PK
Pawel Krys
Author with expertise in Living Radical Polymerization
Achievements
Cited Author
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
4
(25% Open Access)
Cited by:
999
h-index:
21
/
i10-index:
25
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
0

Reversible-Deactivation Radical Polymerization in the Presence of Metallic Copper. A Critical Assessment of the SARA ATRP and SET-LRP Mechanisms

Dominik Konkolewicz et al.Sep 17, 2013
Reversible-deactivation radical polymerization (RDRP) in the presence of Cu0 is a versatile technique that can be used to create well-controlled polymers with complex architectures. Despite the facile nature of the technique, there has been a vigorous debate in the literature as to the mechanism of the reaction. One proposed mechanism, named supplemental activator and reducing agent atom transfer radical polymerization (SARA ATRP), has CuI as the major activator of alkyl halides, Cu0 acting as a supplemental activator, an inner-sphere electron transfer occurring during the activation step, and relatively slow comproportionation and disproportionation. In SARA ATRP slow activation of alkyl halides by Cu0 and comproportionation of CuII with Cu0 compensates for the small number of radicals lost to termination reactions. Alternatively, a mechanism named single electron transfer living radical polymerization (SET-LRP) assumes that the CuI species do not activate alkyl halides, but undergo instantaneous disproportionation, and that the relatively rapid polymerization is due to a fast reaction between alkyl halides and “nascent” Cu0 through an outer-sphere electron transfer. In this article a critical assessment of the experimental data are presented on the polymerization of methyl acrylate in DMSO with Me6TREN as the ligand in the presence of Cu0, in order to discriminate between these two mechanisms. The experimental data agree with the SARA ATRP mechanism, since the activation of alkyl halides by CuI species is significantly faster than Cu0, the activation step involves inner-sphere electron transfer rather than an outer-sphere electron transfer, and in DMSO comproportionation is slow but occurs faster than disproportionation, and activation by CuI species is much faster than disproportionation. The rate of deactivation by CuII is essentially the same as the rate of activation by CuI, and the system is under ATRP equilibrium. The role of Cu0 in this system is to slowly and continuously supply CuI activating species and radicals, by supplemental activation and comproportionation, to compensate for CuI lost due to the unavoidable radical termination reactions. With the mechanistic understanding gained by analyzing the experimental data in the literature, the reaction conditions in SARA ATRP can be tailored toward efficient synthesis of a new generation of complex architectures and functional materials.
0

Aqueous RDRP in the Presence of Cu0: The Exceptional Activity of CuI Confirms the SARA ATRP Mechanism

Dominik Konkolewicz et al.Jan 14, 2014
Polymerizations and mechanistic studies have been performed to understand the kinetic pathways for the polymerization of the monomer oligo(ethylene oxide) monomethyl ether acrylate (OEOA) in aqueous media. Typically, the medium consisted of 18 wt % OEOA in water, in the presence of Cu catalysts coordinated by tris[2-(dimethylamino)ethyl]amine (Me6TREN). Well-controlled polymerization of OEOA can be achieved in the presence of halide anions and Cu wire with ≲600 ppm of soluble CuII species, rather than previously reported ca. 10 000 ppm of CuII and Cu0 particles formed by predisproportionation of CuI prior to monomer and initiator addition. The mechanistic studies conclude that even though disproportionation is thermodynamically favored in aqueous media, the SARA ATRP, not SET-LRP, mechanism holds in these reactions. This is because alkyl halides are much more rapidly activated by CuI than by Cu0 (contribution of Cu0 to activation is <1%). Because of the high activity of CuI species toward alkyl halide activation, [CuI/Me6TREN] in solution is very low (<5 μM) and classical ATRP equilibrium between CuI and CuII species is maintained. Although in aqueous media disproportionation of CuI/Me6TREN is thermodynamically favored over comproportionation, unexpectedly, in the presence of alkyl halides, i.e., during polymerization, disproportionation is kinetically minimized. Disproportionation is slow because its rate is proportional to [CuI/Me6TREN]2 and [CuI/Me6TREN] is very small. Thus, during polymerization, comproportionation is 104 times faster than disproportionation, and the final thermodynamic equilibrium between disproportionation and comproportionation could be reached only after polymerization is completed. Activation of alkyl halides by CuI/Me6TREN in aqueous media occurs 8 orders of magnitude faster than disproportionation.