姜黄素有望成为塑料生产中BPA的天然替代材料- 大数跨境

布鲁克磁共振

2022-06-30

导读：布鲁克Avance系列核磁共振波谱仪是聚合物研究与开发工作中的关键工具，可以对新型聚合物的分子结构进行验证。

在我们的日常生活中，充斥着各种各样的塑料制品。全球近一半的塑料资源被用于生产包装材料²。塑料材料固有的卫生特性为消费包装商品（CPG）市场提供了巨大的优势。然而，在这一领域，我们有必要识别一些对消费者或环境存在潜在危害的化合物、对其进行研究，并将其从全球供应链中消除。因此，我们亟需对塑料的合成以及该过程中使用的有毒材料进行研究。

例如，双酚A（BPA）就是这样一个例子，它是一种主要的聚碳酸酯塑料，许多科研人员都在研究它与肥胖和糖尿病等不健康症状的相关性。此外，还有一些科研人员正在研究双酚A作为一种内分泌干扰物与不孕症和癌症等疾病之间的关系。塑料垃圾通常以微塑料形式存在，除了损害人类健康之外，还会污染自然环境，并危害生态系统及其中的生物。

对于一些致力开发更具可持续性和可再生性方案的化学家和生物学家而言，造成人类并发症和环境破坏的塑料及其生产是一个重要的突破口。这些方案包括——使用更清洁、更具可持续的替代材料来取代双酚A，从而取代它形成的有毒的聚碳酸酯。为此，对全球研究人员而言，利用有效的分析技术，对新塑料材料的分子间和分子内特性进行实时研究是至关重要的。根据设计，这些新材料将适合回收再利用，并对环境的影响降低到最小。

什么是姜黄素？为何姜黄素是替代BPA的合适选择？

来自意大利巴里大学化学生物学系的一组科研人员打破了BPA作为塑料产品先驱物的主导地位——他们使用姜黄素来替代双酚A，合成了一种新型生物基可再生聚碳酸酯。姜黄素（CM）是一种天然抗氧化剂，并且具有抗炎、抗菌和抗癌特性。姜黄素源于姜黄植物，其化学结构与双酚A类似。在对姜黄素的稳定性和水溶性及其结构适应性作出改善之后，巴里大学研究团队选择将其作为先导物来制备双酚A聚碳酸酯的合适替代产品。

利用姜黄素和THCM合成生物基双酚A替代产品

该研究团队参与了生物基双酚A替代产品的合成过程，该合成过程可分解为反式聚合过程，主要分为两个步骤。第一步是双酚A聚碳酸酯（BPA-PC）与苯酚解聚，生成一种名为“碳酸二苯酯”（DPC）的产物。然后，研究人员使用姜黄素或四氢姜黄素（THCM），对DPC进行熔融酯交换反应，以制备作为双酚A聚碳酸酯替代产品的最终产物。这些产品仍然具有与双酚A聚碳酸酯相同的功用，但不具有双酚A的负面特性。

在寻求获得清洁聚碳酸酯的实验中，科研人员同时使用了姜黄素和THCM。THCM是姜黄素的一种形式，其化学结构比姜黄素多出额外四个氢原子。THCM保留了姜黄素的所有结构与药物优势，但不会产生姜黄素在作为聚碳酸酯合成单体时产生的不太好的浓黄色。科研人员在紫外-可见光谱仪的监测下，通过选择性还原过程，从姜黄素衍生得到THCM，并通过13C-NMR波谱，对该过程予以确认。

当最终产物姜黄素聚碳酸酯和TCHM聚碳酸酯合成完毕时，布鲁克500 MHz核磁共振波谱仪立即生成相应的1H-NMR波谱表征。最终，该研究团队成功地将有毒的塑料废料双酚A聚碳酸酯转化为由可再生单体组成的等效聚合物。通过进一步的红外光谱分析，可证明该碳酸盐化合物的形成过程。这一观察结果还证明，利用姜黄素和THCM可成功地发生聚合反应。此外，姜黄素聚碳酸酯和THCM聚碳酸酯的聚合产率较高，与双酚A聚碳酸酯的聚合产率相似，这一点增强了姜黄素作为塑料产品先驱物的可用性。

无双酚A塑料的生产和循环经济的未来

这项研究率先尝试以姜黄素作为双酚A的可持续替代材料来合成聚碳酸酯。对双酚A的可再生替代材料的需求源于文首所述的健康和环境风险。因此，这项新研究的目标包括——使用可再生能源生产塑料，并根据循环经济原则，设计可回收的消费品。

布鲁克Avance系列核磁共振波谱仪是聚合物研究与开发工作中的关键工具。该仪器提供了独特的探头组合，让研究人员能够迅速适应新的趋势，并如本文所述，对新型聚合物的分子结构进行验证。

循环经济旨在建立一种更具可持续性的社会生产与消费模式，它强调使用可再生能源和提高材料的可重复利用性。姜黄素不仅是一种天然的、可再生的塑料先驱物，而且使用其生产的双酚A聚碳酸酯可重新转化为高纯度的双酚A，供进一步加工和反复循环。因此，我们可利用姜黄素的这一可持续性优势来帮助实现循环经济。

这项研究的负责人承认，目前，将姜黄素投入大规模塑料生产的成本较高。然而，他们仍然倡导消费者、生产商和政策制定者给予相应支持，从而助力建设无双酚A塑料的未来。消费者环保意识的增强将对塑料行业，进而对其生产工艺产生影响，使之转向可持续替代材料，与此同时，致力于实现循环经济的政策制定者可通过制定相关政策，降低姜黄素的相应成本。

参考文献：

DeLeo,V.;Casiello,M.; Deluca, G.; Cotugno, P.; Catucci, L.; Nacci, A.; Fusco, C.; D’Accolti, L. Concerning Synthesis of New Biobased Polycarbonates with Curcumin in Replacement of Bisphenol A and Recycled Diphenyl Carbonate as Example of Circular Economy. Polymers 2021, 13, 361. https://doi.org/ 10.3390/polym13030361
https://www.unpri.org/plastics/risks-and-opportunities-along-the-plastics-value-chain/4774.article

重要提示

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