阴离子结合作用是一种典型的非共价相互作用(图1a)，它普遍存在于自然界中，并且在许多涉及离子物种的生化过程中扮演着至关重要的角色。比如细胞膜中的氯离子通道(chloride channel，图1b)，它可以通过调控氯离子快速穿越细胞膜结构，来调节骨骼肌细胞的生物电信号响应以及金属离子和水分子的传输。在这个生理过程中，阴离子结合(anion-binding)位点扮演了至关重要的角色，它是由细胞膜内蛋白质上四个不同位置的氨基酸残基通过酰胺氢键形成的离子传输孔穴。这种阴离子结合作用的一个最主要的特点是不会通过电荷-电荷相互作用与氯离子形成紧密离子对，与之相替代的是，通过动态非共价的氢键作用来稳定氯离子，从而促进离子的快速传输和转运。

 在过去的几十年中，这种动态和非共价的阴离子结合过程极大地启发了超分子化学中阴离子物种的识别、传感及传输；也为有机化学中催化技术的发展提供了相当多的见解，并逐渐演变成为一类高效且普适的催化方法，其中氢键给体(H-bond donor, HBD)通常被作为阴离子结合催化剂，通过可逆结合离子底物中的抗衡阴离子来实现催化活化。由于这种非共价的活化模式具有比金属路易斯酸活化更小的自由能变化，更易实现与阴离子物种间的快速结合与解离，从而可以在更温和的条件下高效高选择性地完成催化转化。然而，直到最近，阴离子结合催化概念主要局限于小分子的合成转化研究，对于汇集了成百上千步小分子反应的聚合催化研究还处于空白。目前聚合领域几乎所有关于氢键的工作还是基于经典氢键催化思路开展研究 (即催化过程中，通过氢键给体亲电活化中性单体，如内酯、环状碳酸酯等)，还未意识到氢键给体可以通过阴离子结合活化模式带来前所未有的催化潜力。

图1 (a) 阴离子结合作用的模式与特点; (b) 细胞膜氯离子通道中的阴离子结合作用; (c) 阴离子结合催化聚合理念。

 鉴于离子型中间体或反应试剂在许多聚合催化过程中扮演着重要的角色，中国科学院长春应化所陶友华研究员/李茂盛副研究员团队突破链式聚合主要依赖金属催化剂调控链末端的局限，创新性地提出阴离子结合催化聚合理念(图1c)，旨在通过氢键给体与阴离子物种之间的非共价相互作用来动态结合、识别与活化链末端，从而实现聚合活性和选择性的统一。在本专论中，作者首先从O-羧基环内酸酐单体的开环聚合研究出发，综述了该领域的发展脉络和代表性研究进展。接着，回顾和梳理了作者针对该领域的关键挑战而开展的系列研究工作，重点介绍了阴离子结合催化聚合方法的提出背景与建立过程。最后，展望了这种新兴催化聚合方法的未来发展趋势。

 实际上，自然界中的催化系统（如酶、核糖体、抗体等）通常并不依赖强金属路易斯酸，而是在漫长的进化过程中，更倾向于通过非共价相互作用来特异性结合、识别和活化底物，从而高效且高选择性地驱动各种生理化学反应。显然，从相对特殊的OCA单体聚合研究中发展而来的阴离子结合催化聚合模式与自然界的催化系统不谋而合。与传统的金属催化方法相比，这种新兴的催化聚合方法似乎更能以可持续的方式实现活性聚合，具备聚合条件温和、催化剂结构稳定、聚合产物易于纯化、后处理简单等优势。因此，利用非共价相互作用来催化挑战性的离子聚合，代表了一个前景广阔的聚合催化研究新方向，必将在推动高分子科学及其产业的可持续发展中发挥重要作用。

本文为明日之星专栏特约稿件，以专论形式在《高分子学报》2025年第3期印刷出版，通信联系人为中国科学院长春应化所的李茂盛副研究员和陶友华研究员。

李茂盛, 陶友华. 从O-羧基环内酸酐的开环聚合到阴离子结合催化聚合方法的发现.高分子学报, 2025, 56(3), 361-376Li, M. S.; Tao, Y. H.From ring-opening polymerization of O-carboxyanhydride to the discovery of anion-binding catalytic polymerization. Acta Polymerica Sinica, 2025, 56(3), 361-376doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2024.24271CSTR: 32057.14.GFZXB.2024.7335