МОНОМЕРЫ, УЧАСТВУЮЩИЕ В РЕАКЦИЯХ ПОЛИКОНДЕНСАЦИИ

Высокомолекулярные соединения (ВМС)

Особую, очень важную, группу органических веществ составляют высокомолекулярные соединения (ВМС) или полимеры. Масса их молекул может достигать нескольких десятков тысяч и даже миллионов а.е.м.

Определение

Высокомолекулярные соединения (полимеры) - это вещества с очень большой молекулярной массой, молекулы которых содержат повторяющиеся группировки атомов мономеры.

Для описания структуры ВМС используются следующие основные понятия:

• макромолекула - молекула полимера;
• мономер - низкомолекулярное соединение, из которого получается полимер в результате реакции полимеризации или поликонденсации;
• структурное звено макромолекулы - группа атомов, многократно повторяющаяся в цепи макромолекулы;
• молекулярная масса звена - Мзв;
• степень полимеризации макромолекулы (n) - число, показывающее сколько структурных звеньев входит в состав макромолекулы;
• молекулярная масса макромолекулы М - связана со степенью полимеризации n соотношением: M = M(зв) nM = M(зв)⋅ n
• молекулярная масса полимера - складывается из масс макромолекул, входящих в состав полимера, характеризуется усредненной массой Mср(полим) = M(зв) срMср(полим) = M(зв)⋅ nср;
• геометрическая форма макромолекулы - пространственная структура макромолекулы (линейная, разветвленная, лестничная и пространственная)

Полимерные макромолекулы представляют собой длинные цепочки, состоящие из большого количества отдельных звеньев. При этом поперечное сечение цепи составляет несколько нанометров, а длина – до нескольких тысяч нанометров, поэтому макромолекулам полимера свойственна большая гибкость или пластичность. Это одна из отличительных особенностей полимеров.

Запомнить! Полимеры характеризуются прочными химическими связями вдоль цепи в макромолекулах и относительно слабыми – между ними, за исключением пространственно сшитых полимеров.

 

Классификация полимеров

по происхождению	природные
	синтетические
	искусственные
по составу основной цепи	органические
	неорганические
	элементорганические
по форме макромолекул	линейные
	разветвленные
	пространственные
по способу получения	полимеризационные
	поликонденсационные
по отношению к нагреванию	термопластичные
	термореактивные
по стереорегулярности	стереорегулярные
	нестереорегулярные

 

1. По способам получения (происхождению):

Природные	ВМС растительного и животного происхождения	Целлюлоза, крахмал, нуклеиновые кислоты, натуральный каучук и т.д.
Химические	Искусственные ВМС (получают путем переработки природных ВМС)	Эфиры целлюлозы (вискоза, целлулоид, ацетатное волокно) и др.
	Синтетические ВМС (получают путем синтеза из низкомолекулярных веществ)	Полиэтилен, полистирол, синтетические каучуки, лавсан, капрон, нитрон и др.

По составу основной цепи

По составу основной цепи полимеры делят на органические, неорганические, элементоорганические.

• к органическим полимерам относится большинство веществ, макромолекулы которых в главной цепи, помимо атомов углерода, могут содержать такие элементы, как кислород, азот, серу и т.д.
• молекулы неорганических полимеров построены из атомов (кремния, алюминия, германия, серы) или молекул (оксид кремния) и не содержат органические боковые радикалы. Неорганические ВМС не имеют длинных цепей и для них характерны жесткие кристаллические структуры, поэтому они не обладают эластичностью
• у элементоорганических полимеров главная молекулярная цепь имеет неорганическую природу, а боковые ответвления - органическую (полиоргансиланы):

Также если основная цепь состоит из одинаковых атомов, то такие полимеры являются гомоцепными (-Si-Si-Si-Si-), если разные атомы, то полимеры - гетероцепные (-С-О-С-О-С-).

ПО форме макромолекул

По форме макромолекулы полимеры делятся на линейные, разветвленные и пространственные.

линейные	разветвленные	пространственные
полиэтилен (низкого давления)	полиэтилен (высокого давления)	ФФ полимеры
полипропилен	крахмал	резина
синтетические волокна	синтетические каучуки

4. По способу получения

По способу получения полимеры можно подразделить на два класса - полимеризационные и поликонденсационные. Два основных способа получения полимеров — реакции полимеризации и реакции поликонденсации.

Определение

Реакция полимеризации — это химический процесс соединения (сшивание) множества исходных молекул низкомолекулярного вещества (мономера) в крупные молекулы (макромолекулы ) полимера.

В реакцию полимеризации, могут вступать соединения, содержащие кратные связи, то есть непредельные соединения. Это могут быть молекулы одного мономера или разных мономеров. В первом случае происходит реакция гомополимеризации — соединение молекул одного мономера, во втором — реакция сополимеризации — соединение молекул двух и более исходных веществ. К реакциям гомополимеризации относятся реакции получения полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида и т. д., например можно получать полиэтилен высокой и низкой плотности:

К реакциям сополимеризации относится, например, реакция получения бутадиен-стирольного каучука.

Чтобы началась цепная реакция полимеризации, необходимо "сделать" незначительную часть молекул мономера активными, то есть превратить их в свободные радикалы или в ионы.

В первом случае полимеризация пойдет по радикальному механизму (радикальная полимеризация), а во втором - по ионному механизму (катионная полимеризация или анионная полимеризация).

При радикальной полимеризации процесс инициируют свободные радикалы. Например, полимеризация винилхлорида протекает по следующим стадиям:

• зарождение цепи, т.е. образование активных центров или свободных радикалов (инициатор – пероксид бензоила разлагается на два радикала):

(C6H5COO)2→t2C2H5COO

где C6H5COO - свободный радикал

• рост цепи:

R· + CH2=CHCl⟶RCH2–CHCl·

• обрыв цепи, разветвление цепи или рекомбинация.

При ионной полимеризации также идёт стадия образования активных центров, роста и обрыва цепи, но роль активных центров играют катионы K+ и анионы A−. Поэтому различают катионную и анионную полимеризацию.

Инициаторы катионной полимеризации – электроноакцепторные соединения, например, протонные кислоты H2SO4, HCl, неорганические апротонные кислоты (кислоты Льюиса) SnCl4,TiCI4,AlCl3, металлорганические соединения Al(C2H5)3 и другие.

Инициаторы анионной полимеризации – электронодонорные соединения, например, щелочные и щелочноземельные металлы, алкоголяты щелочных металлов и другие. Часто одновременно используют несколько инициаторов.

По ионному механизму протекают полимеризация полиизобутилена [−CH2–C(CH3)2−]n, полиамидов, синтетического каучука, бутадиена и др.

Определение

Реакция поликонденсации — это химический процесс соединения исходных молекул мономера в макромолекулы полимера, идущий с образованием побочного низкомолекулярного продукта (чаще всего воды ).

Поскольку поликонденсация - это процесс, при котором взаимодействие молекул мономера (или мономеров) обычно сопровождается выделением побочных низкомолекулярных соединений - воды, спирта, аммиака, галогенводородов, соответствующих солей и др., то она может быть отнесена к реакциям замещения. Некоторые реакции поликонденсации, например полиэтерификации, катализируются кислотами и щелочами, другие проводятся в отсутствии катализатора.

В реакции поликонденсации вступают молекулы мономеров с различными функциональными группами.

МОНОМЕРЫ, УЧАСТВУЮЩИЕ В РЕАКЦИЯХ ПОЛИКОНДЕНСАЦИИ

Запомнить! В качестве мономеров в реакциях поликонденсации используют соединения, содержащие в молекуле не менее двух функциональных групп.

Исходные мономеры можно разделить на три основных типа:

1. Мономеры, содержащие в молекулах одинаковые функциональные группы, не способные реагировать между собой в определенных условиях. К таким мономерам относятся, например, диамины или дихлорангидриды дикарбоновых кислот. В этом случае полимер может образоваться только в результате поликонденсация разных мономеров, способных взаимодействовать друг с другом, например:

nNH2−R−NH2+nC(O)Cl−R′−C(J)Cl⟶[−NH−R−NH−C(O)−R′−C(O)−]n+2nHCl

2. Мономеры, содержащие различные функциональные группы, способные реагировать друг с другом (например, гидроксикислоты или аминокислоты), приводя к образованию полимера, например:

nNH2−R−COOH⟶[−R−C(O)−NH−]n+nH2O

3. Мономеры, содержащие одинаковые функциональные группы, способные реагировать между собой в данных условиях, например гликоли, поликонденсация которых приводит к образованию простых полиэфиров:

n−HO−R−OH⟶[−O−R−]n+nH2O

Полиэфиры (полиэстеры) — высокомолекулярные соединения, получаемые поликонденсацией многоосновных кислот или их ангидридов с многоатомными спиртами.

Известны природные полиэфиры (янтарь, древесная смола и др.) и искусственные полиэфиры. Практическое применение получили полиэтилентерефталат, полиэфиракрилаты и др.

---

Дата добавления: 2021-04-05; просмотров: 157; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!