Раздел 7. ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Раздел 7. ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
7.1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИМЕРОВ
Высокомолекулярные соединения – это химические вещества с большой молекулярной массой, молекулы которых состоят из огромного числа атомов, соединенных
между собой ковалентными связями.
Макромолекулы большинства полимеров построены из одинаковых, много раз повторяющихся групп атомов, которые называются элементарными звеньями.
Число элементарных звеньев в макромолекуле n является одной из важнейших
характеристик полимера и называется степенью полимеризации.
В общем виде реакцию образования полимера можно представить следующей
схемой:
nA → - А – А – А – А - … или -(А)n- .
мономер
полимер
степень полимеризации
Между степенью полимеризации и молекулярной массой полимера Мn имеется
следующая связь:
n = Mn / m, или Мn = n · m,
где m – молекулярная масса элементарного звена.
Свойства полимеров неразрывно связаны не только с их составом и структурой, но
и с молекулярной массой. Обычно к полимерам относят вещества, имеющие молекулярную массу свыше 5000. Полимеры с меньшей молекулярной массой называют олигомерами. Если для обычных соединений молекулярная масса есть величина постоянная,
то для полимеров молекулярная масса величина среднестатистическая. Это связано с
тем, что полимерное вещество состоит из молекул с разной степенью полимеризации, т.е.
представляет собой смесь полимергомологов. Поэтому для характеристики полимера
пользуются понятием средней молекулярной массы – М.
Таким образом, полимеры – это высокомолекулярные вещества, молекулы которых состоят из огромного числа структурных звеньев, взаимодействующих друг с
другом посредством ковалентных связей.
Классификация полимеров
1. По происхождению полимеры делятся на группы:
– неорганические полимеры: алмаз, красный фосфор, сера пластическая, асбест,
кремневая кислота и др.
– природные (биополимеры): натуральный каучук, крахмал, целлюлоза, шелк,
шерсть, белки, нуклеиновые кислоты (РНК, ДНК) и др.;
– искусственные, химически модифицированные природные полимеры: вискоза,
ацетатный шелк и др.;
– синтетические: полиэтилен, синтетический каучук, резина, и др.;
2. По химическому составу основной цепи макромолекул делятся на три группы:
- карбоцепные полимеры, макромолекулярные цепи которых состоят только из атомов
углерода;
- гетероцепные полимеры, в состав цепей которых входят, кроме атомов углерода,
еще и атомы кислорода, серы, азота;
- элементорганические полимеры, в основные цепи которых могут входить атомы
кремния, алюминия и других элементов.
3. По строению полимерной цепи – макромолекулы могут иметь линейное, разветвленное и сетчатое строение (рис. 7.1).
1
Рис. 7.1. Линейное (а), разветвленное (б) и сетчатое (в) строение полимеров
Полимеры с макромолекулами линейного и разветвленного строения растворяются в органических растворителях, плавятся при нагревании, а при охлаждении вновь затвердевают. Высокомолекулярные соединения с макромолекулами трехмерного строения
имеют повышенную устойчивость к термическому и механическому воздействию, не
растворяются в растворителях, а лишь набухают.
4. По отношению к температуре:
– термопластичные, которые обратимо меняют свои свойства под влиянием температуры;
– термореактивные, которые необратимо меняют свои свойства под влиянием
температуры.
5. По отношению к механическим нагрузкам:
– эластомеры, которые при небольших нагрузках деформируются на сотни процентов, часто обратимо;
– пластомеры, которые при больших нагрузках деформируются незначительно.
6. По природе элементарных звеньев цепи:
– гомополимеры, состоящие из одинаковых элементарных звеньев;
– сополимеры, состоящие из разных элементарных звеньев (обычные, привитые и
блок-сополимеры).
7. По характеру размещения элементарных звеньев в макромолекулярной цепи:
– регулярные полимеры с правильно повторяющимся пространственным расположением звеньев цепи и атомов, из них выделяют:
регулярные изотактические полимеры, когда заместители расположены по
одну сторону полимерной цепи
…-А–А– А–А–А–…



Х
Х
Х
регулярные синдиотактические полимеры, когда заместители расположены по
разные стороны полимерной цепи
Х
Х
Х



…-А–А– А–А–А–…


Х
Х
– нерегулярные (атактические) полимеры, с произвольным пространственным
расположением звеньев цепи и атомов.
Х
Х


…-А–А– А–А–А–…

Х
Регулярные полимеры склонны к плотной упаковке, обладают способностью кристаллизоваться и имеют целый ряд других полезных свойств.
2
8. По методу получения:
– полимеризационные, полученные реакцией полимеризации
– поликонденсационные, полученные реакцией поликонденсации.
Правила составления названия полимера. Название карбоцепных полимеров составляются из названия исходного мономера и приставки поли- (например, полиэтилен,
полистирол и др.). Гетероцепные поликонденсационные полимеры называются по названию класса соединения с приставкой поли- (например, полиэфиры, полиамиды и др.)
Методы получения полимеров
В зависимости от метода получения полимеров их можно разделить на полимеризационные, поликонденсационные и модифицированные природные полимеры.
Полимеризационные полимеры получают в результате реакции полимеризации
мономеров за счет раскрытия кратных связей ненасыщенных углеводородов, например:
n CH2 = CH2 → (– СН2 – СН2 –)n
полиэтилен
n CH2 = CH – СН = СН2 → (– СН2 – СН = СН – СН2 –)n.
синтетический каучук (полибутадиен)
зации.
Основную часть промышленно важных полимеров получают реакцией полимери-
Поликонденсационные полимеры получают в процессе реакции поликонденсации низкомолекулярных веществ за счет взаимодействия функциональных групп.
При этой реакции, наряду с основным продуктом – полимером, образуются побочные
продукты – низкомолекулярные вещества (вода, аммиак, спирт и др.), поэтому химический состав полимера отличается от химического состава мономера. Примеры реакции
поликонденсации:
1) аминокапроновая кислота NH2 – (CH2)5 – СООН имеет две функциональные группы и
при поликонденсации получается поли-ε-капроамид (капрон)
NH2 – (CH2)5 – СООН + NH2 – (CH2)5 – СООН → n H2O +
…NН[– (CH2)5 – СО – NH –]n(CH2)5 – СО…
2) адипиновая кислота HOOC – (CH2)4 – COOH и гексаметилендиамин NH2 – (CH2)6 –
NH2 при поликонденсации дают полигексаметилендиамин (найлон)
n NH2 – (CH2)6 – NH – H + n HO – OC – (CH2)4 – COOH → n H2O +
… NH [– (CH2)6 – NH – OC – (CH2)4 – CO –]n …
Для получения полимера необходимо использовать исходный мономер, имеющий
не менее двух функциональных групп. Если в мономере всего две функциональные группы, полимер получается линейного строения, если больше двух – разветвленного или
сетчатого строения.
Модифицированные полимеры получают химической обработкой природных
высокомолекулярных веществ (целлюлозы, каучука и др.). Например:
[C6H7O2(OH)3]n + 3n CH3COOH → [C6H7O2(OCOCH3)3]n + 3n H2O .
целлюлоза
уксусная кислота
триацетат целлюлозы
3
Механизм реакций полимеризации и поликонденсации
Реакции полимеризации и поликонденсации являются цепными и протекают в три
стадии: инициирование (зарождение цепи), рост цепи, обрыв цепи.
Полимеризация происходит за счет разрыва одних связей и возникновения других.
Такой разрыв может происходить или по гомолитическому (радикальная полимеризация)
или гетеролитическому (ионная полимеризация) механизму. Типы полимеризации различаются природой активного центра, начинающего и ведущего полимерную цепь.
Активным центром при радикальной реакции является свободный радикал.
При ионной полимеризации – это ионы: катионы и анионы. Активные центры образуются на первой стадии процесса – инициировании.
Для ускорения реакции поликонденсации применяют катализаторы – органические или минеральные кислоты, иногда щелочные реагенты.
Рост цепи состоит из последовательного ряда реакций взаимодействия активных
центров с молекулами мономера. Обрыв цепи это исчезновение активного центра у конечного звена макромолекулы.
Для регулирования молекулярной массы образующегося полимера используют
специальные вещества: регуляторы, стабилизаторы, ингибиторы (вещества замедляющие полимеризацию).
Полимеры вследствие практически неограниченной сырьевой базы для их производства получили очень большое распространение в качестве связующего различных
композиционных материалы. Области применения полимеров весьма разнообразны – от
текстильной промышленности до микроэлектроники, в том числе в строительстве. В таблицу 7.1 сведены наиболее распространенные полимеры.
Таблица 7.1
Примеры полимеров и их использования
Название
полимера
Полиэтилен
Реакция получения
полимера
полимеризация
n CH2 = CH2 → (– СН2 – СН2 –)n
этилен
Политетрафтополимеризация
рэтилен
n CF2 = CF2 → (– СF2 – СF2 –)n
тетрофторэтилен
Полипропилен
полимеризация
n CH2 = CH → (– СН2 – СН –)n
пропилен


СН3
СН3
Поливинилполимеризация
хлорид
n CH2 = CH → (– СН2 – СН –)n
винил- 

хлорид Сl
Сl
Полистирол
полимеризация
n CH2 = CH → (– СН2 – СН –)n
винил- 

бензол С6Н5
С6Н5
Поливинилацеполимеризация
тат
n CH2 = CH → (– СН2 – СН –)n


О–СО–СН3
О–СО–СН3
метиловый эфир метакриловой кислоты
Области применения
Пластиковые пакеты, игрушки,
изоляционные покрытия для
проводов
Фторопласт – техническое название. Кухонная посуда (тефлон),
изоляционные материалы
Ковровые изделия, синтетические покрытия для спортивных
площадок, различные емкости
Пластиковые упаковки, трубы
(детали систем канализаций),
шланги для полива, пластинки
Изоляционные материалы, мебель, упаковочные материалы
Клеи, краски, текстильные покрытия, гибкие диски.
4
Полиметилметакрилат
Полиакрилонитрил
Полибутадиен
Фенолформальдегидная
смола
полимеризация
СН3
СН3


n CH2 = CH → (– СН2 – СН –)n


СООСН3
СООСН3
метилметакрилат
полимеризация
n CH2 = CH → (– СН2 – СН –)n
акрило- 

нитрил
СN
СN
полимеризация
n CH2 = CH – СН = СН2 →
бутадиен – 1,3
→ (– CH2 – CH = СН – СН2 –)n
поликонденсация
– n Н 2О
Фенол
формальдегид
Заменители стекла (органическое
стекло) – плексиглас, канцтовары, краски.
Пряжа, ткани, парики (например,
орлон, акрилон)
Искусственный каучук служит
основой для производства разнообразных резиновых изделий
Используются для производства
клеев, спиртовых лаков, эмалей,
красок и политур, твердых древесноволокнистых и древесностружечных плит.
Технология получения полимеров
Полимеры обладают целым комплексом положительных свойств (малая средняя
плотность, низкая теплопроводность, высокая химическая и атмосферостойкость, легкость обработки и др.), которые предопределили их широкое практическое использование, в том числе в строительстве.
Наряду с положительными свойствами, полимеры имеют и ряд недостатков
(низкая теплостойкость, малая поверхностная твердость, значительная ползучесть,
склонность к старению, пожароопасность, токсичность), что ограничивает их использование и создает определенные трудности при работе с ними. Вследствие этого, а
также из-за высокой стоимости синтетические полимеры в чистом виде, т.е. без добавок и наполнителей, используют редко.
В строительстве полимеры используют в качестве связующих веществ для производства микро- и макроконгломератов. В сложных композиционных материалах полимер
служит дисперсионной средой, а частицы наполнителя составляют твердую дисперсную
фазу. При отверждении полимер образует непрерывную пространственную сеткуматрицу, а наполнитель входит в эту сетку, обеспечивая прочность и монолитную
структуру конгломерата.
В зависимости от требований, предъявляемых к полимеру, вида мономера в
промышленности используют три способа полимеризации и поликонденсации: в блоке, в растворе и в эмульсии (суспензии).
7.2 СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА ПОЛИМЕРОВ
Свойства полимеров зависят от их строения. ВМС представляют собой очень
сложные системы, построенные из макромолекул, взаимодействующих между собой, а
молекулы состоят из повторяющихся звеньев, соединенных химическими связями. Строение макромолекул зависит от исходных мономеров и типа протекающего процесса (см.
табл. 7.2).
5
Таблица 7.2
Строение макромолекул в зависимости от исходного мономера
и метода получения
Строение
макромолекул
Линейное
Исходный мономер и метод получения
Полимеризация мономеров и поликонденсация при участии мономеров с двумя функциональными группами
Полимеризация мономеров и поликонденсация мономеров,
имеющих три и более функциональные группы
«Сшивка» цепей, например, при вулканизации или синтезе термореактивных смол
Разветвленное
Сетчатое
Физические свойства полимеров
Полимеры в отличие от низкомолекулярных веществ могут находиться только в
двух агрегатных состояниях: твердом и жидком. Вдоль всей длины полимерной молекулы
действует множество межмолекулярных связей, их преодоление и испарение полимера
требует затрат очень высокой энергии. Для полимеров характерны три физических состояния: текучее, высокоэластичное и твердое.
Если сгруппировать многочисленные полимерные вещества по их механическим
свойствам при комнатной температуре, то отчетливо выделяются три большие группы материалов:
1. Текучие полимеры, способные необратимо изменять свою форму под действием
даже очень малых механических напряжений. Они имеют аморфное строение, сравнительно небольшую молекулярную массу (полиизобутилен, резолы и др.).
2. Эластичные полимеры, способные обратимо деформироваться на многие сотни
процентов при воздействии относительно небольших напряжений (каучуки, резины).
Многие твердые при комнатной температуре полимеры становятся эластичными при нагревании (полистирол, поливинилацетат, поливиниловый спирт, полиметилметакрилат).
3. Твердые полимеры, т.е. полимеры, требующие даже для небольшой деформации
воздействия сравнительно высоких напряжений и легко восстанавливающие свою форму
после прекращения действия силы. Эти полимеры могут иметь как аморфное, так и кристаллическое строение.
Твердые аморфные полимеры находятся в стеклообразном состоянии. Очень
важным признаком переходов полимера из одного состояния в другое, отличающим их от
фазовых превращений, является отсутствие определенных температурных точек переходов. Переход из одного состояния в другое происходит постепенно в некотором интервале температур. По термохимической кривой, построенной в координатах «деформация – температура нагрева», определяют температуру стеклования и текучести (рис.
7.2).
%деф.
IV
≈
III
II
I
0
Тст
Тт
Т,°С
Рис 7.2. Термомеханическая кривая термопластичных полимеров
6
При нагревании полимера до температуры стеклования (Тст) он находится в стеклообразном состоянии, характеризуется малыми обратимыми деформациями (I). При
дальнейшем нагревании он переходит в высокоэластическое состояние, отличающееся
резким увеличением деформации (II), которое затем остается постоянным до температуры
текучести (Тт) (III). При повышении температуры выше Тт снова увеличивается деформация вплоть до разрушения образца (IV).
По термомеханической кривой можно определить интервалы температур, в которых развиваются упругая, эластическая и, наконец, все три слагающие деформации (упругая, эластическая и пластическая). Эти три температурных интервала соответствуют
трем различным физическим состояниям аморфных полимеров. Наряду с полимерами,
способными существовать во всех трех состояниях, есть полимеры, существующие только
в двух или даже только в одном состоянии. Термомеханическая кривая позволяет оценить,
в каких состояниях и при каких температурах может существовать полимер, а также сделать вывод о возможности использования полимера в тех или иных условиях и об условиях его механической переработки.
Таким образом, полимеры характеризуются следующими техническими свойствами: температура размягчения и теплостойкость, температура стеклования и
текучести, механическая прочность и деформативная устойчивость, а также химическая стойкость.
Растворимость полимеров
Полимеры растворяются медленно, и первой стадией растворения является набухание (увеличение размера при сохранении формы). Растворы полимеров характеризуются высокой вязкостью, поэтому часто растворители полимеров применяют для их размягчения и называют пластификаторами. Растворяться могут только линейные полимеры, сетчатые – набухают.
Химические превращения полимеров
Химические превращения полимеров дают возможность создавать многочисленные новые классы высокомолекулярных соединений и в широком диапазоне изменять
свойства и области применения готовых полимеров.
Химические реакции высокомолекулярных соединений не отличаются от реакций
низкомолекулярных веществ, но большая величина и сложность строения макромолекул
вносят в эти превращения свои особенности.
В химии высокомолекулярных соединений различают:
1) реакции звеньев цепи, которые приводят к изменению состава полимера и его
свойств практически без изменения степени полимеризации;
2) макромолекулярные реакции, которые всегда приводят к изменению степени
полимеризации, молекулярной массы и структуры основной полимерной цепи.
Реакции звеньев цепи или полимераналогичные превращения
Для реакций звеньев цепи или полимераналогичных превращений, характерно
участие в реакции не всей макромолекулы как единого целого, а отдельных ее участков.
Например, в реакции образования сложных эфиров целлюлозы или полиакриловой кислоты участвует элементарное звено полимерной цепи самостоятельно, и процесс запишется
следующим образом:
[С6 Н7О2(ОН)3]n + 3nxRCOOH → [C6Н7О2(ОСОR)3]n + 3nхН2О,
целлюлоза
7
CH2 CH
n
nROH
COOH
CH2 CH
n
nH2O
COOR
.
полиакриловая кислота
При химических превращениях не всегда достигается полнота превращения, но в
отличие от реакций низкомолекулярных веществ, при которых исходные продукты легко
отделить от конечных и промежуточных продуктов, продукты реакции высокомолекулярных веществ соединены в одной макромолекулярной цепи.
Скорость химических превращений высокомолекулярных соединений, а также однородность получаемых продуктов в значительной степени зависят от физического состояния полимера, а так как большинство высокомолекулярных соединений ограниченно
растворимы, то их реакции протекают в гетерогенной среде.
Макромолекулярные реакции
При взаимодействии бифункционального соединения с двумя или более макромолекулами полимера образуются межмолекулярные химические связи – происходит так называемое «сшивание» полимерных цепей и линейный полимер превращается в пространственный (трехмерный), и имеет сетчатую структуру.
Характерным примером таких реакций является вулканизация каучуков под влиянием серы в присутствии катализаторов (причем при добавлении серы менее 5% получаемый продукт – резина, если серы более 25 % – эбонит).
В схеме представлен процесс вулканизации дивинилового каучука за счет взаимодействия двойных связей с серой:

S

…– СН2 – СН = СН – СН2 – …
…– СН2 – СН – СН – СН2 – …

S
+ nS →

S

…– СН2 – СН = СН – СН2 – …
…– СН2 – СН – СН – СН2 – …

S

Переход от линейных полимеров к пространственным сопровождается резким
увеличением молекулярной массы, при этом полимер может превратиться в одну гигантскую макромолекулу. Процесс образования пространственных полимеров сопровождается не только резким возрастанием молекулярной массы, но и потерей растворимости, способности плавиться и другими изменениями физико-механических свойств. Физико-механические свойства пространственных полимеров зависят от их химического
строения и числа межмолекулярных связей (частоты сетки). По мере увеличения частоты сетки повышается твердость, температура размягчения, термостойкость и
уменьшается растворимость полимера. Эти свойства, ценные в готовых изделиях, затрудняют формование полимерного материала.
Прямым синтезом не всегда удается получить полимер пространственного
строения, поэтому сначала синтезируют линейный полимер, а затем получают из него
пространственный полимер, при этом регулируют частоту сетки и, соответственно,
свойства продукта. Пространственный полимер может быть получен добавлением к
линейному полимеру специальных полифункциональных соединений или при превращении
8
каучука в резину (вулканизации). Вещества, сшивающие полимерные цепи, называются
отвердителями. Сшивка полимерных цепей может происходить и за счет функциональных групп самого полимера.
Деструкция полимеров
Химические превращения полимеров часто осложнены побочными реакциями деструкции полимеров. В отличие от реакций расщепления низкомолекулярных соединений при деструкции полимеров не образуются новые вещества, а лишь уменьшается молекулярная масса полимера. Эти реакции относят к макрореакциям, так как они происходят с разрывом связей основной цепи и приводят к понижению степени полимеризации.
Эти реакции используют для определения состава и структуры высокомолекулярных соединений, а также для получения из природных полимеров ценных низкомолекулярных веществ (например, глюкозы из целлюлозы). В то же время деструкция полимеров
часто является нежелательной реакцией при химической переработке и эксплуатации полимеров. Деструкция полимеров может происходить под действием химических агентов
(воды, кислот, кислорода и т.д.) или под влиянием физических воздействий (тепла, света,
ионизирующих излучений, механической энергии и т.д.).
Химическая деструкция наиболее характерна для гетероцепных полимеров и протекает избирательно – с разрывом связей углерод-гетероатом, ее конечным продуктом является мономер. Углерод-углеродная связь устойчива к действию химических реагентов и
более подвержена разрушению под действием физических факторов.
Реакция гидролитического расщепления полимерных цепей ускоряется под действием кислот и щелочей:
+ nH2O
…–O–R–O–CO–R′–CO–…
…–O–R–OH + HOOC–R′–CO–…
+
−
H или OH
+ nH2O
…–NH–R–NH–CO–R′–CO–…
…–NH–R–NH2 + HOOC–R′–CO–…
H+ или OH−
Наиболее важным деструктивным процессом является окисление полимеров кислородом воздуха под влиянием световой, тепловой или иного вида энергии. Эти реакции
обусловливают, по-видимому, старение полимеров. Старением называют изменение
физико-механических и физико-химических свойств полимера в процессе его эксплуатации.
Большое практическое значение имеют процессы механохимической деструкции,
которые протекают при измельчении твердых полимеров, вальцевании, продавливании
вязких растворов или расплавов полимеров через капиллярные отверстия, перемешивании
растворов полимеров скоростными мешалками и др.
При термической деструкции полимера, наряду с понижением средней молекулярной массы полимера и изменением структуры, происходит отщепление молекул мономера – деполимеризация.
7.3. ПРИРОДНЫЕ ПОЛИМЕРЫ
Натуральный каучук – природный непредельный полимер, общая формула –
(С5Н8)n; с молекулярной массой от 15 000 до 500 000, содержащейся в млечном соке некоторых тропических деревьев (гевеи бразильской и др.). Млечный сок (латекс), для получения каучука коагулируют различными способами (например, действием кислот, обкуриванием и т.д.). Натуральный каучук имеет линейное строение и обладает высокой эла9
стичностью. Было установлено, что структурная единица натурального каучука – изопреновая группа:
CH2 = CH – C = CH2
│
CH3
Соединяясь между собой такие группы образуют макромолекулу каучука:
n CH2 = CH – C(CH3) = CH2 → [– CH2 – CH = C(CH3) – CH2 –]n
Крахмал – самый распространенный в природе полисахарид, играющий роль резервного вещества многих растений. В состав крахмала входят два полисахарида – амилоза (20 – 30 %) и амилопектин (70 – 80 %).
Общая формула: (С6Н10О5)n. Эти полисахариды построены из остатков α-Dглюкозы (α, D-глюкопираноза), связанных между собой α-(1, 4′)-гликозид-гликозидными
связями.
Имея одинаковый химический состав, амилоза и амилопектин различаются пространственным строением. Молекулы амилозы построены линейно (нитеобразно), а молекулы амилопектина имеют боковые ответвления.
Различаются эти полисахариды и по молекулярным массам: Мr для амилозы достигает 200 000, а для амилопектина – свыше 1 000 000.
При гидролизе крахмала (при нагревании в присутствии минеральных кислот или
при действии ферментов – амилаз) образуются различные промежуточные продукты, конечным продуктом гидролиза крахмала является α-D-глюкоза:
Качественная реакция на крахмал – появление синего окрашивания при добавлении к нему раствора йода.
Целлюлоза (клетчатка) – главная составная часть оболочек растительных клеток,
выполняющая функции конструкционного материала.
Целлюлоза представляет собой полисахарид, который состоит из остатков β-Dглюкозы (β, D-глюкопираноза).
Общая формула: [С6Н7О2(ОН)3]n
В отличие от крахмала эти остатки связаны между собой не α-(1, 4′)-, а β-(1, 4′)гликозид-гликозидными связями. Такое отличие в строении молекул целлюлозы и крахмала очень сильно сказываются на их физических и химических свойствах. Молекулярная
масса целлюлозы составляет 1,5 – 2 млн. Макромолекулярные цепи целлюлозы имеют линейное строение.
Эти цепи вытянуты и уложены пучками, в которых они удерживаются друг около
друга за счет множественных межмолекулярных водородных связей между гидроксильными группами. Линейная структура целлюлозы приводит к образованию таких волокнистых материалов, как хлопок, лен, пенька. Целлюлоза – химически инертное вещество.
Однако, под действием высоких температур, в присутствии катализаторов целлюлоза
вступает в полимераналогичные превращения. Хорошо изучены следующие химические
превращения целлюлозы:
[С6Н7О2(ОН)3]n + 3n HNO3 → [– С6Н7О2(ОNO2)3 –]n + 3n H2O
тринитратцеллюлоза
[С6Н7О2(ОН)3]n + 3n CH3COOH → [– С6Н7О2(ОCOCH3)3 –]n + 3n H2O
триацетилцеллюлоза
[С6Н7О2(ОН)3]n + n CH3COOH → [– С6Н7О2(ОCOCH3)(OH)2 –]n + n H2O
моноацетилцеллюлоза
10
Целлюлоза используется для получения синтетических волокон. Например, полимер, являющийся основой ацетатного шелка, получают взаимодействием целлюлозы с уксусным ангидридом. При полном гидролизе целлюлозы образуется β, D- глюкопираноза.
Белки – это природные высокомолекулярные органические вещества, макромолекулы которых построены из огромного числа остатков α- аминокислот, соединенных между собой пептидными связями (– СО – NH –)n. Первичная структура белка определяется
последовательностью остатков аминокислот в молекуле.
Структурным звеном белковой молекулы является…
Из всех известных α- аминокислот только около 20 входят в белковые вещества в
качестве постоянных и незаменимых составных частей. Белки это биополимеры с очень
высокой молекулярной массой от 5000 до нескольких миллионов. Соединения, построенные из нескольких молекул α- аминокислот, называют пептидами, а системы, состоящие
из множества соединенных между собой пептидных звеньев, - полипептидами. Молекулы
белков состоят из одной или нескольких полипептидных цепей. Полипептидные цепи могут быть открытыми, разветвленными или циклическими.
Устойчивость спиральной цепи вторичной структуры белков обусловлена наличием большого числа водородных связей. Водородные связи в α-спирали полипептидной цепи белков возникают между фрагментами
При гидролизе белки распадаются на более простые соединения и в конечном счете – на аминокислоты (процесс протекает ступенчато).
По составу белки делятся на протеины и протеиды. Протеины – это простые белки, состоящие только из остатков аминокислот, а протеиды – более сложные белковые образование, в состав которых кроме белковых веществ входят ещё и остатки небелковых
соединений. Из белковых молекул построены наиболее жизненно важные органические
молекулы РНК и ДНК. Одна из главных структурных единиц РНК имеет формулу:
С5Н10О5. РНК и ДНК в живом организме выполняет функцию хранения информации о
структуре белков.
Основная литература:
1. Коровин Н.В. Общая химия. М.: Высшая школа, 2008. – 557 с. §§ 14.1– 14.4
2. Глинка Н.Л. Общая химия. Л.: Химия, 1983. – 704 с. § 177.
11