Anionisen ja kationisen polymeroinnin välinen ero

Avainero - anioninen vs. kationinen polymerointi
 

Anioninen polymerointi ja kationinen polymerointi ovat kahdentyyppisiä ketjun kasvupolymerointireaktioita, joita käytetään syntetisoimaan erityyppisiä polymeerejä. Molemmilla näillä reaktioilla on sama reaktiomekanismi, mutta reaktion initiaattori 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 nämä polymerointireaktiot ovat herkkiä käytetylle liuottimelle.

Mikä on anioninen polymerointi?

Anioninen polymerointi on ketjun kasvureaktio, joka alkaa anionilla. Anionisessa polymeroinnissa käytetään useita erityyppisiä initiaattoreita. Tämä reaktiosarja tapahtuu kolmessa vaiheessa: aloittaminen, ketjun eteneminen ja ketjun lopetus. Nämä polymerointireaktiot käynnistetään nukleofiilisellä lisäyksellä monomeerin kaksoissidoon. Siksi reaktiossa käytetyn initiaattorin tulisi olla nukleofiili.

Aloittaminen vahvan anionin kautta

Mikä on kationinen polymerointi?

Kationista polymerointia voidaan pitää toisena ketjun kasvupolymerointireaktioiden kategoriana. Kationi käynnistää tämän reaktion siirtämällä varauksensa monomeeriin, mikä johtaa sitten reaktiivisemman osan tuottamiseen. Seuraavaksi reaktiivinen monomeeri reagoi samalla tavalla muiden monomeerien kanssa muodostaen polymeerin. On vain rajallinen määrä monomeerejä, jotka voivat helpottaa kationista polymerointiketjureaktiota. Olefiinit, jotka sisältävät elektroneja luovuttavia substituentteja ja heterosyklejä, ovat sopivia tämäntyyppisiin reaktioihin.

Aloittaminen proottisilla hapoilla

Mikä on ero anionisen ja kationisen polymeroinnin välillä?

Esimerkkejä aloittajista 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.

initiaattoreita:

Anioninen polymerointi: Nukleofiilit, kuten hydroksidi, alkoksidi, syanidi tai karbanioni, voivat toimia initiaattoreina anionisessa polymeroinnissa. Karbanioni voi olla peräisin metalliorgaanisista lajeista, kuten alkyylilitiumista tai Grignard-reagenssista.

Kationinen polymerointi: Elektrofiiliset aineet, kuten halogeenivetyhapot (HCl, HBr, H₂NIIN₄, HClO₄) ovat yksi ryhmä initiaattoreita, joita käytetään kationisissa polymerointireaktioissa. Lisäksi Lewis-hapot (elektroniakseptorit) ja yhdisteet, jotka kykenevät tuottamaan karbiooni-ioneja, voivat myös käynnistää polymeroinnin. Esimerkkejä Lewis-hapoista ovat AlCl₃, SnCl₄, BF₃, TiCI₄, AgClO₄, ja minä₂. Lewis-hapot vaativat kuitenkin yhteisinitiaattorin, kuten H₂O tai orgaaninen halogeeniyhdiste.

Mekanismi:

Anioninen polymerointi: Anioninen polymerointi vaatii initiaattorin reaktion käynnistämiseksi ja monomeerin polymeerin muodostamiseksi. Tässä tapauksessa reaktiivinen anioninen laji aloittaa reaktion reagoimalla monomeerin kanssa. Saatu monomeeri on karbanioni, joka sitten reagoi toisen monomeerin kanssa uuden karbanionin muodostamiseksi. Reaktio etenee lisäämällä monomeeri 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 polymeerin muodostamiseksi samalla tavalla kuin anionisessa polymeroinnissa.

Reaktionopeus:       

Anioninen polymerointi: Anionisten polymerointireaktioiden nopeus on suhteellisen hitaampi kuin kationisten polymerointireaktioiden, koska anionisen initiaattorin negatiivinen varaus 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 erittäin reaktiivinen, vaikea hallita ja stabiloida.

Sovellukset:

Anioninen polymerointi: Anionista polymerointia käytetään valmistamaan joitain tärkeitä materiaaleja, kuten synteettiset polydienie kumit, styreeni / butadieeniliuokset (SBR) ja styreeniset termoplastiset elastomeerit.

Kationinen polymerointi: Kationista polymerointia käytetään polyisobutyleenin (käytetään sisäputkissa) ja poly (N-vinyylikarbatsolin) (PVK) valmistuksessa.

Viitteet: “Kationinen polymerointi”. Wikipedia. ”Anioninen additiopolymerointi”. Wikipedia “Catonic Vinly Polymerization” Polymerscience Learning Center “Polymerization Reactions”. Bodner Research Lab

Kuvan kohteliaisuus: “Protic acid initiation” - MatChem121 - Oma työ (CC BY 3.0) Commons Wikimedian kautta “AAP Init Strong Anion” Chem538grp1w09 kautta - Oma työ (Public Domain) Commons Wikimedian kautta