Peamine erinevus – anioonne vs katioonne polümerisatsioon
Anioonne polümerisatsioon ja katioonne polümerisatsioon on kahte tüüpi ahelkasvu polümerisatsioonireaktsioone, mida kasutatakse erinevat tüüpi polümeeride sünteesimiseks. Mõlemal reaktsioonil on sama reaktsioonimehhanism, kuid reaktsiooni initsiaator on erinev. Anioonsed polümerisatsioonireaktsioonid käivitavad aktiivsed anioonsed ühendid, katioonsed polümerisatsioonireaktsioonid aga aktiivsed katioonsed ühendid. See on peamine erinevus anioonse ja katioonse polümerisatsiooni vahel. Mõlemad polümerisatsioonireaktsioonid on kasutatava lahusti suhtes tundlikud.
Mis on anioonne polümerisatsioon?
Anioonne polümerisatsioon on ahelkasvureaktsioon, mis saab alguse anioonist. Anioonses polümerisatsioonis kasutatakse mitut erinevat tüüpi initsiaatoreid. See reaktsioonide seeria toimub kolmes etapis: initsiatsioon, ahela levik ja ahela lõpetamine. Need polümerisatsioonireaktsioonid käivitatakse monomeeri kaksiksidemele nukleofiilse lisamisega. Seetõttu peaks reaktsioonis kasutatav initsiaator olema nukleofiil.
Initsiatsioon tugeva aniooni kaudu
Mis on katioonne polümerisatsioon?
Katioonset polümerisatsiooni võib pidada teiseks ahela kasvu polümerisatsioonireaktsioonide kategooriaks. Katioon käivitab selle reaktsiooni, kandes oma laengu monomeerile, mille tulemuseks on reaktsioonivõimelisema osa moodustumine. Järgmisena reageerib reaktiivne monomeer sarnaselt teiste monomeeridega, moodustades polümeeri. On ainult piiratud arv monomeere, mis võivad hõlbustada katioonse polümerisatsiooni ahelreaktsiooni. Seda tüüpi reaktsioonide jaoks sobivad olefiinid, mis sisaldavad elektrone loovutavaid asendajaid ja heterotsükleid.
Initsieerimine protoonsete hapetega
Mis vahe on anioonsel ja katioonsel polümerisatsioonil?
Initsiaatorite ja monomeeride näited:
Monomeerid:
Anioonne polümerisatsioon: anioonne polümerisatsioon toimub monomeeridega, millel on elektrone tõmbavad rühmad, nagu nitriil, karboksüül, fenüül ja vinüül.
Katioonne polümerisatsioon: alkoksü-, fenüül-, vinüül- ja 1,1-dialküülasendajatega alkeenid on mõned näited katioonses polümerisatsioonis kasutatavatest monomeeridest.
Algatajad:
Anioonne polümerisatsioon: nukleofiilid, nagu hüdroksiid, alkoksiid, tsüaniid või karbanioon, võivad toimida anioonse polümerisatsiooni initsiaatoritena. Karbanioon võib pärineda metallorgaanilistest liikidest, nagu alküülliitium või Grignardi reaktiiv.
Katioonne polümerisatsioon: elektrofiilsed ained, nagu halovesinikhapped (HCl, HBr, H2SO4, HClO 4) on üks initsiaatorite rühm, mida kasutatakse katioonsetes polümerisatsioonireaktsioonides. Lisaks võivad polümerisatsiooni algatada ka lewise happed (elektronide aktseptorid) ja ühendid, mis on võimelised tootma karboniumioone. Lewise hapete näited on AlCl3, SnCl4, BF3, TiCl 4, AgClO4 ja I2 Lewise happed nõuavad aga kaasinitsiaatorit, näiteks H 2O või orgaaniline halogeenühend.
Mehhanism:
Anioonne polümerisatsioon: anioonne polümerisatsioon nõuab reaktsiooni käivitamiseks initsiaatorit ja polümeeri moodustamiseks monomeeri. Sel juhul käivitab reaktsioonivõimeline anioonne osa reaktsiooni, reageerides monomeeriga. Saadud monomeer on karbanioon, mis seejärel reageerib teise monomeeriga, moodustades uue karbaniooni. Reaktsioon kulgeb monomeeri lisamisega kasvavasse ahelasse samal viisil ja see tekitab polümeeri ahela. Seda nimetatakse "ahela levitamiseks".
Katioonne polümerisatsioon: Reaktiivne katioonne osa käivitab reaktsiooni, sidudes ja kandes üle oma laengu monomeerile. Saadud reaktiivne monomeer reageerib seejärel teise monomeeriga, moodustades polümeeri samamoodi nagu anioonse polümerisatsiooni korral.
Reaktsioonikiirus:
Anioonne polümerisatsioon: anioonsete polümerisatsioonireaktsioonide kiirus on suhteliselt aeglasem kui katioonsete polümerisatsioonireaktsioonide kiirus, kuna anioonse initsiaatori negatiivset laengut saab stabiliseerida mitmete muude teguritega. Kui need ioonid on stabiilsed, muutuvad nad vähem reaktiivseks.
Katioonne polümerisatsioon: katioonsete polümerisatsioonireaktsioonide kiirus on suhteliselt kiirem kui anioonsete polümerisatsioonireaktsioonide kiirus, kuna katioonne initsiaator on väga reaktsioonivõimeline, seda on raske kontrollida ja stabiliseerida.
Rakendused:
Anioonne polümerisatsioon: anioonset polümerisatsiooni kasutatakse mõnede oluliste materjalide, nagu polüdieensünteetiliste kummide, lahustatud stüreen/butadieenkummi (SBR) ja stüreentermoplastsete elastomeeride valmistamiseks.
Katioonne polümerisatsioon: katioonilist polümerisatsiooni kasutatakse polüisobutüleeni (kasutatakse sisekummides) ja polü (N-vinüülkarbasooli) (PVK) tootmisel.
