nomenklatura Procesní názvy Strukturní názvy

Transkript

1 nomenklatura Procesní názvy skládají se z triviálního nebo semisystematického názvu monomeru použitého pro jejich syntézu s předsazením předpony poly- (např. polystyren, polyakrylonitril) Strukturní názvy skládají se z předpony poly- a v závorce následuje název OKJ. Název OKJ je tvořen dle pravidel nomenklatury organických sloučenin pouze lineární regulární polymery. - IUPAC (The International Union of Pure and Applied Chemistry) Procesní název: polystyren Strukturní název: poly(1-fenylethylen) 1

2 nomenklatura Strukturní a procesní názvy běžných polymerů 2

3 nomenklatura Skupinové názvy dle chemické struktury (vazby) polyamidy polyestery polyuretany polyethery polysiloxany polysulfidy polyvinyly polykarbonáty NH CO O CO O CO NH O O Si S R C C O CO O

4 nomenklatura Skupinové názvy dle společných vlastností elastomery - Makromolekulární látky, které se po mechanickém působení vrací do původního stavu - Kaučuky - zesítěné polymerní řetězce

5 nomenklatura Skupinové názvy dle společných vlastností Termoplasty při zahřátí měknou a stávají se tvárné, při opětovném ochlazení tuhnou a ztrácejí tvárnost. Celý proces lze mnohokrát opakovat, teplotní změny zde ovlivňují pouze mezimolekulární přitažlivé síly, nemají za následek chemické reakce - Snadnější recyklace - PE, PP, PS, PAs, PVC.

6 nomenklatura Termosety - před konečným zpracováním obsahují řetězce s vhodnými reaktivními funkčními skupinami - během závěrečného zpracování se chemickými reakcemi těchto funkčních skupin původní řetězce spojují chemickými vazbami, nejčastěji v prostorově zesíťované makromolekuly (Bakelit) změny jsou nevratné!!! - pro síťování stačí teplota X je zapotřebí ch. slč (reaktoplasty) - epoxidové pryskyřice, fenolformaldehydové pryskyřice, močovinofomaldehydové pryskyřice. 6

7 nomenklatura Tvorba strukturního názvu polymerů 1. Volba opakující se konstituční jednotky (OKJ) - rozdělení na podjednotky - nejmenší konstituční jednotka 2. Orientace OKJ Pořadí významnosti podjednotek: a) Heterocykly b) Heteroatomy (O je nadřazen N) c) Uhlíkaté cykly d) Uhlíkaté řetězce 3. Pojmenování poly(oxy-1-chlorethylen) 7

8 nomenklatura Pořadí významnosti podjednotek Heterocykly: Systém s atomem dusíku v cyklu Systém s heteroatomem jiným než dusík Systém s největším počtem cyklů Systém obsahující největší individuální cyklus Systém s největším počtem heteroatomů Systém s největší různorodostí heteroatomů Systém s největším počtem těch heteroatomů, které jsou nejvýše postaveny v pořadí významnosti Jestliže se 2 heterocyklické subjednotky liší pouze stupněm nenasycenosti, má vyšší pořadí ta z nich, která má nejméně hydrogenovaný kruhový systém poly(pyridin-4,2-diyl-4h-1,2,4-triazol-3,5-diylmethylen) 8

9 nomenklatura Heteroatomy: Významnost heteroatomů klesá v tomto pořadí: O, S, Se, Te, N, P, As, Sb, Bi, Si, Ge, Sn, Pb, B, Hg poly(oxyiminomethylenhydrazomethylen) V případě, že OKJ obsahuje dva stejné heteroatomy, dostává přednost atom s nejvyšší substitucí. v některých případech nutno použít závorky (pro zabránění dvojznačnosti ) poly[thio(karbonyl)] poly(thiokarbonyl) 9

10 nomenklatura Pořadí významnosti podjednotek Uhlíkaté cykly: Systém s největším počtem cyklů Systém obsahující největší individuální cyklus v prvním rozdílném bodě Systém s největším počtem atomů v soustavě cyklů Systém s nejnižšími čísly lokantů pro místo prvního rozdílného spojení cyklů Systém nejméně hydrogenovaný Necyklické uhlíkaté podjednotky Spojka s největším počtem substituentů Se substituenty s nižšími lokanty Se substituentem, jehož název má nižší abecední pořadí 10

11 Polymery struktura Vlastnosti polymerů určeny jejich fyzikální a chemickou strukturou 11

12 vazba Atom (jádro, obal) elektronové orbitaly (s,p,d,f) - vrstvy (výstavbová pravidla, elektronová konfigurace) 12

13 Teorie kovalentní vazby - překryv elektronových orbitalů - sdílený elektronový pár - energie vazby - délka vazby - vazba - σ, π - Hybridizace (sp3, sp2, sp) 13

14 vazba 14

15 Struktura- slabé vazebné interakce Mezimolekulární síly (slabé vazebná inerakce, sekundární vazby) Energie vazby: kj.mol -1 (vazba C-C 347 kj.mol -1 ) o Elektrostatické interakce osíly van der Waalsovy odisperzní (Londonovy) odipólové oindukční (indukovaný dipól) ovodíkové můstky ohydrofobní interakce 15

16 Figure 2-15 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

17 17

18 18

19 struktura Struktura makromolekul izolované makromolekuly Konstituce: typ a řazení jednotek, (kovalentní, primární struktura) Konfigurace: prostorové uspořádání sousedících atomů a skupin atomů v molekule (sekundární struktura) Konformace: prostorové uspořádání celé molekuly volné (terciální struktura) vzájemné uspořádání makromolekul nadmolekulární, kvarterní struktura

20 struktura Konstituce (primární str.) - způsob vazby jednotlivých atomů v molekule - Homo / hetero řetězce - Substituované / nesubstituované - Nasycené / nenasycené

21 Struktura - konstituce Strukturní isomerie - konstituční stejné chemické složení X rozdílná konstituce -[C 2 H 4 O] n - poly(1-hydroxyethylen) poly(oxyethan-1,1-diyl) poly(oxyethylen)

22 Struktura- konstituce Řazení monomerních jednotek (positional isomerism) Jednoznačné řetězení: hlava-pata regulární X irregulární struktura (regio- isomerie) řetězové rce nesymetrických monomerů : hlava-pata, hlava-hlava, pata-pata

23 Struktura- konstituce -B-B-B-B- -B-B-B-B- Homopolymery obsahují jen jeden druh monomerních jednotek (A) Kopolymery vznikají současnou polymerizací dvou (A+B) nebo více monomerů Pseudokopolymer (PVA, butadienové polymery) statistický (náhodný): A B A B B B A A B B A A alternující (periodický): A B A B A B A B A B blokový: gradientový: A A A A B B B B A A A A B B-A A A A B B A A A B B-B-A roubovaný: A A A A A A A A A A A A

24 Struktura- konstituce Makroaniont (makrokationt) makromolekula s jedním záporným (kladným) nábojem - makrodianiont (2 náboje) - makroradikál Polyaniont (polykationt) obsahuje mnoho (poly) nábojů v makromolekule Supramolekulární polymery iontové interakce, nabité konce makromolekul 24

25 Struktura- konstituce architektura Lineární propojení dvojfukčních monomerů stupeň polymerace - otevřené uzavřené (kruh) Větvené makromolekuly s postranními řetězci -kombinace více otevřených řetězcú stupeň polymerace - délka postranních řetězců opolymerace troj- a vícefunčních monomerů ovedlejší rce při polymerizaci dvojfunkčních momnomerů Síťované spojení řetězců větvených molekul hustota sítě - délka řetězce mezi místy zesítění

26 Struktura- konstituce Větvené polymery (branching polymers) - Jednoduché vícenásobné - Pravidelné nepravidelné - Ojedinělé vícečetné - použitý monomer, reakce během syntézy 26

27 Struktura- konstituce Star polymers - 1 bod větvení, core 3 lineární řetězce - hetero/homo/block dendrimery - Star s opakovaným star-like větvením (generace) - Centrální jednotka - Opakující se jednotka - Koncová jednotka 3G

28 Struktura- konstituce comb polymers Hlavní řetězec obsahující dlouhé postranní řetězce (oligo, poly)

29 Struktura- konstituce Síťované polymery - vazba mezi makromolekulami => polymerní síť - během syntézy, po syntéze - Hustota sítě => mobilita segmentů (elastomery, termosety) 29

30 Struktura- konfigurace Konfigurace (sekundární str.): ovzájemné prostorové uspořádání atomů a skupin atomů v molekule otrvalé nelze měnit bez přerušení chemické vazby oprostorová izomerie tetraedrické uspořádání substituentů na asymetrickém atomu C planární uspořádání substituentů na C s dvojnou vazbou 30

31 Struktura- konfigurace Strukturní izomerie (stereospecifická, geometrická, konfigurační) - cis- trans - konjugované dieny - kaučuk (cis -1,4 polyisopren) x gutaperča (trans -1,4 polyisopren) 1,3-isopren 1,4 polymerizace cis -1,4-polybutadien trans -1,4-polybutadien 31

32 Struktura- konfigurace Stereospecifita stereoizomerie (konfigurační) oatom C stereoizomerní (chirální) centrum (R-S, D-L) otakticita uspořádání stereoizomerních center v hlavním řetězci otaktické polymery mají vysoký stupeň pravidelnosti v uspořádání stereoizomerních center, tvorba vláken a krystalů izotaktický substituenty v jedné polorovině syndiotaktický substituenty střídavě v obou polorovinách ataktický nahodilá distribuce substituentů 32

33 Takticita ovlivňuje vlastnosti polymeru (PP) Taktické vysoká krystalinita Ataktické amorfní Metody (spektroskopické): X-ray, NMR, IR, krystalinita Počet možných isomerů 2 n pro n=50 je

34 Struktura- konformace Konformace (terciální str.) oprostorová uspořádání v makromolekule vyplývající z volné otáčivosti kolem jednoduché vazby mezi atomy 34

35 Struktura- konformace Př.: polyethylen nejstabilnější konformace CIK-CAK trans konformace!není trans konfigurace! 35

36 Struktura- konformace Potenciální energie trans gauche gauche trans Úhel rotace 36

37 Struktura- konformace ovolná rotace omezena: délka vazby, velikost substituentu, počet vazebných ligandů - nevazebné interakce, odpudivé/přitažlivé síly opreference energeticky nejvýhodnějších konformací polyisobutylen PMMA 37

38 Struktura- konformace konformační isomery (stereoisomery) omikrokonformace X makrokonformace onelze izolovat identická chemická individua, ourčeny konstitucí, typem a velikostí substituentů (helix, napřímené, skládané) 38

39 Struktura- konformace konformační isomery (stereoisomery) ov dynamické rovnováze, statistické vyjádření oneuspořádané (statistické) více/méně husté klubko gaussovo klubko osimulace molecular modeling orotace v uzlech => segmenty => OHEBNOST (čím menší segmenty, tím ohebnější molekula elastomery seg jednotek) řetězců (termické vl., viskozita, kryst. ) ovliv okolních molekul (slabé (ne)vazebné interakce) 39

40 STEREOISOMERIE KONFIGURACE KONFORMACE 1-chlor-3-methylcyklohexan Štěpení CH vazby rotace 40