Trovare soluzioni innovative e sostenibili per le nostre esigenze materiali è uno degli obiettivi principali della chimica verde. La miriade di materie plastiche che avvolgono la nostra vita quotidiana, dai materassi al cibo e alle automobili, sono per lo più costituite da monomeri a base di petrolio che sono gli elementi costitutivi dei polimeri. Perciò, trovare monomeri a base biologica per la sintesi dei polimeri è interessante per ottenere soluzioni più sostenibili nello sviluppo dei materiali.

In un articolo pubblicato su Chimica e ingegneria sostenibili ACS , i ricercatori del gruppo Kleij presentano un nuovo percorso per preparare poliesteri a base biologica con proprietà regolabili. I ricercatori stanno basandosi sulla struttura multifunzionale del terpene β-elemene:tre doppi legami che hanno una reattività distinta, permettendo di trasformare selettivamente questi legami e quindi modificando le funzionalità nella spina dorsale del polimero. "Questo scaffold terpenico multifunzionale è piuttosto unico e consente di mettere a punto la diversità strutturale e, in prospettiva, di modulare le proprietà dei polimeri e dei materiali, " spiega Arjan Kleij, Capogruppo ICIQ e docente ICREA.

Radice di zenzero ACS KleijIn collaborazione con l'azienda Isobionics, i ricercatori hanno utilizzato il -elemene ottenuto attraverso un innovativo percorso di fermentazione dello zucchero. Questo processo si è rivelato un inizio promettente per l'uso del -elemene come materia prima per la polimerizzazione. "Il percorso di fermentazione dello zucchero di Isobionic cambia completamente la scala della disponibilità di β-elemene, che ora può essere utilizzato nella produzione di polimeri, " spiega Francesco Della Monica, ricercatore post-dottorato nel gruppo Kleij che lavora nel progetto europeo SUPREME, una borsa di studio individuale MSCActions e primo autore del documento.

Attraverso una reazione di copolimerizzazione con apertura dell'anello (ROCOP), i ricercatori hanno combinato gli ossidi di β-elemene e l'anidride ftalica (un monomero comune utilizzato nella preparazione dei poliesteri) per creare il polimero lineare biobased poly (BEM-alt-PA) e la sua struttura correlata, poli reticolato (BED-alt-PA). Queste trasformazioni sono state ottenute con sistemi catalitici (complessi di amminotrifenolato di ferro e alluminio combinati con cloruro di bis-(trifenilfosfina) iminio) sviluppati in precedenza dal gruppo utilizzando metodi non critici, elementi abbondanti per la polimerizzazione catalitica.

Una volta preparato il poliestere, ci sono due doppi legami rimanenti dal blocco costitutivo del terpene originale che possono essere facilmente e selettivamente indirizzati e funzionalizzati, permettendo di personalizzare il poliestere finale. "Queste reazioni di post-modifica su un polimero biobased sono piuttosto rare. La maggior parte dei monomeri biobased disponibili non presenta funzionalità, " commenta Della Monica.

La carta è un punto di partenza per l'ulteriore sviluppo di polimeri a base di -elemene che consentono di personalizzare le proprietà del materiale finale (a seconda del suo utilizzo) attraverso facili modifiche post-polimerizzazione. Il documento non affronta la biodegradazione del materiale, anche se per Della Monica, "a seconda dell'uso finale, l'ideale potrebbe non essere la biodegradazione ma creare un polimero riciclabile:cioè, prendere un materiale di partenza, creare il polimero, usalo, recuperalo, e poi degradarlo in modo controllato e riutilizzare quel materiale. Ora che abbiamo a portata di mano l'idea di un'economia circolare, abbiamo bisogno di processi circolari, "conclude lo scienziato.