Halogenbindingsmedieret metalfri kontrolleret kationisk polymerisation

Kemikere ved Nagoya Institute of Technology (NITech) rapporterer om en metalfri metode til at kontrollere kationisk polymerisering, der giver en ny ramme for industrielle polymerer af højere kvalitet, der kan anvendes på halvledere og biomaterialer. Reaktionen afhænger af svag halogenbinding og tilsætning af en lille mængde ammoniumsalt for at producere lang, homogene polymerer. Undersøgelsen kan læses i Kemi - Et europæisk tidsskrift .

Polymeren syntetiseres ved kationisk polymerisation, som et eksempel, gennem en reaktionsproces, der sammen med vinylmolekylet kræver kombinationen af ​​en katalysator og en initiator kaldet et initieringssystem.

"Metalhalogenidkatalysatorer er godt undersøgt i kationisk polymerisation, men de skaber urenheder, der er ansvarlige for farvning og nedbrydning af polymerer. Der er stor efterspørgsel efter metalfri initieringssystemer, " siger lektor Koji Takagi, hvem der først var forfatter til undersøgelsen.

Udfordringen ved kationisk polymerisation er at fremstille en lang polymer, der er homogen uden tilsætning af metalbaserede katalysatorer. Katalysatorernes rolle er at abstrahere en anion fra initiatoren, såsom et halogenid, der reversibelt interagerer med katalysatoren og polymerformeringsenden. Af denne grund, svag binding foretrækkes, da der ellers kan forekomme bivirkninger, der kompromitterer homogeniteten og størrelsen af ​​producerede polymerer. I den nye undersøgelse, Takagi og hans kolleger viser, at chlorid gør det bedste halogenid, da den danner passende svage halogenbindinger med en 2-iodimidazolium-katalysator.

"2-iodimidazolium-komponenten er et krav for katalysatoren, hvis vi vil polymerisere isobutylvinylether (IBVE), " han sagde, taler om de første vinylforbindelser, der blev brugt til at demonstrere kationisk polymerisation.

Forskerne fandt ud af, at hvis andre halogenider blev brugt i initiatorstrukturen, så ville noget af katalysatoren nedbrydes, til dels på grund af styrken af ​​halogenbindingen.

Den chloridanion, der blev brugt i hans initiator, kunne skifte frem og tilbage mellem katalysatoren og udbredelsesenden af ​​IBVE effektivt, således generere en polymer med stor molekylvægt og snæver molekylvægtfordeling.

Undersøgelsen viser endvidere den ideelle temperatur (-10 oC) og koncentrationerne af initieringssystemet til reaktionen (10 mM hver). Disse tilstande minimerede bivirkninger, der risikerede at kompromittere molekylvægten og molekylvægtfordelingen.

Endelig, kontrollerbarheden af ​​kationisk polymerisation kunne forbedres med tilsætning af en lille koncentration af ammoniumsalt.

"Tilsætning af ammoniumsalt gav os mulighed for at ændre polymerisationshastigheden og molekylvægtfordelingen, " sagde Takagi.

Samlet set, han bemærker, at processen har et stort antal attraktive funktioner til polymersyntese, og udvide anvendelsen af ​​polymeren til elektriske og biomaterialer.