 |
Лабораторно-практическое занятие № 1
|
|
|
|
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ПРИКЛАДНАЯ ХИМИЯ В СТОМАТОЛОГИИ»
(для студентов)
I семестр
для специальности: 060201 – Стоматология
(очное отделение)
Волгоград, 2012
Составители:
д.х.н, профессор А.К. Брель
к.б.н., ассистент Т.А. Климентьева
Лабораторно-практическое занятие № 1
Тема: Общая характеристика полимеров.
Классификация и методы получения полимеров.
Вопросы к занятию:
1. Полимеры, общая характеристика.
2. Классификация полимеров.
3. Методы получения полимеров:
- реакции полимеризации;
- реакции сополимеризации;
- реакции поликонденсации.
Полимеры представляют собой такую разновидность ВМС, молекулы которых состоят из одинаковых групп атомов, мономерных звеньев. Представители полимеров – полиэтилен, винильные полимеры, каучуки.
Биополимеры – природные высокомолекулярные соединения, являющиеся структурной основой всех живых организмов. К биополимерам относятся белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты и смешанные биополимеры – липопротеиды, гликопротеиды, липополисахариды.
Классификация полимеров
I. По происхождению:
1) природные – белки, нуклеиновые кислоты
H H
O R1 | O R3 |
|| | N || | N
··· \ / \ / \ / \ / \ / \ / \···
N || | N || |
| O R2 | O R4
2) синтетические, например, полиэтилен:
- CH2 – CH2 – CH2 – CH2 -
II. По природе:
1) неорганические, к ним относятся силикаты:
OH OH OH
| | |
- Si – O – Si – O – Si – O -
| | |
OH OH OH
2) органические, например дивиниловый каучук:
- CH2 – CH = CH – CH2 -
3) элементоорганические полимеры содержат, кроме связей С – S, С – О, С – N, химические связи С – Э, например, в силоксанах имеется связь C – Si:
CH3 CH3
|
|
|
| |
- Si – O – Si – O –
| |
CH3 CH3
Ш. По пространственной структуре макромолекул:
1) линейные полимеры (полиэтилен)
- M – M – M – M -
2) разветвленные полимеры (крахмал, гликоген)
- M – M – M M – M – M -
\ M – M /
/ \
- M – M M
/ \
M – M M – M -
3) сетчатые (сшитые) полимеры (полидиметилсилоксан) – используются в стоматологии
| | | | | - M – M – M – M - | | | | - M – M – M – M - | | | | - M – M – M – M - | | | | | / / M M / / / M M M / / / / - M – M M M | / / | - M – M M | / | - M – M | | |
4) лестничные полимеры (целлюлоза)
- M – M – M – M - M -
| | | | |
- M – M – M – M – M -
5) привитые сополимеры, в которых линейные молекулы одного полимера химически присоединены к линейным молекулам другого полимера.
IV. По назначению (в стоматологии):
1) основные, которые используются для изготовления зубных протезов:
§ эластичные полимеры, в том числе силиконовые, полиэфирные оттискные массы;
§ пластмассовые искусственные зубы;
§ полимеры для замещения дефектов твердых тканей зубов (пломбы, штифтовые зубы);
§ облицовочные полимеры;
§ полимеры вспомогательные (оттискные массы);
§ композиционные и фиксирующие материалы.
Методы получения полимеров и реакции,лежащие в их основе
1. Полимеризация.
2. Сополимеризация.
3. Поликонденсация.
Реакция полимеризации заключается в том, что идет синтез полимера из мономера без выделения низкомолекулярных побочных продуктов. В такие реакции вступают ненасыщенные углеводороды, карбоновые кислоты, эфиры карбоновых кислот. При взаимодействии таких мономеров друг с другом образуются полимеры, а двойная связь их переходит в одинарную.
1) H2C = CH2 + H2C = CH2 + H2C = CH2 ®
этилен
® - СH2 – CH2 – CH2 – CH2 – {CH2 – CH2} -
элементарное звено
полиэтилен
2) CH2 = СН – СН = CH2 + H2C = CH – CH = CH2 ®
дивинил
® - CH2 – СН = СН - CH2 - {CH2 – СН = СН – СН2} -
элементарное звено
дивиниловый каучук
3) СН2 = СН – С6Н5 + Н2С = СН – С6Н5 ®
стирол элементарное звено
|
|
|
H H
| |
® - СН2 – С– CH2 – C -
| |
C6H5 C6H5
полистирол
4) O O
|| ||
Н2С = СН – С + H2C = CH – C ®
| |
OH OH
акриловая кислота
элементарное звено
® - СН2 – СН – СН2 – СН -
| |
C=O C=O
|| ||
OH OH
полиакриловая кислота
5) CH3 O CH3 O
| || | ||
СН2 = С – С + CH2 = C – C ®
| |
OH OH
метакриловая кислота
CH3 CH3
| |
® - СН2 – С – СН2 – С -
| |
C = O C = O
| |
OH OH
элементарное звено
полиметакриловая кислота
6)
O O
|| ||
СН2 = СН – С + СН2 = СН – С ®
| |
O – C2H5 O – C2H5
этилакрилат
элементарное звено
® СН2 – СН – СН2 – СН -
| |
C = O C = O
| |
O – C2H5 O – C2H5
полиэтилакрилат
7)
СН2 = СН + СН2 = СН ® - СН2 – СН – СН2 – СН -
| | | |
Cl Cl Cl Cl
винилхлорид поливинилхлорид
Реакции сополимеризации:
СН2 = СН + СН2 + СН – СН = СН2 ®
|
Cl
винилхлорид дивинил
® - СН2 – СН – СН2 – СН = СН – СН2 -
|
Cl n
винилхлориддивиниловый полимер
Реакции поликонденсации:
Реакции поликонденсации заключаются в том, что идет синтез полимера из мономера с выделением низкомолекулярного побочного продукта (Н2О). В такие реакции вступают фенол и формальдегид, аминокислоты, моносахариды, нуклеотиды, кремниевая кислота.
O OH
1) || CH2OH HC CH
О + НС ® O + O ®
| HC CH
H CH
фенол формальдегид
ОН ОН
- Н2О СН2
® О О
n
фенол-формальдегидная смола
O H O
|| | || - H2O
2) R – CH – C + N – CH – C ®
| | | | |
NH2 OH H R’ OH
аминокислота аминокислота
® NH2 – CH – CO – NH – CH – COOH
| |
R’ R’
дипепдид
3)
СН2ОН CН2ОН
О O - Н2О
ОН + OH ®
НО ОН НО ОН
ОН ОН
a-глюкоза
Сu2OH Cu2OH
® O O
ОН OH
… O O O
OH OH
полисахарид
Лабораторно-практическое занятие № 1
Тема: Полимеры в стоматологии. Общая характеристика полимеров.
Классификация полимеров. Методы получения полимеров.
Цель: Изучить и провести некоторые реакции по получению полимеров.
Ход работы:
Опыт 1. Конденсация мочевины с формальдегидом. Получение полимера.
Выполнение опыта:
В пробирку поместите 2-3 лопатки мочевины так, чтобы высота слоя была 2-3 мм. Добавьте 3-4 капли 40%-го формалина, чтобы получился прозрачный раствор мочевины. Осторожно нагрейте. Реакция поликонденсации далее протекает экзотермически. Через несколько секунд содержимое пробирки мутнеет вследствие образования мочевино-формальдегидной смолы.
Схематически реакцию конденсации мочевины с формальдегидом можно представить таким образом, что молекула формальдегида соединяет аминогруппы соседних молекул мочевины, образуя между ними метиленовые мостики:
|
|
|
NH2 – C – NH2 + O + NH2 – C – NH2 ® H2O + NH2 – C – N – {CH2} – N – C – NH2
| | | | | | | | | | | |
O CH2 O O H H O
мочевина формаль-
дегид
По такому же принципу процесс конденсации может идти дальше вплоть до образования высокополимерных мочевино-формальдегидных смол:
O O O
| | | | | |
…CH2 – N – C – N – {CH2} – N – C – N – {CH2} – N – C – N – CH2 - …
| | | | | |
H H H H H H
ë û + nH2O
метиленовые мостики
В результате поликонденсации образуются линейные полимеры, а при избытке формальдегида его молекулы могут реагировать с иминогруппами, и тогда линейные полимеры сшиваются между собой метиленовыми мостиками. Образуются пространственные структуры высокой прочности и идут на изготовление аминопластов.
Опыт 2. Деполимеризация полиметил-метакрилата.
Органическое стекло, или плексиглас, получается при полимеризации метилового эфира метакриловой кислоты в присутствии катализатора (перекись бензоила).
CH3 CH3
| |
nH2C = C ® - CH2 – C -
| |
C – OCH3 C – OCH3
| | | |
O O n
Выполнение опыта:
Небольшой кусочек органическое стекла положите в среднюю часть горизонтально расположенной пробирки. Осторожно нагрейте на пламени спиртовки. Стеклообразный полимер постепенно начинает плавиться, а затем в пробирке появляются пары. Слегка наклоните пробирку, чтобы жидкий мономер стекал в нижнюю, нагретую часть пробирки. Метилметакрилат распознают по характерному запаху.
Когда пробирка остынет, добавьте при встряхивании 2 к бромной воды. Что происходит с бромной водой? На что это указывает? Написать реакцию бромирования мономера.
Опыт 3. Кислотный гидролиз клетчатки (целлюлозы).
Выполнение опыта:
Поместите в пробирку кусочек фильтровальной бумаги, добавьте 3 капли концентрированной серной кислоты (осторожно) и размешайте стеклянной палочкой до полного растворения клетчатки.
В результате растворения должна получиться слабо окрашенная жидкость, которая при добавлении 5-6 капель воды становится бесцветной. Слегка нагреть. Добавить 8 капель 2н NaOH и 1 каплю 0,2н CuSo4. Нагреть верхнюю часть пробирки до кипения. Образуется желтый осадок Cu2О. Положительная проба Троммера указывает на появление глюкозы в результате гидролиза клетчатки.
|
|
|
Задания:
1) написать структурную формулу фрагмента молекулы клетчатки;
2) написать схему гидролиза клетчатки;
3) написать реакцию Троммера на глюкозу.
Вопросы для самостоятельной работы студентов
I. Написать реакции полимеризации для следующих веществ:
1) этилена;
2) пропена; 2-метилпропена;
3) изопрена;
4) хлоропрена;
5) стирола;
6) акриловой кислоты;
7) метилового эфира акриловой кислоты;
8) этилового эфира акриловой кислоты;
9) метакриловой кислоты;
10) винилхлорида.
II. Написать реакции сополимеризации для следующих веществ:
1) винилхлорида и дивинила;
2) акрилонитрила и винилхлорида;
3) метакриловой кислоты и изопрена;
4) этилакрилата и винилхлорида;
5) метилакрилата и акрилонитрила;
6) метилметакрилата и 2-ацетокси-1,3-бутадиена;
7) этилметакрилата и 2-ацетокси-1,3-бутадиена.
III. Написать реакции поликонденсации для следующих веществ:
1) фенола и формальдегида;
2) четырех молекул a-глюкозы;
3) b-Д(+) глюкуроновой кислоты и N-ацетил b-Д(+) глюкозамина;
4) b-Д(+) идуроновой кислоты и N-ацетил b-Д(+) галактозамин-4-сульфата;
5) b-Д(+) идуроновой кислоты и N-ацетил b-Д(+) галактозамин-6-сульфата;
6) аденилового нуклеотида и уридин-5¢-монофосфата
7) д-ГМФ и д-ЦМФ; д-АМФ и д-ТМФ;
8) аланина и гистидина;
9) триптофана и аспарагиновой кислоты;
10) лизина и цистеина;
11) пролина и валина;
12) лейцина и глицина;
13) 2H4SiO4
|
|
|
