5.2. Органические соединения. Полимеры

Содержание материала для самостоятельного изучения

Основные положения теории химического строения. Углеводороды и их производные. Строение, свойства и применение в строительной практике.

Полимеры. Методы получения, строение свойства и применение в качестве органических вяжущих веществ.

Литература: [1 – гл. 13, 14, §§ 13,1…14,4]; [2-гл. XI, §§11,1, 11,2];

[3 - гл. XV, §§160…177].

Основные теоретические положения

Основные положения теории химического строения изложены А.М. Бутлеровым. Каждое химическое соединение имеет определенный порядок связи атомов в молекуле, т.е. химическое строение. Свойства вещества определяются его качественным, количественным составом, а также химическим, пространственным и электронным строением.

Предельные углеводороды – алканы (СnH_2n+2) содержат только δ–связи, не вступают в реакции присоединения. Для них характерны реакции замещения, окисления, расщепления (крекинг). Механизм реакций радикальный.

Реакции замещения:

h,υ

R-H + Hal₂ → R-Hal + Hhal(Hal – F,Cl, Br) – галогенирование

R-H + H₂SO₄→ R-SO₃H + H₂O – сульфирование

Реакции расщепления (кренинг):

t^o

C₄H₁₀ C₃H₈, C₃H₆, C₂H₆, C₂H₄

Реакции окисления: Алкан → гидроперекись → спирт → альдегид → карбоновая кислота → углекислый газ и вода.

Непредельные углеводороды – алкены (этиленовые углеводороды) и алкины (ацетиленовые углеводороды) имеют двойные и тройные связи. π-Связи менее прочные по сравнению с δ-связями, поэтому непредельные углеводороды проявляют высокую реакционную способность.

Реакции присоединения:

CH₂ = CH₂ +Cl ₂ → CH₂Cl – CH₂Cl ; СH≡CH + HCl → CH₂=CH–Cl

дихлорэтан

Реакции полимеризации алкенов:

nCH₂ = CH₂ → (– CH₂ – CH₂ –) _n

этилен полиэтилен

Реакции окисления:

CH₂ = CH₂ → CH₂OH ─ CH₂OH - этиленгликоль

СH ≡ CH → HOOC ─ COOH - щавелевая кислота.

Ароматические углеводороды (бензол и его гомологи) содержат группировку атомов – бензольное кольцо . Молекула бензола – кольцевая сопряженная система, все связи равноценны, поэтому бензол и его гомологи, несмотря на высокую ненасыщенность, довольно устойчивы. Реакции окисления и присоединения протекают с трудом. Для ароматических углеводородов характерны реакции электрофильного замещения бензольного кольца.

SO₃H

+ H₂SO₄→ + H₂O

R R

алкилбензолсульфокислота

Производные углеводородов – спирты, фенолы, альдегиды, кислоты –получают при замещении атомов водорода в углеводородах на другие атомы или группы атомов

ОН O

R – OH, , R – C

спирты R фенолы H

альдегиды

O O

R – C , R – NH₂ , R – C

OH NH₂

кислоты амины амиды

Полимеры – высокомолекулярные соединения характеризуются большой молекулярной массой (от нескольких тысяч до миллионов). Молекулы полимеров называют макромолекулами. Они состоят из большого числа повторяющихся звеньев.

Органические полимеры подразделяют на природные и синтетические, карбоцепные и гетероцепные, на линейные, разветвленные и сетчатые.

Существует два основных метода получения полимеров: полимеризация и поликонденсация.

Полимеризацией называется реакция последовательного соединения молекул мономера за счет разрыва двойных связей. При этом не происходит выделения побочных продуктов и изменения элементарного состава мономера.

nА (А)_n , (n – степень полимеризации)

мономер полимер

В зависимости от характера активного центра различают радикальную (активным центром является радикал R^∙) и ионную полимеризацию (активные центры анион и катион)

Полимеризация проходит через стадию образования активных центров (радикалов или ионов), роста и обрыва цепи.

Поликонденсацией называется реакция синтеза полимера путем взаимодействия функциональных групп мономеров, сопровождающаяся выделением низкомолекулярных веществ (H₂O, HCL, NH₃ и др.). Мономеры должны иметь две или более функциональные группы. В случае бифункциональных мономеров при поликонденсации образуются линейные полимеры. Если число функциональных групп более двух, то образуются разветвленные или пространственные полимеры.

nHO–R–OH + nHOOC–R–COOH → H [- O–R–O–OC–R–CO-] _n OH

спирт кислота полиэфир (линейный полимер)