逐步聚合反应
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逐步聚合反应
逐步聚合反应这是P.J.Flory于20世纪50年代开始倡导对聚合反应进行的分类方法。
逐步聚合反应的重要特点是单体转变成聚合物的化学反应是逐步进行的。
一个并非准确却很形象的例子是若干工人串制珍珠项链的过程。
珍珠是一粒接一粒地被串接成的项链,犹如单体一个接一个地彼此连接形成二聚体、三聚体、虽然工人们串制项链的速度可能不同,犹如众多单体缩合生成的众多分子链的增长速率也存在差异,但是可以想象得到的是:聚合物分子链犹如项链一样是逐步变长的,其相对分子质量一定是逐渐增加的。
实践证明,在逐步聚合反应初期,众多单体之间首先是两两聚合形成二聚体,接着单体与二聚体进一步缩合生成三聚体,进而生成四聚体,与此同时,这些低聚物分子之间的彼此缩合也就使得分子链慢慢变长,相对分子质量逐渐增加。
逐步聚合反应名词解释逐步聚合反应(Step-GrowthPolymerization)是一种特殊的聚合反应,常见的有加成聚合反应(addition polymerization)、删减聚合反应(condensation polymerization)和离子聚合反应(ionic polymerization)。
它可以用来合成有机高分子物质,例如高分子聚乙烯、聚丙烯和聚氨酯等。
它最初由R.C. Kondrat和G.L. Millar 在1951年发明,它利用双重活性端基(difunctional reactants)来产生聚合物,是一种自由基聚合反应的变种。
逐步聚合反应的特点是,在反应过程中产生的聚合物的链中,每个链只能有两种活性端基,因此使得一次反应只能合成一种特定的聚合物,而不能合成混合聚合物。
另外,聚合物的链很容易在反应过程中分解,所以也增加了反应的复杂性。
逐步聚合反应包括三个步骤:活性团间步骤、活性端基间步骤和活性端基与活性端基间步骤。
活性团间步骤是指将双环类化合物,如门多尔二氯化酸(MDL)、尿比汞聚氯乙烯(NPMVL)或二茂铁离子(Fe2+)等,作为原料,以相对较低的温度(100-150C)受热或放射照射进行反应,从而生成特定的活性中间体。
在活性端基间步骤中,双重活性端基分子通过水分解或放射照射的作用而形成多种活性侧链,如芳香族侧链,凡士林侧链等。
最后,活性端基与活性端基间步骤,两种活性侧链可通过自由基聚合或离子聚合等加成反应来合成特定的高分子物质。
在有机高分子材料的合成中,逐步聚合反应具有重要的意义,它是合成多种有机高分子的重要手段,特别是在合成高分子整体结构复杂的情况下,它尤为重要。
而且,由于它所合成的聚合物分子量较低,所以可以用在微纳米尺寸的超分子结构中,为其赋予更好的物理性能和力学结构。
因此,逐步聚合反应被广泛用于有机高分子材料的合成,有着广阔的前景。
为了获得更高质量的聚合物,需要科学家们研究出更好的反应参数,提高反应温度,优化搅拌速度和控制反应过程的PH值,并找出更合适的活性团和活性化合物,以使反应更加有效和高效。
第四节逐步聚合反应一、概述1. 逐步聚合的基本概念逐步聚合反应最基本的特征是在低分子单体转变成高分子的过程中反应是逐步进行的,逐步聚合反应范围广泛。
聚合反应按机理分类包括链式聚合和逐步聚合。
在逐步聚合中,高分子链的增长具有逐步的特性。
缩(合)聚(合)反应和某些非缩聚(类似加聚的)反应属于逐步聚合。
绝大多数缩聚反应都是典型的逐步聚合反应。
聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、酚醛树脂、脲醛树脂、醇酸树脂等都是重要的缩聚物。
许多带有芳杂环的耐高温聚合物,如聚酰亚胺、聚恶唑、聚噻酚等也是由缩聚反应制得。
有机硅树脂是硅醇类单体的缩聚物。
许多天然生物高分子也是通过缩聚反应合成,例如蛋白质是各种α-氨基酸经酶催化缩聚而得;淀粉、纤维素是由糖类化合物缩聚而成,核酸(DNA和RNA)也是由相应的单体缩聚而成。
逐步聚合反应中还有非缩聚型的,例如聚氨酯的合成、由己内酰胺合成尼龙6的反应, 还有象Diels-Alder加成反应合成梯形聚合物等。
这类反应按反应机理分类均属逐步聚合反应,是逐步加成反应。
近二十年来,逐步聚合反应在合成高强度、高模量、耐高温等高性能聚合物新产品方面起到重要作用。
缩聚反应是缩合聚合反应的简称,是缩合反应经多次重复后形成聚合物的过程,在机理上属于逐步聚合反应。
缩聚反应是通过官能团相互作用而形成聚合物的过程2.逐步聚合反应基本特征•是在低分子单体转变成高分子的过程中反应是逐步进行的(1)聚合反应是通过单体功能基之间的反应逐步进行的;(2)每步反应的机理相同,因而反应速率和活化能大致相同;(3)反应体系始终由单体和分子量递增的一系列中间产物组成,单体以及任何中间产物两分子间都能发生反应;(4)聚合产物的分子量是逐步增大的。
最重要的特征:聚合体系中任何两分子(单体分子或聚合物分子)间都能相互反应生成聚合度更高的聚合物分子。
聚合度随时间逐步增长,而转化率在聚合初期即可达到很高,因此表现出与连锁聚合完全不同的规律。
3.逐步聚合反应单体体系逐步聚合反应的基本特点是反应发生在参与反应的单体所携带的官能团上,这类能发生逐步聚合反应的官能团有: -OH、-NH2、-COOH、酸酐、-COOR、-COCl、-H、-Cl、-SO3、-SO2Cl等。
第二章 逐步聚合反应§2.1 概述前面提到,大部分缩聚反应属于逐步聚合机理,因此,以缩聚反应为例来阐述逐步聚合反应的规律和特点,并介绍重要逐步聚合物。
缩聚是基团间的反应,乙二醇和对苯二甲酸缩聚成涤纶聚酯,以及己二酸和己二胺缩聚成聚酰胺-66,都是典型的例子。
nHO(CH2)2OH+n +(2n-1)H 2O 2)22)4CONH(CH 2)6H nHOOC(CH 2)4COOH+nH 2N(CH 2)6NH +(2n-1)H 2O缩聚在高分子合成中占有重要的地位,聚酯、聚酰胺、酚醛树脂、环氧树脂、醇酚树脂等杂链聚合物多由缩聚反应合成。
此外,聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚苯硫醚等工程塑料,聚硅氧烷、硅酸盐等半无机或无机高分子,纤维素、核酸、蛋白质等天然高分子都是缩聚物,可见缩聚反应涉及面很广。
特别是近年来通过缩聚反应制得了许多性能优异的工程塑料和耐热聚合物。
缩聚逐步聚合不论在理论上还是在实践上都发展得很快,新方法、新品种、新工艺不断出现,这一领域十分活跃。
还有不少非缩聚的逐步聚合,如合成聚氨酯的聚加成、制聚砜的芳核取代、制聚苯醚的氧化耦合、己内酰胺经水催化合成尼龙-6的开环聚合等。
这些聚合反应产物多数是杂链聚合物,与缩聚物相似。
§2.2 缩合反应与缩聚反应一、缩合反应——两个官能团间缩掉一小分子进行的化合反应缩合反应的反应物中每个反应物只能有一个官能团。
例如:O H H COOC CH OH CH CH COOH CH 2523233+→+O H CH CONHCH CH NH CH H C COOH CH 23232233+→+O H CH OCH CH CH OH CH CH 22322323+→O H OCOCH CO CH COOH CH 22333+→分别生成酯、酰胺、醚和酸酐。
二、缩聚反应1、缩聚反应的定义由两个或两个以上官能团的单体之间连续、重复进行的缩合反应,即缩合聚合反应,简称缩聚反应。
第七章逐步聚合反应引言(Introduction)绝大多数天然高分子都是缩聚物,例如蛋白质是氨基酸通过酶催化的缩聚反应的生成物,淀粉和纤维素是单糖的缩聚物。
作为生命和物种延续物质基础的核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)也是某些蛋白质分子按照空间特定部位和特殊形态的要求通过缩合反应而生成的。
另一方面,目前广泛使用的许多塑料、化纤、涂料、胶粘剂等都是缩聚物,如聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、酚醛树脂等是缩聚物的典型代表。
1)逐步聚合反应最基本特征是单体转变成高分子是逐步进行的,即单体官能团间相互反应而逐步增长2)逐步聚合反应范围广泛,包括绝大多数的缩聚反应,如聚酯合成,以及非缩聚反应型逐步聚合:聚加成:形式上是加成反应,但反应机理是逐步反应,如聚氨酯的合成开环反应:部分开环反应为逐步反应,如水引发的己内酰胺的开环反应氧化-偶合:单体与氧气的缩合反应,如2,6 -二甲基苯酚和氧气形成聚苯撑氧,也称聚苯醚Diels-Aldel反应:如共轭双烯烃与另一个烯类化合物发生 1,4 加成反应形成聚合物的反应本章内容:缩聚反应单体及分类线形缩聚反应机理线型缩聚动力学影响线型缩聚物聚合度的因素和控制方法分子量分布逐步聚合方法体型缩聚与凝胶点的预测7.1 缩聚反应单体及分类缩聚反应(Polycondensation)定义:是由带有两个或两个以上官能团的单体之间连续、重复进行的缩合反应,是缩合聚合反应的简称。
缩聚反应单体常带有各种官能团:如1. 缩聚反应单体体系官能度(Functionality)定义:是指一个单体分子中能够参加反应的官能团的数目单体的官能度一般容易判断,如醋酸与乙醇的官能度都为1;己二酸与邻苯二甲酸酐的官能度均为2;甘油及季戊四醇的官能度分别为3和4个别单体,反应条件不同,官能度不同,如苯酚:官能度体系> 1-n官能度体系一种单体的官能度为1,另一种单体的官能度大于1,即 1-1、1-2、1-3、1-4体系,只能得到低分子化合物,属缩合反应。