of 54 /54
HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vježbe 1 HEMIJA MAKROMOLEKULA LABORATORIJSKE VJEŽBE Student: Grupa: ______

HEMIJA MAKROMOLEKULA - newton.pmf.unsa.banewton.pmf.unsa.ba/hemija/kohbh/predmeti/1-III/hemija_makromolekul… · HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vježbe 4 Vježba 1: SINTEZA

Embed Size (px)

Text of HEMIJA MAKROMOLEKULA -...

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    1

    HEMIJA

    MAKROMOLEKULA LABORATORIJSKE

    VJEBE

    Student:

    Grupa: ______

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    2

    SADRAJ

    1. Sinteza polimera. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

    2. Sinteza provodljivog polimera. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

    3. Sinteza prvog sintetikog vlakna (Rayon). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

    4. Prireivanje nitrata celuloze (nitroceluloze). . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . 34

    5. Sinteza acetata celuloze. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

    6. Sinteza natrij-karboksimetil celuloze. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

    7. Praenje procesa heterogene dimerizacije uree i glukoze

    krioskopskom metodom. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

    8. Flokulacija magnetokoloida. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

    9. Izolacija DNA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

    Literatura. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    3

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    4

    Vjeba 1: SINTEZA POLIMERA

    Polimeri su visokomolekularni spojevi sastavljeni od velikog broja atomskih grupa

    povezanih hemijskim (kovalentnim) vezama. Ponavljane atomske grupe tvore konstitucijske

    ili strukturne jedinice. Preciznija definicija polimera je da su to kondenzirani sistemi

    makromolekula, to znai da postoje u vrstom i tenom stanju i ne mogu postojati u

    gasovitom agregatnom stanju. Sistem znai da polimer ine strukturni elementi

    (makromolekule ili polimerne molekule) koji su u interakciji. Drugim rijeima, svaki

    strukturni element ima relativno visoki stepen individualnosti, ali postoji i djelovanje

    strukturnih elemenata jednih na druge.

    Polimer nije samo molekula s velikim brojem atoma, nego molekula u kojoj je veliki broj

    atoma organiziran tako da je ona sastavljena od velikog broja strukturnih jedinica koje se

    ponavljaju, a nazivaju se ponavljane jedinice ili meri (monomeri, dimeri itd). Broj tipova

    ponavljanih jedinica u nekom polimeru najee je samo jedan (homopolimeri) ili dva

    (kopolimeri).

    U smislu ove definicije "molekula" je sistem atoma u kojem nema ponavljanja

    konstitucijskih jedinica i koja zbog toga ima malu molarnu masu. Molarna masa

    sloenijih organskih molekula iznosi 250-500, dok polimeri mogu imati molekulske mase

    od 1000 do 106

    g/mol. Masa ponavljanih jedinica polimera uporediva je s masom

    molekula. Budui da se organsku molekulu moe smatrati izgraenom od samo jedne

    jedinice ona se naziva monomerom.

    Slika 1 Primjer nastanka polimera

    Polimerne molekule sintetiziraju se procesom polimerizacije iz odgovarajuih monomera

    kao polaznog materijala. U toku polimerizacije oni se spajaju tako da formiraju velike

    molekule. Kako se poveavaju privlane sile izmeu molekula, smjesa postaje viskoznija.

    Dolazi do unakrsnog povezivanja lanaca preko slobodnih funkcionalnih grupa (proces

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    5

    umreavanja) tako da molekula postaje sve vea. Kao rezultat nastaje polimer

    trodimenzionalne strukture. U zavisnosti od tipa umreavanja, dobivaju se polimeri sa

    razliitim svojstvima. Nisko umreeni polimeri su elastini i mogu se deformisati, dok su

    visoko umreeni kao to je bakelit, kruti i lomljivi. Trenutno umreeni materijali ponaaju se

    kao viskozni gelovi.

    Po porijeklu polimeri se dijele na prirodne, polusintetske i sintetske polimere. Prirodnim

    polimerima (biopolimerima) smatraju se makromolekulski spojevi, molekulske mase od

    nekoliko hiljada do nekoliko stotina hiljada, koji se u prirodi nalaze kao dijelovi biljnih ili

    ivotinjskih tkiva. To su meusobno vrlo razliiti i sloeni spojevi. S obzirom na

    ponavljajue jedinice u makromolekuli mogu se klasificirati u nekoliko grupa:

    1. Polisaharidi

    2. Ligninili polimerni materijali na bazi koniferil alkohola

    3. Proteini (bjelanevine) ili prirodni poliamidi

    4.Prirodni kauuk

    5. Prirodne smole

    Polusintetski polimeri su hemijski modificirani biopolimeri kao naprimjer celuloid iz

    celuloze, rejon, celofan. Sintetski polimeri su preteno organskog porijekla (sadre veinom

    C, H, O, N), a mogu biti i anorganski (plastini sumpor), anorgansko-organski

    (polisiloksani).

    Sa stajalita optih fizikalnih karakteristika prepoznajemo tri tipa vrstih polimera:

    elastomeri, termoplastini i termostabilni polimeri.

    Elastomeri su gume ili materijali slini gumi. Imaju djelomino umreenu strukturu to

    znai da su makromolekule meusobno povezane i sekundarnim i primarnim vezama. S

    obzirom na prisutnost sekundarnih veza elastomere se zagrijavanjem moe omekati. Gdje

    god postoje sekundarne veze one e usljed dovoenja toplote poputati, to e dovesti do

    poveanja pokretljivosti segmenata makromolekula, a to je uzrokom mekanja. No kako sada

    izmeu monomera postoje i primarne veze elastomere se vie ne moe rastopiti. O odnosu

    primarnih i sekundarnih veza zavisie koliko e neki elastomer moi omekati. Primarne

    veze se elastomerima ugrauju prilikom njihova oblikovanja. Oni po reakcijama nastajanja

    imaju linearnu strukturu, ali njihove osobine nisu pogodne za praktinu primjenu. Naroito

    moe biti neprikladna prevelika istezljivost. Kako bi se osobine modifikovale i time

    elastomeri uinili primjenljivima, ugrauju im se primarne veze i to se provodi najee

    postupkom vulkanizacije. Dakle, u primjeni elastomeri uvijek posjeduju i primarne i

    sekundarne veze izmeu monomera.

    Termoplastini polimeri su vrsti na sobnoj temperaturi, ali zagrijavanjem omekavaju i

    mogu se oblikovati. To su polimeri kojima su monomeri meusobno povezani iskljuivo

    sekundarnim vezama. Takve strukture obino nazivamo linearnom strukturom. Iako su

    sekundarne veze dosta slabe, s obzirom na njihov veliki broj zbog velikog stepena

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    6

    polimerizacije, njihova ukupna energija je dovoljno velika da takvi polimeri pokazuju dobre

    osobine. Zagrijavanjem, meutim, te sekundarne veze postepeno slabe i poputaju. S

    obzirom na njihov veliki broj nije mogue odmah i registrovati vanjske posljedice tog

    poputanja. Na mjestima u polimeru gdje su popustile sekundarne veze izmeu monomera,

    omoguena je poveana pokretljivost segmenata polimera (mikrobraunovo kretanje). Kako s

    porastom temperature poputa sve vei broj sekundarnih veza, to pokretljivost segmenata

    polimera postaje sve izrazitija. Vanjska posljedica poveane pokretljivosti dijelova polimera

    je mekanje polimera. Daljnjim povienjem temperature moe doi do potpunog poputanja

    sekundarnih veza. Dijelovi polimera se potpuno slobodno kreu i polimer prelazi u taljevinu.

    Hlaenjem dolazi do suprotnog procesa: sekundarne veze se postepeno uspostavljaju i

    polimer prelazi ponovo u vrsto stanje. S obzirom na karakter sekundarnih veza ovakav se

    ciklus omekavanja i ovravanja teorijski moe stalno ponavljati (zato se plastomer moe

    reciklirati). Veina plastomera nastaje adicionom polimerizacijom, iako se neki plastomeri

    mogu dobiti kondenzacijskom polimerizacijom.

    Termostabilni polimeri imaju potpuno umreenu strukturu, a to znai da su im monomeri

    povezani primarnim vezama. Zbog karaktera primarnih veza ovi polimeri se zagrijavanjem ne

    mogu niti omekati niti rastopiti. Svojstvo mekanja i topljenja posjeduju u fazi dobijanja i

    zato ih se u toj fazi dobijanja treba i oblikovati.

    Prema reakcijskom mehanizmu (reakcija polimerizacije) polimeri mogu biti adicioni

    (lanani) i kondenzacijski (stupnjeviti).

    Kondenzaciona polimerizacija-povezivanje monomera kondenzacionom polimerizacijom

    dolazi uz upotrebu pogodnog katalizatora i poviene temperature, a kao sporedni produkt

    izdvaja se najee voda, NH3, HCl itd., koje treba ukloniti na odgovarajui nain. Primjer

    kondenzacionog polimera je bakelit.

    Slika 2 Formiranje polietilenglikola dehidratacijom etilenglikola (kondenzacijska polimerizacija)

    Adiciona polimerizacija-moe biti katalizirana kiselinama, bazama odnosno spojevima koji

    lahko daju slobodne radikale. Bez obzira na vrstu katalizatora, reakcija je lanana i tee u tri

    stepena: inicijalni stepen, produivanje lanca (propagacija) i zatvaranje reakcije (terminacija).

    U inicijalnom stepenu katalizator napada monomer i daje meuprodukt koji napada drugu

    molekulu monomera, produavajui na taj nain lanac. Ova reakcija tee sve dok se rast lanca

    ne sprijei adicijom grupe koja onemoguava daljnju polimerizaciju.

    Slika 3 Formiranje polietilenglikola adicionom pomilerizacijom etilenoksida

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    7

    1.1 Fenol-formaldehidne smole Visokomolekularni produkti nastali kondenzacijom fenola sa karbonilnim komponentama

    (posebno sa formaldehidom) poznati su pod nazivom fenol-formldehidne smole. Fenolske

    smole, predstavljene 1908 godine, nastaju baznom ili kiselom adicijom formaledhida fenolu

    da bi nastali orto- i para-produkti. Priroda ovih produkata uveliko ovisi od tipa katalizatora i

    molskog udjela formaledhida koji se spaja sa fenolom. Prilikom nastanka rezola, viak

    formaldehida reaguje sa fenolom u baznim uslovima. Inicijalni produkti reakcije su orto- i

    para- supstituirani mono-, di- i trimetilolfenoli. Kada se zagriju, metilolfenoli se

    kondenziraju bilo preko metilena ili metilen oksida da bi se formirao niskomolekularni

    prepolimer rezol koji je rastvorljiv i zapaljiv i sadri alkoholne grupe. Kada se rezoli zagriju

    na zadanoj temepraturi, pod baznim, neutralnim ili blago kiselim uslovima kondenzacija

    velikog broja fenolskih nukleusa uestvuje u reakciji to rezultira nastankom

    visokomolekularne, mreaste strukture.

    Formiranje novolaka ukljuuje kiselo kataliziranu reakciju formaledhida sa vikom fenola.

    Inicijalni metilol fenoli se kondenziraju sa vikom fenola da bi formirali dihidroksidifenil

    meta, koji podlijee daljoj kondenzaciji pri emu nastaje niskomolekularni prepolimer

    novolak. Za razliku od rezola novolak ne sadri metilolske grupe. Ovi polimeri su zapaljivi i

    nerastvorljivi. Kada se novolak zagrije sa dodatkom formaldehida ili heksametilen

    tetraminom da bi se poveao odnos fenol-formaldehid, formira se visokomolekulrani

    mreasti polimer.

    Razlika izmeu kiselo i bazno katalizirane reakcije budui da dovode do razliitog krajnjeg

    produkta jeste u svojstvima kondenzacijskog polimera koja su takoer odreena omjerom

    odnosa fenola i formaldehida. Najvanije fenolske smole su one nastale reakcijom izmeu

    fenola i formaldehida jer ispoljavaju veliku tvrdou, poznati su kao izolatori (nemetalni

    dijelovi utinica i spojnica su od bakelita), imaju dobra mehanika svojstva i hemijsku

    stabilnost.

    Bakelit je prvi potpuno sintetiki organski polimer koji je sintetizirao Leo Baekeland 1907.,

    fenol-formaldehidnom kondenzacijom i taj proizvod se naziva bakelit koji je predstavljen

    1909. godine. Njegova prva upotreba bila je u izradi kugli za bilijar, a kasnije za izradu

    dugmadi, drki za noeve, dijelove ventila itd.

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    8

    Eksperimentalni dio:

    Potreban pribor i hemikalije:

    Hemikalije Pribor

    Fenol Stearinska kiselina Balon okruglog dna 100 mL Formaldehid Toluen Libigovo hladilo HCl 1 M , 6 M i konc 2-propanol Vodeno kupatilo NH4OH koncentrovani Etanol Pipete: 1mL x 2, 5 mL x 4 i 10 mL x 3 Resorcinol Butanol Termometar NaOH 2 M i 3 M Na-bisfenol ae 50 mL x 2, 100 mL Urea Dietilentriamin Menzura Celuloza Pasterova pipeta CaCO3 Stakleni tapi Anilin Plastina aa Polivinil alkohol 4 % Natrijtetraborat dekahidrat Metil crveno Oksalna kiselina dihidrat

    a) Sinteza bakelita u kiselim uslovima (Novolaks)

    Novolaks je fenol-formaldehidni kopolimer tipa Bakelita nastao iz dva razliita monomera

    uz kisele uslove. To je egzotermna reakcija pri emu nastaje fenolna smola koja se topi

    izmeu 100 i 140 C. U prisustvu kiselih katalizatora i pri molarnom omjeru formaldehida i

    fenola manjem od 1, metilol derivati kondenziraju s fenolom dajui prvo dihidroksidifenil

    metan:

    i zatim daljnjom kondenzacijom, stvaranjem metilenskih mostova, taljive i topive linearne

    polimere nazvane novolak, ija je struktura:

    pri emu se veze na orto i para poloaju izmjenjuju bez pravilnosti. Molekulska masa moe

    biti i do 1000, to odgovara priblino deset fenolnih ostataka u lancu.

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    9

    Piprema novolaka (katalizator 1 M HCl)

    U tikvicu se stavi 18,8 g fenola (1 mol), zagrijava tikvica do 40-50 C da se fenol rastali i

    doda17 mL (0,85 mol) 30 %-tnog formalina. Nakon mijeanja sadraja tikvice dodaje se 1 mL

    0,005 mol) 1 M HCl. Zatim se smjesa grije uz povratno hladilo. Nakon to je postignuta

    temperatura kljuanja (oko 80 C), smjesa se najprije zamuti, a zatim se malo razbistri. Od

    momenta zamuenja smjesu se dodatno grije da slabo vrije jo kroz 30 minuta pri temperaturi

    100-105 C. Zatim sesmjesa ostavi stajati preko noi nakon ega se odstrani gornji vodeni

    sloj, a ostatak vode odstrani pomou pasterove pipete i ostavi da se polimer ovrsne (nekoliko

    dana). Zatim se smoli doda 10 ml smjese etanol-butanol u omjeru 9:1 i mijea dok se sva

    smola ne otopi. Otopina smole se prenese na sahatno staklo ili u drugu plastinu au i odredi

    iskoritenje.

    Piprema novolaka (katalizator oksalna kiselina dihidrat)

    U tikvicu se stavi 13 g fenola (1,38 mol), 1,3 mL vode, 9,24 g 37 % -tne vodene otopine

    formaldehida (1,14 mol) i 0,1 g oksalne kiseline dihidrata. Smjesa se mijea i refluksira 30

    minuta. Zatim se doda jo 0,1 g oksalne kiseline dihidrata i refluksiranje nastavi jo jedan sat pri

    temperaturi 100 - 105 C. Doda se 40 mL vode i smjesa ohladi. Smola se ostavi stajati preko

    noi. Zatim se sloj vode odstrani pomou pasterove pipete i ostavi da polimer ovrsne (nekoliko

    dana). Zatim se smoli doda 10 mL smjese etilnog alkohola i tehnikog butanola u omjeru 9:1 i

    mijea dok se sva smola ne otopi. Otopina smole se prenese na sahatno staklo ili u drugu

    plastinu au i odredi iskoritenje.

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    10

    b) Sinteza bakelita u baznim uslovima (Rezol)

    U prisustvu alkalnih katalizatora uz molarni omjer formaldehida i fenola vei od 1,

    metilolfenoli mogu kondenzirati preko metilenskih ili eterskih veza. Produkti ovog tipa su topljivi i taljivi, sadre primarne alkoholne grupe, a nazivaju se rezoli.

    Ako se ova reakcija vodi dalje,veliki broj fenolnih jezgri moe kondenzirati uz stvaranje

    umreene strukture:

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    11

    Rezultat je visoko umreena, nepravilna struktura. U hemizmu fenolnih smola etiri su glavne

    reakcije:

    a) stvaranje metilolfenola

    b) kondenzacija metilolfenola s fenolom i stvaranje metilenskog mosta

    c) kondenzacija dvijE metilol grupE uz stvaranje eterskog mosta

    d) kompozicija eterskog mosta uz stvaranje metilenskog mosta i formaldehida, koji

    ponovo reagira na isti nain.

    Umjesto fenola mogu se upotrijebiti i razni monosupstituirani i disupstituirani fenoli, dok

    umjesto formaldehida dolaze u obzir i drugi aldehidi, kao to su acetaldehid i furfural, pri

    emu nastaju smole drukijih mehanikih i fizikih svojstava.

    Fenol-formaldehidne smole se najveim dijelom upotrebljavaju za izradu razliitih predmeta

    preanjem, zatim u industriji premaznih sredstava, sintetikih ljepila, openito kao veziva, te

    kao ionski izmjenjivai.

    Priprema rezola (katalizator 25 %-tni NH4OH)

    U tikvicu se stavi 18,8 g tehnikog g fenola (1 mol), ulije 18,4 mL (1,1 mol) 36 % -tne vodene

    otopine formaldehida i poslije temeljitog mijeanja mase doda se 1,92 mL (0,13 mol) 25 %-

    tnog amonijaka. Zatim se reakcijskasmjesa zagrijava do vrenja (temperatura kupelji oko 100

    C) i to se odrava u cijelom periodu kondenzacije (oko 40 minuta). Za poetak kondenzacije

    se uzima trenutak poetka kljuanja. U procesu kondenzacije tekuina se zamuuje i razdvaja

    u dva sloja. Po zavrenoj kondenzaciji mijeanje se prekine, iskljui grijanje, te odmah kad se

    slojevi razdvoje (za oko 15-20 minuta) odstraniti gornji vodeni sloj pomou pasterove pipete.

    Nakon to je voda odstranjena, u reakcijsku smjesu se doda 0,12 g (0,002 mol) stearinske

    kiseline i 10 mL smjese alkohola i toluena u volumnom omjeru 9:1. Ako se smola otapa

    suvie sporo, mogue je ubrzati proces zagrijavanjem tikvice na kupelji s povratnim hladilom.

    Za vrijeme otapanja smjesa se mijea. Otopina smole se prenese na sahatno staklo ili u drugu

    plastinu au i odredi iskoritenje.

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    12

    c) Sinteza polimera tipa bakelita

    Osim fenola kao polazna supstanca se moe koristiti i rezorcinol. Nastali produkt je

    slian baakelitu.

    Slika 4 Formiranje rezorcinol-formaldehidnog polimera

    Izvagati 2,5 g rezorcinola i prebaciti u plastinu au. Zatim dodati 0,5 mL NaOH c = 3

    mol/L i 5 mL formaldehida. au ubacite u vodeno kupatilo i zagrijte do 45 50 C.

    Temperaturu kupatila provjeravati sa termometrom. Staklenim stapiem mjeati smjesu u ai

    dok se sva smjesa ne otopi. Kada smjesa postane homogena, poveati temperaturu na 55 C i

    odravati 10 min. Ugasiti izvor zagrijavanja i ostaviti smjesu da se polako ohladi. U sluaju

    da se polimer hladi bre moe doi do njegovog pucanja. Polimer ostaviti nekoiko dana da

    ovrsne, a onda izvaditi iz ae tako to au razreete.

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    13

    d) Sinteza amino-formaldehidnih smola aminoplasta Urea i polifunkcionalni amidi reaguju sa formaldehidom dajui produkte razliite strukture i

    karakteristika u zavisnosti od uslova pri kojima se reakcija odvija (pH, temperaura, vrijeme

    reakcije sinteze, molarnih odnosa reaktanata). Svi ti produkti se obino svrstavaju u urea-

    formaldehidne smole. Reaktanti se najprije polimeriziraju pri pH = 7-8 i daju smolu

    male molekulske mase, koja se upotrebljava kao ljepilo i za impregniranje tkanina. Grijanjem

    (vodeno kupatilo, 50C) uz prisustvo nekog dehidratacionog sredstva, npr. KHSO4, dolazi do

    daljnje polimerizacije i unakrsnog povezivanja te nastaje tvrdi, netaljivi produkt.

    Reakcija izmeu uree i formadlehida se odvija u dva koraka. U prvom koraku, dolazi do

    adicije formaldehida na ureu to je ustvari serija reakcija u kojima nastaju mono-, di-

    trimetilol uree. Ovaj korak se odvija pri veim pH (pH = 8-9)

    Drugi korak sinteze rea-formaldehidne smole sastoji se od kondezacije metilolurea do

    niskomolekularnih polimera. Ovaj korak je osjetljiv na pH i reakcija se deava u kiselim

    uslovima.

    Sumarna reakcija:

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    14

    Sinteza urea-formaldehidne smole uz HCl

    U au staviti 1 g uree i dodati 4,3 mL formaldehida. Zatim Pasterovom pipetom dodati

    nekoliko kapi konc. HCl. Kada se pojavi zamuenje prestati dodavati HCl i dodatie pogodno

    punilo (npr., celulozu, CaCO3), dok se ne dobije gusta smjesa. Dobivenu smjesu istresti na

    filter papir i ostavite da se osui do slijedeeg puta.

    Sinteza urea-formaldehidne smole uz NH4OH

    U dvogrlom balonu sa povratnim hladilom i termometrom se rastvori 6 g uree u 12,2 g 37%

    formaldehida i zagrijava na 50 C. Nakon toga se dodaje 0,5 mL koncentrovanog amonijaka i

    temperatura povea na 85 C. Nakon 20 minuta otopina postaje mutna i viskozna, a u isto

    vrijeme pH opada na 5. Nakon zagrijavanja od ukupno 1 sat zagrijavanje se prekida i smjesa

    ostavi da se ohladi. U balon se dodaje celuloze tek toliko da se smjesa moe prebaciti u veu

    au. Kada se smjesa prebaci u au nastavi se dodavati celuoza dok se ne doda svih 7 g.

    Smjesa se ostavi do slijedeeg termina da se osui na filter papiru. Nastali produk se dalje

    moe oblikovati tako to se smrvi i pomijea sa 1% C amonij hloridom i 1% cink stearatom

    (punilo) i umreavanje nastaje zagrijavanjem na 160 C 10 minuta i uz presovanje pri

    pritisku od 300 400 bara.

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    15

    e) Sinteza anilin-hidrohlorid-formaldehidnog polimera Mjeanjem formaldehida sa rastvorom anilin-hlorida rezultira nastajanjem crvenog gumenog

    termoplastinog polimera. Reakcija ukljuuje elektrofilnu adiciju protoniranog formaldehida

    na orto- i para-pozicije anilina. Dalja kondenzacija daje umreeni polimer povezan preko

    metilenskih grupa du cijelog polimera.

    Pripremiti anilin-hidrohloridni rastvor u ai od 250 mL mijeanjem 1,5 mL anilina i 2 mL 6

    M HCl. Pripremljeni anilinhidrohlorid ostaviti da se ohladi. U drugu au nasuti u 3 mL

    formaldehida. Kada se smjesa anilina i HCl ohladila dodati je brzo niz tapi u au

    gdje se nalazi formaldehid. Odmah poeti sa mijeanjem i vidjet ete kako smjesa postaje

    crvena i kako ovrava u toku nekoliko sekundi. Reakcija polimerizacije je egzotermna pri

    emu se razvija temperatura i do 40-50 C to nekad dovodi da povrina polimera postaje

    upljikava. Polimer isprati sa vodom i izvaditi iz ae patulom i prebaciti na sahatno

    stakolo i ostaviti da se osui.

    Napomena: Reakcija je jako egzotermna. Sve vrijeme raditi u digestoru i nositi naoale.

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    16

    1.2 Trenutno umreeni polimeri

    Sinteza trenutno umreenog polimera (PVA Slime)

    Mijeanjem rastvora Na2B4O7 i polivinilnog alkohola nastaje trenutno umreeni polimer.

    Na2B4O7 se hidrolizira u rastvoru dajui B(OH)4- ion koji reaguje sa OH grupama prisutnim

    u polivinilnom alkoholu dajui novi umreeni polimer. Veze koje povezuju boratni ion sa

    OH grupama u polivinilnom alkoholu stalno pucaju i ponovo se formiraju dajui na taj

    nain viskozni gel koji ima osobine i tenosti i vrste komponente.

    Slika 5 Reakcija nastanka trenutno umreenog polimera

    Pomou menzure odmjeriti 10 mL 4% polivinilalkohola u au od 50 mL. Dodati 2-3 kapi

    indikatora metil-crvenog (Zapazite boju). U au zatim dodati 1 mL 4% rastvora natrij

    borata i mjeati staklenim tapiem. Viak tenosti odliti u odvod. U malu au staviti

    komadi polimera i dodatie nekoliko kapi HCl c = 2 mol/dm3

    sve dok indikator ne postane

    ruiaste boje i dobro izmjeati. Tako zakiseljenom gelu dodati nekoliko kapi NaOH c =

    2 mo/dm3

    sve dok se gel ne formira ponovo. Koje je boje indikator? Objasnit ta se deava

    prilikom dodatka kiseline, a ta prilikom baze?

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    17

    1.3 Sinteza poliestera Koristei anhidrid kiseline (anhidrid ftalne kiseline) i alkohol mogu se sintetizirati dva

    kondenzacijska polimera i to linearni poliester i umreeni poliester. Kada se sintetizira

    linearni poliester alkohol koji se koristi je diol (etilen glikol) tako da alkohol i kiselina imaju

    po dva reakciona mjesta. U sluaju kada jedan od monomera ima vie od dvije sunkcionalne

    grupe polimerni lanci se mogu umreiti pri emu nastaje trodimenzionalna mrea. Alkohol

    koji se koristi da bi nastao ovakav polimer jeste triol, glicerol.

    Slika 6 Linearni polimer

    Slika 7 Umreeni polimer

    U dvije epruvete nasuti po 2 g anhidrida ftalne kiseline i 0,1 g natrijacetata. U jednu dodati 0,8

    mL etilenglikola, a u drugu dodati 0,8 mL glicerola. Obje epruvete zagrijati na pjeanom

    kupatilu do kljuanja i zadrati bar 5 minuta na toj temperaturi. Kada je zagrijavanje gotovo

    skloniti epruvete iz kupatila i dok se hlade pokuati izvui niti. Kada se epruvete ohlade do

    sobne temperature pogledajte viskozitet smjese u svakoj. Izvadite polimere iz epruveta (ako su

    dovoljno ovrsli i uporedite njihove fizikalne karakteristike.

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    18

    1.4 Linearni polimer

    Sinteza epoksidnih smola (araldita)

    6,5g smjese Na-bisfenola i 1g dietilentriamina grijati 30 minuta na temperaturi 50-60 C

    u plastinoj ai na vodenom kupatilu. Nastaje linearni polimer. Grijanjem na 60-80

    C u trajanju 1-2h

    dolazi do umreenja. Razliit stepen umreenja moe se dobiti

    mijeanjem razliitih dijelova linearnog i umreenog polimera uz zagrijavanje.

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    19

    Odgovorite na slijedea pitanja

    1. Napiite strukturne formule monomernih jedinica slijedeih polimera:

    a) polietilena c) teflona

    b) polipropilena d) polistirena

    2. Napiite reakciju nastajanja najlona-6,6.

    3. Objasnite razliku izmeu homopolimera i kopolimera?

    4. Koja je razlika izmeu adicione i kondenzacijske polimerizacije

    5. Nabrojati nekoliko prirodnih i nekoliko sintetikih polimera i objasniti razliku izmeu njih.

    ___________________________________________________________________________

    ___________________________________________________________________________

    ___________________________________________________________________________

    ___________________________________________________________________________

    ___________________________________________________________________________

    ___________________________________________________________________________

    ___________________________________________________________________________

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    20

    Veliina makromolekule

    Sintetski polimer je uvijek polidisperzan sistem makromolekula. To je sistem makromolekula

    razliitog broja ponavljanih jedinica i stoga razliitih molarnih masa. Samo su neki prirodni

    polimeri monodisperzni, kao to su to male molekule. Zbog toga je potrebno polimere

    karakterizirati pomou nekih parametara:

    __

    a) Brojana prosjena molarna masa polimera Mn, nije definirana jednoznano, jer ovisi o

    eksperimentalnoj metodi kojom se odreuje, a definira se kao uzorak koji se sastoji od N

    polimernih molekula koje sadre n1 molekula molarne mase M1, n2 molarne mase M2 itd.

    Matematiki se definie na slijedei nain:

    _

    Brojana-prosjena molarna masa je aritmetika sredina mase svih prisutnih molekula.

    Odreuje se mjerenjem koligativnih svojstava razrijeenih polimernih otopina koja direktno

    ovise o broju prisutnih molekula u otopini. Najvanije su metode mjerenje osmotskog pritiska

    pri difuziji kroz polupropusnu membranu i metode odreivanja krajnjih grupa prisutnih u

    makromolekuli.

    __

    b) Teinska prosjena molarna masa polimera Mw eksperimentalno se ee odreuje nego

    Mn, a predstavlja doprinos masi svake pojedine grupe makromolekula u polimeru, niMi .

    Ako je pretpostavljena molarna masa svih prisutnih molekula niMi, tada maseni udjel svake

    molekulske grupe iznosi:

    __ __

    Mw je uvijek vea od Mn, jer vie utie na vee molekule. Eksperimentalno se odreuje

    metodama mjerenja rasipanja svjetlosti odnosno sekundarnog zraenja na polimernim

    molekulama u otopini, te mjerenjem brzine sedimentacije polimernih molekula

    ultracentrifugiranjem.

    __ __

    c) Z-srednja vrijednost molarne mase polimera, Mz i Mz+1 pored broja i veliine estica

    uzima se u obzir i oblik estica.

    Odreuje se mjerenjem sedimentacijske ravnotee polimernih molekula ravnotenim

    ultracentrifugiranjem vrlo razrijeenih polimernih otopina.

    __

    d) Srednja viskozna vrijednost relativne molarne mase, Mv dobije se metodama mjerenja

    relativne viskoznosti polimernih rastvora prema izrazu:

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    21

    Raspodjela molarnih masa procjenjuje polidisperznost uzorka, a dobije se na temelju

    omjera masenog i brojanog prosjeka molarnih masa.

    _ _ _ _

    Naime, za monodisperzne sisteme Mw M n, dok je u polidisperznim sistemima Mw >Mn. to je razlika vea sistem je polidisperzniji. Svi sintetski polimeri su polidisperzni i za njih

    vrijedi poredak:

    _ _

    Omjer Mw >Mn naziva se omjerom heterogenosti.

    ZADACI

    1. Podaci o veliini estica polimera pokazuju slijedeu distribuciju molarnih masa:

    Broj molekula Molekulska masa

    (g/mol)

    7 17 000

    10 25 000

    16 49 000

    24 31 000

    _ _

    Izraunati Mn, Mw.

    2. Polidisperzni sistem ima slijedeu distribuciju:

    Broj molekula Molekulska masa

    (g/mol)

    1 73 000

    2 60 000

    3 30 000

    5 10 000

    _ _ _ _

    Izraunati Mn, Mw, Mz, Mz+1, PDI.

    3. Izraunajte maseni udio svake molekulske grupe nekog polimera x:

    Broj molekula Molekulska masa

    (g/mol)

    3 8 000

    7 12 320

    10 40 000

    15 42 000

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    22

    Polimer

    (koji ste sintetizirali na

    vjebama)

    Zapaanja tokom reakcije Karakteristike dobivenog

    polimera (boja, vrstoa)

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    23

    Vjeba 2: SINTEZA PROVODLJIVIH POLIMERA

    Vodljivi polimeri su po svojoj strukturi dopirani polimeri s konjugiranim dvostrukim

    vezama. Evolucija provodljivih polimera poela je 1975. godine, otkriem linearno

    konjugiranog organskog polimera, poliacetilena, od strane Shirakawa-e. Materijal je pokazao

    metalne osobine (poboljanje provodljivosti 9-13 redova veliine), a dobijen je oksidacijom

    pomou joda, to je bilo saopteno dvije godine nakon njegovog otkria. Ovo je podiglo

    veliki val aktivnosti usmjerenih ka istraivanju, sintezi i karakterizaciji ove vrste materijala,

    koji su takoer poznati pod nazivom Sintetiki metali. Ovi novi materijali kombinuju

    tipine osobine organskih polimera, kao to su mala gustoa, stabilnost pod vanjskim

    uticajima, otpornost prema koroziji i niska cijena sinteze sa provodljivou tipa metala.

    eljene osobine ovih materijala mogu biti dobijene pomou inenjerstva na molekulskom

    nivou, modificirajui poetne monomere.

    Vodljivi polimer je visoko delokalizirani elektronski sistem sa naizmjenino

    kombinovanim jednostrukim i dvostrukim vezama u osnovnoj mrei polimera.

    konjugaciju lanca polimera generiraju visoko energetski nabijene i energetski prazne

    molekulske orbitale, formirajui sistem koji lahko moe biti oksidiran ili reduciran. U veini

    sluajeva ovi polimeri su izolatori u svojim neutralnim formama i postaju provodnici samo

    poslije uvoenja elektron akceptora - donora pomou procesa nazvanog dopingovanje.

    Razlika izmeu konvencionalnih i vodljivih polimera je ta to su kod konvencionalnih

    polimera ponavljane jedinice povezane zasienom hemijskom vezom, a za vodljive polimere

    tipina je dvostruka veza.

    Konvencionalni polimer Vodljivi polimeri

    Green i Woodhead prvi su prikazali polianilin (PANI), kao lanac molekula anilina

    povezanih po principu glava rep u para poloaju aromatskog prstena. Oni su za polianilin

    rekli da ima linearno oktamernu strukturu. PANI, tipini polimer ima hemijski fleksibilne

    NH grupe u polimernom lancu koji sa strana ima dva fenilna prstena. Razliitosti u fiziko-

    hemijskim osobinama PANI-a potiu od NH grupa. Razlika u sastavu aminskih i iminskih

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    24

    segmenata stvara nekoliko oksidabilnih oblika ovog materijala, poev od potpuno

    reduciranog leukoemeraldin-a do potpuno oksidiranog pernigranilin-a. Razliite forme

    PANI-a mogu biti pretvarane iz jedne u drugu jednostavnim redoks metodama. Izmeu

    nekoliko moguih oksidabilnih formi, 50% oksidirana forma polianilina u obliku

    emeraldinske soli pokazuje dobru provodljivost.

    KOD EMERALDINSKE SOLI OBRNUT JE REDOSLIJED SLOVA n i i.

    Sinteza polianilina (PANI) Postoje dvije osnovne metode za sintezu polianilina. Prva je direktna oksidacija anilina

    hemijskim oksidansima, a drugi nain je elektrooksidacija na inertnoj elektrodi.

    PANI, tanije reeno emeraldinska so, moe se lahko dobiti u obliku tamnozelene prakaste

    tvari polimerizacijom anilina u vodenom rastvoru, koristei oksidirajua sredstva kao to su

    amonijum peroksidisulfat, kalijum jodat, hidrogen peroksid, kalijum dihromat itd. Glavna

    prednost hemijske sinteze polianilina je jednostavnost i mogunost dobijanja velike koliine

    produkta. Reakcija se obino izvodi u kiselom mediju pri pH = 0 2. U sluaju da se eli

    dobiti produkt velike molekulske mase, reakcija se treba izvoditi na niim temperaturama

    (-15 C do 5 C ).

    Generalno kada se radi o hemijskoj sintezi polianilina, anilin se rastvori u vodi ili

    vodenom rastvoru neke od kiselina, HCl, H2SO4, HClO4 itd., u eljenoj koncentraciji i

    termostatira na odreenoj temperaturi. Polimerizacija zapoinje dodavanjem prethodno

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    25

    termostatiranog rastvora oksidansa u rastvor anilina uz mijeanje, a nakon odreenog

    vremena, u zavisnosti od temperature pri kojoj se polimerizacija odvija, nastaje polianilin u

    formi emeraldinske soli (ES). Dobijeni produkt se filtrira, ispere vodom ili razblaenim

    rastvorom kiseline, a onda nekim organskim rastvaraem i sui pod vakuumom u toku 48

    sati. Poliemeraldinska baza (EB) moe se dobiti ako se ES u prakastom obliku rastvori u

    0,05 M NH4OH i dri tako 10-12 sati. Tamnoplavi prah EB se dalje ispira sa 0,05 M

    NH4OH i sui pod vakuumom.

    Mehanizam polimerizacije

    Velik broj naina na koje se moe pripremiti PANI uzrokuje to da se produkti dobijeni na

    razliite naine uveliko razlikuju po svojim osobinama. Mehanizam i kinetika formiranja

    PANI se iroko izuavaju radi identifikacije postojeih meustadija i prisutnih

    meuprodukata. Ova saznanja su neophodna da bi se mogla objasniti korelacija izmeu

    moguih mehanizama odvijanja reakcije i osobina dobijenih polimernih produkata. Opisani

    mehanizmi polimerizacije anilina obino su praeni elektrohemijskim metodama. Razni

    mehanizmi polimerizacije i elektrohemijski aspekti nastajanja polianilina predstavljeni su od

    strane razliitih autora, u zavisnosti od procedure koja je koritena za sintezu PANI-a.

    Najprihvaeniji prvi korak mehanizma polimerizacije je stvaranje kationskih radikala koji su

    stabilizirani rezonancijom, a predstavljeni su u sljedeoj shemi:

    Shema 1. Nastajanje radikal kationa i njegova stabilizacija rezonancijom

    Mohilner i saradnici su bili prvi koji su predvidjeli da se u kiselom mediju (H2SO4, pH =

    2-5), oksidacija anilina odvija tako da se lanci polimera uglavnom vezuju u para poloaju.

    Iako vezivanje u para poloaju nije jedino, vezivanje u orto poloaju moe voditi niskom

    prinosu produkata. Prvi intermedijer u reakciji sklon je daljnjoj oksidaciji ili moe

    reagirati sa nekim slobodnim monomerom. Utemeljeno na rezultatima ciklike voltametrije,

    Yang i Bard su zakljuili da je dimer (p-aminodifenilamin) prvi intermedijerni produkt u

    reakciji.

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    26

    Shema 2 Formiranje p-aminodifenilamina od monomernih radikal kationa.

    Sljedei koraci u polimerizaciji p-aminodifenilamina odvijaju se vrlo brzo, a Mohilner i

    saradnici su zakljuili da se proces odvija tako to se formiraju tetrameri, a onda oktameri

    ija polimerizacija u konanici predstavlja strukturu emeraldina. Mehanizam polimerizacije

    se karakterizira kao autokatalitiki zbog toga to se elektrooksidacija oligomera odvija na

    manje pozitivnim potencijalima nego to je to potrebno za anilinske monomere. Takav

    autokatalitiki efekat je jedino mogu u vodenim rastvorima koji su dovoljno kiseli.

    Eksperimentalni dio:

    Hemikalije i reagensi Pribor

    Anilin-hidrohlorid c = 0,05 M, 100 mL aa 400 mL Kalij-dihromat c = 0,025 M, 100 mL Odmjerni sudovi 100 mL x 2 HCl c = 1 ili 2 M, 250 mL Magnetna mijealica HNO3 konc. Buchnerov lijevak Pirol c = 0,043 M Stakleni tapi FeCl3 c = 0,1 M Menzura Pripremiti rastvore anilin-hidrohlorida c = 0,05 M u odmjerni sud od 100 mL i rastvor kalij

    dihromata c = 0,025 M sa 1 M HCl u odmjerni sud od 100 mL. U reakcionu au sipati 100

    mL prethodno pripremljenog anilin-hidrohlorida i ukljuiti mijeanje. Odmah zatim doda se

    i 100 mL oksidansa i zabiljei vrijeme. Nakon jednosatnog mijeanja, dobiveni polianilin

    ostavi se da stoji 24 h, nakon ega se profiltrira kroz Buchnerov lijevak, ispira vodom i na

    kraju kiselinom sa kojom su pravljeni poetni rastvori. Vlani polianilin se sui na zraku.

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    27

    Sinteza polipirola

    Polipirol je provodljivi polimer nastao vezivanjem pirolovih prstenova. Moe se pripremiti

    hemijski i elektrohemijski. Prva hemijski inicirana polimerizacija pirola opisana je 1888.

    godine, a elektrohemijska 1957. Elektrohemijski i hemijski iniciranom polimerizacijom pirola

    direktno se dobija dopiran, odnosno elektroprovodljivi polimer. Elektrohemijskom

    polimerizacijom polipirola dobija se polipirol u obliku filma debljine 0,01 do 30 m, ija

    svojstva zavise od izbora rastvaraa, elektrolita i gustine struje.

    Slika 8 Struktura polipirola

    Slika 9 Mehanizam nastanka polipirola

    Polipirol se hemijski sintetizira u vodi (50 mL) mijeanjem rastvora pirola (0,043 M) sa

    oksidirajuim rastvorom FeCl3 (0,1 M). Sinteza se odvija na 5-7 C. Rastvor pirola se uva u

    vodenom kupatilu prije dodatka FeCl3 (16,25 g). Molarni odnos izmeu FeCl3/pirol = 2,3.

    Poto je reakcija egzotermna, FeCl3 se dodaje u manjim porcijama pri niim temperaturama i

    u atmosferi azota.

    Slika 10 Rakcija sinteze polipirola u vodenom rastvoru sa FeCl3

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    28

    Zadaci:

    1. Izraunati koliko je potrebno otpipetirati anilina za pripremu 100 mL rastvora

    koncentracije c = 0,05 mol/dm3.

    2. Izraunati koliko je potrebno odvagati K2Cr2O7 za pripremu 100 mL rastvora

    koncentracije c = 0,025 mol/dm3.

    3. Izraunati koliko je potrebno otpipetirati pirola za pripremu 50 mL rastvora

    koncentracije c = 0,043 mol/dm3.

    4. Izraunati koliko je potrebno odvagati FeCl3 za pripremu 50 mL rastvora koncentracije

    c = 0,1 mol/dm3.

    NAPOMENA. Sav raun koji je potreban da se uradi vjeba uraditi prije vjebe. Sve

    rastvore za sintezu polianilina napraviti u HCl koncentracije koju odredi asistent.

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    29

    Odreivanje molekulske mase

    Broj ponavljajuih jedinica u nekoj polimernoj molekuli naziva se stepen polimerizacije

    (DP, eng. degree of polymerization). Umnoak DP i molekulske mase ponavljane jedinice

    (M0), jednak je molekulskoj masi polimerne molekule nM:

    Jedna od metoda odreivanja molekulskih masa polimera jeste i metoda sedimentacije u

    ultracentrifugi. Matematiki se definira na slijedei nain:

    gdje je:

    ZADACI

    1. Ponavljajua jedinica polipropilena ima molekulsku masu M0 = 3Ar(C) + 6xAr(H) =

    3x12,01 g/mol + 6 x 1,008 g/mol = 42,08 g/mol. Izraunati stepen polimerizacije ako je

    srednja molekulska masa Mn = 33040 g/mol.

    2. Izraunati molekulsku masu ponavljajue jedinice kopolimera ako je stepen polimerizacije

    4425, a srednja brojana molekulska masa tog kopolimera 350 000 g/mol.

    3. Na 20 C katalaza ima koeficijent sedimentacije s = 11,3 x 10 -13

    s. Gustoa vode je 0,998

    g/mL, specifini parcijalni volumen 0,715 mL/g, a molekulska masa 2,36 x 105

    g/mol.

    Izraunati koeficijent difuzije.

    4. Albumin ljudskog seruma ima koeficijent sedimentacije 4,60 x 10-13

    s, koeficijent difuzije

    6,10 x 10-7

    cm2/s, specifini parcijalni volumen 0,733 mL/g. Gustoa je 0,998 g/mL.

    Izraunati molekulsku masu albumina.

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    30

    Izvjetaj

    Polimer koji ste

    sintetizirali

    Zapaanja tokom reakcije sinteze polimera

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    31

    Vjeba br 3: SINTEZA RAYON-A PRVOG SINTETIKOG VLAKNA

    Rayon je regenerirano celulozno vlakno. Nastao je iz prirodnog polimera (celuloze), ali ne

    spada ni u prava sintetika vlakna, a ni u prirodna. Za njega se moe rei da je polusintetiko

    ili vjetako vlakno. U tekstilnoj industriji poznat je pod imenom viskozni rayon ili vjetaka

    svila.

    Eksperimentalni dio:

    Hemikalije i reagensi Pribor i oprema

    Bakarsulfat pentahidrat (CuSO4 x 5H2O) Erlenmajerova tikvica 250 mL x 2

    Natrij-hidroksid (NaOH) aa 200 mL, 400 mL

    Amonij-hidroksid (NH4OH) koncentrirani Pipeta 10 mL

    1,6 M sulfatna kiselina (H2SO4) Vakuum pumpa

    Filter papir (kao izvor celuloze) Magnetna mijealica

    U ai od 200 mL rastvoriti 2,5 g CuSO4 x 5 H2O u 10 mL vode. U drugoj ai rastvoriti 0,8

    g NaOH u 20 mL destilirane vode i ohladiti pripremljeni rastvor NaOH na ledenom kupatilu.

    Pomijeati hladni rastvor NaOH sa rastvorom CuSO4. Nastali elatinozni precipitat Cu(OH)2

    odvojiti filtriranjem i isprati tri puta sa po 10 mL destilovane vode. U Erlenmayerovu

    tikvicu od 250 mL odmjeriti 10 mL koncentriranog NH4OH i dodati prethodno dobiveni

    Cu(OH)2, te izvagani i isitnjeni filter papir. Erlenmayerovu tikvicu staviti na magnetnu

    mijealicu i mijeati dok se sav filter papir ne otopi (oko 30 min). U sluaju da je nastala vrlo

    gusta smjesa, dodati par kapi koncentriranog NH4OH. U drugu Erlenmayerovu tikvicu od

    250 mL sipati oko 50 mL 1,6 M H2SO4. Pomou pasterove pipete prenijeti dobivenu smjesu

    iz prve Erlenmajerove tikvice i lagano staklenim tapiem nastalo vlakno potopiti u kiselinu.

    Kada nastalo vlakno dobije bijelu boju, viak kiseline dekantirati u odvod. Isprati

    vlakno nekoliko puta sa vodom i ostaviti da se osui do slijedeeg puta. Kada je vlakno suho,

    izvagati njegovu masu.

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    32

    Odreivanje molekulske mase makromolekula-nastavak

    Jedna od metoda odreivanja molekulskih masa jeste pomou elektroforeze. Elektroforetska

    pokretljivost se definira na slijedei nain:

    gdje je:

    ZADACI

    1. Relativna elektroforetska pokretljivost nekoliko proteinSDS kompleksa na

    poliakrilamidnom gelu je:

    Protein Molekulska masa

    (g/mol)

    Elektroforetska

    pokretljivost log (M. mase)

    A 17 200 0,95 4,24

    B 29 000 0,73 4,46

    C 33 300 0,82 4,52

    D 40 000 0,59 4,60

    E 49 000 0,50 4,69

    Grafikim putem (logaritam molarne mase prema elektroforetskoj pokretljivosti) odredite

    molekulsku masu proteina X ako je njegova elektroforetska pokretljivost 0,60.

    2. Na pH = 6,5 elektroforetska pokretljivost proteina A je 2,23 * 10-5

    cm2/sV, a proteina B

    2,63 * 10-5

    cm2/sV. Izraunati koliko je potrebno vremena da se razdvoje ova dva proteina za

    1,0 cm ako je gradijent potencijala 5,0 V/cm.

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    33

    Izvjetaj

    Vlakno koje ste

    sintetizirali

    Zapaanja tokom reakcije sinteze vlakna

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    34

    Vjeba br 4: PRIREIVANJE NITRATA CELULOZE (NITROCELULOZA)

    Primjera za prirodne polimere ima mnogo, jer imaju kljunu ulogu u gotovo svim

    biolokim procesima. Tako su poznati prirodni polimeri npr. proteini, nukleinske kiseline,

    zatim kauuk (poliizopren) i celuloza (polisaharid) koji ujedno imaju i veliku

    primjenu. U pogledu industrijskih materijala, meu prirodnim polimerima najvanija su

    vlakna biljnog i ivotinjskog porijekla (celuloza, vuna, svila).

    Celuloza je polimerna supstanca, nastala vezivanjem monomernih jedinica -D-glukoze.

    Slika 11 Struktura celuloze

    Iz strukture je vidljivo da velika molekula celuloze u svakoj svojoj monomernoj jedinici ima

    jo tri slobodne hidroksilne grupe (OH). Poznato je da je ova funkcionalna grupa hemijski

    reaktivna. Njeno prisustvo u celulozi izaziva higroskopnost celuloze. To brzo vezivanje vode

    na celulozu posljedica je formiranja vodikovih veza izmeu vode i OH grupa celuloze.

    Bez obzira na ovaj fenomen, celuloza se u vodi ne otapa.

    Ester celuloze i nitratne kiseline tj. celulozni-nitrat u praksi je poznat kao nitroceluloza.

    Celuloza sa nitratnom kiselinom formira razliite oblike hidratnih jedinjenja, ukoliko je

    koncentracija nitratne kiseline ispod 60%. Sa jaom kiselinom poinje reakcija nastajanja

    istih estera tako da sa puljivom nitratnom kiselinom prinos nitroestera iznosi 95%.

    Slika 12 Struktura nitroceluloze

    Nitroceluloza je vrlo zapaljiva komponenta koja nastaje nitriranjem celuloze

    koncentriranom nitratnom kiselinom uz sulfatnu kiselinu ili pak nekim drugim

    nitratnim reagensom (npr. sulfatna kiselina i kalij-nitrat).

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    35

    Proces koristi nitratnu kiselinu da preobrazi celulozu u nitrocelulozu i vodu:

    3nHNO3 + (C6H7O2(OH)3)n (C6H7(NO2)3O5)n + 3H2O

    Sulfatna kiselina prisutna je kao katalizator, vee vodu koja nastaje u toku

    reakcije, poveava napon para nitratne kiseline i izaziva jako bubrenje celuloze, to

    omoguava prodiranje molekula HNO3 unutar vlakna. Reakcija je prvog reda i odvija

    se elektrofilnom supstitucijom na C-OH centre celuloze.

    Upotreba

    Nitrocelulozne membrane ili papir koriste se za imobilizaciju nukleinskih kiselina u

    Southern blots (metod koji se koristi u molekularnoj biologiji pri sekvencioniranju DNA)

    i Northern blots, kao i za imobilizaciju proteina u Western blots (analitika tehnika

    koja se koristi za detekciju specifinih proteina u uzorcima tkiva). Ova tehnika

    koristi gel elektroforezu za razdvajanje nativnih od denaturiranih proteina na osnovu

    duine lanca polipeptida ili na osnovu trodimenzionalne (3-D) strukture proteina.

    Proteini prelaze na membranu koja je od nitroceluloze gdje se detektuju koritenjem

    specifinih antitijela za ciljani protein. Nitroceluloza se takoer koristi u dijagnostikim

    imuno-testovima. Za praktinu primjenu nitroceluloze od velikog znaaja su stepen

    nitriranja i viskoznost njenog rastvora koja je funkcija molekulske mase, odnosno stepena

    polimerizacije. Stepen nitriranja najee se izraava kroz sadraj nitrogena, a od toga

    zavisi i primjena nitroceluloze. Tabela 1 Primjena nitroceluloze u zavisnosti od sadraja azota

    Sadraj azota Primjena Rastvarai

    10,7-11,2 Plastine mase Etanol 11,2-11,7 Lakovi Metanol, aceton, eter-alkohol 11,8-12,3 Lakovi, filmovi, ljepila Metanol, aceton, eter-alkohol 12,0-13,5 Bezdimni barut Aceton

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    36

    Eksperimentalni dio:

    Hemikalije i reagensi Pribor i oprema

    Koncentrirana H2SO4 aa od 400 ml

    Koncentrirana HNO3 Pipeta od 5 mL i 10 mL

    Aceton CH3COCH3 Filter papir

    Vata Fen

    Destilirana voda Stakleni tapi

    Rezorcinol Sahatno staklo

    Difenilamin 1% u H2SO4

    U au od 400 mL pripremiti smjesu za nitriranje tako to ete otpipetirati 10 mL

    konc. H2SO4 i 5 mL konc. HNO3. Kada se smjesa ohladi, dodati prethodno odvagano 0,5 g

    vate i potopiti je. Nakon tri minute mijeanja dekantirati smjesu kiselina u odvod, a zatim

    dobro isprati preparat vodom. Nakon ispiranja dobivenu nitrocelulozu prvo suiti

    presovanjem (izmeu dva filter papira), a zatim fenom.

    Otapanje celuloze

    Nitroceluloza se otapa u organskim rastvaraima, prije svega u acetonu, te u smjesi

    alkohol-eter. Zbog toga to su rastvori koloidne prirode, nitroceluloza, koja se regenerira

    iz ovih rastvora esto se naziva kolodijum. U prisustvu viih ketona gradi adicione spojeve,

    pa iz tog razloga ima vanu ulogu kao omekiva pri preradi celuloze.

    Dokazivanje nitroceluloze

    1. Rastvoriti nekoliko komadia nitroceluloze u konc. H2SO4 i dodati par kristalia rezorcinola. Kao rezultat prisustva nitroceluloze nastaje prvo tamno crveno, a nakon

    par minuta plavo-ljubiasto obojenje.

    2. Mali komadi nitroceluloze staviti u rastvor 1% difenilamina u H2SO4 u epruveti. Kao rezultat prisustva nitroceluloze razvija se tamnoplava boja.

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    37

    Odgovorite na slijedea pitanja:

    1. Zato se prilikom sinteze nitroceluloze koristi H2SO4?

    2. Koju upotrebu ima nitroceluloza?

    3. U sluaju da se pri sintezi nitroceluloze koristi smjesa za nitriranje (HNO3/H2SO4) sa

    veim udjelom acetatne kiseline, kakva nitroceluloza bi nastala?

    ________________________________________________________________

    ________________________________________________________________

    ZADACI

    1. Odrediti minimalnu molekulsku masu proteina koji sadri 0,8% cisteina.

    2. Ceruloplazmin je protein u krvnoj plazmi koji sadri 0,33% bakra po teini. Izraunati:

    a) minimalnu molekulsku masu

    b) Stvarna molekulska masa ceruloplazmina je 150 000 g/mol. Koliko atoma bakra

    sadri svaka molekula proteina?

    3. Odrediti minimalnu molekulsku masu proteina koji sadri 0,5% metionina.

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    38

    Rezultati vjebe :

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    39

    Vjeba br. 5: SINTEZA CELULOZNOG ACETATA

    Reakcijom anhidrida acetatne kiseline sa celulozom u prisustvu katalizatora (H2SO4,

    ZnCl2, HClO4) nastaju esteri celuloze acetilceluloza ili pravilnije celulozni acetat.

    (C6H7O2(OH)3)n+ 3n(CH3CO)2O (C6H7O2(OCOCH3))n + 3nCH3COOH

    Slika 13 Struktura acetatne celuloze

    Acetatna kiselina, a i njen anhidrid predstavljaju slabe reagense za celulozu, jer ne mogu

    da prodru u kristalina podruja celuloze. Meutim, katalizatori kao npr. sulfatna kiselina,

    kao i jo neki elektroliti formiraju sa celulozom adicione spojeve, pri emu dolazi do

    bubrenja. U tako razorene kristaline strukture prodire anhidrid, pri emu dolazi do

    acetiliranja.

    Osobine celuloznog acetata odreene su uglavnom stepenom zamjene i u znatnoj mjeri

    stepenom polimerizacije. Stepen zamjene utie na hemijske osobine, rastvorljivost i na

    sposobnost kristalizacije. Triacetat celuloze primjenjuje se za izradu elektroizolacionih

    folija i filmova za fotografske svrhe. Djelimino osapunjeni triacetat sa 59,5-60,5%-tnim

    sadrajem vezane acetatne kiseline, koristi se kao polimerni materijal, koji ne gori, te u

    izvjesnim sluajevima uspjeno zamjenjuje celulozni nitrat. Za proizvodnju acetatne svile i

    lakova primjenjuje se samo sekundarni acetat, koji sadri 50 -56% vezane acetatne kiseline.

    Primjena celuloznih acetata uglavnom obuhvata ona podruja, gdje se koristi i

    nitroceluloza.

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    40

    Eksperimentalni dio

    Hemikalije i reagensi Pribor i orema

    Glacijalna acetatna kiselina Balon ravnog dna sa lifovanim epom od 50 i 100 mL

    Koncentrirana H2SO4 aa od 250 mL

    Acet-anhidrid aa od 400 mL

    Dihlormetan Stakleni tapi

    Metanol Elektrini reo

    Destilirana voda

    Procedura:

    a) Acetiliranje celuloze

    U Erlenmeyerovu tikvicu sa lifovanim epom od 100 mL potopi se u smjesu od 10 mL

    glacijalne acetatne kiseline i 4 kapi sulfatne kiseline, 0,25 g vate ili isjeckanog filter

    papira. Sadraj tikvice se intenzivno mijea u toku 20-30 minuta. Nakon toga, u tikvicu

    se doda smjesa od 10 mL 95% acet-anhidrida i 4 mL glacijalne acetatne kiseline. Tikvica

    se zatvori i postavi na vodeno kupatilo na 50 C. Celuloza se razlae u toku 15 minuta, a

    reakcija se zavrava nakon dodatnih 15 minuta.

    Ovo je tzv primarni rastvor.

    b) Pripremanje triacetat-celuloze

    12,5 mL 80% acetatne kiseline dodavati lagano uz mijeanje u primarni rastvor u cilju

    uklanjanja zaostalog anhidrida acetatne kiseline. Rastvor se uva na 60 C jo 15 minuta na

    vodenom kupatilu i prebacuje u au od 400 mL. U manjim porcijama uz mijeanje dodati 80

    mL destilirane vode. Nakon to je dodana sva voda, triacetat-celuloze pojavljuje se kao

    bijeli prah. Produkt se filtrira iz razrijeene acetatne kiseline, ispira sa jo 200 mL vode do

    neutralne reakcije. Triacetat-celuloze se sui u sunici na 105 C. Produkt je topljiv u

    dihlormetanu/metanolu (9:1), ali nije topljiv u acetonu.

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    41

    Pitanja i zadaci:

    1. Koliki volumen koncentrirane acetatne kiseline treba otpipetirati za pripremu 12,5 mL 80

    % acetatne kiseline?

    2. Zato se upotrebljava celuloza-acetat?

    Rezultati vjebe:

    ________________________________________________________________

    ________________________________________________________________

    ________________________________________________________________

    ________________________________________________________________

    ________________________________________________________________

    ________________________________________________________________

    ________________________________________________________________

    ________________________________________________________________

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    42

    Vjeba br. 6: SINTEZA NATRIJ-KARBOKSIMETIL CELULOZE

    Natrij-karboksimetil celuloza je najvaniji komercijalni eter celuloze. Sintetizira se reakcijom

    celuloze sa monohloracetatnom kiselinom ili natrij-monohloracetatom u prisustvu NaOH.

    Sinteza se odvija u dva koraka.

    U prvom koraku celuloza se tretira sa NaOH u prisustvu nekog inertnog rastvaraa koji

    omoguava ulazak NaOH u strukturu celuloze. Ovaj korak se odvija na sobnoj temperaturi, jer

    temperatura pri kojoj se odvija sinteza utie na kvalitet krajnjeg produkta. Takva alkalna

    celuloza moe reagirati sa monohloracetatnom kiselinom ili njenom soli (natrijmonohlor

    acetatna kiselina, drugi korak sinteze). Ovaj dio sinteze provodi se na temperaturi oko 70 C u

    vodenom mediju.

    C6H7O2(OH)3 x NaOH + ClCH2COONa C6H7O2(OH)2OCH2COONa + NaCl + H2O

    Istovremeno sa ovom reakcijom se deava i sporedna reakcija saponifikacije natrijumove soli

    monohlorsiretne kiseline i baze:

    ClCH2COONa + NaOH HOCH2COONa + NaCl

    R = H ili CH2COONa

    Slika 14 Skraeni prikaz strukture natrijkarboksimetilceluloze

    Karboksimetil celuloza je tvrda bijela ili ukasta materija, bez mirisa, u obliku vlakana ili

    praha. Budui da ima niz dobrih osobina kao to su: hidrofilni karakter, visoka viskoznost

    razblaenh rastvora, lako obrazuje folije, nije otrovna danas je teko nai oblast industrije u

    kojoj se ne primjenjuje.

    Eksperimentani dio

    Hemikalije i reagensi Pribor i oprema

    Celuloza Erlenmeyerova tikvica

    NaOH 5 % Menzura

    2-propanol Magnetna mijealica

    Natrij-monohloracetat ili monohloracetatna kiselina Vodeno kupatilo

    HCl 1M Buchnerov lijevak

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    43

    U Erlenmeyerovu tikvicu nasuti 1 g celuloze, 4 mL 5% NaOH i 20 mL 2-propanola. Tikvicu

    postaviti na magnetnu mijealicu. Celuloza se alkalizira na sobnoj temperaturi u toku jednog

    sata. Nakon to se celuloza alkalizirala doda se 1,5 g monohloracetatne kiseline ili natrij-

    monohloracetata. Tikvica se stavi na vodeno kupatilo i temperatura kupatila odrava na 60 C

    (tikvica je uronjena u vodeno kupatilo koje se nalazi na mijealici) u toku 3 sata. Nakon toga,

    se u tikvicu dodaje 4 mL smjese 2-propanol + 1 M HCl (1:1). Talog koji nastane profiltrirati

    kroz Buchnerov lijevak i isprati viak kiseline sa dosta destilirane vode do neutralne reakcije.

    Ostatak nakon filtriranja se ostavi da se osui na zraku nekoliko dana.

    Odreivanje molekulske mase preko unutranjeg viskoziteta

    Molarna masa polimera povezana je sa viskoznou polimerne otopine preko unutranje

    viskoznosti [], Mark-Houwinkovom jednainom:

    KM

    gdje je M molarna masa polimera, a K i su empirijske konstante koje ovise o vrsti polimera i

    otapala. Vrijednost zavisi od oblika ili geometrije polimera: = 0 za molekule sfernog

    (krunog) oblika, = 0,5 za spiralne (uvijene) i 1,8 za linearne (vlaknaste) polimere.

    1. Izraunati konstantu K za molekulu hemoglobina koja ima oblik spirale ako eksperimentalno izmjeren unutranji viskozitet iznosi 19 mL/g. Molarna masa molekule

    hemoglobina je 64 450 g/mol.

    2. Unutranji viskozitet polistirena u benzenu na 25 C je 5,27 dL/g, a 1,39 dL/g u smjesi metanol-toluen. Izraunajte molekulsku masu polistirena (u oba sistema) uzimajui da je

    K = 9,71 x 10-5

    i = 0,74 za benzen, a K = 8,81 x 10-4

    i = 0,5 za smjesu metanol-

    toluen.

    Rezultati vjebe :

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    44

    Vjeba br. 7: PRAENJE PROCESA HETEROGENE DIMERIZACIJE

    UREE I GLUKOZE KRIOSKOPSKOM METODOM

    Braun chemistry bavi se fenomenima zacrnjenja nekih hranjivih tvari pri izlaganju

    povienoj temperaturi. Kao primjer mogu se navesti reakcije karbohidrata ili lipida sa

    spojevima koji imaju NH2 grupu. Jedan od najjednostavnijih primjera je reakcija uree

    i glukoze na povienoj temperaturi, a jedan od naina da se utvrdi da dolazi do reakcije pri

    tim uslovima je odreivanje take ledita produkta nastalog izlaganjem reakcione smjese

    povienoj temperaturi razliito vrijeme. Za ovu vjebu nije potrebno mjerenje tog vremena,

    jer se moe odreivati temperatura ledita svijetlo smeeg produkta (koji se dobije na

    samom poetku grijanja), smeeg, te crnog produkta koji se dobije duim grijanjem.

    Eksperimentalni dio:

    Hemikalije i reagensi Pribor i oprema

    Urea Porculanska zdjelica Glukoza monohidrat Stakleni tapi Destilirana voda Elektrini reo Kuhinjska so aa od 50 mL Led Aparatura za krioskopiju

    1. Potrebno je istaliti prethodno odvaganih 6 g uree u porculanskoj zdjelici (preko

    azbestne mreice);

    2. Zatim uz mijeanje dodavati na talinu prethodno odvaganih 18 g glukoze;

    3. Kada se uoe promjene boje (svijetlo uta boja) reakcione smjese prestati zagrijavati i

    skloniti porculansku zdjelicu na hladnu azbestnu mreicu;

    4. Staklenim tapiem prenijeti u prethodno izvaganu malu au 5 g produkta i dodati

    20 mL destilirane vode;

    5. Kada se smjesa rastvorila u vodi prebaciti je u staklenu posudu za mjerenje take

    ledita i ubaciti termometar;

    6. Staklenu posudu sa smjesom ubaciti u plastinu posudu u kojoj se nalazi smjesa

    leda, vode i soli;

    7. Krunim pokretima mijeati staklenu posudu sa sadrajem u smjesi leda i vode;

    8. Kada ponu da se stvaraju kristali oitati temperaturu ledita;

    9. Ostatak smjese u porculanskoj zdjelici zagrijavati do svjetlo smee boje i cijeli postupak

    ponoviti;

    10. Kada se izmjeri i druga taka ledita, ostatak smjese ponovo zagrijavati do tamno-

    smee boje i ponoviti postupak mjerenja, a na kraju ostatak smjese zagrijati do crne

    boje i izmjeriti taku ledita.

    Takoer odrediti temperaturu ledita slijedeih smjesa A i B:

    1. Pomijeati prethodno izvagano 1,8 g glukoze + 0,6 g uree i sve otopiti u 20 mL

    destilirane vode;

    2. Izmjeriti taku ledita dobivene smjese A;

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    45

    3. Isti postupak uraditi i za prethodno izvagano 3,6 g glukoze + 1,2 g uree otopljeno u 20

    mL destilirane vode. Izmjeriti taku ledita dobivene smjese B.

    Odgovorite na slijedea pitanja:

    1. Koliku masu glukoza-monohidrata treba odvagati ako je potrebno 18 g glukoze?

    2. Koliku masu glukoza-monohidrata treba odvagati za smjesu A ako je potrebno 1,8 g

    glukoze?

    3. Koliku masu glukoza-monohidrata treba odvagati za smjesu B ako je potrebno 3,6 g

    glukoze?

    4. Izraunati ukupne molalitete smjesa A i B.

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    46

    Rezultati vjebe :

    Take ledita:

    1.

    2.

    3.

    4.

    Take ledita smjesa A i B:

    A.

    B.

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    47

    Vjeba br. 8: FLOKULACIJA MAGNETOKOLOIDA

    Koloidi (ili koloidne disperzije, koloidni rastvori, sistemi) su smjese kod kojih

    dispergovane estice imaju veliinu 1 -102

    nm. Koloidni rastvori prema veliini estica se

    nalaze izmeu pravih rastvora i grubo disperznih sistema. Izraz koloid je u hemiju uveo

    engleski naunik Thomas Graham, od grke rijei klla koja znai tutkalo. Koloidi se

    stabiliziraju zahvaljujui prisustvu elektrinog naboja na povrini estica i sloju

    molekula rastvaraa. Svaki koloid se sastoji od dva dijela: koloidne estice i disperznog

    sredstva. Disperzno sredstvo je supstanca u kojoj je koloidna estica rasprena. Npr., u

    mutnoj vodi koloidne estice su sitni pijesak, a disperzno sredstvo je voda u kojoj su

    estice rasprene. Zbog toga se razlikuju liofobni koloidi (koji se ne obavijaju molekulama

    rastvaraa) i liofilni koloidi (obavijeni molekulama rastvaraa). Ako je rastvara

    (disperzno sredstvo) voda, nazivaju se hidrofobni i hidrofilni koloidi. Koloidi mogu

    nastati gotovo iz svih kombinacija gasa, tenosti i vrste tvari.

    Eksperimentalni dio:

    Hemikalije i reagensi: Pribor i oprema:

    FeCl3 x 6H2O aa od 100 i 250 mL FeSO4 x 7H2O Menzura od 50 ili 100 mL Destilirana voda Pipeta od 1 i 10 mL Celulozni prah Lijevak Rastvor amonijaka Stakleni tapi Erlenmeyerova tikvica od 100 mL

    Otopiti 4,84 g FeCl3 x 6H2O u 20 mL vode u ai, kao i 2,48 g FeSO4 x 7H2O takoer u 20

    mL vode u drugoj ai. Pomijeati rastvore i upariti na polovinu poetnog volumena. Nakon

    toga, razrijediti sa 50 mL destilirane vode i dodati 1 g celuloznog praha, promijeati, ostaviti

    da se talog slegne i profiltrirati. U Erlenmeyerovoj tikvici pripremiti 1 0 mL 2,5 %

    vodenog rastvora amonijaka, tome dodati vlanu celulozu (talog koji je zaostao na filter

    papiru) i dobro izmijeati. Dobije se mrko obojeni magnetit, koji se hvata na magnet sa

    vanjske strane tikvice.

    Disperzno sredstvo

    Dispergovani u gasu

    Dispergovani u tenosti

    Dispergovani u vrstom

    Gas (mjehurii) Nije mogue

    Pjena: gazirani sok, umueno bjelance

    vrsta pjena : gips

    Tenost (kapi)

    Magla: izmaglica, oblaci, sprej za kosu

    Emulzija: mlijeko, krv, majoneza Puter, sir

    vrsto Dim: praina, industrijski dim Soli i gelovi: elatin, rastvor kroba

    vrsto: obojeno staklo, porcelan

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    48

    1. Koliki volumen treba otpipetirati za pripremu 10 mL 2,5 % NH4OH?

    Rezultati vjebe :

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    49

    Vjeba br. 9: IZOLACIJA DNA

    Nukleinske kiseline su velika grupa prirodnih polimera. One sadre podatke kako

    organizam treba biti konstruisan i kako treba da funkcionira. U jezgri svake elije sadrane

    su potrebne informacije u obliku polimerne molekule koja se zove

    dezoksiribonukleinska kiselina (DNA). DNA se sastoji od dva komplementarna lanca,

    meusobno povezana vodikovim vezama u dvostruku zavojnicu (spiralu). Dijelovi tog

    lanca se kopiraju kao ribonukleinska kiselina (RNA). Nukleinske kiseline su velike

    molekule s relativnom molekulskom masom oko 109. Hidrolizom nukleinskih kiselina

    dobivaju se tri komponente: monosaharidi, heterocikline azotne baze i fosfat.

    Monosaharidi koji ulaze u sastav nukleinskih kiselina (NK) su D-riboza (u RNA) ili 2-

    deoksi-D-riboza (u DNA). Obje NK sadre eer u furanoznom obliku.

    Baze koje ulaze u sastav nukleinskih kiselina su heterocikliki aromatski amini. Prema

    osnovnom spoju od kojeg se odvode, purinu ili pirimidinu, nazivaju se purinske (adenin i

    gvanin) i pirimidinske (citozin, timin i uracil) baze.

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    50

    Nukleozidi su spojevi koji sadre purinsku ili pirimidinsku bazu vezanu N--glikozidnom

    vezom na D-ribofuranozu ili 2-deoksi-D-ribozu. Glikozidna veza se stvara izmeu

    anomernog C1'-ugljikovog atoma riboze ili deoksiriboze i N1-atoma pirimidinske baze,

    odnosno N9- atoma purinske baze.

    Nukleotidi su esteri nukleozida esterificirani fosfornom kiselinom. Na molekuli riboze

    imaju tri OH grupe koje se mogu esterificirati i to u 2', 3' i 5' poloaju. Nukleotidi su

    najee nukleozid-5'-fosfati. Ribonukleotidi sadre ribozu, a kao baze pojavljuju se

    adenin, gvanin, citozin i uracil. Deoksiribonukleotidi sadre eer deoksiribozu, koja

    nema OH grupu na C2'-atomu. Kao baze u tim nukleotidima dolaze adenin, gvanin,

    citozin i timin.

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    51

    Prema tome, DNA nije jednostavna nego sloena molekula koja se pojavljuje u formi

    dva duga lanca nukleotida, iji su parovi baza povezani vodikovim vezama. Molekularni

    biolozi i biohemiari istrauju to je mogue vie DNA biljaka i ivotinja.

    Eksperimentalni dio

    Hemikalije i reagensi: Pribor i oprema:

    Zeleni graak, 100 g (svje ili zaleen) Tarionik

    Kuhinjska so, aa od 100 i 250 mL

    100 mL hladne vode Epruveta (vea)

    Tekui deterdent za pranje sua Cjediljka ili gaza

    Sok od ananasa Magnetna mijealica

    2-propanol Erlenmeyerova tikvica od 250 mL

    Menzura od 100 mL

    Oko 100 g graka stavi se u tarionik, doda so i oko 100 mL vode u porcijama u toku

    gnjeenja. Zelenu otopinu graka profiltrirati kroz cjediljku ili gazu u au od 250 mL. Nakon

    toga, dodati malo tekueg deterdenta i mijeati na magnetnoj mijealici 5 minuta. Dobro

    izmijeanu smjesu preliti u epruvetu da zauzme manje od jedne treine epruvete. U to dodati

    jednak volumen soka od ananasa i lagano protresti nekoliko puta. Smjesu ostaviti da stoji par

    minuta, a zatim lagano dodavati hladni etanol, tako da se ne mijea sa donjim slojem i ostaviti

    epruvetu u led. Za nekoliko minuta u gornji sloj etanola pojavit e se nitaste nakupine DNA.

    Izolirana DNA se moe uvati u alkoholu.

    Umjesto graka moe se uzeti i jabuka, banana, krompir, jagoda itd.

    Objanjenje:

    Deterdent se dodaje da bi se uklonile stanine membrane, kao i membrane stanine jezgre.

    Nakon uklanjanja staninih membrana, DNA sa proteinima ostaje u otopini. Stanine

    membrane su graene od lipida izmeu kojih su ugraeni glikoproteini.

    U soku ananasa (kao i u nekim drugim tvarima) postoje spojevi koji djeluju kao enzimi.

    Enzimi su proteini koji kataliziraju hemijske reakcije u ivim sistemima (biokatalizatori).

    DNA u jezgri je omotana oko proteina koji enzim svojim djelovanjem odstrani. Nakon

    djelovanja enzima u otopini ostaju proteini, ugljikohidrati i DNA koja se ekstrahira u etanol.

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    52

    Odgovorite na slijedea pitanja:

    1. Koji rastvara se koristi za izolaciju DNA i zato?

    2. Zato se dodaje sok od ananasa i ta se jo moe koristiti?

    3. Zato je na kraju eksperimenta potrebno hladiti smjesu u epruveti?

    4. Zato se dodaje so?

    5. Zato se dodaje deterdent?

    6. Prosjeno rastojanje izmeu zavoja -heliksa je 5,4 . Pretpostavljajui da se ova

    vrijednost moe primijeniti i na ljudsku vlas koja raste 0,6 inca/mjesec (PRETVORITI inc U

    cm), koliko zavoja -heliks napravi svake sekunde.

    Centrifuga - ugaona brzina i centrifugalno ubrzanje

    Centrifugalna sila koja djeluje na otopljenu esticu mase m je m2r, gdje je ugaona brzina

    rotora u radijanima po sekundi (rad/s), a r udaljenost od centra rotacije do estice.

    Centrifugalno ubrzanje rotora (a) je 2r. Da bi preveli ugaonu brzinu izraenu u radijanima/s

    koristimo se slijedeom matematikom formulom:

    Ponekad se ugaona brzina data kao obrtaji/min izraava u g-ovima. Da bismo izrazili

    ugaono ubrzanje u g-ovima koristimo se slijedeom formulom:

    G = 0,00001118 * r * (obrtaji/min)2

    r udaljenost od centra rotacije

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    53

    ZADACI

    1. Pri radu ultracentrifuga radi na 60 000 obrtaja/min. Izraunati ugaonu brzinu u

    radijanima/s. (r = 1)

    2. Izraunati centrifugalno ubrzanje a na mjestu udaljenom 7,4 cm od centra rotacije, ako je

    = 6280 rad/s.

    3. Ultracentrifuga radi na 50 000 obrtaja/min. Izraunati koliko je to g-ova ako je r = 7 cm..

    Rezultati vjebe:

  • HEMIJA MAKROMOLEKULA-laboratorijske vjebe

    54

    LITERATURA

    1. Adami, K., (1979), Struktura i svojstva polimera, Drutvo plastiara i gumaraca, Zagreb

    2. Braun, D., Cherdron, H., Rehahn ,M., Ritter H. i Vo B.(2005), Polymer synthesis: Theory

    and practice, Fundamentals, Methods, Experiments. Springer

    3. Chang R., (2005) PHYSICAL CHEMISTRY for the Biosciences. WILLIAMS COLLEGE.

    University Science Books; Sausalito, California; str. 599-635

    4. Ebewele, R. O., (2000), Polymer science and technology, CRC Press

    5. Ilikovi, N., 1(992), Organska hemijska tehnologija, Svjetlost, Zavod za udbenike i

    nastavna sredstva, Sarajevo.

    6. Kovai, T., (2010), Struktura i svojstva polimera, Sveuilite u Splitu, Kemijsko

    tehnoloki fakultet, Split

    7. Sun, S.T. (2004), Physical chemistry of macromolecules Basic principles and issues,

    John Wiley and Sons

    8. paniek ., urkovi, L., (2005), Materijali I (autorizirana predavanja), Sveuilite u

    Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje, Zagreb