Tổng Hợp Polycaprolactone Sử Dụng Hợp Chất Magie Làm Chất Xúc Tác Qua Phản Ứng Polymer Hóa Mở Vòng

Polycaprolactone (PCL), một polyester aliphatic, đang ngày càng được chú ý nhờ khả năng phân hủy sinh học và tương thích sinh học, thích hợp cho kỹ thuật mô và phân phối thuốc. Theo nghiên cứu, sự quan tâm đến PCL như một giải pháp thay thế cho các vật liệu ô nhiễm từ hóa dầu đang gia tăng. ROP của ε-CL, sử dụng xúc tác hoặc chất khơi mào, là một phương pháp hiệu quả để sản xuất PCL. Xúc tác magie, với hoạt tính và tính không độc hại, đang được nghiên cứu kỹ lưỡng.

Phản ứng polymer hóa mở vòng (ROP) được coi là một phương pháp vượt trội để điều chế PCL với trọng lượng phân tử cao và phân bố hẹp trong điều kiện ôn hòa. Các yếu tố như cấu trúc monomer, xúc tác và hoạt tính ảnh hưởng đến cơ chế ROP. Việc điều chỉnh các điều kiện phản ứng cho phép kiểm soát quá trình tổng hợp polymer. Các nghiên cứu tập trung vào việc khám phá các điều kiện tối ưu cho ROP Polycaprolactone sử dụng chất xúc tác magie.

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng cấu trúc ligand của chất xúc tác dị thể ảnh hưởng đến cơ chế trùng hợp và môi trường. Các chất xúc tác được sử dụng cho ROP rất đa dạng, bao gồm các chất gốc kim loại, các hợp chất hữu cơ và axit vô cơ. Magie và canxi, các kim loại kiềm, đã thu hút được sự chú ý do hoạt động và tính không độc hại của chúng.

Quá trình polymer hóa thường được thực hiện ở nhiệt độ thấp do năng lượng hoạt hóa cho sự phát triển chuỗi thường khá thấp. Như một ví dụ, một nghiên cứu tổng hợp PCL đã được thực hiện trong hai bước: i) Tiền xử lý nguyên liệu thô ii) Polymer hóa. Monomer ɛ-Caprolactone được tinh chế bằng cách chưng cất trên hydrua canxi dưới áp suất giảm.

Các hợp chất organometallic như alkylmetal, halogen kim loại, carboxylat và alkoxit đã được nghiên cứu như các chất xúc tác hiệu quả cho ROP của lacton. Hầu hết các kim loại khởi đầu phản ứng tăng trưởng thông qua liên kết cộng hóa trị được kích hoạt. Các hợp chất magie không chỉ thân thiện với con người và môi trường mà còn tham gia vào các quá trình trao đổi chất cũng như áp dụng hiệu quả trong tổng hợp polymer.

Các kim loại có thể bắt đầu phản ứng tăng trưởng thông qua liên kết cộng hóa trị được kích hoạt. Ví dụ, halogen kim loại và carboxylat hoạt động như các chất xúc tác axit Lewis trong ROP trong đó các hợp chất hydroxyl là chất khơi mào. Trong khi đó, các alkoxit Mg, Sn, Ti, Zn và Al được sử dụng làm chất khơi mào và cơ chế bao gồm hai bước "phối hợp-chèn" được đề xuất.

Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ mol monomer và chất xúc tác. Sử dụng phương pháp trùng hợp dung dịch, các sản phẩm thu được được kiểm tra bằng các kỹ thuật khác nhau: Phương pháp quét nhiệt vi sai (DSC), Cộng hưởng từ hạt nhân (1H NMR & 13C NMR), Sắc ký thấm gel (GPC).

Các chất xúc tác hoặc chất khơi mào có độc tính thấp có xu hướng được quan tâm nhiều hơn đến nghiên cứu trong ROP. Thật vậy, chất xúc tác kẽm ít độc hại hơn nhiều đã được sử dụng trong quá trình đồng trùng hợp L-LA và ɛ-CL. Chất xúc tác magie thể hiện nhiều ưu điểm hơn so với các phương pháp sử dụng các loại xúc tác khác.

Phản ứng ROP tuân theo động học bậc nhất đối với cả monomer và chất xúc tác. Cơ chế phối hợp-chèn (coordination-insertion) được đề xuất cho ROP có và không có mặt alcohol. Cần nghiên cứu kỹ lưỡng về ảnh hưởng của điều kiện, thời gian phản ứng.

Sự có mặt của BnOH (Benzyl Alcohol) cho phép ROP tiến hành với khả năng kiểm soát trọng lượng phân tử tốt hơn. Điều này có nghĩa là BnOH có vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh kích thước chuỗi polymer.

Các nghiên cứu trước đây sử dụng chất xúc tác khác nhau được so sánh với các chất xúc tác magie. Cần có các nghiên cứu bổ sung để đánh giá ưu và nhược điểm so với các phương pháp tổng hợp khác. Nghiên cứu sâu hơn có thể giúp xác định các chất xúc tác và điều kiện phản ứng tối ưu.

Với các đặc tính tốt như đã liệt kê ở trên, PCL được chú ý cao và được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Ví dụ, nhờ khả năng tương thích sinh học của PCL, nó được áp dụng trong các sản phẩm dược phẩm và băng vết thương. PCL có điểm nóng chảy thấp, độ thấm thuốc tốt, độ hòa tan và khả năng duy trì đủ các đặc tính cơ học và vật lý trong thời gian dài, đã khiến PCL trở thành một trong những lựa chọn tốt nhất cho kỹ thuật mô.

Độ phân hủy của PCL khá chậm do bán kết tinh cũng thích hợp cho các ứng dụng thuốc. Do đó, việc nghiên cứu chuyên sâu về PCL bao gồm các đặc tính hóa học, vật lý và cơ học cũng như quá trình xử lý của nó có ý nghĩa rất lớn. Thực tế, số lượng tài liệu ước tính việc tổng hợp và cải thiện các đặc tính của PCL đã tăng lên trong những năm qua.

PCL có độ hòa tan tốt trong các dung môi thơm và một số dung môi phân cực như benzen, toluen, xyclohexanon, diclometan và 2-nitropropan. Nước, rượu, ete dầu mỏ, dietyl ete là những dung môi kém cho PCL. Nó có thể hơi tan trong axetonitril, axeton, 2-butanon, etyl axetat và dimetyl formamit.

Cần phát triển thêm các chất xúc tác magie hiệu quả hơn để cải thiện quá trình tổng hợp PCL. Điều này có thể liên quan đến việc thiết kế các ligand mới hoặc tối ưu hóa các điều kiện phản ứng. Tổng hợp polymer nên được tập trung vào sự an toàn và bền vững của các chất liệu.

Cần chú trọng phát triển quy trình tổng hợp xanh và vật liệu phân hủy sinh học. Việc giảm thiểu việc sử dụng các dung môi độc hại và các chất phụ gia không mong muốn là rất quan trọng. Điều này sẽ góp phần xây dựng một ngành công nghiệp polymer bền vững hơn.

Tiếp tục khám phá các ứng dụng mới cho PCL trong các lĩnh vực khác nhau, bao gồm kỹ thuật, đóng gói và nông nghiệp. Việc tận dụng các đặc tính độc đáo của PCL có thể dẫn đến các giải pháp sáng tạo cho các thách thức toàn cầu.