Lipoik Asit: Sevimli Küçük Monomerden Kolaylıkla Depolimerize Edilebilen Poli(disülfit) Polimeri Üretildi
Fotoğraf-1: Lipoik Asit: alfa-lipoik asit ve tioktik asit olarak da bilinen bir organosülfür bileşiğidir. Doğal olark hayvanlarda bulunur ve aerobik metabolizma için gereklidir. Ayrıca antioksidan gıda takviyesi olarak da kullanılır (1). Bilim insanları; bu doğal molekülden, geri dönüştürülebilir ve yeniden yapılandırılabilir bir polimer olan poli(disülfit) elde etmeyi başardı (2).
Plastikler modern çağımızın en başarılı malzemelerinden biridir. Ama aynı zamanda muazzam bir atık sorununa da sebep oluyorlar.
Hollanda’daki Groningen Üniversitesi ile Şangay’daki Doğu Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’ndeki (ECUST) araştırmacılar, doğal bir molekül olan lipoik asitten çeşitli polimerler ürettiler.
Yeni polimerler, ılımlı koşullar altında kolayca depolimerize olma eğilimindedir. Monomerlerin yaklaşık % 87’si saf formlarında geri kazanılabiliyor ve bunlar yeniden işlem görmemiş kalitede (virjin) polimerler üretmek için kullanılabiliyor. Bu işlem, Şubat 2021’de Matter dergisinde yayınlanan bir makalede açıklanmıştır.
Plastiklerin geri dönüştürülmesiyle ilgili en önemli sorunlardan biri, genellikle daha düşük kaliteli bir ürün elde edilmesidir. En uygun sonuçlar, polimerlerin monomerlere bölündüğü kimyasal geri dönüşüm ile elde edilir. Bununla birlikte, bu depolimerizasyonun gerçekleştirilmesi genellikle çok zordur.
Groningen Üniversitesi ve ECUST arasında bir işbirliği olan Feringa Nobel Ödüllü Bilim İnsanı Ortak Araştırma Merkezi’nden araştırmacılar, bu zorlukları aşarak, ılımlı koşullar altında oluşturulabilen ve tamamen depolimerize edilebilen bir polimer yarattılar.
Mükemmel Yapı Taşı
Groningen Üniversitesi’nde, Organik Kimya Profesörü olan Ben Feringa “Doğal bir molekül olan lipoik asitten hayli kontrollü bir şekilde polimer üretmenin bir yolunu bulduk” diyor.
“Lipoik asit, harika bir molekül ve doğa tarafından yaratılmış mükemmel bir yapı taşıdır. Bu molekül, bir kükürt-kükürt bağı içeren bir halka yapısına sahiptir. Bu bağ kırıldığında, kükürt atomları başka bir monomerinkilerle reaksiyona girebiliyor. Bu süreç daha önce biliniyordu, ancak biz, onu kontrol etmenin ve uzun zincirli polimerler oluşturmanın bir yolunu bulmayı başardık.”
Fotoğraf-2: Sentetik poli(disülfit) polimerleri, kapalı bir döngüde kimyasal olarak geri dönüştürülebilir. Depolimerizasyon işlemi, alkali sulu çözeltilerde verimli bir şekilde gerçekleşir. Kimyasal olarak geri dönüştürülmüş olan ve virjin kalitedeki bu polimerler, katkı maddeleri de ilave edilerek yeniden işlenebilir (2).
Elastik Malzeme
Molekül, metal iyonları ile kolayca reaksiyona giren bir karboksil grubu içerir. Bunlar polimerleri çapraz bağlayabilir, bu da elastik bir malzeme oluşumunu sağlar. Molekül sodyum hidroksitli suda çözündüğünde ve su buharlaştırıldığında, iyonik bağlar aracılığıyla daha güçlü bir polimer film üretilebilir.
“Polimerizasyon tersinir bağlar yolu ile gerçekleştirildiği için, malzeme aynı zamanda kendi kendini onarıyor” diye açıklıyor, Feringa:
“Kesildiğinde, uçları birbirine bastırmanız yeterlidir ve birkaç dakika içinde tekrar bağlanırlar.”
Tersinir Polimerizasyon
Çalışmanın büyük bir kısmı, önce Şangay’daki ECUST’ta doktora öğrencisi ve daha sonra Groningen Üniversitesi’nde doktora sonrası araştırmacı olan Qi Zhang tarafından gerçekleştirildi. Qi Zhang, “Lipoik asit, zarif bir yapıya sahip doğal küçük bir moleküldür. Tamamen tersine çevrilebilir bir polimerizasyon elde etmek için monomeri yeniden tasarlamamız çok zor olmadı ” diyor.
“Polimerleri basitçe sodyum hidroksitle muamele etmek, polimerleri tekrar monomerlerine ayrıştırıyor.
“Biraz asit ekleyerek, monomerler çökeliyor ve geri kazanılabiliyor. Bu geri dönüştürülmüş monomerlerin kalitesi orijinal malzemeninkiyle aynıdır.” diye açıklıyor Qi Zhang.
Kaliteden Ödün Vermeden Geri Dönüşüm
Groningen Üniversitesi Organik Kimya Profesörü Feringa, araştırma sonuçlarını şöyle özetliyor;
“Deneylerimiz bu monomerlerle nelerin mümkün olduğunu gösteriyor. Hatta malzemeyi kaliteden ödün vermeden birkaç kez monomerlerine geri dönüştürebiliyoruz. Bu bir ilkenin kanıtıdır. Yeni işlevlere sahip polimerler oluşturmak ve polimerizasyon ve depolimerizasyon süreçlerini daha iyi anlamak için şimdi deneyleri sürdürüyoruz.” Ancak bu yeni polimerin endüstriyel kullanımlarının gerçekleştirilmesi için daha çok yolumuz var. Halen monomerlerin % 87’si geri kazanılabilse de, araştırmacılar mümkün olduğunca % 100’e yaklaşmayı istiyorlar.
“Deneylerimiz, kontrollü bir şekilde, tamamen depolimerize edilebilen sert ve yumuşak, elastik polimerler üretebileceğimizi gösteriyor. Bu molekül gerçekten çok ümit verici ”diye sözlerini tamamlıyor, Profesör Feringa.
Kaynak: azom.com
- https://en.wikipedia.org/wiki/Lipoic_acid
- Dual closed-loop chemical recycling of synthetic polymers by intrinsically reconfigurable poly(disulfides): Matter (cell.com)
