Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Synthesis of new, hydrophilic monomers for ceramic formation by gel casting

Kamila Gibzińska

Abstract

The main purpose of this thesis is to develop a method for obtaining hydrophilic esters of acrylic acid by lipase-catalyzed transesterification and to perform a full spectroscopic characterization. The literature section is a review of monomers used previously in the gel casting method, starting from simple compounds such as acrylamide and ending with acrylic or methacrylic acid esters with extended polyhydroxyalkyl groups. Compounds mentioned in the literature section include: hydroxyethyl acrylate, 1-O-acryloyl-D-fructose, 2-hydroxypropyl acrylate, glycerol acrylate, mannose methacrylate, 6-O-methacryloyl-R-D-glucopyranoside. The basic methods of obtaining them are also presented in this section. In the research part, a four-step synthesis of erythritol acrylate was carried out. The first step was to obtain 2,2-dimethyl-1,3-dioxalane-4,5-dicarboxylic acid dimethyl ester from dimethyl tartrate and 2,2-dimethoxypropane. In the second step of the synthesis there was performed the reduction of the mentioned ester to 2,2-dimethyl-1,3-dioxolane-dimethanol with the use of lithium aluminum hydride. The next step was to perform the conversion of the resulting alcohol into [(4S, 5S) -5- (hydroxymethyl) -2,2-dimethyl-1,3-dioxolan-4-yl] methyl acrylate by enzymatic transesterification with methyl acrylate. The last part of the synthesis was to remove the isopropylidine gropu with diluted sulfuric acid (VI), which resulted in obtaining the desired erythritol acrylate. The main analytical method used to monitor the course of the reaction was thin layer chromatography (TLC) and gas chromatography (GC). The products obtained were analyzed by 1 H NMR, 13 C NMR and FTIR spectroscopic methods. The entire process of synthesis of erythritol acrylate was also described by the scheme diagram, mass balance and Sankey scheme. The final results has shown that using the proposed method, acrylic acid esters (3.4.2 and 3.4.3) can be obtained in the lipase-catalyzed transesterification reaction. Unfortunately the main product of this reaction is not the expected monoester, but the diester. Furthermore, it was found that the attempts to remove the isopropylidene group present in the molecules of the esters were unsuccessful due to polymerization of the substrate during this process. After all, the desired erythritol acrylate was not obtained.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Kamila Gibzińska (FC) Kamila Gibzińska,, Faculty of Chemistry (FC)
Title in Polish
Synteza nowych, hydrofilowych monomerów do formowania ceramiki metodą odlewania żelowego
Supervisor
Marcin Poterała (FC/DOC) Marcin Poterała,, Department Of Organic Chemistry (FC/DOC)Faculty of Chemistry (FC)
Certifying unit
Faculty of Chemistry (FC)
Affiliation unit
Department Of Organic Chemistry (FC/DOC)
Study subject / specialization
, Technologia Chemiczna
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
01-02-2019
Issue date (year)
2019
Reviewers
Paweł Borowiecki (FC/CDSB) Paweł Borowiecki,, Chair of Drug and Cosmetics Biotechnology (FC/CDSB)Faculty of Chemistry (FC) Marcin Poterała (FC/DOC) Marcin Poterała,, Department Of Organic Chemistry (FC/DOC)Faculty of Chemistry (FC)
Keywords in Polish
akrylany, akrylan metylu, gelcasting, enzymatyczna transestryfikacja
Keywords in English
acrylates, methyl acrylate, gelcasting, enzymatic transesterification
Abstract in Polish
Celem niniejszej pracy inżynierskiej jest opracowanie metody otrzymywania hydrofilowych estrów kwasu akrylowego na drodze katalizowanej lipazami enzymatycznej transestryfikacji i wykonanie pełnej charakterystyki spektroskopowej. Część literaturową stanowi przegląd monomerów dotychczas wykorzystywanych w metodzie odlewania żelowego, począwszy od prostych związków takich jak akrylamid, a skończywszy na estrach kwasu akrylowego lub metakrylowego z rozbudowanymi łańcuchami polihydroksyalkilowymi. Monomery, które omówiono w części literaturowej to m.in.: akrylan hydroksyetylu, 1-O-akryloilo-D-fruktoza, akrylan 2-hydroksypropylu, akrylan glicerolu, metakrylan mannozy, 6-O-metakryloilo-R-D-glukopiranozyd. Ponadto przestawiono podstawowe metody ich otrzymywania. W części badawczej przeprowadzono czteroetapową syntezę akrylanu erytrytylu. Pierwszym etapem było otrzymanie estru dimetylowego kwasu 2,2-dimetylo-1,3-dioksalano-4,5-dikarboksylowego z winianu dimetylu i 2,2-dimetoksypropanu. W drugiej części syntezy przeprowadzono redukcję wcześniej wspomnianego estru do 2,2-dimetylo-1,3-dioksolano-dimetanolu za pomocą glinowodorku litu. Kolejnym krokiem było przekształcenie otrzymanego alkoholu w akrylanu [(4S,5S)-5-(hydroksymetylo)-2,2-dimetylo-1,3-dioksolan-4-ylo]metylu w reakcji enzymatycznej transestryfikacji z użyciem akrylanu metylu. Ostatnim etapem syntezy było usunięcie zabezpieczenia izopropylidynowego za pomocą rozcieńczonego kwasu siarkowego (VI), czego skutkiem miało być otrzymanie oczekiwanego akrylanu erytrytylu. Główną metodą analityczną używaną do monitorowania przebiegu reakcji była chromatografia cienkowarstwowa (TLC) oraz chromatografia gazowa (GC). Otrzymane produkty zanalizowano za pomocą metod spektroskopowych 1H NMR, 13C NMR i FTIR. Na końcu zamieszczono schemat ideowy, bilans masowy oraz schemat Sankey’a dla całej syntezy akrylanu erytrytylu. Ostatecznie okazało się, że stosując zaproponowaną przeze mnie metodę można otrzymać estry kwasu akrylowego (3.4.2 i 3.4.3) w katalizowanej lipazami reakcji transestryfikacji, przy czym głównym produktem tej reakcji nie jest oczekiwany monoester, ale diester. Ponadto okazało się, że próby usunięcia zabezpieczenia izopropylidenowego, obecnego w cząsteczkach wspomnianych powyżej estrów, za pomocą rozcieńczonego kwasu siarkowego VI zakończyły się niepowodzeniem ze względu na zachodzącą w trakcie tej reakcji polimeryzację substratu. W rezultacie nie udało się otrzymać pożądanego akrylanu erytrytylu.
File
  • File: 1
    Praca-inż-Kamila-Gibzińska-278361.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 30238

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUTffbe63f3a5ab4644b241336d39e2be4c/
URN
urn:pw-repo:WUTffbe63f3a5ab4644b241336d39e2be4c

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page