Реакции синтеза макромолекул

1. Полимеризация с раскрытием кратных связей

В реакциях этого типа способны вступать мономеры, содержащие кратные связи:

2. Полимеризация с раскрытием цикла

В реакции этого типа способны вступать мономеры, имеющие термодинамически неустойчивые циклы – состоящие из 3,4 или > 6 атомов углерода, обычно содержащие гетероатом.

3. Поликонденсация и полиприсоединение

Поликонденсация - это процесс синтеза высокомолекулярных соединений, в котором рост макромолекул происходит путем химического взаимодействия исходных молекул друг с другом, с реакционноспособными группами n-меров, накапливающихся в ходе реакции, а также молекул n-меров между собой.

Согласно этому определению схему реакции поликонденсации можно представить следующим образом:

~M_i + ~Mj      > ~M _i+_j

где - ~M_i, ~Mj и ~M_i+j - соответственно, i, j и i+j—меры, причем i и j могут быть любым числом, в том числе и единицей.

Для получения макромолекул путем поликонденсации может быть, в принципе, использована любая реакция конденсации или присоединения, известная в органической химии. Как правило, при реакциях конденсации наблюдается выделение низкомолекулярных веществ (воды, спирта, аммиака, хлористого водорода и т. д.).

Примерами могут служить реакции полиэтерификации:

HO-R-COOH + HO-R-COOH           > HO-R-COO-R-COOH + H₂O и т.д.

полиамидирования:

H₂N-R-NH₂ + ClOC-R'-COCl         > H₂N-R-NHCO-R'-COCl + HCl и т.д.

При этом в отличие от полимеризации, элементарный состав продуктов поликонденсации в данном случае не совпадает с составом мономерных соединений, т. к. каждый химический акт поликонденсации сопровождается выделением молекулы низкомолекулярного продукта.

Приведенной выше общей схеме поликонденсации соответствуют также некоторые разновидности процессов, которые не сопровождаются выделением низкомолекулярных продуктов. К их числу, например, относится синтез полиуретанов из гликолей и диизоцианатов:

НО-R-OH + O=C=N-R'-N=C=O          > HO-R-О-CO-NH-R'-N=C=O и т.д.

Подобные поликонденсационные процессы часто называют полиприсоединением. По кинетическим закономерностям реакции полиприсоединения весьма схожи с реакциями поликонденсации. В обоях типах поликонденсационных процессов рост макромолекул осуществляется путем взаимодействия функциональных групп молекул мономеров или таких же групп находящихся на концах уже образовавшихся цепей различной молекулярной массы. Получаемые в результате этих реакций промежуточные полимерные продукты вполне устойчивы и могут быть выделены в свободном виде. Однако они содержат на концах реакционноспособные группы и поэтому способны к дальнейшим реакциям конденсации, как друг с другом, так и с соответствующими мономерными молекулами. Отсюда следует, что теоретически поликонденсация может считаться завершенной лишь тогда, когда прореагируют все концевые функциональные группы, в результате чего должна образоваться одна гигантская циклическая макромолекула. На практике, однако, это никогда не достигается.

Вопросы для самостоятельной проработки:

1. Какие элементы Периодической системы Д. И. Менделеева способны к образованию полимерных цепей?

2. Приведите примеры полимеров, получаемых синтетически.

3. Приведите примеры природных полимеров.

4. Какие мономеры могут участвовать в реакции полимеризации?

5. Приведите характерные особенности процессов полимеризации и поликонденсации.