§ 57. Полимеры

мическом строении веществ // Ученые записки Казанского университета (отд. физ.-мат. и мед. наук). 1862. Вып. 1, отд. 1. С. 1–11].

Синтез и анализ — взаимодополняющие методы установления строения органического соединения. При этом возможности структурного анализа (обнаружение функциональных групп, сопряженных систем, неравноценных водородных атомов и т. д.) заметно возросли с внедрением спектральных методов.

ВОПРОСЫ И УПРАЖНЕНИЯ

1.Химические свойства функциональных групп зависят от того, с каким фрагментом молекулы эти группы соединены: с алкильной, арильной или ацильной группами. Проиллюстрируйте это утверждение на примере следующих функциональных групп: –ОН, –Cl, –NH2.

2.«От химического строения зависят реакции; следовательно, зная эту зависимость и выражая формулой строение, мы выражаем все те превращения, которым вещество может подвергнуться». Это слова А. М. Бутлерова. Подтвердите на конкретных примерах справедливость такого утверждения.

3.На примере галоген- и аминосодержащих органических соединений обсудите проблему взаимного влияния атомов в молекулах.

4.Приведите примеры характерных химических реакций углеводородов, молекулы которых содержат атомы углерода только в sp2-гибридном состоянии.

5.Выберите среди перечисленных соединений те, которые могут выступать в каче-

стве кислот: NH3, C2H2, CCl4, CH4, AlCl3, CH3OH, С6Н5ОН, пиррол. Подтвердите свой выбор соответствующими уравнениями химических реакций.

6.Выберите среди перечисленных соединений те, которые могут выступать в ка-

честве оснований: СН3NH2, C2H2, CCl4, CH4, AlCl3, С2Н5–О–С2Н5, CH3OH, СН3СОNH2, NH2CH2COOН. Подтвердите свой выбор соответствующими уравнениями химических реакций.

§ 57. ПОЛИМЕРЫ

При крекинге нефти образуются алкены (этилен, пропилен, изобутилен и т. д.), при ароматизации и последующем дегидрировании можно получить стирол (винилбензол). Эти непредельные углеводороды далее используются при синтезе спиртов, галогенопроизводных углеводородов, лекарственных препаратов, пластмасс. Из бутан-бутеновой фракции (продукта крекинга нефти) при последующем ступенчатом дегидрировании выделяют бутадиен-1,3, а из изо- пентан-изопентеновой — 2-метилбутадиен-1,3 (изопрен). Эти сопряженные диеновые углеводороды, алкены, стирол — важнейшее сырье для получения синтетических полимерных материалов:

375

Глава 12. Обобщающие разделы курса органической химии

Полимеры — высокомолекулярные соединения, макромолекулы которых состоят из повторяющихся структурных звеньев. Полимеры образуются из мономеров в реакциях полимеризации или поликонденсации. Для того чтобы из конкретного мономера можно было получить полимер (высокомолекулярное соединение), в его молекулах должны присутствовать кратные связи или функциональные группы.

В результате реакций поликонденсации наряду с полимером образуется низкомолекулярный продукт (например, вода, аммиак), а в результате реакций полимеризации — единственный продукт, высокомолекулярное органическое соединение. Так, например, из этилена получают полиэтилен, из пропилена — полипропилен, из изобутилена — полиизобутилен, из стирола — полистирол:

376

§ 57. Полимеры

Использование полимеров в существенной степени определяется их свойствами. Свойства же полимеров зависят от их химического строения (природы мономеров), степени полимеризации, расположения структурных звеньев в пространстве. На физико-химические характеристики полимеров влияют и условия проведения процесса полимеризации.

Различают четыре типа реакций полимеризации: радикальную, катионную, анионную и координационную.

В основе такой классификации лежит природа того инициатора, который активирует молекулу мономера. При радикальной полимеризации в качестве инициаторов обычно выступают органические перекиси, например перекись бензоила, которая, легко образуя свободные радикалы, инициирует процесс полимеризации:

С6Н5СО–О–О–СОС6Н5 → 2 С6Н5СО.

Образующиеся радикалы взаимодействуют с молекулами непредельных углеводородов и генерируют новые радикалы, что может быть схематически проиллюстрировано на примере полимеризации стирола:

377

Глава 12. Обобщающие разделы курса органической химии

Реакция завершается, когда в реакционной системе не остается свободных радикалов за счет процессов их рекомбинации или действия ингибиторов:

378

  57. Полимеры

Радикальная полимеризация этилена проходит в жестких условиях — при температуре 100 °С и высоком давлении (примерно 2000 атм). Получаемый полиэтилен имеет разветвленную структуру.

В анионной полимеризации роль инициаторов выполняют нуклеофильные частицы: амид-ион NH2–, алкоксид-ион RO–, литийорганические соединения. Так, акрилонитрил СН2=СН–CN, получаемый из ацетилена и циановодорода, полимеризуется по анионному типу с образованием акрилонитрила. Инициатором полимеризации является амид натрия:

Координационная полимеризация осуществляется под действием металлорганических катализаторов, например на основе хлорида титана(IV) и триэтилалюминия (катализатор Циглера — Натта; Нобелевская премия 1963 года). Катализатор выполняет роль матрицы, на которой растет полимерная цепь.

379

Глава 12. Обобщающие разделы курса органической химии

ВОПРОСЫ И УПРАЖНЕНИЯ

1.Напишите уравнения реакций полимеризации, лежащих в основе синтеза полистирольных пластмасс и бутадиенстирольного каучука.

2.В каких условиях получают полиэтилен низкого и высокого давления? Как различаются по свойствам образующиеся полимерные продукты?

3.Напишите уравнения реакций полимеризации, в ходе которых можно получить следующие полимеры: а) поливинилхлорид из хлорэтилена; б) тефлон из тетрафторэтилена.

4.Полипропилен занимает промежуточное положение между пластмассами и волокнами: он идет на изготовление волокон для ковров и при этом может быть

использован как пластик, аналогично полиэтилену. Предложите метод синтеза полипропилена с использованием в качестве исходного сырья ацетилена и любых неорганических соединений. Укажите условия соответствующих реакций.

5.Известно, что шерсть и шелк по своему строению похожи на белок: это полимеры, получающиеся в реакции поликонденсации и содержащие амидные (пептидные) связи –CONH. Запишите уравнение реакции поликонденсации, в результате которой образуются полиамидные волокна найлона, используя 1,6-диаминогексан и адипиновую кислоту НООССН2СН2СН2СН2СООН.

6.Какие реакции лежат в основе получения ацетатного волокна и синтеза капрона?

380