Determinazione del grado di polimerizzazione con lo spettrometro NMR
Il grado di polimerizzazione, o Degree of Polymerization (DP), direttamente correlato al peso molecolare, è uno dei principali parametri per determinare le proprietà di un polimero. Viene anche definito come numero di unità ripetitive e deve essere determinato durante le fasi di sintesi per la caratterizzazione del polimero.
Una tecnica molto utile, non distruttiva ed estremamente veloce per eseguire questa determinazione, è sicuramente l’NMR da banco.
Grazie allo spettrometro NMR vanno confrontati, nello spettro 1D1H, l’integrale del gruppo terminale con l’integrale dell’unità della catena ripetitiva di interesse. A tale fine si utilizza la seguente equazione:
A questo punto il peso molecolare del polimero può essere facilmente determinato, moltiplicando il DP con il peso molecolare dell’unità ripetitiva.
Tipicamente, il peso molecolare del gruppo terminale non viene preso in considerazione per il calcolo, in quanto trascurabile rispetto al peso molecolare totale delle catene polimeriche.
Peso Molecolare misurato con un NMR da banco
In figura 3 è possibile vedere uno spettro 1H del polietilenglicole (PEG) a terminazione metossi, misurato con l’NMR da banco Spinsolve a 80 MHz. Questo polimero, conosciuto anche come ossido di polietilene, è largamente utilizzato in campo farmaceutico, medico, cosmetico e alimentare. Il segnale a 3,7 ppm proviene dai gruppi CH2, mentre il segnale a 3,4 ppm proviene dal gruppo terminale metossi. I due segnali possono essere integrati e il grado di polimerizzazione nonché il peso molecolare possono essere ottenuti utilizzando le equazioni sopra descritte, come è possibile vedere in Figura 4.
Nel secondo spettro è possibile vedere un polimero poli ε-caprolattone (Figura 5), funzionalizzato con un gruppo terminale tossile ad entrambe le estremità. I gruppi funzionali vengono introdotti specificatamente per la determinazione del peso molecolare o per la sintesi di copolimeri e/o post funzionalizzazione. Nel caso attuale la funzione Tosyl può servire per entrambi gli scopi.
Poiché il polimero termina ad entrambe le estremità con il gruppo Tosyl, il numero di protoni che deve essere considerato è 2 × 4 = 8, quindi il peso molecolare del polimero può essere calcolato come segue.
