CHEMIA MAKROCZĄSTECZEK (POLIMERÓW)

CHEMIA MAKROCZĄSTECZEK (POLIMERÓW)

Uniwersytet Jagielloński

Kraków, 2009-2010

Stanisław Penczek

Polska Akademia Nauk

Centrum Badań Molekularnych i Makromolekularnych, Łódź

UJ

Pytania proszę kierować do mnie albo pocztą elektroniczną

([email protected]) lub też proszę zgłaszać telefonicznie pod

numerami: (42) 681 98 15 lub 0609 472 092

Uwaga: znajomość niektórych fragmentów wykładu nie jest wymagana do egzaminu. Proszę kierować się pytaniami, które będą załączone po zakończeniu wykładu, oraz pytaniami, jakie

będę podawał w trakcie wykładów.

Lit. pomocnicza: Z.J Florjańczyk, S.Penczek Chemia Polimerów, t.1-3,wyd.Polit.Warszawskiej, 1997UJ

UJ

WYKŁAD 1.

PODSTAWOWE WŁAŚCIWOŚCI

MAKROCZĄSTECZEK

Makrocząsteczki powstają w procesach polimeryzacji

1. Polimeryzacja łańcuchowa

2. Polikondensacja

3. Poliaddycja

* W polimeryzacji łańcuchowej jedynie cząsteczki monomeru przyłączają się do aktywnego centrum w rosnącej makrocząsteczce;

* W pkdn i padd łączą się ze sobą cząsteczki monomeru i oligomery o dowolnej wielkości

* + M

* * + * * * *

PROCESY POLIMERYZACJI

+ M

Metody polimeryzacji i polikondensacji:

POLIKONDENSACJA I POLIADDYCJA

n CH2 CH2

2 Na + n ClCH2CH2Cl

polimeryzacja

polikondensacja (CH2CH2)n... ...

-2nNaCl

n H2N(CH2)5COHO

polikondensacja

-nH2O

NH(CH2)5C

O

[ ]n... ...

polimeryzacjaNH C O

n (CH2)5( )


- makrocząsteczka- makromolekuła (cząsteczka polimeru): pojedyncza (oddzielna) wielka cząsteczka („makro”)

makrocząsteczka polimer

- polimer: (substancja) skupisko makrocząsteczek

(często zamiast słowa „makrocząsteczka” używa się terminu „polimer”,

ale nigdy odwrotnie)

Kilka definicji

Wstęp: makrocząsteczki/polimery

Masy molowe, cząsteczkowe, średnie

Mikrostruktura

UJ


Makrocząsteczki i polimery:

Skąd wiadomo, że w makrocząsteczkach występują wiązania kowalencyjne?

Herman Staudinger (~1920) ( Nagroda Nobla 1953)

-Porównanie lepkości roztworów i zawartości grup końcowych:

-im mniej grup końcowych-tym większa lepkość roztworów

-HOCH2CH2(OCH2CH2)nOH :

-Wcześniej-dominowała opinia E.Fichera (Nagroda Nobla 1920) :agregaty związków o małych masach cząsteczkowych:

UJ

HO HO HO.. ..

HO HO HO.. ..

POLIMERY i MAKROCZĄSTECZKI

C CHH

H H

CC

CC

CC

CC

CC

H H H H H

H H H H HH H H H H

H H H H HC

CC

CC

CC

CC

C

H H H H H

H H H H HH H H H H

H H H H HC

CC

CC

CC

CC

C

H H H H H

H H H H HH H H H H

H H H H H

polietylen: makrocząsteczka

etylen (monomer)

UJ

POLIMERY i MAKROCZĄSTECZKI

polisiarka

cyklooktasiarka (monomer)

...S

SS

SS

SS

SS

SS

SS

SS

SS

SS

S ...

s

ss

ssss

s

UJ


Zdjęcie w mikroskopie elektronowym kolistej cząsteczki DNA

UJ

N

N

O

NH H

C

NH

O

R

R'

N

N

O

N HH

C

N H

O

R

R'

MAKROCZĄSTECZKI (POLIMERY) SUPRAMOLEKULARNE POŁĄCZONE WIĄZANIAMI WODOROWYMI

R.Nolte, wykład: Piza 09.2002

J.M.Lehn: Chemia supramolekularna „DYNAMERS”- polimery supramolekularne

Cząsteczka polimeru supramolekularnego utrzymywana siłami wiązań wodorowych

(CH2)n

(CH2)n

UJ

A transparent flexible RNA-aligned film prepared by casting organosoluble RNA/lipid complexes and subsequent uniaxial stretching.

Yu Hoshino a.o., Macromol. Rapid Commun., 2002, 23, No. 4, 253

Polimery technicznie użyteczne (folia) z RNA z przeciwjonem lipidowym

Przezroczysta i elastyczna folia otrzymana z połączenia kompleksowego RNA i soli amoniowej (z r-ru w rozpuszczalniku organicznym i z jedoosiowym rozciągiem).

BIO – Techno - Nano

UJ


kiedy cząsteczka jest już makrocząsteczką ? : kiedy pojawią się właściwości typowe dla polimerów

cząsteczka polietylenu (makrocząsteczka)

masa molowa 10.000- 3.000.000ogniwo łańcucha (jednostka powtarzalna), powtórzone tysiąc lub więcej razy (ponad milion w biomakrocząsteczkach DNA)

Atomy, cząsteczki (małe) i makrocząsteczki (wielkie):masa cząsteczkowa

-[(CH2)11]x-

UJ

CZĄSTECZKA -MAKROCZĄSTECZKA ?

Dla dostatecznie dużych długości łańcucha CH3-CnH2n-CH3 niektóre właściwości cząsteczki praktycznie przestają zależeć od „n” (i od grup końcowych) - wówczas mamy do czynienia z makrocząsteczką.

...CC

CC

CC

CC

CC

H H H H H

H H H H HH H H H H

H H H H HC

CC

CC

CC

CC

C

H H H H H

H H H H HH H H H H

H H H H HC

CC

CC

CC

CC

C

H H H H H

H H H H HH H H H H

H H H H H

H

UJ


Relative size distribution of typical structures formed by synthetic chemistry, biology, and microfabrication. This schematic illustration was drawn on the basis of a review article by Whitesides et al.

Wielkości typowych struktur, występujących w syntezie chemicznej , w biologii oraz w mikro (nano) technologii (wg Shimizu/Whitesides)

Toshimi Shimizu, Macromol. Rapid Commun., 2002, 23, No. 5/6, 311

UJ


Masa cząsteczkowa (Mc)

jest masą określonej cząsteczki, wyrażoną w atomowych jednostkach masy,

gramach lub jednostkach pochodnych (masa atomowa: ditto dla atomu).

Masa molowa (Mm)

jest masą jednego mola wyrażoną w gramach ( jednostka: gram · mol-1 )

(masa molowa Mm jest taką liczbą gramów danej substancji (danych cząsteczek),

która jest co do wielkości równa jej masie cząsteczkowej Mc, wyrażonej w

atomowych jednostkach masy).

UJ


Polimery- substancje składające się z wielu makrocząsteczek o różnych masach cząsteczkowych ( rozkład Mc - polidyspersja) :

(przyczyny występowania POLIDYSPERSJI mas cząsteczkowych omówione

będą później - statystyczny charakter procesów polimeryzacji)

pomiary Mm dostarczają informacji o średnich Mm ; ( liczbowo średnia Mn

oraz wagowo średnia Mw) ; rodzaj średniej służy do opisu różnych

właściwości i zależy od metody pomiaru :

- liczba cząsteczek: (np.)- osmometria

- grupy końcowe

- masa (rozmiar) cząsteczek: - rozpraszanie światła

UJ

PORÓWNANIE ROZMIARÓW NIEKTÓRYCH MAKROCZĄSTECZEK NATURALNYCH I SYNTETYCZNYCH

makrocząsteczka cechy szczególne masa cząsteczkowa długość średnica mm nm

( 1 mm =106 nm )Polietylen "zwykły” 100.000 0.001 ~0.2

"ultra" 3.000.000 0.03 ~0.2

DNA Pałeczka okrężnicy 2.500.000.000 1. 3 ~2.0

Genom człowieka ~1500 j.w. (całkowity materiał ( 1.5m = 1.5 .10 9 nm ) genetyczny komórki)

l/d=109

Gdyby średnica genomu była równa 1mm, to długość wyniosłaby kilkaset km;Gdyby czytać z szybkością 1 para zasad/sek – 100 lat

UJ


Model makrocząsteczki polietylenu o masie cząsteczkowej 100 000

Rzeczywista długość makrocząsteczki 0.001 mm.Powiększenie: x 107 (0.001 mm 10 m)

UJ

Documents

CHEMIA MAKROCZĄSTECZEK (POLIMERÓW)