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Polymers

Consiguen nuevos polímeros fuertes y adhesivos mediante control estereoquímico

Utilizar un catalizador quiral aniónico al preparar poli-(vinil éteres) los transforma de un material nicho a prácticos plásticos

by Bethany Halford
April 2, 2019

 

Imitando estrategias comunes en la industria farmacéutica, unos químicos han usado aniones quirales para controlar la estereoquímica al sintetizar poli-(vinil éteres). El resultado han sido polímeros fuertes y adhesivos que podrían ser útiles en la fabricación de materiales compuestos ligeros para hacer bicicletas, barcos, y coches, por ejemplo, según explica Frank A. Leibfarth, investigador en la Universidad de Carolina del Norte, Chapel Hill, que presentó estos resultados el martes en el congreso nacional de la American Chemical Society en Orlando, durante una sesión de la División de Química de Polímeros.

Hasta ahora, los poli-(vinil éteres) eran productos nicho, explica Leibfarth, porque eran atácticos—es decir, la estereoquímica de las cadenas de éteres que cuelgan del polímero era aleatoria. Los polímeros de este tipo eran líquidos viscosos a temperatura ambiente, y se usaban sobre todo como adhesivos.

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Cuando la estereoquímica de las cadenas laterales del poli-(isobutilvinil éter) es aleatoria, el polímero es un líquido viscoso (izquierda). Cuando el 91% de las cadenas tienen la misma estereoquímica, el polímero es un sólido (derecha).

Leibfarth y su postdoc Aaron J. Teator pensaron que podían mejorar las propiedades de los poli-(vinil éteres) controlando la estereoquímica de las cadenas laterales de tipo éter para que todas fueran iguales (o, como dicen los químicos de polímeros, isotácticas). Leibfarth dijo que se inspiró en el trabajo de los químicos ganadores del Nobel Karl Ziegler y Giulio Natta, quienes desarrollaron un catalizador que produce poliolefinas isotácticas como el polipropileno.

“Este cambio de polipropileno atáctico a polipropileno isotáctico creó una industria multibillonaria, porque el polipropileno atáctico es prácticamente inútil”, dijo Leibfarth. Pero los catalizadores de Ziegler-Nata se envenenan con heteroátomos que son bases de Lewis, como el oxígeno, por lo que no pueden usarse para fabricar poli-(vinil éteres), ricos en oxígeno.

Para controlar la estereoquímica al hacer poli-(vinil éteres), Leibfarth y Teator utilizaron la catálisis con aniones quirales, que lleva utilizándose para controlar la estereoquímica de moléculas pequeñas desde el año 2000. La polimerización catiónica tiene lugar en un disolvente con una constante dieléctrica baja, para que el catión al final de la cadena de polímero creciente se una fuertemente al anión quiral que determina a qué lado de la cadena se añadirá el siguiente monómero, formando un polímero isotáctico (en la imagen).

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Conforme crece la cadena de poli(vinil éter), el anión quiral bloquea uno de los lados, dictando la estereoquímica de la adición del siguiente monómero.

Los poli-(vinil éteres) isotácticos tienen propiedades excelentes, dijo Leibfarth. Son similares a las poliolefinas comerciales, pero se adhieren de manera mucho más fuerte a sustratos polares, como el cristal. Leibfarth y Teator publicaron su trabajo en Science a finales de marzo (DOI: 10.1126/science.aaw1703), y han pedido una patente provisional que protege el proceso de fabricación (65/719,240).

Geoffrey W. Coates, químico de polímeros en la Universidad de Cornell, cree que este trabajo es “toda una revolución, que combina el estudio de los mecanismos de reacción, la síntesis, el control de la estereoquímica y las propiedades de los polímeros”. Añade que “dada la escasez de trabajos en la polimerización catiónica con estereoquímica controlada desde la publicación original del químico Calvin Schildknecht hace más de 70 años, es fantástico ver un avance tan emocionante. Reavivará la investigación en esta importante área de la química de polímeros”.


Traducido al español por Fernando Gomollón Bel para C&EN. La versión original (en inglés) de este artículo está disponible aquí.


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