Yeni Çevre Dostu Polimerizasyon Yöntemi
Fotoğraf: Halojen bağlayıcı organokatalizörler (R-Hal-B), oda sıcaklığında vinil (R-Cl) monomerlerinin canlı katyonik polimerizasyonunu kolaylaştırarak, iyi miktarda saf verim sağlayarak, endüstri için düşük maliyetli ve çevre dostu vinil polimerizasyonu reaksiyonları elde etmenin önünü açıyor.
Çağdaş dünyada, geneli oluşturan plastiklerden, çalışmasını sağlayan elektronik çiplere kadar birçok malzeme polimerlerden üretiliyor. Her yerde bulunmaları ve dünyamızın gelişen gereksinimleri göz önünde bulundurulduğunda, bunları üretmek için daha iyi ve verimli yollar bulma, devam eden bir araştırma konusu. Ayrıca, mevcut çevre sorunları, çevre dostu yöntemlerin ve girdi malzemelerinin kullanılmasını zorunlu hale getiriyor.
Japonya’daki Nagoya Institute of Technology’den bilim insanların yaptığı son araştırmalar, 1980’lerden beri var olan başarılı polimerizasyon tekniğini yeni bir boyuta taşıyor: polimer zincir büyümesinin monomer tüketilene kadar sona erme yeteneğine sahip olmadığı canlı katyonik polimerizasyon. Bilim insanları, ilk kez, plastiklerde yaygın şekilde kullanılan polimerlerden ikisi olan vinil ve stiren polimerleriyle oda sıcaklığında gerçekleşecek bu reaksiyon için metal içermeyen organokatalizi sundular. Metodları, mevcut metal bazlı yöntemlerden daha verimli olmanın yanı sıra, çevre dostu. Çalışmaları, Royal Society of Chemistry’nin dergisi Polymer Chemistry’de yayımlandı.
Araştırmalarında, ilk önce, iyonik olmayan ve birden fazla bağ oluşturabilen, multidentat, (yani birkaç elektron çifti kabul edebilen) halojen bağlayıcı organokatalizörlerin, özellikle iki iyot taşıyan polifloro sübstitüeli oligoarenin izobutil vinil eterin canlı katyonik polimerizasyonuna uygulanabilirliğini test ettiler. Çalışmanın baş araştırmacısı olan Dr. Koji Takagi, bunu seçmelerinin nedenlerinden biri olarak, şunu söylüyor: “İyonik olmayan karakteristik avantajlıdır, çünkü katalizör, vinil monomerlerin polimerizasyonu için daha uygun olan toluen gibi daha az polar olan çözücülerde çözünür.”
Üç bağ oluşturan (tridentat) varyantla, reaksiyonun, katalizör ayrışmadan veya üründe bir kirlilik olmadan, oda sıcaklığında bile sorunsuz bir şekilde gerçekleştiğini ve makul bir sürede, teorik sınırdan daha az olsa da iyi bir verim sağladığını buldular. Dr. Takagi’nin açıkladığı gibi, bu endüstride kullanılan mevcut metalik katalizörlere karşı iyi bir avantaj olabilir: “Metal bazlı katalizörler, geçtiğimiz yüzyılda malzeme bilimlerine önemli ölçüde katkıda bulunurken, kalan metalik safsızlıklar, genellikle üretilen malzemelerin kullanım ömrü ve performansında bir azalmaya neden oluyor. Bu bulgunun, oldukça saf ve güvenilir polimerik malzemelerin üretimine yardımda bulunacağına inanıyoruz.”
Dr. Takagi bunu söylerken elbette çalışmadaki diğer önemli bulguya da atıfta bulunuyor. Çalışmalarının ikinci kısmında, pozitif yüklü gruba eşlik eden negatif iyonlar olan, çeşitli karşı anyonlarla iyonik iyodoimidazolyum katalizörlerinin, p-metoksistiren (pMOS) ve ondan daha zor polimerize olan sübstitüe edilmemiş stirenin polimerizasyonuna uygulanabilirliği değerlendiriliyor.
pMOS, oda sıcaklığında iki saat içerisinde, triflat karşı anyona sahip bir bidentat 2-iyodoimidazolium tuzunun katalizör ayrışması olmadan, kolayca polimerize edildi. Sübstitüe edilmemiş stiren, -10°C’de 24 saat içerisinde reaksiyonla, anyon stabilize edici ve büyük karşı iyon içeren bir katalizör kullanılarak, maksimum polimer verimi verdi.
Elde edilen ürünlerden bahsetmişken, Dr. Takagi, “Üretilen polimerler herhangi bir özel amaca yönelik olmasa da, metodolojimizin, pratik kullanım için düzenleneceklerse, metalik safsızlıklar içermemesi gereken iletken polimerlerin ve bozunabilir polimerlerin sentezine uygulanması bekleniyor.” diyor.
Doğrusu, çeşitli uygulamalar için polimerik malzemelerin daha verimli üretimi ile ilerlemede keşifler paha biçilemezler. Diğer bir yandan, organokatalizörlerin oda sıcaklığında başarılı bir şekilde kullanılması birçok diğer avantajı da ortaya çıkarıyor. İlki, iyonik katalizörlerin nispeten higroskopik doğasının bu tür kontrollü polimerizasyon reaksiyonlarına yol açtığı yeri gelince ciddi olan bu problemi dikkate alarak, organokatalizörler neme ve oksijene duyarlılıktan yoksunlardır. Bununla birlikte, kolayca elde edilebilirler ve bu nedenle düşük maliyetlidirler. Ayrıca, çevre için toksik değildirler. Reaksiyonlar oda sıcaklığında yürütüldüklerinde enerji gereksinimleri de oldukça düşüktür.
Bu çalışma, gelecekte çevre dostu malzemelerden sürdürülebilir yollarla üretilecek düşük maliyetli elektroniklerin önünü açıyor.
Kaynak: phys.org
