聚碳酸酯是日常常见的一种材料。由于其无色透明和优异的抗冲击性，其被广泛应用于合成CD/VCD光盘、桶装水瓶、婴儿奶瓶、树脂镜片、防弹玻璃、車頭燈罩、动物笼子、行李箱、登月宇航员的头盔面罩；智能手機的機身外殼等等。然而，合成商业上的聚碳酸酯依然使用石油基的原料例如双酚A. 而双酚A本身有一定的毒性，且生产过程会导致了严重的环境污染。因此，探索一种绿色可持续的使用生物基来源的原料合成完全生物基的聚碳酸酯的路线是非常重要的。
近日，中国科学院大学化学工程学院李增喜教授等在Green Chemistry 发文, 提出了一种绿色可持续的合成高质量，高性能的生物基的聚碳酸酯的路线。该路线使用生物质来源的异山梨醇和碳酸二苯酯作为合成聚碳酸酯的原料，使用1-乙基-3-甲基咪唑赖氨酸离子液体作为催化剂, 合成分子量约为150000, 玻璃转化温度高达174 oC的高性能的聚碳酸异山梨酯。
离子液体（或称离子性液体）是指全部由离子组成的液体，如高温下的KCI, KOH呈液体状态，此时它们就是离子液体。在室温或室温附近温度下呈液态的由离子构成的物质，称为室温离子液体、室温熔融盐有机离子液体等，尚无统一的名称，但倾向于简称离子液体。
图文导读
首先作者筛选了不同的酸性，中性，碱性的氨基酸基离子液体对催化合成聚碳酸异山梨酯的影响。结果表明, 带有碱性 (Lys-)(His-)或者中性(Ala-)(Val-)(Ser-)(Thr-)的阴离子的氨基酸基的离子液体展现出了杰出的合成聚碳酸异山梨酯的催化反应活性。得到了产率大于96%，分子量大于100000的聚碳酸异山梨酯。而酸性的的阴离子的氨基酸基的离子液体则展现出了较低的催化反应活性(91% 产率, 聚碳酸异山梨酯分子量97000)。 其中带有两个氨基官能团的氨基酸基的离子液体(Emim)(Lys)展现出了最好的催化活性。
随后作者又探究了氨基酸基离子液体催化剂的电负性，催化剂的含量，聚合温度和聚合时间对催化合成聚碳酸异山梨酯的影响。如图1，2，3，4。 结果表明，这些参数都对催化反应活性有一定的影响，
为了进一步增加聚碳酸异山梨酯的柔韧性和硬度, 作者使用了另外两种二醇1,4丁二醇和1.4-二烷基环己烷二甲醇在之前优化好的反应条件下共聚异山梨醇和碳酸二苯酯合成具有更高性能的聚碳酸酯。结果表明，所合成的PIBBCC-50展现出了最高的分子量分布105900和最高的玻璃转化温度98 oC. 这个性质是和石油基的聚碳酸酯的性质是接近的。
作者然后又测试了PIBCC它的抗拉伸性能，结果表明, PIBCC 它的拉伸力为57 MPa, 断裂延伸率145 %， Young’s 模数979 MPa.
随后，作者又探究了催化合成聚碳酸异山梨酯的反应机理。机理表明，氨基酸基的离子液体催化剂有效地活化了异山梨醇的羟基和碳酸二苯酯的羰基，被活化的异山梨醇的羟基进攻了被活化碳酸二苯酯的羰基合成了聚碳酸异山梨酯。
结论
1. 作者提出了一种绿色可持续的合成高分子质量，高性能的生物基的聚碳酸酯的路线。该路线使用生物质来源的异山梨醇和碳酸二苯酯作为合成聚碳酸酯的原料，使用1-乙基-3-甲基咪唑赖氨酸离子液体作为催化剂合成分子量约为150000, 玻璃转化温度174度的高性能的聚碳酸异山梨酯。 2. 为了进一步增加该聚碳酸酯的柔韧性和硬度, 作者使用了另外两种二醇1,4丁二醇和1.4-二烷基环己烷二甲醇共聚异山梨醇和碳酸二苯酯, 合成的PIBBCC-50展现出了分子量分布105900，玻璃转化温度98度，拉伸强度为57 MPa, 断裂延伸率145 %，Young’s 模数979 MPa. 3. 反应机理表明，氨基酸基的离子液体催化剂有效地活化了异山梨醇的羟基和碳酸二苯酯的羰基，被活化的异山梨醇的羟基进攻了被活化碳酸二苯酯的羰基合成了聚碳酸酯。
原文链接
https://doi.org/10.1039/D0GC00265H
Zhencai Zhang, Fei Xu, b,c Yaqin Zhang, Chenhao Li, Hongyan He, Zifeng Yang and Zengxi Li, Green Chemistry, 03. 2020
