Polipirrol
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El Polipirrol es un aislante, pero sus derivados oxidados son buenos conductores eléctricos. La conductividad del material depende de las condiciones y los reactivos utilizados en la oxidación. Las conductividades van de 2 a 100 S/cm, siendo los valores más altos asociados con aniones más grandes, tales como tosilato.
Obtención
La obtención del polipirrol se lleva a cabo mediante la pirolisis del tri- o tetra-yodopirrol (el pirrol es un compuesto orgánico aromático constituido por un anillo de cinco átomos, cuya fórmula química es C4H5N). En presencia de solución acida y en ausencia de oxidantes el pirrol polimeriza por adición, obteniendo así una mezcla de varios productos de reacción, que se obtiene como un precipitado negro insoluble. Al obtener este polvo negro con diferentes oxidantes se observó que su composición dependía enormemente de las condiciones de reacción. La temperatura es un factor que influye en los niveles de conductividad eléctrica del polipirrol, empeorándolos al aumentar la temperatura. Por otro lado, los mayores niveles de conductividad eléctrica se obtienen con un tiempo de reacción de 20-30 minutos
Algunos de los primeros ejemplos de polipirroles sintéticos fueron reportados en 1963 por Weiss y su equipo de trabajo. Estos científicos describieron la pirólisis de tetraiodopirrol para producir materiales altamente conductores3 Más comúnmente, el polipirrol se prepara por oxidación de pirrol, la cual se logra usando cloruro férrico en metanol.
n C4H4NH + 2 FeCl3 → (C4H2NH) n + 2 FeCl2 + 2 HCl
La polimerización se produce a través de la formación del catión C4H4NH+.
Este electrófilo ataca el C-2 de una molécula no oxidada de pirrol para dar un radical dimérico (C4H4NH)2)+. El proceso se repite en forma reiterada:
Propiedades
Los polímeros electrónicamente conductores son estructuras orgánicas cuya cadena carbonada consiste en enlaces alternados sencillos, dobles o triples. En los polímeros tradicionales como el polietileno, los electrones de valencia se localizan en enlaces covalentes correspondientes a orbitales híbridos sp3. Tales electrones tienen baja movilidad y no contribuyene a la conductividad eléctrica del material. Típicamente, los átomos de carbono en polímeros conductores tienen enlaces covalentes a través de electrones en orbitales híbridos sp2 y adicionalmente un electrón de valencia en un orbital pz: todos los electrones en orbitales pz se combinan para dar lugar a un conjunto de orbitales deslocalizados a lo largo de la molécula. Uno de los polímeros conductores más importantes es el polipirrol, y el mecanismo de conducción eléctrica se explica en este caso por la presencia de átomos donores o aceptores de electrones, como se explica más abajo .
Las láminas de polipirrol son de color amarillo, pero se oscurecen en el aire debido a la oxidación. Sin embargo, las películas dopadas son de color azul o negro, dependiendo del grado de polimerización y espesor de la lámina. Suelen ser amorfos, con difracción débil y constituyen materiales quebradizos. Son estables en aire, hasta 150°C, temperatura a la cual el dopante comienza a evolucionar (por ejemplo, como HCl).
El polipirrol es un aislante, pero sus derivados oxidados son buenos conductores eléctricos. La conductividad del material depende de las condiciones y los reactivos utilizados en la oxidación. Las conductividades van de 2 a 100 S/cm, siendo los valores más altos asociados con aniones más grandes, tales como tosilato.
El dopaje del polímero requiere que el material se dilate para dar cabida a los aniones de carga de compensación.
Aplicaciones
Los polipirroles y polímeros conductores tienen aplicación en dispositivos electrónicos y sensores químicos.4 El polipirrol en particular, es un potencial vehículo para la administración de fármacos dado que la matriz del polímero sirve como un contenedor para las proteínas.
Fuentes
• Janata, Jiri; Josowicz, Mira "Progress Article: Conducting polymers in electronic chemical sensors" Nature Materials (2003), 2(1), 19-24. doi 10.1038/nmat768
• S. Geetha, Chepuri R.K. Rao, M. Vijayan, D.C. Trivedi, "Biosensing and drug delivery by polypyrrole" "Molecular Electronics and Analytical Chemistry Analytica Chimica Acta 2006, Volume 568, Pages 119–125. doi 10.1016/j.aca.2005.10.011
• Unni, Sreekuttan M.; Dhavale, Vishal M.; Pillai, Vijayamohanan K.; Kurungot, Sreekumar (2010). «High Pt Utilization Electrodes for Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells by Dispersing Pt Particles Formed by a Preprecipitation Method on Carbon "Polished" with Polypyrrole». The Journal of Physical Chemistry C: 100806124255047. doi:10.1021/jp104664t.
• Olson, Tim S.; Pylypenko, Svitlana; Atanassov, Plamen; Asazawa, Koichiro; Yamada, Koji; Tanaka, Hirohisa (2010). «Anion-Exchange Membrane Fuel Cells: Dual-Site Mechanism of Oxygen Reduction Reaction in Alkaline Media on Cobalt−Polypyrrole Electrocatalysts». The Journal of Physical Chemistry C 114 (11): 5049. doi:10.1021/jp910572g
