Conçu pour le recyclage moléculaire : un polymère biosourcé semi-aromatique dérivé de la lignine

Tout au long de la synthèse décrite dans cet article fournit un moyen de produire un nouveau matériau polymère spécifiquement conçu pour le recyclage moléculaire, qui est une méthode de recyclage chimique. La dépolarisation et la repolarisation du matériau étranger poly-S créent un cycle entièrement durable, ce qui est une preuve de concept pour l’avenir des polymères. Les déchets polymères du monde s’accumulent.

Par exemple dans l’océan, comme la soupe de plastique, qui pourrait être évitée en introduisant des polymères moléculairement recyclables. Le polymère présenté est un exemple de matériau polymère conçu pour le recyclage moléculaire. À notre avis, cela devrait être mis en œuvre dans d’autres matériaux pour éviter l’accumulation dans la nature.

La réaction de Knoevenagel vert et les étapes ultérieures ont été conçues pour et par nos étudiants de premier cycle. Une certaine robustesse est donc déjà mise en œuvre dans ces étapes de réaction. La pandémie de COVID-19 crée une situation où l’apprentissage en ligne devient plus important que jamais.

La visualisation de ces expériences nous aide, ainsi que d’autres, à approfondir l’enseignement pratique de la chimie. Commencez par ajouter 20,81 grammes d’acide malonique et 36,4 grammes de syringaldéhyde dans une fiole à fond rond de 215 millilitres. Dissoudre les deux constituants dans 20 millilitres d’acétate d’éthyle et ajouter 719 milligrammes de bicarbonate d’ammoniac dans la fiole.

Mélangez et distillez le solvant au bain-marie. Maintenir le mélange réactionnel à 90 degrés Celsius pendant deux heures dans le ballon ouvert sans remuer pour une conversion complète en acide sinapique. Dans le traitement du produit d’acide sinapique, dissolvez le résidu dans 100 millilitres d’une solution aqueuse saturée de bicarbonate de sodium, puis transférez la solution dans un bécher et acidifiez-la à un pH de deux.

À l’aide de chlorure d’hydrogène à six molaires, séparez le résidu résultant par filtration sous vide et lavez-le avec de l’eau déminéralisée. Chargez une fiole de 450 millilitres avec 33,6 grammes d’acide sinapique. Dissoudre l’acide sinapiste dans 300 millilitres d’une solution d’hydroxyde de sodium à deux molaires et ajouter 1,5 gramme de boue de nickel avant de remettre le ballon aux opérateurs.

Mettez le réacteur sous pression avec trois bars d’hydrogène gazeux et secouez mécaniquement la réaction à 80 degrés Celsius pendant trois heures. Refroidissez le réacteur à température ambiante et dépressurisez lentement. Récupérez la majeure partie du catalyseur au nickel à l’aide d’un aimant, puis filtrez la solution.

Acidifiez la solution avec une solution de chlorure d’hydrogène à quatre molaires jusqu’à un pH de deux, puis effectuez une extraction avec de l’acétate d’éthyle. Retirez le solvant sous pression réduite après séchage sur du sulfate de magnésium et séchez l’acide dihydrosinapinique à 60 degrés Celsius dans un four à vide. Ajoutez 22,6 grammes d’acide dihydrosinapinique dans une fiole à fond rond de 250 millilitres.

Suivi de 14,2 millilitres d’anhydride acétique et de 0,82 gramme d’acétate de sodium. Chauffez la solution à 90 degrés Celsius en remuant pendant une heure pour une conversion complète de l’acide dihydrosinapinique en acide 4-acétoxy-dihydrosinapinique, et ses oligomères acétylés. Dissoudre le solide dans 25 millilitres d’acétone précipité dans 250 millilitres de chlorure d’hydrogène de 0,1 molaire, puis filtré sous vide.

Ajouter les monomères 20,8 grammes d’acide 4-acétoxy-dihydrosinapinique et le prépolymère dans une fiole à fond rond de 100 millilitres. Ajoutez ensuite 400 milligrammes d’hydroxyde de sodium en poudre fine, chauffez le mélange réactionnel pendant trois heures à une température réglée de 140 degrés Celsius dans le ballon ouvert tout en fixant 100 tr/min. Mettez en place une polymérisation assistée par solvant en ajoutant 180 milligrammes d’acétate de zinc 2 et 25,0 millilitres de 1,2-xylène dans le flacon, puis augmentez la température réglée à 160 degrés Celsius.

Reflux le mélange à 144 degrés Celsius pendant trois heures avec une élimination constante de l’eau et de l’acide acétique à l’aide de la tête Dean-Stark. Refroidissez le mélange réactionnel et retirez le 1,2-xylène en appliquant un vide. Augmentez la température à 240 degrés Celsius pendant la dernière étape de la polymérisation et appliquez un vide poussé pendant 30 minutes.

Refroidissez le polymère polymère poly-S à température ambiante et lavez-le avec du méthanol pour éliminer l’acide dihydrogène-sinapiste et les prépolymères. Le produit obtenu doit être un solide brun clair. Enfin, broyez et servez le poly-S en particules inférieures à 180 micromètres pour mesurer la dégradation hydrolytique.

Chargez plusieurs tubes à essai avec 20 milligrammes de poly-S et ajoutez un millilitre d’une solution molaire d’hydroxyde de sodium. Incuber les tubes à trois températures différentes avec une agitation de 500 tr/min. Neutralisez les tubes à essai à intervalles réguliers avec un millilitre d’acide sulfurique 0,5 molaire et ajoutez deux millilitres de méthanol après refroidissement.

Filtrez tous les échantillons à l’aide de filtres à seringue en PTFE de 0,45 micromètre et injectez 20 microlitres dans la HPLC à l’aide d’un échantillonneur automatique. Surveiller l’absorbance à 254 nanomètres et calculer les concentrations à partir d’une courbe d’étalonnage de solutions étalons d’acide dihydrosinapinique connues. L’acide sinapinique a été synthétisé avec une grande pureté et un rendement supérieur à 95 % à partir du syringaldéhyde en utilisant la condensation de Knoevenagel vert, le mécanisme proposé de la polymérisation par étapes de la polymérisation de l’acide 4-acétoxy-dihydrosinapinique est montré ici.

Des mesures d’hydrogène un et d’IRM ont été prises pendant le processus de polymérisation. Lorsque le poly-S a été hydrolysé dans de l’hydroxyde de sodium, le polyester recyclable moléculairement a produit la matière première, l’acide dihydrosinapinique, en moins de 10 minutes. Comme le confirme l’analyse du point de fusion HBLC et l’hydrogène un et MR. Les temps de réaction prolongés n’ont pas augmenté le rendement.

Les grammes thermiques et l’analyse GPC du poly-S 1.0 et de leurs générations successives poly-S 2.0 et polyester 3.0 après amorphicité forcée avec un polystyrène tactique sont présentés ici. L’analyse DSC du poly-S montre un signal de transition vitreuse à 113 degrés Celsius et un signal de fusion endothermique à 281 degrés Celsius. Les polymères de l’acide sinapinique repolymérisé trois huit poly-S 2.0 et poly-H 3.0 présentent des propriétés thermiques similaires.

Le poly-S est un matériau polymère semi-cristallin car les températures de transition vitreuse et les signaux de fusion sont présents dans les thermogrammes du poly-S et de leurs générations successives. L’analyse GPC après amorphicité forcée avec une tactique du polystyrène présente une longueur constante de matériau polymère à travers les différentes générations. Lorsque vous essayez la réaction de Green Knoevenagel, gardez à l’esprit qu’une température correcte est utilisée.

Une température légèrement plus élevée peut entraîner des réactions différentes du site. Nous avons exploré un exemple de polymère moléculairement recyclable. Des blocs de construction étroitement liés peuvent suivre la même procédure, ou tout en conservant des propriétés thermiques et mécaniques.

Cette méthode peut être utilisée en catalyse organique en mettant en évidence les intermédiaires catalytiques, ainsi que dans le domaine encore inexploré du recyclage moléculaire.