Классификация и номенклатура сополимеров

Классификация сополимеров основана на расположении мономерных звеньев в молекулах.

Таблица 1. Классы и названия сополимеров (2 типа мономеров условно обозначены как А и В):

Тип	Пример
Неустановленный (т.е. неизвестный)	Поли(А-со-В)
Статистический	Поли(А-стат-В)
Случайный	Поли(А-сл-В)
Чередующийся	Поли(А-чер-В)
Периодический	Поли(A-период-B-период-C)
Блочный	Поли А-блок-поли В
Привитой	Поли А-прив-поли В

Статистическими сополимерами называются сополимеры, в которых последовательность расположения мономерных звеньев в цепях подчиняется законам статистики. Случайный сополимер – особый случай статистического сополимера. Присоединение мономера к цепи сополимера определяется законом случая и не зависит от параметров их реакционной способности. Чередующиеся сополимеры имеют регулярное строение, т.к. в цепи за А всегда следует В. В периодических сополимерах звенья цепи располагаются регулярным образом, например:

-АВСАВСАВС- или (АВС)_n,

-АВВАВВАВВ- или (АВВ)_n,

-ААВАААВАААВА- или (ААВА)_n,

-АВАСАВАСАВАС- или (АВАС)_n.

Для блок- и привитых сополимеров характерно блочное расположение мономерных звеньев в макромолекуле. Блок - участок макромолекулы, содержащий один тип мономерных звеньев:

Когда блоки соединены фрагментом (атомом) X, не являющимся частью блоков, название соединительного звена помещается в соответствующем месте, а соединительное слово блок- может быть опущено, например поли А-блок-Х-блок-поли С или поли А-Х-поли С.

При названии привитых сополимеров первое название (А) соответствует звеньям, образующим основную цепь, второе (В) - образующим боковые цепи. Если привитые цепи содержат разные мономерные звенья, они разделяются в названии точкой с запятой: поли А-прив-(поли В; поли С).

В 1985 г. Комиссия ИЮПАК предложила номенклатуру сополимеров, основанную на их происхождении, т.е. исходных мономерах. Сополимер обозначается приставкой «сополи-», за которой следуют названия мономеров. Пример: сополи(стирол/бутадиен).

Тривиальная, рациональная и систематическая номенклатура полимеров

В настоящее время существует несколько номенклатур.

Номенклатура, включающая торговые названия полимеров. Политетрафторэтилен, который широко известен под названием тефлон. Как правило, такие названия не содержат информации о химическом строении полимера, но в данном случае это несущественно, поскольку за этими названиями стоят хорошо известные потребителю полимеры.

Рациональная номенклатура. Перед названием мономера ставится приставка «поли-», если название мономера включает несколько слов, то оно берется в

Данную номенклатуру целесообразно применять к достаточно известным полимерам, название которых часто используют специалисты.

Систематическая номенклатура, рекомендованная ИЮПАК. В 70-х гг. ХХ в. Международным союзом теоретической и прикладной химии ИЮПАК была разработана систематическая номенклатура однотяжевых полимеров, основанная на описании строения составного повторяющегося звена полимерной цепи (СПЗ) в соответствии с определенными правилами. СПЗ представляет собой наименьшую группу атомов с двумя валентностями, повторением которой может быть образована полимерная цепь. В большинстве случаев СПЗ совпадает с мономерным звеном, но в отдельных случаях - не совпадает, что приводит к изменению привычных названий полимеров. Например, полиэтилен в соответствии с этой номенклатурой называется полиметиленом, а СПЗ является группа –СН₂-.

Название полимера начинается с приставки «поли-», за которой в скобках следует название СПЗ. Следовательно, чтобы дать название полимеру, необходимо:

• идентифицировать СПЗ,

• ориентировать СПЗ,

• дать название СПЗ.

СПЗ может быть простым или состоять из нескольких подзвеньев. В качестве подзвена выбирается наибольшая группа атомов (или циклов основной цепи), которая может быть названа в соответствии с номенклатурными правилами ИЮПАК для низкомолекулярных органических соединений. Атомы и подзвенья располагаются в СПЗ в порядке убывания старшинства слева направо, путь между подзвеньями должен быть наиболее коротким. Правила старшинства состоят в следующем:

1. Все гетероатомы являются старшими по отношению к углероду. Среди них старшинство определяется положением в периодический системе, оно убывает при движении от правого верхнего угла периодической таблицы к левому нижнему по группам. Ряд старшинства начинается со фтора, старшинство убывает в последовательности: F, C1, Вг, ... , О, S, Se, ... , N, P, As, Sb,..., Fr.

2. Старшинство подзвеньев определяется рядом: гетероциклы > гетероатомы или линейные подзвенья, включающие гетероатомы > карбоциклы > ациклические подзвенья. Наличие любых заместителей не изменяет порядок старшинства подзвеньев. При прочих равных условиях преимуществом обладают те из них, у которых число, характеризующее положение заместителя, является наименьшим.

3. Гетероциклы по старшинству расположены в ряд: азотсодержащие > гетероциклы, содержащие, наряду с азотом, другие гетероатомы, старшинство которых определяется в соответствии с пунктом 1 > системы с наибольшим количеством колец > системы с наибольшим циклом > цикл с наибольшим количеством гетероатомов > системы с наибольшим количеством гетероатомов > системы с наибольшим ассортиментом гетероатомов. При иных равных условиях ненасыщенные циклы имеют преимущество.

4. Среди карбоциклических группировок главенствуют имеющие наибольшее количество циклов, далее идут системы: с наибольшим индивидуальным циклом > с наибольшим количеством общих атомов у всех циклов > с наименьшим числом, характеризующим места соединения циклов, > системы с наибольшей ненасыщенностью.

5. Если в основной цепи имеются атомы и циклы одного типа, последовательность их расположения определяется алфавитным порядком названия заместителей.

6. Направление нумерации атомов в циклах должно приводить к наименьшей цифре, характеризующей положение заместителя. В таблице 1 приведены рациональные и систематические названия наиболее распространенных полимеров.

Таблица 1. Названия некоторых регулярных линейных полимеров.

Формула СПЗ	Название по номенклатуре
	рациональной	систематической
-СН2-СН2-	полиэтилен	полиметилен
-СН(СН3)-СН2-	полипропилен	полипропилен
-С(СН3)2-СН2-	полиизобутелен	Поли-1,1-диметилэтилен
-СН(С6Н5)-СН2-	полистирол	Поли-1-фенилэтилен
-СН(СN)-СН2-	полиакрилонитрил	Поли-1-цианоэтилен
-СН(ОН)-СН2-	поливиниловый спирт	Поли-1-гидроксиэтилен
-СН(Сl)-СН2-	поливинилхлорид	Поли-1-хлорэтилен
-СF2-СF2-	политетрафторэтилен	полидифторметилен

Номенклатура неорганических и элементорганических полимеров. Название полимеров может быть дано по рациональной и систематический номенклатуре. В обоих случаях старшинство элементов в цепях прямо противоположно старшинству элементов, принятых для органических соединений. Так, для неорганических и элементорганических полимеров старшим из приведенного ранее фрагмента периодической системы будет Fr, младшим - F (т. е. чем выше электроположительность элемента, тем выше старшинство).

В случае рациональной номенклатуры название полимеров с неорганической главной цепью складывается из:

• Приставки «поли-»;

• Числа и названия боковых радикалов, присоединенных к каждому из атомов основной цепи;

• Корневых названий элементов, образующих основную цепь;

• суффикса, указывающего на характер связи между элементами основной цепи («-ан» - одинарная связь, «-ен» - двойная, «-ин» - тройная); в случае разных радикалов у одного атома их названия дают в алфавитном порядке латинского алфавита.

В соответствии с Номенклатурными правилами ИЮПАК систематическая номенклатура неорганических и элементорганических полимеров базируется на тех же основных принципах, что и номенклатура однотяжевых органических полимеров, а именно, их название складывается из приставки «поли-» и помещенного в квадратные скобки названия составного повторяющегося звена, которое складывается из названий его составных фрагментов. Если число повторяющихся звеньев известно, вместо префикса «поли-» может быть использован нужный численный префикс, например. Линейный полимер обозначается перед названием префиксом «катена» (от латинского catena - цепь).

Название СПЗ, состоящего из центрального атома с несколькими заместителями, включая мостиковый, начинается с перечисления заместителей, затем идет название центрального атома и далее, после префикса µ, название мостикового заместителя (лиганда). Если последний состоит из нескольких атомов, входящих в основную цепь, то тот из них, который связан с центральным атомом СПЗ, отделяется от других двоеточием. В табл. 2 приведены формулы некоторых полимеров и их названия, иллюстрирующие изложенные выше правила.

Таблица 2. Названия некоторых неорганических и элементорганических полимеров.

Формула СПЗ	Название по номенклатуре
	рациональной	систематической
-S-	Полимерная сера	Катена-поли[сера]
-Sn(СН3)2-	полидиметилстаннан	Катена-поли[диметилолово]
-N=P(Сl)2-	Полидихлорфосфазен, поли[нитрилодихлорфосфораниледен]	Катена-поли[дихлорфосфор--нитрило]

9