 |
По топологии (геометрии скелета макромолекул)
|
|
|
|
| линейные полимеры | 
Модель "разорванного ожерелья"
|
| разветвленные полимеры: (крахмал, синт. каучуки, амилопектин) | 
|
| звездообразные полимеры (полисилоксан) | 
|
| дендримеры (политиофен) | 
|
| гребнеобразные полимеры (полиакрилаты) | 
|
| сшитые (сетчатые) полимеры | 
|
| "лестничные" полимеры | 
|
По наличию в макромолекуле одного или нескольких типов мономерных звеньев
· гомополимеры, состоящие из мономерных звеньев одного типа;
· сополимеры, состоящие из нескольких различных видов мономерных звеньев (бинарные сополимеры, терполимеры, мультикомпонентные сополимеры).
Виды сополимеров
| Тип сополимера | Строение макромолекулы |
| Статистический | -А-А-В-В-А-В-А-В-В-В- расположение случайное |
| Чередующийся (альтернантный) | -А-В-А-В-А-В-А-В-А-В- расположение строго упорядочено |
| Блочный | -(А)n-(B)m-(A)k- |
| Привитый (графт-сополимер) |   -A-A-A-A-A-A-
(B)n (B)n (B)n
|
Химическая классификация
Классификация осуществляется по типу атомов, входящих в цепь:
· органические полимеры (в состав входят органогенные элементы – С, N, O, P, S).Делятся на гомоцепные (в основной цепи содержатся только атомы углерода) и гетероцепные (в состав основной цепи входят другие атомы) К этому классу полимеров относятся биополимеры.
· элементоорганические полимеры (в составе основной цепи наряду с атомами углерода находятся атомы Si, Al, Ti, Ge, B).
· неорганические полимеры ( в основной цепи не содержатся атомы углерода, например силиконы).
Перечислите элементы, способные к образованию полимеров. Приведите примеры.
Молекула полимера состоит из ряда связанных в цепь атомов:
|
|
|
Рассмотрим, какие элементы Периодической системы Д. И. Менделеева (ПС) способны к образованию полимерных цепей.
· органические полимеры (в состав входят органогенные элементы – С, N, O, P, S). Делятся на гомоцепные (в основной цепи содержатся только атомы углерода) и гетероцепные (в состав основной цепи входят другие атомы) К этому классу полимеров относятся биополимеры.
Органические гомоцепные полимеры – это обычно карбоцепные соединения, главные цепи которых построены из атомов углерода. Они делятся на алифатические (предельные и непредельные) и ароматические углеводороды, галогенопроизводные, спирты, кислоты, эфиры и т.д.
Примеры: Полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, поливиниловый спирт, поливинилацетат, полиакролеин, поливинилметилкетон, поливиниламин, полинитроэтилен, полиакриловая кислота, полиакриламид, полиакрилонитрил; полибутадиен, полиизопрен, полихлоропрен; полифенилен.
Органические гетероцепные полимеры делят на классы в зависимости от природы функциональной группы, повторяющейся в главной цепи, соответственно различают кислородсодержащие, азотсодержащие, серосодержащие соединения и т.д. К биополимерам относятся белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды.
· элементоорганические полимеры (в составе основной цепи наряду с атомами углерода находятся атомы Si, Al, Ti, Ge, B).
· неорганические полимеры (в основной цепи не содержатся атомы углерода, например силиконы).
Кислород, сера, селен
Атомы кислорода не способны к образованию длинных линейных цепочек; они способны образовывать лишь перекиси в виде 2-4 атомов кислорода,
Rn – O – O – Rm, соединенных в единую цепь, но и эти соединения являются малоустойчивыми.
Однако, единичные атомы кислорода могут встраиваться в цепи, образованные атомами других элементов (C, P, S, Si) (см. ниже).
|
|
|
Атомы серы способны соединяться между собой в протяженные линейные цепи, особенно при повышенных температурах, но эти цепи при охлаждении разрушаются.
Этот эффект давно известен как обратимый переход ромбической серы в пластическую серу.
ромбическая сера пластическая сера
При понижении температуры пластическая сера превращается в кристаллическую (ромбическую) серу.
Полимеры, содержащие в главной цепи только атомы серы, не устойчивы и не имеют практического значения. Серосодержащие фрагменты с 1, 2 или несколькими атомами серы устойчивы и входят в состав ряда полимеров.
Аналогичными свойствами облают Se и Te.
Азот, бор, алюминий
Эти элементы не образуют длинных линейных цепочек и не способны к образованию собственных полимеров.
Азот способен к образованию азосоединений с участием лишь двух атомов азота −N=N−.
Азот, бор, алюминий могут быть элементами макромолекулярных цепочек в других составных частях полимерной структуры, либо входить как гетероатомы в основную цепь.
Углерод
Обладает высокой склонностью к образованию прочных ковалентных связей, как между собственными атомами, так и с другими атомами.
- структура алмаза
Это жесткая, разветвленная, 3-х мерная структура, полностью лишенная свойств, присущих линейным макромолекулам.
- двухмерная углерод-углеродная структура графена, графита и сажи
Возможно получение и линейной цепи из атомов углерода:
- структура карбина
или
При нагревании он превращается в графит.
Гораздо большие возможности по построению линейных макромолекул из атомов углерода открываются, когда 1 или 2 валентности углерода насыщаются другими атомами или группами.
Примеры:
- полиэтилен
- полипропилен
- политетрафторэтилен
Также в составе основной цепи могут находиться различные группировки, содержащие гетероатомы:
- карбонильная группировка
- сложно-эфирная группировка
- уретановая группировка
- карбамидная (мочевинная) группировка
- простая эфирная или ацетальная группировка
В составе цепи могут находиться и атомы металлов:
Кремний
Атомы кремния способны образовывать полимерные цепи:
|
|
|
Но они химически не очень устойчивы и при окислении кремний связывается с кислородом, образуя очень прочные связи кремний-кислород.
В природе кремний встречается в виде кварца:
Это жесткая трехмерная структура, не проявляющая «полимерных» свойств линейных макромолекул. Линейные макромолекулы получают, заместив две валентности у каждого атома кремния на органические радикалы (CH3-, C2H5- и т. д.). При этом появляются кремний-органические полимеры.
Можно синтезировать кремнийсодержащие полимеры:
- полисилоксаны
В цепь могут встраиваться атомы Al, B, Ti, Zn и некоторые другие.
Фосфор
Атомы фосфора могут образовывать полимеры, но в состав основной цепи должны входить и другие атомы (чаще всего кислород):
- полифосфаты
- полифосфорная кислота
Остатки ортофосфорной кислоты входят в природные полимеры (нуклеиновые кислоты, ДНК и РНК):
Таким образом, двух или поливалентные атомы (C, O, P, N, S, Si, Al, B и некоторые другие) могут находиться в виде элементов основной цепи макромолекул или находиться в боковых фрагментах; одновалентные атомы (H, F, Cl, J, Br и некоторые другие) могут выстраиваться только в качестве заместителей.
Химия полимеров построена на базе этих элементов.
|
|
|
