-位烷基化的顺序，实现对 α 位手性构型的精准控制。基于这一认识，我们结合非对映立体选择性合成 α,α-双取代手性单体与立体发散开环聚合策略，最终实现了四种立体构型聚酯 [(R,R)、(S,S)、(R,S)、(S,R)] 的系统构建。
Q4. 将来想继续研究化学的哪个方向呢？
将来会以发展绿色、可降解、可回收且高性能的高分子材料为研究方向
Q5. 最后，有什么想对各位读者说的吗？
希望各位读者遇到难题多跟人交流沟通，很多想法都是在相互交流和讨论之中诞生和完善。
作者教育背景简介
教育背景：
2012-2016 武汉工程大学，学士学位
2016-2022 南开大学，博士，(导师：王晓晨)
2022-now 科罗拉多州立大学，博士后，(导师：Eugene Y.-X. Chen)
获奖经历：
学术经历：
田俊杰博士，博士毕业于南开大学王晓晨课题组，研究手性硼催化反应；2022年加入Eugene Y.-X. Chen课题组，目前主要研究立体选择性聚合和可循环尼龙。至今以第一作者（含并列）身份发表SCI论文8篇，其中包括Nature（1篇）、J. Am. Chem. Soc.（1篇）、Angew. Chem. Int. Ed.（5篇）、ACS Catal. （1篇）。
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