医学和药理学的进步需要新的药物递送系统，这些系统在完成任务后能从患者体内迅速被吸收[1]。具有可调降解速率的可生物降解聚合物（如聚乳酸、聚己内酯、聚（碳酸亚甲基）及其共聚物）完美满足了生物医学的需求，因此在药理学领域得到了广泛应用[2]。这些聚合物的循环时间较长，可达数十年[3]、[4]、[5]甚至数年[6]、[7]，并可作为支架用于多能细胞形成人工器官或组织[9]。
使用可生物降解的聚酯作为药物递送载体，可以调节药物在生物体内的清除速度及其药理作用[10]。在某些特定情况下，载体在生物流体中的降解时间（与药物释放相关）应在数十小时到数天之间[11]、[12]。这些要求部分可以通过缩聚得到的聚酐和聚邻酯来满足[13]。这类材料对于开发低分子量化合物[14]甚至蛋白质[15]在癌细胞中的递送系统具有重要意义。然而，这些聚合物的合成控制性较差[16]。
近年来，人们开始关注具有快速生物降解性的聚草酸酯[17]、[18]、[19]、[20]。基于聚草酸酯的纳米颗粒已被证明是有效的药物载体[21]，并被用于抗炎药物[21]和蛋白质[22]的递送。最近，我们应用八氧化二锡（SnOct2）催化的开环聚合（ROP）技术实现了聚草酸酯的可控合成[23]。随后，在其他关于环氧化草酸酯开环聚合的研究中，SnOct2也被用作聚合催化剂[18]、[20]、[24]。在丙烯草酸酯聚合过程中，SnOct2表现出可控聚合的关键特性，如快速且完全的聚合起始和线性聚合物质量增长[25]。然而，该催化剂也存在一些缺点：首先，它促进了活性酯交换反应，导致聚草酸酯的分子量分布较宽（MWD）和环状寡聚物的形成（约10%[23]）；其次，SnOct2会与合成聚合物中的草酸酯片段强烈结合，使其从最终产品中去除变得困难。由于锡化合物具有毒性[26]，最终聚合物材料中残留的催化剂会严重限制其在生物医学中的应用；最后，SnOct2在环氧化草酸酯聚合中的催化活性适中，需要较高的催化剂用量或聚合温度。因此，目前迫切需要高效的生物相容性催化剂，特别是用于生物医学用途的聚草酸酯合成。
催化剂的选择决定了环酯的开环聚合速率及其反应模式。过去二十年里，人们付出了巨大努力来开发能够控制这类单体聚合的催化剂[27]、[28]、[29]。基于含氮和含氧配体的金属复合物取得了最佳结果。目前，已经合成了多种基于铝（Al）、铟（In）、镓（Ga）、钇（Y）、锌（Zn）、钐（Sm）、镧（La）、镁（Mg）和钙（Ca）的催化剂，并在多篇综述中进行了详细描述[30]、[31]、[32]、[33]。
其中，含有中性氮供体配体（胺、吡啶、卡宾、胍啶和菲啶）的金属复合物占据了一个特殊的位置，尽管它们具有独特优势，但长期以来一直未被重视。与传统阴离子配体不同，中性供体不参与聚合反应的起始过程，而是稳定催化活性中心，从而对空气、湿气和单体杂质具有出色的耐受性[34]、[35]、[36]。
催化开环聚合的金属中心的性质对其速率和准确性有显著影响[37]。通常，路易斯酸性的增强会提高催化剂活性[38]、[39]。配体与催化复合物的结合方式会影响聚合模式，类似于金属中心的影响。配体通常可以调节聚合速率、所得聚合物的分子量分布（MWD）以及其立体规整性和区域规整性[40]、[41]。引入电负性取代基会降低催化活性[42]，而供电子取代基则往往产生相反的效果[43]。大体积取代基的引入通常会减慢聚合速率[44]，但在某些情况下可以提高聚合的可控性[41]、[45]。
结构不对称的环氧化草酸酯属于少数能够以不同方式开环的单体之一，这决定了所得聚合物的区域规整性。区域规整性对聚合物应用非常重要，因为它影响聚合物的物理化学性质，如玻璃化转变温度[46]、结晶能力[47]和水解倾向[48]。从不对称取代的甘醇酯[48]和碳酸酯[49]合成的精确区域规整聚合物方面已经取得了实质性进展。然而，目前尚未描述能够在环氧化草酸酯开环聚合中提供区域选择性的催化系统。
在本研究中，我们探讨了催化剂参数（即金属中心的性质和配体的结构）对丙烯草酸酯开环聚合速率及其反应模式的影响。提出了基于生物相容性锌（Zn）和铝（Al）的催化剂，以替代具有显著毒性的常用催化剂SnOct2。通过比较无配体的AlMe3和ZnEt2催化剂，揭示了不同金属中心的特点。随后系统研究了中性1,10-菲啶衍生物配体结构对Zn(L)Et2催化剂开环聚合性能的影响。根据研究数据，发现了一种在无副反应情况下具有高开环聚合速率的有前景的生物相容性催化剂。最后，首次描述了环酯开环聚合中通过头对头和尾对尾二聚体富集聚合物的独特区域选择性模式。还研究了催化剂空间位阻对聚（丙烯草酸酯）（PPOx）区域规整性的影响。
