§36. Добування високомолекулярних сполук

Існує два методи синтезу високомолекулярних сполук – полімеризація і поліконденсація. В основі кожного з них – реакція певного типу.

Реакція полімеризації – це реакція, в результаті якої молекули мономера послідовно приєднуються одна до одної без зміни свого складу за рахунок розриву зв'язків або розкриття циклів.

Більшість реакцій полімеризації є ланцюговими. Молекули мономерів не зазнають змін до того часу, поки не з'явиться так званий активний центр – радикал або йон. Він спричиняє виникнення і ріст макромолекули в результаті послідовного приєднання до неї кожної молекули мономера.

Наводимо схеми реакцій полімеризації за участю сполук, молекули яких містять кратні зв'язки:

СН₂=СН + СН₂=СН + СН₂=СН + СН₂=СН + СН₂=СН + … →

׀ ׀ ׀ ׀ ׀

X X X X X

→ -СН₂-СН-СН₂-СН-СН₂-СН-СН₂-СН-СН₂-СН–…

׀ ׀ ׀ ׀ ׀

X X X X X

або п Н₂С=СН →[-СН₂-СН-]_n

׀ ׀

Х X

де X – Н (мономер – етилен, полімер – поліетилен), СІ (хлоровініл, поліхлоровініл), СН₃ (пропілен, поліпропілен), С₆Н₅ (стирен, полістирен), CN (акрилонітрил, поліакрилонітрил).

У реакцію полімеризації може одночасно вступати два або декілька різних мономерів. У цьому разі утворюється співполімер. Схему реакції утворення бутадієн-стирольного співполімеру наведено в § 4 (с. 20). Аналогічно утворюються бутадієн-нітрильнии та інші каучуки.

Реакція поліконденсації – це реакція утворення полімеру з одного чи кількох мономерів, під час якої вибіляються молекули води, аміаку, хлороводню або іншої низькомолекулярної сполуки.

Суть реакції поліконденсації полягає в одночасній взаємодії функціональних груп різних молекул мономера. У кожній молекулі мономера таких груп має бути принаймні дві. Якщо необхідно добути полімер просторової будови, то в реакцію вводять мономери з трьома чи більшою кількістю функціональних груп.

Поліконденсація – ступінчастий процес, який не потребує ініціювання. Спочатку взаємодіють між собою дві молекули мономера з утворенням молекули димеру, потім реагують димерні молекули і т. д.

Реакція поліконденсації є оборотною, і для збільшення виходу полімеру необхідно з реакційної суміші постійно вилучати низькомолекулярну сполуку (наприклад, відганяти воду).

Макромолекула полімеру – продукту реакції поліконденсації – має меншу масу, ніж сума мас усіх молекул мономера, що взяли участь у взаємодії.

Нижче наводимо схеми кількох реакцій поліконденсації.

1. За участю одного мономера:

НО-СН₂-СН₂-ОН + НО-СН₂-СН₂-ОН → НО-СН₂-СН₂-О-СН₂-СН₂-ОН + Н₂О

димер

HO-CH₂-CH₂-O-CH₂-CH₂-OH + HO-CH₂-CH₂-O-CH₂-CH₂-OH →

НО-СН₂-СН₂-О-СН₂-СН₂-О-СН₂-СН₂-О-СН₂-СН₂-ОН + Н₂О і т.д.,

тетрамер

або nНО-СН₂-СН₂-ОН → [ -О-СН₂-СН₂-О-]

етиленгліколь поліетиленгліколь

2. За участю двох мономерів:

nНО-СН₂-СН₂ОH + nНООС-С₆Н₅-СООН → [-О-СН₂-СН₂-СО-С₆Н₅-СО-]_n

етиленгліколь терефталева кислота поліетилентерефталат (лавсан)

253. Які особливості будови повинна мати молекула мономера, щоб бути учасником реакції: а) полімеризації; б) поліконденсації?

254. Напишіть рівняння реакції полімеризації стирену.

255. Складіть схему реакції співполімеризації з утворенням бутадієн- нітрильного каучуку, якщо одним із реагентів є акрилонітрил CH₂=CH-CN.

256. У результаті реакції поліконденсації етиленгліколю з адипіновою кислотою НООС-(СН₂)₄-СООН утворюється поліестер (поліетилен-глікольадипінат). Напишіть відповідне хімічне рівняння.

257. Яка кількість пептидних груп міститься в продукті поліконденсації амінокислоти, якщо утворилося 3 г води?