Polymery struktura. Vlastnosti polymerů určeny jejich fyzikální a chemickou strukturou

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Polymery struktura. Vlastnosti polymerů určeny jejich fyzikální a chemickou strukturou"

Renáta Bílková
před 5 lety
Počet zobrazení:

1 Polymery struktura Vlastnosti polymerů určeny jejich fyzikální a chemickou strukturou 1

2 2

3 Chemická vazba 3

4 Teorie kovalentní vazby - překryv elektronových orbitalů - sdílený elektronový pár - energie vazby - délka vazby - vazba - σ, π 4

(cis and trans isomerie) Trans-isomer Cis-isomer Snadná rotace

5 Vlastnosti dvojné vazby π vazba má nižší energii než ϭ vazba π vazba je podstatně reaktivnější Není možná rotace kolem π vazby (cis and trans isomerie) Trans-isomer Cis-isomer Snadná rotace kolem σ vazby v sousedství π vazby (ohebnost makromolekul kaučukovitých polymerů)

6 Nevazebné interakce 6

7 7

8 8

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

10 10

11 Struktura makromolekul izolované makromolekuly okonstituce: typ a řazení jednotek, (kovalentní, primární struktura) okonfigurace: prostorové uspořádání sousedících atomů a skupin atomů v molekule (sekundární struktura) okonformace: prostorové uspořádání celé molekuly volné (terciální struktura) vzájemné uspořádání makromolekul nadmolekulární, kvarterní struktura

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

13 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)

14 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

15 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) 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: A A A A B B B B A A A A B gradientový: 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

makroradikál Polyaniont (polykationt) obsahuje mnoho (poly) nábojů v

16 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 16

17 Supramolekulární struktury - iontové interakce 17

18 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 - Molární hmotnost?, stupeň polymerizace?

19 19

20 Struktura- konstituce Větvené polymery (branching polymers) - Jednoduché vícenásobné - Pravidelné nepravidelné - Ojedinělé vícečetné - použitý monomer, reakce během syntézy 20

- Star s opakovaným star-like větvením (generace) -

21 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

22 Synthesis of dendrimers There are two approaches- Divergent synthesis (from the core outwards) Convergent synthesis (from the surface inwards) Very interesting molecules but difficult to protect the active sites therefore difficult to synthesise large quantities

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

24 Struktura- konstituce Síťované polymery - vazba mezi makromolekulami => polymerní síť - během syntézy, po syntéze - Hustota sítě => mobilita segmentů (elastomery, termosety) - F/CH 24

25 25

26 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 26

27 Struktura- konfigurace Strukturní izomerie (stereospecifická, geometrická, konfigurační) - cis- trans - konjugované dieny Př: kaučuk X gutaperča (cis -1,4 polyisopren) X (trans -1,4 polyisopren) 1,4 polymerizace 1,3-isopren cis -1,4-polybutadien trans -1,4-polybutadien 27

28 Struktura- konfigurace Stereospecifita stereoizomerie (konfigurační) oatom C (pseudo)stereoizomerní (chirální) centrum (R-S, D-L) otakticita uspořádání stereoizomerních center v hlavním řetězci (triády, relativní podíl triád) otaktické polymery mají vysoký stupeň pravidelnosti v uspořádání stereoizomerních center, tvorba vláken a krystalů izotaktický substituenty v jedné polorovině (aaa, bbb) syndiotaktický substituenty střídavě v obou polorovinách (aba, bab) ataktický nahodilá distribuce substituentů (abb, baa) 28

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

30 30

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

32 Struktura- konformace Př.: polyethylen nejstabilnější konformace CIK-CAK trans konformace!není trans konfigurace! Newman projection - conformers 32

33 Struktura- konformace Potenciální energie trans gauche gauche trans Úhel rotace 33

34 Struktura- konformace ovolná rotace omezena: délka vazby, velikost substituentu, počet vazebných ligandů - nevazebné interakce, odpudivé/přitažlivé síly opreference energeticky nejvýhodnějších konformací polyisobutylen PMMA flexibilita X pevnost 34

onelze izolovat identická chemická individua, ourčeny

35 Struktura- konformace konformační isomery (stereoisomery) omikrokonformace X makrokonformace onelze izolovat identická chemická individua, ourčeny konstitucí, typem a velikostí substituentů (helix, napřímené, skládané) 35

36 Helikální struktura (koinformace) isotaktických vinylových polymerů 36

37 Struktura- konformace konformační isomery (stereoisomery) ov dynamické rovnováze, statistické vyjádření oneuspořádané (statistické) více/méně husté klubko gaussovo klubko osimulace molecular modeling osterické zábrany -> není možná neomezená rotace kolem všech jednoduchých vazeb > rotace 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) 37

38 Přírodní polymery specifické! okonformace nativní struktura (není statistická!) 38

39 STEREOISOMERIE KONFIGURACE KONFORMACE 1-chlor-3- methylcyklohexan Štěpení CH vazby rotace 39

40 Polymer Science Learning Center 3D modely polymerů: 40

Podobné dokumenty

Polymery struktura. Vlastnosti polymerů určeny jejich fyzikální a chemickou strukturou

Polymery struktura. Vlastnosti polymerů určeny jejich fyzikální a chemickou strukturou Polymery struktura Vlastnosti polymerů určeny jejich fyzikální a chemickou strukturou 1 vazba Atom (jádro, obal) elektronové orbitaly (s,p,d,f) - vrstvy (výstavbová pravidla, elektronová konfigurace) 2