o Řetězové polymerizace o Stupňovité polymerizace Základní typy polymerizací

Podobné dokumenty
Podmínky vzniku makromolekuly

Polymerizace. Polytransformace

Řetězové polymerizace

o Řetězové polymerizace o Stupňovité polymerizace Základní typy polymerizací

Úvod do studia organické chemie

Alkeny. Alkeny. Největšíprůmyslový význam majíethen (ethylen) a propen (propylen) jako suroviny pro další přeměny nebo pro polymerace

Řetězová polymerizace

Reakce alkanů 75. mechanismem), iniciované světlem nebo radikálovými iniciátory: Oxidace kyslíkem, hoření, tvorba hydroperoxidů.

o Řetězové polymerizace radikálové iontové: aniontové, kationtové polymerizace za otevření kruhu koordinační polymerizace

Kopolymerace polymerace dvou a více monomerů

Iontové polymerizace

Názvosloví Konformace Isomerie. Uhlíky: primární (1 o ) sekundární (2 o ) terciární (3 o ) kvartérní (4 o )

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

MAKROMOLEKULÁRNÍ LÁTKY

Opakování

Radikály jsou zároveň velmi reaktivní - stabilních radikálů, které lze izolovat a skladovat, není příliš mnoho.

o Řetězové polymerizace o Stupňovité polymerizace Základní typy polymerizací

Energie v chemických reakcích

Vlastnosti. Pozor! H 3 C CH 3 H CH 3

18. Reakce v organické chemii

2. Polarita vazeb, rezonance, indukční a mezomerní

VIII. 6.5 Polyadice. H. Schejbalová & I. Stibor, str I. Prokopová, str D. Lukáš 2013

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Jméno autora: Mgr. Ladislav Kažimír Datum vytvoření: Číslo DUMu: VY_32_INOVACE_10_Ch_OB Ročník: I. Vzdělávací oblast: Přírodovědné

Polymery lze rozdělit podle několika kritérií. Podle původu rozlišujeme polymery přírodní a syntetické. Přírodní polymery jsou:

Pericycklické reakce

HOŘENÍ A VÝBUCH. Ing. Hana Věžníková, Ph. D.

Izomerie Reakce organických sloučenin Názvosloví organické chemie. Tomáš Hauer 2.LF UK

Dusíkové pravidlo. Počet dusíků m/z lichá m/z sudá 0, 2, 4,... (sudý) EE + OE +. 1, 3, 5,... (lichý) OE +. EE +

Obsah. Ú v o d Kinetické f a k to r y Stacionární Živé Nestacionární... 27

Obsah. 2. Mechanismus a syntetické využití nejdůležitějších organických reakcí Adiční reakce Elektrofilní adice (A E

Chemická kinetika. Chemické změny probíhající na úrovni atomárně molekulové nazýváme reakční mechanismus.

kopolymerace kopolymery

Alkyny. C n H 2n-2 (obsahuje jednu trojnou vazbu) uhlíky v sp hybridizaci

Přírodní proteiny, nukleové kyseliny (NA)

Inovace profesní přípravy budoucích učitelů chemie

Organická chemie (KATA) rychlý souhrn a opakování

o Řetězové polymerizace o Stupňovité polymerizace Základní typy polymerizací

Typy molekul, látek a jejich vazeb v organismech

H H C C C C C C H CH 3 H C C H H H H H H

Kyselost, bazicita, pka

ALKENY NENASYCENÉ UHLOVODÍKY

Makromolekulární látky

UHLOVODÍKY ALKANY (...)

Dusíkové pravidlo. Počet dusíků m/z lichá m/z sudá 0, 2, 4,... (sudý) EE + OE +.

Autor: Tomáš Galbička Téma: Alkany a cykloalkany Ročník: 2.

Chemická vazba. Molekula vodíku. Elektronová teorie. Oktetové pravidlo (Kossel, Lewis, 1916) Pevnost vazby vazebná energie.

Karboxylové kyseliny a jejich funkční deriváty

Oxidace. Radikálová substituce alkanů. Elektrofilní adice. Dehydrogenace CH 3 CH 3 H 2 C=CH H. Oxygenace (hoření)

Karbonylové sloučeniny

Gymnázium, Milevsko, Masarykova 183 Školní vzdělávací program (ŠVP) pro vyšší stupeň osmiletého studia a čtyřleté studium 4.

Vytvrzování reaktoplastických hybridních systémů. Bc. Vilém Galbavý

Autoři: Pavel Zachař, David Sýkora Ukázky spekter k procvičování na semináři: Tento soubor je pouze prvním ilustrativním seznámením se základními prin

POLYMERY II MECHANISMY VZNIKU VÝROBNÍ POSTUPY

MATERIÁLY A TECHNOLOGIE 1 PAVEL ČERNÝ

Aminy a další dusíkaté deriváty

5. CHEMICKÉ REAKCE. KLASIFIKACE CHEMICKÝCH REAKCÍ a) Podle vnějších změn Reakce skládání = SYNTÉZY z jednodušších -> složitější 2H 2 + O 2 -> 2H 2 O

Radiační odstraňování vybraných kontaminantů z podzemních a odpadních vod

Chemická vazba. Příčinou nestability atomů a jejich ochoty tvořit vazbu je jejich elektronový obal.

16a. Makroergické sloučeniny

1. PROCES A PODMÍNKY HOŘENÍ, HOŘLAVÉ LÁTKY

ATOMOVÁ SPEKTROMETRIE

Příklady k semináři z organické chemie OCH/SOCHA. Doc. RNDr. Jakub Stýskala, Ph.D.

Úvod do koroze. (kapitola, která bude společná všem korozním laboratorním pracím a kterou studenti musí znát bez ohledu na to, jakou práci dělají)

Gymnázium Vysoké Mýto nám. Vaňorného 163, Vysoké Mýto

Gymnázium Vysoké Mýto nám. Vaňorného 163, Vysoké Mýto

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora

HYDROXYDERIVÁTY. Alkoholy Fenoly Bc. Miroslava Wilczková

Valenční elektrony a chemická vazba

ATOMOVÁ SPEKTROMETRIE


Plazmové metody. Základní vlastnosti a parametry plazmatu

2.3 CHEMICKÁ VAZBA. Molekula bílého fosforu P 4 a kyseliny sírové H 2 SO 4. Předpona piko p je dílčí jednotkou a udává velikost m.

Přírodní proteiny, nukleové kyseliny (NA)

Nekovalentní interakce

Sekunda (2 hodiny týdně) Chemické látky a jejich vlastnosti Směsi a jejich dělení Voda, vzduch

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Nekovalentní interakce

CZ.1.07/1.5.00/ Zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT. Protolytické děje VY_32_INOVACE_18_15. Mgr. Věra Grimmerová.

ORGANICKÁ CHEMIE I pro bakalářský stud. program (Varianta A) Jméno a příjmení... Datum... Kroužek/Fakulta.../... Vyučující na semináři...

Průvodka. CZ.1.07/1.5.00/ Zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT. III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT

CHEMIE POTRAVIN - cvičení REAKCE LIPIDŮ

7. Pericyklické reakce

VIII Polymerizace cyklických sloučenin (monomerů)

Základní parametry 1 H NMR spekter

CHEMIE - Úvod do organické chemie

Ch - Elektronegativita, chemická vazba

Chemie. Mgr. Petra Drápelová Mgr. Jaroslava Vrbková. Gymnázium, SOŠ a VOŠ Ledeč nad Sázavou

Polymery struktura. Vlastnosti polymerů určeny jejich fyzikální a chemickou strukturou

Charakteristika Teorie kyselin a zásad. Příprava kyselin Vlastnosti + typické reakce. Významné kyseliny. Arrheniova teorie Teorie Brönsted-Lowryho

Klasifikace chem. reakcí

Skupenské stavy látek. Mezimolekulární síly

Organické látky. Organická geochemie a rozpuštěný organický uhlík

Transkript:

vznik makromolekuly

Vznik makromolekuly Základní typy polymerizací o Řetězové polymerizace radikálové iontové: aniontové, kationtové polymerizace za otevření kruhu koordinační polymerizace o Stupňovité polymerizace polykondenzace polyadice

Řetězová polymerizace hain Polymerisation occurs in three stages Initiation Propagation Termination Initiating species hain Step-Growth igh molecular weight chains achieved early

Stupňovitá polymerizace Dimers/ Oligomers trimers react begin with dimers to react etc to form short oligomers polymers Monomer First Few Short single reactions; polymers units, monomer dimers, react each to units with trimers form bifunctionality remain final etc. polymer formed chains

Podmínky vzniku makromolekuly

Vznik makromolekuly Podmínky vzniku makromolekuly 1) chemická podmínka Výchozí nízkomolekulární látka(y) musí být z pohledu polymerní reakce nejméně dvoufunkční 2) termodynamická podmínka Změna Gibbsovy energie musí být menší nebo rovna nule 3) kinetická podmínka Molekula musí být snadno aktivovatelná rychlost polymerizace musí být daleko rychlejší než další reakce probíhající v systému Vhodně zvolený mechanismus

Vznik makromolekuly Podmínky vzniku makromolekuly o Výchozí nízkomolekulární látka(y) musí být z pohledu polymerní reakce nejméně dvoufunkční funkčnost = počet kovalentních vazeb, které může molekula vytvořit s jiným reaktantem za existujících reakčních podmínek Reagují-li dva monofunkční monomery vzniká produkt, který nemá již žádnou reaktivní skupinu reakce nemůže pokračovat! Reakcí dvou dvoufunkčních monomerů vzniká produkt, který má 2 reaktivní místa reakce může pokračovat

Vznik makromolekuly hemická struktura monomeru o Přítomnost dvou a více fčních skupin v molekule např. -O, -O, -OO, -N 2, -S Kyselina adipová examethylendiamin O O O 2 O N 2 2 N 2 6 4 o Násobná vazba (adice) olefiny, konjug. dieny, vinylové slč, trojná, =heteroatom Ethylen 2 2 Kyselina akrylová 2 OO

Vznik makromolekuly o yklická struktura (v průběhu rce se otevírá) heterocykly, cykloalkeny N 2 O 5 6-kaprolaktam 9

Vznik makromolekuly polymerizovatelnost monomeru snadná aktivace - převedení monomeru na reaktivní meziprodukt rozhodující faktory: opolarizace vazby nebo skupiny (heteroatom, násobná vazba, substituenty) oresonanční stabilizace (u vznikajícího meziproduktu) osterické zábrany (substituenty) 10

Řetězové polymerizace

Řetězové polymerizace Základní princip řetězových polymerizací Iniciace molekula monomeru se aktivuje působením iniciátoru I R* R* + M R-M* Propagace dochází k růstu řetězce makromolekuly R-M* + M R-M-M* R-M-M* + M R-M-M-M* P n * + M P n+1 * Terminace dochází k ukončení růstu řetězce makromolekuly P n * + P m * P n -P m rekombinace P n + P m disproporcionace P n * + X P n + X* přenos

Řetězové polymerizace harakterické znaky řetězových polymerizací o Molekuly rostou opakovanou adicí na aktivní centrum. o Koncentrace monomeru se snižuje postupně v průběhu polymerizace. o Pro vznik vysokomolekulárního polymeru nejsou nutné dlouhé reakční časy. o Průměrný polymerační stupeň se mění s časem jen málo. o Koncentrace rostoucích molekul je malá (10-8 až 10-3 M). o Čas potřebný k vytvoření dlouhé makromolekuly je řádově několik sekund.

Řetězové polymerizace Kinetické podmínky polymerizovatelnosti o Dostatečná aktivace monomeru (reaktivní meziprodukt) o Většina řetězových reakcí je uskutečňována otevřením dvojné vazby mezi atomy uhlíku. R * + S o Rozhoduje ch. struktura (polarizace vazby, resonanční stabilizace meziproduktu) o Aktivace možná účinkem radikálů, iontů, komplexních sloučenin o Způsob aktivace monomeru (rozštěpení dvojné vazby) závisí na typu substituentu S. R * S

Řetězové polymerizace Kinetické podmínky polymerizovatelnosti Způsob aktivace monomeru (rozštěpení dvojné vazby) závisí na typu substituentu. Substituent ovlivňuje: - Rozložení elektronové hustoty na dvojné vazbě indukční efekt - Stabilizaci vznikajících růstových center rezonanční efekt

Řetězové polymerizace Kinetické podmínky polymerizovatelnosti 1)Elektrondonorní substituent - zvyšuje elektronovou hustotu na dvojné vazbě - S = alkyl-, alkenyl-, alkoxy-, fenyl- + R+ + S S R

Řetězové polymerizace Kinetické podmínky polymerizovatelnosti Rozložení hustoty elektronového oblaku na dvojné vazbě R+ + R + indukční efekt R+ + R + O O S S R R Stabilizace vznikajících růstových center rezonanční efekt R + O R O + R R

Řetězové polymerizace Kinetické podmínky polymerizovatelnosti 1)Elektrondonorní substituent - mohou polymerizovat kationtově - růstové centrum je kation - Kationtová polymerizace alkylvinyletherů (alkoxy skupina) - podobně fenylové a vinylové substituenty styren, isopren - polymerizace účinkem kationtových iniciátorů

Řetězové polymerizace Kinetické podmínky polymerizovatelnosti 1) Elektrondonorní substituent - STABILIZAE Stabilizace vznikajících růstových center závisí na substituentu S. S = alkenyl-, alkoxy-, fenyl- delokalizace kladného náboje, růstové centrum je rezonančně stabilizováno mohou být kationtově polymerizovány za vzniku vysokomelukulárního polymeru. S = -, alkyl- malý indukční efekt, rostoucí centrum není rezonančně stabilizováno, kationtově lze připravit pouze polymery s malým polymeračním stupněm.

Řetězové polymerizace Kinetické podmínky polymerizovatelnosti 2) Elektronakceptorní substituent - snižuje elektronovou hustotu na dvojné vazbě - S = -O-R, -OOR, -N, - usnadňují atak záporně nabité částice na atom z nějž vychází dvojná vazba - mohou polymerizovat aniontově růstové centrum je anion R- + - R O O 3 O O 3

Řetězové polymerizace Kinetické podmínky polymerizovatelnosti Aniontová polymerizace vinylacetátu Rozložení hustoty elektronového oblaku na dvojné vazbě indukční efekt R- + - R O O 3 O O 3 Růstové centrum je rezonančně stabilizováno. R O - O 3 R O - O 3

Řetězové polymerizace Kinetické podmínky polymerizovatelnosti Radikálové polymerizace iniciace radikálem Radikálově polymerují: -Monomery substituované halogeny, kde se příliš neuplatňuje indukční efekt substituentu (vinylchlorid), - aniontově polymerizující monomery (S = -O-R, -OOR, - N) Radikálově zpravidla nepolymerují: - monomery se zvýšenou elektronovou hustotu na dvojné vazbě (polymerují kationtově- S = alkenyl-, alkoxy- ) Univerzální: -vinyl, -fenyl (buta-1,3-dien, styren) stabilizace reaktivního meziprosuktu + R.. S R S

Řetězové polymerizace

Řetězové polymerizace Termodynamika řetězových polymerizací Při zvoleném konstantním tlaku platí: G mp mp T S mp Gibbsova energie při reakci monomer (m) polymer (p) Při rovnováze je rovna nule T c S mp mp entalpie je při naprosté většině polymerizací záporná polymerizace jsou exotermní reakce (polymerizační teplo) entropie je při naprosté většině polymerizací záporná (vzrůstá uspořádanost) Stropní teplota teplota, při které jsou si rovny rychlosti polymerizace a depolymerizace (nad T c nevznikají MM, ale OLIGA)

Řetězové polymerizace Termodynamika řetězových polymerizací Tab.7-3 str.66 Prokop Faktory ovlivňující entalpii polymerizace substituovaných alkenů: o rozdíly v rezonanční stabilizaci monomeru a polymeru o rozdíly ve stérickém napětí v monomeru a polymeru o rozdíly v nevazebných interakcích v monomeru a polymeru Entropie hodnota se příliš neliší

Radikálová polymerizace

radikálová polymerizace Radikálová polymerizace Výhody: -není velmi citlivá na přítomnost nečitsoty -není tolik citlivá na přítomnost stop kyslíku -lze ji provádět většinou při teplotách 20 až 80 a atmosférického tlaku -iniciátory jsou většinou netoxické -umožňuje přípravu velkého množství kopolymerů Nevýhody: -nejedná se o stereospecifickou polymerizaci

radikálová polymerizace

radikálová polymerizace Monomery s dvojnou vazbou = (homolytické štěpení) Vinyly 2 =R (R=l, F, OOR, 6 5 ) Vinylideny 2 =R 2 (R=l, F, N) Akryláty 2 =R (R=N, OO, OOR ) Methakryláty 2 =( 3 )R (R=N, OO, OOR ) Allyly 2 =- 2 R (R=O, OR,OOR ) 1-olefiny 2 =R (R= 3, 2 5.) pouze krátké oligomery (větvené)

radikálová polymerizace iniciace o iniciace radikálem o aktivním centrem jsou volné radikály sloučeniny s nepárovým elektronem + R.. S S R

radikálová polymerizace iniciace Iniciace molekula monomeru se aktivuje působením iniciátoru I R + M R R-M Při iniciaci vznikají primární radikály, které reakcí s molekulou monomeru vytvářejí aktivní centrum. Primární radikál : - vysoce reaktivní radikály (rezonančně nestabilizované) mají krátkou střední dobu života, podílejí se nejen na reakci s monomerem, ale také na vedlejších reakcích polymerizace neprobíhá vůbec nebo vznikají jen polymery s nízkým P n. - málo reaktivní radikály (rezonančně stabilizované) málo reaktivní, působí jako inhibitory reakce (reagují jen s jinými radikály). Vlastnosti používaných iniciátorů jsou někde mezi těmito extrémy. Střední doba života desetiny až jednotky vteřin.

radikálová polymerizace Rozdělení iniciátorů Podle způsobu, jakým vznikají: - termické štěpení kovalentních vazeb - fotolytický rozklad kovalentních vazeb - oxidačně redukční reakce - štěpení kovalentních vazeb účinkem záření s vysokou energií - elektrochemicky

radikálová polymerizace Termický rozklad iniciátorů Zahřátím (50 150 ) dochází k rozpadu iniciátoru a vzniku dvou primárních volných radikálů dibenzoylperoxid 2 benzoyloxy radikály str.70 Prokop Do této skupiny patří: peroxidy diacylperoxidy(i), dialkylperoxidy(ii), peroxyestery(iii), peroxydikarbonáty(iv), hydroperoxidy(v), anorganické peroxidy azosloučeniny 2,2 -azo-bis(isobutyronitril) (AIBN)

radikálová polymerizace Primární volný radikál se může účastnit těchto reakcí: - s monomerem za vzniku aktivního centra - dalšího rozkladu primárního radikálu - indukovaného rozkladu peroxidů - vzájemné reakce (rekombinace) dvou radikálů za vzniku stabilního produktu způsobuje pokles koncentrace radikálů tím snižuje účinnost iniciátoru klecový efekt. Počet primárních radikálů podílejících se na iniciační reakci elkový počet primárních radikálů vzniklých rozpadem iniciátoru

radikálová polymerizace Fotoiniciace o Vhodné fotoiniciátory jsou všechny sloučeniny, které absorbují světelnou energii nutnou pro disociaci vazby. o Nejčastěji se používají peroxidy a azosloučeniny. o Výhoda lze je provádět i při nízkých teplotách. o Rychlost iniciace je úměrná intenzitě absorbovaného světla Rozklad benzoinu

radikálová polymerizace PROPAGAE Propagace dochází k růstu řetězce makromolekuly R-M + M R-M-M + M P n + M R-M-M P n+1 R-M-M-M o Monomer reaguje s primárním radikálem tím ochotněji, čím je vznikající růstové centrum více rezonančně stabilizované. o Málo rezonančně stabilizovaná růstová centra vznikají při iniciaci obtížně. S S = -OR, -O 3, -N, -OOR, -= 2, - 2 R, -l, - 6 5, -OOR

radikálová polymerizace PROPAGAE Rezonanční stabilizace radikálových vinylových monomerů klesá v řadě: Tab.7-3-27 str.75 Prokop

radikálová polymerizace PROPAGAE Koncentrace iniciátoru v polymerizujícím systému je nízká. Důvod: 10-8 10-9 mol l -1 1) Více rostoucích aktivních center = více exotermních reakcí (rychlost propagace) = problém s odvodem tepla 2) Více rostoucích aktivních center = větší pravděpodobnost rekombinace = snížení polymeračního stupně

radikálová polymerizace TERMINAE Terminace dochází k ukončení růstu řetězce makromolekuly P n + P m P n -P m rekombinace P n + P m disproporcionace Po době řádově několika sekund dochází k ukončení aktivního centra (makroradikálu). Rekombinace spojení dvou aktivních center, nízká aktivační energie Disproporcionace musí dojít k přesunu atomu vodíku, více energeticky náročná reakce, podíl disproporcionace na terminaci záleží na podmínkách reakce (teplota).

radikálová polymerizace TERMINAE Přenosové reakce Dochází k přenosu radikálu z aktivního centra rostoucího řetězce na jinou chemickou strukturu P n + X P n + X Přenosová rce je vždy spojena s výměnou atomu (, X) Přenašeč složky polymerizačního systému: - přenos monomerem - přenos polymerem - přenos rozpouštědlem - přenos iniciátorem - přenos regulátorem molárních hmotností

S S S S S S +. +. +. Přenos monomerem Uplatňuje se při vyšších polymerizačních teplotách Regulace průměrné molární hmotnosti pomocí teploty (polyvinylchlorid) radikálová polymerizace

radikálová polymerizace Přenos polymerem 2.. + + R 2 R 2 2 S S S R 2 S R o Zaniká růstové aktivní centrum na konci lineární makromolekuly o Vzniká růstové aktivní centrum uvnitř makromolekuly o Dochází k větvení o Délka větve je srovnatelná se délkou primární makromolekuly o Může dojít až k sesítění o Je možný také intramolekulární přenos radikálu

radikálová polymerizace Přenos polymerem

radikálová polymerizace Přenos polymerem

radikálová polymerizace Přenos rozpouštědlem oílené snižování (regulace) molární hmotnosti polymerů ovyužití látek s relativně vysokou přenosovou konstantou - regulátory očasto se s výhodou jako regulátory používají rozpouštědla (l 4, Br 4, disulfidy, thioly)

Další možnosti zániku či snížení reaktivity aktivních center: - Reakce s primárním radikálem - Reakce s látkou za vzniku vysoce stabilizovaného radikálu neschopného adice další molekuly monomeru tyto látky zastaví polymerizaci inhibitory (chinony, alkylfenoly, thiokarbonáty). Zabránění samovolné polymerizace během skladování - Reakce s látkou za vzniku stabilizovaného radikálu, který aduje další molekulu monomeru s menší rychlostí ve srovnání s původním makroradikálem retardéry.