Hauptunterschied – anionische vs. kationische Polymerisation
Anionische Polymerisation und kationische Polymerisation sind zwei Arten von Kettenwachstumspolymerisationsreaktionen, die zur Synthese verschiedener Arten von Polymeren verwendet werden. Diese beiden Reaktionen haben den gleichen Reaktionsmechanismus, aber der Reaktionsstarter ist unterschiedlich. Anionische Polymerisationsreaktionen werden durch eine aktive anionische Spezies initiiert, während die kationischen Polymerisationsreaktionen durch eine aktive kationische Spezies initiiert werden. Dies ist der Hauptunterschied zwischen anionischer und kationischer Polymerisation. Diese beiden Polymerisationsreaktionen sind empfindlich gegenüber dem verwendeten Lösungsmittel.
Was ist anionische Polymerisation?
Anionische Polymerisation ist eine Kettenwachstumsreaktion, die von einem Anion ausgeht. Bei der anionischen Polymerisation werden verschiedene Arten von Initiatoren verwendet. Diese Reihe von Reaktionen findet in drei Schritten statt: Initiierung, Kettenfortpflanzung und Kettenabbruch. Diese Polymerisationsreaktionen werden durch nukleophile Addition an die Doppelbindung des Monomers initiiert. Daher sollte der in der Reaktion verwendete Initiator ein Nucleophil sein.
Initiierung durch starkes Anion
Was ist kationische Polymerisation?
Kationische Polymerisation kann als eine weitere Kategorie von Kettenwachstumspolymerisationsreaktionen angesehen werden. Ein Kation initiiert diese Reaktion, indem es seine Ladung auf ein Monomer überträgt, was dann zur Bildung einer reaktiveren Spezies führt. Als nächstes reagiert das reaktive Monomer ähnlich mit anderen Monomeren, um ein Polymer zu bilden. Es gibt nur eine begrenzte Anzahl von Monomeren, die die kationische Polymerisationskettenreaktion erleichtern können. Olefine mit elektronenspendenden Substituenten und Heterocyclen sind für diese Art von Reaktionen geeignet.
Initiierung durch Protonen
Was ist der Unterschied zwischen anionischer und kationischer Polymerisation?
Beispiele für Initiatoren und Monomere:
Monomere:
Anionische Polymerisation: Anionische Polymerisation findet mit Monomeren mit elektronenziehenden Gruppen wie Nitril, Carboxyl, Phenyl und Vinyl statt.
Kationische Polymerisation: Alkene mit Alkoxy-, Phenyl-, Vinyl- und 1,1-Dialkylsubstituenten sind einige Beispiele für Monomere, die bei der kationischen Polymerisation verwendet werden.
Initiatoren:
Anionische Polymerisation: Nucleophile wie Hydroxide, Alkoxide, Cyanide oder ein Carbanion können als Initiatoren bei der anionischen Polymerisation wirken. Das Carbanion kann von metallorganischen Spezies wie Alkyllithium oder Grignard-Reagenz stammen.
Kationische Polymerisation: Elektrophile Mittel wie Halogenwasserstoffsäuren (HCl, HBr, H2SO4, HClO 4) sind eine Gruppe von Initiatoren, die in den kationischen Polymerisationsreaktionen verwendet werden. Darüber hinaus können auch Lewis-Säuren (Elektronenakzeptoren) und Verbindungen, die Carboniumionen erzeugen können, die Polymerisation initiieren. Beispiele für Lewis-Säuren sind AlCl3, SnCl4, BF3, TiCl 4, AgClO4 und I2 Lewis-Säuren erfordern jedoch einen Co-Initiator wie H 2O oder eine organische Halogenverbindung.
Mechanismus:
Anionische Polymerisation: Anionische Polymerisation erfordert einen Initiator, um die Reaktion zu starten, und ein Monomer, um das Polymer zu bilden. In diesem Fall initiiert eine reaktive anionische Spezies die Reaktion durch Reaktion mit einem Monomer. Das resultierende Monomer ist ein Carbanion, das dann mit einem anderen Monomer reagiert, um ein neues Carbanion zu bilden. Die Reaktion verläuft durch Zugabe eines Monomers zur wachsenden Kette auf die gleiche Weise, wodurch die Polymerkette entsteht. Dies wird als „Kettenausbreitung“bezeichnet.
Kationische Polymerisation: Eine reaktive kationische Spezies initiiert die Reaktion, indem sie ihre Ladung an ein Monomer bindet und auf dieses überträgt. Das resultierende reaktive Monomer reagiert dann mit einem anderen Monomer, um ein Polymer auf die gleiche Weise wie bei der anionischen Polymerisation zu bilden.
Reaktionsrate:
Anionische Polymerisation: Die Geschwindigkeit der anionischen Polymerisationsreaktionen ist relativ langsamer als die der kationischen Polymerisationsreaktionen, da die negative Ladung des anionischen Initiators durch mehrere andere Faktoren stabilisiert werden kann. Wenn diese Ionen stabil sind, werden sie weniger reaktiv.
Kationische Polymerisation: Die Geschwindigkeit der kationischen Polymerisationsreaktionen ist relativ schneller als bei anionischen Polymerisationsreaktionen, da der kationische Initiator sehr reaktiv und schwer zu kontrollieren und zu stabilisieren ist.
Anwendungen:
Anionische Polymerisation: Die anionische Polymerisation wird verwendet, um einige wichtige Materialien wie Polydien-Synthesekautschuke, Lösungs-Styrol/Butadien-Kautschuke (SBR) und thermoplastische Styrol-Elastomere herzustellen.
Kationische Polymerisation: Die kationische Polymerisation wird bei der Herstellung von Polyisobutylen (verwendet in Schläuchen) und Poly(N-vinylcarbazol) (PVK) verwendet.
