Японские исследователи выявили важную проблему при применении диоксида углерода в качестве химического сырья и создали полимер, который содержит почти треть газа по весу.

Исследовательская группа обнаружила способ, который позволяет сделать реакционные условия более благоприятными при добавлении диоксида углерода к олефину, что по заявлению исследователей могло бы сделать возможным крупномасштабное производство пластиков на основе диоксида углерода.

Диоксид углерода инертнен, поэтому для проведения реакций с его участием необходимы активные химические реагенты, что ограничивает его применение в качестве сырьевого источника. Некоторые из процессов промышленного применения углекислого газа включают в себя промышленное производство мочевины, салициловой кислоты, органических карбонатов и поликарбонатов. Олефины являются подходящими сореагентами для полимеризации с диоксидом углерода потому, что они обладают большой энергией благодаря своим двойным углерод-углеродным связям. Но проблемой для проведения этой реакции является то, что для ее активации необходимо такое большое количество энергии, что, как правило, охотнее происходит связывание олефинов с другими олефинами, нежели с диоксидом углерода.

Обходной путь позволяет исследователям синтезировать полимер на основе диоксида углерода, который сложно получить напрямую.

На сегодняшний день Куоко Нозаки (Kyoko Nozaki) и ее исследовательская группа из Токийского университета в Японии нашли способ по преодолению термодинамического и кинетического барьеров сополимеризации диоксида углерода с олефином. Исследовательская группа случайно натолкнулась на решение этой проблемы во время изучения полимеризации лактонового интермедиата, образованного за счет конденсации диоксида углерода и 1,3-бутадиена, вместо непосредственной сополимеризации диоксида углерода и бутадиена. К своему удивлению ученые обнаружили, что лактоновый интермедиат самопроизвольно подвергается радикальной полимеризаци в течение нескольких недель. Поскольку предыдущие попытки полимеризации лактона оказались неуспешными, Нозаки приступила к дальнейшим исследованиям.

Исследовательская группа обнаружила, что с помощью радикального инициатора к лактону смесь полимеризовалась за один день с образованием полимера, который на 29% по весу состоит из диоксида углерода. Получение нового полимера также требует меньше энергии, поскольку реакция полимеризации экзотермична и ее тепловой эффект равен 26,0 ккал/моль, в то время как прямое присоединение диоксида углерода к бутадиену эндотермично и при таком присоединении поглощается 23,9 ккал/моль.

Дональд Даренсбург (Donald Darensbourg) из Техасского университета A&M, США, чья исследовательская группа занимается изучением эпоксидной сополимеризации диоксида углерода с поликарбонатами, говорит, что работа японских исследователей представляет собой искусный метод, позволяющий обойти термодинамически невыгодную прямую сополимеризацию непредельных углеводородов с диоксидом углерода. Даренсбург добавляет, что развитие синтетических методов получения новых полимерных материалов из диоксида углеродаявляется важным и чрезвычайно интересным. Даренсбург подчеркивает, что, несмотря на то, что ранее уже сообщалось о синтезе лактонового мономера, исследование, проведенное японскими учеными, впервые раскрывает условия для проведения сополимеризации бутадиена и лактонов.

Исследовательская группа Нозаки успешно распространила свой метод на другие реакции, включая однореакторную сополимеризацию диоксида углерода и бутадиена и однореакторный синтез полиера на основе диоксида углерода, бутадиена и еще одного сопряженного диена. По мнению Нозаки, если технология найдет спрос, то она в конечном итоге позволит сократить выбросы углекислого газа, хотя это и произойдет всего лишь в незначительной степени. Тем не менее, Нозаки считает, что разработанный процесс все еще нуждается в модернизации.