重合開始剤

重合開始剤：高分子合成の鍵を握る化合物

高分子合成において、重合反応の開始を促す化合物を重合開始剤と呼びます。開始剤は、反応の種類によって最適なものが選ばれ、その種類によって合成される高分子の性質も大きく左右します。いわば、高分子合成における出発点となる重要な物質です。

ラジカル重合における開始剤

ラジカル重合は、開始剤から発生したラジカルがモノマーに付加し、連鎖的に反応が進んで高分子を生成する反応です。このラジカル重合に用いられる開始剤は、熱、光、あるいは酸化還元反応によってラジカルを発生させる能力を持つ化合物です。

代表的な開始剤としては、ペルオキシド系、アゾ系、有機金属系などが挙げられます。

ペルオキシド系開始剤は、過酸化ベンゾイルや過酸化ジイソプロピルベンゼンなど、過酸化物結合を持つ化合物が該当します。熱や光によって過酸化物結合が分解し、ラジカルを生成します。
アゾ系開始剤は、アゾビスイソブチロニトリル（AIBN）などが代表例です。熱によってアゾ結合が分解し、窒素ガスを発生させながらラジカルを生成します。
有機金属系開始剤には、トリエチルボランなどが含まれます。酸素存在下でラジカルを生成します。

これらの開始剤は、反応条件（温度、光照射など）を調整することで、ラジカル発生速度を制御でき、生成する高分子の分子量や分子量分布を制御することが可能です。

イオン重合における開始剤

イオン重合には、アニオン重合とカチオン重合の２種類があります。それぞれで用いられる開始剤は、反応メカニズムが異なるため異なります。

アニオン重合では、モノマーに電子を与える求核剤が開始剤として用いられます。アルカリ金属アルキル、例えばn-ブチルリチウムなどが代表的な開始剤です。n-ブチルリチウムは、強い求核性を持つため、容易にモノマーに付加し、アニオン性の活性中心を生成します。
* カチオン重合では、モノマーから電子を引き抜く求電子剤が開始剤として用いられます。代表的な例として、プロトン酸（塩酸、硫酸など）、ルイス酸（三フッ化ホウ素、アルミニウムトリクロリドなど）、ハロゲン分子（塩素、臭素など）、カルボカチオンなどが挙げられます。これらの開始剤は、モノマーに付加してカチオン性の活性中心を生成し、重合反応を開始させます。

アニオン重合とカチオン重合では、開始剤の種類によって重合反応の制御性が大きく異なり、得られる高分子の性質も大きく変化します。

まとめ

重合開始剤は、高分子合成において非常に重要な役割を果たす化合物です。その種類は多岐に渡り、ラジカル重合、アニオン重合、カチオン重合など、重合反応の種類に応じて適切な開始剤を選択することが重要です。開始剤の選択は、最終的に得られる高分子の分子量、分子量分布、構造などに大きな影響を与えます。そのため、高分子化学において、重合開始剤の性質と反応機構に関する深い理解が不可欠となります。

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