2.2. Поликонденсация

Поликонденсация – это процесс образования полимеров из двух- или полифункциональных соединений, который сопрово­ждается выделением побочного низкомолекулярного вещества (вода, спирты, галогенводороды и др.)

Вследствие выделения побочных продуктов, элементарный состав звена полимера отличается от элементарного состава исходных мономеров.

В основе реакций поликонденсации лежат реакции замещения, приводящие в каждом акте взаимодействия функциональных групп к образованию устойчивых соединений. Для поликондесации используют мономеры, содержащие не менее двух функциональных групп: -ОН, -СООН, -С1, -NН₂ и др.

Поликонденсация-ступенчатый процесс, при котором мономеры, взаимодействуя друг с другом, исчерпываются на сравнительно ранней стадии реакции, а высокомолекулярный полимер образуется обычно в результате реакций ранее образовавшихся олигомеров и полимерных цепей при глубине превращения функциональных групп, близкой к 100%.

2.2.1. Классификация реакций поликонденсации

В зависимости от числа участвующих в реакции мономеров различают гомополиконденсацию и гетерополиконденсацию.

Гомополиконденсация – реакция с участием одного мономера, например, синтез поли-ε-капроамида (найлона-6, капрон) из ε-аминокапроновой кислоты:

nН₂N-(CH₂)₅-СООН [-НN-(CH₂)₅-СО-]n + nН₂О

ε-аминокапроновая кислота поли-ε-капроамид

Гетерополиконденсация – это реакция с участием двух мономеров, у которых функциональные группы одного мономера реагируют с функциональными группами другого мономера, например, синтез найлона-66 поликонденсацией гексаметилендиамина и адипиновой кислоты:

nН₂N-(CH₂)₆-NH₂ + nНООС-(CH₂)₄ -СООН

гексаметилендиамин адипиновая кислота

[-HN-(CH₂)₆-NH-OC-(CH₂)₄-СО-]n + 2n Н₂О

полигексаметиленадипинат (найлон-66)

В зависимости от числа функциональных групп у мономеров получаются различные продукты:

• линейные (если участвуют в реакции две группы);

• трехмерные (при участии трёх или полифункциональных мономеров).

С целью получения таких полимеров к смеси мономеров нередко добавляют "сшивающие" полифункциональные компоненты

Особняком стоят реакции синтеза полимеров из циклических мономеров по механизму раскрытия цикла - присоединение, например, синтез найлона-6 из капролактама (циклического амида ε-аминокапроновой кислоты); несмотря на то, что выделение низкомолекулярного фрагмента при этом не происходит, такие реакции чаще относят к поликонденсации.

В отличие от полимеризации, при которой для получения определенного полимера обычно требуется один мономер, поликонденсационные полимеры одного типа можно синтезировать из мономеров с самыми разнообразными функциональных группами.

Например, при получении сложных полиэфиров:

• гидроксилсодержащие мономеры могут быть заменены на галогенсодержащие или сложные эфиры;

• вместо карбоновых кислот можно использовать их хлорангидриды, эфиры, соли, ангидриды и т. п.

Естественно, что при такой замене меняются закономерности и условия поликонденсации, тип катализа, характер концевых групп в образующихся макромолекулах и, кроме того, появляются возможности получения полимеров с заданным комплексом технологических и эксплуатационных свойств.

Процессы поликонденсации играют большую роль в природе и технике. Они лежат в основе образования:

• белков;

• целлюлозы;

• крахмала;

• нуклеиновых кислот

Например, при взаимодействии аминокислот образуются длинные цепочки протеинов.