Классификация, молекулярно-массовые характеристики и стереохимия полимеров

1.3.2. Тривиальная, рациональная и систематическая номенклатура полимеров

Номенклатура, т.е. принципы и правила образования названий полиме­ров и сами названия, должна выполнять две основные задачи: позволять воспроизвести химическое строение полимера, исходя из его названия, и сделать наиболее распространенные полимеры легко узнаваемыми. Одна номенклатура не может выполнить эти задачи, поэтому в настоящее время существует несколько номенклатур, и такое положение, по-видимому, со­хранится в будущем.

Номенклатура, включающая торговые названия полимеров. Тривиаль­ная номенклатура имеет то несомненное преимущество, что делает полимер узнаваемым для широкого круга специалистов и потребителей. В качестве примера можно привести политетрафторэтилен, который широко известен под названием тефлон. У всех на слуху также такие названия, как фенопла­сты, аминопласты, поликарбонаты и некоторые другие. 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 и тем более специалисту многотоннажные по­лимеры. Иногда торговые названия дают достаточно полную информацию о полимере. Например, такие названия, как нейлон-6, нейлон-66 говорят о том, что имеются в виду линейные ациклические полиамиды. В первом слу­чае полимер получен из одного мономера - -капролактама, цифра 6 озна­чает, что амидные группы в цепи разделены шестью метиленовыми группа­ми. Во втором случае полимер получен из двух мономеров - гексаметилендиамина и адипиновой кислоты. Первая цифра в названии полимера пока­зывает число атомов углерода в диамине, вторая - в дикарбоновой кислоте.

Рациональная номенклатура. Рациональная номенклатура широко применяется в настоящее время по отношению к полимерам, получаемым мето­дом цепной полимеризации. Перед названием мономера ставится приставка «поли-», если название мономера включает несколько слов, то оно берется в скобки:

Название полимера может быть образовано, исходя из гипотетического мономера. Так, поливиниловый спирт называют по виниловому спирту, ко­торый неустойчив и существует как фенольная форма ацетальдегида. Полу­чают же поливиниловый спирт гидролизом поливинилацетата:

Когда один и тот же полимер может быть получен из различных мономе­ров, возникает двойственность в его названии; это характерно для полиэфи­ров и полиамидов. Например, полимер, полученный из 6-аминокапроновой кислоты, называют поли-(6-аминокапроновой кислотой) (а), а тот же поли­мер, синтезированный из -капролактама – поли-(-капролактамом) (б):

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

Более общей является номенклатура, основанная на строении мономер­ного звена, поскольку она может применяться к полимерам, полученным из двух мономеров, что является обычным для поликонденсации. В этом слу­чае после приставки «поли-» в скобках приводится название мономерного звена, причем, та часть названия, которая определяет принадлежность дан­ного полимера к определенному классу, приводится последней. Например, в приведенных ниже названиях полимеров последние слова в скобках указы­вают на принадлежность полимеров к классам полиэфиров, полиамидов и полиуретанов. Первые слова характеризуют второй мономер:

Систематическая номенклатура. В 70-х гг. XX в. Международным союзом теоретической и прикладной химии  ИЮПАК (International Union and Applied Chemistry - IUРАС) была разра­ботана систематическая номенклатура однотяжевых полимеров, основанная на описании строения составного повторяющегося звена полимерной цепи (СПЗ) в соответствии с определенными правилами^2,3. 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: во-первых, идентифицировать СПЗ, во-вторых, ориентировать СПЗ, и, в-третьих, 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, Cl, Br, ..., 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.

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

Данный пример иллюстрирует еще одно правило: направление нумера­ции атомов в циклах должно приводить к наименьшей цифре, характери­зующей положение заместителя.

В приведенной далее формуле полимера содержатся циклы в основной цепи:

поли[5-хлор-1-циклогексен-1,3-илен-

1,4-циклогексилен-метилен]

В этом случае проявляется старшинство ненасыщенного цикла по сравнению с насыщенным, а также преимущество циклического подзвена перед ациклическим (правила 2, 4).

В следующем примере иллюстрируется старшинство азотсодержащего цикла:

поли[2,4-пиридиндиил-4,4-фенилен]

Еще один пример иллюстрирует правило «кратчайшего пути» между подзвеньями в названии. Полимер может иметь два названия:

поли[3,5-пиридиндиилметиленпиррол-3,4-диилоксиметилен] или

поли[3,5-пиридиндиилметиленоксипиррол-3,4-диилметилен],

но второе - неудачно, поскольку не обеспечивает кратчайшего пути от пиридинового к пиррольному циклу.

В отдельных случаях, могут быть использованы и другие номенклатуры. Так, для полимера:

с систематическим названием полиоксиэтилениминометилентиоэтиленамино-1,3-циклогексен может быть применима так называемая заместительная но­менклатура. В соответствии с ней СПЗ основной цепи дается название, исходя из аналогичного по количеству и порядку нумерации атомов ациклического углеводорода с соответствующими приставками у гетероатомов «аза», «окса», «тиа» и т.д. Согласно данной номенклатуре полимер будет назы­ваться поли-1-окса-6-тиа-4,9-диазанонаметилен-1,3-циклогексен.

В табл. 1.6 приведены рациональные и систематические названия наиболее распро­страненных полимеров. Названия полимеров виниловых мономеров после приставки «поли-» начинаются в скобках с цифры 1, что является характер­ным признаком данного ряда.

Номенклатура неорганических и элементорганических полимеров. Название полимеров в данном случае 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);

Таблица 1.6