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

המחברים אסירי תודה על התמיכה הכספית של הארגון ההולנדי למחקר מדעי (NWO) (מענק 023.007.020 שהוענק לג'ק ואן שינדל).

1. עיבוי קנוואנגל ירוק של סירינגלדהיד לכיוון חומצה סינפינית עם 5 מול% אמוניום ביקרבונט
<ol><li>הוסף חומצה מלונית (20.81 גרם, 200.0 mmol) יחד עם סירינגלדהיד (36.4 גרם, 200.0 mmol) לבקבוקון עגול 250 מ"ל. ממיסים את שני המרכיבים ב-20.0 מ"ל של אתיל אצטט ומוסיפים אמוניום ביקרבונט (790 מ"ג, 10.0 mmol) לבקבוקון. הערה: כדי להבטיח ...

<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>

כאשר חומצה דיהידרוסינפינית הייתה מחוממת בכלי תגובה, תת-הכרתיות של החומר ההתחלתי התרחשה, ואפקט זה הוגבר כאשר ואקום הוחל. אצטילציה בוצעה על חומצה דיהידרוזינפינית כדי למנוע תת-הכרתיות. קריכלדורף ואח '12,27 הכירו בכך שלא רק אצטילציה אלא גם די ואוליגומריזציה התרח?...

בניגוד שריפת פסולת פולימרית, מיחזור כימי מציע את האפשרות לשחזר את monomers. מיחזור כימי הוא בחירה הגיונית בסוף החיים הטכניים של חומרים פולימריים מאז חומרים פולימריים אלה מיוצרים כימית1. ישנן שתי דרכים למחזר את החומר הפולימרי כימית, פירוליזה ומיחזורמולקולרי 2. עם פירוליזה, החומר הפולימרי הופך למוצרים בעלי ערך גבוה יותר באמצעות תנאים קיצוניים3,4. מיחזור מולקולרי הוא שיטה יעילה לשחזור החומרים ההתחלתיים באמצעות דה-פילמוריזציה. לאחר depolymerization, יחידות מונומריות ניתן להפוך מחדש לתוך חומרים פולימריים בתולה5. הזמינות של מונומרים מתאימים להחיל מיחזור מולקולרי בקנה מידה גדול יותר הוא רוצה. בעיית הפלסטיק הנוכחית מכתיבה שהחברה דורשת חומרים פולימריים יציבים וחזקים. יחד עם זאת, הוא גם עדיף כי אותם חומרים פולימריים ניתנים למחזור בקלות ולא מחזיקים מעמד בסביבה. חומרים פולימריים נוכחיים עם תכונות תרמיות ומכאניות טובות אינם מנטרלים בקלות6.
ליגנין, המצוי בדרך כלל בצמחי כלי דם, אחראי ל-30% מתכולת הפחמן הטבעית בעולם והוא הביופולימר השני הנפוץ ביותר אחרי תאית. לליגנין מבנה אמורפי מורכב ונראה שהוא חלופה מתאימה להחלפת ארומטיקה המופקת מחומרים מאובנים. המבנה התלת מימדי של ליגנין מספק כוח ונוקשות לעץ, כמו גם עמידות בפני השפלה. מבחינה כימית, ליגנין הוא תרמוסט פוליפנולי מורכב מאוד. זה מורכב הרכב משתנה של שלושה מבנים פנילפן מתוקסילציה שונים. סירינגיל, גואיאציל ו-p-הידרוקסיפניל (לעתים קרובות מקוצרים כ-S, G ו-H, בהתאמה) נגזרים מאלכוהול סינפיל מונוליגנולים, אלכוהול מחטני ואלכוהול p-coumaryl7. ההתפלגות של יחידות אלה שונה לכל סוג ביומסה, עם עץ רך, למשל, המורכב בעיקר יחידות guaiacyl ועץ קשה של יחידות guaiacyl וסירינגיל8,9. מקורות טבעיים מתחדשים, כגון עצים וצמחים, רצויים לייצור מונומרים שעוצבה מחדש עבור חומרים פולימריים חדשניים10. מונומרים אלה, מבודדים ומסונתזים ממקורות טבעיים, הם פולימרים מה שנקרא פולימרים biobased11.
חומצות קרבוקסיליות ארומטיות הן מספר סדרי גודל פחות אלקטרופיליים מאשר חומצות קרבוקסיליות אליפטיות שוות ערך מסיבות אלקטרוניות12. פוליאסטרים מסחריים שונים משתמשים בחומצות קרבוקסיליות ארומטיות במקום בחומצות קרבוקסיליות אליפטיות. כתוצאה מכך, הסיבים בטקסטיל פוליאסטר עשוי פולי (אתילן טרפתלט) (PET) סיבים הם כמעט חסר רגישות הידרוליזה במהלך הכביסה או, למשל,גשם 13. כאשר מיחזור מולקולרי של פוליאסטרים הוא רצה, מומלץ להשתמש אסטרים אליפטיים בהצטברות של הפולימר.
מהסיבות שהוזכרו, חקרנו את האפשרויות של ביצוע פוליאסטרים מ 4-הידרוקסי-3,5-דימטוקסי-דיהידרוציננמי14. מחקרים קודמים של Kricheldorf15, מאייר16, ומילר17,18 מראים כי זה מאתגר לבנות פולימרים באמצעות 4-הידרוקסי-3,5-דיהידרוצ'יננמי. פירוק קרבוקסילציה והצלבה עיכבו את הפילמורים, וכך הגבילו את ההצלחה של סינתיסייזרים אלה. כמו כן, מנגנון הפוליקונדנסציה נותר לא ברור. המאמר המוצג מתאר את התנאים שבהם פוליאסטר פוליאסטר (חומצה דיהידרוסינפינית) ניתן לסנתז באופן קבוע בתפוקה גבוהה, ובכך לסלול את הדרך לשימוש פוליאסטרים ארומטיים למחצה הניתנים למחזור מולקולרי.
פיתחנו דרך ירוקה ויעילה לסנתז חומצה סינפינית באמצעות תגובת עיבוי בין סירינגלדהיד לחומצה מאלונית19,20. לאחר זה Knoevenagel ירוק, הידרוגנציה מייצרת חומצה דיהידרוסינפינית, אשר מתאים פוליקונדנסציה הפיכה. פרסום זה מדמיין את השלבים הסינתטיים לפולי פולימר הניתנים למחזור מולקולרי (חומצה דיהידרוסינפינית), בהתייחסו ליחידות הבסיס של ליגנין, הנקרא פולי-S. לאחר ניתוח החומר הפולימרי, פולי-S הוא depolymerized לחומצה דיהידרוסינפינית מונומר בתנאים נוחים יחסית repolymerized שוב ושוב.

<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

הפיתוח של ביופולימרים הניתנים למחזור כימי מציע הזדמנויות במרדף אחר כלכלה מעגלית. ביופולימרים הניתנים למחזור כימי עושים מאמץ חיובי לפתור את בעיית החומרים הפולימריים בשלב ההשלכה לאחר שלב השימוש. במאמר זה, הייצור של פוליאסטרים חצי ארומטיים ביובס, אשר ניתן לחלץ לחלוטין ביומסה כגון ליגנין, מתואר ודמיינו. פולי-S הפולימר המתואר במאמר זה יש תכונות תרמיות דומות פלסטיק נפוץ מסוימים, כגון PET. פיתחנו תגובת Knoevenagel ירוקה, אשר יכול לייצר ביעילות מונומרים מן אלדהידים ארומטיים וחומצה מלונית. תגובה זו הוכחה להיות מדרגית ויש לה גורם E מחושב להפליא. פוליאסטרים אלה עם ליגנו-פיטוכימיקלים כנקודת התחלה מראים מיחזור מולקולרי יעיל עם הפסדים מינימליים. פוליאסטר פוליאסטר (חומצה דיהידרוצינפינית) (פולי-S) מוצג כדוגמה של פוליאסטרים חצי ארומטיים אלה, ואת פילמור, depolymerization, ו פולימריזציה מחדש מתוארים.

חומצה סינפינית הייתה מסונתזת בטוהר גבוה ותשואה גבוהה (> 95%) מסירינגלדהיד באמצעות עיבוי Knoevenagel הירוק. (מידע תומך: איור S1) הגורם האלקטרוני הוא אינדיקציה לייצור פסולת שבה מספר גבוה יותר מצביע על יותר פסולת. גורם ה- E מחושב על-ידי לקיחת קלט החומר הכולל, חיסור כמות המוצר הסופי הרצוי וחלוקת...

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

דוגמה לגישה של לולאה סגורה כלפי כלכלת חומרים מעגליים מתוארת כאן. מחזור בר קיימא שלם מוצג שבו פוליאסטרים חצי ארומטיים ביובסים מתוכננים על ידי פילמור, דה-פילוריזציה, ולאחר מכן מחדש עם שינויים קלים בלבד בתשואות שלהם או תכונות סופיות.

מיועד למיחזור מולקולרי: פולימר ביו-ביבסי חצי ארומטי שמקורו ב-ליגנין

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

ניקל ננו gyroid מSupramolecules קופולימר Diblock

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

הכנת תיאום מאוד נקבובי פולימר ציפויים על מונוליתים פולימר Macroporous להעשרה משופרת של 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

פוטודינמי תרפיה עם Blended ניצוח פולימר / פולרן Nanoparticle פוטוסנסיטייסרים

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 של ננו-צינורות פחמן חד-דופנות עם קופולימרים לחסום Thermo-הפיך אפיון על ידי פיזור קטן זווית ניוטרון

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

הכנת המאפיינים של Thermo-הפיך צולב הגומי Via דילס-אלדר לכימיה

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

הדמיה ישירה של סיבוב מולקולרי מהיר ליזר מונחה

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

Microfluidic יבש-ספינינג ואפיון של סיבי Fibroin משי מחדש

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

עכבה אלקטרוכימי ספקטרוסקופיה ככלי הערכה מתמדת קצב אלקטרוכימי

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

זמן לפתור Photophysical אפיון של שלישיה-קציר תרכובות אורגניות ללא חמצן-הסביבה שימוש iCCD המצלמה

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