Synthesis of Poly-N-Vinylcarbazole by Direct and Indirect Electrolysis

 

J.M. Reyna, M. Aguilar, P. Roquero *

 

Facultad de Química,Universidad Nacional Autónoma de México, Ciudad Universitaria, 04510 México D.F.

 

 

Received 19 April 2004; accepted 21 September 2004

 

 

Abstract

Poly-N-vinylcarbazole (PNVCz) can be obtained by two different ways: when the reaction takes place through the vinyl group of the monomer, a white, linear-chain polymer, with interesting photoconducting properties, is obtained. When the polymerization occurs through the aromatic rings, the main product is a green, cross-linked polymer.

Polymerization of N-vinylcarbazole (NVC) is possible by electrochemical oxidation. Direct anodic oxidation leads mainly to the green form of the polymer. Protons released from the initial oxidation of the aromatic rings, induce the polymerization through the vinyl group. Indirect electrolysis, making use of an intermediate to achieve oxidation of the monomer, is also possible. In particular, the electrochemical generation of Ce(IV) allows to increase selectivity towards the linear-chain polymer, and can be the basis for the development of a new process, involving the anodic oxidation, in aqueous phase, of Ce(III) to Ce(IV), which will activate the polymerization reaction through the vinyl group.

This work presents results from initial characterization, by cyclic voltammetry, of the reacting system. The anodic polymerization of the monomer (NVC) was carried out in acetonitrile, using sodium perchlorate as supporting electrolyte, in the presence and in the absence of cerium salts. The voltammetric response of Ce(III) in aqueous phase, as a possible initiator for the polymerization, is also presented.

 

Keywords: poly-N-vinylcarbazole, direct and indirect electrolysis, cerium intermediate.

 

Síntesis de Poli-N-Vinilcarbazol por Electrólisis Directa e Indirecta

Resumen

El poli-N-vinilcarbazol (PNVC) puede obtenerse por dos vías diferentes: cuando la polimerización se lleva a cabo por el grupo vinilo del monómero, se obtiene un polímero lineal, de color blanco, con interesantes propiedades como fotoconductor. Cuando la polimerización ocurre a través de los anillos aromáticos, se obtiene un polímero reticulado, de color verde, electroconductor. El polímero blanco es utilizado en importantes aplicaciones en equipos xerográficos.

La polimerización del N-vinilcarbazol (NVC) puede ser iniciada por oxidación electroquímica. Cuando el monómero sufre una oxidación anódica directa, la polimerización ocurre inicialmente por medio de los anillos aromáticos, obteniendo el polímero verde. Los protones liberados en esta etapa reaccionan con los grupos vinilo, iniciando la polimerización de estos por un mecanismo de tipo radical-catiónico. Por otra parte, se ha observado que el uso de un iniciador en solución, por ejemplo una sal de Ce(IV), permite aumentar la selectividad de la reacción hacia el polímero lineal. De esta manera es posible diseñar un proceso para la síntesis del polímero más interesante, el de cadena lineal, mediante la selección de un proceso por electrólisis indirecta, en que se genere anódicamente Ce(IV), el cual iniciará la polimerización por los grupos vinilo.

En este trabajo se presentan los resultados de la caracterización inicial, por voltamperometría cíclica, del sistema reaccionante. Se estudia la polimerización anódica del monómero en acetonitirilo, utilizando perclorato de sodio como electrolito soporte, en ausencia y en presencia de sales de cerio. Se presenta también el estudio de la electrólisis de Ce(III) en fase acuosa como posible iniciador de la reacción.

Palabras clave : Poli-N-vinilcarbazol , electrólisis directa e indirecta, intermediario de cerio.

 

 

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* Corresponding author. E-mail address: p_roquero@entropiahumana.com