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中密歇根大学杜文军教授团队的“ANGEW”:“从葡萄糖到聚合物”——酶-化学连接的连续过程

  目前,石油基聚合物已成为生产大量工业产品和生活必需品的主要原料之一。但由于其不可降解性,它们也成为最大的污染源之一。从可持续发展的角度来看,利用可再生资源构建可降解聚合物不仅可以减少污染,还可以使许多产品的生产摆脱对石油能源的依赖,实现真正的可持续发展。然而,将天然产物转化为可聚合单体仍然非常困难,需要多步反应和纯化,这大大增加了技术难度和经济成本。那么,是否有可能开发出一种经济、高效、稳定的技术,可以利用可再生资源来构建聚合物呢?近日,美国中密歇根大学杜文军教授团队设计了一种新型酶促反应体系,可以通过有效、选择性地转换区域官能团,将葡萄糖转化为可聚合单体。


  葡萄糖是常见的天然产物,可以从多种农作物中大量获取,而目前开发的酶促纤维素水解方法可以高效获得葡萄糖,进一步减少对农作物的依赖,大大降低葡萄糖原料的成本。其最终降解产物为水和二氧化碳,具有可再生、零污染等优点。是合成高分子材料的理想原料。然而,将葡萄糖转化为可聚合的单体需要多步化学反应。此外,为了获得有效的聚合反应,必须合成高纯度的单体。目前的方法采用层析法进行纯化,不仅效率低,而且使用大量溶剂,导致成本高且无法批量生产。


中密歇根大学杜文军教授团队开发出一种新的酶促反应,有效解决了上述问题。他们建立了一种新的化学-酶联化学反应体系,可以将葡萄糖直接转化为高纯度的可聚合单体。整个过程无需任何纯化步骤即可实现100%转化。


  他们进一步开发了一种连续合成工艺,可以将葡萄糖直接转化为葡萄糖聚合物(glucosepolymer)。整个过程环保高效。所得聚葡萄糖聚合物(葡萄糖聚原酸酯)具有良好的热力学性能和热力学稳定性。并且,这种全新的聚合物能够以可控的方式降解,只有在酸性/碱性条件下才能完全降解为葡萄糖分子,实现完全环保的降解和释放。

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