ТЕМА 21: Химия высокомолекулярных соединений

Высокомолекулярные соединения (ВМС) — это химические вещества с большой молекулярной массой и обладающие особыми свойствами. Химия ВМС изучает вещества, молекулы которых состоят из огромного числа атомов, соединенных между собой обычными ковалентными связями. Такие молекулы называются макромолекулами; например, макромолекулы полиэтилена [С₂Н₄]_n, целлюлозы [С₆Н₁₀0₅]_n, натурального каучука [С₅Н₈]_n, полихлорвинила [С₂Н₃С1]_n и др.

 

Высокомолекулярные соединения часто называют просто полимерами (от греч. ро1у — много, meros— часть).

Число элементарных звеньев в макромолекуле (n), является одной из главных характеристик полимера и называется степенью полимеризации (Р) полимера. Между этой величиной и молекулярной массой полимера имеется следующее соотношение: Р = М/т, где т — молекулярная масса элементарного звена. Отсюда молекулярная масса полимера равна M = Р m. Полимеры с высокой степенью полимеризации называются высокополимерами, а с небольшой — олигомерами.

Молекулярная масса полимеров — совершенно новое понятие. Если для обычных соединений молекулярная масса — величина постоянная, которая строго характеризует индивидуальность химического вещества, то для полимерных соединений молекулярная масса — величина среднестатистическая. Это связано с тем, что полимерные соединения обычно состоят из смеси макромолекул, имеющих различные размеры и массу, — полимергомологов. Поэтому для полимеров пользуются понятием средней молекулярной массы. Однако при одинаковой средней молекулярной массе образцы полимера могут отличаться по соотношению имеющихся в них различных полимергомологов. Для количественной оценки такого соотношения используют понятие степени полидисперсности, или молекулярно‒массового распределения.

Классификация ВМС.

По методам получения все высокомолекулярные соединения можно разделить на три группы: природные (например, белки, нуклеиновые кислоты, целлюлоза, натуральный каучук), синтетические (полиэтилен, поливинилхлорид и др.) и искусственные, которые получены путем химической модификации природных полимеров (эфиры целлюлозы).

 

По химическому составу основной макромолекулярной цепи высокомолекулярные соединения делятся на два больших класса: гомоцепные, цепи которых построены из одинаковых атомов, и гетероцепные, макромолекулярная цепь которых содержит атомы различных элементов. Среди гомоцепных высокомолекулярных соединений наиболее важны те, макромолекулярные цепи которых состоят только из атомов углерода. Такие высокомолекулярные соединения называются карбоцепными.

[‒CH2‒CH2‒]n	[‒CH2‒C(CH3)2‒]n		[‒CH2‒CHCl‒]n
полиэтилен	полиизобутилен		поливинилхлорид (полихлорвинил)
[‒CF2‒CF2‒]n	[‒CH2‒CH(OCOCH3)‒]n		[‒CH2‒CH(COOH)‒]n
политетрафторэтилен	поливинилацетат		полиакриловая кислота
[‒CH2‒CH(CONH2)‒]n		[‒CH2‒CH=CH‒CH2‒]n
полихлоропрен		полибутадиен
[‒CH2‒C(Cl)=CH‒CH2‒]n		[‒CH2‒CH(CH3)‒]n
полихлоропрен		полипропилен
[‒CH2‒CH(C6H5)‒]n	[‒CH2‒CCl2‒]n		[‒CH2‒CH(OH)‒]n
полистирол	поливинилиденхлорид		поливиниловый спирт
[‒CH2‒CH(COH)‒]n		[‒CH2‒C(CH3)(COOCH3)‒]n
полиакролеин		полиметилметакрилат
[‒CH2‒CH(CN)‒]n		[‒CH2‒C(CH3)=CH‒CH2‒]n
полиакрилонитрил		полиизопрен

 

Рисунок 2 –  Примеры карбоцепных полимеров.

 

Гетероцепные полимеры можно разделить на две группы. В первую группу входят полимеры, содержащие в основной цепи, как атомы углерода, так и атомы других элементов, например:

	H‒[‒NH‒(CH2)x‒CO‒]n‒OH полиамиды
полисахариды
[‒NH‒CO‒NH‒CH2‒]n	[‒NH‒CH‒CO‒]n | R
мочевиноформальдегидные полимеры	полипептиды
[‒CO‒NH‒(CH2)x‒NH‒COO‒(CH2)y‒O‒]n	[‒(CH2)x‒S‒S‒]n ||  || S S
полиуретаны	полиалкилентетрасульфиды

Вторая группа включает гетероцепные полимеры с главной неорганической цепью и органическими боковыми группами:

полисилоксаны	полиалюмоксаны

Большое значение имеют высокомолекулярные соединения с сопряженной системой кратных связей, например:

[‒CH=CR‒]n		[‒CH CH‒]n
полиацетилены	полифенилены	полины («карбин»)	полифениленоксид

 

Номенклатура ВМС.

Названия карбоцепных полимеров составляются из названий исходного мономера и приставки поли‒. Гетероцепные полимеры называются по названию класса соединений с приставкой поли‒, например полиэфиры, полиуретаны и т. д.