Использование возобновляемой растительной биомассы для получения биоразлагаемых полимеров фуранового ряда и развития каталитических подходов в органическом синтезе

Химическая конверсия растительной биомассы открывает широкие возможности для получения ценных продуктов из альтернативных источников, отличных от невозобновляемых нефти, природного газа и каменного угля. За последние десятилетия фурановые «соединения-платформы» уже успели продемонстрировать свой потенциал в качестве предшественников новых биологически активных веществ и полимерных материалов с выдающимися свойствами. Сравнительно низкая стабильность фуранового ядра существенно ограничивает диапазон синтетических инструментов и методик, пригодных для модификации данных производных, вынуждая тщательно подбирать реакционные условия для каждого планируемого процесса. Тем не менее, способность к раскрытию фуранового цикла под действием агрессивных химических или биологических факторов может рассматриваться не как исключительно недостаток фуран-содержащих материалов, но и как их возможное преимущество, в связи с возможностью направленной деградации таких полимеров с целью их последующей переработки. Преимуществом также может выступать схожесть фуранового фрагмента с циклическими формами его насыщенных производных – природных углеводов, что может облегчить биотехнологическую переработку материала под действием микроорганизмов-деструкторов. Учитывая, что мировые объемы ежегодного накопления отходов полимерных материалов превышают 400 млн тонн, большую часть из которых составляют получаемые в ходе переработки нефти и природного газа материалы с чрезвычайно низкой скоростью биодеградации (полиэтилен, полипропилен, полистирол и т.д.), получение биоразлагаемых материалов из растительного сырья представляется крайне актуальной и важной задачей в интересах устойчивого и экологичного развития. В ходе выполнения данного проекта планируется получение полимерных материалов на основе возобновляемых мономеров фуранового ряда с применением современных каталитических подходов, таких как метатезис-полимеризация с раскрытием цикла (ROMP) и «клик»-поликонденсация азидов и алкинов под действием солей меди(I) с образованием фуран-содержащих политриазолов. Помимо исследования физико-химических свойств полученных материалов, их растворимости в основных органических растворителях и воде, термической стабильности, будет рассмотрена возможность утилизации полимеров под действием различных микроорганизмов, в том числе выделенных из активного ила очистных сооружений Тульской области. Свойства полученных материалов будут изучаться в сравнении с другими возобновляемыми полимерами, такими как полилактид, полигидроксиалканоаты, производные целлофана и т.д. Ожидается, что новые фуран-содержащие материалы могут не только не уступать известным возобновляемым аналогам, но и превосходить их по механическим и барьерным свойствам благодаря присутствию ароматического гетероцикла с жесткой геометрией, что приводит к ориентированию и упорядочению конфигурации полимерных цепей.