Name: designed for molecular recycling: a lignin-derived semi-aromatic biobased polymer
Uploaded: 2020-11-30T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Designed for Molecular Recycling: A Lignin-Derived Semi-aromatic Biobased Polymer at JoVE.com

ويشكر المؤلفان الدعم المالي المقدم من المنظمة الهولندية للبحث العلمي (منحة 023.007.020 منحت لجاك فان شيندل).

1. الأخضر Knoevenagel التكثيف من syringaldehyde نحو حمض سينابيك مع 5 مول ٪ بيكربونات الأمونيوم
<ol><li>إضافة حمض المالونيك (20.81 غرام، 200.0 مليمول) جنبا إلى جنب مع syringaldehyde (36.4 غرام، 200.0 ملليمول) إلى قارورة مستديرة القاع 250 مل. حل كلا المكونين في 20.0 مل من خلات الإيثيل وإضافة بيكربونات الأمونيوم (790 ملغ، 10.0 ملليمو?...

<ol>
	<li>Rahimi, A., Garc&#237;a, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemical+recycling+of+waste+plastics+for+new+materials+production.">Chemical recycling of waste plastics for new materials production.</a> Nature Reviews Chemistry. 1 (6), 41570 (2017).</li><li>Sardon, H., Dove, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plastics+recycling+with+a+difference.">Plastics recycling with a difference.</a> Science. 360 (6387), 380-381 (2018).</li><li>Jones, G. O., Yuen, A., Wojtecki, R. J., Hedrick, J. L., Garc&#237;a, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Computational+and+experimental+investigations+of+one-step+conversion+of+poly(carbonate)s+into+value-added+poly(aryl+ether+sulfone)s.">Computational and experimental investigations of one-step conversion of poly(carbonate)s into value-added poly(aryl ether sulfone)s.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 113 (28), 7722-7726 (2016).</li><li>Garc&#237;a, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recyclable,+Strong+Thermosets+and+Organogels+via+Paraformaldehyde+Condensation+with+Diamines.">Recyclable, Strong Thermosets and Organogels via Paraformaldehyde Condensation with Diamines.</a> Science. 344 (6185), 1251484 (2014).</li><li>Brutman, J. P., De Hoe, G. X., Schneiderman, D. K., Le, T. N., Hillmyer, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Renewable,+Degradable,+Chemically+Recyclable+Cross-Linked+Elastomers.">Renewable, Degradable, Chemically Recyclable Cross-Linked Elastomers.</a> Industrial &amp; Engineering Chemistry Research. 55 (42), 11097-11106 (2016).</li><li>Hong, M., Chen, E. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Completely+recyclable+biopolymers+with+linear+and+cyclic+topologies+via+ring-opening+polymerization+of+&#947;-butyrolactone.">Completely recyclable biopolymers with linear and cyclic topologies via ring-opening polymerization of &#947;-butyrolactone.</a> Nature Chemistry. 8 (1), 42-49 (2016).</li><li>Lochab, B., Shukla, S., Varma, I. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Naturally+occurring+phenolic+sources:+monomers+and+polymers.">Naturally occurring phenolic sources: monomers and polymers.</a> RSC Advances. 4 (42), 21712 (2014).</li><li>Fache, M., Boutevin, B., Caillol, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vanillin,+a+key-intermediate+of+biobased+polymers.">Vanillin, a key-intermediate of biobased polymers.</a> European Polymer Journal. 68, 488-502 (2015).</li><li>Pinto, P. C. R., Costa, C. E., Rodrigues, A. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxidation+of+Lignin+from+Eucalyptus+globulus+Pulping+Liquors+to+Produce+Syringaldehyde+and+Vanillin.">Oxidation of Lignin from Eucalyptus globulus Pulping Liquors to Produce Syringaldehyde and Vanillin.</a> Industrial &amp; Engineering Chemistry Research. 52 (12), 4421-4428 (2013).</li><li>Llevot, A., Grau, E., Carlotti, S., Grelier, S., Cramail, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=From+Lignin-derived+Aromatic+Compounds+to+Novel+Biobased+Polymers.">From Lignin-derived Aromatic Compounds to Novel Biobased Polymers.</a> Macromolecular Rapid Communications. 37 (1), (2016).</li><li>Hern&#225;ndez, N., Williams, R. C., Cochran, E. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+battle+for+the+"green"+polymer.+Different+approaches+for+biopolymer+synthesis:+bioadvantaged+vs.+bioreplacement.">The battle for the "green" polymer. Different approaches for biopolymer synthesis: bioadvantaged vs. bioreplacement.</a> Organic &amp; Biomolecular Chemistry. 12 (18), 2834-2849 (2014).</li><li>Kricheldorf, H. R., Stukenbrock, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+polymer+syntheses+85.+Telechelic,+star-shaped+and+hyperbranched+polyesters+of+&#946;-(4-hydroxyphenyl)+propionic+acid.">New polymer syntheses 85. Telechelic, star-shaped and hyperbranched polyesters of &#946;-(4-hydroxyphenyl) propionic acid.</a> Polymer. 38 (13), 3373-3383 (1997).</li><li>Gilding, D. K., Reed, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biodegradable+polymers+for+use+in+surgery-poly(ethylene+oxide)+poly(ethylene+terephthalate)+(PEO/PET)+copolymers:+1.">Biodegradable polymers for use in surgery-poly(ethylene oxide) poly(ethylene terephthalate) (PEO/PET) copolymers: 1.</a> Polymer. 20 (12), 1454-1458 (1979).</li><li>Jiang, Y., Loos, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enzymatic+Synthesis+of+Biobased+Polyesters+and+Polyamides.">Enzymatic Synthesis of Biobased Polyesters and Polyamides.</a> Polymers. 8 (7), 243 (2016).</li><li>Kricheldorf, H. R., Stukenbrock, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+polymer+syntheses,+92.+Biodegradable,+thermotropic+copolyesters+derived+from+&#946;-(4-hydroxyphenyl)propionic+acid.">New polymer syntheses, 92. Biodegradable, thermotropic copolyesters derived from &#946;-(4-hydroxyphenyl)propionic acid.</a> Macromolecular Chemistry and Physics. 198 (11), 3753-3767 (1997).</li><li>Kreye, O., Oelmann, S., Meier, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Renewable+Aromatic-Aliphatic+Copolyesters+Derived+from+Rapeseed.">Renewable Aromatic-Aliphatic Copolyesters Derived from Rapeseed.</a> Macromolecular Chemistry and Physics. 214 (13), 1452-1464 (2013).</li><li>Mialon, L., Pemba, A. G., Miller, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biorenewable+polyethylene+terephthalate+mimics+derived+from+lignin+and+acetic+acid.">Biorenewable polyethylene terephthalate mimics derived from lignin and acetic acid.</a> Green Chemistry. 12 (10), 1704 (2010).</li><li>Nguyen, H. T. H., Reis, M. H., Qi, P., Miller, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polyethylene+ferulate+(PEF)+and+congeners:+polystyrene+mimics+derived+from+biorenewable+aromatics.">Polyethylene ferulate (PEF) and congeners: polystyrene mimics derived from biorenewable aromatics.</a> Green Chemistry. 17 (9), 4512-4517 (2015).</li><li>van Schijndel, J., Canalle, L. A., Molendijk, D., Meuldijk, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Green+Knoevenagel+Condensation:+Solvent-free+Condensation+of+Benzaldehydes.">The Green Knoevenagel Condensation: Solvent-free Condensation of Benzaldehydes.</a> Green Chemistry Letters and Reviews. 10 (4), 404-411 (2017).</li><li>van Schijndel, J., Molendijk, D., Spakman, H., Knaven, E., Canalle, L. A., Meuldijk, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanistic+considerations+and+characterization+of+ammonia-based+catalytic+active+intermediates+of+the+Green+Knoevenagel+reaction+of+various+benzaldehydes.">Mechanistic considerations and characterization of ammonia-based catalytic active intermediates of the Green Knoevenagel reaction of various benzaldehydes.</a> Green Chemistry Letters and Reviews. 12 (3), 323-331 (2019).</li><li>Sheldon, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fundamentals+of+green+chemistry:+efficiency+in+reaction+design.">Fundamentals of green chemistry: efficiency in reaction design.</a> Chemical Society Reviews. 41 (4), 1437-1451 (2012).</li><li>van Schijndel, J., Molendijk, D., Canalle, L. A., Rump, E. T., Meuldijk, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Temperature+Dependent+Green+Synthesis+of+3-Carboxycoumarins+and+3,4-unsubstituted+Coumarins.">Temperature Dependent Green Synthesis of 3-Carboxycoumarins and 3,4-unsubstituted Coumarins.</a> Current Organic Synthesis. 16 (1), 130-135 (2019).</li><li>Bloom, M. E., Vicentin, J., Honeycutt, D. S., Marsico, J. M., Geraci, T. S., Miri, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Highly+renewable,+thermoplastic+tetrapolyesters+based+on+hydroquinone,+p-hydroxybenzoic+acid+or+its+derivatives,+phloretic+acid,+and+dodecanedioic+acid.">Highly renewable, thermoplastic tetrapolyesters based on hydroquinone, p-hydroxybenzoic acid or its derivatives, phloretic acid, and dodecanedioic acid.</a> Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry. 56 (14), 1498-1507 (2018).</li><li>Padias, A. B., Hall, H. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanism+Studies+of+LCP+Synthesis.">Mechanism Studies of LCP Synthesis.</a> Polymers. 3 (2), 833-845 (2011).</li><li>Moon, S., Lee, C., Taniguchi, I., Miyamoto, M., Kimura, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Melt/solid+polycondensation+of+l-lactic+acid:+an+alternative+route+to+poly(l-lactic+acid)+with+high+molecular+weight.">Melt/solid polycondensation of l-lactic acid: an alternative route to poly(l-lactic acid) with high molecular weight.</a> Polymer. 42 (11), 5059-5062 (2001).</li><li>Wellen, R. M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+polystyrene+on+poly(ethylene+terephthalate)+crystallization.">Effect of polystyrene on poly(ethylene terephthalate) crystallization.</a> Materials Research. 17 (6), 1620-1627 (2014).</li><li>Kricheldorf, H. R., Conradi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+polymer+syntheses+16.+LC-copolyesters+of+3-(4-hydroxyphenyl)+propionic+acid+and+4-hydroxy+benzoic+acids.">New polymer syntheses 16. LC-copolyesters of 3-(4-hydroxyphenyl) propionic acid and 4-hydroxy benzoic acids.</a> Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry. 25 (2), 489-504 (1987).</li><li>Chen, Y., Tan, L., Chen, L., Yang, Y., Wang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Study+on+biodegradable+aromatic/aliphatic+copolyesters.">Study on biodegradable aromatic/aliphatic copolyesters.</a> Brazilian Journal of Chemical Engineering. 25 (2), 321-335 (2008).</li><li>Han, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Change+in+Mechanism+from+Acidolysis+to+Phenolysis+in+the+Bulk+Copolymerization+of+4-Acetoxybenzoic+Acid+and+6-Acetoxy-2-naphthoic+Acid.">A Change in Mechanism from Acidolysis to Phenolysis in the Bulk Copolymerization of 4-Acetoxybenzoic Acid and 6-Acetoxy-2-naphthoic Acid.</a> Macromolecules. 29 (26), 8313-8320 (1996).</li><li>Lu, X. F., Hay, J. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isothermal+crystallization+kinetics+and+melting+behaviour+of+poly(ethylene+terephthalate).">Isothermal crystallization kinetics and melting behaviour of poly(ethylene terephthalate).</a> Polymer. 42 (23), 9423-9431 (2001).</li><li>S&#225;nchez, M. E., Mor&#225;n, A., Escapa, A., Calvo, L. F., Mart&#237;nez, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+thermogravimetric+and+mass+spectrometric+analysis+of+the+pyrolysis+of+municipal+solid+wastes+and+polyethylene+terephthalate.">Simultaneous thermogravimetric and mass spectrometric analysis of the pyrolysis of municipal solid wastes and polyethylene terephthalate.</a> Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 90 (1), 209-215 (2007).</li></ol>

عندما تم تسخين حمض ديهيدروسينابينيك في وعاء التفاعل ، حدث تسامي مواد البداية ، وتم تعزيز هذا التأثير عندما تم تطبيق فراغ. وقد أجريت أستيل على حمض ديهيدروسينابينيك لتجنب التسامي. اعترف Kricheldorf وآخرون12،27 أن ليس فقط أسيتيل ولكن بالمثل دي وoligomerization حدث. ومع ذلك، ...

وعلى النقيض من حرق النفايات البوليمرية، فإن إعادة التدوير الكيميائية تتيح إمكانية استعادة مونومرات. إعادة التدوير الكيميائي هو خيار منطقي في نهاية الحياة التقنية للمواد البوليمرية حيث يتم إنتاج هذه المواد البوليمرية كيميائيا1. هناك طريقتان لإعادة تدوير المواد البوليمرية كيميائيا ، الانحلال الحراري وإعادة التدوير الجزيئي2. مع الانحلال الحراري ، يتم تحويل المواد البوليمرية إلى منتجات ذات قيمة أعلى باستخدام الظروف القاسية3،4. إعادة التدوير الجزيئي هو وسيلة فعالة لاستعادة المواد الأولية باستخدام إزالة الطابع. بعد إزالة البوليمر ، يمكن إعادة دمج الوحدات أحادية الوميك إلى مواد بوليمرية عذراء5. توافر مونومرات مناسبة لتطبيق إعادة التدوير الجزيئي على نطاق أوسع هو الرغبة. المشكلة البلاستيكية الحالية تملي أن المجتمع يتطلب مواد البوليمر قوي وقوي. وفي الوقت نفسه، يفضل أيضا أن تكون نفس المواد البوليمرية قابلة لإعادة التدوير بسهولة ولا تدوم في البيئة. المواد البوليمرية الحالية مع خصائص حرارية وميكاميكانية جيدة لا depolymerize بسهولة6.
اللجنين، الذي يوجد عادة في النباتات الوعائية، هو المسؤول عن 30٪ من محتوى الكربون الطبيعي في العالم، وهو ثاني أكثر البوليمر الحيوي وفرة بعد السليلوز. اللجنين لديه بنية معقدة غير متبلور ويبدو أن بديلا مناسبا ليحل محل العطريات المستخرجة من المواد الأحفورية. يوفر الهيكل ثلاثي الأبعاد لللجنين القوة والتصلب للخشب ، وكذلك مقاومة التدهور. من الناحية الكيميائية ، اللجنين هو ثيرموسيت متعدد الفينولي معقد للغاية. وهو يتألف من تكوين مختلف من ثلاثة هياكل مختلفة من الفينيل بروبان الميثوكسيلات. Syringyl، guaiacyl، وp-هيدروكسيفينيل (غالبا ما يختصر كما S، G، و H، على التوالي) مشتقة من الكحول سينابيل مونوليغنول، الكحول الصنوبرية، والكحول ف-كوماريل7. توزيع هذه الوحدات يختلف لكل نوع الكتلة الحيوية، مع الخشب اللين، على سبيل المثال، تتكون من وحدات غواياسيل في الغالب و الخشب الصلب من guaiacyl و syringyl وحدات8،9. مصادر طبيعية متجددة، مثل الأشجار والنباتات، هي مرغوبة لإنتاج مونومرات إعادة تصميم للمواد البوليمرية المبتكرة10. هذه مونومرات، معزولة وتوليفها من المصادر الطبيعية، هي بلمرة إلى ما يسمى البوليمرات البيولوجية11.
الأحماض الكاروبوكسيليك العطرية هي عدة أوامر من حجم أقل electrophilic من الأحماض الكالبوكسيليك اليوفيتيك المكافئ لأسباب إلكترونية12. البوليسترات التجارية المختلفة استخدام الأحماض carboxylic العطرية بدلا من الأحماض الكالبوكسيليك aliphatic. ونتيجة لذلك، فإن الألياف في المنسوجات البوليستر المصنوعة من البولي (الإيثيلين تيريفثالات) (PET) الألياف هي تقريبا غير حساسة للتحلل المائي أثناء الغسيل أو، على سبيل المثال، المطر13. عندما مطلوب إعادة التدوير الجزيئية من البوليسترات، فمن المستحسن استخدام استرات اليفاتيك في تراكم البوليمر.
للأسباب المذكورة، قمنا بالتحقيق في إمكانيات صنع البوليسترات من 4-هيدروكسي-3،5-dimethoxy-dihydrocinnamic الأحماض14. الدراسات السابقة التي Kricheldorf15, ماير16, وميلر17,18 تبين أنه من الصعب لبناء البوليمرات باستخدام 4-هيدروكسي-3,5-dimethoxy-dihydrocinnamic حمض. أعاقت إزالة الكربوكسيل والربط المتبادل البلمرة ، وبالتالي الحد من نجاح هذه التوليفات. كما ظلت آلية تعدد التكنول غير واضحة. تصف الورقة المقدمة الظروف التي يمكن فيها توليف البوليستر بولي (حمض ديهيدروسينابينيك) بانتظام وبغلة عالية، مما يمهد الطريق لاستخدام البوليسترات شبه العطرية القابلة لإعادة التدوير جزيئيا.
لقد طورنا طريقة خضراء وفعالة لتجميع حمض السنابيك باستخدام تفاعل التكثيف بين سيبرينجالدهايد وحمض المالونيك19،20. بعد هذا Knoevenagel الأخضر، والهدرجة تنتج حمض ديهيدروسينابينيك، والتي هي مناسبة لتعدد التوصيل عكسها. هذا المنشور تصور الخطوات الاصطناعية لبولي البوليمر القابلة لإعادة التدوير جزيئيا (حمض ديهيدروسينابينيك)، في اشارة الى الوحدات الأساسية لللجنين، ودعا بولي-S. بعد تحليل المواد البوليمرية ، يتم إزالة بولي-S إلى حمض ديهيدروسينابينيك أحادي التمرير في ظل ظروف مواتية نسبيا وإعادة غمره مرارا وتكرارا.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Reaction 1: Green Knoevenagel condensation</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ammonium bicarbonate</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>&#62;99%</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol</td>
			<td>Boom</td>
			<td>Technical grade</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethyl acetate</td>
			<td>Macron</td>
			<td>99.8%</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrochloric acid</td>
			<td>Boom</td>
			<td>37%</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Malonic acid</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>99%</td>
			<td>used as received</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium bicarbonate</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>&#62;99.7%</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringaldehyde</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>98%</td>
			<td>used as received</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Reaction 2: Hydrogenation</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnesium sulfate</td>
			<td>Macron</td>
			<td>99%</td>
			<td>dried</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Raney&#8482; nickel</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>&#62;89%</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium hydroxide</td>
			<td>Boom</td>
			<td>Technical grade</td>
			<td>dissolved</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Reaction 3: Acetylation</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetic anhydride</td>
			<td>Macron</td>
			<td>&#62;98%</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetone</td>
			<td>Macron</td>
			<td>&#62;99.5%</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium acetate</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>&#62;99%</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Reaction 4A: Polymerisation</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1,2-xylene</td>
			<td>Macron</td>
			<td>&#62;98%</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium hydroxide</td>
			<td>Boom</td>
			<td>Technical grade</td>
			<td>finely powdered</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Zinc(II)acetate</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>99.99%</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Reaction 4B: Depolymerisation</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium hydroxide</td>
			<td>Boom</td>
			<td>Technical grade</td>
			<td>dissolved</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sulfuric acid</td>
			<td>Macron</td>
			<td>100%</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Analysis</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CDCl3</td>
			<td>Cambride Isotope Laboratories, Inc.</td>
			<td>99.5%</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CF3COOD</td>
			<td>Cambride Isotope Laboratories, Inc.</td>
			<td>98%</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dimethylformamide</td>
			<td>Macron</td>
			<td>&#62;99.9%</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hexafluoro-2-propanol</td>
			<td>TCI Chemicals</td>
			<td>&#62;99%</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methanol</td>
			<td>Macron</td>
			<td>&#62;99.8%</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tetrahydrofuran</td>
			<td>Macron</td>
			<td>&#62;99.9%</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

designed for molecular recycling: a lignin-derived semi-aromatic biobased polymer

تطوير البوليمرات الحيوية القابلة لإعادة التدوير كيميائيا يوفر فرصا في إطار السعي لتحقيق اقتصاد دائري. تبذل البوليمرات الحيوية القابلة لإعادة التدوير كيميائيا جهدا إيجابيا لحل مشكلة مواد البوليمر في مرحلة التخلص بعد مرحلة الاستخدام. في هذه الورقة ، يتم وصف وتصور إنتاج البوليسترات شبه العطرية القائمة على أساس بيولوجي ، والتي يمكن استخراجها بالكامل من الكتلة الحيوية مثل اللجنين. البوليمر بولي-S الموصوفة في هذه الورقة له خصائص حرارية مماثلة لبعض المواد البلاستيكية شائعة الاستخدام، مثل PET. طورنا رد فعل Knoevenagel الأخضر ، والذي يمكن أن ينتج بكفاءة مونومرات من ألدهيدات العطرية وحمض المالونيك. وقد ثبت أن رد الفعل هذا قابل للتطوير ولديه عامل E-محسوب منخفض بشكل ملحوظ. هذه البوليسترات مع ligno-phytochemicals كنقطة انطلاق تظهر إعادة تدوير الجزيئية كفاءة مع الحد الأدنى من الخسائر. البوليستر بولي (حمض ديهيدروسينابينيك) (بولي-S) هو تقديم كمثال على هذه البوليستر شبه العطرية، ويتم وصف البلمرة، وإزالة البوليمر، وإعادة البلمرة.

تم تصنيع حمض السنابينيك في نقاء عال وغلة عالية (> 95٪) من syringaldehyde باستخدام تكثيف Knoevenagel الأخضر. (معلومات داعمة: الشكل S1) العامل الإلكتروني هو مؤشر على إنتاج النفايات حيث يشير عدد أكبر إلى المزيد من النفايات. يتم حساب العامل الإلكتروني عن طريق أخذ إجمالي مدخلات المواد، وطرح كمية المنت...

Watch this Scientific Journal Video about Designed for Molecular Recycling: A Lignin-Derived Semi-aromatic Biobased Polymer at JoVE.com

Designed for Molecular Recycling: A Lignin-Derived Semi-aromatic Biobased Polymer

ويرد هنا وصف لمثال لنهج الحلقة المغلقة نحو اقتصاد المواد الدائرية. يتم تقديم دورة مستدامة كاملة حيث يتم تصميم البوليسترات شبه العطرية القائمة على أساس بيولوجي عن طريق البلمرة ، وإزالة البوليمر ، ثم إعادة البلمرة مع تغييرات طفيفة فقط في غلتها أو خصائصها النهائية.

مصممة لإعادة التدوير الجزيئي: بوليمر شبه عطري شبه عطري مشتق من الليجنين

The development of chemically recyclable biopolymers offers opportunities within the pursuit of a circular economy. Chemically recyclable biopolymers make ...

Throughout the synthesis described in this paper provides a way to produce a new polymeric material specifically designed for molecular recycling, which is a way of chemical recycling. The depolarization and repolarization of the foreign material poly-S creates a fully sustainable cycle, which is a proof of concept for the future of polymers. The polymer waste of the world accumulates.For instance in the ocean, as the plastic soup, which could be prevented by introducing molecularly recyclable polymers. The polymer presented is an example of a polymeric material designed for molecular recycling. This in our opinion, should be implemented in other materials to prevent accumulation in nature.Green Knoevenagel reaction and subsequent steps have been designed for and by our undergraduated students. So certain robustness is already implemented in these reaction steps. The COVID-19 pandemic creates a situation where online learning becomes more important than ever.Visualization of these experiments helps us and others to deepen practical chemical education. Begin by adding 20.81 grams of malonic acid and 36.4 grams of syringaldehyde to a 215 milliliter round bottom flask. Dissolve both constituents in 20 milliliters of ethyl acetate and add 719 milligrams of ammonia bicarbonate to the flask.Mix and distill the solvent with a water bath. Keep the reaction mixture at 90 degrees Celsius for two hours in the open flask without stirring for complete conversion to sinapinic acid. In the work-up of the sinapinic acid product, dissolve the residue in 100 milliliters of a saturated aqueous sodium bicarbonate solution, then transfer the solution to a beaker, and acidify it to a pH two.Using six molar hydrogen chloride, separate the resulting residue by vacuum filtration and wash it with demineralized water. Charge a 450 milliliters flask with 33.6 grams sinapinic acid. Dissolve the sinapinic acid in 300 milliliters of two molar sodium hydroxide solution, and add 1.5 grams of nickel slurry before fitting the flask to the operators.Pressurize the reactor with three bar of hydrogen gas and mechanically shake the reaction at 80 degrees Celsius for three hours. Cool the reactor to room temperature and depressurize slowly. Recover most of the nickel catalyst with a magnet, then filter the solution.Acidify the solution with four molar hydrogen chloride solution to a pH of two, then perform an extraction with ethyl acetate. Remove the solvent under reduced pressure after drying over magnesium sulfate and dry the dihydrosinapinic acid at 60 degrees Celsius in a vacuum oven. Add 22.6 grams dihydrosinapinic acid to a 250 milliliter round bottom flask.Followed by 14.2 milliliters of acetic anhydride and 0.82 grams of sodium acetate. Heat the solution to 90 degrees Celsius while stirring for one hour for complete conversion of dihydrosinapinic acid to 4-Acetoxy-dihydrosinapinic acid, and it's acetylated oligomers. Dissolve the solid in 25 milliliters of acetone precipitated into 250 milliliters of 0.1 molar hydrogen chloride, then filtered on the vacuum.Add the monomers 20.8 grams of 4-Acetoxy-dihydrosinapinic acid and prepolymer to a 100 milliliter round bottom flask. Then add 400 milligrams of finely powdered sodium hydroxide, heat the reaction mixture for three hours at a set temperature of 140 degrees Celsius in the open flask while staring at 100 RPM. Set up a solvent assisted polymerization by adding 180 milligrams of zinc two acetate and 25.0 milliliters of 1, 2-xylene to the flask, then raise the set temperature to 160 degrees Celsius.Reflux the mixture at 144 degrees Celsius for three hours with constant water and acetic acid removal using Dean-Stark head. Cool the reaction mixture down and remove the 1, 2-xylene by applying a vacuum. Raise the temperature to 240 degrees Celsius during the final stage of the polymerization and apply a high vacuum for 30 minutes.Cool the polymer poly-S to room temperature and wash it with methanol to eliminate dihydrogen sinapinic acid and prepolymers. The obtained product should be a light brown solid. Finally grind and serve the poly-S into particles smaller than 180 micrometres to measure hydrolytic degradation.Load several test tubes with 20 milligrams of poly-S and add one milliliter of one molar sodium hydroxide solution. Incubate the tubes at three different temperatures with an agitation of 500 RPM. Neutralize the test tubes at regular time intervals with one milliliter of 0.5 molar sulfuric acid, and add two milliliters of methanol after cooling.Filter all samples using 0.45 micro meter PTFE syringe filters and inject 20 microliters into HPLC using an auto sampler. Monitor the absorbance at 254 nanometers and calculate the concentrations from a calibration curve of known dihydrosinapinic acid standard solutions. Sinapinic acid was synthesized in high purity and a greater than 95%yield from syringaldehyde using the Green Knoevenagel Condensation, the proposed mechanism of the step growth polymerization of 4-Acetoxy-dihydrosinapinic acid is shown here.Hydrogen one and MR measurements were taken during the polymerization process. When poly-S was hydrolyzed in sodium hydroxide, the molecularly recyclable polyester yielded the starting material dihydrosinapinic acid in less than 10 minutes. As confirmed by HBLC melting point analysis and hydrogen one and MR.Extended reaction times did not increase the yield.The thermal grams and GPC analysis of poly-S 1.0 and their successive generations poly-S 2.0 and polyester 3.0 after forced amorphicity with a tactic polystyrene are shown here. DSC analysis of poly-S shows a glass transition signal at 113 degrees Celsius and endothermic melting signal at 281 degrees Celsius. The polymers from re-polymerized sinapinic acid three eight poly-S 2.0 up and poly-H 3.0 exhibit similar thermal properties.Poly-S is a semi crystalline polymeric material because glass transition temperatures and melting signals are present in the thermograms of poly-S and their successive generations. GPC analysis after forced amorphicity with a tactic polystyrene displays a constant length of polymeric material throughout the different generations. While attempting the Green Knoevenagel reaction, please keep in mind that a correct temperature is used.A slightly higher temperature can lead to different site reactions. We have explored an example of a molecularly recyclable polymer. Closely related building blocks can follow the same procedure, or while maintaining thermal and mechanical properties.This method can be used in organic catalysis by demonstrating of the catalytic intermediates, as well in the still unexplored area of molecular recycling.

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Organic Chemistry

Chemistry

Unit 1

&alpha;-Carbon Chemistry: Enols, Enolates, and Enamines

SCIENTISTS IN ACTION

Gyroid Nickel Nanostructures from Diblock Copolymer Supramolecules

Gyroid النيكل النانو من Diblock كوبوليمر Supramolecules

Nanoporous metal foams possess a unique combination of properties - they are catalytically active, thermally and electrically conductive, and furthermore, ...

Preparation of Highly Porous Coordination Polymer Coatings on Macroporous Polymer Monoliths for Enhanced Enrichment of Phosphopeptides

إعداد التنسيق المسامية العالية البوليمر طلاء البوليمر على ماكروبوروس كتل لتعزيز إثراء Phosphopeptides

We describe a protocol for the preparation of hybrid materials based on highly porous coordination polymer coatings on the internal surface of macroporous ...

Photodynamic Therapy with Blended Conducting Polymer/Fullerene Nanoparticle Photosensitizers

العلاج الضوئي مع المخلوطة إجراء البوليمر / الفوليرين الجسيمات النانوية الضيائية

In this article a method for the fabrication and reproducible in-vitro evaluation of conducting polymer nanoparticles blended with fullerene as the next ...

Functionalization of Single-walled Carbon Nanotubes with Thermo-reversible Block Copolymers and Characterization by Small-angle Neutron Scattering

Functionalization من احد الجدران الكربون الأنابيب النانومترية مع الحرارية عكسها البوليمر كتلة وتوصيف كل زاوية صغيرة تشتت النيوترونات

We demonstrate a protocol for single-walled carbon nanotube functionalization using thermo-sensitive PEO-PPO-PEO triblock copolymers in an aqueous ...

The Preparation and Properties of Thermo-reversibly Cross-linked Rubber Via Diels-Alder Chemistry

إعداد وخصائص الحرارية عكسية عبر ربط الكيمياء المطاط عن طريق ديلز-ألدر

A method for using Diels Alder thermo-reversible chemistry as cross-linking tool for rubber products is demonstrated. In this work, a commercial ...

Direct Imaging of Laser-driven Ultrafast Molecular Rotation

التصوير المباشر مدفوعة الليزر فائق السرعة الجزيئية دوران

We present a method for visualizing laser-induced, ultrafast molecular rotational wave packet dynamics. We have developed a new 2-dimensional Coulomb ...

Microfluidic Dry-spinning and Characterization of Regenerated Silk Fibroin Fibers

الغزل الجاف موائع جزيئية وتوصيف الألياف المجددة Fibroin الحرير

The protocol demonstrates a method for mimicking the spinning process of silkworm. In the native spinning process, the contracting spinning duct enables ...

Electrochemical Impedance Spectroscopy as a Tool for Electrochemical Rate Constant Estimation

المعاوقة الكهروكيميائية التحليل الطيفي كأداة لتقدير معدل الكهروكيميائية المستمر

Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was used for advanced characterization of organic electroactive compounds along with cyclic voltammetry (CV). ...

Time-resolved Photophysical Characterization of Triplet-harvesting Organic Compounds at an Oxygen-free Environment Using an iCCD Camera

حل وقت الحصاد "التوصيف الثلاثي فوتوفيسيكال المركبات العضوية" في خالية من الأكسجين "البيئة باستخدام" الوثيقة iCCD الكاميرا

Here, we present a sensible method of the acquisition and analysis of time-resolved photoluminescence using an ultrafast iCCD camera. This system enables ...