Ontworpen voor moleculaire recycling: een lignine-afgeleid semi-aromatisch biobased polymeer

In de synthese die in dit artikel wordt beschreven, wordt een manier geboden om een nieuw polymere materiaal te produceren dat specifiek is ontworpen voor moleculaire recycling, wat een vorm van chemische recycling is. De depolarisatie en repolarisatie van het vreemde materiaal poly-S creëert een volledig duurzame cyclus, wat een bewijs van concept is voor de toekomst van polymeren. De polymeerafval van de wereld accumuleert.

Bijvoorbeeld in de oceaan, als de plastic soep, die zou kunnen worden voorkomen door het introduceren van moleculair recycleerbare polymeren. De gepresenteerde polymeer is een voorbeeld van een polymere materiaal ontworpen voor moleculaire recycling. Dit zou volgens ons in andere materialen worden geïmplementeerd om accumulatie in de natuur te voorkomen.

De groene Knoevenagel-reactie en daaropvolgende stappen zijn ontworpen voor en door onze bachelorstudenten. Dus bepaalde robuustheid is al geïmplementeerd in deze reactiestappen. De COVID-19 pandemie creëert een situatie waarin online leren belangrijker dan ooit wordt.

Visualisatie van deze experimenten helpt ons en anderen om praktische chemische educatie te verdiepen. Begin met het toevoegen van 20,81 gram maloniezuur en 36,4 gram syringaldehyde aan een ronde bodemkolf van 215 milliliter. Los beide bestanddelen op in 20 milliliter ethylacetaat en voeg 719 milligram ammoniak bicarbonaat toe aan de kolf.

Meng en destilleer het oplosmiddel met een waterbad. Houd het reactiemengsel gedurende twee uur op 90 graden Celsius in de open kolf zonder roeren voor volledige omzetting naar sinapinezuur. Bij de bewerking van het sinapinezuurproduct, los het residu op in 100 milliliter van een verzadigde waterige natriumbicarbonaat-oplossing, breng de oplossing over in een beker en zuur het aan tot een pH van twee.

Gebruik zes molair waterstofchloride, scheid het resulterende residu door vacuümfiltratie en was het met gedemineraliseerd water. Laad een kolf van 450 milliliter met 33,6 gram sinapinezuur. Los het sinapinezuur op in 300 milliliter van een twee-molaire natriumhydroxide-oplossing en voeg 1,5 gram nikkelslurry toe voordat de kolf aan de operator wordt aangepast.

Breng de reactor onder druk met drie bar waterstofgas en schud de reactie mechanisch gedurende drie uur op 80 graden Celsius. Koel de reactor af tot kamertemperatuur en bouw langzaam de druk af. Herstel het grootste deel van de nikkelkatalysator met een magneet en filter vervolgens de oplossing.

Verzuur de oplossing met een vier-molaire waterstofchloride-oplossing tot een pH van twee en voer vervolgens een extractie uit met ethylacetaat. Verwijder het oplosmiddel onder verlaagde druk na drogen over magnesiumsulfaat en droog het dihydrosinapinezuur bij 60 graden Celsius in een vacuümoven. Voeg 22,6 gram dihydrosinapinezuur toe aan een ronde bodemkolf van 250 milliliter.

Gevolgd door 14,2 milliliter azijnzuuranhydride en 0,82 gram natriumacetaat. Verwarm de oplossing gedurende één uur tot 90 graden Celsius terwijl geroerd wordt voor volledige omzetting van dihydrosinapinezuur naar 4-Acetoxy-dihydrosinapinezuur en de geacetyleerde oligomeren. Los het vaste stof op in 25 milliliter aceton en sla neer in 250 milliliter van 0,1-molaire waterstofchloride, vervolgens gefilterd op de vacuüm.

Voeg de monomeren 20,8 gram 4-Acetoxy-dihydrosinapinezuur en prepolymeer toe aan een ronde bodemkolf van 100 milliliter. Voeg vervolgens 400 milligram fijnpoederig natriumhydroxide toe, verwarm het reactiemengsel gedurende drie uur op een ingestelde temperatuur van 140 graden Celsius in de open kolf terwijl geroerd wordt bij 100 RPM. Stel een oplosmiddel geassisteerde polymerisatie in door 180 milligram zink twee-acetaat en 25,0 milliliter van 1, 2-xyleen toe te voegen aan de kolf, verhoog vervolgens de ingestelde temperatuur tot 160 graden Celsius.

Reflux het mengsel gedurende drie uur op 144 graden Celsius met constante verwijdering van water en azijnzuur met behulp van een Dean-Stark-kop. Koel het reactiemengsel af en verwijder het 1, 2-xyleen door een vacuüm toe te passen. Verhoog de temperatuur tot 240 graden Celsius tijdens de laatste fase van de polymerisatie en breng een hoog vacuüm gedurende 30 minuten aan.

Koel het polymeer poly-S af tot kamertemperatuur en was het met methanol om dihydrosinapinezuur en prepolymeren te elimineren. Het verkregen product zou een lichtbruine vaste stof moeten zijn. Maal en serveer ten slotte de poly-S in deeltjes kleiner dan 180 micrometer om de hydrolytische degradatie te meten.

Laad verschillende testbuisjes met 20 milligram poly-S en voeg een milliliter van een een-molaire natriumhydroxide-oplossing toe. Incubeer de buisjes bij drie verschillende temperaturen met een roering van 500 RPM. Neutraliseer de testbuisjes op regelmatige tijdsintervallen met een milliliter 0,5-molaire zwavelzuur, en voeg na afkoeling twee milliliter methanol toe.

Filter alle monsters met 0,45 micrometer PTFE-spruitspuitfilters en injecteer 20 microliters in HPLC met behulp van een auto-sampler. Controleer de absorptie bij 254 nanometer en bereken de concentraties van een kalibratiecurve van bekende dihydrosinapinezuur standaardoplossingen. Sinapinezuur werd gesynthetiseerd in hoge zuiverheid en een opbrengst van meer dan 95% uit syringaldehyde met behulp van de groene Knoevenagel Condensatie, het voorgestelde mechanisme van de stapsgewijze polymerisatie van 4-Acetoxy-dihydrosinapinezuur wordt hier getoond.

Waterstof een en MR-metingen werden genomen tijdens het polymerisatieproces. Toen poly-S werd gehydrolyseerd in natriumhydroxide, leverde de moleculair recycleerbare polyester het uitgangsmateriaal dihydrosinapinezuur op in minder dan 10 minuten. Zoals bevestigd door HBLC smeltpuntanalyse en waterstof een en MR. Uitgebreide reactietijden verhoogden de opbrengst niet.

De thermische grammen en GPC-analyse van poly-S 1.0 en hun opeenvolgende generaties poly