Los investigadores han desarrollado un proceso químico que podría hacer que una clase de polímeros conocidos como polisulfatos sea más competitiva con los policarbonatos, plásticos resistentes que pueden formar paneles estructurales como los que se muestran aquí. Estos paneles se pueden utilizar como materiales de construcción. Los plásticos de policarbonato también se utilizan para gafas de seguridad y botellas de agua. entre otras aplicaciones. Crédito:falconsoft / Pixabay
Un equipo de investigadores ha desarrollado una forma más rápida y sencilla de fabricar polímeros que contienen azufre que reducirá el costo de la producción a gran escala.
El logro, publicado en Química de la naturaleza y Angewandte Chemie , abre la puerta a la creación de nuevos productos a partir de esta clase de polímeros y, al mismo tiempo, produce desechos mucho menos peligrosos. La técnica de reacción de los investigadores, denominado SuFEx por intercambio de fluoruro de azufre (VI), combinado con una clase de catalizadores recientemente identificada que aceleran las reacciones, podría usarse para hacer de todo, desde botellas de agua y fundas para teléfonos móviles hasta dispositivos médicos y vidrio a prueba de balas.
Cuando se descubre una molécula útil, Hay pocas reacciones que los químicos puedan utilizar que sean lo suficientemente simples y eficientes para cumplir con los requisitos de producción industrial para una ampliación rentable. En 2001, El premio Nobel K. Barry Sharpless introdujo un nuevo concepto de química orgánica conocido como "química de clic, "que describe un conjunto de elementos controlables, reacciones altamente reactivas que son de alto rendimiento y requieren poca o ninguna purificación.
Siguiendo el ejemplo de la naturaleza, las reacciones de clic siguen protocolos simples, utilizar materiales de partida fácilmente disponibles, y trabajar en condiciones de reacción suaves con reactivos de partida benignos. La química de clics se ha convertido en una herramienta valiosa para generar grandes bibliotecas de compuestos potencialmente útiles a medida que las industrias buscan descubrir nuevos medicamentos y materiales.
Un investigador demuestra la síntesis a granel de un polisulfato, que se basa en una técnica química denominada reacción SuFEx. Crédito:Berkeley Lab
Científicos de la Fundición Molecular del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab), una instalación que se especializa en ciencia a nanoescala, trabajó con un equipo dirigido por Sharpless y Peng Wu, profesores del Instituto de Investigación Scripps (TSRI). El equipo creó largas cadenas de moléculas enlazadas que contienen azufre, denominados polisulfatos y polisulfonatos, usando una reacción de clic SuFEx.
"La química de clics es una herramienta poderosa para el descubrimiento de materiales, pero los químicos sintéticos a menudo no están bien equipados para caracterizar los polímeros que crean, "dijo Yi Liu, director de la planta de Síntesis Orgánica de la Fundición Molecular. "Podemos proporcionar un amplio espectro de experiencia e instrumentación que puede ampliar el alcance y el impacto de su investigación".
La reacción SuFEx, presentado como una nueva familia de reacciones a los clics en 2014, crea de forma fiable y rápida nuevos enlaces químicos, compuestos de conexión junto con sulfatos o sulfonatos. Si bien los polisulfatos han mostrado un gran potencial como competidores de los policarbonatos (plásticos fuertes utilizados para lentes de gafas y botellas de agua, por ejemplo), rara vez se han utilizado para aplicaciones industriales debido a la falta de procesos sintéticos fiables y fácilmente escalables.
Para superar los desafíos de la fabricación en masa de polisulfatos y polisulfonatos, el equipo de TSRI exploró varios catalizadores y reactivos de partida para optimizar la reacción SuFEx. Confiaron en sus colaboradores de Molecular Foundry para evaluar las propiedades físicas y determinar si los polímeros recién creados eran productos térmicamente estables.
Una técnica química desarrollada recientemente podría hacer que los plásticos de polisulfato sean más competitivos con los policarbonatos, que se utilizan para fabricar gafas de seguridad como las que se muestran aquí. Los diagramas químicos relevantes para la nueva técnica se muestran en segundo plano. Crédito:Wikimedia Commons, Laboratorio de Berkeley
Los polímeros se ensamblan a partir de moléculas más pequeñas, como ensartar un patrón repetido de cuentas en un collar. Al crear un "collar" de polisulfonato con SuFEx, Los investigadores identificaron el fluoruro de etenosulfonil-amina / anilina y el éter de bisfenol como buenas "perlas" para usar y descubrieron que el uso de la sal de bifluoruro como catalizador hacía que la reacción previamente lenta "entrara en acción". Los investigadores encontraron que la alta eficiencia de la reacción da como resultado una notable conversión del 99 por ciento, desde reactivos de partida hasta productos, en menos de una hora.
Los investigadores encontraron que la nueva reacción requiere 100 a 1, 000 veces menos catalizador que otros métodos conocidos, resultando en residuos significativamente menos peligrosos. Las sales de bifluoruro también son mucho menos corrosivas que los catalizadores usados anteriormente, permitiendo una gama más amplia de perlas de sustrato de partida, "que los investigadores dijeron que esperan podría conducir a su adopción para una variedad de procesos industriales.
"Hay muchos polímeros nuevos que no han sido ampliamente utilizados por la industria antes, ", dijo Liu." Al reducir el desperdicio y mejorar la pureza del producto, reducimos el costo y hacemos que esta reacción sea mucho más amigable para la industria ".
Molecular Foundry es una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE que brinda acceso gratuito a equipos de última generación y experiencia multidisciplinaria en ciencia a nanoescala a científicos visitantes de todo el mundo.
