Moleküler Geri Dönüşüm için Tasarlanmıştır: Lignin Türevi Yarı Aromatik Biyobaz Polimer

Bu yazıda açıklanan sentez boyunca, kimyasal geri dönüşümün bir yolu olan moleküler geri dönüşüm için özel olarak tasarlanmış yeni bir polimerik malzeme üretmenin bir yolunu sağlar. Yabancı madde poly-S'nin depolarizasyonu ve repolarizasyonu, polimerlerin geleceği için bir kavram kanıtı olan tamamen sürdürülebilir bir döngü yaratır. Dünyanın polimer atıkları birikiyor.

Örneğin okyanusta, plastik çorba olarak, moleküler olarak geri dönüştürülebilir polimerlerin eklenmesiyle önlenebilir. Sunulan polimer, moleküler geri dönüşüm için tasarlanmış bir polimerik malzeme örneğidir. Bu, bize göre, doğada birikmeyi önlemek için diğer malzemelerde de uygulanmalıdır.

Yeşil Knoevenagel reaksiyonu ve sonraki adımlar, lisans öğrencilerimiz için ve onlar tarafından tasarlanmıştır. Bu nedenle, bu reaksiyon adımlarında belirli bir sağlamlık zaten uygulanmaktadır. COVID-19 salgını, çevrimiçi öğrenmenin her zamankinden daha önemli hale geldiği bir durum yaratıyor.

Bu deneylerin görselleştirilmesi, bize ve diğerlerine pratik kimya eğitimini derinleştirmemize yardımcı olur. 215 mililitrelik yuvarlak tabanlı bir şişeye 20.81 gram malonik asit ve 36.4 gram siringaldehit ekleyerek başlayın. Her iki bileşeni de 20 mililitre etil asetat içinde çözün ve şişeye 719 miligram amonyak bikarbonat ekleyin.

Çözücüyü bir su banyosu ile karıştırın ve damıtın. Reaksiyon karışımını, sinapinik aside tam dönüşüm için karıştırmadan açık şişede iki saat boyunca 90 santigrat derecede tutun. Sinapinik asit ürününün çalışmasında, kalıntıyı 100 mililitre doymuş sulu sodyum bikarbonat çözeltisi içinde çözün, daha sonra çözeltiyi bir behere aktarın ve pH ikiye kadar asitleştirin.

Altı molar hidrojen klorür kullanarak, elde edilen kalıntıyı vakum filtrasyonu ile ayırın ve demineralize su ile yıkayın. 450 mililitrelik bir şişeyi 33.6 gram sinapinik asit ile doldurun. Sinapinik asidi 300 mililitre iki molar sodyum hidroksit çözeltisi içinde çözün ve şişeyi operatörlere takmadan önce 1.5 gram nikel bulamacı ekleyin.

Reaktörü üç bar hidrojen gazı ile basınçlandırın ve reaksiyonu üç saat boyunca 80 santigrat derecede mekanik olarak çalkalayın. Reaktörü oda sıcaklığına soğutun ve yavaşça basıncını boşaltın. Nikel katalizörünün çoğunu bir mıknatısla geri kazanın, ardından çözeltiyi süzün.

Çözeltiyi dört molar hidrojen klorür çözeltisi ile iki pH'a kadar asitleştirin, ardından etil asetat ile bir ekstraksiyon gerçekleştirin. Magnezyum sülfat üzerinde kuruduktan sonra çözücüyü düşük basınç altında çıkarın ve dihidrosinapinik asidi vakumlu bir fırında 60 santigrat derecede kurutun. 250 mililitrelik yuvarlak tabanlı bir şişeye 22.6 gram dihidrosinapinik asit ekleyin.

Bunu 14.2 mililitre asetik anhidrit ve 0.82 gram sodyum asetat takip eder. Dihidrosinapinik asidin 4-Asetoksi-dihidrosinapinik aside ve asetillenmiş oligomerlere tamamen dönüştürülmesi için bir saat karıştırırken çözeltiyi 90 santigrat dereceye ısıtın. Katıyı 25 mililitre aseton içinde çözün, 250 mililitre 0.1 molar hidrojen klorür içine çökeltin, daha sonra vakumda süzülün.

Monomerleri 20.8 gram 4-Asetoksi-dihidrosinapinik asit ve prepolimeri 100 mililitrelik yuvarlak tabanlı bir şişeye ekleyin. Daha sonra 400 miligram ince toz haline getirilmiş sodyum hidroksit ekleyin, reaksiyon karışımını 100 RPM'ye bakarken açık şişede 140 santigrat derece sıcaklıkta üç saat ısıtın. Şişeye 180 miligram çinko iki asetat ve 25.0 mililitre 1, 2-ksilen ekleyerek çözücü destekli bir polimerizasyon ayarlayın, ardından ayarlanan sıcaklığı 160 santigrat dereceye yükseltin.

Karışımı 144 santigrat derecede üç saat boyunca Dean-Stark kafasını kullanarak sabit su ve asetik asit giderimi ile geri akıtın. Reaksiyon karışımını soğutun ve bir vakum uygulayarak 1, 2-ksileni çıkarın. Polimerizasyonun son aşamasında sıcaklığı 240 santigrat dereceye yükseltin ve 30 dakika boyunca yüksek vakum uygulayın.

Polimer poli-S'yi oda sıcaklığına soğutun ve dihidrojen sinapinik asit ve prepolimerleri ortadan kaldırmak için metanol ile yıkayın. Elde edilen ürün açık kahverengi bir katı olmalıdır. Son olarak, hidrolitik bozunmayı ölçmek için poli-S'yi 180 mikrometreden daha küçük parçacıklar halinde öğütün ve servis edin.

Birkaç test tüpünü 20 miligram poli-S ile yükleyin ve bir mililitre bir molar sodyum hidroksit çözeltisi ekleyin. Tüpleri 500 RPM'lik bir çalkalama ile üç farklı sıcaklıkta inkübe edin. Test tüplerini düzenli zaman aralıklarında bir mililitre 0.5 molar sülfürik asit ile nötralize edin ve soğuduktan sonra iki mililitre metanol ekleyin.

0,45 mikro metre PTFE şırınga filtreleri kullanarak tüm numuneleri filtreleyin ve otomatik numune alıcı kullanarak HPLC'ye 20 mikrolitre enjekte edin. 254 nanometrede absorbansı izleyin ve bilinen dihidrosinapinik asit standart çözeltilerinin kalibrasyon eğrisinden konsantrasyonları hesaplayın. Sinapinik asit, yüksek saflıkta sentezlendi ve Yeşil Knoevenagel Yoğunlaşması kullanılarak siringaldehitten %95'ten fazla verim elde edildi, 4-Asetoksi-dihidrosinapinik asidin kademeli büyüme polimerizasyonunun önerilen mekanizması burada gösterilmiştir.

Polimerizasyon işlemi sırasında hidrojen bir ve MR ölçümleri alındı. Poli-S, sodyum hidroksit içinde hidrolize edildiğinde, moleküler olarak geri dönüştürülebilir polyester, başlangıç malzemesi dihidrosinapinik asidi 10 dakikadan daha kısa sürede verdi. HBLC erime noktası analizi ve hidrojen bir ve MR ile onaylandığı gibi. Uzun reaksiyon süreleri verimi artırmadı.

Poli-S 1.0 ve bunların ardışık nesilleri poli-S 2.0 ve polyester 3.0'ın bir taktik polistiren ile zorlanmış amorfisite sonrası termal gram ve GPC analizi burada gösterilmektedir. Poly-S'nin DSC analizi, 113 santigrat derecede bir cam geçiş sinyali ve 281 santigrat derecede endotermik erime sinyali gösterir. Yeniden polimerize sinapinik asit, üç, sekiz, poli-S 2.0 yukarı ve poli-H 3.0'dan elde edilen polimerler benzer termal özellikler sergiler.

Poly-S, yarı kristal polimerik bir malzemedir, çünkü cam geçiş sıcaklıkları ve erime sinyalleri, poli-S'nin termogramlarında ve bunların ardışık nesillerinde bulunur. Bir taktik polistiren ile zorlanmış amorfisiteden sonra GPC analizi, farklı nesiller boyunca sabit bir polimerik malzeme uzunluğu gösterir. Green Knoevenagel reaksiyonunu denerken, lütfen doğru bir sıcaklığın kullanıldığını unutmayın.

Biraz daha yüksek bir sıcaklık, farklı bölge reaksiyonlarına yol açabilir. Moleküler olarak geri dönüştürülebilir bir polimer örneğini araştırdık. Yakından ilişkili yapı taşları aynı prosedürü izleyebilir veya termal ve mekanik özellikleri korurken takip edebilir.

Bu yöntem, katalitik ara ürünlerin gösterilmesi yoluyla organik katalizde ve ayrıca hala keşfedilmemiş moleküler geri dönüşüm alanında kullanılabilir.