Progettato per il riciclaggio molecolare: un polimero biobased semi-aromatico derivato dalla lignina

In tutto il processo di sintesi descritto in questo documento viene fornito un modo per produrre un nuovo materiale polimerico specificamente progettato per il riciclo molecolare, che è un modo di riciclo chimico. La depolarizzazione e la ripolarizzazione del materiale estraneo poly-S crea un ciclo completamente sostenibile, che è una prova di concetto per il futuro dei polimeri. I rifiuti polimerici del mondo si accumulano.

Ad esempio nell'oceano, come la zuppa di plastica, che potrebbe essere evitata introducendo polimeri riciclabili a livello molecolare. Il polimero presentato è un esempio di materiale polimerico progettato per il riciclo molecolare. Questo, a nostro avviso, dovrebbe essere implementato in altri materiali per prevenire l'accumulo in natura.

La reazione di Knoevenagel verde e le fasi successive sono state progettate per e dai nostri studenti universitari. Quindi una certa robustezza è già implementata in queste fasi di reazione. La pandemia di COVID-19 crea una situazione in cui l'apprendimento online diventa più importante che mai.

La visualizzazione di questi esperimenti aiuta noi e gli altri ad approfondire l'educazione chimica pratica. Iniziare aggiungendo 20,81 grammi di acido malonico e 36,4 grammi di siringaldeide a un pallone a fondo tondo da 215 millilitri. Sciogliere entrambi i costituenti in 20 millilitri di acetato di etile e aggiungere 719 milligrammi di bicarbonato di ammoniaca al pallone.

Mescolare e distillare il solvente a bagnomaria. Mantenere la miscela di reazione a 90 gradi Celsius per due ore nel pallone aperto senza mescolare per la completa conversione in acido sinapinico. Nello studio del prodotto a base di acido sinapinico, sciogliere il residuo in 100 millilitri di una soluzione acquosa satura di bicarbonato di sodio, quindi trasferire la soluzione in un becher e acidificarla a pH due.

Utilizzando sei molari di acido cloridrico, separare il residuo risultante mediante filtrazione sottovuoto e lavarlo con acqua demineralizzata. Caricare un pallone da 450 millilitri con 33,6 grammi di acido sinapinico. Sciogliere l'acido sinapinico in 300 millilitri di soluzione di idrossido di sodio a due molari e aggiungere 1,5 grammi di impasto di nichel prima di montare il pallone agli operatori.

Pressurizzare il reattore con tre bar di idrogeno gassoso e agitare meccanicamente la reazione a 80 gradi Celsius per tre ore. Raffreddare il reattore a temperatura ambiente e depressurizzare lentamente. Recuperare la maggior parte del catalizzatore di nichel con un magnete, quindi filtrare la soluzione.

Acidificare la soluzione con una soluzione di acido cloridrico a quattro molari a un pH di due, quindi eseguire un'estrazione con acetato di etile. Rimuovere il solvente a pressione ridotta dopo l'essiccazione su solfato di magnesio ed essiccare l'acido diidrosinapinico a 60 gradi Celsius in un forno a vuoto. Aggiungere 22,6 grammi di acido diidrosinapinico in un pallone a fondo tondo da 250 millilitri.

Seguono 14,2 millilitri di anidride acetica e 0,82 grammi di acetato di sodio. Riscaldare la soluzione a 90 gradi Celsius mescolando per un'ora per la completa conversione dell'acido diidrosinapinico in acido 4-acetossi-diidrosinapinico e dei suoi oligomeri acetilati. Sciogliere il solido in 25 millilitri di acetone precipitato in 250 millilitri di acido cloridrico molare 0,1, quindi filtrato sotto vuoto.

Aggiungere i monomeri 20,8 grammi di acido 4-acetossi-diidrosinapinico e prepolimero in un pallone a fondo tondo da 100 millilitri. Quindi aggiungere 400 milligrammi di idrossido di sodio finemente polverizzato, riscaldare la miscela di reazione per tre ore a una temperatura impostata di 140 gradi Celsius nel pallone aperto mentre si fissa a 100 giri/min. Impostare una polimerizzazione assistita da solvente aggiungendo 180 milligrammi di zinco, due acetato e 25,0 millilitri di 1,2-xilene al pallone, quindi aumentare la temperatura impostata a 160 gradi Celsius.

Rifluire la miscela a 144 gradi Celsius per tre ore con una costante rimozione di acqua e acido acetico utilizzando la testina Dean-Stark. Raffreddare la miscela di reazione e rimuovere l'1,2-xilene applicando il vuoto. Aumentare la temperatura a 240 gradi Celsius durante la fase finale della polimerizzazione e applicare un alto vuoto per 30 minuti.

Raffreddare il polimero poly-S a temperatura ambiente e lavarlo con metanolo per eliminare l'acido diidrogeno sinapinico e i prepolimeri. Il prodotto ottenuto dovrebbe essere un solido marrone chiaro. Infine, macinare e servire il poly-S in particelle più piccole di 180 micrometri per misurare la degradazione idrolitica.

Caricare diverse provette con 20 milligrammi di poli-S e aggiungere un millilitro di soluzione di idrossido di sodio molare. Incubare le provette a tre diverse temperature con un'agitazione di 500 giri/min. Neutralizzare le provette a intervalli di tempo regolari con un millilitro di acido solforico molare 0,5 molare e aggiungere due millilitri di metanolo dopo il raffreddamento.

Filtrare tutti i campioni utilizzando filtri per siringhe in PTFE da 0,45 micrometri e iniettare 20 microlitri in HPLC utilizzando un campionatore automatico. Monitorare l'assorbanza a 254 nanometri e calcolare le concentrazioni da una curva di calibrazione di soluzioni standard note di acido diidrosinapinico. L'acido sinapinico è stato sintetizzato in elevata purezza e con una resa superiore al 95% dalla siringaldeide utilizzando la condensazione di Green Knoevenagel, il meccanismo proposto della polimerizzazione a gradini dell'acido 4-acetossi-diidrosinapinico è mostrato qui.

Durante il processo di polimerizzazione sono state effettuate misurazioni dell'idrogeno e della risonanza magnetica. Quando il poli-S è stato idrolizzato in idrossido di sodio, il poliestere riciclabile a livello molecolare ha prodotto il materiale di partenza acido diidrosinapinico in meno di 10 minuti. Come confermato dall'analisi del punto di fusione HBLC e da quella dell'idrogeno e dalla risonanza magnetica. I tempi di reazione prolungati non hanno aumentato la resa.

I grammi termici e l'analisi GPC del poly-S 1.0 e delle loro generazioni successive poly-S 2.0 e poliestere 3.0 dopo amorficità forzata con un polistirene tattico sono mostrati qui. L'analisi DSC del poli-S mostra un segnale di transizione vetrosa a 113 gradi Celsius e un segnale di fusione endotermica a 281 gradi Celsius. I polimeri dell'acido sinapinico ripolimerizzato tre otto poly-S 2.0 up e poly-H 3.0 mostrano proprietà termiche simili.

Il poly-S è un materiale polimerico semicristallino perché le temperature di transizione vetrosa e i segnali di fusione sono presenti nei termogrammi del poly-S e nelle loro generazioni successive. L'analisi GPC dopo amorfnicità forzata con un polistirene tattico mostra una lunghezza costante del materiale polimerico attraverso le diverse generazioni. Mentre si tenta la reazione di Knoevenagel verde, tenere presente che viene utilizzata una temperatura corretta.

Una temperatura leggermente più alta può portare a reazioni diverse del sito. Abbiamo esplorato un esempio di polimero riciclabile a livello molecolare. Gli elementi costitutivi strettamente correlati possono seguire la stessa procedura o mantenere le proprietà termiche e meccaniche.

Questo metodo può essere utilizzato nella catalisi organica dimostrando gli intermedi catalitici, così come nell'area ancora inesplorata del riciclo molecolare.