Программа для поступающих в вузы (ответы) (стр. 16 из 24)
1. CH2=CH2 + Cl2 → CH2Cl–CH2Cl
2. CH3–CH=CH2 + HBr → CH3–CHBr–CH3
3. CH2=CH2 + H2O → CH3–CH2OH
4. CH2=CH2 + H2 → CH3–CH3 (Pt)
5. 3СН2=CH2 + 2KMnO4 + 4H2O → 3HOCH2CH2OH + 2MnO2 + 2КОН
Этилен является одним из важнейших полупродуктов для промышленности органического синтеза. Многие вещества, получаемые непосредственно из этилена, имеют практическое применение или используются для дальнейших синтезов. Пропилен используется для производства изопропилового спирта, ацетона, глицерина, полипропилена. Изобутилен используется для синтеза изооктана, полиизобутилена. Бутилены применяются для получения бутадиена – продукта для получения синтетического каучука.
Соединения с молекулярными массами от нескольких тысяч до миллионов получили название высокомолекулярных (полимерных). В настоящее время научились синтезировать много различных ВМС, нашедших применение для изготовления различных материалов: пластмасс, волокон, эластомеров. Для этих материалов очень важны физико-механические свойства – их прочность, эластичность, термостойкость и др. В результате изучения ВМС установлено, что их физико-механические свойства зависят, прежде всего, от формы молекулы, химический состав играет подчиненную роль. По форме молекул различают два крайних типа полимеров: линейные (нитевидные) и трехмерные (объемные, глобулярные). Существует и много др. полимеров, занимающих промежуточное положение между этими крайними типами. Характерные особенности линейных полимеров – это способность образовывать прочные волокна и пленки, значительная эластичность, способность растворяться, а при повышении температуры – плавиться. Типичные представители линейных полимеров – каучук и его синтетические аналоги, полиамидные волокна. Трехмерные полимеры не плавятся, нерастворимы, значительно менее эластичны, чем линейные полимеры, часто даже хрупки. Линейные полимеры можно превратить в трехмерные, «сшивая» цепные молекулы в пространственную сетку. Именно такой процесс происходит при вулканизации каучука. Другие типичные представители трехмерных полимеров – фенолоформальдегидные и глифталевые смолы. Конечно, не только форма, но и химическая природа макромолекулы влияет на физико-механические свойства полимера. В зависимости от состава основной цепи различают полимеры карбоцепные (полимерная цепь состоит только из атомов углерода) и гетероцепные (в состав полимерной цепи входят атомы и др. элементов). Важный класс образуют элементоорганические полимеры, в которые помимо обычных элементов-органогенов входят и атомы др. элементов – кремния, фосфора, бора, титана и др. ВМС возникают в результате соединения множества молекул низкомолекулярных веществ – мономеров. Это может осуществляться путем полимеризации или поликонденсации. Соответственно полимеры по способам получения разделяют на полимеризационные и поликонденсационные. Реакция полимеризации заключается в присоединении друг к другу большого числа молекул мономеров. Реакции полимеризации идут за счет присоединения к кратным связям или за счет раскрытия циклов. Цепной реакции дает толчок кокой-то инициатор. Инициатором часто служат вещества, легко распадающиеся на свободные радикалы. Большое значение в технике имеет совместная полимеризация смеси мономеров: такой процесс называется сополимеризацией. Меняя состав смеси мономеров, можно тонко регулировать свойства получаемых материалов.
Полиолефины. Особое значение приобрела полимеризация олефинов, при которой образуются ценные высокомолекулярные материалы.
Полиэтилен – это по существу насыщенный углеводород с молекулярной массой от 20 тысяч до миллиона. Он представляет собой прозрачный материал, обладающий высокой химической стойкостью, температура размягчения 100-130°С, предел прочности при растяжении 120-340 кг/см², имеет низкую тепло- и электропроводность.
CH2=CH2 → ∙∙∙–CH2–CH2–CH2–CH2–CH2–CH2–∙∙∙
Полипропилен получают из пропилена аналогично полиэтилену. Это прозрачный материал с температурой размягчения 160-170°С, предел прочности при растяжении 260-500 кг/см², обладающий хорошими электроизоляционными свойствами. Особенностью полимеризации является получение нескольких видов строения молекулы: атактический полимер (1), синдиотактический полимер (2), изотактический полимер (3):
Полистирол – бесцветный прозрачный материал, хорошо известный в виде различных изделий из «органического стекла». Температура размягчения атактического полистирола ~85°С, а изотактического 230°С, что позволяет использовать последний при более высоких температурах. Строение изотактического полистирола следующее:
Виниловые полимеры. Кроме углеводородов, способны полимеризоваться и многие другие соединения с двойной связью, носящие название виниловых мономеров. Их общая формула CH2=CH–X, где Х – хлор, CN, COOCH3 и др. Формула получаемых полимеров следующая:
∙∙∙–CH2–CH–CH2–CH–CH2–CH–CH2–CH–∙∙∙
| | | |
X X X X
Поливинилхлорид – прочный термопластичный материал, молекулярная масса 300–400 тысяч. При обычной температуре это твердый материал, однако его можно сделать мягким и гибким, смешивая с труднолетучими растворителями, так называемыми пластификаторами.
Широко используются полиметилакрилат (1)и полиметилметакрилат (2), получаемые из эфиров ненасыщенных кислот – акриловой и метакриловой.
1. nCH2=CH → ∙∙∙–CH2–CH–CH2–CH–CH2–CH–∙∙∙
| | | |
COOCH3 COOCH3 COOCH3 COOCH3
CH3CH3 CH3 CH3
| | | |
2. nCH2=C → ∙∙∙–CH2–CH–CH2–CH–CH2–CH–∙∙∙
| | | |
COOCH3 COOCH3 COOCH3 COOCH3
Ценные материалы получаются при полимеризации нитрила акриловой кислоты (акрилонитрила):
nCH2=CH → ∙∙∙–CH2–CH–CH2–CH–CH2–CH–∙∙∙
| | | |
CN CN CN CN
Из полиакрилонитрила изготавливается волокно нитрон – искусственная шерсть.
Поливинилацетат.–CH2–CH–
|
O–CO–CH3
В реакции поликонденсации участвуют обычно бифункциональные мономеры, молекулы которых присоединяются друг к другу с отщеплением какой-либо простой молекулы (обычно воды).
Полиамиды:
Анид получают из адипиновой кислоты и гексаметилендиамина:
nHOOC–(CH2)4–COOH + nH2N–(CH2)6–NH2®
→ [–OC–(CH2)4–CO–NH–(CH2)4–NH–]n + nH2O
Капрон получается из капролактама:
 |
→ ∙∙∙–NH–(CH2)5–CO–NH–(CH2)5–CO–NH–(CH2)5–CO–∙∙∙
Энант получают при конденденсации ω-аминоэтановой кислоты. Это волокно имеет строение:
∙∙∙–NH–(CH2)6–CO–NH–(CH2)6–CO–NH–(CH2)6–CO–∙∙∙
Полиэфиры. При поликонденсации дикарбоновых кислот с многоатомными спиртами получают высокомолекулярные материалы полиэфирного типа.
Лавсан – полиэфир этиленгликоля и терефталевой кислоты:
 |
HOOC– –COOH + HOCH2–CH2OH →→ ∙∙∙–O–CH2–CH2–O–OC– –CO–∙∙∙
Глифталевые смолы получаются при поликонденсации глицерина и фталевой кислоты. Наличие трех гидроксильных групп дает возможность для построения трехмерного полимера: