[化学]化学现象

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3. https://en.wikipedia.org/wiki/Diamond

点不了··

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Cyanoacrylate

超强力胶水!



Sarwat贝格
布里斯托尔大学、英国



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Packet of superglueCyanoacrylate的历史

Structure of cyanoacrylate - click for 3D structureCyanoacrylate博士在1949年首次发明了哈利Coover[1]。当时Coover为柯达实验室工作,他试图合成光学清晰的塑料精密瞄准器二战期间。他正在与cyanoacrylates似乎是有前途的,但令人沮丧的坚持所感动! Coover指出下来但未能看到自己的潜力,直到1951年粘合剂。在这一点上,Coover负责的一个研究小组试图让更耐热丙烯酸酯聚合物喷气式飞机的树冠。他的研究的一个学生乙cyanoacrylate;强力胶的主要成分。在测量折射率确定样品的纯度,他发现他不能单独的两个棱镜和Coover展示他打破了一个昂贵的装备! 幸运的是他们两人,研究学生没有遇到麻烦Coover意识到他有一个非常特殊的粘合剂在他的手——没有人从来没有见过的东西。超强力胶水现在是一个4亿美元的产业,目前在许多领域使用的化学和工程行业。

合成Cyanoacrylate

cyanoacrylate基于的合成Knovenagel反应[2]。这是甲醛的缩合(甲醛)和一个烷基以。在第一步中,一个烯醇化物形成的烷基氰化物。由此产生的烯醇化物阴离子作为甲醛时和攻击亲电的碳。发生缩合反应,-哦集团开始,从而形成methyl-2-cyanoacrylate。

Synthesis of cyanoacrylate

Knovenagel显示methyl-2-cyanoacrylate的合成反应。B指基地。

当在一个工业规模[3],缩合反应后的单体聚合,因为单体极其被动的存在基础。这意味着需要破解,形成一个聚合物混合原油单体和少量的冰原上聚合物。纯单体检索通过蒸馏从原油混合物。其余的混合物回收并再次破碎,直到所有的纯单体检索。

Cyanoacrylate在胶粘剂

它是如何工作的呢?

换句话说,是什么让超强力胶水这样的强力胶? 答案很简单——cyanoacrylate单体的聚合反应导致的形成极强的债券[4]。两个吸电子集团(含氰基的组和酯组)使双键极其容易受到亲核攻击,并使生成的离子非常稳定,因为负电荷被整个分子。因此,cyanoacrylates经历极其快速的通过一个聚合阴离子的机制[5],如下所示:

启动步骤

亲核试剂(ν-)启动反应(这是经常路易斯碱(如。哦-、氨基酸——一个孤对捐赠者)通过攻击C = C双键,优惠和形成新债券的亲核试剂双键的一侧,并形成阴离子在另一边,因为没有别的补充说到另一边的双键。

Initiation Step
传播步骤

阴离子形成的起始步攻击另一个cyanoacrylate C = C双键的单体。债券之间形成终止阶段和新生成的阴离子cyanoacrylate单体红色所示。这种反应会形成另一个负离子,然后另一个cyanoacrylate单体攻击。反应仍在继续,直到终止。

Propagation Step
终止阶段

终止反应的水、空气和酸性质子,因为他们与亲核试剂发生反应,有效淬火反应[6]。酸的类型也会影响cyanoacrylates;弱酸抑制和减缓聚合而强酸完全停止聚合。如果不终止反应离子的存在是一个“活”聚合物——这意味着另一个单体应引入反应,生物聚合物可能进一步传播,攻击单体和碳链延长。

如果我不小心粘我的手指在一起会发生什么?

不要担心,你不会永远停留! 只是找到一些指甲油清洗剂,包含丙酮和强力胶很容易脱落。这是由于丙酮降解聚合物和休息下来,释放你的手指[7]。

Don't try this with superglue!

强力胶的危害:
一些不幸的学生时睡着了他所谓的“伴侣”
超强力胶水各种物品脸上.... 但是没有一些丙酮不能治愈。

超强力胶水+棉吗?

当我14岁的时候,我尝试了一些假指甲和愚蠢地打翻了一瓶假指甲胶水在我妈妈最喜欢的白色棉布手帕。想象我的恐怖阴谋开始时的嘶嘶声剧烈! Cyanoacrylate和棉花因为棉花主要是由纤维素反应。正如你所看到的从下面的结构,纤维素有许多羟基(OH-)组织发起的聚合反应。只需要微量的反应发生。反应极其放热,通常情况下,你会发现药棉将着火! 超强力胶水混合和棉花并不是一个好主意,请不要在家里尝试这些,即使是在化学的名字。
Cellulose

Cyanoacrylate在医学

医用粘合剂——他们是什么?

Coover自己进行的研究在医学中使用cyanoacrylates同时为强生工作[1]。他发现cyanoacrylates可用于针和缝线的地方[8]。因此,医学粘合剂已经应用了60年来,著名的用于修补美国士兵在越南战争。Cyanoacrylates用作止血剂这意味着他们是专为有不可阻挡的伤口出血(例如胸部伤口)。胶还喷雾,它发现一层薄薄的胶水非常有效地阻止出血。这最终拯救了数百人的生命。

警告……

我现在只是想说,你买商店里的强力胶本身是不适合作为医疗粘附[9]。商业强力胶主要是由短链cyanoacrylates如methylcyanoacrylate或ethylcyanoacrylate不与人体组织相容性。这是因为短链cyanoacrylates很快降解,毒性恶化产品可以使伤口更糟糕! 为了防止这一点,特制长cyanoacrylates需要用于医学应用。
如果我不能用强力胶实验那么我可以使用吗?

cyanoacrylate用于医用粘合剂的类型取决于身体的一部分,他们已经开发了[10]。Opthalmic粘合剂用长链cyanoacrylates因为链越长,时间越长对聚合物降解和分解。这意味着有更少的分解产物刺激眼睛。在热带国家,医疗粘合剂代替针,因为这减少了感染的机会。医疗粘合剂用于化妆品化学这减少了疤痕,用于治疗胃溃疡,肺部病变,软器官损伤以及用于牙科工作密封齿套接字后拔牙,因为这减少了疼痛以及几种类型的手术[11]。

药纳米粒子,它是如何工作的呢?

的想法提供药用体内药物具体目标通过团簇(纳米粒子的另一个名称)第一次出现在1980年代[12]。nanosphere是空心球形cyanoacrylate聚合物充满了活跃的药物或活性药物吸附在其表面。这些纳米粒子提供多肽、蛋白质、疫苗或体内antiproteases选择性目标[13],可以口服或静脉注射。加载nanosphere与药物的方法之一是团簇在溶液中浸泡的药物导致表面吸附。另一种方法是使用药物,将静电结合阴离子聚合物然后启动聚合反应,药物是被困在nanosphere。研究仍在进行,找到最有效的方法。

Nanoparticles

不同类型的团簇(ref。[12])。

使用纳米粒子的好处是什么?

使用纳米粒子意味着从理论上讲,这种药物,至今仍被关在粒子和不使用,直到达到目标[12]。使用静脉注射避免副作用和化疗抵抗。什么使cyanoacrylates特别适合的工作是结合特别好极性基质——在这种情况下,极性基板将人体组织和皮肤。这个反应的发起者是皮肤中的氨基酸。

这是用于什么类型的治疗?

有特别的兴趣使用这种癌症治疗,因为传统化疗并不是愉快的经历对病人由于化疗药物引起的副作用。副作用发生,因为药物的消除恶性肿瘤细胞,但一路上他们也杀死很多活细胞[13]。

听起来很不错,但问题是什么?

随着聚合物降低他们变得更加有毒。然而降解率,因此毒性cyanoacrylates减少的链长增加。Polyalkylcyanoacrylates因为他们使用快速降解动力学相对于其他聚合物用于团簇[13]。细胞能够很好地应对cyanoacrylate分解产物和毒素不要超载。药物的释放速率也是一个重要方面。通常发生的是70%的剂量释放的60分钟内纳米颗粒到达现场,重新获得勇气30%被释放超过120分钟。封装不良药物快速释放时间表示,这可能是危险的病人,如果他们接受过高剂量在太短的时间内。从纳米颗粒释放的药物通常更快的短链cyanoacrylates由于他们的退化时间短[13]。

为什么要使用药物纳米颗粒,为什么不设计更好的药物吗?

这个使用cyanoacrylates也特别感兴趣,因为它可以用来让药物通过血脑屏障[14]。这是非常重要的因为很多药物的缺点是无法穿透血脑屏障,进入他们的行动。的机制目前不知道,一个美好的期待是,粒子能被大脑细胞毛细血管,可以通过血脑屏障。这是很重要的治疗疾病,比如,脑癌虽然有争论是否使用这个方法来创建药物穿过血脑屏障[15]。

Cyanoacrylate法医科学

cyanoacrylate用于法医科学吗?

Cyanoacrylate自1970年代以来被用来使指纹[16]。让指纹ethylcyanoacrylate蒸汽导致白色高分子层形成在山脊[17]。这需要在一个封闭的空间,因为氧实际上抑制了聚合过程。这是知道潜伏指纹发烟。Ethylcyanoacrylate加热成蒸汽和大约要花两分钟时间形成聚合物层指纹的脊线。这种方法也很有用,因为它可以显示微量的其他外分泌分泌物如血和汗水,但不破坏这意味着检测血液和汗水后,它们可以被用于DNA测试。潜伏指纹发烟效果最好等表面无孔金属/石膏,如果材料的指纹是白色的,有着色聚合物的方法。

a latent fingerprint brought out using superglue

潜伏指纹使用强力胶了。

为什么聚合物层形式只在指纹的脊线吗?

为什么不形式的指纹吗? 这是因为外分泌腺的汗水(汗分泌non-hairy您身体的一部分,即。手、脚)构成指纹脊,因此一定的外分泌腺的汗水发起阴离子聚合反应。可能initiatiors氨基酸(氮上的孤对认为),水(羟基阴离子)和乳酸钠。确切的机制和发起者目前未知。

如果指纹受损呢?

外分泌腺的汗水变得很容易污染,但污染的数量相比是微乎其微的其他成分的分泌腺的汗水,启动聚合。如果指纹变得又老又不检查,证据是不会丢失的。添加一个氨鼓励聚合而不会破坏指纹。

solar cellsCyanoacrylate在太阳能电池

如何成为一名优秀的太阳能电池吗?

对于一个成功的太阳能电池,需要有较高的太阳能电池转换效率高达10%[18]。液体电解质已经使用了这个原因,然而,与液体总有太阳能电池的液体泄漏的问题,提出了一个enivironmental威胁。固体电解质没有这个问题,但是他们减少了太阳能电池转换效率。Cyanoacrylate一直看着,因为它可以作为一个凝胶存在(称为quasi-solid-state)。凝胶电解质几乎一样高的太阳能电池转换效率的液体电解质,但有一个小泄漏的风险。

它是如何工作的呢?

太阳能电池(光伏电池)依赖于半导体,材料的电导率增加而增加温度[19]。所发生的是,一个电子从半导体被阳光兴奋(光子)进入一个更高的状态。电场力电子周围细胞向一个方向流动,直到最终还是开始,因此,完成电路。在如下图所示的例子中,把太阳能电池层。底层是由染料分子。光子激发电子从染料分子进入电解液层。电解质层是由cyanoacrylate和tetrapropylammonium阳离子[N(Pr)4]+形成超分子复杂巧妙的支持离子转移。这意味着要容易得多,电子从激发态染料分子进入下一层,氧化钛层。电子穿过后氧化钛层,它通过外部电路——这生成电流(即。流的电子)。电子通过铂对电极重新进入内部电路。电子转移回我激动的染料分子通过氧化还原反应3-+ 2 e3我-碘离子的回馈的电子的染料分子将恢复其基态[18]。

A solar cell

扫描电子显微镜图像的横截面的太阳能电池,
显示)的氧化钛层和b)cyanoacrylate准固态层,从裁判。[18]。

为什么cyanoacrylate用于太阳能电池?

的超分子复杂之间形成cyanoacrylate和tertapropylammonium阳离子特别擅长离子[18]。cyanoacrylate单体的大小意味着更少的粘性和它很容易通过氧化钛层,使良好的电子转移。Cyanoacrylate还有另外一个优势,它显示了伟大的机械强度,使底物在一起。

Cyanoacrylate作为除草剂

Herbicide它是如何工作的呢?

光合作用发生时,光子激发电子转化为更高的状态。转化为更高的电子激发态时,有些阶段,一定的还原反应发生。通过路线称为电子很兴奋光系统II通路[20]。Cyanoacrylate抑制杂草的生长,抑制电子激发,因此抑制光系统II通路。仔细cyanoacrylate除草剂需要合成。例如,他们可以通过向分子取代卤素更有效。取代苄基环保证良好的适应活动herbicidal网站这将导致更大的除草活性。这是一个新的用于cyanoacrylates结果,他们目前不用作除草剂以商业规模,因为大剂量需要所需的herbicidal效应[21]。

结束……

Cyanoacrylate非常有用,在化学工业的许多领域。不坏考虑它是偶然被发现的! 然而,当哈利Coover曾经说过[1],”忍不住想知道有多少潜在的重要发明之一潜伏在科学家的观察记录被认为是无关紧要的,他们的研究目标,“明智地得出结论,“这应该作为一个提醒我们所有人足够开放和好奇去追求无法解释的事件和无法解释的结果,解锁新的秘密和可能导致在未来新的和激动的发现。”

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