N-(对甲苯基)丙烯酰胺:性质、合成与应用
N-(对甲苯基)丙烯酰胺:性质、合成与应用
N-(对甲苯基)丙烯酰胺是一种氮-芳基取代丙烯酰胺单体,广泛应用于聚合物化学和材料科学领域,用于制备具有可调热性能和力学性能的功能性均聚物和共聚物。
- IUPAC命名
- N-(4-甲基苯基)丙-2-烯酰胺
- 分子式
- C₁₀H₁₁NO
- 分子量
- 161.20 g/mol
- 官能团类别
- N-芳基丙烯酰胺;乙烯基单体
- 聚合类型
- 自由基聚合、RAFT聚合、ATRP聚合及阴离子聚合
- 阿拉丁货号
- N768604
化学特性与物理性质
N-(对甲苯基)丙烯酰胺,系统命名为N-(4-甲基苯基)丙-2-烯酰胺,是一种芳香族丙烯酰胺衍生物,其酰胺氮上连接有对位甲基取代的苯胺基团。分子式为C₁₀H₁₁NO,分子量约为161.20 g/mol。该化合物在室温下通常呈白色至类白色结晶固体。
该分子将丙烯酰胺的活性乙烯基与对甲苯基(4-甲基苯基)引入的亲脂性和供电子特性相结合。酰胺氮与羰基和芳香环均参与共振,相较于脂肪族丙烯酰胺,降低了氮的亲核性,并赋予衍生聚合物更高的热稳定性。乙烯基双键(C=C)仍是主要的反应位点,可参与自由基聚合及受控/活性聚合。
关键物理性质数据应以阿拉丁科学(货号N768604)随批次提供的质量检验证书为准。丙烯酰胺单体的标准储存条件为阴凉、干燥、避光环境,并远离自由基引发剂。
合成与操作
N-(对甲苯基)丙烯酰胺最常见的制备方法是在三乙胺等碱的存在下,以丙烯酰氯或丙烯酸酐对对甲苯胺(4-甲基苯胺)进行酰化反应,在无水非质子溶剂(如二氯甲烷或四氢呋喃)中低温进行,以尽量减少迈克尔加成副反应。产物通过水相处理和重结晶分离。
替代路线包括里特型反应和酶促酰化;然而,由于操作简便、收率高,丙烯酰氯路线在实验室规模中仍最为常用。
操作N-(对甲苯基)丙烯酰胺时,研究人员应遵守适用于丙烯酰胺衍生物的标准预防措施:使用适当的个人防护装备(手套、实验服、护目镜),在通风良好的通风橱中操作,避免接触皮肤和黏膜。使用前请查阅安全数据表(SDS)以获取完整危害信息。该单体可能含有聚合抑制剂;使用前应按照既定方案(如抑制剂去除柱或碱洗)将其去除。
聚合行为与聚合物性质
作为一种N-芳基丙烯酰胺,N-(对甲苯基)丙烯酰胺在标准条件下(热引发或光引发)可高效进行自由基均聚。与聚丙烯酰胺相比,对位甲基适度提高了所得聚N-(对甲苯基)丙烯酰胺的上限温度和玻璃化转变温度(Tg),反映了空间位阻增大和疏水性增强的影响。
该单体适用于受控自由基聚合技术,包括可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合和原子转移自由基聚合(ATRP),可制备具有窄分散度(Đ)和目标分子量的结构明确聚合物。这些技术还便于在N-(对甲苯基)丙烯酰胺与亲水性或功能性共聚单体结合时,合成嵌段共聚物、梯度共聚物和星形结构。
与丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)、甲基丙烯酸或丙烯酸酯共聚,可制备具有可调亲水性、热响应性和力学刚度的材料。具体的Tg值、聚合动力学及分散度数据取决于反应条件,应通过实验测定或参考同行评审文献获取。
研究应用
功能性聚合物合成:N-(对甲苯基)丙烯酰胺是疏水性丙烯酰胺基聚合物和两亲性嵌段共聚物的重要构建单元。悬挂芳基可参与π–π堆积相互作用,适用于自组装纳米结构、薄膜和有机凝胶的制备。
刺激响应性与智能材料:当与NIPAM等热响应单体共聚时,疏水性甲苯基单元可调节所得共聚物的低临界溶解温度(LCST),从而实现精细调控的热响应性,适用于药物递送和传感应用。
涂层与胶黏剂:酰胺氢键能力与芳基疏水性的结合,使N-(对甲苯基)丙烯酰胺衍生聚合物成为特种涂层、压敏胶黏剂及表面改性层的候选材料。
交联网络与水凝胶:在双官能团交联剂存在下,N-(对甲苯基)丙烯酰胺可形成交联聚合物网络和水凝胶,与纯聚丙烯酰胺凝胶相比具有更优异的力学性能,有望用于组织工程支架和分离介质。
模型化合物研究:N-(对甲苯基)丙烯酰胺结构明确、反应活性适中,是丙烯酰胺聚合动力学和机理研究中的重要模型单体。
订购信息
N-(对甲苯基)丙烯酰胺可通过阿拉丁科学(货号N768604)订购。建议研究人员在用于敏感聚合实验前,索取质量检验证书(CoA)以确认纯度、外观及抑制剂含量。如需散装或定制规格,请直接联系阿拉丁科学采购团队。
每份订单均随附完整文件,包括安全数据表(SDS)和质量检验证书(CoA)。订购丙烯酰胺类化合物时,请确保符合所在机构的化学品库存及废物处置法规要求。
常见问题
N-(对甲苯基)丙烯酰胺有哪些用途?
N-(对甲苯基)丙烯酰胺主要用作乙烯基单体,通过自由基聚合和受控自由基聚合制备功能性均聚物和共聚物。应用领域包括智能/刺激响应性材料、特种涂层、水凝胶、自组装纳米结构,以及聚合动力学研究中的模型化合物。
N-(对甲苯基)丙烯酰胺应如何储存?
与大多数丙烯酰胺单体一样,N-(对甲苯基)丙烯酰胺应密封储存于阴凉、干燥、避光环境中,远离热源、光源和自由基引发剂。请参阅阿拉丁科学提供的质量检验证书和安全数据表,获取具体储存温度建议。
N-(对甲苯基)丙烯酰胺是否适用于RAFT和ATRP聚合?
是的。作为一种单取代丙烯酰胺,其吸电子羰基激活乙烯基双键,N-(对甲苯基)丙烯酰胺与RAFT和ATRP受控自由基聚合技术均相容。这些方法可合成分子量分布窄、链端官能团明确的结构明确聚合物。
对位甲基是否影响聚合物的玻璃化转变温度?
与未取代的N-苯基丙烯酰胺相比,芳香环上的对位甲基取代基增大了单体的空间位阻和疏水性,预期会影响所得聚合物的玻璃化转变温度(Tg)和热性能。精确的Tg值应在确定条件下实验测定,因其取决于分子量和聚合物微观结构。
使用前如何去除聚合抑制剂?
商业丙烯酰胺单体(包括N-(对甲苯基)丙烯酰胺)可能含有用于安全运输和储存的自由基捕获抑制剂。抑制剂通常可通过将溶解的单体过抑制剂去除柱(如氧化铝或特定捕获树脂)或碱洗后干燥来去除。在进行受控聚合实验前,务必确认抑制剂已完全去除。
参考文献
- Odian, G. Principles of Polymerization, 4th ed.; Wiley-Interscience: Hoboken, NJ, 2004.
- Moad, G.; Rizzardo, E.; Thang, S. H. Living Radical Polymerization by the RAFT Process. Aust. J. Chem. 2005, 58, 379–410. doi:10.1071/CH05072
- Matyjaszewski, K.; Xia, J. Atom Transfer Radical Polymerization. Chem. Rev. 2001, 101, 2921–2990. doi:10.1021/cr940534g
- Aladdin Scientific Product Page: N-(p-tolyl)acrylamide, SKU N768604. https://www.aladdin-e.com
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