การสังเคราะห์พอลิฟีนิลีนเอไทนิลีนโดยใช้แคลเซียมคาร์ไบด์

จาก ChulaPedia

ในงานวิจัยนี้ได้ทำการสังเคราะห์พอลิฟีนิลีนเอไทนิลีน หรือ PPE ซึ่งเป็นคอนจูเกตพอลิเมอร์ที่มีสมบัติน่าสนใจหลายประการอาทิเช่น การนำไฟฟ้า, ความสามารถในการเรืองแสง และเสถียรภาพทางความร้อน จึงทำให้พอลิเมอร์จำพวกนี้ถูกนำไปใช้ประโยชน์ในด้านต่างๆมากมาย เช่น การใช้เป็นตัวตรวจวัดสารเคมีชนิดต่างๆ, เซลล์แสงอาทิตย์, อุปกรณ์เปล่งแสงพอลิเมอร์ (PLED) เป็นต้น ด้วยเหตุนี้ทำให้คณะผู้วิจัยเล็งเห็นการพัฒนาขั้นตอนและวิธีการในการสังเคราะห์ PPE ซึ่งวิธีการสังเคราะห์ที่ได้รับความนิยมมากในปัจจุบันมีอยู่ 2 วิธี คือ การทำปฏิกริยาคัปปลิงระหว่างแอริลไดเฮไลด์กับแก็สอะเซทิลีนโดยตรงหรืออะเซทิลีนที่มีหมู่ปกป้อง เช่น ไตรเมทิลไซริลอะเซทิลีน เป็นต้น ซึ่งการสังเคราะห์จากวิธีการดังกล่าวจะเห็นว่าสารตั้งต้นทั้ง 2 ชนิดมีข้อจำกัดที่สำคัญดังนี้ ในกรณีที่ใช้แก็สอะเซทิลีนซึ่งมีความสามารถในการติดไฟได้ง่าย จึงจำเป็นต้องใช้เครื่องมือที่ซับซ้อนและมีราคาแพง อีกทั้งยังต้องควบคุมดูแลกระบวนการสังเคราะห์อย่างใกล้ชิด และในกรณีของการใช้อะเซทิลีนที่มีหมู่ปกป้องซึ่งมีราคาแพง ทำให้ต้นทุนการผลิตมีราคาสูงตามไปด้วย จากข้อจำกัดดังกล่าว ทำให้คณะผู้วิจัยคิดค้นทางเลือกใหม่ในการเลือกใช้สารตั้งต้น โดยเมื่อเร็วๆนี้มีงานวิจัยจำนวนหนึ่งได้นำแคลเซียมคาร์ไบด์มาใช้ในการสังเคราะห์สารโมเลกุลเล็กๆแต่ยังไม่พบรายงานการนำไปใช้ในการสังเคราะห์สารโมเลกุลใหญ่ๆหรือพอลิเมอร์ ในงานวิจัยนี้จึงทำการสังเคราะห์พอลิฟีนิลีนเอไทนิลีนจากปฏิกิยาโซโนกาชิราคัปปลิงระหว่างแอริลไดไอโอไดด์ และแคลเซียมคาร์ไบด์ ซึ่งเป็นวัตถุดิบหลักทางเคมีที่มีราคาถูก, ปลอดภัย, มีความไวไฟต่ำเนื่องจากอยู่ในสถานะของแข็ง ทำให้การจัดตั้งอุปกรณ์ต่างๆสามารถทำได้ง่าย โดยคณะผู้วิจัยได้ศึกษาหาสภาวะที่เหมาะสมที่ใช้ในการสังเคราะห์พอลิเมอร์และพบว่าปฏิกริยาถูกเร่งด้วยแพลลาเดียม โดยปฏิกิริยาดำเนินไปได้ด้วยดีที่อุณหภูมิห้องด้วยสภาวะที่ไม่รุนแรง และใช้สารตั้งต้น, ตัวเร่งปฏิกิริยา และตัวทำละลายที่สามารถหาซื้อได้ง่ายและมีราคาถูก ให้ร้อยละผลได้ของ PPE เป็นที่น่าพอใจ 60-93 เปอร์เซ็นต์หลังจากตกตะกอน 2 ครั้งด้วย เมทานอล นอกจากนี้ยังสามารถเตรียม PPE ที่ประกอบด้วยหมู่แทนที่ที่หลากหลายเช่น บิลทอกซี, ออกทิลออกซี, เอทิลเฮกซิลออกซี, เมทิลไดเอทอกซี และ ออกซี โพรพานอลได้อีกด้วย โดยให้ร้อยละผลได้ของ PPE สูงมาก 71-93 เปอร์เซ็นต์ ข้อมูลทางGPC ของ PPE ที่สังเคราะห์ได้แสดงให้เห็นถึงดัชนีการกระจายน้ำหนักโมเลกุลของพอลิเมอร์ที่แคบเปลี่ยนแปลงในช่วง 2.0 ถึง 2.5 และมีองศาการเกิดพอลิเมอร์สูงอยู่ในช่วงตั้งแต่ 35 ถึง 130 เมื่อเปรียบเทียบผลที่ได้กับวิธีการสังเคราะห์ PPE แบบเดิมพบว่า PPE ที่สังเคราะห์ได้มีสมบัติที่เท่ากับหรือดีกว่าในด้านขององศาการเกิดพอลิเมอร์และการกระจายตัวของพอลิเมอร์ เป็นที่น่าสนใจอย่างยิ่งเมื่อ PPE ที่พิสูจน์เอกลักษณ์ด้วย NMR ระบุว่าไม่มีการเกิดโฮโมคัปปลิงของแอลไคน์ในโครงสร้างของพอลิเมอร์ที่สังเคราะห์ได้ ชี้ให้เห็นว่า PPE ที่ได้ไม่มีความบกพร่อง อีกทั้งยังศึกษาสมบัติกายภาพทางแสงของ PPE ที่สังเคราะห์ได้พบว่ามีประสิทธิภาพควอนตัมสูง (0.34 - 0.71) อีกด้วย

โดย นางสาวนพรัตน์ ถาวรสิน วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต สาขาวิชา : ปิโตรเคมีและวิทยาศาสตร์พอลิเมอร์ คณะวิทยาศาสตร์