книги / Органические соединения. Кислородсодержащие и высокомолекулярные соединения

Для сложных эфиров наиболее характерна реакция гидролиза, которая ускоряется под действием щелочей:

2. ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Полимер – это соединение, состоящее из больших молекул, которые представляют собой повторяющиеся звенья из малых молекул. Термин «полимер» образован из двух греческих слов: «поли» означает «много» и «мерос» – «части». Простое соединение, из которого образуется полимер, называется мономером. Например, повторяющимся звеном полиэтилена является группа –СН2–СН2–:

nCH2=CH2 → (–CH2–CH2–)n,

этилен полиэтилен (мономер) (полимер)

где n показывает, сколько молекул мономера взаимно соединилось в процессе полимеризации. Число n называют степенью полимеризации, многократно повторяющиеся в макромолекуле группы ато-

мов – структурными звеньями.

Степень полимеризации

n = М(полимера) /М(мономера),

где М – молярная масса вещества.

Степень полимеризации зависит от условий синтеза и может меняться в широких пределах. Она во многом определяет не только свойства полученных полимеров, но и области их применения

(табл. 2.1).

Полимеры могут иметь линейную или разветвленную цепь либо трехмерную сетчатую структуру (сшитые полимеры). Линейные полимеры характеризуются плотной упаковкой и поэтому имеют высокие плотность, температуру плавления и прочность на разрыв. Разветвленные полимеры характеризуются беспорядочной упаковкой и поэтому имеют меньшую прочность на разрыв и более

21

Таблица 2.1 Зависимость свойств полимеров от степени полимеризации

низкие температуры плавления. Сшитые, или сетчатые, полимеры характеризуются высокими твердостью, жесткостью и хрупкостью.

Высокомолекулярные соединения можно получать реакциями полимеризации и поликонденсации. Реакция полимеризации заключается в том, что молекулы определенного вещества соединяются между собой в гигантские молекулы без выделения какихлибо низкомолекулярных побочных продуктов. В реакцию полимеризации могут вступать мономеры с двойной –С=С– или тройной –С≡С– связью. Совместная полимеризация нескольких мономеров различного состава называется сополимеризацией. Примером может быть сополимер бутадиена и акрилонитрила, в котором сочетаются звенья –СН2–СН=СН–СН2– и –СН2–СН(CN)–. Если звенья разных типов распределены в макромолекуле с определенной периодичностью, то сополимер называют регулярным, а если беспорядочно, то нерегулярным. Макромолекулы сополимера могут состоять из одинаковых или различных стереомеров. При чередовании стереомеров в цепи с определенной последовательностью полимеры называют стереорегулярными. Случайное расположение звеньев различной пространственной конфигурации приводит к образованию нестереорегулярных полимеров.

Процесс образования полимеров, сопровождающийся выделением низкомолекулярных побочных продуктов (Н2О, NH3, HCl, CO2 и др.), называется поликонденсацией. Соединение молекул при

22

этом происходит за счет взаимодействия функциональных групп:

–СОН, –NH2, –СООН. Так, фенолформальдегидные смолы получают при поликонденсации фенолов с формальдегидом. В результате роста цепи в избытке фенола в кислой среде образуются растворимые новолачные смолы линейного строения. Присоединение формальдегида происходит в позициях фенольного кольца 2, 6 по реакции

В случаях поликонденсации фенола с избытком формальдегида в щелочной среде образуются разветвленные полимеры – резолы. Присоединение формальдегида происходит в позициях фенольного кольца 2, 4, 6. В резольных смолах фенольные кольца содержат гидроксиметильные группы. При нагревании до температуры 180 °С в избытке формальдегида резолы превращаются в резиты. Резиты имеют трехмерную пространственную структуру. Это объясняется дальнейшей конденсацией макромолекул резольной смолы с выделением воды. Важнейшие виды полимеров и синтетических каучуков, получаемых способом полимеризации, их свойства и применение показаны в табл. 2.2.

Такие свойства полимеров, как гигроскопичность, устойчивость к действию химических реагентов и высоких температур, диэлектрические свойства, клеящая способность, зависят от химического строения макромолекул. Например, для получения устойчивых к кислотам и щелочам полимеров, таких как поливинилхлорид (–СН2–СНСl–), политетрафторэтилен (–CF2–CF2–) – тефлон, используют мономеры, содержащие галогены. Из мономеров, содержащих нитрильную группу (CN–), получают светостойкие (нитрон), масло- и бензостойкие материалы (резины на основе бутадиеннитрильного каучука).

23

26

Отношение полимеров к воде определяется, главным образом, наличием в молекуле исходного вещества полярных групп – гидроксильных, карбоксильных, аминогрупп. Например, искусственные волокна хорошо смачиваются водой, так как исходные вещества (мономеры) содержат аминогруппу –NН2 и карбоксильную группу

–СООН, а поливиниловый спирт (–СН2–СНОН–)n хорошо растворяется в воде, что обусловлено наличием в мономере гидроксильной группы. Появление водородной связи между макромолекулами (например, в полиамидах, целлюлозе), а также наличие в полимерной цепи сильных полярных заместителей (например, нитрильных групп) значительно повышает прочность полимера.

Присутствие кратных связей в макромолекуле полимера обусловливает жесткость и высокую термическую стойкость полимера. Примером могут служить поливинилены (–СН=СН–)n, устойчивые до температуры порядка 800 °С, а линейный полимер карбин с системой сопряженных тройных связей термоустойчив до 2300 °С. Полимеры, способные изменять форму в нагретом состоянии и сохранять ее после охлаждения, называются термопластичными. Полимеры, которые при повышенной температуре не размягчаются и не плавятся, так как происходит сшивка цепей, называются термореактивными. Например, термопластичны полиэтилен, полистирол, резолы, а термореактивны резиты, полиэфирные, эпоксидные полимеры.

ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

Задание № 1

1.Составьте формулы трех-пяти возможных изомеров соединения А, дайте названия по систематической номенклатуре.

2.Напишите структурную формулу соединения В.

27

Пример 1. Составьте формулы изомеров соединений состава C4H10O, дайте название по систематической номенклатуре.

28

Ответ:

1)

2)

3) CH3–CH2–CH2–O–CH3

метоксипропан (метилпропиловый эфир)

CH3–CH2–O–CH2–CH3

этоксиэтан (диэтиловый эфир)

CH3–CH–O–CH3

CH3

2-метоксипропан (метилизопропиловый эфир)

Пример 2. Напишите структурные формулы следующих соединений:

1)2-метилгептен-2-он-4;

2)2-метилгександиол-1,5;

3)2-метилпропен-2-овая кислота.

29

Ответ:

1)

2)

3)

Задание № 2

Напишите уравнения реакций, соответствующих следующим схемам. В уравнениях укажите структурные формулы веществ и условия протекания реакций. Назовите соединения А, Б, В, Г.

2.

3.

4.

30