Понятие о реакциях полимеризации и поликонденсации

Природные высокомолекулярные соединения находятся в различных растительных и животных организмах уже в го­товом виде.

Свойства природных высокомолекулярных соединений определяются условиями и характером синтеза их в растени­ях или в животных организмах. Иначе обстоит дело с синтетическими высокомолекулярными веществами. Их свойства, в первую очередь, зависят от исходных продуктов, условий получения и обработки.

При изучении химического строения природных высокомолекулярных соединений было обнаружено, что элементарный состав большинства природных высокомолекулярных сое­динений соответствует определенным низкомолекулярным веществам. Так, в продуктах пиролиза натурального каучука обнаружен изопрен СН₂=С(CH₃)—СН=СН₂, а в продуктах полного гидролиза целлюлозы—глюкоза СН₂ОН(СНОН)₄СНО. Эти данные позволили предположить, что молекула натурального каучука построена из большого числа молекул изопрена, а молекула целлюлозы — из боль шого числа остатков молекул глюкозы. Чтобы подтвердить это предположение, попытались объединить большое коли­чество маленьких исходных молекул (мономеров) в одну цепь и получить тем самым высокомолекулярное вещество. Такая задача была осуществлена с помощью реакций поли­меризации и поликонденсации.

Реакцией полимеризации называют процесс, в результате которого целое число молекул исходного низко­молекулярного вещества, соединяющихся друг с другом глав­ными валентностями, образует новое вещество. Полимериза­ция схематически может быть изображена в следующем виде:

nА → (- А – А -)_m + (- А – А -)_k +……,

где: А — основная структурная единица, повторяющаяся в цепи (мономер); n — число молекул мономера;

m и k — числа, характеризующие различную молекулярную массу макромолекул полимера, образующихся в процессе полимеризации.

В случае полимеризации, например хлористого винила, можно написать:

nСН₂ = СНС1 → (- СН₂ - СНС1 —)_m + + (—СН₂ — СНС1—)_k +...

Получается высокомолекулярное вещество — поливинилхлорид с молекулярной массой, достигающей 90000. Так как молекулярная масса мономера (хлористого винила) равна 62,5, то, следовательно, при молекулярной массе 90000 количество мономерных звеньев (n) приближается к 1500.

Сопоставляя формулы мономера и полимера, легко заме­тить, что в результате полимеризации соединяются моле­кулы исходного вещества друг с другом и образуется новое вещество того же самого состава, но с большим молекуляр­ным весом.

При полимеризации заместители R обычно имеют случай­ное расположение относительно плоскости основной цепи. В этом случае полимер получается атактической, не­регулярной (неупорядоченной) структуры, на­пример атактический полимер стирола (рис. 60, а).

В последние годы найдены способы полимеризации с по­лучением макромолекул полимеров строго линейной формы и высокой симметрии заместителей — так называемых сте­реорегулярных полимеров. У стереорегулярных (изо-тактических) полимеров (рис. 60,6) все заместители R (для стирола группы — С₆Н₅) находятся по одну сторону плоскости цепи при каждом втором атоме углерода. Физи­ческие и механические свойства стереорегулярных полиме­ров значительно лучше свойств нестереорегулярных (атактических) полимеров. Стереорегулярные полимеры обладают повышенной плотностью и прочностью, более высокой тем­пературой плавления, поэтому синтез их имеет важнейшее промышленное значение.

а)

 

в)

 

Рис. 60. Схема строения макромолекулы полистирола:

а — атактической — нерегулярной структуры;

б, в — стереорегулярной—изотактической структуры

Конденсацией (поликонденсацией) называется процесс, в результате которого мономерные молекулы, со­единяясь друг с другом, образуют как вещества с большим молекулярным весом, так и низкомолекулярные побочные продукты, выделяющиеся при реакции (Н₂О, НС1, NH₃ и т. д.). Примером реакции поликонденсации служит образование по­лиамидной смолы (анида или нейлона) из двухосновной адипиновой кислоты и 1,6-диаминогексана:

сн.он

он

Здесь происходит выделение воды, и поэтому получаемый продукт поликонденсации по составу отличается от исходно­го вещества.

Таким образом, по химическому строению типичные высо­комолекулярные вещества являются высокополимерными ве­ществами, часто называемыми для краткости полимерами.