Estudo cinético da reação entre Poli[oxi(2,6-dimetil-1,4-fenileno)] e 4-fenil-1,2,4-triazolina-3,5-diona

Abstract

A grande reatividade da 4-fenil-1,2,4-triazolina-3,5-diona (PhTD) (2) como dienófilo nas reações Diels-Alder e enófilo nas reações Ene, tem sido amplamente estudada na literatura. Entretanto poucos estudos tem sido desenvolvidos para elucidar o mecanismo via substituição eletrofílica aromática de reações com triazolinas de caráter eletrofílico. O polímero Poli(oxi-2,6-dimetil-1,4-fenileno) (PPE) (1) é de importância industrial como componente de plástico de engenharia, devido a sua alta temperatura de transição vítrea (Tg = 205 +- 20 °C), e por exibir completa miscibilidade com o poliestireno. Para se obter materiais com melhor desempenho, várias tentativas tem sido realizadas na modificação química do PPE procurando gerar novos polímeros e copolímeros. Este polímero modificado (3) com grupamentos triazolinadiona poderá apresentar maior interesse industrial através da inserção de grupos fortemente polares capazes de formar pontes de hidrogênio e/ou levar à formação de ionômeros. Apesar da importância que o PPE representa no meio industrial e o que poderá representar quando modificado com grupamentos polares, como triazolinadionas, ainda há uma obscuridade com relação ao mecanismo envolvido na formação do PPE-UZ. Assim neste trabalho um estudo cinético foi desenvolvido usando métodos espectroscópicos (UV-Visível e 1H-RMN), para o monitoramento da reação entre o PPE e PhTD. A partir de soluções de PhTD e PPE em clorobenzeno realizou-se uma série de experimentos da reação entre PhTD e PPE em condições de pseudo-primeira ordem com relação à concentração de PhTD. Foram também realizados experimentos com o trímero do PPE com a finalidade de eliminar as contribuições associadas a cadeia polimérica. As constantes de velocidades e parâmetros de ativação foram comparados entre ambos sistemas. A análise dos resultados experimentais indicam que a reação ocorre em mais de uma etapa e com formação de um complexo de natureza sigma. Sua existência foi evidenciada com o aparecimento de um sinal na região entre 4-5 ppm quando a reação foi monitorada por 1H-RMN, também nos experimentos utilizando substratos competitivos com isopreno e base (4-aminobenzoatoa de etila), a qual acelera a etapa que leva a formação do produto final. A reação mostrou uma dependência linear das constantes de velocidade com a concentração do polímero e com a temperatura. As condições de pseudo-primeira ordem foram mantidas, pois a equação de Arrhenius foi obedecida. Também foi observado o comportamento destas constantes de velocidades com a variação da polaridade do meio reacional.

4-phenil-1,2,4-triazoline-3.4-dione (PhTD) (2) due to its great reactivity as a dienophile in Diels-Alder reactions and enophile in Ene reactions has been extensively studied. However only a few investigations have been reported on the mechanism via eletrophilic aromatic substitution in reactions with eletrophilic triazolines. Poly(oxy-2,6-dimethyl-1,4-phenylene) (PPE) (1) is a polymer of great industrial importance as a component in engineering plastics due to its high glass transition temperature (Tg = 205 +- 20 °C). The modified polymer (3) may exhibit some interesting properties due to the insertion of very polar groups capables of forming hidrogen bridge bonds and undergoing dissociation process, wich could lead to ionomers. Although of importance this polymer play in industrial centre and that could to play when modified with polar groups as triazolinediones still little is known with regard to the mechanism involved in the formation of PPE-UZ. In this work a kinetic study was carried out for the reaction between PPE and PhTD using spectroscopical methods as UV-Visible and 1H-RMN. Starting from solutions of PhTD and PPE in chlorobenzene a series of reactions were carried out under pseudo-first order conditions by keeping constant the concentration of PhTD. In order to evaluate the reaction kinetics a similar study was performed with oligomeric PPE (trimer). Comparison of the kinetic parameter for the reaction between the PPE and PhTD and for the reaction between the oligomeric PPE, allowed considerations to be made on the isolating polymer backbone contributions. Analysis of the experimental results showed that the reaction occurs in more than one step. The initial sleeps led to the formation of a sigma-complex as it was evidenced by addition of a competing substrate, isoprene, and base (ethyl 4-aminobenzoate) which accelerated the step that lead to the final product. This intermediate was also detected by 1H-RMN, though the appearence of signals at 4-5 ppm, characteristic of olefinic proton (arenium ion). The reaction obeyed kinetic pseudo first order conditions. No deviation for the Arrhenius equation was detected. Solvent dieletric constant showed a marked effect on the rate constants.