2.2.2.3不加促进剂时硫黃与链烯烃模拟物质的反应
法默( Farmer)曾经利用模拟反应指出,随着α-次甲基的脱氢,硫黄连接上去,脱氢位置上的双键因而保持不变。据此,他假定硫黄首先能与α-次甲基反应,而后高聚物链出现游离基。法默用环已烯与硫黄进行反应,证实了这一点,并用下面简化的方程式表示这一反应(方程式21和22)。
根据R.T.阿姆斯特朗(R.T. Armstrong)的说法,环己烯与硫黄在140°C下反应,形成双分子多硫化物,其中一半双键被饱和而碳氢比得以保持不变。
1-甲基环己烯反应产物的分子式是C7H13SxC7H11和C7H13SxC7H13,x从1到5不等。这清楚地表明硫化烃之间形成了桥键,结果有一部分双键被饱和。
根据丙烯基茴香醚与硫反应生成三硫硐的现象,克雷布斯和韦伯(E.F. Weber)设想还有另外一种反应机理。这一机理可以用双键的游离基型裂解、硫双游离基的结合以及游离基脱氢并伴随着双键重新生成予以解释(见方程式23)。
在这一过程中,碱性物质有很强的促进作用,所以在比较低的温度下也能发生反应。
按L.贝特曼(L. Bateman)等人的说法,硫与作为模拟物质的低分子烯烃之间的反应,也产生多硫化物。用最新方法作出的精确的结构分析表明,当进行反应时,一方面个硫分子和两个烯烃分子反应(可以看作基本的交联反应,见方程式24);
另一方面有一个硫分子与単个烯烃分子反应,相当于分子内结合。因此,不能设想二价硫与二烯烃只起交联作用,也可能两个硫化合价与同一聚合物链的活泼位置反应因而形成环形结构。
贝特曼认为单烯烃(如辛烯-1)和硫黄所进行的初步交联反应生成下列结构(见方程式25和26)。
按方程式27的方式进行交联是次要的。
上述结构通过四氢化锂铝对交联键的考查得到证实,四氢化锂铝能使双硫键和多硫键裂解,而对单硫键基本上不起作用(见方程式28)。
另一种从数量上说明交联键性质的新型特效试剂是磷酸苯酯。例如,它能把对称的多硫键转化为双硫键,而把不对称的多硫键转化为单硫键。然而,残留的硫化合物也很重要。
如前所述,硫黄与二或多烯烃之间的反应必然会出现环状化合物。这是因为烃链不是直的而是有一定角度,以致双键相互之间比较靠近。由此不难理解法默和希普利( Shipley)160所提出的硫黄“局部环化作用”(见方程式29)。
2,6-二甲基辛二烯-2,6是与天然胶有同样异戊二烯结构的二氢化香叶烯,它与硫反应时能够分离出一系列不同的化合物,尤其是硫代环己烷衍生物(结构式1)和硫代环戊烷衍生物(结构式2~4)。
除这些表明分子内硫键合的环状单硫化合物(没有交联)外,还发现一些含有几个原始烯烃分子的更复杂的化合物,其中一些也有环状单硫化物,它们由于较大分子的结合而形成硫桥(“交联”)。这些事实使得关于只有部分硫形成交联键,尤其是在不加促进剂的硫黄反应中只有部分硫黄形成交联键的观点有所依据。并且由此对于不加促进剂的硫黄硫化何以交联键的数量较低的问题也得到了澄清。
L.贝特曼能够表明,所生成的上面环状化合物在天然胶硫化过程中也有类似的结构出现(见结构式1~6)。
用红外吸收光谱和色谱法也曾证实后者的结构是存在的。
L.贝特曼及其同事在他们的动力学研究中曾经设想,硫黄的反应不是按前面假定形成游离基的机理进行而是按极化机理进行的。
例如二氢香叶烯与硫黄在140°C下反应50小时,生成六边形硫代环己烷环(结构式1),据推测是由于形成了硫化氢中间产物的缘故(见方程式30)。
与此相似,在纯硫黄反应中应能生成硫代环己烯衍生物(见方程式31)。
格莱泽(J. Glazer)和科顿(F.,H. Cotton)10提出以下机理,据此形成结构式3的结构(见方程式32)
除这些环形结构外,也发现有多硫化物作为交联键。随硫化时同的增加,交联硫对环化硫的比例下降。100份2,6-二甲基辛二烯-2,6(二氢化香叶烯)与10份硫黄(均以重量计)反应1/2小时后,结合硫的比例是1.4%,交联硫与环状结合硫之比为5.6:1。硫化3小时后,结合硫的比例为3.0%,而交联硫与环化硫的比例降为4.4:1。当硫化6小时以后,结合硫比例上升至3.8%,而交联硫与环化硫之比下降为2.9:1。根据这些情况可以设想,硫化胶的返原与交联硫转化为环化有关。
E.N.戈利阿诺姓(E.N. Ulyanova)及其同事用放射性硫S35的研究表明,在交联鍵中的结合硫并不是静止不动的,而是与游离硫有动态地相互作用关系(见方程式33)。多硫键中的结合硫与游离硫S35能进行交换。
根据以上反应可以肯定,不仅多硫键与游离硫之间有相互作用,而多硫键的结合硫也可以参与环化反应或者甚至参与其它的交联反应。
S.斯克劳普(S. Skraup)根据低分子烯(如蒎烯)与硫黄之间的模拟反应指出,交联键中的硫在热的作用下仍有活性,它从交联键中分裂出来以后可供进一步交联。结果初始的S8醚通过硫键的裂解进一步反应分解为S6、S4、S2醚,而最后成为S醚。在这些反应中,不管是否使用促进剂(二甲基硫醇嘧啶),可以达到的最终状态应该是相同的,促进剂只不过使反应加快而已。按斯克劳普的说法,这种情况需要加入氧化锌,以便形成双硫键。