塑料因耐用与多用途曾被广泛应用,但由此带来的环境问题推动了可降解聚合物替代方案的研发。在多种候选材料中,聚(二硫化物)因具备氧化还原响应特性而受到关注:其主链中的二硫键可在还原环境中断裂,使材料在如海底等还原条件下实现降解。不过,若要兼顾性能调控与功能引入,通常需要针对目标用途设计并合成不同单体。
大阪都立大学工学院副教授北山幸也带领的研究团队提出一种新的合成思路:开发新型单体N-(2-氧代四氢噻吩-3-基)-3-(吡啶-2-基二硫代)丙酰胺(PDTL),用于多米诺聚合反应。研究人员称,该单体可与胺类化合物结合,进而合成侧链结构可按需调整的聚(二硫化物)。相关成果已发表于《应用化学国际版》(Angewandte Chemie International Edition)。

在机理方面,该方法通过胺介导的硫内酯开环聚合依次推进,随后发生二硫键形成反应,从而实现聚合链延伸。研究团队表示,由于胺类化合物来源广且成本相对较低,只需更换所用胺类,即可将不同结构引入聚(二硫化物)的侧链,在保持主链可降解性的同时获得由胺衍生的功能性。
研究人员使用核磁共振波谱、凝胶渗透色谱以及基质辅助激光解吸/电离飞行时间质谱等手段,确认了目标聚(二硫化物)的形成。进一步实验显示,所得聚合物均可被还原剂降解,包括基于膦的试剂、锌以及二硫苏糖醇。

该聚合体系对胺类底物的适用范围也较广,可使用伯胺、仲胺及氨类化合物。研究团队还通过混合两种或以上胺类化合物进行反应,实现更灵活的分子设计,并合成了侧链同时包含不同胺结构与功能基团的共聚物。
在潜在应用方面,北山表示,聚(二硫化物)不仅可在海底等还原环境中降解,也可在细胞内的还原环境中降解,因此在医药领域作为药物递送系统载体具有潜力。

关于后续研究方向,北山称,团队计划对所合成聚(二硫化物)的机械与热性能开展更细致评估,包括拉伸强度、柔韧性和耐热性,并在此基础上优化分子设计,使其物理性能达到适用于特定用途的水平。此外,研究还将进一步展示聚合物在海洋环境和生物系统等复杂环境中的降解速率,并确认降解产物的环境与生物安全性。
