Nature Chemistry presenteert een manier om de polymerisatie van acrylaten puur mechanisch aan te zwengelen. Om precies te zijn met ultrageluid, melden Aaron Palmer Esser-Kahn en collega’s van de University of California at Irvine.

Ze vergelijken het met de groei van botweefsel, die eveneens wordt versneld door een (totaal andere) vorm van mechanische belasting. In het lab is zoiets eigenlijk nooit eerder nagebootst. Er is wel eens met ultrageluid een polymerisatiereactie gestart, maar tot nu toe gebeurde dat altijd door een mechanisch zwak molecuul op te breken en te profiteren van de reactiviteit van de losse eindjes.

Esser-Kahns proces is een afgeleide van atom transfer radical polymerization (ATRP), de volgens velen Nobelprijswaardige uitvinding van Kris Matyjaszewski. Als katalysator gebruikt ATRP een organokopercomplex waarin het koperion kan schakelen tussen Cu+ en Cu2+. Die laatste vorm doet niets maar Cu+ kan een elektron afstaan om een radicaal te vormen en zo de polymerisatie een stapje verder helpen. De snelheid waarmee de ketens groeien hangt af van het evenwicht tussen Cu2+ en Cu+; in de praktijk zorg je dat het overwegend aan de Cu2+-kant ligt zodat de polymerisatie heel langzaam en beheerst verloopt.

Het idee is nu om een Cu-complex te kiezen waarvan het evenwicht helemáál aan de Cu2+-kant ligt, behalve wanneer je het met ultrageluid ‘mechanochemisch’ omzet in Cu+.

Dat blijkt te kunnen door aan het reactiemengsel, met n-butylacrylaat als monomeer, bariumtitaanoxide-nanodeeltjes toe te voegen. BaTiO3 vertoont piëzo-elektrische eigenschappen: als je er druk op uitoefent, bouwt de structuur een elektrische lading op. De potentiaal zou ruimschoots voldoende moeten zijn om een Cu2+-complex in de directe omgeving te reduceren tot een Cu+-complex.

In de praktijk lijkt het inderdaad te werken. De polymeerketens groeien alleen zolang het ultrageluid aan staat. En als je het uitzet, het reactiemengsel bevriest om alle reacties te stoppen, het daarna weer ontdooit en het geluid opnieuw inschakelt, komt de reactie gewoon weer op gang.

De auteurs weten nog niet helemaal zeker of het zo werkt, maar ze achten de kans heel klein dat ze zich hebben laten foppen door een nog onbekend reactiemechanisme dat met ATRP niets van doen heeft.

bron: Nature Chemistry