1.Chất xúc tác:
a.Xúc tác acid Areniuyt (chứa proton):
Ví dụ như H2SO4, HClO4, … chúng dễ khơi mào cho phản ứng trùng hợp cation.
Với điều kiện là các anion của acid phải kém hoạt động, tức là độ ái nhân khơng cao; do vậy, các acid halogenhidric ít khi được dùng làm xúc tác cho phản ứng trùng hợp cation.
Trên thực tế, acid Areniuyt khơng được dùng nhiều vì polimer thu được cĩ khối lượng phân tử khơng cao (chỉ cở vài nghìn đvc).
b.Xúc tác acid Liuyt:
Là những chất cĩ khả năng nhận cặp e như các muối halogenua của bo, nhơm, thiếc, titan, ...
Qua thực tế, người ta thấy rằng muốn cho phản ứng trùng hợp cation xảy ra thì ngồi xúc tác acid Liuyt cịn phải dùng thêm chất đồng xúc tác baz Liuyt, ví dụ như amoniac, nước, rượu, ... để khi tham gia phản ứng khơi mào thì chất đồng xúc tác tương tác với chất xúc tác.
Ví dụ: AlCl3 + C2H5OH H+[AlCl3C2H5O]- H+ + [AlCl3C2H5O]- acid Liuyt baz Liuyt cặp ion ion
Tùy theo mơi trường phản ứng mà các phức trên cĩ thể tồn tại ở dạng cặp ion hay ion. Mơi trường càng phân cực thì cân bằng chuyển dịch sang dạng ion càng lớn.
c.Một số chất xúc tác khác:
+ Khi cho acid Liuyt tương tác với các ankylhalogenua thì các sản phẩm thu được cũng cĩ khả năng khơi mào cho phản ứng trùng hợp cation.
Ví dụ: R-Cl + TiCl3 R+[TiCl4]- + (C6H5)3C-Cl (C6H5)3C+ + Cl- + 2I2 I+ + I3−
2.Cơ chế và động học của phản ứng trùng hợp cation:
Phản ứng trùng hợp cation nĩi riêng và ion nĩi chung cĩ nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng. Do vậy, chúng ta khĩ cĩ thể đưa ra 1 sơ đồ phản ứng về cơ chế cũng như động học thật chính xác. Mỗi khi viết phản ứng phải nêu rõ các điều kiện xảy ra, bởi vì ở những điều kiện khác nhau thì cơ chế và động học của phản ứng cũng khác nhau. Trong trường hợp đơn giản nhất, phản ứng trùng hợp cation bao gồm 3 giai đoạn như những phản ứng trùng hợp khác- đĩ là giai đoạn khơi mào, phát triển mạch và ngắt mạch.
Ví dụ: xét phản ứng trùng hợp dãy vinyl cĩ cơng thức chung là CH2=CH-X ( X là nhĩm đẩy e ) với xúc tác là SnCl /H O, ta cĩ:
SnCl4 + H2O H+[SnCl4OH]+ H+ + [SnCl4OH]- ( chậm ) cặp ion ion
Xúc tác cĩ thể tồn tại ở dạng cặp ion hay ion; do vậy, chúng ta phải xét cả hai trường hợp sau:
+ Trường hợp 1: phản ứng xảy ra trên cặp ion. + Trường hợp 2: phản ứng xảy ra trên ion.
a.Xét trường hợp 1:
Phản ứng xảy ra trên cặp ion.
i. Giai đoạn khơi mào: xúc tác tấn cơng vào monomer tạo nên trung tâm phản ứng là cation hữu cơ (ion carboni hay carbocation) như sau:
ii. Giai đoạn phát triển mạch: cặp ion mới sinh ra phản ứng với monomer
tạo nên một chuỗi phản ứng phát triển mạch.
iii. Giai đoạn ngắt mạch: cĩ nhiều kiểu ngắt mạch khác nhau như sau:
+ Kiểu ngắt mạch tự động: do một tương tác nào đĩ làm cho các ion dương và âm tách ra khỏi nhau thành phân tử trung hịa và chất xúc tác được tách ra.
+ Kiểu tách proton:
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nếu ngắt mạch theo kiểu thứ 1 và thứ 2 (thường xảy ra hơn) thì vng=kng.R± (XIII- 10); cịn nếu ngắt mạch theo kiểu thứ 3 thì vng=kng.R±.M (XIII-11).
Ta xác định tốc độ phản ứng với giả thiết là phản ứng ở trạng thái dừng, tức là vk = vng hay kk.f.Cxt =kng. R± và khi đĩ vpư = vp = kp.M. R±, ta suy ra:
vpư = k k f k M C K M C k p ng xt xt . .
. . = . . (XIII-12). Đây là phương trình động học của phản ứng trùng hợp cation theo cơ chế cặp ion trong trường hợp đơn giản nhất. Như vậy, tốc độ phản ứng phụ thuộc vào nồng độ monomer, nồng độ chất xúc tác và nhiệt độ. Độ trùng hợp P v v k k M p ng p ng
= = (XIII-13). Như vậy, độ trùng hợp phụ thuộc vào nồng độ monomer và nhiệt độ nhưng khơng phụ thuộc vào nồng độ chất xúc tác.
b.Xét trường hợp 2:
Phản ứng xảy ra trên ion.
i. Giai đoạn khơi mào:
ii. Giai đoạn phát triển mạch:
---
vp = kp.M.R⊕ (XIII-15).
Ở trạng thái dừng,vpư =vp=k k f k M K M p k ng . . . = . (XIII-17) và P k k M C p ng xt = . (XIII-18).
Như vậy, tốc độ phản ứng phụ thuộc vào nồng độ monomer, nhiệt độ nhưng
khơng phụ thuộc vào nồng độ chất xúc tác; cịn độ trùng hợp tỷ lệ thuận với nồng độ monomer, tỷ lệ nghịch với nồng độ chất xúc tác và phụ thuộc vào nhiệt độ.