5.Органические природные полимеры.

Биополиме́ры — класс полимеров, встречающихся в природе в естественном виде, входящие в состав живых организмов: белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, природные смолы. Биополимеры состоят из одинаковых (или схожих) звеньев — мономеров. Мономеры белков — аминокислоты, нуклеиновых кислот — нуклеотиды, полисахаридов — моносахариды.

 Белки. Белки имеют несколько уровней организации — первичная, вторичная, третичная, и иногда четвертичная. Первичная структура определяется последовательностью мономеров, вторичная задаётся внутри- и межмолекулярными взаимодействиями между мономерами, обычно при помощи водородных связей. Третичная структура зависит от взаимодействия вторичных структур, четвертичная, как правило, образуется при объединении нескольких молекул с третичной структурой.

В животном мире в качестве опорного, структурообразующего полимера обычно выступают белки. Эти полимеры построены из 20 α-аминокислот. Остатки аминокислот связаны в макромолекулы белка пептидными связями, возникающими в результате реакции карбоксильных и аминогрупп. Значение белков в живой природе трудно переоценить. Это строительный материал живых организмов, биокатализаторы — ферменты, обеспечивающие протекание реакций в клетках, и энзимы, стимулирующие определённые биохимические реакции, то есть обеспечивающие избирательность биокатализа. Наши мышцы, волосы, кожа состоят из волокнистых белков. Белок крови, входящий в состав гемоглобина, способствует усвоению кислорода воздуха, другой белок — инсулин — ответственен за расщепление сахара в организме и, следовательно, за его обеспечение энергией. 

Полисахариды. Полисахариды, синтезируемые живыми организмами, состоят из большого количества моносахаридов, соединённых гликозидными связями. Зачастую полисахариды нерастворимы в воде. Обычно это очень большие, разветвлённые молекулы. Примерами полисахаридов, которые синтезируют живые организмы, являются запасные вещества крахмал и гликоген, а также структурные полисахариды — целлюлоза и хитин. Полисахариды образуются из низкомолекулярных соединений, называемых сахарами или углеводами. Циклические молекулы моносахаридов могут связываться между собой с образованием так называемых гликозидных связей путём конденсации гидроксильных групп.

Целлюлоза содержится в коре и древесине деревьев, стеблях растений: Прочность волокон целлюлозы обусловлена тем, что они образованы монокристаллами, в которых макромолекулы упакованы параллельно одна другой. 

В животном мире в качестве опорных, структурообразующих полимеров полисахариды «используются» лишь насекомыми и членистоногими. Наиболее часто для этих целей применяется хитин, который служит для построения так называемого внешнего скелета у крабов, раков, креветок. Из хитина деацетилированием получается хитозан.

Крахмал относится к числу полисахаридов, выполняющих роль резервного пищевого вещества в растениях. Клубни, плоды, семена содержат до 70 % крахмала. Запасаемым полисахаридом животных является гликоген, который содержится преимущественно в печени и мышцах.

Прочность стволов и стеблей растений, помимо скелета из целлюлозных волокон, определяется соединительной растительной тканью. Значительную её часть в деревьях составляет лигнин — до 30 % .

Нуклеиновые кислоты – важнейшие биополимеры, осуществляющие хранение и передачу генетической информации в живой клетке. Существуют два различных типа нуклеиновых кислот – дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК) и рибонуклеиновые кислоты (РНК). В эукариотических клетках основная масса ДНК располагается в клеточном ядре. Что же касается РНК, то в клетках имеются матричные (мРНК), рибосомные (рРНК) и транспортные (тРНК) РНК. Молекулы РНК переводят генетический текст в определенную аминокислотную последовательность белка.

Природные смолы.

Канифоль (гарпиус) - хрупкая прозрачная в тонком слое смола, получаемая из смолы (живицы) хвойных деревьев, преимущественно сосны, способом отгонки жидких составных частей - терпентинного масла (скипидара). Существуют также смолы деревьев других хвойных пород, например, кедра, пихты и лиственницы. Их обычно называют бальзамами. Пихтовый бальзам (канадский бальзам), отличается очень высокой степенью прозрачности и нормированным показателем преломления. Его применяют в качестве клея для склеивания оптических линз.

Копалы - ископаемые смолы, добываемые преимущественно в Африке и Юго-Восточной Азии. Раньше благодаря растворимости в растительных маслах они довольно хорошо применялись в производстве лаков, сейчас практически вытеснены синтетическими полимерами.

Янтарь также ископаемая смола, обладающая очень высокими электрическими параметрами. Янтарь очень мало гигроскопичен. Хорошо полируется. Его температура плавления выше 300° С. Раньше применялся главным образом для изготовления изоляционных деталей электроизмерительных приборов. В настоящее время янтарь (как диэлектрик) успешно заменяется фторопластом -4 и полистиролом.

Каучуки - эластичные полимерные материалы, из которых путем специальной обработки (вулканизации) получают резину. Из каучуков изготовляют шины для автотранспорта, самолетов, велосипедов; каучуки применяют для электроизоляции, а также в производстве промышленных товаров и медицинских приборов. Природный каучук содержится в млечном соке каучуконосных растений, главным образом тропических (например, бразильского дерева гевея). Сырой каучук мягок и непрочен, а при небольшом понижении температуры становится хрупким. В результате вулканизации (введения серы и нагрева) каучук теряет пластичность, становится прочным и упругим. Вулканизованный каучук называется резиной.

6.Биоразлагаемые полимеры и пленки созданные на основе органических природных полимеров.

К настоящему времени было синтезированно или формируются в природной среде (в процессе естественных природных циклов) огромное количество биоразлагаемых полимеров (например, целлюлоза, хитин, крахмал, полигидроксиалканоаты, полилактид, поликапролактон, коллаген и другие полипептиды) [8-10].

Выявлены некоторые микроорганизмы и ферменты, способные расщеплять такие полимеры [8,11].

Существуют различные классификации биоразлагаемых полимеров.

Одна из них представлена на рисунке 1, авторы которой предлагают классифицировать биоразлагаемые полимеры в соответствии с процессом их синтеза:

1. полимеры, синтезированные из биомассы агропромышленных ресурсов

(например, крахмала или целлюлозы);

2. полимеры, получаемые в процессе микробного производства, это такие как полигидроксиалканоаты;

3. полимеры, биотехнологически синтезированные из мономеров, полученных из природных ресурсов, например, молочной кислоты (PLA);

4. полимеры, полученные из ископаемых ресурсов.

Первые три группы (1-3) получают из возобновляемых ресурсов.

Все эти четыре группы можно разбить на две основные категории: агро-полимеры (категория I) и биоразлагаемые полиэфиры или биополиэстеры (категории II-IV).

Лекция 6(2-3).

СЫРЬЕ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ В ПРОИЗВОДСТВЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ПОЛИМЕРОВ И ПЛЕНОК.

1.Классификация сырья и синтетических полимеров из них.

2.Классификация сырья и биоразлагаемых полимеров из них.

3.Характеристики биоразлагаемых полимеров и их применение.

1.Классификация сырья и синтетических полимеров из них.

Объемы производства и потребления полимеров, производимых из нефтехимического сырья, постоянно растут. Полимерные материалы теснят бумагу, металл, картон, стекло. Сырье, применяемое в производстве синтетических полимеров, рассмотрим в таблице 1 .

Таблица 1. Классификация сырья и полученных на его основе синтетических полимеров.

Сырье	Полимер	Способ получения
1	2	3
Синтетический стирол; натуральный стирол из каменноугольной смолы	Полистирол	Полимеризация в среде стирола
1	2	3
Газ этилен	Полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен	Полимеризация этилена при высоком давлении (полиэтилен низкой плотности) и низком или среднем давлении (полиэтилен высокой плотности)
	Фторопласт	Замена всех атомов водорода, имеющихся в структуре полиэтилена, атомами фтора
Фенол или крезол	Фенолформальде-гидные полимеры	Поликонденсация фенола (С6Н5ОН) или крезола (СН3C6Н4СН) с формальдегидом (СН2О) (при воздействии тепла в присутствии щелочного катализатора)
Анилин, формальдегид	Анилинформальдегидный полимер	Поликонденсация анилина (C6H5NH2) с формальдегидом
Глицерин, фталевый ангидрид	Сложные полиэфиры	Пространственная поликонденсация глицерина С3Н5(ОН)3 и фталевого ангидрида (окисленного нафталина)
Винилхлорид	Поливинилхлорид	Свободно-радикальная полимеризация мономера в массе, эмульсии или суспензии
Терефталевая кислота	Полиэтилентерефталат	Поликонденсация терефталевой кислоты (или ее диметилового эфира) с этиленгликолем
Полиэфиры угольной кислоты	Поликарбонаты	Межфазная поликонденсация, фосгенирование ароматических диоксисоединений в среде пиридина