Polimerización

Clasificación de polimerizaciones

La polimerización (también llamada reacción de formación de polímeros , de acuerdo con la polimerización IUPAC ) es un término colectivo general para las reacciones de síntesis que convierten monómeros similares o diferentes en polímeros . La palabra polirreacción se usa ocasionalmente en la literatura en lengua alemana como un término colectivo para las polimerizaciones técnicas .

Las reacciones de polimerización técnica se utilizan principalmente para la síntesis de plásticos ; se pueden dividir en polimerización en cadena y reacciones de crecimiento por etapas .

• Las polimerizaciones en cadena (también llamadas reacciones de crecimiento en cadena en la literatura inglesa ) tienen lugar a través de un extremo de cadena activo . Se pueden dividir en polimerizaciones radicales, catiónicas, aniónicas y de cadena coordinativa.
• Las reacciones de crecimiento escalonado ( llamadas polimerización de crecimiento escalonado en la literatura inglesa ) tienen lugar mediante policondensación (también llamadas polimerizaciones por condensación ) o poliadición (también llamadas polimerizaciones por adición ).

Las reacciones de polimerización biológica proceden de acuerdo con mecanismos completamente diferentes y son mucho más complejas, ver sección Polimerización biológica .

término

Los malentendidos a menudo surgen debido a la elección inconsistente de palabras y definiciones de términos en la literatura especializada en alemán e inglés, así como al uso de términos en la literatura que a menudo se desvían de las propuestas de la IUPAC . En la literatura alemana (y especialmente más antigua), la polimerización a menudo solo se refiere a la polimerización en cadena . Sin embargo, cada vez más se sigue la propuesta de la IUPAC y el término polimerización se utiliza como término genérico para cualquier reacción de formación de polímero, como es el caso de este artículo.

El término polimerización en cadena (IUPAC polimerización en cadena ) se encuentra en la literatura alemana - en contraste con la polimerización palabra clásico (véase desambiguación) - en gran parte compatible IUPAC.

El término polirreacción se usa ocasionalmente como sinónimo de polimerización en el sentido moderno (definido aquí) para tener una alternativa al término usado de manera ambigua.

Clasificación

Las reacciones de formación de polímeros generalmente proceden de compuestos de partida de bajo peso molecular (monómeros) a moléculas de alto peso molecular de cadena larga, a menudo ramificadas ( macromoléculas ). En la química de los plásticos, el curso del crecimiento durante la formación del polímero es importante y puede dividirse en crecimiento de cadena y crecimiento escalonado.

Reacción de crecimiento en cadena

Curso esquemático de una reacción de crecimiento en cadena con conversiones en porcentaje. Incluso con pequeñas ventas, las macromoléculas ya no están creciendo.

En crecimiento de la cadena ( polimerización en cadena ), después de una reacción de inicio (iniciación), hay una continua unión de monómeros (M) para la cadena de polímero en crecimiento, que ha surgido a partir de i unidades de monómero (P _i ):

P _yo + M → P _{yo +1}

En esta ecuación, puedo tener todos los valores enteros 2, ya que no se debe hacer distinción entre dímeros, oligómeros o polímeros. Tal crecimiento ocurre cuando solo la cadena de polímero en crecimiento lleva la funcionalidad de activación de la reacción. Puede ser un radical (polimerización de cadena de radicales), un catión (polimerización de cadena catiónica), un anión (polimerización de cadena aniónica) o un complejo coordinativo (polimerización de cadena coordinativa). La formación de los polímeros tiene lugar como una reacción en cadena (no ramificada) . Como resultado de este crecimiento, se forman macromoléculas incluso con conversiones muy bajas y están presentes grandes cantidades de monómeros sin cambios.

Reacción de crecimiento escalonado

El crecimiento escalonado se produce cuando los monómeros portan al menos dos grupos funcionales, ambos independientemente reactivos; no proceden como reacciones de crecimiento en cadena. Durante este crecimiento, solo se forman dímeros, trímeros y oligómeros a conversiones bajas y medias. Los productos de alto peso molecular solo se forman cuando los grupos funcionales se convierten casi por completo. En la siguiente figura, los monómeros se simbolizan como círculos.

Los segmentos verdes de los círculos representan dos grupos funcionales reactivos que llevan todos los monómeros al comienzo de la reacción (conversión del 0%). Con una conversión del 25%, esencialmente solo se han formado dímeros; los grupos reactivos se han combinado para formar un enlace químico. Incluso con una conversión del 75%, solo están presentes oligómeros. Es necesaria una conversión casi completa para formar compuestos de alto peso molecular. El crecimiento escalonado se puede dividir en poliadición y policondensación.

Poliadición

En el caso de la poliadición (polimerización por adición, IUPAC: poliadición), el crecimiento tiene lugar mediante reacciones de adición . En primer lugar, los monómeros (M) forman dímeros (P ₂ ) y trímeros (P ₃ ):

M + M → P ₂

P ₂ + M → P ₃

A medida que avanza el crecimiento, los aductos con cualquier grado de polimerización reaccionan entre sí. En la ecuación de reacción, i y j pueden tener todos los valores enteros ≥ 2.

P _yo + P _j → P _{yo + j}

Policondensación

La policondensación (polimerización por condensación, IUPAC: policondensación) tiene lugar mediante reacciones de condensación . Por lo tanto, en cada reacción, una molécula (L), como p. Ej. B. agua, sepárate. El progreso del crecimiento es similar a la poliadición:

M + M → P ₂ + L

P ₂ + M → P ₃ + L

P _yo + P _j → P _{yo + j} + L

Curso de crecimiento de la cadena

Representación esquemática de polirreacciones: curso del grado medio de polimerización con conversión creciente .${\ Displaystyle {\ overline {P}}}$${\ Displaystyle U}$

El grado medio máximo de polimerización se alcanza en la polimerización en cadena (1) incluso con bajas conversiones; el rápido crecimiento se detiene mediante reacciones de terminación. Hay una mezcla del polímero (deseado) y muchos monómeros. En el curso de la reacción, una nueva iniciación vacilante (propagación) da como resultado la formación de nuevas cadenas poliméricas de nuevo crecimiento rápido, que pueden conducir a conversiones completas de los monómeros. En la etapa de polimerización (2), solo se forman oligómeros a medida que avanza la conversión. El grado medio máximo de polimerización solo se alcanza cuando la conversión está casi completa. En la polimerización viva (3), un caso especial de polimerización en cadena, el grado de polimerización aumenta continuamente hasta el grado medio máximo de polimerización, ya que ninguna reacción de terminación detiene el crecimiento. ${\ Displaystyle {\ overline {P}} _ {\ text {max}}}$

Comparación de las respuestas de crecimiento
Reacción de crecimiento en cadena	Reacción de crecimiento escalonado
Una cadena en crecimiento solo reacciona con monómeros.	Los monómeros, dímeros y oligómeros reaccionan entre sí.
El grado de polimerización es casi independiente de la conversión.	El grado de polimerización depende de la conversión.
La mezcla de reacción contiene monómeros, macromoléculas que ya no crecen y algunas cadenas en crecimiento.	La mezcla contiene monómeros, oligómeros y polímeros con diferentes longitudes de cadena.
Si la conversión es pequeña, ya existen polímeros con cadenas largas.	Los polímeros con cadenas largas solo se forman a alta conversión.
Se requiere un iniciador o un catalizador especial para iniciar el crecimiento de la cadena.	No se requiere iniciador para iniciar una reacción de crecimiento.
El crecimiento de una cadena se termina mediante una reacción de terminación, a menos que sea una polimerización viva.	No hay reacciones de terminación.

Polimerizaciones biológicas

En los seres vivos , las reacciones de polimerización se utilizan, entre otras cosas, para sintetizar ADN y proteínas . Proceden de acuerdo con mecanismos diferentes y mucho más complejos que los enumerados anteriormente. Suelen contener una formación compleja temporal con una matriz . En la biosíntesis de proteínas, por ejemplo, el ARNm sirve como molde que forma un complejo con los ribosomas . La secuencia de la plantilla se transfiere luego al polímero recién formado. Los mecanismos extremadamente complejos permiten un alto grado de control sobre el polímero final.

Hasta ahora, las reacciones de polimerización biológica sólo se han hecho técnicamente útiles en unos pocos casos, por ejemplo en la reacción en cadena de la polimerasa o en la polimerización enzimática de polímeros técnicos.

Evidencia individual

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