The radical polymerization of styrene and of the p-substituted styrenes p-methoxy-, p-methyl-, p-fluoro-, p-chloro-, p-bromo-, and p-cyanostyrene, was kinetically studied. The styrenes with more electron-attracting substituents show a greater overall rate of polymerization. At 30,O "C., the individual rate constants of propagation (kp) and termination (kt) were determined by a rotating sector and by usual inhibitor method using diphenylpicrylhydrazyl (DPPH) or p-benzoquinone. It was found that the following HAMMETT relationship is established in the homopolymerization of p-substituted styrenes :where cr is the HAMMETT constant, and p' is a reaction constant which was calculated as +0.6. This relation is interpreted from a participation of ionic structures in the transition state of the propagation reaction. For confirmation, MULLIKEN's electronegativity of the p-substituted styrene and the p-substituted benzyl radical was calculated by simple LCAO MO method. The relationship between the rate constants of termination, kt, and the a-values is expressed by two lines, crossing a t p-fluorostyrene which is at the maximum point. These two lines are explained by two ways; one is the diffusion controlled termination and the other is the recombination of the two polarized radical ends.
ZUSAMMENFASSUNG:Die radikalische Polymerisation von Styrol und p-substituierten Styrolen, und zwar p-Methoxy-, p-Methyl-, p-Fluor-, p-Chlor-, p-Brom-und p-Cyanostyrol, wurde kinetisch untersucht. Die Bruttogeschwindigkeit der Polymerisation war bei elektronenanziehenden Substituenten groBer als bei elektronenabstoaenden. Fiir 30,O "C wurden die Absolutwerte der Geschwindigkeitskonstanten des Kettenwachstums (kp) und des Abbruchs (kt) mit Hilfe des rotierenden Sektors und mit Inhibitoren (DPPH oder p-Benzochinon) bestimmt. Es ergab sich, daB die folgende HAMMETT-Beziehung erfiillt ist : kpx/k,H = k-exp(p'.a) wobei cr die HAMMETTsChe Substituentenkonstante ist und p' eine Reaktionskonstante, die in diesem Falle zu +0,6 gefunden wurde. Diese Beziehung wird durch die Annahme er-Hart, daB beim Wachstumsschritt ionische (polare) Strukturen am Ubergangszustand beteiligt sind. Um diese Anschauung zu stutzen, wurde die MULLIKENsche Elektronega-*) Part 92 of this series, T. OTSU, A. SHIMIZU, and M. INOTO, J. Polymer Sci. 3A (1965) 615.tivitat der substituierten Styrole und der substituierten Benzylradikale nach der einfachen LCAO-MO-Methode berechnet. Die Beziehung zwischen den Geschwindigkeitskonstanten der Abbruchsreaktion (kt) und den a-Werten wird durch zwei Geraden dargestellt, die sich beim p-Fluorstyrol in einem Maximalpunkt kreuzen. Dieser Befund laat sich durch die Annahme eines difussionskontrollierten Abbruchs einerseits und eines Abbruchs durch Kombination polarisierter Radikale andrerseits deuten.