Полимерлену реакциялары, маңызы және медицинада қолданылуы

Презентация

Тақырыбы: Полимерлену реакциялары, маңызы және медицинада қолданылуы.

Орындаған: Аймахан Несібелі

Қабылдаған: Бухарбаева Айымторы

ОҢТҮСТІК ҚАЗАҚСТАН МЕДИЦИНА АКАДЕМИЯСЫ

Жоғары молекулалы қосылыстар немесе полимерлер (гр. πολύ- көп, μέρος - бөлік, бөлігі) - молекула құрамында өзара химикалық немесе координаттық байланыстармен қосылған жүздеген, мыңдаған атомдары бар және өздеріне ғана тән қасиеттермен ерекшеленетін заттар тобы.

Жоғары молекулалы қосылыстарды қысқаша ЖМҚ деп стандартты атауға немесе "полимерлер" деуге болады. Полимерлер (грек. "поли"-көп, "мерос"-бөлшек) ондаған және жүздеген мың, кейде миллиондаған атомдардан тұратын үлкен молекулалар.

Атомдар санының өзгеруіне қарай макромолекулалардың сапалық қасиеттерінде де ерекшеліктері болады. Химиялық таза полимерлердің макромолекулалары қайталанып отыратын құрылым буындарынан құралады.

Жоғары молекулалы қосылыстар табиғи (ақуыздар, нуклеин қышқылдары, табиғи шайырлар), жасанды (табиғи полимерді химикалық реактивтермен әрекеттестіру кезінде алынатын), синтетикалық (полиэтилен, полипропилен, полистирол, полиамид, фенолды шайыр, т. б. ) болып үш топқа бөлінеді. Табиғи жоғары молекулалы қосылыстар Биосинтез барысында тірі организм клеткаларында түзіледі. Синтетикалық жоғары молекулалы қосылыстар мономерлерді поликонденсациялау, полимерлеу арқылы алынады. Олардың тізбектері ашық, бірінен соң бірі түзу сызық бойымен орналасқан мономер бөліктерінен, тарамдалған немесе тор тәрізді Жоғары молекулалардан құралған (қ. Полимерлер) . Жоғары молекулалы қосылыстар машина жасауда, құрылыста, ауыл шаруашылығында, электртехникада, медицинада, т. б. көптеген салаларда кеңінен қолданылады

Құрылым буындарының саны полимерлену дәрежесі - n деп аталады, оның сан мәні 1000-нан 1 млн-ға жуық болуы мүмкін. Іс жүзінде кез келген полимерлер - құрамы және химиялық құрылысы бірдей, тек құрылым буын саны әр түрлі бірнеше макромолекуланың қоспасы. Егер құрылым буындары әр түрлі болса, онда сополимер деп атайды.

Полимер синтезделетін кіші молекулалы зат мономер деп аталады. ЖМҚ кұрамының күрделілігі оның молекулалық массасының да өте үлкен болуын қамтамасыз етеді. "Үлкен", "кіші" деген сөздер салыстырмалы шартты түрде қолданылады. Сондықтан Мr < 500 болса, кіші молекулалы, Мг >5000 болса, жоғары молекулалы қосылыс деп саналады. Ал 500 < Мг<5000 болса, онда олигомер (грек. "олигос" - "көп емес, шамалы" деген мағынаны білдіреді) деп аталады. Бұлай бөлудің негізі молекула шектен тыс көп атомнан тұратын жағдайда олардың сандарының шамалы өзгеруі қасиеттеріне аса көп әсерін тигізбейді, кейде тіпті өзгермейді.

Жоғары молекулалы қосылыстарды алудың негізгі әдістері - поликонденсациялану және полимерлену реакциялары.

Полимерлену реакциясы

Полимерлену реакциясы еселі (қос, үш) байланыстардың есебінен немесе тұйық тізбектердің ашылу салдарынан жүзеге асады. Мономерде реакцияға қабілетті бір топша болса жеткілікті. Полимерлену инициатордың әсерінен тізбекті процесс түрінде жүреді.

Инициатор ретінде бос радикалдарға жеңіл айырылатын заттар қолданылады. Радикалдар мономер молекулаларын радикалдық түрге айналдырып, полимерленудің тізбекті реакцияларының басталуына себепші болады. Мысалы, стирол бензоил пероксидінің әсерінен полистиролға айналады.

Инициатордың (тізбек бастаушы) түзілуі:

Тізбекті полимерлену қопарылыстың жылдамдығындай жоғары жылдамдықпен өтеді. Оны төменгі температурада жүргізуге де болады.

Полимерленудің аралық өнімдері - тұрақсыз бөлшектер (біздің мысалымызда - радикалдар), сондықтан тізбектің өсуі мономер түгел жұмсалып біткенше немесе тізбек үзілгенше жалғасады. Тізбек екі радикал өзара кездескенде, сондай-ақ радикал басқа молекула әсерінен немесе ыдыс қабырғасына соқтығысып жойылған кезде үзіледі.

Полимерлену реакциясы радикалдық механизмнен басқа иондық механизммен де жүреді. Бұл кезде белсенді бөлшектер қызметін оң иондар (катионды полимерлену) немесе теріс иондар (анионды полимерлену) атқарады.

Біз жоғарыда стиролды полимерлеп полистирол алу реакциясын қарастырдық. Реакцияның жүруі өте қарапайым және жеңіл жүретін сияқты болып көрінеді. Шындыгында, полимерлену реакциясының жүруі күрделі әрі қиын процесс. Полимерлену тізбегі мен полимерлердің салыстырмалы молекулалық массасы шексіз өсе бермейді.

Жоғарыда айтылғандай, реакциялық қоспада қатар өсіп келе жатқан екі тізбек өзара кезігіп, өсуі тоқтауы мүмкін, онда молекулалық массаның өсуі де тоқтайды. Полимердің молекулалық массасы - оның қасиеттерінің маңызды сипаттамасы болып табылады. Мысалы, молекулалық массасы 5000-1 болатын кіші молекулалы полистирол өте сынғыш нәзік болады, сәл соққыдан ұнтақ болып шашылып кетеді.

Ал молекулалық массасы 5-1 болатын жоғары молекулалы полистирол жұқа мөлдір қабыршақ түзеді және "стирофлекс" деген атаумен электро-, радиотехникада диэлектрик ретінде қолданылады.

Табиғи және әр түрлі синтездік каучуктардың макромолекулалары өте иілгіш, әрі серпімді болады. Олар молекуласында екі қос байланысы бар мономерлерден алынады. Оған мысал ретінде бутадиен- 1, 4-ті (дивинилді) полимерлеу арқылы синтездік каучук алуды қарастырайық. Реакция нәтижесінде ұзын, иілгіш, серпімді тізбектер алынады. Бутадиенді каучук полимері тізбегінің құрылысы этиленнің қатты полимерінен өзгеше болады. Бутадиен полимерленгенде, көміртек атомдары арасында әлі де қолданылмаған қос байланыстар, яғни әрбір құрылымдық буында бір-бірден қос байланыс қалады:

nH2C = CH - CH = CH2 --> [ - H2C - CH = CH - CH2 - ] n

Мысалы, ацетиленге НС=СН хлорсутекті HC1 қосу арқылы газ тәріздес хлорвинилді Н2С=СНС1 алып, оны полимерлеу арқылы поливинилхлоридке (-Н2С-CHC1-) n айналдырады. Ацетиленге сірке қышқылын СН3СООН қосып, винилацетат алады. Ол мөлдір, серпімді винилацетат полимерін түзеді:

Бұл сополимер мөлдірлігімен, серпімділігімен және беріктігімен ерекшеленеді. Олар матаны, сымдарды қаптауға қолданылады. Сополимерлеу әдісі арқылы полимер материалдарының алуан түрлерін алу мүмкіндігі ашылды. Қазіргі кезде "егу" арқылы сополимерлеу әдісі кең дамып келеді. Бұл әдісте алынған полимер тізбегіне басқа заттың мономерін бүйір тізбекке өсіру (егу) жүзеге асырылады. Осы әдіс арқылы бүйір тізбектегі құрылым буындарының санын реттеп, полимерлердің қасиеттерін өзгертуге болады. Мысалы, жоғары молекулалы полиэтиленге бүйір тізбек етіп полистиролды "тіккенде", сополимердің балқу температурасы жоғарылап, жылуға әсері тұрақтанды. Көбіне бір полимерді басқа полимерге химиялық тігу арқылы полимердің беріктігін, серпімділігін арттырады. Қатты, морт қасиеті бар полистиролды каучукпен сополимерлеп, соққыға төзімді, берік, шеге қақканда жарылып кетпейтін материал алынды. Соққыға төзімді полистирол техникада, әсіресе тоңазытқыш жасауда кең қолданылады.

Катализдік жүйені пайдаланып, полимер молекуласындағы негізгі тізбекке қарағанда бүйір топшалардың орналасуын реттейді. Төменде орынбасушылардың (X) орналасуының үш түрлі типі көрсетілген:

Егер орынбасушылар тәртіппен орналасқан болса, стереореттелген деп аталады және бас тізбектегі орынбасушылардың кеңістікте өзара қалай орналасқандығымен ерекшеленеді. Оған изотактикалық (1) және синдиотактикалың (2) полимерлер жатады. Егер орынбасушылар ретсіз орналасқан болса, ондай полимерлер атактикалық (3) деп аталады.