单一分子量高分子是探究高分子结构与性能关系的理想模型,使得化学家能够准确地理解、预测最终调控高分子材料的性能。最近,单一分子量高分子已经在材料和生物科学领域显示出独特的功能。单一分子量高分子的合成依赖于高效的有机化学反应和合成策略(例如迭代逐步增长和迭代指数增长)。多样化的高效化学反应增加了高分子链的结构多样性。同时,为满足不同类型功能高分子的构建需求,绿色、高效、温和的单一分子量高分子合成方法是该领域的重要科学问题。本论文围绕这一科学问题,主要开展了以下两个方面的工作:(1)基于巯基-马来酰亚胺迈克尔加成点击反应,发展了高效、无金属催化且条件温和的含酯基团的单一分子量高分子的精准合成新方法,初步探究了单一分子量高分子的降解性能;(2)利用该高效合成方法,进一步构建了序列精确的单一分子量高分子,并将其作为高效合成(信息写入)和简易测序(信息读取)的数字高分子。具体研究内容如下:(1)巯基-马来酰亚胺迈克尔加成是一种绿色、高效、无金属催化的点击反应。本文将溴基团作为巯基的前体基团,在硫脲和焦亚硫酸钠作用下产生巯基,并结合呋喃-马来酰亚胺逆Diels-Alder反应以及巯基-马来酰亚胺迈克尔加成点击反应构建了单一分子量高分子的合成新方法。通过迭代指数增长策略高效地合成了最高重复单元数为63,分子量达17480.0 Da的单一分子量高分子。核磁共振氢谱、基质辅助激光解析离子化飞行时间质谱和尺寸排阻色谱证明了系列单一分子量高分子的结构正确性和纯度。跟本论文课题组先前的工作相比,新的合成方法条件更加温和,对大多数功能基团有较好的耐受性,弥补了无法在单体中引入酸敏感基团的不足。此外,论文还初步探讨了八聚体和十六聚体的降解性能,明确了分子量对降解性能的影响。(2)利用以上发展的高效合成路线,进一步构建得到了序列精确的单一分子量高分子。结合计算机模拟辅助结构设计,将其作为分子级信息存储载体,即数字高分子。该数字高分子含有多个有利于串联质谱测序(信息读取)的因素:第一,数字高分子链的其中一个末端基团为溴原子。由于溴元素的特征同位素信号,可以作为测序标签;第二,重复单元中的酯键增强了与钠离子的结合能力,可以提高碎片分子的信号强度;第三,琥珀酰亚胺硫醚氧化为琥珀酰亚胺亚砜后引起键能的显著降低,能够提高串联质谱中共价键断裂的选择性。因此,本论文首先设计合成了含有不同碳原子个数的两种单体,分别将其定义为0-bit和1-bit。通过迭代次序增长高效地合成了数字高分子。随后将琥珀酰亚胺硫醚结构中的硫原子分别氧化为亚砜和砜,对其进行串联质谱测序。结果表明,含亚砜结构的高分子呈现清晰可预测的串联质谱测试结果,在溴标签的帮助下能够实现快速简单的测序(信息读取),是一种有潜在前景的数字高分子。