你可以将聚合物视为类似于火车：就像火车由多个车厢组成，聚合物由许多单体组成，这些火车车厢之间的连接类似于将单体结合在一起的化学键。聚合物的用途广泛——从药物输送到用于建筑——但它们的结构和功能受限于其单体成分的化学相似性。
最近，来自斯克里普斯研究所的化学家们与其他合作者一起，制定了一种新的反应，以精确的方式创造出独特的单体。这种反应利用镍作为催化剂，使科学家能够设计出具有独特和可调属性的聚合物，适用于药物输送、能量存储、微电子学等。该研究的发现于2024年8月8日发布在Nature Synthesis上。
高级作者Keary Engle博士指出：“这项研究展示了如何利用丰富的金属催化剂为具有卓越结构和功能多样性的新材料铺平道路。”他是斯克里普斯研究所化学系的教授和研究生及博士后学习的院长。
斯克里普斯研究所的Engle实验室专注于设计新颖的化学反应，以合成多种小分子，通常针对药物发现的应用。在这项研究中，斯克里普斯研究团队与乔治亚理工学院和匹兹堡大学的聚合物专家合作，研究他们的技术是否可以扩大规模以生产独特的聚合物。
“聚合物的特性在很大程度上受其主链中存在的化学类型的影响；因此，通过修改构件的化学性质，我们可以轻松地调整它们以适应我们所创造的高分子结构，”Engle实验室的博士后研究员Anne Ravn解释道，并且是研究的共同第一作者。“这个项目旨在确定我们的创造小分子的方式是否可以扩展，引入用于聚合物合成的新构件。”
该论文还包括其他第一作者：Van Tran博士，他是Engle实验室的研究生；Camille Rubel，目前该实验室的研究生；Mizhi Xu博士，曾是乔治亚理工学院Gutekunst实验室的研究生；以及Yue Fu博士，曾是匹兹堡大学Liu实验室的研究生。
为合成新的单体，斯克里普斯研究团队开发了一种化学反应，使用镍作为催化剂修改初始分子的结构。这个镍催化的过程为分子引入了两个新的“功能团”——小侧链，使所得到的聚合物具有不同的化学和物理特性，例如其柔韧性、弹性或溶解性。
随后，乔治亚理工学院的合作者利用另一种化学反应通过聚合将这些单体连接在一起，生成具有独特组成的聚合物。
Ravn指出：“大多数商业可用的聚合物在每个功能团之间有两个碳，缺乏侧链，但在我们的情况下，功能团的位置要近得多，导致材料具有多样化的特性。”
展望未来，团队打算研究单体上不同功能团的变化如何影响其特性。
Ravn表示：“我们的方法使我们能够以比其他方法更大的灵活性来‘配饰’分子，从而允许我们探索构件中的多种功能。“我们目前正在寻求扩大此方法，研究引入其他类型的功能团如何影响材料特性。”
由于镍比许多在这些化学反应中常用的金属催化剂更丰富，研究人员认为他们的方法有望成为聚合物生产的环保可持续选择。他们还在考虑如何增强最终产品的可持续性。
Ravn解释道：“从环境的角度来看，我们旨在设计一种方法来分解这些长聚合物，使我们能够将其还原为其原始构件以供再利用。这是我们希望在未来改进的一种工具，以最终开发对社会有益的新技术。”
“镍催化的二价功能化合成序列编码的环辛烯单体”一文的共同作者包括斯克里普斯研究所的Ethan Wagner、Steven R. Wisniewski、Peng Liu和Will Gutekunst。
这项研究得到了能源部（DESC0023205）、国家科学基金会（CHE-2102550）、丹麦独立研究基金（拨款编号：10.46540/3102-00009B）以及Schimmel家庭捐赠奖学金基金的支持。
