Геометрическая форма макромолекул

Геометрическая форма макромолекулы - пространственная структура макромолекулы в целом.

Для макромолекул характерны три основные разновидности геометрических форм:

1. Линейная – структурные звенья соединены последо вательно в длинные цепи.

2.Разветвленная форма – пространственная форма при которой молекулы соединены химическими связями.   3. Сетчатая форма(пространственная, трехмерная) – макромолекулярные цепи соединены между собой «мостиками». Состав. 1. Гомополимеры – состоят из одинаковых мономеров 2. Сополимеры – состоят из разных мономеров. Пространственное строение. Пространственное строение макромолекулы - это определенное расположение в пространстве атомов или атомных групп, связанных с главной цепью макромолекулы. 1. Полимеры регулярного строения– боковые ответвления расположены в строгом порядке по отношению к плоскости макромолекулы. · Если они находятся по одну сторону от плоскости цепи их называют изотактическими.   · Если строго очередно по одну и другую стороны от этой плоскости -синдиотактическими.   2. Полимеры нерегулярного строения – боковые ответвления расположены хаотически, по разные стороны плоскости макромолекулы.     Физические состояния полимеров 1. Кристаллическое состояние – упорядоченное расположение молекул (периодически повторяется внутренняя структура), поэтому физические свойства неодинаковы в разных направлениях, но совпадают в параллельных (анизотропность) 2. Аморфное состояние – характеризуется отсутствием упорядоченности. Вещества характеризуются одинаковыми физическими свойствами по всем направлениям (изотропность). Свойства полимеров 1. Гибкость макромолекул - это их способность обратимо (без разрыва химических связей) изменять свою форму. Обусловлена большой длиной макромоле-кул, а также внутримолекулярным вращением по множеству s-связей в цепной мaкромолекуле. В зависимости от условий и своего строения цепная макромолекула может принимать форму клубка, вытянутой цепи, спирали, складчатой ленты и т.п. Геометрическая форма макромолекул (линейная, разветвленная или сетчатая) при этом не изменяется. 2. Эластичность – изменение формы под действием силы и восстановление прежней формы по прекращению ее действия. 3. Пластичность – изменение формы под действием температуры.   ПЛАСТМАССЫ Пластмассы - материалы, полученные из полимеров, способные приобретать при нагревании заданную форму и сохранять ее при охлаждении. Наряду с полимером в состав пластмасс вводят другие компоненты с целью придания материалу определенных качеств. 1. Наполнители – древесная мука, ткань, асбест, стекловолокно и др. – с целью снижения стоимости материала и улучшения его механических свойств. 2. Пластификаторы – напр.высококипящие сложные эфиры, для повышения эластичности и устранения хрупкости материала. 3. Стабилизаторы – антиоксиданты, светостабилизаторы – для сохранения свойств пластмасс в процессе их обработки и использования. 4. Красители – придают материалу требуемую окраску. По отношению к нагреванию пластмассы делят на 2 группы. 1. Термопластичные – при нагревании размягчаются и легко изменяют форму. При охлаждении затвердевают и сохраняют приданную форму. 2. Термореактивные – при нагревании утрачивают пластичность, становятся неплавкими, т.к. в них происходит химическое взаимодействие между линейными макромолекулами. Полимер приобретает пространственную структуру. Повторно переработать такой материал в новые изделия невозможно, т.к. он утратил необходимое для этого свойство – пластичность. Получение 1. Реакция полимеризации – соединение многих одинаковых молеул в одну макромолекулу. Необходимым условием является наличие двойных или тройных связей. СН₂ = СН₂ + СН₂ = СН₂ +…→(-СН₂ – СН₂-)_n этилен полиэтилен Характерные признаки полимеризации · В основе полимеризации лежит реакция присоединения · Полимеризация является цепным процессом, т.к. включает стадии инициирования, роста и обрыва цепи. · Элементный состав (молекулярные формулы) мономера и полимера одинаков. 2. Реакции поликонденсации – реакции, при которых наряду с высокомолекулярным веществом образуется низкомолекулярное вещество вода.   + → +Н₂О n фенол-формальдегидная смола · В поликонденсацию могут вступать соединения, содержащие не менее двух функциональных групп, способных к химическому взаимодействию. · или два соединения, каждое из которых содержит одинаковые функциональные группы, способные взаимодействовать с группами другой молекулы · В основе поликонденсации лежит реакция замещения. · Поликонденсация - процесс ступенчатый, т.к. образование макромолекул происходит в результате ряда реакций последовательного взаимодействия мономеров, димеров или n-меров как между собой, так и друг с другом. · Элементные составы исходных мономеров и полимера отличаются на группу атомов, выделившихся в виде низкомолекулярного продукта (в данном примере – H₂O).   КАУЧУК Каучуки – полимеры на основе диеновых углеводородов, обладающие высокой эластичностью, непроницаемостью для воды и газов. Натуральный каучук – (С₅Н₈)n . получают из млечного сока(латекса) некоторых тропических растений (гевейи бразильской). Это природный непредельный полимер, со средней Мr = от 15тыс до 500тыс. Это полимер изопрена: nСН₂=СН-С=СН₂ → (-СН₂-СН=С-СН₂-)n СН₃ СН₃ Соединяясь в положении 1-4 изопреновые группмровки образуют линейную макромолекулу регулярного строения, имеющую цис – конфигурацию.     Наиболее важным свойством НК является эластичность. Она объясняется тем, что макромолекулы каучука свернуты в клубки. При растяжении они распрямляются и становятся длиннее, а при снятии нагрузки, молекулы возвращаются в прежнее свернутое состояние. Каучук непроницаем для воды и газов. Он растворяется во многих углеводородах, образуя вязкие растворы. Химические свойства: Подобно диенам вступает во многие реакции присоединения. Каучук легко вступает в химические реакции с целым рядом веществ: кислородом (О2), водородом(Н2), галогенами (Cl2, Br2), серой (S) и другими. Эта высокая реакционная способность каучука объясняется его ненасыщенной химической природой. Недостатки: при повышенной температуре становится липким, теряет форму, а при низкой температуре – эластичность, становится жестким и хрупким. Вулканизация каучука – превращение каучука в резину при нагревании его с серой CH₃ H CH₃ H \ / \ / C=C C=C / \ / \ …-CH₂ CH₂-CH₂ CH₂-… t + nS → CH₃ H CH₃ H \ / \ / C=C C=C / \ / \ …-CH₂ CH₂-CH₂ CH₂-…   | CH₃ S H CH₃ H \ | / \ / C - C C=C / \ \ / \ …-CH₂ S CH₂ - CH₂ CH₂-… → | CH₃ S H CH₃ H \ / / \ / C - C C=C / |\ / \ …-CH₂ S CH₂-CH₂ CH₂-… | Атомы серы присоединяются по месту двойной связи к молекулам каучука и как бы «сшивают» их между собой. Полученная таким образом резина обладает высокой эластичностью, прочнее каучука, устойчива к изменениям температур. Впервые синтез каучука был разработан Лебедевым в 1932г на основе бутадиена-1,3. nСН₂=СН-СН=СН₂→(-СН₂-СН=СН-СН₂-)n бутадиеновый каучук Синтетические каучуки 1. Общего назначения – применяются в массовом производстве изделий, при эксплуатации которых используются характерные свойства резины(эластичность). 2. Специального назначения – наряду с эластичностью обладают специфическими свойствами: бензо- и маслостойкостью, тепло-, морозостойкостью, износостойкостью. Стереорегулярный 1,4-цис-бутадиеновый каучук. Обладает высокой прочностью, эластичностью, износостойкостью, морозостойкостью. 1,4-цис-изопреновый каучук. Имеет стереорегулярное строение. Обладает высокой прочностью, эластичностью, износостойкостью. Общего назначения. Хлорпреновый каучук. Обладает высокой масло-, бензо-, озоностойкостью. Негорюч. Стоек к действию кислот и щелочей. Специального назначения. Кремнийорганические каучуки – полиорганосилоксаны –помимо тепло- и морозостойкости и высоких электроизоляционных свойств обладают еще и физиологической инертностью, что обуславливает их применение в изделиях пищевого и медицинского назначения. Б-1-Предмет органической химии. Теория строения органических соединений Бутлерова А.М. 1. Органическая химия – изучает соединения углерода (кроме простейших - СО, СО₂, угольной кислоты и её солей) 2. Органогены – химические элементы, входящие в состав органических соединений – С, H, N, O, P, S – основа жизни белков, жиров, углеводов, витаминов и др. 4. Органическая химия как наука зародилась к началу XIX века, когда были синтезированы первые органические вещества: 1824 г. – Вёлер синтезирует щавелевую кислоту, 1854 г. – Бертло синтезирует жиры, 1861г. – Бутлеров синтезирует один из углеводов. 4. Положение в органической химии к 1861 году. Химики-органики не могли объяснить, почему: · в органических соединениях углерод проявляет разную валентность -CH₄ (IV); C₂H₆ (III); C₆H₆ (I) · существуют вещества с разными свойствами, но с одинаковым составом молекулы – формуле C₆H₁₂O₆ соответствует составглюкозы и фруктозы. · органических веществ около 25 млн., а неорганических не достигает и 1 млн. 5. 1861 год А. М. Бутлеров – теория химического строения органических соединений     Основные положения теории химического строения органических веществ Бутлерова А.М.: 1. Атомы в молекулах органических веществ соединяются друг с другом в определённой последовательности согласно их валентности. 2. Свойства веществ зависят от порядка соединения входящих в их состав атомов т.е. от химического строения. 3. По продуктам химического превращения вещества можно определить его строение и выразить конкретной структурной формулой. 4. Атомы в молекулах взаимно влияют друг на друга, и это определяет реакционную способность молекулы. Значение теории – предсказание свойств по строению, возможность систематизации соединений, предсказание и синтез новых соединений.   Б-2 Классификация орг.соединений Органических соединений много, но среди них имеются соединения с общими и сходными свойствами. Поэтому все они по общим признакам классифицированы, объединены в отдельные классы и группы. В основе классификации лежат углеводороды – соединения, которые состоят только из атомов углерода и водорода. Остальные органические вещества относятся к «Другим классам органических соединений».Углеводороды делятся на два больших класса: ациклические и циклические соединения. Ациклические соединения (жирные или алифатические) – соединения, молекулы которых содержат открытую (незамкнутую в кольцо) неразветвленную или разветвленную углеродную цепь с простыми или кратными связями.Ациклические соединения подразделяются на две основные группы: Ø насыщенные (предельные) углеводороды (алканы), у которых все атомы углерода связаны между собой только простыми связями; Ø ненасыщенные (непредельные) углеводороды, у которых между атомами углерода кроме одинарных простых связей, имеются также и двойные, и тройные связи. Ненасыщенные (непредельные) углеводороды делятся на три группы: алкены, алкины и алкадиены. Алкены (олефины, этиленовые углеводороды) – ациклические непредельные углеводороды, которые содержат одну двойную связь между атомами углерода, образуют гомологический ряд с общей формулой C_nH_2n. Названия алкенов образуются от названий соответствующих алканов с заменой суффикса «-ан» на суффикс «-ен». Например, пропен, бутен, изобутилен или метилпропен. Алкины (ацетиленовые углеводороды) – углеводороды, которые содержат тройную связь между атомами углерода, образуют гомологический ряд с общей формулой C_nH_2n-2. Названия алкенов образуются от названий соответствующих алканов с заменой суффикса «-ан» на суффикс «-ин». Например, этин (ацителен), бутин, пептин. Алкадиены – органические соединения, которые содержат две двойные связи углерод-углерод. В зависимости от того, как располагаются двойные связи относительно друг друга диены делятся на три группы: сопряженные диены, аллены и диены с изолированными двойными связями. Обычно к диенам относят ациклические и циклические 1,3-диены, образующие с общими формулами C_nH_2n-2 и C_nH_2n-4. Ациклические диены являются структурными изомерами алкинов. Циклические соединения в свою очередь делятся на две большие группы: 1. карбоциклические соединения – соединения, циклы которых состоят только из атомов углерода; Карбоциклические соединения подразделяются на алициклические – насыщенные (циклопарафины) и ароматические; 2. гетероциклические соединения – соединения, циклы которых состоят не только из атомов углерода, но атомов других элементов: азота, кислорода, серы и др. В молекулах как ациклических, так и циклических соединенийатомы водорода можно замещать на другие атомы или группы атомов, таким образом, с помощью введения функциональных групп можно получать производные углеводородов. Это свойство ещё больше расширяет возможности получения различных органических соединений и объясняет их многообразие. Наличие тех или иных групп в молекулах органических соединений обуславливает общность их свойств. На этом основана классификация производных углеводородов. К «Другим классам органических соединений» относятся следующие: Спиртыполучаются замещением одного или нескольких атомов водорода гидроксильными группами – OH. Это соединение с общей формулой R – (OH)_х, где х – число гидроксильных групп. Альдегиды содержат альдегидную группу (С = О), которая всегда находится в конце углеводородной цепи. Карбоновые кислоты содержат в своём составе одну или несколько карбоксильных групп – COOH. Сложные эфиры – производные кислородосодержащих кислот, которые формально являются продуктами замещения атомов водорода гидроокислов – OH кислотной функции на углеводородный остаток; рассматриваются также как ацилпроизводные спиртов. Жиры (триглицериды) – природные органические соединения, полные сложные эфиры глицерина и односоставных жирных кислот; входят в класс липидов. Природные жиры содержат в своём составе три кислотных радикала с неразветвлённой структурой и, обычно, чётное число атомов углерода. Углеводы – органические вещества, которые содержат содержащими неразветвленную цепь из нескольких атомов углерода, карбоксильную группу и несколько гидроксильных групп. Аминысодержат в своём составе аминогруппу – NH₂ Аминокислоты – органические соединения, в молекуле которых одновременно содержатся карбоксильные и аминные группы.   Белки – высокомолекулярные органические вещества, которые состоят состоящие из альфа – аминокислот, соединённых в цепочку пептидной связью. Нуклеиновые кислоты – высокомолекулярные органические соединения, биополимеры, образованные остатками нуклеотидов. Вещества, сходные по химическим свойствам, но отличающиеся друг от друга на группу –СН₂- называются гомологами. Гомологи расположенные в порядке возрастания молекулярной массы образуют гомологический ряд.   Б-3. Изомерия и ее виды Различают два вида изомерии: структурную и пространственную (стереоизомерию). Структурные изомеры отличаются друг от друга порядком связи атомов в молекуле, стерео-изомеры — расположением атомов в пространстве при одинаковом порядке связей между ними. Выделяют следующие разновидности структурной изомерии:1. изомерию углеродного скелета, 2.изомерию положения, 3.межклассовую изомерию. Изомерия углеродного скелета обусловлена различным порядком связи между атомами углерода, образующими скелет молекулы. Как уже было показано, молекулярной формуле С4Н10 соответствуют два углеводорода: н-бутан и изобутан. Для углеводорода С5Н12 возможны три изомера