Kationiese Viniel Polimerisasie
Kationiese viniel polimerisasie is nog 'n manier om polimere van monomere wat koolstof-koolstof dubbelbindings bevat, te maak. Kommersiëel word dit gebruik vir die vervaardiging van poliïsobutileen.
In kationiese viniel polimerisasie is die inisiëerder 'n katioon, d.w.s. 'n ioon wat elektries positief gelaai is. Dit word gewys as A+ in die figure. 'n Elektronpaar, negatief gelaai, van die koolstof-koolstof dubbelbinding sal aangetrek word na die katioon, en sal die dubbelbinding verlaat om 'n enkelbinding te vorm met die inisiëerder, soos hier aangedui. Dit laat natuurlik die vorige dubbelbinding met te min elektrone, en dra dus 'n positiewe lading. Die nuwe katioon sal nou reageer met 'n tweede monomeer molekule, op presies dieselfde wyse as wat die inisiëerder met die eerste monomeer gereageer het. Dit sal aanhou gebeur totdat 'n hoë molekulêre gewig bereik is, hoog genoeg sodat die polimeer bruikbaar kan wees.
Baie kere begin dinge 'n bietjie op 'n meer gekompliseerde manier as wat dit nou beskryf is. Gewoonlik is die inisiëerder iets soos aluminium trichloried, AlCl3. As jy die oktet reël ken, sal jy weet dat al die atome in die tweede ry van die periodieke tabel verkies om ag elektrone in hul buitenste elektronvlak te hê. Die aluminiumatoom in AlCl3 deel egter elektronpare met slegs drie ander atome, wat dit dus twee kort laat van die gesogte oktet elektrone. Dit het dus 'n hele vakante orbitaal, wat gereed staan om enige iets daarin te ontvang. Gelukkig is daar altyd 'n klein bietjie water teenwoordig in die sisteem, met 'n suurstofatoom wat twee ongedeelde elektronpare beskikbaar het. Dit doneer dan 'n elektronpaar aan die aluminiumatoom, om 'n AlCl3 en H2O kompleks te vorm.
Suurstof, aangesien dit baie elektronegatief is, sal neig om die elektrone wat dit deel met die waterstofatome na homself aan te trek, wat die waterstofatome dus met 'n parsiële positiewe lading sal los. Dit maak hulle dus gereed vir aanval deur 'n paar elektrone van die dubbelbinding van 'n monomeermolekule. Die monomeer kan dus op hierdie wyse 'n waterstof verkry, en homself 'n katioon maak, met die AlCl3/H2O kompleks wat dan die teenioon word in die vorm van AlCl3OH-. Hierdie hele proses waar die kompleks vorm en reageer met 'n monomeermolekule, word inisiasie genoem.
Kliek hier om 'n film te sien van hierdie inisiasie reaksies.
Wel, jy kan nou sien dat ons 'n nuwe katioon het na al die reaksies. 'n Karbokatioon, om presies te wees ('n koolstof katioon). Karbokatione is baie onstabiel, aangesien die koolstofatoom slegs 6 elektrone in sy valensvlak het. Die karbokatioon sal dus omtrent enige iets doen om die nodige twee elektron te vind om sy oktet te vul.
Die naaste beskikbare elektrone is dan nou ook weer in die dubbelbinding van 'n monomeermolekule (onthou daar is twee elektronpare in die dubbelbinding). So, die karbokatioon neem die elektrone, en vorm dus so 'n enkel binding met die monomeermolekule. Dit genereer ook weer 'n nuwe karbokatioon, soos jy hier onder kan sien. Dit kan natuurlik nou weer met 'n volgende monomeer reageer, en so voorts. Uiteindelik kry ons 'n lang polimeerketting.
Hierdie proses, waar monomeer na monomeer aan die ketting gevoeg word, word kettinggroei genoem.
Maar hoe eindig dit? Hoe word die siklus van die addisie van nog monomere tot die groeiende polimeerketting dan gestop? Die mees algemene wyse is as volg. Neem as voorbeeld 'n groeiende ketting poliïsobutileen. Die metielgroepe verbind aan die karbokatioon het 'n klein probleempie: waterstofatome! Die waterstofatome op hierdie metielgroepe sal sonder veel oortuiging wegbreek en met ander molekules reageer. Dit sal veral gebeur as hulle naby aan 'n molekuul van die monomeer, isobutileen, kom. Aangesien hulle omgewing 'n tekort het aan elektrone (die karbokatioon), sal die waterstowwe baie maklik deur 'n elektronpaar van die koolstof-koolstof dubbelbinding van die monomeer aangeval word. As al die elektrone klaar gerangskik het, soos aangedui deur die pyltjies, sal ons eindig met 'n neutrale polimeerketting met 'n dubbelbinding op sy punt, en 'n nuwe katioon, gevorm uit die isobutileenmolekule. Aangesien die polimeerketting se punt nou neutraal is, sal dit nie verder reageer en groei nie. Maar die nuwe katioon kan nou weer 'n nuwe ketting begin, net soos die inisiëerder aan die begin. Hierdie proses word kettingoordrag genoem. Dit gebeur in vrye radikaal polimerisasies, en ook ander tipes polimerisasies.
Hierdie spesifieke tipe kettingoordragsreaksie word kettingoordrag na die monomeer genoem. Maar daar is nog 'n tipe kettingoordrag. Om dit te verstaan, is dit goed om te onthou dat daar vir elke katioon wat bestaan, ook 'n anioon in die reaksiemengsel is. Onthou jy nog die AlCl3OH- ioon? Wel, katione en anione reageer met mekaar, en dit kan problematies wees as ons wil hê die katioon moet met iets anders, soos 'n monomeermolekule, reageer. Kom ons kyk hoe dit gebeur.
Wanneer die kationiese inisiëerder reageer, vorm dit 'n groeiende kationiese ketting, en die ou anioon van die inisiëerende katioon word nou die anioon van die groeiende polimeerketting. Onthou dat die anione het 'n elektrone wat nie in 'n binding gebruik word nie. Hierdie elektrone sal elke nou en dan 'n waterstof aanval op 'n metielgroep langs die karbokatioon. Onthou jy nog hierdie waterstofatome? Wel, hulle kan ook met die ongepaarde elektrone van die suurstofatoom (van die anioon) reageer op presies dieselfde wyse as voorheen, om 'n dooie polimeerketting te los, met 'n dubbelbinding aan sy punt. Gelukkig word die AlCl3/H2O kompleks geregenereer, en kan dit weer 'n nuwe polimeerketting aan die groei sit. Dit is dus nog 'n voorbeeld van 'n kettingoordrag reaksie.
Natuurlik gebeur dinge nie altyd so maklik nie. Soms gebeur dit dat die ongepaarde elektrone van die chlooratoom sal reageer, nie met die waterstofatome nie, maar met die karbokatioon self. Dit verlaat dus die teenioon, en word deel van die polimeer. Die polimeer eindig dus nou op 'n ander eindpunt as voorheen, 'n chlooratoom, en 'n AlCl2OH kompleks vorm wat nie 'n nuwe polimeerketting tot gevolg sal hê nie.
Hierdie proses word terminering genoem, aangesien geen nuwe kettings begin word nie. Dit is die laaste van die drie hoof stappe in enige kettinggroei polimerisasie. As terminering plaasvind, is die polimerisasie oor.