Чем отличается реакция поликонденсации. Разница между полимеризацией и поликонденсацией. Причины прекращения процесса

Для всех реакций полимеризации основным условием является наличие мономера, способного, вследствие химического взаимодействия, создавать связи с другими молекулами мономера. Такая способность называется «функциональностью». Различные мономеры имеют возможность образовывать химические связи по различным механизмам. На различии этих механизмов основаны системы классификации реакций полимеризации.

Существует четыре основных типа реакций полимеризации : полиприсоединение, поликонденсация, цепная полимеризация и ступенчатая полимеризация. Рассмотрим эти реакции подробнее.

Реакции присоединения vs поликонденсация

Реакцию полимеризации можно отнести к реакции присоединения в случае, когда весь мономер целиком становится частью образующейся макромолекулы. Таким образом, химическая формула каждого отдельно взятого звена полимера будет совпадать со структурой использованного мономера. Например, когда этилен полимеризуется в полиэтилен, каждая молекула этилена становится частью макромолекулы полиэтилена. Мономеры присоединяются к активному центру макромолекулы.

Как видно на схеме, мономер обладает двумя атомами углерода и четырьмя атомами водорода, простейшее звено полимерной цепи имеет ту же структуру, в отличие от продуктов реакций поликонденсации.

К реакциям поликондесации относятся такие процессы полимеризации, вследствие которых часть молекулы мономера отбрасывается, что позволяет этой молекуле образовать химическую связь. Чаще всего в реакциях поликонденсации основному продукту сопутствуют такие продукты как вода или соляная кислота.

Типичным примером реакции поликонденсации является образование нейлона, в качестве продукта взаимодействия адипоилхлорида с гексаметилендиамином.

Как видно из схемы, атомы хлора и водорода отсоединяются от мономеров и образуют побочный продукт реакции – соляную кислоту. Так как конечная масса полимерной молекулы меньше чем суммарная масса мономеров, вступивших в химическое взаимодействие говорят, что масса полимера сократилась (condensed), отсюда название реакции – конденсация.

Цепная полимеризация vs ступенчатая полимеризация

Второй важной группой рассматриваемого процесса являются реакции цепной и ступенчатой полимеризации.

При цепном механизме реакций полимеризации, молекулы мономеров по одной присоединяются к растущей полимерной макромолекуле. Рассмотрим механизм реакции цепной полимеризации на примере анионной полимеризации стирола:

Как следует из схем реакции выше, в процессе полимеризации стирола, только мономеры стирола могут присоединяться (1) к растущей цепи полистирола. Две растущие цепи (2) не вступают во взаимодействие. Это основная особенность реакции цепной полимеризации, которая отличает данный процесс от ступенчатой полимеризации.

Ступенчатая полимеризация представляет из себя несколько более сложный процесс.

Рассмотрим процесс ступенчатой полимеризации на примере взаимодействия двух мономеров: терефталоилхлорида и этиленгликоля. Взаимодействие этих двух компонентов приводит к образованию полиэфира, который называется полиэтилентерефталат.

На первой стадии процесса две молекулы мономеров реагируют с образованием димера:

В то же самое время, димер может прореагировать с еще одной молекулой этиленгликоля.

Или же димер может провзаимодействовать с другим димером с образованием тетрамера:

С ростом олигомерной цепи процесс усложняется – мономеры, димеры, тирмеры, пентамеры и т.д. взаимодействуют друг с другом в случайном порядке до тех пор, пока олигомерная молекула не разрастается в большую полимерную макромолекулу и пока объемные, стерические, химические и прочие факторы не замедлят рост цепи.

Таким образом, главным отличием цепной полимеризации от ступенчатой является: в ступенчатом процессе растущие молекулы могут взаимодействовать друг с другом с образованием еще более длинных цепей. В цепном процессе, напротив, только лишь мономеры могут поочередно присоединяться к активном центру растущей макромолекулы.

Можно заметить, что приведенная выше реакция синтеза полиэтилетерефталата характеризуется выбросом небольшого количества соляной кислоты, что позволяет классифицировать ее также как реакцию поликонденсации. А приведенная в качестве примера цепной полимеризации реакция синтеза стирола, является также хорошим примером реакции полиприсоединения. Однако, сделать вывод, что все цепные реакции – реакции присоединения, а ступенчатые – реакции поликонденсации будет неверным. Хорошим примером ступенчатой реакции, при этом относящуюся к процессу полиприсоединения, может послужить процесс образования полиуретанов. Эту реакцию имеет смысл рассмотреть поподробнее.

В самом начале процесса получения полимерных уретанов реагируют два простейших компонента цепи:

Вследствие взаимодействия этих компонентов получается димер:

Уретановый димер имеет дверазличные функциональные группы на своих концах – изоцианатную с одной и гидроксильную с другой. Это свойство позволяет димеру реагировать как с другими изоцианатами или спиртами с образованием тримера, так и с другими димерами, тримерами и более высокомолекулярными уретановыми олигомерами.

Реакция продолжается до тех пор, пока растущая макромолекула не набирает достаточный молекулярный вес, чтобы быть классифицированной как полиуретан с общей формулой:

При внимательном рассмотрении структуры конечного продукта (полиуретана), структуры мономеров и схемы химического взаимодействия, можно сделать вывод, что структура мономера сохраняется при переходе в полимерное состояние, а также отсутствуют побочные второстепенные продукты. По этим признакам можно заключить, что данная реакция относится к реакциям полиприсоединения. А способность присоединять не только мономеры, но и тримеры и прочие олигомеры позволяют классифицировать химический процесс как ступенчатую полимеризационную реакцию.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод: разделение реакций полимеризации на присоединение, конденсацию, ступенчатые и цепные реакции не случайно, и нельзя поставить знаки равенства между ними. Хорошим примером реакции присоединения, которая одновременно относится к реакциям ступенчатой полимеризации является реакция синтеза полиуретанов.

С ценами на услуги нашей компании можно ознакомиться в разделе

Или закажите консультацию специалиста в удобное для Вас время!

Заявка абсолютно бесплатна и ни к чему Вас не обязывает!

Синтетические полимеры получают в результате реакций полимеризации, поли-конденсации и превращений в цепях макромолекул.

Полимеризация - это процесс соединения друг с другом большого числа молекул мономера за счет разрыва кратных связей (С= С, С = О, С = N, С = С и т. д.) или раскрытия циклов, содержащих гетероатомы (О, N, S). При полимеризации обычно не происходит образования и выделения низкомолекулярных побочных продуктов, вследствие чего полимер и мономер имеют один и тот же элементный состав.

Поликонденсация - это процесс соединения друг с другом молекул одного или нескольких мономеров, содержащих две или более функциональные группы (ОН, СООН, COCl, NH 2 и др.), способных к химическому взаимодействию, при котором происходит отщепление низкомолекулярных продуктов (Н 2 О, HCl и др.). Полимеры, получаемые поликонденсационным способом, по элементному составу не соответствуют исходным мономерам, поэтому структуру их макромолекул рассматривают с точки зрения повторяющегося, а не мономерного звена.

Полимеризация мономеров с кратными связями протекает по законам цепных реакций в результате разрыва непредельных связей. Макромолекула при цепной полимеризации образуется очень быстро и сразу же приобретает конечные размеры.

Принципиальное отличие цепной полимеризации от ступенчатой и от поликон­денсации состоит в том, что на разных стадиях процесса реакционная смесь всегда состоит из мономера и полимера и не содержит ди-, три-, тетрамеров. С увеличением продолжительности реакции растет лишь число макромолекул полимера, а мономер расходуется постепенно Молекулярная масса полимера не зависит от степени завер­шенности реакции или, что то же, от конверсии мономера, которая определяет только выход полимера.

Многие полимеры нельзя получить ни полимеризацией, ни поликонденсацией, поскольку или неизвестны исходные мономеры, или мономеры не могут образовывать высокомолекулярных соединений. Синтез таких полимеров осуществляют, исходя из высокомолекулярных соединений, макромолекулы которых содержат реак- ционноспособные функциональные группы. По этим группам полимеры вступают в те же реакции, что и содержащие такие группы низкомолекулярные соединения.

Превращение функциональных групп у полимеров протекает с меньшей скоростью, чем у низкомолекулярных веществ. Это связано с влиянием на реакционную способность функциональных групп полимеров структуры их цепей, стерических факторов, формы макромолекул (рыхлый или плотный клубок), фазового состояния полимеров (кристаллическое или аморфное), диффузионных процессов. Перечисленные факторы определяют доступность функциональных групп макромолекул для химического реагента.

Реакции в цепях полимеров могут происходить без существенного изменения молекулярной массы полимера (так называемые полимераналогичные превращения), с увеличением молекулярной массы полимера (синтез привитых и блоксополимеров) или с уменьшением молекулярной массы (деструкция макромолекул).

Полимераналогичные превращения представляют собой реакции полимеров с низ­комолекулярными веществами, в результате которых в полимерах происходит замена одних функциональных групп на другие без изменения длины основной цепи мак­ромолекул. Например, поливиниловый спирт нельзя получить полимеризацией мономера - винилового спирта, так как последний неустойчив и при получении сразу же изомеризуется в ацетальдегид:

Реакцией полимераналогичных превращений получают в промышленности различные поливинилацетали, эфиры целлюлозы и т. д.

Реакции в цепях полимеров, сопровождающиеся изменением их молекулярной мас­сы, протекают в трех случаях: при взаимодействии какого-либо мономера с полимером, который служит для него инициатором; при взаимодействии различных полимеров или олигомеров (интерполимерное взаимодействие) за счет содержащихся в них реакционноспособных функциональных групп; при рекомбинации (соединении) двух макрорадикалов, которые возникают при облучении или механическом воздействии на смесь полимеров. В промышленности подобными реакциями получают ударопрочный полистирол и АБС-пластики.

Деструкция полимеров сопровождается уменьшением ММ вследствие разрыва основной цепи макромолекулы. Факторами, вызывающими деструкцию, являются теплота, свет, кислород, проникающая радиация, механические напряжения и т. д. При деструкции уменьшается молекулярная масса полимера, ухудшаются его физико-механические свойства. Стойкость полимеров к деструкции зависит от их химической структуры, формы макромолекул, степени кристалличности, частоты пространственной сетки.

Реакции деструкции протекают преимущественно по радикальному (реже ионному) механизму. Различают термическую, термоокислительную, фотохимическую, радиационную, механическую и химическую деструкцию. Реакции деструкции лежат в основе старения полимеров, при котором они ухудшают или утрачивают свои полезные свойства.

При реакции полимеризации на выходе получают только полимеры. В ходе поликонденсации продуктом реакций становится полимеры и низкомолекулярные вещества.

Определение

В процессе полимеризации последовательно соединяются как одинаковые, так и различные молекулы мономеров, выстраивая одну сложную молекулу полимера (высокомолекулярного вещества) без выделения и образования побочных продуктов – низкомолекулярных соединений. Поэтому на выходе получают полимер с точно таким же элементарным составом, что и мономер.

В процессе поликонденсации молекулы одного либо нескольких мономеров, соединяясь между собой, образуют макромолекулу полимера и побочно выделяют тот или иной низкомолекулярный продукт (воду, спирт, хлороводород или аммиак). Поликонденсация лежит в основе биосинтеза целлюлозы, нуклеиновых кислот и, конечно, белков.

Сравнение

Эти два процесса схожи тем, что в его начале в реакцию вступает исходный мономер. А дальше при полимеризации в реакционной системе на всех стадиях текущего процесса присутствуют увеличивающиеся активные цепи, исходный мономер и закончившие рост макромолекулы. А в процессе поликонденсации мономер, как правило, исчерпывается на начальных стадиях происходящей реакции, и в дальнейшем в системе остаются лишь полимеры (олигомеры), взаимодействующие один с другим.

Для полимеризации и поликонденсации одинаково важна реакционная способность нужных мономеров и, конечно, их строение. В ходе полимеризации реакции, возникающие между увеличивающимися молекулами, как правило заканчиваются обрывом цепей.

А при поликонденсации реакции, протекающие между увеличивающимися молекулами, – это основные реакции роста полимерных цепей. Длинные цепи формируются за счет взаимодействия олигомеров. Полимеризация протекает по трем стадиям: инициированию, росту цепи и обрыву цепи. При этом центрами роста полимерной цепи являются катионы, свободные радикалы или анионы. Функциональность (количество реакционных центров в молекуле) влияет на образование трехмерных, разветвленных или линейных макромолекул.

Выводы сайт

1. Для поликонденсации характерно выделением побочных продуктов – низкомолекулярных веществ, таких как вода или спирт.
2. При полимеризации продуктами реакции становятся только полимеры.
3. Биосинтез целлюлозы, белков и нуклеиновых кислот возможен благодаря реакции поликонденсации.

Полимеры.

22-29-1. Основное отличие реакций поликонденсации от реакций полимеризации

1) последовательное присоединение молекул к растущей цепи

2) в реакцию вступают два разных соединения

3) образование высокомолекулярного соединения

4)выделение побочного низкомолекулярного продукта

22-29-3. Реакции полимеризации характерны для

1) стирола, пропена, этилена 2) пропилена, метаналя, этана

3) стирола, этина, метановой кислоты 4) пропена, бутадиена, гексана

22-29-2. Синтетические каучуки получают

1)полимеризацией алкадиенов 3)полимеризацией алкенов

2)полимеризацией алкинов 4)поликонденсацией аминокислот

22-29-4. Природным полимером является

22-29-14. Формула продукта полимеризации пропилена

1) СН 3 -СН 2 -СН 3 2) (-СН 2 -СН(CH 3)-CH 2 -CH 2 -) n 3) (-СН 2 -СН 2 -) n 4) (-СН 2 -СН 2 -СН 2 -) n

22-29-10. Мономером для получения поливинилхлорида является

1) хлорэтан 2) хлорпропан 3) хлорэтен 4) 1,2-дихлорэтан

22-29-7. Мономер для производства полистирола (полифенилэтилена) получают по реакции дегидрирования углеводорода

1) метилбензол 2) зтилбензол 3) 1,2-диметилбензол 4) пропилбензол

22-29-11. Мономером для получения полистирола является

1) этилбензол 2) винилбензол 3) этилацетат 4) нитробензол

22-29-9.Мономером для получения искусственного каучука по способу Лебедева служит

1) бутен-2 2) этан 3) этилен 4) бутадиен-1,3

22-29-12. Для промышленного производства фенолформальдегидной смолы следует взять

1) C 6 Н 6 НСНO 2) C 6 Н 6 , СН 3 СНO 3) С 2 Н 5 ОН, СН 3 СНO 4) С 6 Н 5 ОН, HCHO

22-29-20. Из полимеров наиболее стойкий химически

1) политетрафторэтилен 2) полистирол 3) полибутадиен 4) целлюлоза

22-29-16. Какой вулканизирующий агент взаимодействует с каучуком с образованием резины? 1) Фосфор; 2) сера; 3) углерод; 4) фтор.

22-29-17. Вулканизированная резина набухает, но не растворяется в бензине, потому что

1) молекулы полимера не содержат полярные группы

2) это эластичный полимер

3) молекулы полимера химически связаны сульфидными мостиками

4) молекулы полимера содержат двойные связи

22-29-18. Реагирует с бромной водой

1) полистирол 2) полиэтилен 3) полибутадиен 4) поливинилхлорид

22-29-19. Полибутадиеновый каучук может реагировать с хлором в темноте, потому что

1) это эластичный полимер 2) в молекулах полимера много двойных связей

3) С-С связи способны к разрыву 4) содержит в главной цепи атомы углерода

Промышленные процессы.

Нефть и продукты её переработки.

22-29-23. Способом переработки нефти и нефтепродуктов, при ко­тором не происходят химические реакции, является 1) перегонка 2) крекинг 3) риформинг 4) пиролиз

22-29-25. Аппаратом для разделения жидких продуктов производства является

1) поглотительная башня 2) ректификационная колонна

3) теплообменник 4) осушительная башня

22-29-30. В основе первичной переработки нефти лежит

1)крекинг нефти 2) перегонка нефти

3) дегидроциклизация углеводородов 4) риформинг углеводородов

22-29-26. Выберите синоним термину "ректификация" :

1) риформинг; 2)фракционная перегонка; 3)ароматизация; 4)изомеризация.

22-29-29. Процесс разложения углеводородов нефти на более летучие вещества называется

1) крекингом 2) дегидрированием 3) гидрированием 4) дегидратацией

22-29-22. Крекинг нефтепродуктов - это способ

1) получения низших углеводородов из высших 2) разделения нефти на фракции

3) получения высших углеводородов из низших 4) ароматизации углеводородов

22-29-27. Процесс, приводящий к увеличению доли ароматических углеводородов в составе бензинов, называется 1)крекингом 2)риформингом 3)гидроочисткой 4)ректификацией

При риформинге метилциклопентан в результате реакций изомеризации и дегидрирования превращается в 1) этилциклопентан 2) гексан 3) бензол 4) пентен

Непредельные углеводороды получаются при

1)ректификации 2)гидрогенизации 3)крекинге 4)полимеризации

22-29-28. Бензин прямой перегонки и крекинг-бензин можно различить с помощью

1)раствора щелочи 2)известковой воды 3)бромной воды 4)жавелевой воды

22-29-31. В состав мазута - тяжелой фракции перегонки нефти - не входит (не входят)

1) гудрон 2) керосин 3) парафин 4) масла

Метанол.

22-29-39. Сырье для промышленного производства метанола

1)угарный газ и водород 2)метиловый эфир уксусной кислоты

3)ацетилен 4)каменный уголь

22-29-38. Процесс получения «водяного газа» (смесь СО + Н 2) - сырья в произ­водстве метанола - называется

1) пиролиз природного газа 2) сухая перегонка древесины

3) газификация каменного угля 4) крекинг нефтепродуктов

22-29-34. В промышленности из оксида углерода и водорода под давлением, при повышенной температуре, в присутствии катализатора получают:

1) метанол; 2) этанол; 3) пропанол; 4) бутанол.

22-29-36. Высокое давление в процессе синтеза метанола создают с целью

1)повышения надежности промышленной установки 2)уменьшения тепловых потерь

3)увеличения селективности реакции 4)смещения равновесия

22-29-37. Для промышленного получения метанола из синтез-га­за не является характерным

1) циркуляция 2) теплообмен

3) использование селективных катализаторов 4) использование низких давлений

Применение. Биологическое действие, опасность.

22-29-43. Установите соответствие между формулой вещества и областью его применения:

22-29-44. Установите соответствие между формулой вещества и областью его применения:

ФОРМУЛА ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

22-29-46. Экологически чистым топливом является

1) водород 2) нефть 3) каменный уголь 4) природный газ

Полимеры – это высокомолекулярные соединения (вмс). Мономеры – это низкомолекулярные вещества, из которых получают полимеры. Степенью полимеризации (поликонденсации) называют среднее число структурных звеньев в молекуле полимера.

Полимеризация – реакция соединения молекул мономера т, не сопровождающаяся выделением побочных продуктов. Поэтому элементарный состав мономеров и получаемого полимера одинаков. Полимеризация может осуществляться путем раскрытия двойных и тройных связей ненасыщенных соединений, а также за счет размыкания различных гетероциклов. В зависимости от характера активных центров, инициирующих цепной процесс различают радикальную и ионную полимеризацию. Процесс идет по цепному механизму.

nCH2=CH2→(-СН-СН-)n, где n - это степень полимеризации молекул, показывающая, сколько мономерных звеньев входит в ее состав.

Классификация полимеров :

Если брать за основу качественный состав молекул, то все рассматриваемые вещества можно определить в три группы.

Органические – это те, в состав которых входят атомы углерода, водорода, серы, кислорода, фосфора, азота. То есть те элементы, которые являются биогенными. Примеров можно привести массу: полиэтилен, поливинилхлорид, полипропилен, вискоза, нейлон, природный полимер – белок, нуклеиновые кислоты и так далее.

Элементорганические – такие, в состав которых входит какой-то посторонний неорганический и не биогенный элемент. Чаще всего это кремний, алюминий или титан. Примеры подобных макромолекул: органическое стекло, стеклополимеры, композиционные материалы.

Неорганические – в основе цепи лежат атомы кремния, а не углерода. Радикалы же могут быть частью боковых ответвлений. Они открыты совсем недавно, в середине XX века. Используются в медицине, строительстве, технике и прочих отраслях. Примеры: силикон, киноварь.

Если разделять полимеры по происхождению, то можно выделить три их группы.

Природные полимеры, применение которых широко осуществлялось с самой древности. Это такие макромолекулы, для создания которых человек не прилагал никаких усилий. Они являются продуктами реакций самой природы. Примеры: шелк, шерсть, белок, нуклеиновые кислоты, крахмал, целлюлоза, кожа, хлопок и прочие.

Искусственные. Это такие макромолекулы, которые создаются человеком, но на основе природных аналогов. То есть просто улучшаются и изменяются свойства уже имеющегося природного полимера. Примеры: искусственный каучук, резина.

Синтетические – это такие полимеры, в создании которых участвует только человек. Природных аналогов для них нет. Ученые разрабатывают методы синтеза новых материалов, которые отличались бы улучшенными техническими характеристиками. Так рождаются синтетические полимерные соединения разного рода. Примеры: полиэтилен, полипропилен, вискоза, ацетатное волокно и прочее.

Поликонденсация – реакция образования высокомолекулярных соединений, протекающая по механизму замещения и сопровождающаяся обычно, выделением низкомолекулярных продуктов, вследствие чего элементарный состав полимера отличается от элементарного состава исходных продуктов.

В реакцию поликонденсации могут вступать мономерсодержащие двух или более функциональные группы. При взаимодействии этих групп происходит разложение молекулы низкомолекулярного соединения, с образованием новой группы, которая связывает остатки реагирующих молекул.

Поликонденсация - ступенчатая реакция, рост цепи происходит в результате взаимодействия молекул мономера друг с другом, а также промежуточными продуктами: олигомерными или полимерными молекулами или при взаимодействии олигомерных и полимерных молекул между собой. В результате образуются соединения с функциональностью исходного вещества.