Ученые разработали новый метод создания биоразлагаемых полимеров

Традиционные полимеры, такие как пластики, широко используются благодаря своей химической инертности и долговечности. Однако эти же свойства делают их неразлагаемыми в природе и причиняют долгосрочный экологический ущерб.

В этом контексте биоразлагаемые полимеры, которые могут быть разложены микробами, привлекли большое внимание. Ученые обратились к циклическим кетеновым ацеталям (ЦКА) — группе органических соединений с атомами углерода и кислорода, расположенными в кольцевой структуре, — для разработки биоразлагаемых полимеров.

ЦКА обладают замечательной способностью подвергаться радикальной полимеризации с раскрытием цикла (RROP) — химическому процессу, который позволяет вводить специфические органические группы в основную цепь полимера. Они являются идеальными кандидатами для создания полиэфиров с регулируемыми свойствами разложения.

Исследовательская группа из Университета Дошиша (Япония) провела исследование, опубликованное в журнале Macromolecules. Ученые синтезировали серию 5-членных ЦКА, содержащих алкоксиметильные заместители в 4-положении, и изучили их свойства.

Спектроскопия ЯМР показала, что полимеры, полученные из мономера 5a, содержат полиэфирные структуры, что указывает на их способность к разложению. Тестирование OECD 301F показало, что полимеры 5a имеют степень деградации 20% по сравнению с 40% у целлюлозы.

Исследователи также разработали кинетическую модель на основе расчетов теории функционала плотности (DFT), которая не только подтвердила экспериментальные данные, но и прояснила механизмы реакции ЦКА в процессе RROP.

«Наши выводы могут способствовать разработке практичных разлагаемых материалов, таких как экологически чистая упаковка, сельскохозяйственные мульчирующие пленки и биомедицинские материалы», — объясняет доктор Шин-носуке Нишимура.

Исследование расширяет современное понимание путей реакции во время RROP и может способствовать разработке новых, экологически безопасных полимерных материалов.