Fremgangsmåde til at syntetisere en ny polyester med alternerende arrangement

Professor Hideto Tsuji og adjunkt Yuki Arakawa ved Toyohashi University of Technology har udviklet en metode til at syntetisere en "ren" alternerende copolymer af L- og D-mælkesyrer, hvori L- og D-mælkesyrer skiftevis er arrangeret, dvs. en syndiotaktisk poly(mælkesyre). Resultaterne af denne undersøgelse blev offentliggjort den 10. april i Polymerkemi , et tidsskrift udgivet af Royal Society of Chemistry (RSC). Resultaterne af denne undersøgelse gør det muligt at syntetisere syndiotaktiske polyestere, hvori L- og D-type monomerer er arrangeret skiftevis. Disse polyestere blev traditionelt anset for at være svære at syntetisere. De nuværende resultater forventes at lette udviklingen af ​​nye polyestere med hidtil usete egenskaber, såsom god produktivitet på grund af en hurtig krystallisationshastighed.

Denne forskergruppe udfører grundlæggende og anvendt forskning i biobaserede polymerer med fokus på "poly(mælkesyre)s, " som er polyestere, der kan fremstilles af genanvendelige ressourcer. Et eksempel på et sådant polylactid er stivelse afledt af majs eller kartoffel. Poly(mælkesyre) er også typisk kendt som "bionedbrydelige polymerer" og undergår hydrolyse in vivo, hvor mælkesyren i nedbrydningsprodukter metaboliseres uden at påvirke menneskekroppen negativt. Disse egenskaber kan bruges til medicinsk og miljømæssig indsats, for eksempel, til stilladsmaterialer i vævsregenerering.

Mælkesyre er en monomer i poly(mælkesyre) og indeholder L- og D-type monomerer, som har et symmetrisk forhold, og poly(L-mælkesyre) kun sammensat af L-type mælkesyre og poly(D-mælkesyre) kun sammensat af D-type mælkesyre. Disse poly(mælkesyre)er er også kendt som "isotaktiske" poly(mælkesyrer)er. Poly(mælkesyre) indeholder også poly(DL-mælkesyre), som besidder både L-mælkesyre og D-mælkesyre i lige store mængder. Poly(DL-mælkesyre) består hovedsageligt af "ataktisk" poly(mælkesyre), hvori L- og D-type mælkesyrer er arrangeret tilfældigt, og "syndiotaktisk" poly(mælkesyre), hvori L- og D-type mælkesyrer er arrangeret skiftevis. Selvom det er nemt at syntetisere ataktisk poly(mælkesyre), og syndiotaktisk poly(mælkesyre) kan syntetiseres fra meso-lactid (en cyklisk ester sammensat af et molekyle L-mælkesyre og et molekyle D-mælkesyre) ved hjælp af en bestemt katalysator, syntetisering af syndiotaktisk poly(mælkesyre) med en arrangementsrenhed på tæt på 100% har vist sig ekstremt vanskelig.

I nærværende undersøgelse, det er lykkedes forskerne at syntetisere en dimer bestående af et molekyle L-mælkesyre og et molekyle D-mælkesyre for at syntetisere en "ren" alternerende copolymer med L- og D-mælkesyrer, dvs. en syndiotaktisk poly(mælkesyre), ved yderligere at øge molekylvægten ved at forbinde disse dimerer med hinanden (fig. 1). Det vekslende arrangement af L- og D-mælkesyrer i denne syntetiserede syndiotaktiske poly(mælkesyre) er cirka 100 %, og vidvinkel røntgendiffraktion viser, at krystalstrukturen deraf adskiller sig fra poly(L-mælkesyre) og poly(D-mælkesyre) (hvor ataktisk poly(mælkesyre) er amorf). Syndiotaktisk poly(mælkesyre) har vist sig at have fremragende produktivitet på grund af at have en højere krystallisationshastighed end isotaktiske poly(mælkesyre)er. Ud over, selvom det er en anden type polymer, syndiotaktisk polystyren er kendt for at adskille sig fra konventionel polystyren med hensyn til at have høj termisk modstand og høj kemisk resistens. Som resultat, de forskellige egenskaber ved syndiotaktisk poly(mælkesyre) forventes at adskille sig meget fra dem for isotaktiske poly(mælkesyre) og ataktiske poly(mælkesyre).

Den foreliggende beskrevne fremgangsmåde til syntese kan også anvendes på polyestere afledt af monomerer af forskellige optisk aktive hydroxycarboxylsyrer med en struktur svarende til mælkesyrens, for derved at syntetisere en "ren" alternerende copolymer af L- og D-type monomerer, dvs. en syndiotaktisk polyester. En syndiotaktisk polyester syntetiseret ved hjælp af denne metode forventes at være et nyt materiale, der adskiller sig fra isotaktiske og ataktiske polyestere, der realiserer hidtil usete egenskaber.