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  • 我所發展利用生物質合成共聚酯單體新方法

    科研人員以代表丙烯酸酯和乙醛的果實為原料,加工制成代表共聚酯PCTA和CHDM的果醬

      近日,我所催化與新材料研究室(十五室)張濤院士、王愛琴研究員、李寧研究員團隊,與生物能源化學品研究組(DNL0603)王峰研究員團隊合作,發展了一種利用乙醛和丙烯酸酯的生物質合成共聚酯單體新方法。

      隨著現代社會的快速發展,各行各業對性質可調的共聚酯需求越來越高。聚(對苯二甲酸-間苯二甲酸-環己烷二甲醇酯)(PCTA)作為一種代表性的共聚酯,其性質可以通過間苯二甲酸來調控。與傳統的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)相比,PCTA具有更高的耐化學腐蝕性、抗沖擊性、玻璃化溫度和透明度等,可廣泛應用于化妝品容器、家用電器和醫療包裝等領域。目前,PCTA單體主要是由石油下游產品制備得到。為了減少對化石能源的依賴性,發展溫和可持續路線制備PCTA單體具有重要意義。

      該合作團隊在前期研究的生物質合成路線(Angew. Chem. Int. Ed., 2018)基礎上,發展了一種以生物質基平臺化合物丙烯酸酯和乙醛為原料,合成共聚酯PCTA單體的新方法。該過程包括三步反應,分別是乙醛與丙烯酸酯的Morita-Baylis-Hillman反應、H2SO4/SiO2催化一步脫水/Diels-Alder反應、以及Pd/C催化脫氫反應,總收率為61%;此外,改變上述過程的第三個反應催化劑,即利用Pd/C-Cu/Zn/Al雙床層催化劑進行催化加氫反應,可獲得另外一種重要的增塑劑單體——UNOXOLTM二醇(CHDM),該過程的總收率為67%。合作團隊還通過生命周期評價(LCA)方法將本工作中的生物質路線與傳統石油路線進行了對比,結果表明,該生物質路線展現出了積極的碳減排能力。該研究成果為共聚酯單體的合成提供了新方法,為生物質資源轉化提供了新思路。

      相關工作以“Production of Copolyester Monomers from Plant-Based Acrylate and Acetaldehyde”為題,于近日發表在《德國應用化學》(Angew. Chem. Int. Ed.)上,并被選為熱點文章(Hot Paper)。該文章的共同第一作者是我所1502組博士研究生袁琳、02T4組呼延成副研究員、太原理工大學趙志仝博士。上述研究工作得到國家自然科學基金、我所所內合作項目、潔凈能源創新研究院—榆林學院聯合基金等項目的支持。(文/圖 袁琳、呼延成)

      文章鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202113471

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