アニオン性とカチオン重合の違い

アニオン重合とカチオン重合は、様々なポリマーを合成するための2つの鎖状重合反応である。どちらの反応も反応機構は同じだが、開始剤が異なる。アニオン重合反応は反応性のアニオンによって開始されるのに対し、カチオン重合反応は反応性のカチオンによって開始される。これがアニオン重合とカチオン重合の重要な違いである。どちらの重合反応も、使用する溶媒に敏感である。

アニオン重合は何ですか？

アニオン重合は、アニオンを起点とした連鎖反応である。アニオン重合には、いくつかの異なるタイプの開始剤が使用されます。この一連の反応は、開始、連鎖の伝播、連鎖の終了という3つのステップで行われる。これらの重合反応は、モノマーに二重結合が求核的に付加されることによって開始される。従って、反応に用いる開始剤は求核剤であることが望ましい。

カチオン重合は何ですか？

カチオン重合は、連鎖成長重合反応のもう一つの種類と見なすことができる。カチオンはモノマーに電荷を移動させることで反応を開始し、より反応性の高い化学種を生成する。次に、反応性モノマーは他のモノマーと同様に反応し、ポリマーを形成する。カチオン重合の連鎖反応を促進できるモノマーは限られている。このような反応には、電子供与性の置換基を有するオレフィンや複素環が好適である。

アニオン性とカチオン重合の違い

エリシターとモノマーの例。

モノマーです。

アニオン重合：ニトリル、カルボキシル、フェニル、ビニルなどの電子吸着基を持つモノマーにアニオン重合を行う。

カチオン置換ビニル重合の例：ビニル置換重合。

イニシエーター

アニオン重合：アニオン重合の開始剤としては、水酸化物、アルコール塩、シアン化物、炭素アニオンなどの求核剤を使用することができる。炭素アニオンは、アルキルリチウムなどの金属有機物やグリニャール試薬から得られる。

カチオン重合：ハロゲン酸（HCl、HBr、H2SO4、HClO4）などの親電子剤がカチオン重合反応に用いられる開始剤群である。また、ルイス酸（電子受容体）や炭素イオンを生成できる化合物も重合反応を開始させることができる。ルイス酸の例としては、AlCl3、SnCl4、BF3、TiCl4、AgClO4、I2などが挙げられる。ただし、ルイス酸はH2Oや有機ハロゲン化合物などの共起源を必要とする。

メカニズム

アニオン重合：アニオン重合は、重合開始剤とモノマーを必要とし、重合体を形成する。この場合、反応性アニオン種は、モノマーと反応することで反応を開始する。この炭素アニオンは別のモノマーと反応し、新たな炭素アニオンを形成する。反応が進むと、同じように成長鎖にモノマーが付加され、ポリマー鎖が生成される。これを "連鎖的伝播 "といいます

カチオン重合：反応性のカチオン種がモノマーに結合し、電荷を移動させることで反応を開始する。そして、得られた反応性モノマーは、アニオン重合と同様に他のモノマーと反応してポリマーを形成する。

反応速度。

アニオン重合：アニオン重合開始剤の負電荷が他の多くの要因によって安定化されるため、アニオン重合反応の速度はカチオン重合反応より遅くなる。これらのイオンが安定化されると、反応性が低下する。

カチオン重合：カチオン重合開始剤は反応性が高く、制御や安定化が難しいため、アニオン重合反応に比べ、カチオン重合反応の速度は比較的速い。

アプリケーションです。

アニオン重合：ポリジエン系合成ゴム、可溶性スチレンブタジエンゴム（SBR）、スチレン系熱可塑性エラストマーなど一部の重要な材料に使用される。

References: “Cationic Polymerization”. Wikipedia. “Anionic addition polymerization”. Wikipedia “Catonic Vinly Polymerization” Polymerscience Learning Center “Polymerization Reacti***”. Bodner Research Lab