Chain-End Controlled Depolymerization Selectivity in α,α-Disubstituted Propionate PHAs with Dual Closed-Loop Recycling and Record-High Melting Temperature

化学 解聚 选择性 丙酸盐 内酯 产量(工程) 高分子化学 单体 结晶度 聚砜 共聚物 聚合 有机化学 聚合物 催化作用 结晶学 材料科学 冶金
作者
Li Zhou,Zhen Zhang,Ainara Sangroniz,Changxia Shi,Ravikumar R. Gowda,Miriam Scoti,Deepak Kumar Barange,Clarissa Lincoln,Gregg T. Beckham,Eugene Y.‐X. Chen
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (43): 29895-29904 被引量:3
标识
DOI:10.1021/jacs.4c11920
摘要

Within the large poly(3-hydroxyalkanoate) (PHA) family, C3 propionates are much less studied than C4 butyrates, with the exception of α,α-disubstituted propionate PHAs, particularly poly(3-hydroxy-2,2-dimethylpropionate), P3H(Me)2P, due to its high melting temperature (Tm ∼ 230 °C) and crystallinity (∼76%). However, inefficient synthetic routes to its monomer 2,2-dimethylpropiolactone [(Me)2PL] and extreme brittleness of P3H(Me)2P largely hinder its broad applications. Here, we introduce simple, efficient step-growth polycondensation (SGP) of a hydroxyacid or methyl ester to afford P3H(Me)2P with low to medium molar mass, which is then utilized to produce lactones through base-catalyzed depolymerization. The ring-opening polymerization (ROP) of the 4-membered lactone leads to high-molar-mass P3H(Me)2P, which can be depolymerized by hydrolysis to the hydroxyacid in 99% yield or methanolysis to the hydroxyester in 91% yield, achieving closed-loop recycling via both SGP and ROP routes. Intriguingly, the chain end of the SGP-P3H(Me)2P determines the depolymerization selectivity toward 4- or 12-membered lactone formation, while both can be repolymerized back to P3H(Me)2P. Through the formation of copolymers P3H(Me/R)2P (R = Et, nPr), PHAs with high tensile strength and ductility, coupled with high barriers to water vapor and oxygen, have been created. Notably, the PHA structure–property study led to P3H(nPr)2P with a record-high Tm of 266 °C within the PHA family.
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