分子结构对光诱导电荷转移聚合的影响

N-乙烯基咔唑、乙烯基醚这样的正性单体,需选择合适的受电子体与之配合才能实现电荷转移聚合。丙烯腈、丙烯酸酯这样的负性单体, 给电子芳胺、芳醚才能有效地引发它们光聚合,单体的这一结构要求是很清楚的。

至于单体外的引发组分,研究得比较清楚的是含氮给体结构对 AN 光聚合的影响。同是含氮化合物,一般来说,芳胺都是 AN 有效光引发剂, 而吡啶完全不引发聚合。原因是芳胺氮原子的一对未成键电子与苯环的 p 轨道是平行的,从而有效共轭。吡啶氮原子的一对未成键电子则不同, 它与苯环的 p 轨道成 90°角,不能参与共轭。看来氮原子参与共轭的体系是有效的给体,能引发 AN 光聚合,反之则不行。

根据这一观点,吡咯、吲哚(苯并吡咯)、咔唑均含有吡咯式结构的氮,此氮原子上未成键电子与吡咯环的 p 轨道平行,参与共轭,从而能引发 AN 光聚合。喹啉(苯并吡啶)、吖啶,含吡啶式结构氮,不引发

AN 光聚合。实验结果确是如此。

如果芳胺氮原子上的未成键电子轨道因空间效应发生“扭变”,如下述两个芳胺:2,6-二甲基苯胺(XLD)和 N,N-二甲基 2,6-二甲基苯胺(DMX),因苯环甲基和氮原子甲基的空间阻碍,使氮原子上的一对电子轨道发生“扭变”,本来与苯环 p 轨道平行(即夹角为零),变得不平行,产生一个夹角,前者是 14°,后者是 66°,结果使它们引发 AN 光聚合能力下降,与苯胺相比,非但不加快,前者还下降 20%,后者下降 30%。

含氮化合物的这些结构特点,在与电子受体形成 CTC 时亦充分表现出来,如苯胺、吡咯、吲哚、咔唑都能与 TCNE 形成 CTC,平衡常数 Kc 分别为 206,39.7,94.5,254,而与吡啶、喹啉、吖啶则不形成 CTC。扭角 66°的 DMX 亦不能与 TCNE 形成 CTC。