پلیمریزاسیون آنیونی

کلمات کلیدی:
آنیون،
کاتیون،
پلیمریزاسیون زنده،
پیوند کووالانسی،
اختتام

پلیمریزاسیون وینیلی آنیونی، روشی برای تهیه‌ی پلیمرها از مولکول‌های کوچکی است که دارای پیوند دوگانه‌ی کربن- کربن می‌باشند. این روش، نوعی از پلیمراسیون وینیلی است. در پلیمریزاسیون آنیونی، فرآیند توسط یک شروع‌کننده آغاز می‌گردد، که در این مورد، شروع‌کننده یک آنیون، یعنی یک یون با بار الکتریکی منفی، است.

در پلیمریزاسیون وینیلی آنیونی، از شروع‌کننده‌های مختلف بسیار زیادی استفاده می‌شود، ولی متداول‌ترین آنها، مولکول کوچک ساده‌ای به نام بوتیل‌لیتیم است.

همیشه مقدار کمی از بوتیل لیتیم تجزیه می‌شود و در اثر تجزیه، یک کاتیون لیتیم مثبت و یک آنیون بوتیل منفی به دست می‌آید. چنین آنیون‌هایی را که در آنها بار منفی روی اتم کربن است، کربانیون می‌نامیم.

آنیون بوتیل یک جفت از الکترون‌های خود را به یکی از اتم‌های کربن پیوند دوگانه‌ی مونومر می‌دهد. این اتم کربن از قبل، هشت الکترون در لایه‌ی ظرفیت خود داشته و آنها را با اتم‌های متصل به خود، به اشتراک گذاشته بوده است. بنابراین حالا یک زوج از این الکترون‌ها، و به طور مشخص، زوجی که در پیوند دو گانه­ی کربن-کربن شرکت داشته است، اتم کربن را ترک می‌کند و روی اتم کربن دیگر پیوند دو گانه‌ی کربن-کربن می‌نشیند. بدین طریق، کربانیون جدیدی شکل می‌گیرد که بار منفی آن روی همین اتم کربن است. فرآیندی که در آن بوتیل لیتیم تفکیک می‌شود، و آنیون بوتیل با یک مونومر واکنش می‌دهد، شروع نامیده می‌شود.

برای دیدن فیلمی از واکنش‌های شروع، اینجا کلیک کنید.

حال، کربانیون تشکیل شده درست به همان صورت که شروع‌کننده با مونومر واکنش داد، با یک مونومر دیگر وارد واکنش می‌شود و بدین صورت کربانیون دیگری تولید می‌گردد. این روند ادامه پیدا می‌کند، و هر بار مونومر دیگری به زنجیر در حال رشد اضافه می‌شود و آنیون جدیدی تولید می‌شود که به یک مونومر دیگر اجازه‌ی اتصال به زنجیر را می‌دهد. و به این ترتیب زنجیر پلیمری رشد می‌کند. به این روند اضافه شدن مونومرها، یکی پس از دیگری، انتشار گفته می‌شود.

برای دیدن فیلمی از واکنش‌های انتشار، اینجا کلیک کنید.

زنجیری که نمی‌میرد!

شما ممکن است احساس کنید که این فرآیند نمی‌تواند تا ابد ادامه پیدا کند و چیزی باید آن را متوقف کند. نکته‌ی جالب همین جاست، که این فرآیند متوقف نمی‌شود! در بسیاری از موارد تنها عاملی که از پیوستن مونومرها به زنجیر در حال رشد جلوگیری می‌کند، این است که در نهایت، مونومری در ظرف واکنش باقی نمی‌ماند که اضافه شود! و حتی اگر کسی، پس از مدتی، مقدار دیگری مونومر در ظرف بریزد، آنها نیز به زنجیر متصل می‌شوند و زنجیر کمی دیگر رشد خواهد کرد! بعضی زنجیرهای پلی‌استایرن بدین گونه تا چندین سال فعال باقی می‌مانند. برای متوقف کردن ادامه‌ی واکنش، ماده‌ای مانند آب که با کربانیون واکنش می‌دهد، باید به پلیمر افزوده شود. چنین سیستم‌هایی پلیمراسیون آنیونی زنده نامیده می‌شوند. این امر به ما اجازه می‌دهد که کارهای جالبی انجام دهیم…

برای دیدن فیلمی از این واکنش، اینجا کلیک کنید.

یک ایده‌ی جالب: حالا که این ظرف پر از پلیمر تا سال‌ها فعال می‌ماند، و هر مونومر اضافه شده به ظرف به زنجیرهای زنده‌ی پلیمر می‌پیوندد، چرا به جای افزودن همان نوع مونومر به محلول حاوی پلیمر زنده، از مونومری متفاوت استفاده نکنیم؟ نتیجه‌ی این کار پلیمری است که زنجیر‌های آن شامل یک بخش بلند از یک نوع پلیمر، و بخش دومی از پلیمر دیگر می‌باشد. چنین پلیمرهایی، کوپلیمرهای قطعه‌ای (بلوکی) نامیده می‌شوند. به عنوان مثال، محلولی از زنجیر‌های زنده‌ی پلی‌استایرن با مونومر بوتادین وارد واکنش می‌شوند تا یک کوپلیمر قطعه‌ای استایرن-بوتادین به وجود آورند. با به کار بردن چند ترفند دیگر می‌توانیم کوپلیمر سه قطعه‌ای استایرن-بوتادین-استایرن را بدست آوریم. می‌خواهید بدانید چگونه این کار صورت می‌گیرد؟ برای رسیدن به پاسخ این سؤال، اینجا کلیک کنید.