Сочинение Особливості реакцій полімерів

Хімічні перетворення полімерів дають можливість створювати численні нові класи високомолекулярних з'єднань і в широкому діапазоні змінювати властивості й області застосування готових полімерів Найкраще вивчені хімічні властивості природних високомолекулярних з'єднань (целюлози, крохмалю, білків), які були відомі за багато десятків років до появи синтетичних полімерів. Найбільша увага приділялася хімічним перетворенням целюлози, що володіє коштовними технічними властивостями .і являющейся найбільше широко розповсюдженим природним органічним полімером. Шляхом хімічних перетворень целюлози одержують ацетати целюлози, застосовувані для виробництва волокна, лаків, плівок, пластмас; нітрати целюлози для виробництва пластмас, плівок, лаків і бездимного пороху; численні прості ефіри целюлози, що мають досить різноманітне застосування для виробництва лаків, плівок, електроізоляційних матеріалів, як оздоблювальні засоби в текстильній промисловості, а також присадок при буравленні нафтових свердловин Коли з'явилися синтетичні полімери, єдиним способом зміни їхнього складу й властивостей був підбор нових вихідних иономеров. Однак, як з'ясувалося згодом, деякі полімери не можна одержати безпосереднім синтезом з низькомолекулярних з'єднань внаслідок нестійкості цих мономерів. Так, наприклад, полівініловий спирт, використовуваний для виробництва синтетичного волокна, а також у якості емульгатора, для шліхтування тканин і в харчовій промисловості, не може бути отриманий полімеризацією мономера. Його одержують омиленням готового полімеру - полівінілацетату. Ацеталированием полівінілового спирту одержують різні поливинилацетали, використовувані у виробництві лаків і покриттів. Тільки шляхом взаємодії природних і синтетичних каучуков із сіркою й іншими поліфункціональними з'єднаннями (вулканізація) можуть бути отримані різні сорти гуми й ебоніту.

Дубление білків, що забезпечує можливість їхнього технічного використання, також засновано на хімічній взаємодії білків з альдегідами або іншими бифункциональними з'єднаннями. Нарешті, до хімічних перетворень ставиться спрямована деструкція полімерів, часто застосовувана для регулювання молекулярної ваги полімерів, що переробляються в різних галузях промисловості. На повному гідролізі целюлози заснований Процес одержання гідролізного спирту. Механічна деструкція полімерів використовується в промисловому масштабі для зміни фізико-хімічних властивостей полімерів, а також для синтезу нових типів сополимеров. Незважаючи на широке промислове використання хімічних перетворень полімерів, дотепер не проводилося досить систематичних досліджень їхніх хімічних властивостей, і в хімії високомолекулярних з'єднань головна увага приділялася методам синтезу полімерів лише в останні роки реакції високомолекулярних з'єднань стають предметом великої кількості досліджень, які повинні відкрити нові можливості синтезу полімерів з коштовними властивостями, а також допомогти в з'ясуванні механізму перетворень високомолекулярних з'єднань у живій природі Хімічні реакції високомолекулярних з'єднань не відрізняються від реакцій класичної органічної хімії, але більша величина й складність будови макромолекул вносять у ці перетворення свої особливості У хімії високомолекулярних з'єднань розрізняють реакції ланок полімерного ланцюга й макромолекулярних реакцій. Реакції ланок полімерного ланцюга приводять до зміни хімічного складу полімеру без істотної зміни ступеня полімеризації. Такі реакції називаються полимераналогичними перетвореннями: Це внутрімолекулярні хімічні перетворення полімеру й реакції його функціональних груп і атомів з низькомолекулярними з'єднаннями Макромолекулярні реакції завжди приводять до зміни ступеня полімеризації, а іноді й структури основного ланцюга полімеру.

До цих реакцій ставляться реакції деструкції полімерів, що супроводжуються зменшенням молекулярної ваги, і межмолекулярние реакції, у результаті яких утворяться просторові структури й різко зростає молекулярну вагу полімеру Особливе місце серед макромолекулярних реакцій займають реакції кінцевих груп полімерів, які, внаслідок малого числа цих груп при досить великій молекулярній вазі полімеру, практично не позначаються ні на складі й будові полімеру, ні на ступені його полімеризації Полиминералогичние перетворення Реакції цього типу були використані Штаудингером для доказу макромолекулярної будови природних, а потім і синтетичних полімерів. Полівінілацетат був перетворений їм у полівініловий спирт, а останній - знову в полівінілацетат: При цьому виявилося, що ступінь полімеризації продуктів перетворення не відрізняється (у межах помилки виміру) від ступеня полімеризації вихідних полімерів Нітрати целюлози також можна одержати без деструкції макромолекули, якщо нітрувати целюлозу сумішшю азотної й фосфорної кислот і фосфорного ангідриду при 0°С. Цей метод нитрования целюлози використовують для наступного визначення її молекулярної ваги При полимераналогичних перетвореннях реакційна здатність функціональних груп і атомів не залежить від молекулярної ваги полімеру. Так, наприклад, реакції лужного гідролізу протікають практично з однаковою швидкістю й однаковою енергією активації (28 і 27,5 ккал/моль). Константи швидкості гідролізу полівінілацетату й вінілацетату однакові й т. д. Властивості функціональних груп при переході від мономера до полімеру змінюються не більше, ніж при переході від одноатомних низькомолекулярних з'єднань кмногоатомним. Реакція дегідратації одноатомних спиртів під дією сірчаної кислоти або її солей є класичним методом одержання простих ефірів. В утворенні молекули ефіру беруть участь дві молекули спирту.

Реакція дегідратації гликолей в аналогічних умовах протікає у двох напрямках: з утворенням лінійних полигликолей або із внутрімолекулярною циклізацією (якщо можливо утворення ненапружених п'яти- або шестичленних циклів). етиленгликоль під дією сірчаної кислоти утворить полигликоли або шестичленний циклічний ефір 1, 4-диоксан: Гликоли, у яких гідроксильні групи розділені двома або трьома метиленовими групами, дегидратируются з утворенням п'яти- або шестичленних циклічних з'єднань із ефірним зв'язком Роль ВМС у природі Живаючи природа являє собою форму існування високомолекулярних з'єднань. Вона розвивається в оточенні й дії з неорганічним миром, побудованим в основному із ВМС. Тільки вода й повітря поширені на земній кулі так само широко, як ВМС. Людство для задоволення своїх потреб так само створює й використовує високомолекулярні матеріали. По своїй значимості для людства з високомолекулярні матеріалами конкурують лише метали, як конструкційні матеріали, паливо як джерело енергії й харчові продукти.

Таке широке поширення й надзвичайно високе значення ВМС випливає з їхніх загальних властивостей, обумовлених величезною величиною й складністю макромолекул Як відомо з величезного досвіду, накопиченого хімією, зі збільшенням молекулярної ваги хімічних сполук рухливість молекул зменшується. Корисно підкреслити, що стійкість ВМС, особливо органічних, є наслідком не низького термодинамічного потенціалу, а малої рухливості громіздких макромолекул і малої швидкості дифузійних процесів. Усякі ж фізико-хімічні зміни тіл - плавлення, розчинення, кристалізація, випар, деформація - неминуче пов'язані з переміщенням молекул. Для хімічних перетворень, які неможливі без безпосереднього контакту між молекулами реагуючих речовин, тим більше потрібне переміщення, дифузійне проникнення одного компонента в масу іншого.

Природно, що невеликі молекули низькомолекулярних з'єднань, будучи значно подвижнее макромолекул, набагато легше піддаються хімічним і фізико-хімічним перетворенням. Довговічність об'єктів живої й мертвої природи була б незначної, якби він складалися з низькомолекулярних з'єднань. Органічні високомолекулярні з'єднання легше піддаються змінам, чим неорганічні, а тому розвиток і еволюція живої природи протікають интенсивней розвитку й еволюції мертвої. Стабільність неорганічних високомолекулярних тіл настільки велика, що помітні зміни неживої природи вимагають величезних періодів часу, що становлять геологічні ери