22. Органические соединения. Полимеры

Полимер – вещество, состоящее из молекул, характеризующихся многократным повторением одного или более типов атомов или групп атомов (структурных звеньев), соединенных между собой ковалентными химическими связями в количестве, достаточном для проявления комплекса свойств, которые остаются практически неизменными и при добавлении или удалении одного или нескольких структурных звеньев.

Большую часть полимеров составляют органические полимеры. Если цепь макромолекулы полимера состоит только из атомов углерода, то его называют карбоцепным, например полиэтилен: -(СН₂-СН₂)_n-, где n – степень полимеризации, т. е. число повторяющихся структурных звеньев цепи полимера. При этом в составе боковых групп этих соединений могут находиться атомы водорода, кислорода, азота и серы.

Если основная цепь полимера состоит из атомов углерода и кислорода, углерода и азота, углерода и серы, то такой полимер называют гетерогенным, например полиамиды:

.

Цепь элементорганических полимеров состоит из атомов кремния, фосфора и др., к которым присоединены углеродные атомы или группы, например силоксан:

.

В отличие от органических полимеров в цепях и боковых группах неорганических полимеров атомы углерода отсутствуют. Примером таких полимеров может служить кремниевая кислота

.

Цепная молекула полимера называется макромолекулой. Составляющие ее низкомолекулярные повторяющиеся структурные единицы (или звенья) образованы низкомолекулярными веществами, способными к многократному соединению друг с другом в результате химических реакций синтеза. Эти вещества называются мономерами.

Если полимер содержит в основной цепи молекулы двух или более мономеров, то он является сополимером, например бутадиен-стирольный сополимер:

.

В зависимости от строения основной цепи макромолекулы подразделяются на линейные, разветвленные и сшитые (сетчатые) (рис. 2).

Рис. 2. Схематичное изображение различных видов макромолекул: 1 – линейные; 2 – разветвленные; 3 – сшитые (сетчатые)

Полимеры получают синтезом из низкомолекулярных соединений – мономеров методом полимеризации или методом поликонденсации.

Полимеризацией называют цепную реакцию, в ходе которой молекулы мономера последовательно присоединяются к активному центру, находящемуся на конце растущей цепи.

Поликонденсацией называют процесс образования полимеров из би- или полифункциональных мономеров, сопровождающийся выделением побочных низкомолекулярных соединений.

Важнейшие представители полимеров в качестве примера приведены в табл. 10 приложения.

Контрольные задания

661. Какая общая формула выражает состав ацетиленовых углеводородов (алкинов)? Как из метана получить ацетилен, затем винилацетилен, а из последнего хлоропрен?

662. Напишите структурную формулу простейшей непредельной одноосновной карбоновой кислоты и уравнение реакции взаимодействия этой кислоты с метиловым спиртом. Составьте схему полимеризации образовавшегося продукта.

663. Как из карбида кальция и воды получить винилацетат, применив реакцию Кучерова? Напишите уравнения реакций. Составьте схему полимеризации винилацетата.

664. Напишите схему строения синтетического каучука, полученного из 2,3-диметилбутадиена, считая, что он представляет собой продукт 1,4-полимеризации.

665. Какой путь получения синтетического каучука разработал С.В. Лебедев? Приведите уравнения реакций.

666. Какие соединения называют аминами? Составьте схему поликонденсации адипиновой кислоты и гексаметилендиамина. Назовите образовавшийся полимер.

667. Как можно получить винилхлорид, имея в распоряжении карбид кальция, хлорид натрия, серную кислоту и воду? Напишите уравнения соответствующих реакций. Составьте схему полимеризации винилхлорида.

668. Полимером какого непредельного углеводорода является натуральный каучук? Напишите структурную формулу этого углеводорода. Как называют процесс превращения каучука в резину? Чем по строению и свойствам различаются каучук и резина?

669. Напишите схему строения бутадиен-стирольного каучука, считая для простоты, что он представляет собой регулярный полимер, в котором на одно стирольное звено приходится три бутадиеновых, и что бутадиен реагирует только в положениях 1,4.

670. Что такое хлоропреновый каучук? Как синтезировать необходимый для его получения мономер?

671. Рассчитайте содержание хлора (%) в хлоропреновом каучуке.

672. Напишите уравнения реакций получения ацетилена, превращения ацетилена в ароматический углеводород. При взаимодействии какого вещества с ацетиленом образуется акрилонитрил? Составьте схему полимеризации акрилонитрила.

673. Напишите структурную формулу метакриловой кислоты. Какое соединение получается при взаимодействии её с метиловым спиртом? Напишите уравнение реакции. Составьте схему полимеризации образующегося продукта.

674. Какие углеводороды называются диеновыми? Приведите пример. Какой общей формулой выражают состав диеновых углеводородов? Составьте схему полимеризации одного из диеновых углеводородов.

675. Приведите примеры высокомолекулярных соединений, относящихся к полиолефинам. Напишите их структурные формулы.

676. Напишите схему образования димера и тримера изобутилена под действием серной кислоты с учетом механизма этой реакции.

677. Какие соединения называются олефинами? Приведите их общую формулу и схему полимеризации одного из них.

678. Какой общей формулой выражают состав этиленовых углеводородов? Какие химические реакции наиболее характерны для них? Что такое полимеризация, поликонденсация? Чем отличаются друг от друга эти реакции?

679. Каковы различия в свойствах предельных и непредельных углеводородов? Составьте схему образования каучука из дивинила и стирола. Что такое вулканизация?

680. Какие соединения называют аминокислотами? Напишите формулу простейшей аминокислоты. Составьте схему поликонденсации аминокапроновой кислоты. Как называется образующийся при этом полимер?

681. Напишите схему строения сополимера стирола с акрилонитрилом, считая, что образуется полимер с регулярным чередованием мономерных (структурных) звеньев (соотношение мономеров 1:1).

682. Какие соединения называют альдегидами? Какое свойство альдегидов лежит в основе реакции серебряного зеркала? Что такое формалин? Составьте схему получения фенолформальдегидной смолы.

683. Напишите уравнение реакции полимеризации формальдегида и определите степень полимеризации в реакции получения полиформальдегида со средней молекулярной массой 45000.

684. Составьте уравнения реакций получения полихлорвинила, если в качестве исходного вещества взять ацетилен.

685. Как называют углеводороды, представителем которых является изопрен? Составьте схему сополимеризации изопрена и изобутилена.

686. Какие соединения называют элементорганическими, кремнийорганическими? Укажите важнейшие свойства кремнийорганических полимеров. Как влияет на свойства кремнийорганических полимеров увеличение числа органических радикалов, связанных с атомами кремния?

687. Какие соединения называют диолефинами? Составьте схему полимеризации одного из диолефинов. Укажите три состояния линейных полимеров. Чем характеризуется переход из одного состояния в другое?

688. Напишите реакцию получения органического стекла (полиметилметакрилата), опишите его свойства и применение.

689. Как получают волокно нитрон? Напишите схемы соответствующих реакций.

690. Напишите уравнения реакции дегидратации пропилового спирта. Составьте схему полимеризации полученного углеводорода.

691. Какие полимеры называют стереорегулярными? Чем объясняется более высокая температура плавления и большая механическая прочность стереорегулярных полимеров по сравнению с нерегулярными полимерами?

692. Как получают в промышленности стирол? Приведите схему его полимеризации. Изобразите при помощи схем линейную, трехмерную структуры полимеров.

693. Напишите реакцию получения поливинилацетата, опишите его свойства и применение.

694. Напишите схему образования продуктов поликонденсации фенола с уксусным альдегидом.

695. Напишите уравнения реакции полимеризации изомеров бутилена, структура которых выражается формулами СН₂=СН-СН₂-СН₃ и СН₃-СН=СН-СН₃.

696. Составьте уравнение реакции получения изопренового каучука полимеризацией изопрена.

697. Какие полимеры называются термопластичными, термореактивными? Приведите примеры.

698. Охарактеризуйте отличие в строении целлюлозы и крахмала. Приведите формулы.

699. Напишите реакцию получения нейлона, опишите его свойства и применение.

700. Напишите реакцию получения полиуретана, опишите его свойства и применение.