在现代化学合成中，胺与醛/酮的亚胺化反应以及与羧酸/酯的酰胺化反应是两类重要的缩合过程，广泛应用于药物中间体、共价有机框架、聚酰胺等多种功能材料的制备。然而，传统聚酰胺的缩合聚合通常需要在超过230°C的高温和真空条件下进行，能耗高且对热敏感或挥发性底物不友好。虽然已有研究通过使用催化剂、耦合试剂或高反应性酰氯来降低反应温度，但这些方法往往伴随催化剂残留、安全隐患或环境问题，制约了其可持续发展潜力。

近日，洛桑联邦理工学院Francesco Stellacci、Ma Youwei 研究团队提出了一种无需催化剂、在中等温度（80–120°C）下高效合成化学可回收聚酰胺的新策略。该研究基于二甲基丙酮-1,3-二羧酸酯（DADC）与胺类化合物的反应，通过其独特的协同取代效应，实现了低温下的亚胺化与酰胺化连续反应，成功制备出具有β-烯胺二酰胺（EADA）结构的热固性聚酰胺材料，并展示了其良好的热再加工性和化学可回收性。相关论文以“Efficient Synthesis of Chemically Recyclable Polyamides via Substituent Effects-Enabled Mechanistic Pathway”为题，发表在Angewandte Chemie International Edition上，论文第一作者为Ma Youwei。

研究人员通过模型反应发现，DADC中的酮基由于其β位酯基的共轭和吸电子效应，显著提高了与胺的亚胺化反应活性，生成β-烯胺二酯（EADE）中间体。该中间体进一步通过分子内氢键作用降低空间位阻，促进剩余酯基与胺发生酰胺化反应，最终形成EADA结构。动力学和热力学研究表明，该路径的活化能较低（16 kJ/mol），且反应速率随温度升高而加快，在120°C下1小时内转化率可达91%。相比之下，缺乏β-烯胺结构的对照物在相同条件下几乎不反应。

示意图1. a) 二甲基丙酮-1,3-二羧酸酯（DADC；黑色）、4-庚酮（HPO；红色）或二甲基戊二酸酯（DG；蓝色）与胺化合物反应的示意图与能量曲线。 b) DADC、HPO或DG与胺反应的能量路径比较。 c) 胺聚合物或化合物通过与DADC反应形成具有β-烯胺二酰胺（EADA）结构的热固性材料，以及在5 M NaOH条件下解构或解聚回收胺原料的示意图。

图1. a) DADC与胺反应形成β-烯胺二酯（EADE），最终转化为β-烯胺二酰胺（EADA）衍生物的过程。 b) 不同温度下DADC与正己胺反应转化为EADA衍生物的转化率随时间变化曲线。虚线为示意线。 c) 转化速率常数k的对数与温度倒数的阿伦尼乌斯图。 d) 不同胺类取代基R1的结构。

DFT计算进一步揭示了反应机制：DADC与胺反应时，其亚胺化步骤的吉布斯自由能显著低于普通酮类，而后续酰胺化步骤中，非共轭酯基的反应性远高于共轭酯基，这是由于共轭酯基的羰基碳电负性降低所致。这一机制合理解释了实验中观察到的反应选择性与高效率。

图2. a) DADC（上）、HPO（中）或DG（下）与Hea反应生成相应EADA衍生物、亚胺B2或二酰胺C2的机制。 b) 反应路径中各静止点的吉布斯自由能（ΔG°），DADC、HPO和DG与Hea的反应分别以黑色、红色和蓝色表示。

基于上述机理，研究团队成功合成了多种EADA结构的热固性材料。例如，以聚丙二醇二胺（PPG）与DADC为原料，在120°C下无催化剂条件下制备出具有可调交联密度的聚β-烯胺二酰胺（PEADA-n）弹性体。该材料表现出良好的耐化学性、热稳定性（分解温度约350°C）和可调的力学性能。通过改变胺类单体，还可得到从弹性体到塑料的不同类型的聚酰胺材料。

此外，研究还展示了DADC在生物基材料改性中的潜力。例如，通过将DADC与聚烯丙胺（PALA）或麸质蛋白在80°C下反应，成功构建了交联网络，显著提升了材料的热机械性能和强度。特别是麸质基生物塑料在引入5% DADC交联后，其玻璃化转变温度和断裂强度均有所提高。

图3. a) 在120°C下由PPG与DADC聚合制备聚β-烯胺二酰胺（PEADA-n）的合成路线。 b) DADC与聚烯丙胺（PALA）或麸质在80°C下反应形成PALA-5%EADA或Gluten-5%EADA的热固性材料。 c) PEADA-n系列的（热）机械性能分析：(i) DMA曲线（E′为实线，tan δ为虚线），(ii) 应力-应变曲线。 d) PALA与PALA-5%EADA的DMA曲线与应力-应变曲线。 e) 麸质与Gluten-5%EADA的DMA曲线与应力-应变曲线。

在化学回收方面，研究团队发现EADA结构在碱性条件（5 M NaOH/乙醇，70°C）下可高效水解，回收率高达91%。即使在与多种常见塑料混合的复杂体系中，也能实现EADA材料的选择性降解与胺单体的高纯度回收。回收后的胺单体可用于重新聚合，所得材料性能与原始材料相当。此外，EADA材料还可在酸性条件下进行降解或通过热压进行物理回收，展示了多路径循环利用的潜力。

图4. a) PEADA-1.2在5 M NaOH、70°C下降解并经化学分离回收PPG，进而与DADC重新聚合制备PEADA-1.4的流程。 b) 降解过程与分离回收PPG的照片记录。 c) 原始与回收PPG的¹H NMR谱图对比。 d) 原始与再合成PEADA-1.4的应力-应变曲线对比。

该研究不仅为低温、无催化合成高性能聚酰胺提供了新思路，还通过巧妙的分子设计实现了热固性材料的闭环循环，推动可持续聚合物生产与循环塑料经济的发展。未来，这种基于取代基效应的反应策略有望拓展至更多功能材料的绿色合成与回收领域。