• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Лекція 10.

Тема: Реакції полімеризації

Зміст

1. Класифікація високомолекулярних сполук (ВМС). Карболанцюгові та гетероланцюгові полімери, гомополімери та співполімери, лінійні, розгалужені та сітчасті полімери, атактичні та тактичні (ізотактичні та синдіотактичні), природні та штучні полімери.

2. Радикальна, катіонна та аніонна полімеризація: ініціювання, зростання ланцюга, обрив ланцюга, реакції передачі ланцюга. Ступінчаста полімеризація. Синтез кополімерів.

Ключові слова:

Мономер, олігомер, полімер, каучук.

Цілі та завдання вивчення розділу

Успішне вивчення розділу дозволяє:

Мати уяву про механізми утворення полімерів.

Вміти робити відношення ізомерів алкенового ряду до цис-, транс- та E,Z-ізомерів.

Володіти ключовими поняттями: природні та штучні полімери, натуральний каучук, гутаперча.

Методичні рекомендації до вивчення теми

Вивчаючи дану тему, слід пригадати механізм реакцій радикального типу.

Навчальний матеріал

Для чого потрібний каучук?

Важливою властивістю спряжених дієнів, особливо простих – бутадієну-1,3 та 2-метилбутадієну-1,3 (ізопрену), – є їх здібність до полімеризації, унаслідок чого їх можна використовувати як вихідні речовини для отримання різноманітних полімерних матеріалів.

Полімеризацію викликають, діючи на дієн аніонним або радикальним агентом. Як аніонні реагенти (аніонна полімеризація) застосовують літійорганічні сполуки, в яких зв'язок вуглець-літій поляризований достатньою мірою внаслідок різниці в електронегативностях (відповідно 2,5 і 1,0) обох атомів:

Приєднання здійснюється по положеннях 1 та 4 спряженої дієнової системи.

Аналогічним чином з ізопрену одержують натуральний каучук:

[-CH₂-С(СН₃)=СН—CH₂-]_n

Будова останного була доведена хімічними (озонування, гідрування, бромування) і физико-хімічними методами. Виявилось, що фрагменти полімерного ланцюга мають при подвійних зв’язках цис-конфігурацію:

Цікаво відзначити, що існує інший природний полімер ізопрену – гутаперча, яка відрізняється від натурального каучуку тільки конфігурацією вуглецевого ланцюга. Цей полімер володіє абсолютно іншими механічними властивостями, ніж каучук – він твердий і крихкий:

Запішить:

Така відмінність в механічних властивостях обумовлена тим, що полімерний ланцюг «трансоїдної» будови в гутаперчі щільніше упакований в об'ємі речовини, аніж «цисоїдної» в каучуку (під впливом теплового руху вона згортається в глобулу).

З курсу біологічної хімії пригадайте, мономером яких ще природних сполук є ізопрен.

Полімеризація під дією радикальних агентів на відміну від аніонної полімеризації – процес неврегульований і йде в рівній мірі як по 1,4-, так і по 1,2-положенням спряженої дієнової системи. Прикладом може служити полімеризація дивінілу (зігнутою стрілкою, кінець якої нагадує риболовецький гачок, зображають зсув одного електрона):

Таку невпорядковану структура має синтетичний бутадієновий каучук.

Радикальну полімеризацію бутадієну часто здійснюють у водному середовищі. Бутадієн емульгують у воді в присутності детергента і до емульсії додають водний розчин солі заліза(П) і пероксида водню. У цій редокс-системі генерується гідроксид-радикал, який і викликає полімеризацію:

Fe²⁺ + H₂O₂ Û Fe³⁺ + ОН^– +ОН·.

Полімер, що одержується у вигляді емульсії, коагулюють при дії кислоти і піддають подальшій обробці.

Пригадайте з курсу колоїдної хімії, що таке емульсія.

Полімеризацію спряжених дієнів (як і полімеризацію алкенів) можна також ініціювати каталізатором Циглера-Натта. При цьому дієн упроваджується в σ-зв’язок Ti—С 1,4-положенням. Як і у разі алкенів, одержані полімери мають впорядковану будову.

Чому?

Саме таким шляхом з ізопрена отримують натуральний каучук:

Чи уявляєте ви собі життя без синтетичних полімерів?

При вивчені виробництва з алкенів високомолекулярних сполук заслуговує окремого розгляду екологічна проблема, пов’язана з ВМС. Ця проблема має два аспекти – виробництво та утилізація використаних виробів з ВМС.

Як Ви вважаєте, краще жити недовго на брудній планеті чи довго на чистій?

Виробництво ВМС, особливо велике, є, без сумніву, «брудним». Основні забруднення пов’язані з викидом в атмосферу легко летючих неорганічних та органічних сполук, таких, як хлористий водень, фтористий водень, хлор, фтор, аміак, синильна кислота, етилен, пропілен, бутилени, хлористий вініл та ін., які є отруйними та вражаюче діють на людину, рослинний та тваринний світ на значних територіях навкруги такого підприємства.

Не менш гострою для таких заводів є проблема утилізації промислових стоків. Відомі рішення проблеми очистки таких стоків значно збільшують коштовність будівництва, і часто її вирішують накачкою стоків у підземні пласти. Однак забруднення підземних вод в таких випадках спричинює забруднення води для пиття й води для господарських потреб.

У зв’язку з цим зрозуміле бажання розвинених країн розташовувати «брудні» великотоннажні підприємства за межами своїх кордонів.

Чи позбуваються вони таким чином цієї проблеми назавжди?

Друга проблема, пов’язана з утилізацією використаних виробів з ВМС, стає все більш актуальною в зв’язку з різким розширенням використання людиною пластичних мас та синтетичних волокон у другій половині XX сторіччя. Масштаби цього явища добре відомі мешканцям морського узбережжя, навіть таких віддалених, як Курильскі острови, полярні райони Сибіру, Дальнього Сходу. Гострота проблеми пов’язана з тим, що вироби з ВМС є довговічними, слабо підлягають руйнуванню киснем та біодеградації.

Які вироби підлягають біодеградації і чому пластмаси не відносяться до таких?

В теперішній час використовують в основному два варіанти утилізації виробів з ВМС. Перший: шляхом збору та сортування такі вироби віддають на вторинну переробку та використання.

З чого в Японій роблять нові острови?

Другий: тверді відходи зазвичай спалюють. Обидва методи мають свої обмеження. Нажаль, не всі ВМС можуть бути введені у вторинну переробку, а масовий збір використаних виробів з ВМС важко організувати як з економічних міркувань, так і в зв’язку з недостатньою, а часто взагалі відсутньою екологічною культурою населення. Спалювання виробів з ВМС також має свої негативні моменти, пов’язані з виділенням діоксиду вуглецю й деполімеризаціею, утворенням первинних і вторинних токсичних продуктів при дії високих температур, таких, як хлористий водень, фтористий водень, аміак, оксиди азоту, сірки, хлористий вініл, стирол, діоксин і ін.

Тому актуальною стає проблема одержання ВМС та виробів з них нового покоління із заданим строком експлуатації, таких, що підлягають біодеградації.

Які природні полімери, що легко підлягають біодеградації та використовуються людиною, ви знаєте?

Питання для самоконтролю

1. Дайте визначення реакції полімеризації.

2. Які відмінності в механізмах реакцій полімеризації за катионним та аніонним типами?

3. Чому серед продуктів органічного великотонажного синтезу саме для полімерних матеріалів постає дуже важливим питання охорони навколишнього середовища?

4. Чим відрізняється гутаперча від натурального каучуку?

Висновки

Полімери – клас органічних сполук, які в значній мірі забезпечують як подальший прогрес людства, так можуть стати й однією з його найголовніших проблем.

Читайте також:

1. Вид заняття: лекція
2. Вид заняття: лекція
3. Вид заняття: лекція
4. Вид заняття: лекція
5. Вид заняття: лекція
6. Вступна лекція
7. Вступна лекція 1. Методологічні аспекти технічного регулювання у
8. Клітинна селекція рослин.
9. Колекція фонограм з голосами осіб, які анонімно повідомляли про загрозу вибуху
10. ЛЕКЦІЯ (4): Мануфактурний період світової економіки
11. Лекція - Геополітика держави на міжнародній арені
12. Лекція 02.04.2013

Переглядів: 1201