1
Anorganische Polymere
29.11.2012 Riedlberger
Riedlberger Felix
2
Gliederung
1. Einleitung
2. Syntheseproblem
3. Polysiloxane („Silikone“)
4. Polyphosphazene
5. Polysilane
6. Neue Polymere
7. Ausblick
8. Quellen
29.11.2012 Riedlberger
Riedlberger 3
Einleitung
Organische Polymere:• Anwendungen für org. Polymere sehr groß
→ z.B. Plastik, Kleidung, Prothesen• Leichte Herstellung• Billige Monomere aus Mineralöl
Aber: Kohlenstoff relativ selten in der Erdkruste!
Eigenschaften eingeschränkt
→ Anorganische Polymere!
29.11.2012
Riedlberger 4
Syntheseproblem
Polyaddition:
Problem: Herstellung von Mehrfachbindungen mit
angemessener Reaktivität und Stabilität
→ in AC schwer realisierbar
29.11.2012
E E
R
R
R
R
E E
R R
R Rn
Riedlberger 5
Syntheseproblem
Polykondensation:
Problem: • Chemie für anorg. funktionelle Gruppen ist schlecht
entwickelt• Difunktionelle Monomere oft sehr reaktiv
→ Herstellung und Aufreinigung schwer
29.11.2012
X E E X
R
R
R
R
Y E E Y
R R
R R
E E
R R
R Rn
X E E Y
R
R
R
R
+- XY
-XY
Riedlberger 6
Syntheseproblem
Ringöffnungspolymerisation (ROP):
Vorteil:
• Ringchemie in AC gut entwickelt
→ viele potentielle Monomere verfügbar
29.11.2012
R2E
R2E
ER2
ER2
ER2
R2E
E E
R R
R Rn
Riedlberger 7
Syntheseproblem
Folge: nur drei gut charakterisierte Polymere
29.11.2012
Si O
R
Rn
P N
R
Rn
Si
R
Rn
Polysiloxane Polyphosphazene Polysilane
Riedlberger 8
Polysiloxane („Silikone“)
Synthese:
29.11.2012
HO Si O H
Me
Men
Me2SiCl2H2O
O
Me2Si
O
SiMe2
O
Me2Si
Me2Si
O
Me2Si O
SiMe2
O
SiMe2O
Si O
Me
Men
oder
Riedlberger 9
Polysiloxane („Silikone“)
Eigenschaften:• Si-O-Si Bindungswinkel groß (größer als C-C-C Winkel)
→ Flexibilität, nicht brüchig• Si-O Bindung stärker als C-C Bindung• Unempfindlicher gegenüber Oxidation und UV-Strahlung
→ Höhere thermodynamische Stabilität• Hydrophobie• Hohe Gaspermeabilität
29.11.2012
Riedlberger 10
Polysiloxane („Silikone“)
Anwendungen:• Künstliche Haut• Kondome• Ölbäder in Laboren• Backformen• Rostschutz
29.11.2012
Riedlberger 11
Polyphosphazene
Synthese:
Probleme: • Trimer (Cl2PN)3 muss vorsichtig gereinigt werden• Hohe Temperatur• Molmassenkontrolle schwer
29.11.2012
N
Cl2P
N
PCl2
N
Cl2P
P N
Cl
Cln
P N
R
Rn
250 °C nucl. Subst.
Riedlberger 12
Polyphosphazene
Neue Synthese:
Vorteile:• Raumtemperatur!• Molmassenkontrolle möglich
29.11.2012
Cl P N SiMe3
Cl
Cl
P N
Cl
Cln
PCl5 , 25 °C
-Me3SiCl
Riedlberger 13
Polyphosphazene
Eigenschaften des Rückgrats:• sehr flexibel• thermisch und oxidativ stabil• optisch transparent von 220 nm bis zum nahem IR• wirkt als Brandschutzmittel
29.11.2012
Riedlberger 14
Polyphosphazene
Anwendungen:• polymere Elektrolyte in Batterien• Medizin: Gerüst für schnellere Knochenregeneration
29.11.2012
Riedlberger 15
Polysilane
Synthese:
Katalysator: Titanocen/Zirconocen-Derivate
29.11.2012
RSiH3
KatalysatorH Si H
R
Hn
Riedlberger 16
Polysilane
außergewöhnliche Eigenschaft:
Delokalisierung von σ-Elektronen! (nicht bekannt in Kohlenstoffchemie)
→ Bändermodell!
Folgen:• σ-σ*-Übergang bei kleiner Energie mit steigender Anzahl
an Si-Atomen in Polymerkette• elektrische Leitfähigkeit (bei Dotierung)• Lichtleitfähigkeit
29.11.2012
Riedlberger 17
Polysilane
Anwendungen:• Fotolacke in Fotolithografie• Halbleiter
29.11.2012
Riedlberger 18
Neue Polymere
Aus Hauptgruppenelemente: Gruppe 14• Lineare Polymere• Verzweigte Polymere
29.11.2012
Riedlberger 19
Neue Polymere
Lineare Polymere aus Gruppe 14: Polygermane
29.11.2012
RR'GeCl2Na, Toluol
110 °CGe
R
R'n
vgl. Polysilane
Riedlberger 20
Neue Polymere
Lineare Polymere aus Gruppe 14: Polygermane
Eigenschaften:• σ-Delokalisierung größer als bei vergleichbaren
Polysilanen
→ Rotverschiebung des σ- σ*-Übergangs
29.11.2012
Riedlberger 21
Neue Polymere
Lineare Polymere aus Gruppe 14: Oligostannate
Bisher nur Oligomere mit bis zu 6 Sn-Atome
Eigenschaften:• σ-Delokalisierung nochmal größer als bei vergleichbaren
Polygermanen
29.11.2012
Sn
R
R'n
Riedlberger 22
Neue Polymere
Verzweigte Polymere aus Gruppe 14: Polysilyne
Komplett unterschiedliche Eigenschaften zu Polysilane!
29.11.2012
RSiCl3Na/K
THF, UltraschallSi
R
n
Riedlberger 23
Neue Polymere
Verzweigte Polymere aus Gruppe 14: Polysilyne
Eigenschaften:• Zufälliges, starres Netzwerk aus monosubstituiertem Si• Elektronische Eigenschaften komplett anders als lineare
Polysilane
→ 3D-Struktur führt zu größerer Photostabilität• UV/VIS-Absorption bis 450 nm (vgl. Polysilane: 400 nm)
29.11.2012
Riedlberger 24
Neue Polymere
Hauptgruppenpolymere Polyoxothiazene:
Sehr polar!
Löslich in DMF, DMSO, heißem Wasser und konz. Schwefelsäure!
29.11.2012
S N
O
Rn
Riedlberger 25
Ausblick
• Syntheseproblem wird immer kleiner• Weitere Charakterisierungen nötig• Nischenmarkt zugänglich durch außergewöhnliche
Eigenschaften• Spielraum anorg. Polymere nahezu unendlich durch
ganzes PSE
→ In Zukunft sowohl Grundlagenforschung als auch anwendungsorientierte Arbeit
29.11.2012
Riedlberger 26
Quellen
• Ian Manners, Angew. Chem. Int. Ed. Engl., (1996), 35, 1602-1621
• Don Tilley, Acc. Chem. Res., (1993), 26, 22-29
• http://www.google.com/patents/EP2033668A2?cl=de
• http://www.itwissen.info/bilder/subtraktivverfahren-mit-fotolithografie-
und-aetzung.png
29.11.2012
Riedlberger 27
Danke für die Aufmerksamkeit!
29.11.2012