环氧乙烷开环聚合反应过程

环氧乙烷开环聚合反应过程

崔治君 1      李洋 2

2.抚顺矿业集团有限责任公司 

摘要：改革开放之后，我国现代化经济发展迅速，化学领域方面得到了很大的发展。对化学物质结构和应用的分析也越来越多，成立了越来越多的化学工厂和化学研究中心。国家对于化学领域的发展也提供了很大的支持，投入了大量的资金和技术人员，使对物质的物理反应或化学反应有了更多的了解，根据物质的性质和反应特点，研究和分析物质的各种反应和核外电子的变化，以全面分析和研究发生化学反应物质的各项变化。本文主要介绍了环氧乙烷开环聚合反应的过程分析和条件分析。

关键词：环氧乙烷；聚合反应；分子结构

前言

化学领域日益显出它的重要性。可以说化学物质的研究是我国化学发展最基础和最重要的一部分，对化学反应和物质的分析研究可以显示一个国家的化工水平，还可以作为我国化工建设的重要组成部分。本文通过对环氧乙烷开环聚合反应过程，来分析环氧乙烷分子结构和核外电子的变化。

1.环氧乙烷开环聚合反应过程分析

1.1环氧乙烷分子结构分析

环氧乙烷是一种有机化合物，化学式为C2H4O，是一种有毒的致癌物质，在过去一直被用来灭菌剂的生产。环氧乙烷从化学结构来看，是最小的环醚，醚键是一种特征性碱性强键，化学性质相对活泼，是一种易燃易爆的气体，且有较高的蒸汽压。这也给环氧乙烷的运输到来了困难。环氧乙烷是环式结构，在与其他物质发生化学反映时，常常需要开环，开环后结构变为链式，化学式为-CH2-CH2-O-，化学性质相对活泼，进而和其他物质发生加成反应或聚合反应。由于环氧乙烷的物理性质和特殊的化学结构，环氧乙烷可以与水任意比例混溶，极易溶于醇和醚。环氧乙烷的分子结构较特殊，除了一些有机化学反应，还可以发生氧化还原反应。化学结构注定了物质的物理性质和化学性质，如果要对环氧乙烷开环聚合反应过程分析，首要就是对环氧乙烷的分子结构进行分析和研究。

1.2环氧乙烷空间轨道分析

每一个化学物质都有分子式和特定的空间轨道，由相同分子式构成的有机物可以有很多，但是空间轨道相同的只有物质本身。空间轨道电子的数量和排列方式决定物质的化学性质。对环氧乙烷的空间轨道分析可知，环氧乙烷空间轨道内电子的运行轨道距离原子核较远，电子的运动相对来说比较活跃，较活泼，容易发生氧化还原反应。根据环氧乙烷分子结构分析，-CH2-CH2-O-，碳原子核外电子数为12，最外层电子数是4，氧原子核外电子数是16，最外层电子数是6，氢原子核外电子数是1，最外层电子数是1，且环氧乙烷之间形成的键是共价键，不是离子键，共价键是两个原子各提供一个或几个电子，形成共价键供俩原子使用，且在环氧乙烷中共价键相当于两个电子。根据这些基本信息可对环氧乙烷的空间轨道进行分析和描绘。环氧乙烷的氢原子显示了一定的正电性，环氧乙烷的最好占据轨道主要由氧原子的孤对电子提供。环氧乙烷的空间结构是绝对对称的，这也说明在发生聚合反应时环氧乙烷断键开环的选择是固定的。

1.3发生聚合反应过程分析

环氧乙烷开环发生聚合反应的过程包括链引发反应，链增长反应和链终止反应三个阶段。发生聚合反应是N个环氧乙烷发生化合反应，有且只有一个生成物化学式。链引发反应是N个环氧分子的空间轨道进行匹配及改变，使原子在一定构型中作为初始结构，然后对其进行结构优化，以获得结构稳定的反应中间体。链增长反应是环氧乙烷不断开环，不断对空间结构进行改变和优化、不断调整电子、不断成键，以做到链增长反应。链增长反应是环氧乙烷发生开环聚合反应过程中最重要的阶段，也是最复杂的阶段。通过环氧分子不断开环，分子轨道进而重复成键，形成增长物。环氧乙烷的开环聚合反应得以一直进行下去。最后阶段是链终止反应，可以改变反应条件或者加入物质，以使环氧乙烷开环聚合反应的终止。由于链终止反应的时间是可以人为控制的，不同时间对链终止的控制可以生成不同的环氧乙烷聚合物，因此可以通过选择加入链终止剂的时间来控制环氧乙烷的聚合度，以选取需要的反应产物。环氧乙烷在开环聚合反应中，可以和有机物发生反应，通过电子重叠形成聚醚，还可以和其他物质例如甲醇钠发生反应，通过最外层电子得失形成离子键。

2.环氧乙烷开环聚合反应结果分析

2.1发生聚合反应环氧乙烷的变化

对发生聚合反应的环氧乙烷的变化进行分析，由环氧乙烷分子式和空间结构共同决定环氧乙烷的化学性质。环氧乙烷的空间结构对称，有且只有一个可能的亲核开环反应部位，因此在环氧乙烷的聚合反应时，只有一种开环聚合反应，没有其他的副反应，有且只有一种化学产物。环氧乙烷发生聚合反应时，首先开环，形成-CH2-CH2-O的化学结构，再根据环氧乙烷的不断开环，发生聚合反应，发生聚合反应时，环氧乙烷的电子发生了变化，电子重叠形成了共价键，以供环氧乙烷开环聚合反应的顺利进行。环氧乙烷的阴离子开环聚合体系中存在着起始剂与阴离子增长之间的快速质子交换反应。在环氧乙烷发生阳离子开环聚合反应中、增长反应是通过叔氧离子增长物中来进行的。环氧乙烷开环后得失电子后可以形成离子键，也可以通过分子之间的电子重叠形成共价键。

2.2聚合反应发生需要的条件

聚合反应即加成聚合反应，凡含有不饱和键的化合物或环状分子化合物，再催化剂、引发剂或辐射等外加条件下作业，同中单体间相互加成形成新的共价键相连大分子的反应时聚合反应。环氧乙烷发生聚合反应时需要充足的原料和一定的催化作用下，才可以发生环氧乙烷开环聚合反应，环氧乙烷的开环需要催化剂的催化，以达到电子活跃，致化学键断裂，才能进而发生成键和聚合反应。环氧乙烷开环聚合反应时放热反应，这也是因为聚合反应中电子转移轨道，环氧乙烷分子之间成键，物质发生聚合反应所造成的。对于任何化学反应，若想正常发生反应，对原料要有充足的准备，对化学反应条件也要注意和调整。因此如果想让环氧乙烷开环聚合反应，需要的条件即充足的原料和催化剂。环氧乙烷开始开环聚合反应，主要的催化剂体系主要包括质子酸，lewis酸，碳正离子，氧离子等等。为环氧乙烷的开环聚合反应提供条件。

2.3环氧乙烷开环聚合反应的结果分子式分析

环氧乙烷开环聚合反应的产物化学结构是链式、产物的分子式是—【-CH2-CH2-O-X-】—n。环氧乙烷的分子是环式，在发生聚合反应时需要开环，分子周围化学轨道中的最外层电子可以进行得失、和重叠，进而由催化剂来发生环氧乙烷开环聚合反应，即多个开环的环氧乙烷连在一起，形成了聚醚。环氧乙烷是一种无色有刺激性气味的气体，有较高的蒸汽压，根据此特点可以把其做成化学消毒剂。环氧乙烷是一种对称性结构的醚类，可以和环氧丙烷，甲醇钠等其他化学物质发生开环聚合反应生成聚醚或其他产物。

3.结语

随着时间的推移人们越来越重视化工方向的发展。不仅国家对此投入了大量的资金支持和人才培养，当代学生也主动报考相关学校和专业。不断发展我国的化工产业，让有利于社会的化工产品真正走进我们的生活。本文是对环氧乙烷开环聚合反应过程和结果进行分析。介绍了开环聚合反应过程中分子结构的变化，空间轨道电子的转移变化，发生聚合反应过程的变化和条件和对结果分子式的分析，有利于对环氧乙烷和开环聚合反应有更深入的了解与研究。

参考文献

[1]张旭，储伟，陈建钧，戴晓燕.甲醇钠引发的环氧乙烷开环聚合反应过程[J].物理化学学报，2009，25（3）：451-456.

[2]张治国.环氧乙烷和环氧丙烷的开环聚合反应与产物性能研究[J].浙江大学，2005.