В отличие от сжигания полимерных отходов, химическая переработка дает возможность рекуперации мономеров. Химическая переработка является логичным выбором в конце технического срока службы полимерных материалов, поскольку эти полимерные материалы производятся химически1. Существует два способа химической переработки полимерного материала: пиролиз и молекулярная рециркуляция2. При пиролизе полимерный материал превращается в продукты более высокой ценности с использованием экстремальных условий3,4. Молекулярная рециркуляция является эффективным методом восстановления исходных материалов с использованием деполимеризации. После деполимеризации мономерные единицы могут быть реполитимеризованы в первичные полимерные материалы5. Наличие подходящих мономеров для применения молекулярной рециркуляции в более широком масштабе является желаемым. Нынешняя проблема пластика диктует, что общество требует прочных и надежных полимерных материалов. В то же время также предпочтительно, чтобы те же полимерные материалы легко перерабатывали и не выдерживали в окружающей среде. Современные полимерные материалы с хорошими термическими и механическими свойствами не деполимеризуются легко6.
Лигнин, обычно встречающийся в сосудистых растениях, отвечает за 30% естественного содержания углерода в мире и является вторым наиболее распространенным биополимером после целлюлозы. Лигнин имеет сложную аморфную структуру и, по-видимому, является подходящей альтернативой для замены ароматических веществ, извлеченных из ископаемых материалов. Трехмерная структура лигнина обеспечивает древесине прочность и жесткость, а также устойчивость к деградации. Химически говоря, лигнин представляет собой очень сложный полифенольный термореактивный материал. Он состоит из различного состава трех различных метоксилированных фенилпропановых структур. Syringyl, guaiacyl и p-гидроксифенил (часто сокращенно S, G и H, соответственно) получают из монолигнолов синапилового спирта, хвойного спирта и п-кумарилового спирта7. Распределение этих единиц различно в зависимости от типа биомассы, например, хвойных пород, состоящих в основном из единиц гуаяцила и лиственных пород гваяцила и сирингильных блоков8,9. Возобновляемые природные источники, такие как деревья и растения, желательны для производства переработанных мономеров для инновационных полимерных материалов10. Эти мономеры, выделенные и синтезированные из природных источников, полимеризуются в так называемые биополимеры11.
Ароматические карбоновые кислоты на несколько порядков менее электрофильны, чем эквивалентные алифатические карбоновые кислоты по электронным причинам12. Различные коммерческие полиэфиры используют ароматические карбоновые кислоты вместо алифатических карбоновых кислот. В результате волокна в полиэфирный текстиль, изготовленные из волокон поли(этилентерефталата) (ПЭТ), практически нечувствительны к гидролизу во время стирки или, например, дождя13. Когда требуется молекулярная переработка полиэфиров, целесообразно использовать алифатические эфиры в накоплении полимера.
По указанным причинам мы исследовали возможности получения полиэфира из 4-гидрокси-3,5-диметокси-дигидроцинновых кислот14. Предыдущие исследования Крихельдорфа15,Мейера 16и Миллера17,18 показывают, что сложно строить полимеры с использованием 4-гидрокси-3,5-диметокси-дигидроциннаминовой кислоты. Декарбоксилирование и сшивание препятствовали полимеризации и, таким образом, ограничивали успех этих синтезов. Также механизм поликонденсации оставался неясным. В представленной работе описаны условия, в которых полиэфирная поли(дигидрозинапиновая кислота) может синтезироваться регулярно и с высокой урожайностью, тем самым прокладывая путь для использования полуароматических полиэфиров, которые являются молекулярно перерабатываемыми.
Мы разработали зеленый и эффективный способ синтеза синавиновой кислоты с использованием реакции конденсации между сирингальдегидом и малоновой кислотой19,20. После этого зеленого кневенагеля гидрирование производит дигидрозинапиновую кислоту, которая подходит для обратимой поликонденсации. Эта публикация визуализирует синтетические этапы молекулярно перерабатываемого полимера поли (дигидрозинапиновая кислота), ссылаясь на базовые единицы лигнина, называемые поли-S. После анализа полимерного материала поли-S деполимеризуется до мономера дигидрозинапиновой кислоты в относительно благоприятных условиях и реполитимеризуется снова и снова.