Projetado para reciclagem molecular: um polímero semi-aromático derivado da lignina

Ao longo da síntese descrita neste artigo, fornece uma maneira de produzir um novo material polimérico projetado especificamente para reciclagem molecular, que é uma forma de reciclagem química. A despolarização e repolarização do material estranho poli-S cria um ciclo totalmente sustentável, que é uma prova de conceito para o futuro dos polímeros. Os resíduos de polímeros do mundo se acumulam.

Por exemplo, no oceano, como a sopa de plástico, que poderia ser evitada com a introdução de polímeros molecularmente recicláveis. O polímero apresentado é um exemplo de material polimérico projetado para reciclagem molecular. Isso, em nossa opinião, deve ser implementado em outros materiais para evitar o acúmulo na natureza.

A reação do Green Knoevenagel e as etapas subsequentes foram projetadas para e por nossos alunos de graduação. Portanto, certa robustez já está implementada nessas etapas de reação. A pandemia do COVID-19 cria uma situação em que o aprendizado online se torna mais importante do que nunca.

A visualização desses experimentos ajuda a nós e a outros a aprofundar a educação química prática. Comece adicionando 20,81 gramas de ácido malônico e 36,4 gramas de siringaldeído a um balão de fundo redondo de 215 mililitros. Dissolver os dois constituintes em 20 ml de acetato de etilo e adicionar 719 ml de bicarbonato de amônia ao balão.

Misturar e destilar o solvente em banho-maria. Manter a mistura de reacção a 90 graus Celsius durante duas horas no balão aberto, sem agitar, para uma conversão completa em ácido sinapínico. Na preparação do produto ácido sinapínico, dissolver o resíduo em 100 mililitros de uma solução aquosa saturada de bicarbonato de sódio, transferir a solução para um copo e acidificá-la até um pH dois.

Usando cloreto de hidrogênio de seis molares, separe o resíduo resultante por filtração a vácuo e lave-o com água desmineralizada. Carregue um balão de 450 mililitros com 33,6 gramas de ácido sinapínico. Dissolver o ácido sinapínico em 300 mililitros de solução de hidróxido de sódio de dois molares e adicionar 1,5 gramas de pasta de níquel antes de encaixar o frasco nos operadores.

Pressurizar o reator com três bar de gás hidrogênio e agitar mecanicamente a reação a 80 graus Celsius por três horas. Resfrie o reator à temperatura ambiente e despressurize lentamente. Recupere a maior parte do catalisador de níquel com um ímã e filtre a solução.

Acidificar a solução com solução de cloreto de hidrogênio de quatro molares até um pH de dois e, em seguida, fazer uma extração com acetato de etila. Remova o solvente sob pressão reduzida após secagem sobre sulfato de magnésio e seque o ácido di-hidrosinapínico a 60 graus Celsius em um forno a vácuo. Adicionar 22,6 gramas de ácido di-hidrosinapínico a um balão de fundo redondo de 250 ml.

Seguido por 14,2 mililitros de anidrido acético e 0,82 gramas de acetato de sódio. Aqueça a solução a 90 graus Celsius enquanto mexe por uma hora para a conversão completa do ácido di-hidrosinapínico em ácido 4-acetoxi-di-hidrosinapínico e seus oligômeros acetilados. Dissolva o sólido em 25 mililitros de acetona precipitado em 250 mililitros de cloreto de hidrogênio 0,1 molar e depois filtrado no vácuo.

Adicionar os monómeros a 20,8 g de ácido 4-acetoxi-di-hidrosinapínico e o pré-polímero a um balão de fundo redondo de 100 ml. Em seguida, adicione 400 miligramas de hidróxido de sódio em pó fino, aqueça a mistura de reação por três horas a uma temperatura definida de 140 graus Celsius no frasco aberto enquanto olha para 100 RPM. Configure uma polimerização assistida por solvente adicionando 180 miligramas de zinco dois acetato e 25,0 mililitros de 1,2-xileno ao frasco e, em seguida, aumente a temperatura definida para 160 graus Celsius.

Refluxo da mistura a 144 graus Celsius por três horas com remoção constante de água e ácido acético usando a cabeça de Dean-Stark. Resfrie a mistura de reação e remova o 1,2-xileno aplicando um vácuo. Aumente a temperatura para 240 graus Celsius durante o estágio final da polimerização e aplique um alto vácuo por 30 minutos.

Resfrie o polímero poli-S à temperatura ambiente e lave-o com metanol para eliminar o ácido di-hidrogenosinapínico e os pré-polímeros. O produto obtido deve ser um sólido marrom claro. Por fim, triturar e servir o poli-S em partículas menores que 180 micrômetros para medir a degradação hidrolítica.

Carregue vários tubos de ensaio com 20 miligramas de poli-S e adicione um mililitro de uma solução molar de hidróxido de sódio. Incubar os tubos a três temperaturas diferentes com uma agitação de 500 RPM. Neutralize os tubos de ensaio em intervalos regulares de tempo com um mililitro de ácido sulfúrico 0,5 molar e adicione dois mililitros de metanol após o resfriamento.

Filtre todas as amostras usando filtros de seringa de PTFE de 0,45 micrômetro e injete 20 microlitros em HPLC usando um amostrador automático. Monitore a absorbância em 254 nanômetros e calcule as concentrações a partir de uma curva de calibração de soluções-padrão de ácido di-hidrosinapínico conhecidas. O ácido sinapínico foi sintetizado em alta pureza e um rendimento superior a 95% do siringaldeído usando a condensação Green Knoevenagel, o mecanismo proposto da polimerização em etapas do ácido 4-acetoxi-dihidrosinapínico é mostrado aqui.

Medições de hidrogênio um e RM foram feitas durante o processo de polimerização. Quando o poli-S foi hidrolisado em hidróxido de sódio, o poliéster molecularmente reciclável produziu o ácido dihidrosinapínico do material de partida em menos de 10 minutos. Conforme confirmado pela análise do ponto de fusão HBLC e hidrogênio um e MR. Tempos de reação prolongados não aumentaram o rendimento.

As gramas térmicas e a análise GPC do poli-S 1.0 e suas sucessivas gerações poli-S 2.0 e poliéster 3.0 após amorficidade forçada com poliestireno tático são mostradas aqui. A análise DSC do poli-S mostra um sinal de transição vítrea a 113 graus Celsius e um sinal de fusão endotérmica a 281 graus Celsius. Os polímeros do ácido sinapínico repolimerizado três oito poli-S 2.0 up e poli-H 3.0 exibem propriedades térmicas semelhantes.

O Poly-S é um material polimérico semicristalino porque as temperaturas de transição vítrea e os sinais de fusão estão presentes nos termogramas do poly-S e suas gerações sucessivas. A análise de GPC após amorficidade forçada com poliestireno tático exibe um comprimento constante de material polimérico ao longo das diferentes gerações. Ao tentar a reação Green Knoevenagel, lembre-se de que uma temperatura correta é usada.

Uma temperatura ligeiramente mais alta pode levar a reações diferentes no local. Exploramos um exemplo de um polímero molecularmente reciclável. Blocos de construção intimamente relacionados podem seguir o mesmo procedimento ou manter as propriedades térmicas e mecânicas.

Este método pode ser utilizado em catálise orgânica através da demonstração dos intermediários catalíticos, bem como na área ainda inexplorada de reciclagem molecular.