自由基与有机金属化学
自由基链式增长聚合
怎样把成千上万个微小而相同的分子变成一条长长的塑料链?靠一个自由基,重复成千上万次。自由基链式增长聚合就是制造聚乙烯、聚苯乙烯、PVC 和丙烯酸类等日常塑料的反应:一个自由基加到一个 C=C 双键上,生成一个更长的新自由基,它再加到下一个分子上,如此往复,链当真是一次长一个单元地生长。
这是放大了的自由基链式机理。引发:一个引发剂(比如受热均裂的过氧化物)生成第一个自由基,它加到一个单体(像乙烯或苯乙烯这样的小烯烃)的双键上,把单体本身也变成一个自由基。增长:这个自由基加到下一个单体的双键上,在新的链端再生出一个自由基,如此重复成百上千次,因此每加上一个单元链就延长一个单体。终止:两条增长中的链相遇并结合(或一条从另一条上夺取一个氢),结束生长。链式增长与逐步增长相比的关键特征是:长链即便在早期也能很快形成,因为只有为数不多的活性自由基端在反应,而不是随机配对的单体在反应。
这一个机理支撑着世界上一大部分塑料。两个实用的调节杆直接来自自由基化学:引发剂(启动更多的链)和抑制剂或抗氧化剂(杀掉游离的自由基,这正是为什么要往单体里加稳定剂,以免它们在货架上就自行聚合)。自由基链既快又宽容,但很难精确控制,所以链长是以一个分布、而非单一确切尺寸出现,这是该方法的一个真实局限。
把乙烯(CH2=CH2)和过氧化物引发剂一起加热,就能造出聚乙烯:自由基不断加上单体,于是链读作 ...-CH2-CH2-CH2-CH2-... 长达数千个单元,这就是牛奶瓶和购物袋里的那种塑料。
一个自由基把单体一个接一个地加上去,一次一个单元地长出一条聚合物链。
链式增长(自由基的,每次往活性端加一个单体)不同于逐步增长 / 缩聚(任意两个片段都能结合,常常脱去一个像水那样的小分子),别把两者混为一谈。
又称
另见