מיועד למיחזור מולקולרי: פולימר ביו-ביבסי חצי ארומטי שמקורו ב-ליגנין

לאורך הסינתזה המתוארת במאמר זה מספקת דרך לייצר חומר פולימרי חדש שתוכנן במיוחד למיחזור מולקולרי, שהוא דרך למיחזור כימי. הדפולריזציה והרפולריזציה של החומר הזר poly-S יוצרת מחזור בר-קיימא לחלוטין, המהווה הוכחת היתכנות לעתיד הפולימרים. פסולת הפולימרים של העולם מצטברת.

למשל באוקיינוס, כמו מרק הפלסטיק, שניתן למנוע על ידי הכנסת פולימרים הניתנים למחזור מולקולרי. הפולימר המוצג הוא דוגמה לחומר פולימרי המיועד למיחזור מולקולרי. לדעתנו, יש ליישם זאת בחומרים אחרים כדי למנוע הצטברות בטבע.

תגובת Green Knoevenagel והצעדים הבאים תוכננו עבור ועל ידי הסטודנטים שלנו לתואר ראשון. כך שחוסן מסוים כבר מיושם בשלבי התגובה הללו. מגיפת COVID-19 יוצרת מצב שבו למידה מקוונת הופכת חשובה מתמיד.

הדמיה של ניסויים אלה עוזרת לנו ולאחרים להעמיק את החינוך הכימי המעשי. התחל בהוספת 20.81 גרם חומצה מלונית ו-36.4 גרם מזרק לדהיד לבקבוק תחתון עגול של 215 מיליליטר. ממיסים את שני המרכיבים ב -20 מיליליטר אתיל אצטט ומוסיפים לבקבוק 719 מיליגרם אמוניה ביקרבונט.

מערבבים ומזקקים את הממס באמבט מים. שמור את תערובת התגובה על 90 מעלות צלזיוס למשך שעתיים בבקבוק הפתוח מבלי לערבב להמרה מלאה לחומצה סינפינית. בעבודה על תוצר החומצה הסינפינית, ממיסים את השאריות ב -100 מיליליטר של תמיסת נתרן ביקרבונט מימית רוויה, ואז מעבירים את התמיסה לכוס, ומחמצים אותה ל- pH שתיים.

בעזרת שישה מימן כלורי מולארי, הפרד את השאריות המתקבלות על ידי סינון ואקום ושטוף אותו במים דה-מינרליים. טען בקבוק של 450 מיליליטר עם 33.6 גרם חומצה סינפינית. ממיסים את החומצה הסינפינית ב-300 מיליליטר של תמיסת נתרן הידרוקסיד שתי טוחנות, ומוסיפים 1.5 גרם תמיסת ניקל לפני התאמת הבקבוק למפעילים.

לחץ על הכור עם שלושה בר של גז מימן ונער מכנית את התגובה ב-80 מעלות צלזיוס למשך שלוש שעות. מצננים את הכור לטמפרטורת החדר ומורידים לחץ לאט. שחזר את רוב זרז הניקל בעזרת מגנט, ולאחר מכן סנן את התמיסה.

החמצנו את התמיסה עם תמיסת מימן כלורי ארבע טוחנות ל-pH של שתיים, ולאחר מכן בצעו מיצוי עם אתיל אצטט. הסר את הממס בלחץ מופחת לאחר ייבוש על מגנזיום גופרתי וייבש את החומצה הדיהידרוסינאפינית ב-60 מעלות צלזיוס בתנור ואקום. הוסף 22.6 גרם חומצה דיהידרוסינאפינית לבקבוק תחתון עגול של 250 מיליליטר.

ואחריו 14.2 מיליליטר אנהידריד אצטי ו -0.82 גרם נתרן אצטט. מחממים את התמיסה ל-90 מעלות צלזיוס תוך כדי ערבוב במשך שעה להמרה מלאה של חומצה דיהידרוסינאפינית לחומצה 4-אצטוקסי-דיהידרוסינאפינית, וזה אוליגומרים אצטיליים. ממיסים את המוצק ב -25 מיליליטר אצטון המשקע ל -250 מיליליטר של 0.1 מימן כלורי מולרי, ואז מסונן על הוואקום.

הוסף את המונומרים 20.8 גרם של חומצה 4-אצטוקסי-דיהידרוסינאפינית ופרה-פולימר לבקבוק תחתון עגול של 100 מיליליטר. לאחר מכן מוסיפים 400 מיליגרם נתרן הידרוקסיד באבקה דקה, מחממים את תערובת התגובה למשך שלוש שעות בטמפרטורה מוגדרת של 140 מעלות צלזיוס בבקבוק הפתוח תוך כדי בהייה ב -100 סל"ד. הגדר פילמור בעזרת ממס על ידי הוספת 180 מיליגרם אבץ שני אצטט ו-25.0 מיליליטר של 1, 2-קסילן לבקבוק, ולאחר מכן העלה את הטמפרטורה שנקבעה ל-160 מעלות צלזיוס.

ריפלוקס את התערובת ב-144 מעלות צלזיוס למשך שלוש שעות עם הסרת מים וחומצה אצטית קבועה באמצעות ראש דין-סטארק. מצננים את תערובת התגובה ומסירים את ה-1, 2-קסילן על ידי מריחת ואקום. העלו את הטמפרטורה ל -240 מעלות צלזיוס בשלב הסופי של הפילמור ומרחו ואקום גבוה למשך 30 דקות.

מצננים את הפולימר פולי-S לטמפרטורת החדר ושוטפים אותו עם מתנול כדי לחסל דימימן, חומצה סינפינית ופרה-פולימרים. המוצר המתקבל צריך להיות מוצק חום בהיר. לבסוף טוחנים ומגישים את הפולי-S לחלקיקים קטנים מ-180 מיקרומטר כדי למדוד פירוק הידרוליטי.

טען מספר מבחנות עם 20 מיליגרם פולי-S והוסף מיליליטר אחד של תמיסת נתרן הידרוקסיד טוחנת אחת. דגרו את הצינורות בשלוש טמפרטורות שונות עם תסיסה של 500 סל"ד. נטרלו את המבחנות במרווחי זמן קבועים עם מיליליטר אחד של 0.5 חומצה גופרתית מולארית, והוסיפו שני מיליליטר מתנול לאחר הקירור.

סנן את כל הדגימות באמצעות מסנני מזרק PTFE של 0.45 מיקרו מטר והזריק 20 מיקרוליטר ל-HPLC באמצעות דגימה אוטומטית. עקוב אחר הספיגה ב-254 ננומטר וחשב את הריכוזים מעקומת כיול של תמיסות סטנדרטיות ידועות של חומצה דיהידרוסינאפינית. חומצה סינאפית סונתזה בטוהר גבוה ותשואה של יותר מ-95% מסירינגלדהיד באמצעות עיבוי Green Knoevenagel, המנגנון המוצע של פילמור צמיחת השלבים של חומצה 4-אצטוקסי-דיהידרוסינאפינית מוצג כאן.

מדידות מימן אחד ו-MR נלקחו במהלך תהליך הפילמור. כאשר פולי-S עבר הידרוליזה בנתרן הידרוקסיד, הפוליאסטר הניתן למחזור מולקולרית הניב את חומר המוצא חומצה דיהידרוסינאפינית תוך פחות מ-10 דקות. כפי שאושר על ידי ניתוח נקודת התכה של HBLC ומימן אחד ו-MR. זמני תגובה ממושכים לא הגדילו את היבול.

הגרמים התרמיים וניתוח ה-GPC של poly-S 1.0 והדורות העוקבים שלהם poly-S 2.0 ופוליאסטר 3.0 לאחר אמורפיות כפויה עם פוליסטירן טקטי מוצגים כאן. ניתוח DSC של poly-S מראה אות מעבר זכוכית ב-113 מעלות צלזיוס ואות התכה אנדותרמי ב-281 מעלות צלזיוס. הפולימרים מחומצה סינפינית מפולימרית מחדש, שלושה שמונה פולי-S 2.0 ומעלה ופולי-H 3.0 מציגים תכונות תרמיות דומות.

Poly-S הוא חומר פולימרי חצי גבישי מכיוון שטמפרטורות מעבר זכוכית ואותות התכה קיימים בתרמוגרמות של poly-S והדורות העוקבים שלהם. ניתוח GPC לאחר אמורפיות מאולצת עם פוליסטירן טקטי מציג אורך קבוע של חומר פולימרי לאורך הדורות השונים. בעת ניסיון תגובת Green Knoevenagel, אנא זכור כי נעשה שימוש בטמפרטורה נכונה.

טמפרטורה מעט גבוהה יותר יכולה להוביל לתגובות שונות באתר. חקרנו דוגמה לפולימר הניתן למחזור מולקולרי. אבני בניין קשורות יכולות לבצע את אותו הליך, או תוך שמירה על תכונות תרמיות ומכניות.

ניתן להשתמש בשיטה זו בקטליזה אורגנית על ידי הדגמת חומרי הביניים הקטליטיים, כמו גם בתחום המיחזור המולקולרי שעדיין לא נחקר.