Avainero – anioninen vs kationinen polymerointi
Anioninen polymerointi ja kationinen polymerointi ovat kahden tyyppisiä ketjukasvupolymerointireaktioita, joita käytetään erityyppisten polymeerien syntetisoimiseen. Molemmilla näillä reaktioilla on sama reaktiomekanismi, mutta reaktion aloittaja on erilainen. Anioniset polymerointireaktiot käynnistävät aktiiviset anioniset lajit, kun taas kationiset polymerointireaktiot käynnistävät aktiiviset kationiset lajit. Tämä on avainero anionisen ja kationisen polymeroinnin välillä. Molemmat polymerointireaktiot ovat herkkiä käytetylle liuottimelle.
Mitä anioninen polymerointi on?
Anioninen polymerointi on ketjukasvureaktio, joka alkaa anionista. Anionisessa polymeroinnissa käytetään useita erityyppisiä initiaattoreita. Tämä reaktiosarja tapahtuu kolmessa vaiheessa: aloitus, ketjun eteneminen ja ketjun päättäminen. Nämä polymerointireaktiot aloitetaan lisäämällä nukleofiilisesti monomeerin kaksoissidokseen. Siksi reaktiossa käytettävän initiaattorin tulee olla nukleofiili.
Aloitus vahvan anionin kautta
Mitä on kationinen polymerointi?
Kationista polymerointia voidaan pitää toisena ketjun kasvupolymerointireaktioiden kategoriana. Kationi käynnistää tämän reaktion siirtämällä varauksensa monomeeriin, mikä johtaa sitten reaktiivisemman lajin tuottamiseen. Seuraavaksi reaktiivinen monomeeri reagoi samalla tavalla muiden monomeerien kanssa muodostaen polymeerin. On olemassa vain rajoitettu määrä monomeerejä, jotka voivat helpottaa kationista polymerointiketjureaktiota. Olefiinit, jotka sisältävät elektroneja luovuttavia substituentteja ja heterosyklejä, sopivat tämän tyyppisiin reaktioihin.
Aloitus proottisilla hapoilla
Mitä eroa on anionisella ja kationisella polymeroinnilla?
Esimerkkejä initiaattoreista ja monomeereistä:
Monomeerit:
Anioninen polymerointi: Anioninen polymerointi tapahtuu monomeereillä, joissa on elektroneja vetäviä ryhmiä, kuten nitriili, karboksyyli, fenyyli ja vinyyli.
Kationinen polymerointi: Alkeenit, joissa on alkoksi-, fenyyli-, vinyyli- ja 1,1-dialkyylisubstituentteja, ovat esimerkkejä kationisessa polymeroinnissa käytetyistä monomeereistä.
Aloittajat:
Anioninen polymerointi: Nukleofiilit, kuten hydroksidi, alkoksidi, syanidi tai karbanioni, voivat toimia initiaattoreina anionisessa polymeroinnissa. Karbanioni voi olla peräisin organometallilajeista, kuten alkyylilitiumista tai Grignard-reagenssista.
Kationinen polymerointi: Elektrofiiliset aineet, kuten halogeenihapot (HCl, HBr, H2SO4, HClO 4) ovat yksi ryhmä initiaattoreita, joita käytetään kationisissa polymerointireaktioissa. Lisäksi lewis-hapot (elektroniakseptorit) ja yhdisteet, jotka pystyvät tuottamaan karboniumioneja, voivat myös käynnistää polymeroinnin. Esimerkkejä Lewisin hapoista ovat AlCl3, SnCl4, BF3, TiCl 4, AgClO4 ja I2 Lewis-hapot vaativat kuitenkin yhteisinitiaattorin, kuten H 2O tai orgaaninen halogeeniyhdiste.
Mekanismi:
Anioninen polymerointi: Anioninen polymerointi vaatii initiaattorin käynnistämään reaktion ja monomeerin polymeerin muodostamiseksi. Tässä tapauksessa reaktiivinen anioninen laji aloittaa reaktion reagoimalla monomeerin kanssa. Tuloksena oleva monomeeri on karbanioni, joka sitten reagoi toisen monomeerin kanssa muodostaen uuden karbanionin. Reaktio etenee lisäämällä monomeeria kasvavaan ketjuun samalla tavalla, ja tämä tuottaa polymeeriketjun. Tätä kutsutaan "ketjun etenemiseksi".
Kationinen polymerointi: Reaktiivinen kationinen laji aloittaa reaktion sitoutumalla ja siirtämällä varauksensa monomeeriin. Saatu reaktiivinen monomeeri reagoi sitten toisen monomeerin kanssa muodostaen polymeerin samalla tavalla kuin anionisessa polymeroinnissa.
Reaktionopeus:
Anioninen polymerointi: Anionisten polymerointireaktioiden nopeus on suhteellisen hitaampi kuin kationisten polymerointireaktioiden, koska anionisen initiaattorin negatiivista varausta voidaan stabiloida useilla muilla tekijöillä. Kun nämä ionit ovat stabiileja, niistä tulee vähemmän reaktiivisia.
Kationinen polymerointi: Kationisten polymerointireaktioiden nopeus on suhteellisen nopeampi kuin anionisten polymerointireaktioiden, koska kationinen initiaattori on hyvin reaktiivinen, sitä on vaikea hallita ja stabiloida.
Sovellukset:
Anioninen polymerointi: Anionista polymerointia käytetään joidenkin tärkeiden materiaalien, kuten synteettisten polydieenikumien, liuosstyreeni/butadieenikumien (SBR) ja styreenitermoplastisten elastomeerien valmistukseen.
Kationinen polymerointi: Kationista polymerointia käytetään polyisobuteenin (käytetään sisäputkissa) ja poly(N-vinyylikarbatsolin) (PVK) tuotannossa.
