11.07.2017 - University of British Columbia (UBC)

Phosphor-Gummi

Poly-(1-Phospha-Isopren): Phosphor-haltiges Naturkautschuk-Analogon

Die Entdeckung der Vulkanisierung des natürlichen, aus dem Kautschuk-Baum gewonnenen Gummis durch Goodyear im Jahre 1839 war der Beginn der modernen Gummi-Industrie. In der Folge wurden diverse synthetische Gummisorten entwickelt. Jetzt stellen Wissenschaflter in der Zeitschrift Angewandte Chemie eine neue, interessante Variante vor: ein phosphorhaltiges Gummi, das von seiner Struktur her Naturkautschuk entspricht.

Aufgrund der ähnlichen Eigenschaften von Doppelbindungen zwischen Kohlenstoffatomen (C=C) und solchen zwischen Phosphor und Kohlenstoff (P=C) kam die Idee auf, die generellen Polymerisationsmethoden auch hier anzuwenden. Nach verschiedenen Erfolgen wollen die Forscher um Derek P. Gates von der University of British Columbia (Vancouver, Kanada) das Konzept jetzt auf Moleküle ausweiten, die sowohl P=C- als auch C=C-Doppelbindungen enthalten: Phosphor-Analoga des Gummibausteins Isopren (2-Methylbuta-1,3-dien) und seines engen Verwandten 1,3-Butadien.

Ausgehend von phosphorhaltigen Vorstufen gelang dem Team die Synthese erster Beispiele eines Poly(1-phospha-isopren) und eines Poly(1-phospha-1,3-butadien). Eine genauere Charakterisierung mit verschiedenen spektrometrischen Verfahren ergab unter anderem Einblicke in die molekulare Struktur der erhaltenen Polymere. Wie auch bei der Polymerisation von Isopren und verwandten Dienen (Verbindungen mit zwei Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen) bleibt auch hier eine Doppelbindung pro Baustein erhalten. Wie sich zeigte, erfolgt die Polymerisierung hauptsächlich über die C=C-Doppelbindungen und nur zu einem geringen Anteil über die P=C-Doppelbindungen. Daher sind nur weniger Phosphoratome in das Polymer-Rückgrat eingebaut. Der überwiegende Teil bildet Seitengruppen unter Erhalt der P=C-Doppelbindungen. Sie steht für weitere Reaktionen oder Veränderungen der Polymere zur Verfügung.

„Unsere funktionalen phosphorhaltigen Materialien sind seltene Beispiele für Polymere mit Phosphaalken-Baugruppen“, so Gates. „Sie bieten die Möglichkeit für weitere Derivatisierungen oder eine Quervernetzung.“ Beispielsweise gelang es den Forscher, Goldionen daran zu binden. „Als makromolekulare Liganden für Goldionen könnten die neuen Polymere z.B. für Katalyse und Nanochemie interessant sein. Zudem eröffnet die erfolgreiche Polymerisation hybrider P=C/C=C-Monomere Wege, um Phosphor-Funktionalitäten in kommerzielle Gummis wie Butyl- oder Styrol-Butadien-Gummi, einzubauen, die aus Isopren- oder Butadien-Comonomeren aufgebaut sind. Solche neuen Copolymere versprechen einzigartigen Strukturen, Eigenschaften und Funktionalitäten verglichen mit ihren Kohlenstoff-Analoga.“

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