吉林大学吴宗铨教授团队近年来重要工作概览

吴宗铨教授简介

吴宗铨，吉林大学化学学院教授、博士生导师，2006年在中国科学院上海有机化学研究所获得理学博士学位，随后在日本名古屋大学和美国德克萨斯大学奥斯汀分校从事博士后研究，2011年受聘为合肥工业大学教授、博士生导师，2022年入职吉林大学化学学院，超分子结构与材料国家重点实验室。先后获得国家引进优秀青年人才，国家自然科学基金委优秀青年基金，“多层次手性物质的精准构筑”重大研究计划-重点项目等。近5年，作为通讯作者在Angew. Chem. Int. Ed.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.等期刊上发表论文60余篇，两次应邀在Acc. Chem. Res.撰写综述。发展的聚合方法被国际其他课题组直接利用达百余次。获中国化学会青年手性化学奖、安徽省青年科技奖等。担任Elsevier期刊Reactive and Functional Polymers 和Catalysts 编委，Chinese Chemical Letters和《化学进展》青年编委，中国化学会手性化学专业委员会委员等。

下面简要介绍下近年来吴宗铨教授研究团队在螺旋高分子可控合成、螺旋诱导不对称活性自组装和螺旋诱导不对称催化方面所取得的成果。

手性高分子在对映体分离、不对称催化、圆偏振发光、三维立体显示等领域都具有重要研究价值和广泛应用前景。螺旋是手性的重要表现形式，控制螺旋高分子旋向是制备手性高分子的重要途径，也是实现手性功能的基础。手性螺旋高分子一般是通过手性单体不对称聚合控制主链旋向来制备的，这种方法很难获得单一旋向螺旋高分子，而且手性单体制备困难、来源有限。因此，如何利用非手性单体制备单一旋向螺旋高分子并探索手性传递效应与功能是手性高分子领域亟需解决的关键科学问题之一。

图1. 总体研究思路

围绕上述问题，吴宗铨教授团队开展了系统性研究，取得了一系列创新性成果（图1）：（1）创制了高选择性手性钯催化剂，引发非手性异腈、重氮等单体不对称活性聚合，实现了一系列单一旋向螺旋高分子的可控合成；（2）将聚噻吩引入到螺旋聚异腈端基上，利用螺旋驱动不对称活性自组装，精准构筑了具有圆偏振白光性质的超分子螺旋组装体；（3）将催化基团引入到螺旋聚异腈侧基上，创制了可循环利用的手性高分子催化剂，实现了螺旋诱导的高对映选择性不对称催化。

一、高选择性手性钯催化剂与螺旋高分子可控合成

非手性单体廉价易得，但是聚合反应通常得到等量的左旋和右旋螺旋高分子，旋向难以控制。针对这一问题，吴宗铨教授团队在前期发展的炔钯催化剂上引入手性双齿膦配体，创制了手性钯催化剂（图2a）。手性双齿配体抑制链转移，实现了活性聚合并控制单体插入方向。这种催化剂引发非手性异腈不对称活性聚合，实现了可控分子量、窄分布、等规立构和单一旋向螺旋聚异腈的可控合成（Acc. Chem. Res. 2021, 54, 3953; Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 806; Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202204966）。圆二色谱（CD）和原子力显微镜（AFM）研究确证了螺旋过量百分比ee_h>99%（图2a, c）。这种催化剂具有较好的普适性，引发非手性重氮单体不对称活性聚合，制备出具有可控分子量、窄分布、单一旋向螺旋聚卡宾（J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 17773; Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202300882）。螺旋聚三氟甲基卡宾具有媲美塑料王的耐腐蚀性和高介电性，而且能高温解聚，环境友好（图2d）。这些研究成果为手性高分子的精准合成提供了新的策略。

图2.（a）单一旋向聚异腈的可控合成，及其（b）CD和（c）AFM图；（d）聚三氟甲基卡宾的可控合成

二、螺旋诱导不对称活性自组装及具有圆偏振白光性质的超分子螺旋组装体

圆偏振白光材料因其重要应用价值引起人们广泛研究兴趣，共轭高分子的发光性质高度依赖于其组装结构，精准控制共轭高分子的组装模式是创制圆偏振白光材料的重要途径。基于此，吴宗铨教授团队通过噻吩与异腈嵌段共聚，将共轭聚噻吩引入到螺旋聚异腈的端基上。利用聚异腈的螺旋自分效应驱动聚噻吩不对称活性自组装，成功实现了可控尺寸、均一分布、单一旋向超分子螺旋组装体的精准构筑（图3），并将聚异腈的螺旋手性传递到超分子组装体上，诱导非手性聚噻吩发射出高不对称因子、可控偏振方向的圆偏振白光（Acc. Chem. Res. 2023, 56, 2954; Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 16675; Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 7174; Nat. Commun. 2022, 13, 811）。这些研究成果解决了超分子组装体的结构控制及功能化问题。

图3.（a）螺旋聚异腈驱动不对称活性自组装；（b, c）精准构筑的右旋（P）超分子组装体的AFM图

三、螺旋诱导的高对映选择性不对称催化

均相小分子手性催化剂具有较高催化活性和选择性，但是难以循环利用；非均相的高分子负载催化剂能循环利用，但是催化活性和选择性较低。针对这些问题，吴宗铨教授团队在螺旋聚异腈侧基引入芳基碘、有机胺、膦等催化基团，创制了可循环利用的手性高分子催化剂，主链螺旋诱导不对称反应的高对映选择性；刚性棒状螺旋聚异腈避免链缠结，实现了均相催化和高催化活性。高分子量催化剂还能循环利用。这种催化剂兼具均相催化剂的高活性、高选择性，以及非均相催化剂可循环利用的优点。例如，在单一旋向螺旋聚异腈侧基上引入芳基碘，创制了螺旋聚异腈催化剂。左旋聚异腈催化羟基萘丙酸的不对称螺环化反应，得到螺环产物的对映体过量百分比ee高达95%（图4）。右旋聚异腈得到对映异构的手性产物，ee为‒93%。利用不良溶剂沉淀实现了催化剂的回收和循环利用（Nat. Commun. 2023, 14, 566; Macromolecules 2022, 55, 4441）。这种基于螺旋聚异腈的手性催化剂具有较好的普适性，侧基引入氨基的螺旋聚异腈能高对映选择性催化Aldol反应和Michael加成（Macromolecules 2018, 51, 9547; ACS Catal. 2021, 11, 13838）。这些研究成果解决了小分子手性催化剂制备困难、难以循环利用，以及高分子负载催化剂活性和选择性低等问题，为手性催化剂的创制提供了全新的策略。

图4. 侧基引入芳基碘的螺旋聚异腈催化不对称螺环化反应

综上所述，该团队通过创制手性钯催化剂实现了多种螺旋高分子可控合成，并应用于功能性超分子组装体的精准构筑和高对映选择性不对称催化。

吴宗铨教授团队成员

以上为吴宗铨教授团队近年来具有代表性的工作成果，其它更多具体详细的信息请参考：http://supramol.jlu.edu.cn/info/1030/3761.htm  。目前，课题组主要从事光学活性手性高分子研究工作，发展高效的手性分离试剂和催化剂，该课题组气氛融洽，团结友爱，互帮互助，欢迎有志于科研并对其研究方向感兴趣的同学联系报考硕士/博士以及博士后岗位。

导师介绍

吴宗铨

https://www.x-mol.com/university/faculty/19894