Общие понятия химии высокомолекулярных соединений (ВМС)

Полимеры (ВМС) – это вещества с очень большой молекулярной массой, молекулы которых содержат повторяющиеся группировки атомов.

Мономеры – низкомолекулярные вещества, из которых образуются молекулы полимеров.

Структурное звено полимера – группа атомов, многократно повторяющаяся в макромолекуле полимера.

СН₂= СН₂ + СН₂ = СН₂ + … (-СН₂ – СН₂ – СН₂-)_n

этилен (мономер) структурное звено

полиэтилен (полимер)

n – степень полимеризации

СН₂ = СН – СН₃ + СН₂ = СН – СН₃ + … (- СН₂ – СН –СН₂ – СН -)_n

½ ½

CH₃ CH₃

пропилен полипропилен

Алкадиены

Общая формула, номенклатура

Алкадиены – это ациклические непредельные углеводороды с общей формулой С_nН₂_n_-2, в молекулах которых содержится две двойные связи.

Названия алкадиенов образуются от названий соответствующих алканов с помощью замены –ан на –диен: пропадиен, бутадиен – 1,3; бутадиен – 1,2. Цифрами указываются номера атомов, у которых начинается двойная связь. Характерна изомерия углеродного скелета, изомерия положения двойных связей, геометрическая (цис-, транс-) изомерия, межклассовая изомерия (с алкинами).

Строение молекул

Атомы углерода – в состоянии sp² гибридизации. Гибридные облака – под углом 120⁰. Молекулы алкадиенов имеют плоское строение.

Двойные связи могут быть изолированными (через несколько одинарных связей), например СН₂ = СН –СН₂ – СН = СН₂ пентадиен – 1,4; сопряженными (через одну одинарную связь) СН₂ = СН – СН = СН₂ бутадиен – 1,3,

СН₂ = С – СН = СН₂ 2-метилбутадиен – 1,3 (изопрен); кумулированными

СН₃

(находящимися рядом) СН₂ = С = СН₂ пропадиен

Химические свойства

1) Реакции присоединения

а) галогенирование

СН₂ = СН – СН = СН₂ + СI₂ ® CН₂СI – CH = CH – CH₂CI

CН₂СI – CH = CH – CH₂CI + CI₂ ® CН₂СI – CHCI – CHCI – CH₂CI

б) гидрирование

СН₂ = СН – СН = СН₂ + Н₂ ® СН₃ – СН = СН – СН₃

СН₃ – СН = СН – СН₃ + Н₂ ® СН₃ – СН₂ – СН₂ – СН₃

в) гидрогалогенирование

СН₂ = СН – СН = СН₂ + НСI ® CH₃ – CH = CH – CH₂CI

CH₃ – CH = CH – CH₂CI + HCI ® CH₃ – CHCI – CH₂ – CH₂CI

г) полимеризация

n СН₂ = СН – СН = СН₂ ® (-СН₂ – СН = СН – СН₂-)_n

2) Реакция горения

2 СН₂ = СН – СН = СН₂ + 11О₂ ® 8СО₂ + 6Н₂О

Получение

1) Дегидрирование алканов

СН₃ – СН₂ – СН₂ – СН₃ СН₂ = СН – СН = СН₂ + 2Н₂

2) Дегидрирование и дегидратация спиртов (метод Лебедева)

2 СН₃ – СН₂ОН ® СН₂ = СН – СН = СН₂ + 2Н₂О + Н₂

Применение

Получение синтетического каучука и резины. Изопрен (2-метилбутадиен – 1,3) является мономером, при полимеризации которого образуется природный каучук.

Каучуки – продукты полимеризации диеновых углеводородов с сопряженными связями.

Состав (С₅Н₈)_n n = 1000 –3000. Мономер натурального каучука – изопрен.

n (СН₂ = С – СН = СН₂) (- CH₂ – C = CH – CH₂ -)_n

½ ½

CH₃CH₃полиизопрен

-Н₂С СН₂ - -Н₂С Н

С = С С = С

Н₃С Н Н₃С СН₂-

Цис-изомер Транс-изомер

Синтетический каучук получают по способу С.В.Лебедева. Мономер синтетического каучука – бутадиен – 1,3.

n СН₂ = СН – СН = СН₂ (- СН₂ – СН = СН – СН₂ -) _n

полибутадиен

-Н₂С СН₂- -Н₂С Н

С = С С = С

Н Н Н СН₂-

Цис-изомер Транс-изомер

Резина – вулканизированный каучук. Каучук обрабатывают серой или серусодержащими соединениями, в результате атомы серы присоединяются к линейным молекулам каучука по месту двойных связей и как бы сшивают молекулы друг с другом. В результате липкий и непрочный каучук превращается в упругую и эластичную резину.

-СН₂ – СН – СН – СН₂ –

-CН₂ – СН – СН – СН₂ –

Волокна – ВМС природного и синтетического происхождения, перерабатываемые в нити; характеризуются высокой упорядоченностью молекул (линейные полимеры).

Классификация волокон

Природные Химические

животного растительного искусственные синтетическое

происхождения происхождения продукты полимеры,

(шерсть, шелк) (хлопок, лен, пенька) переработки образуемые из

природных низкомолекуляр-

полимеров ных веществ

(вискозное, (полиамиды,

ацетатное) полиэфиры).

Ацетатное волокно

ОН О О

С₆Н₇О₂ ОН + 3n СН₃ – С-О – С – СН₃ ®

ОН

целлюлоза n уксусный ангидрид

О-СО-СН₃

® С₆Н₇О₂ О-СО-СН₃ + 3n СН₃СООН

О-СО-СН₃n

Триацетилцеллюлоза

Алкины

Общая формула, номенклатура.

Алкины – это ациклические непредельные углеводороды с общей формулой С_nH₂_n_-2, в молекулах которых содержится одна тройная связь.

Названия алкинов образуются от названий от названий соответствующих алканов с помощью замены окончания –ан на –ин: этин(ацетилен), пропин, бутин-1, бутин-2. Цифрой указывается номер атома, у которого начинается тройная связь.

Для алкинов характерна изомерия углеродного скелета, изомерия положения тройной связи, межклассовая изомерия (с алкадиенами).

Строение молекул.

Атомы углерода при тройной связи – в состоянии sp-гибридизации. Гибридные облака – под углом 180⁰. Длина связи С º С 0,120 нм. Молекулы алкинов имеют линейное строение.

В молекуле этина два гибридных облака каждого атома углерода образуют s - связи, а оставшиеся р - электронные облака перекрываются, образуя p-связи, находящиеся в перпендикулярных плоскостях.

Химические свойства.

1)Реакции присоединения

а) галогенирование

СН º СН + СI₂ ® СНСI = СНСI

СНСI = СНСI + CI₂® СНСI₂ – СНСI₂

б) гидрирование

СН º СН + Н₂ СН₂ = СН₂

СН₂ = СН₂ + Н₂ СН₃ – СН₃

в) гидрогалогенирование

СН º СН + НСI ® СН₂ = СНСI

СН₂ = СНСI + НСI ® СН₃ – СНСI₂

СН₃ – С º СН + НСI ® CН₃ – ССI = СН₂ (присоединение по правилу Марковникова – водород присоединяется к наиболее гидрогенизированному атому углерода при тройной связи)

г) тримеризация