Zaprojektowany do recyklingu molekularnego: półaromatyczny polimer pochodzenia biologicznego na bazie ligniny

Synteza opisana w tym artykule zapewnia sposób wytwarzania nowego materiału polimerowego zaprojektowanego specjalnie do recyklingu molekularnego, który jest sposobem recyklingu chemicznego. Depolaryzacja i repolaryzacja obcego materiału poli-S tworzy w pełni zrównoważony cykl, który jest dowodem słuszności koncepcji dla przyszłości polimerów. Na świecie gromadzą się odpady polimerowe.

Na przykład w oceanie, jako plastikowa zupa, której można zapobiec, wprowadzając polimery nadające się do recyklingu molekularnego. Prezentowany polimer jest przykładem materiału polimerowego przeznaczonego do recyklingu molekularnego. Naszym zdaniem powinno to zostać zaimplementowane w innych materiałach, aby zapobiec akumulacji w naturze.

Zielona reakcja Knoevenagel i jej kolejne etapy zostały zaprojektowane dla i przez naszych studentów. Tak więc pewna solidność jest już zaimplementowana w tych krokach reakcji. Pandemia COVID-19 stwarza sytuację, w której nauka online staje się ważniejsza niż kiedykolwiek.

Wizualizacja tych eksperymentów pomaga nam i innym pogłębić praktyczną edukację chemiczną. Zacznij od dodania 20,81 grama kwasu malonowego i 36,4 grama aldehydu syringowego do kolby okrągłodennej o pojemności 215 mililitrów. Rozpuścić oba składniki w 20 mililitrach octanu etylu i dodać do kolby 719 miligramów wodorowęglanu amonu.

Wymieszać i destylować rozpuszczalnik w łaźni wodnej. Mieszaninę reakcyjną należy przechowywać w temperaturze 90 stopni Celsjusza przez dwie godziny w otwartej kolbie bez mieszania w celu całkowitej konwersji do kwasu synapinowego. Podczas przetwarzania produktu kwasu synapinowego rozpuść pozostałość w 100 mililitrach nasyconego wodnego roztworu wodorowęglanu sodu, a następnie przenieś roztwór do zlewki i zakwasz go do pH dwa.

Za pomocą sześciomolowego chlorowodoru oddziel powstałą pozostałość przez filtrację próżniową i przemyj ją wodą zdemineralizowaną. Naładuj kolbę o pojemności 450 mililitrów 33,6 grama kwasu synapinowego. Rozpuść kwas sinapinowy w 300 mililitrach dwumolowego roztworu wodorotlenku sodu i dodaj 1,5 grama zawiesiny niklu przed zamontowaniem kolby dla operatorów.

Napełnij reaktor ciśnieniem wodoru gazowego pod ciśnieniem trzech barów i mechanicznie wytrząsaj reakcję w temperaturze 80 stopni Celsjusza przez trzy godziny. Schłodzić reaktor do temperatury pokojowej i powoli obniżać ciśnienie. Odzyskaj większość katalizatora niklowego za pomocą magnesu, a następnie przefiltruj roztwór.

Zakwasić roztwór czteromolowym roztworem chlorowodoru do pH dwóch, a następnie przeprowadzić ekstrakcję octanem etylu. Usunąć rozpuszczalnik pod zmniejszonym ciśnieniem po wysuszeniu nad siarczanem magnezu i wysuszyć kwas dihydrozynapinowy w temperaturze 60 stopni Celsjusza w piecu próżniowym. Dodaj 22,6 grama kwasu dihydrosynapinowego do kolby okrągłodennej o pojemności 250 mililitrów.

Następnie 14,2 mililitra bezwodnika octowego i 0,82 grama octanu sodu. Podgrzej roztwór do 90 stopni Celsjusza, mieszając przez godzinę, aby całkowicie przekształcić kwas dihydrozynapinowy w kwas 4-acetoksy-dihydrozynapinowy i jego acetylowane oligomery. Rozpuść ciało stałe w 25 mililitrach acetonu wytrąconego w 250 mililitrach 0,1 molowego chlorowodoru, a następnie przefiltruj w próżni.

Dodać monomery 20,8 grama kwasu 4-acetoksy-dihydrozynapinowego i prepolimeru do 100-mililitrowej kolby okrągłodennej. Następnie dodać 400 miligramów drobno sproszkowanego wodorotlenku sodu, podgrzewać mieszaninę reakcyjną przez trzy godziny w ustawionej temperaturze 140 stopni Celsjusza w otwartej kolbie, wpatrując się w 100 obr./min. Rozpocznij polimeryzację wspomaganą rozpuszczalnikiem, dodając do kolby 180 miligramów dwuoctanu i 25,0 mililitrów 1,2-ksylenu, a następnie podnieś ustawioną temperaturę do 160 stopni Celsjusza.

Refluksuj mieszaninę w temperaturze 144 stopni Celsjusza przez trzy godziny, stale usuwając wodę i kwas octowy za pomocą głowicy Deana-Starka. Schłodzić mieszaninę reakcyjną i usunąć 1,2-ksylen, stosując próżnię. Podnieś temperaturę do 240 stopni Celsjusza podczas końcowego etapu polimeryzacji i stosuj wysoką próżnię przez 30 minut.

Schłodzić polimer poly-S do temperatury pokojowej i umyć go metanolem w celu wyeliminowania kwasu diwodorosinapinowego i prepolimerów. Otrzymany produkt powinien być jasnobrązowym ciałem stałym. Na koniec zmielić i podać poli-S na cząstki mniejsze niż 180 mikrometrów, aby zmierzyć degradację hydrolityczną.

Załaduj kilka probówek 20 miligramami poli-S i dodaj jeden mililitr jednego molowego roztworu wodorotlenku sodu. Inkubować probówki w trzech różnych temperaturach z mieszaniem 500 obr./min. Neutralizuj probówki w regularnych odstępach czasu jednym mililitrem 0,5 molowego kwasu siarkowego, a po schłodzeniu dodaj dwa mililitry metanolu.

Przefiltruj wszystkie próbki za pomocą filtrów strzykawkowych PTFE o średnicy 0,45 mikrometra i wstrzyknij 20 mikrolitrów do HPLC za pomocą automatycznego próbnika. Monitorować absorbancję przy 254 nanometrach i obliczyć stężenia na podstawie krzywej kalibracyjnej znanych roztworów wzorcowych kwasu dihydrozynapinowego. Kwas sinapinowy zsyntetyzowano w wysokiej czystości i ponad 95% wydajności z aldehydu syringowego przy użyciu kondensacji Green Knoevenagel, proponowany mechanizm polimeryzacji krokowej kwasu 4-acetoksy-dihydrosynapinowego pokazano tutaj.

Pomiary wodoru i rezonansu magnetycznego wykonano podczas procesu polimeryzacji. Gdy poli-S został zhydrolizowany wodorotlenkiem sodu, nadający się do recyklingu molekularnego poliester dał materiał wyjściowy kwas dihydrosynapinowy w czasie krótszym niż 10 minut. Jak potwierdzono analizą temperatury topnienia HBLC oraz wodoru i MR. Wydłużone czasy reakcji nie zwiększyły plonu.

Przedstawiono tutaj gramy termiczne i analizę GPC poli-S 1.0 i ich kolejnych generacji poly-S 2.0 i poliestru 3.0 po wymuszonej amorficzności z polistyrenem taktycznym. Analiza DSC poli-S pokazuje sygnał zeszklenia w temperaturze 113 stopni Celsjusza i sygnał topnienia endotermicznego w temperaturze 281 stopni Celsjusza. Polimery z repolimeryzowanego kwasu synapinowego, trzy, osiem, poli-S 2,0 w górę i poli-H 3,0, wykazują podobne właściwości termiczne.

Poly-S jest półkrystalicznym materiałem polimerowym, ponieważ temperatury zeszklenia i sygnały topnienia są obecne w termogramach poli-S i ich kolejnych generacjach. Analiza GPC po wymuszonej amorficzności z polistyrenem taktycznym wykazuje stałą długość materiału polimerowego w różnych generacjach. Próbując reakcji Green Knoevenagel, należy pamiętać, że używana jest prawidłowa temperatura.

Nieco wyższa temperatura może prowadzić do różnych reakcji w miejscu. Przyjrzeliśmy się przykładowi polimeru nadającego się do recyklingu molekularnego. Blisko spokrewnione bloki konstrukcyjne mogą przebiegać zgodnie z tą samą procedurą lub przy zachowaniu właściwości termicznych i mechanicznych.

Metoda ta może być stosowana w katalizie organicznej poprzez demonstrację katalitycznych produktów pośrednich, a także w wciąż niezbadanym obszarze recyklingu molekularnego.