Doctorado
  1. Química inorgánica  1.1. Química de coordinación  1.1.1. Teoría del campo de ligandos  1.1.2. Teoría del campo de cristales  1.1.3. Teoría del Orbital Molecular para Compuestos de Coordinación  1.1.4. Estabilidad de los compuestos de coordinación  1.1.5. Espectros electrónicos de compuestos de coordinación  1.1.6. Isomería en Compuestos de Coordinación  1.1.7. Cinética y mecanismo de reacciones de coordinación  1.2. Química Organometálica  1.2.1. Carbonilos Metálicos  1.2.2. Alquilo y arilo metálico  1.2.3. Carbenos de Fischer y Schrock  1.2.4. Añadido Oxidativo y Eliminación Reductiva  1.2.5. Hidruros Metálicos  1.2.6. Catalysis por compuestos organometálicos  1.2.7. Metalocénicos y Complejos Sandwich  1.2.8. CH activation  1.3. Química del estado sólido  1.3.1. Estructuras y redes cristalinas  1.3.2. Teoría de bandas y propiedades eléctricas  1.3.3. Defectos en el cristal  1.3.4. Síntesis de materiales en estado sólido  1.3.5. Propiedades magnéticas y ópticas de los sólidos  1.3.6. Superconductividad  1.3.7. Ionics de estado sólido  1.4. Química bio-inorgánica  1.4.1. Metaloproteínas y enzimas  1.4.2. Transporte y almacenamiento de iones metálicos  1.4.3. El papel de los metales en la medicina  1.4.4. Catalización bioinspirada  1.4.5. Interacciones Metal-ADN  1.4.6. Complejos metálicos en la ciencia médica  1.5. Lantánidos y actínidos  1.5.1. Configuración electrónica y estados de oxidación en lantánidos y actínidos  1.5.2. Propiedades Espectrales y Magnéticas en Lantánidos y Actínidos  1.5.3. Separación y Extracción de Lantánidos y Actínidos  1.5.4. Química de coordinación de los elementos del bloque f  1.6. Main Group Chemistry  1.6.1. Química de los compuestos de boro  1.6.2. Química de los compuestos de silicio y germanio  1.6.3. Química de los Compuestos de Fósforo y Azufre  1.6.4. Química organosilícica  1.6.5. Química de Gases Nobles
  2. Química orgánica  2.1. Mecanismo de reacción  2.1.1. Reacciones de sustitución nucleofílica  2.1.2. Reacciones de adición y sustitución electrofílica  2.1.3. Reacciones de eliminación  2.1.4. Reacciones de reordenamiento  2.1.5. Reacciones radicales  2.1.6. Reacciones Pericíclicas  2.1.7. Reacciones fotoquímicas  2.2. Estereoscópico  2.2.1. Quiralidad y actividad óptica  2.2.2. Análisis estructural  2.2.3. Efectos estereolectrónicos  2.2.4. Síntesis asimétrica  2.2.5. Estereoquímica dinámica  2.3. Química Organometálica en la Síntesis Orgánica  2.3.1. Reactivos de organolitio y organomagnesio  2.3.2. Reacciones de acoplamiento catalizadas por metales de transición  2.3.3. Reacciones catalizadas por paladio  2.3.4. Metátesis de olefinas  2.3.5. Catalización de oro y plata  2.4. Química de productos naturales  2.4.1. Alcaloides y terpenoides  2.4.2. Esteroides y Flavonoides  2.4.3. Síntesis total de productos naturales  2.4.4. Biosíntesis de productos naturales  2.5. Química Supramolecular  2.5.1. Química huésped-invitado  2.5.2. Autoensamblaje y reconocimiento molecular  2.5.3. Catalisis Supramolecular  2.5.4. Máquinas moleculares
  3. Química Física  3.1. T termodinámica  3.1.1. Leyes de la Termodinámica  3.1.2. Potencial Químico y Equilibrio  3.1.3. Termodinámica estadística  3.1.4. Termodinámica de no equilibrio  3.2. Química Cuántica  3.2.1. Ecuación de Schrödinger y sus aplicaciones  3.2.2. Teoría de orbitales moleculares  3.2.3. Teoría del funcional de la densidad  3.2.4. Métodos post-Hartree–Fock  3.3. Cinética química  3.3.1. Teoría de la velocidad de reacción  3.3.2. Mechanism and rate laws  3.3.3. Catalisis y cinética enzimática  3.3.4. Dinámica de reacción  3.4. Espectroscopía y estructura molecular  3.4.1. Espectroscopia Infrarroja  3.4.2. Espectroscopia UV-visible  3.4.3. Espectroscopía de Resonancia Magnética Nuclear  3.4.4. Espectrometría de Masas  3.4.5. Espectroscopía Raman  3.5. Química de Superficies y Coloides  3.5.1. Absorción y Catálisis  3.5.2. Surfactantes y micelas  3.5.3. Estabilidad Coloidal  3.5.4. Nanomateriales e Interfaces
  4. Química analítica  4.1. Cromatografía  4.1.1. Cromatografía de Gases  4.1.2. Cromatografía Líquida de Alta Eficiencia  4.1.3. Cromatografía en Capa Fina  4.1.4. Cromatografía iónica  4.2. Técnicas electroanalíticas  4.2.1. Voltametría y Polarografía  4.2.2. Conductometría y potenciometría  4.2.3. Colometría  4.3. Métodos Espectroscópicos  4.3.1. Espectroscopía de absorción atómica  4.3.2. Espectroscopía de Fluorescencia  4.3.3. Difracción de rayos X  4.3.4. Espectroscopía de resonancia paramagnética electrónica  4.4. Quimiometría  4.4.1. Procesamiento de datos y métodos estadísticos  4.4.2. Análisis multidisciplinario  4.4.3. Aprendizaje Automático en Química Analítica
  5. Química Teórica y Computacional  5.1. Simulación de dinámica molecular  5.2. Métodos de química cuántica  5.3. Diseño de fármacos computacional  5.4. Aprendizaje automático en química  5.5. Dinámica molecular ab initio
  6. Biofísica y Química Medicinal  6.1. Descubrimiento y diseño de fármacos  6.2. Cinética enzimática e inhibición  6.3. Enfoque de biología química  6.4. Interacciones proteína-ligando  6.5. Química bioortogonal
  7. Química de materiales  7.1. Química de polímeros  7.1.1. Mecanismo de polimerización  7.1.2. Polímeros Funcionales  7.1.3. Polímero Biodegradable  7.1.4. Polímeros conductores y semiconductores  7.2. Nanoquímica  7.2.1. Nanopartículas y nanoestructuras  7.2.2. Nanomateriales basados en carbono  7.2.3. Quantum dots  7.3. Química Energética y Ambiental  7.3.1. Química de Baterías y Pilas de Combustible  7.3.2. Química verde y materiales sostenibles  7.3.3. Fotocatálisis

Doctorado → Química de materiales → Química de polímeros ↓


Mecanismo de polimerización


La polimerización es el proceso mediante el cual moléculas pequeñas, conocidas como monómeros, se combinan para formar una molécula más grande, llamada polímero. Este proceso es fundamental en el campo de la química de polímeros, un área de estudio importante dentro de la ciencia de materiales y la química. Los polímeros se encuentran en una amplia gama de materiales, tanto naturales como sintéticos, y sus propiedades pueden definirse por sus estructuras químicas resultantes del proceso de polimerización. Para entender cómo se forman los polímeros, es necesario estudiar los diferentes mecanismos de polimerización, que se clasifican de manera general en polimerización por crecimiento en cadena y polimerización por crecimiento en etapas.

Polimerización por crecimiento en cadena

La polimerización por crecimiento en cadena, también conocida como polimerización por adición, implica la adición de monómeros a un sitio activo en una cadena de polímero en crecimiento. Este tipo de polimerización se puede clasificar además en polimerización por radicales libres, polimerización catiónica, polimerización aniónica y polimerización por coordinación. Cada uno de estos tipos involucra diferentes mecanismos de iniciación y condiciones para la propagación y terminación de la cadena de polímero.

Polimerización por radicales libres

Este es el tipo más común de polimerización por crecimiento en cadena, ampliamente utilizado para producir varios polímeros como el policloruro de vinilo (PVC), poliestireno y polietileno. La polimerización por radicales libres involucra tres pasos principales: iniciación, propagación y terminación.

Iniciación: El paso de iniciación comienza con la formación de un radical libre. Un radical libre es un átomo o molécula que tiene un electrón desapareado, lo que lo hace altamente reactivo. Los radicales libres pueden generarse utilizando iniciadores químicos como calor, luz o peróxido de benzoilo. El radical libre reacciona con un monómero, formando una especie reactiva con un centro de radical libre.

R• + CH2=CH2 → R-CH2-CH2•

Propagación: El centro radical en el monómero recién activado ataca a otro monómero, continuando la reacción en cadena al agregar más monómero a la cadena en crecimiento. Este proceso se repite muchas veces y forma una larga cadena de polímero.

R-CH2-CH2• + n CH2=CH2 → R-(CH2-CH2)n-CH2-CH2•

Terminación: El proceso de polimerización termina cuando los radicales libres se combinan. La terminación puede ocurrir a través de combinación o disproporción. En la combinación, dos extremos radicales se unen, mientras que en la disproporción, los átomos de hidrógeno se transfieren a la otra cadena, resultando en la formación de un doble enlace.

R-(CH2-CH2)n-CH2-CH2• + •CH2-CH2-R' → R-(CH2-CH2)n-CH2-CH2-CH2-CH2-R'

Polimerización catiónica

La polimerización catiónica es iniciada por un electrófilo, como un ácido de Lewis, y se utiliza principalmente para la polimerización de alquenos que pueden estabilizar la carga positiva mediante resonancia, como el isobutileno.

Iniciación: Inicialmente, un electrófilo forma un catión a partir del monómero.

BF3 + CH3OCH3 → [BF3OCH3]+ [BF3OCH3]+ + CH2=C(CH3)2 → CH3C+(CH3)CH2(CH3) + CH3OCH2BF3

Expansión: El catión se adhiere a otro monómero y se extiende a lo largo de la cadena.

CH3C+(CH3)CH2(CH3) + CH2=C(CH3)2 → CH3C(CH3)2CH2C+(CH3)CH3

Terminación: La terminación puede ocurrir mediante la liberación de un protón desde el extremo de la cadena activa, la formación de un doble enlace o la reacción con un nucleófilo.

Polimerización aniónica

La polimerización aniónica es iniciada por un nucleófilo, como un compuesto de metal alcalino (por ejemplo, litio o naftalenida de sodio), y es efectiva para monómeros que contienen grupos electron-atrayentes, como el estireno o acrilonitrilo.

Iniciación: Un anión ataca al monómero, formando un carbanión.

CH2=CH-CN + n-BuLi → n-Bu—CH2—C−(Li+)—CN

Propagación: El carbanión se propaga a lo largo de la cadena reaccionando con otro monómero.

n-Bu—CH2—C−(Li+)—CN + CH2=CH-CN → n-Bu—(CH2—CH-CN)x-CH2—CH-C−(Li+)—CN

Terminación: La polimerización aniónica puede proceder sin terminación a menos que se introduzca una fuente adecuada de protones.

Polimerización por crecimiento en etapas

La polimerización por crecimiento en etapas implica la reacción de monómeros bi-funcionales o multi-funcionales de tal manera que la cadena de polímero crece paso a paso. Este tipo de polimerización es típico para la fabricación de poliésteres, poliamidas y poliuretanos.

Mecanismo: La característica principal de la polimerización por crecimiento en etapas es que cualquier par de moléculas con grupos funcionales interactuantes puede reaccionar para formar un dímero, trímero o oligómero largo, aumentando gradualmente el tamaño del polímero.

Por ejemplo, en el caso de la fabricación de poliésteres, un diácido (por ejemplo, ácido tereftálico) reacciona con un diol (por ejemplo, etilenglicol) para formar un enlace éster, liberando una molécula de agua como subproducto:

HOOC-C6H4-COOH + HO-CH2CH2-OH → HOOC-C6H4-COO-CH2CH2-OH + H2O

Ejemplos de polimerización: Para las poliamidas, un ejemplo sería la formación de nylon-6,6 mediante la reacción de hexametileno diamina con ácido adípico.

H2N-(CH2)6-NH2 + HOOC-(CH2)4-COOH → [NH-(CH2)6-NH-CO-(CH2)4-CO-OH]n + (2n-1)H2O

Catalización y polimerización

Los catalizadores pueden afectar significativamente el mecanismo de polimerización. Por ejemplo, los catalizadores de Ziegler-Natta se utilizan para producir polímeros como el polipropileno, proporcionando control estereoquímico durante la polimerización.

Polimerización por coordinación

La polimerización por coordinación implica un complejo de coordinación entre un metal y un monómero. Un ejemplo clásico es la polimerización Ziegler-Natta, donde catalizadores de titanio ayudan a polimerizar 1-alquenos, como etileno y propileno. Este proceso permite controlar la estereoquímica y el peso molecular del polímero producido.

Mecanismo básico:

Los monómeros de alqueno se coordinan al centro metálico, seguido de la formación de un enlace metal-carbono. Este paso se repite varias veces, resultando en la formación de una cadena de polímero.

RCH=CH2 → RCH-CH2-TiCl3 --coordinación--> Ti-CH-CH2-R

Comparación entre polimerización por crecimiento en cadena y por crecimiento en etapas

Aunque tanto la polimerización por crecimiento en cadena como por crecimiento en etapas conducen a la formación de polímeros, existen diferencias claras en su mecanismo y comportamiento cinético.

  • Cinética: La polimerización por crecimiento en cadena es un proceso rápido, donde la cadena de polímero crece rápidamente después de la iniciación, mientras que en la polimerización por crecimiento en etapas, la reacción procede con el tiempo a través de la formación de oligómeros y, finalmente, polímeros de mayor peso molecular.
  • Peso molecular: En la crecimiento en cadena, los polímeros de alto peso molecular se forman a una conversión muy baja de monómeros, mientras que en crecimiento en etapas, los polímeros de alto peso molecular se obtienen solo a una conversión muy alta de monómeros.
  • Unidades de monómero: La polimerización por crecimiento en cadena normalmente involucra un solo tipo de monómero, mientras que la polimerización por crecimiento en etapas involucra dos o más monómeros diferentes.
  • Tipos de polímeros: La crecimiento en cadena es adecuada para polímeros de adición, como el polietileno, mientras que la crecimiento en etapas es más adecuada para polímeros de condensación, como el nylon y el poliéster.

Entender estos mecanismos ayuda a diseñar polímeros con propiedades específicas adecuadas para diversas aplicaciones industriales, conduciendo a la innovación en áreas como plásticos, textiles y biomateriales.

La amplia variedad en estructuras y propiedades de los polímeros surge de la variedad de mecanismos de polimerización discutidos, lo que lo convierte en uno de los temas más fascinantes dentro de la química de materiales. El conocimiento de la polimerización no solo mejora el desarrollo de nuevos materiales, sino que también permite la optimización de materiales existentes para aplicaciones más amplias.


Doctorado → 7.1.1


U
username
0%
completado en Doctorado

← Anterior (7.1)
Química de polímeros
Siguiente (7.1.2) →
Polímeros Funcionales

Comentarios 



Mecanismo de polimerización

https://www.chemistryelite.com/phd/7.1.1?ceal=es