【2014諾貝爾化學獎預測】何謂可逆加成-斷裂鏈轉移(Reversible Addition-Fragmentation chain Transfer;RAFT)聚合反應

563編譯|工業科技研究院 洪銘聰博士

在我們每天的日常生活中都會接觸到許多由聚合物所製成的產品,這些聚合物有聚丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚苯乙烯以及聚乙烯醇。它們都是透過自由基聚合反應的方式所製造出來,而反應的過程包含了單體分子從自由基接收了一個電子然後再與下一個單體進行反應,接著一直重複這個步驟,因此分子鏈會不斷地增長直到遇到可以終止反應的單位,例如另一個自由基。所以這類型反應所產生的分子鏈長度可以非常大並不令人訝異。

雖然這些聚合物已經發展超過70年的歷史,但是真正在化學上向前邁進一大步則是在1990年代,這都要歸功於在澳洲聯邦科學與工業研究組織(CSIRO)中心工作三個科學家:莫德(Graeme Moad)、桑‧唐(San Thang)和里扎多(Ezio Rizzardo)。他們在1998年 Macromolecules 期刊上所發表的論文提出了可逆加成-斷裂鏈轉移自由基聚合法,引起了相當大的關注,至今已經被引用超過2700次。該論文中指出可以利用一種具有ZC(=S)S2R之結構的二硫酯(dithio ester)鏈轉移劑來進行自由基聚合。反應機制如下圖所示:其中Z基團能夠活化碳硫雙鍵(C=S bond)並且承受立即成為自由基的功能,R基團則是好的自由基離去基。

未命名
RAFT聚合反應反應機制

化學家稱這個過程叫做“可逆加成-斷裂鏈轉移”簡稱縮寫為RAFT。RAFT聚合具有自由基反應的化學特性,在引發的階段必須要引入自由基才能產生單體自由基並且進行鏈轉移和增長。

以合成方法來說,RAFT具有許多優點,除了不必使用金屬觸媒,而且反應可以在較溫和的條件下進行,應用於更廣泛的各種聚合單體 (monomer),其中包括含有酸或有氨基等官能基的單體。另一方面由於RAFT法對溶劑與反應溫度也沒有特別的限制,適用於傳統自由基聚合的實驗條件,在水中、溶液、乳化或懸浮狀態下都能進行聚合反應。利用這種有效且便利的聚合法還可以合成出許多不同形狀類型的聚合物,例如:刷子狀、梳狀、星狀、啞鈴狀;也可用於團聯式共聚物或其它更複雜結構聚合物的合成。

總和來說,RAFT的商業價值將很快地被意識到,並且快速的將研究從實驗室轉移到工廠是可以預期的。

--研究出處:FOR DESIGN OF FUNCTIONAL MESOPOROUS MATERIALS

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