Polisolfati: polimeri più economici del policarbonato?

Un gruppo di ricercatori ha sviluppato un modo più facile e veloce per ottenere polimeri contenenti zolfo, principalmente polisolfati e polisulfonati, che potrebbe abbassare il costo della produzione su larga scala.

Il risultato di questo lavoro, pubblicato su Nature Chemistry e Angewandte Chemie, apre le porte per la creazione di nuovi prodotti da questa classe di polimeri con molti meno sottoprodotti pericolosi. Questa tecnica di reazione – soprannominata SuFEx da sulfur(VI) fluoride Exchange – combinata con una nuova classe di catalizzatori che aumentano la velocità  di reazione, potrebbe essere utilizzata per fare qualsiasi cosa, dalle bottiglie per l’acqua e le custodie dei telefoni mobili alle apparecchiature mediche ed i vetri antiproiettile.

Quando viene scoperta una molecola utile, ci sono poche reazioni che un chimico può usare e che siano abbastanza semplici ed efficienti da garantire i requisiti della produzione industriale di uno scale up economicamente sostenibile. Nel 2001 il Nobel K. Barry Sharpless ha introdotto un nuovo concetto nella chimica organica noto come “click chemistry”, descrivendo una combinazione di reazioni controllabili altamente reattive che portano a rese elevate e richiedono poca o nessuna purificazione.

Seguendo l’esempio della natura, le “click reactions” seguono protocolli semplici, usano materie prime facilmente disponibili, lavorano in condizioni blande con reagenti non pericolosi. La “click chemistry” è diventata un valido strumento per generare vaste collezioni di composti potenzialmente utili a cui le industrie guardano per scoprire nuove medicine e materiali.

Utilizzando la SuFEx click reaction gli scienziati hanno creato lunghe molecole contenenti zolfo denominate polisolfati e polisulfonati. Il lavoro è stato compiuto da ricercatori del Lawrence Berkeley National Laboratory’s Molecular Foundry in collaborazione con un team guidato dai professori Sharpless e Peng Wu dello Scripps Research Institute.

La reazione SuFEx, introdotta come una nuova famiglia di “click reactions” nel 2014, crea velocemente ed in modo affidabile nuovi legami, connettendo vari composti con solfati o sulfonati.

I polisolfati si sono subito dimostrati potenziali concorrenti del policarbonato, ma sono stati raramente usati in applicazioni industriali a causa della mancanza di semplicità  ed affidabilità  dello scale up del processo di sintesi.

Per superare questi limiti la SuFEx è stata ottimizzata dopo aver sperimentato vari catalizzatori e reagenti; quindi sono state valutate le proprietà  dei polimeri ottenuti e verificato che essi fossero termicamente stabili.

Nel processo di sintesi i polimeri sono assemblati partendo da molecole piccole, come quando si infila una definita sequenza di perle in una collana. Per sintetizzare un polisufonato sono stati identificati come precursori l’etenesulfonilfluoruro-ammina/anilina e l’etere del bisfenolo, come catalizzatore i sali bifluoruro. La conversione dei reagenti in prodotti è avvenuta in meno di unâ’ora con una resa del 99%.

I ricercatori hanno verificato che questo tipo di reazione richiede da 100 a 1000 volte meno catalizzatore  degli altri metodi conosciuti, portando quindi a molto meno residuo pericoloso. I sali di bofluoruro sono anche molto meno corrosivi degli altri catalizzatori e permettono l’utilizzo di un range maggiore di precursori, il che fa sperare di poter arrivare ad un maggiore uso in applicazioni industriali.

Fonte:

Scientists Develop Polysulfate Plastics, a Potential Polycarbonate Competitor Specialchem 14/08/2017