Полипиррол

Полипиррол

Пиррол можно полимеризовать электрохимическим способом.

Полипиррол (PPy) — это органический полимер, полученный окислительной полимеризацией пиррола. Это твердое вещество с формулой $\mathrm{H}(\mathrm{C}{\phantom{A}}_4\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{N}\mathrm{H})\mathrm{n}\mathrm{H}$

Это собственно проводящий полимер, используемый в электронике, оптике, биологии и медицине.

История

Некоторые из первых примеров PPy были описаны в 1919 году Анджели и Пьерони, которые сообщили об образовании пиррольных сажей из пиррол-бромистого магния. С тех пор реакция окисления пиррола изучается и публикуется в научной литературе. Работа над проводящими полимерами, включая полипиррол, политиофен, полианилин и полиацетилен, была удостоена Нобелевской премии по химии в 2000 году Алану Хигеру, Алану Мак-Диармиду и Хидэки Сиракава.

Синтез

Для синтеза PPy можно использовать разные методы, но наиболее распространенными являются электрохимический синтез и химическое окисление.

Химическое окисление пиррола:

$n\mathrm{C}{\phantom{A}}_4\mathrm{H}{\phantom{A}}_4\mathrm{N}\mathrm{H}+2n\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_3⟶(\mathrm{C}{\phantom{A}}_4\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{N}\mathrm{H})\mathrm{n}+2n\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_2+2n\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}$ Считается, что этот процесс происходит за счет образования пиградикального катиона $\mathrm{C}{\phantom{A}}_4\mathrm{H}{\phantom{A}}_4\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}$. Этот электрофил атакует углерод C-2 не окисленной молекулы пиррола с образованием димерного катиона $[(\mathrm{C}{\phantom{A}}_4\mathrm{H}{\phantom{A}}_4\mathrm{N}\mathrm{H}){\phantom{A}}_2]{\phantom{A}}^{++}$. Процесс повторяется много раз. Проводящие формы PPy получают окислением («р-легированием») полимера:

$(\mathrm{C}{\phantom{A}}_4\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{N}\mathrm{H})\mathrm{n}+0\text{,}{\phantom{A}}_2\mathrm{X}⟶[(\mathrm{C}{\phantom{A}}_4\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{N}\mathrm{H})\mathrm{n}\mathrm{X}{\phantom{A}}_0,2]$ Полимеризация и p-легирование также могут быть выполнены электрохимическим способом. Полученный проводящий полимер отслаивается от анода. Методы циклической вольтамперометрии и хронокулометрии могут быть использованы для электрохимического синтеза полипиррола.

Свойства

Пленки PPy желтые, но темнеют на воздухе из-за некоторого окисления. Легированные пленки имеют синий или черный цвет в зависимости от степени полимеризации и толщины пленки. Они аморфные, дифракционные слабые. PPy описывается как «квазиодномерный» по сравнению с одномерным, поскольку имеет место некоторая сшивка и перескок цепи. Нелегированные и легированные пленки не растворяются в растворителях, но набухают. Легирование делает материалы хрупкими. Они стабильны на воздухе до 150 ° C, при которой примесь начинает выделяться (например, в виде HCl).

PPy — изолятор, но его окисленные производные являются хорошими электрическими проводниками. Электропроводность материала зависит от условий и реагентов, используемых при окислении. Диапазон проводимости от 2 до 100 См / см. Более высокая проводимость связана с более крупными анионами, такими как тозилат . Легирование полимера требует, чтобы материал набухал для размещения компенсирующих заряд анионов. Физические изменения, связанные с этой зарядкой и разрядкой, обсуждались как форма искусственной мускулатуры. Поверхность полипиррольных пленок проявляет фрактальные свойства, и ионная диффузия через них демонстрирует аномальную картину диффузии.

Приложения

PPy и родственные ему проводящие полимеры имеют два основных применения в электронных устройствах и в химических сенсорах.

Тенденции исследований

PPy является потенциальным средством доставки лекарств. Полимерная матрица служит контейнером для белков.

Полипиррол был исследован в качестве носителя катализатора для топливных элементов и для сенсибилизации катодных электрокатализаторов.

Вместе с другими сопряженными полимерами, такими как полианилин, поли (этилендиокситиофен) и т. д., Полипиррол был изучен в качестве материала для «искусственных мышц», технологии, которая предлагает преимущества по сравнению с традиционными моторными исполнительными элементами.

Полипиррол использовали для покрытия диоксида кремния и диоксида кремния с обращенной фазой, чтобы получить материал, способный к анионному обмену и проявляющий гидрофобные взаимодействия.

Полипиррол был использован в микроволновом производстве многослойных углеродных нанотрубок, быстром методе выращивания УНТ.

Водостойкая полиуретановая губка, покрытая тонким слоем полипиррола, впитывает масло в 20 раз больше своего веса и может использоваться повторно.

Полипиррольное волокно, полученное мокрым формованием, может быть получено путем химической полимеризации пиррола и DEHS в качестве присадки.

См. также

• Органический полупроводник
• Тетрапирролы