Många material i den moderna världen - från plasten som dominerar den till de elektroniska chips som driver den - är konstruerade av polymerer. Med tanke på deras allestädes närvarande och de föränderliga kraven i vår värld, Att hitta bättre och effektivare metoder för att göra dem är ett pågående forskningsproblem. Dessutom, aktuella miljöfrågor kräver användning av metoder och insatsmaterial som är miljövänliga.

Ny forskning av forskare från Nagoya Institute of Technology, Japan, har varit i denna anda, lägga till en ny twist till en polymerisationsteknik som har funnits och varit framgångsrik sedan 1980-talet:levande katjonisk polymerisation, där polymerkedjetillväxten inte har förmåga att avslutas förrän monomeren förbrukas. Forskarna har, för första gången, visat metallfri organokatalys för denna reaktion vid rumstemperatur för vinyl- och styrenpolymerer, två av de vanligaste polymererna som används i plast. Deras metod är inte bara effektivare än nuvarande metallbaserade metoder, men också miljövänlig. Deras resultat publiceras i Royal Society of Chemistry's Polymerkemi .

I deras studie, de testade först användbarheten av nonjoniska och multidentata (eller flera elektronparaccepterande) halogenbindande organokatalysatorer, specifikt två jodbärande polyfluorsubstituerade oligoarener, till den levande katjoniska polymerisationen av isobutylvinyleter. Att nämna ett av deras skäl till att välja detta, Dr Koji Takagi, ledande forskare i studien, förklarar i en sidled:"Den nonjoniska egenskapen är fördelaktig eftersom katalysatorn är löslig i mindre polära lösningsmedel som toluen, vilket är mer lämpligt för sådan polymerisation av vinylmonomerer."

De fann att med den tretandade varianten, reaktionen fortskred jämnt även vid rumstemperatur, producerar bra avkastning – även om den är mindre än den teoretiska gränsen – inom rimlig tid, utan att katalysatorn sönderdelas eller uppträder som en förorening i produkten. Som Dr. Takagi förklarar, detta kan vara en bra fördel jämfört med befintliga metalliska katalysatorer som används inom industrin:"Medan metallbaserade katalysatorer har bidragit avsevärt till materialvetenskapen under det senaste århundradet, kontamineringen av kvarvarande metalliska föroreningar leder ofta till en minskning av de producerade materialens livslängd och prestanda. Vi tror att detta fynd kommer att leda till produktion av mycket rena och pålitliga polymera material."

Genom att säga detta, han är, självklart, med hänvisning till det andra stora fyndet i studien. Den andra delen av deras studie involverade att utvärdera användbarheten av joniska jodimidazoliumkatalysatorer med olika motanjoner (de negativa joner som följer med den positivt laddade gruppen) för polymerisation av p-metoxistyren (pMOS) och osubstituerad styren, varav den senare är svårare att polymerisera än den förra.

pMOS polymeriserades lätt vid rumstemperatur inom två timmar och utan katalysatornedbrytning av ett bidentat 2-jodoimidazoliumsalt som hade en triflatmotanjon. Osubstituerad styren gav maximalt polymerutbyte via en reaktion vid -10°C under 24 timmar med en anjonstabiliserande och skrymmande motjoninnehållande katalysator.

På tal om produkterna som gavs, Dr. Takagi säger, "Även om de erhållna polymererna inte är avsedda för något specifikt ändamål, vår metod förväntas tillämpas på syntesen av ledande polymerer och nedbrytbara polymerer, som inte bör innehålla metalliska föroreningar om de ska konstrueras för praktisk användning. "

Verkligen, resultaten är ovärderliga för att gå vidare med den mer effektiva produktionen av polymera material för en mängd olika applikationer. Dock, den framgångsrika användningen av organokatalysatorer vid rumstemperatur erbjuder också flera andra fördelar. För en, organokatalysatorer saknar känslighet för fukt och syre, ta hand om det ibland allvarliga problem som den relativt hygroskopiska naturen hos joniska katalysatorer utgör för sådana kontrollerade polymerisationsreaktioner. Ytterligare, de är lättillgängliga och därför, låg kostnad. De är inte heller giftiga för miljön. Och när reaktioner utförs vid rumstemperatur, energibehovet är lågt.

Denna studie banar väg för lågkostnadselektronik i framtiden som är gjord av miljövänliga material på hållbara sätt.