在我們的日常生活中，充斥著各種各樣的塑料制品。全球近一半的塑料資源被用于生產(chǎn)包裝材料²。塑料材料固有的衛(wèi)生特性為消費(fèi)包裝商品（CPG）市場(chǎng)提供了巨大的優(yōu)勢(shì)。然而，在這一領(lǐng)域，我們有必要識(shí)別一些對(duì)消費(fèi)者或環(huán)境存在潛在危害的化合物、對(duì)其進(jìn)行研究，并將其從全球供應(yīng)鏈中消除。因此，我們亟需對(duì)塑料的合成以及該過(guò)程中使用的有毒材料進(jìn)行研究。例如，雙酚A（BPA）就是這樣一個(gè)例子，它是一種主要的聚碳酸酯塑料，許多科研人員都在研究它與肥胖和糖尿病等不健康癥狀的相關(guān)性。此外，還有一些科研人員正在研究雙酚A作為一種內(nèi)分泌干擾物與不孕癥和癌癥等疾病之間的關(guān)系。塑料垃圾通常以微塑料形式存在，除了損害人類健康之外，還會(huì)污染自然環(huán)境，并危害生態(tài)系統(tǒng)及其中的生物。

對(duì)于一些致力開(kāi)發(fā)更具可持續(xù)性和可再生性方案的化學(xué)家和生物學(xué)家而言，造成人類并發(fā)癥和環(huán)境破壞的塑料及其生產(chǎn)是一個(gè)重要的突破口。這些方案包括——使用更清潔、更具可持續(xù)的替代材料來(lái)取代雙酚A，從而取代它形成的有毒的聚碳酸酯。為此，對(duì)全球研究人員而言，利用有效的分析技術(shù)，對(duì)新塑料材料的分子間和分子內(nèi)特性進(jìn)行實(shí)時(shí)研究是至關(guān)重要的。根據(jù)設(shè)計(jì)，這些新材料將適合回收再利用，并對(duì)環(huán)境的影響降低到最小。

什么是姜黃素？為何姜黃素是替代BPA的合適選擇？

來(lái)自意大利巴里大學(xué)化學(xué)生物學(xué)系的一組科研人員打破了BPA作為塑料產(chǎn)品先驅(qū)物的主導(dǎo)地位——他們使用姜黃素來(lái)替代雙酚A，合成了一種新型生物基可再生聚碳酸酯。姜黃素（CM）是一種天然抗氧化劑，并且具有抗炎、抗菌和抗癌特性。姜黃素源于姜黃植物，其化學(xué)結(jié)構(gòu)與雙酚A類似。在對(duì)姜黃素的穩(wěn)定性和水溶性及其結(jié)構(gòu)適應(yīng)性作出改善之后，巴里大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)選擇將其作為先導(dǎo)物來(lái)制備雙酚A聚碳酸酯的合適替代產(chǎn)品。

利用姜黃素和THCM合成生物基雙酚A替代產(chǎn)品

該研究團(tuán)隊(duì)參與了生物基雙酚A替代產(chǎn)品的合成過(guò)程，該合成過(guò)程可分解為反式聚合過(guò)程，主要分為兩個(gè)步驟。第一步是雙酚A聚碳酸酯（BPA-PC）與苯酚解聚，生成一種名為“碳酸二苯酯”（DPC）的產(chǎn)物。然后，研究人員使用姜黃素或四氫姜黃素（THCM），對(duì)DPC進(jìn)行熔融酯交換反應(yīng)，以制備作為雙酚A聚碳酸酯替代產(chǎn)品的最終產(chǎn)物。這些產(chǎn)品仍然具有與雙酚A聚碳酸酯相同的功用，但不具有雙酚A的負(fù)面特性。

在尋求獲得清潔聚碳酸酯的實(shí)驗(yàn)中，科研人員同時(shí)使用了姜黃素和THCM。THCM是姜黃素的一種形式，其化學(xué)結(jié)構(gòu)比姜黃素多出額外四個(gè)氫原子。THCM保留了姜黃素的所有結(jié)構(gòu)與藥物優(yōu)勢(shì)，但不會(huì)產(chǎn)生姜黃素在作為聚碳酸酯合成單體時(shí)產(chǎn)生的不太好的濃黃色。科研人員在紫外-可見(jiàn)光譜儀的監(jiān)測(cè)下，通過(guò)選擇性還原過(guò)程，從姜黃素衍生得到THCM，并通過(guò)13C-NMR波譜，對(duì)該過(guò)程予以確認(rèn)。

當(dāng)最終產(chǎn)物姜黃素聚碳酸酯和TCHM聚碳酸酯合成完畢時(shí)，布魯克500 MHz核磁共振波譜儀立即生成相應(yīng)的1H-NMR波譜表征。最終，該研究團(tuán)隊(duì)成功地將有毒的塑料廢料雙酚A聚碳酸酯轉(zhuǎn)化為由可再生單體組成的等效聚合物。通過(guò)進(jìn)一步的紅外光譜分析，可證明該碳酸鹽化合物的形成過(guò)程。這一觀察結(jié)果還證明，利用姜黃素和THCM可成功地發(fā)生聚合反應(yīng)。此外，姜黃素聚碳酸酯和THCM聚碳酸酯的聚合產(chǎn)率較高，與雙酚A聚碳酸酯的聚合產(chǎn)率相似，這一點(diǎn)增強(qiáng)了姜黃素作為塑料產(chǎn)品先驅(qū)物的可用性。

無(wú)雙酚A塑料的生產(chǎn)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的未來(lái)

這項(xiàng)研究嘗試以姜黃素作為雙酚A的可持續(xù)替代材料來(lái)合成聚碳酸酯。對(duì)雙酚A的可再生替代材料的需求源于文首所述的健康和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。因此，這項(xiàng)新研究的目標(biāo)包括——使用可再生能源生產(chǎn)塑料，并根據(jù)循環(huán)經(jīng)濟(jì)原則，設(shè)計(jì)可回收的消費(fèi)品。

布魯克Avance系列核磁共振波譜儀是聚合物研究與開(kāi)發(fā)工作中的關(guān)鍵工具。該儀器提供了的探頭組合，讓研究人員能夠迅速適應(yīng)新的趨勢(shì)，并如本文所述，對(duì)新型聚合物的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)證。

循環(huán)經(jīng)濟(jì)旨在建立一種更具可持續(xù)性的社會(huì)生產(chǎn)與消費(fèi)模式，它強(qiáng)調(diào)使用可再生能源和提高材料的可重復(fù)利用性。姜黃素不僅是一種天然的、可再生的塑料先驅(qū)物，而且使用其生產(chǎn)的雙酚A聚碳酸酯可重新轉(zhuǎn)化為高純度的雙酚A，供進(jìn)一步加工和反復(fù)循環(huán)。因此，我們可利用姜黃素的這一可持續(xù)性優(yōu)勢(shì)來(lái)幫助實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)。

這項(xiàng)研究的負(fù)責(zé)人承認(rèn)，目前，將姜黃素投入大規(guī)模塑料生產(chǎn)的成本較高。然而，他們?nèi)匀怀珜?dǎo)消費(fèi)者、生產(chǎn)商和政策制定者給予相應(yīng)支持，從而助力建設(shè)無(wú)雙酚A塑料的未來(lái)。消費(fèi)者環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)將對(duì)塑料行業(yè)，進(jìn)而對(duì)其生產(chǎn)工藝產(chǎn)生影響，使之轉(zhuǎn)向可持續(xù)替代材料，與此同時(shí)，致力于實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的政策制定者可通過(guò)制定相關(guān)政策，降低姜黃素的相應(yīng)成本。

參考文獻(xiàn)：

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

² https://www.unpri.org/plastics/risks-and-opportunities-along-the-plastics-value-chain/4774.article