26.03.21 г. 303, 208,201

ГРУППА 303

ТЕМА:Начала номенклатуры IUPAC.

Химическая номенклатура:

это совокупность названий индивидуальных веществ, их групп и классов, а также правила составления этих названий. Номенклатурные правила, разрабатываемые международным союзом чистой и прикладной химии (IUPAC), приняты в большинстве стран мира.

Согласно правилам IUPAC существуют следующие названия органических соединений:

- систематические

-тривиальные

- полусистематические-полутривиальные

Систематические названия полностью составляются из слов и частиц,  которые отражают определенные элементы строения молекулы и опиcывают структурные особенности соединения, например:

 

Систематическая номенклатура используется во всем мире, употребляет международную терминологию и отражает состав, а также химическое и пространственное строение соединения. 

Тривиальные названия не зависят от структуры и часто связаны с источником выделения или способом получения данного соединения. Например, яблочная кислота:

                                      

Тривиальные названия представляют собой исторически сложившиеся названий, которые отражают природный источник вещества (молочная кислота, мочевина, кофеин), характерные свойства (глицерин, гремучая кислота) или имя первооткрывателя (кетон Михлера, углеводород Чичибабина). Тривиальные названия не отражают точный состав и строение вещества, но позволяют увидеть, к какому классу соединений относится соединение. Многие тривиальные названия достаточно лаконичны, общеупотребимы и эквивалентны во всем мире, например валериановая кислота (англ.  valeric acid), ксилол (англ. xylol), пропионовый альдегид (англ. propionaldehyde). Поэтому употребление некоторых из них разрешено правилами IUPAC

В полусистематических-полутривиальных названиях лишь некоторые части применяются в систематическом смысле, например названия первых членов ряда алканов (метан, бутан) содержат тривиальные основы и систематический суффикс:

 

Правила IUPAC допускают использование разных типов номенклатуры:

- заместительной

- радикально-функциональной

- аддитивной

- соединительной и некоторых других

Наиболее общее значение имеют два типа: заместительная и радикально-функциональная номенклатуры:

 

Чтобы правильно составлять названия по заместительной номенклатуре и правильно рисовать структурные формулы по названиям, необходимо познакомиться с основными понятиями  и определениями: 

Алгоритм составления названий органических соединений по заместительной номенклатуре приведен ниже:

 Таблица, которая поможет правильно определить старшую группу, а также правильно назвать все функциональные группы в молекуле приведена ниже. Функциональные группы в таблице расположены в порядке падения старшинства сверху вниз:

 

 I. Нужно определить все имеющиеся характеристические группы и выбрать главную, которая указывается в ˄ (группа может отсутствовать). Все другие заместители обозначаются в алфавитном порядке.

В данной молекуле две группы: одна старшая - относится к классу кетон (в суффиксе будет "-он") и вторая группа приставочного типа - "бром". 

II. Определить родоначальную структуру молекулы: выделить главную цепь и пронумеровать.

 

Родоначальная структура включает главную функциональную группу - карбонильную группу, приставочного типа группу - бром, двойную связь. Родоначальная цепь включает 4 атома углерода. Корень - бут.

III. Степень ненасыщенности указывают в виде ˄ "ен":

С помощью локантов указывают положение всех функциональных групп и положение двойной связи. При этом нумерацию начинают с того конца молекулы, где номер старшей функциональной группы будет наименьшим.

Таким образом, название соединения: 3-бромбутен-3-он-2

 

Разберем  пример, в котором отсутствуют функциональные группы:

Назовите соединение, зная его структурную формулу:

 

Решение

1. Находим самую длинную цепь: она состоит из 6 атомов.

2. Нумеруем атомы углерода, начиная справа, потому что радикал метил – расположен ближе к правому концу выбранной цепи (при втором атоме углерода). Если бы нумерация углеродного скелета начиналась слева, то заместитель этил- стоял бы при третьем атоме углерода.

3. Называем выбранную цепь: цепь из шести атомов обозначается корнем «гекса»; в цепи все связи одинарные, следовательно, используем суффикс «ан». Получаем «гексан».

4. Находим заместители, называем их и определяем их местоположение:

 

Метил – стоит у второго атома углерода, а этил –  — у четвертого атома. Добавляем названия радикалов к названию углеводородной цепи и цифрами указываем их местоположение. Заместители указываем в алфавитном порядке! Первым пишем метил, потому что его название начинается на «м», а название этил — на «э».

Получаем: 2-метил-4-этилгексан.  

ГРУППА 201 

ТЕМА: БЕЛКИ

Белки — это природные высокомолекулярные соединения (полипептиды), построенные из остатков а-аминокислот, соединенных между собой пептидными связями. По составу белки делят на следующие две группы.

• 1. Протеины (простые) — белки, макромолекулы которых состоят только из остатков а-аминокислот.
• 2. Протеиды (сложные) — белки, макромолекулы которых, помимо остатков а-аминокислот, содержат другие группы атомов (остатки полисахаридов, катионы металлов и т.д.).

Химические свойства

Амфотерность белков

Молекулы белков содержат карбоксильные и аминогруппы, следовательно, они обладают амфотерными свойствами и образуют соли как с кислотами, так и с основаниями:

Гидролиз (разрушение) белков

Гидролиз белков происходит при нагревании с растворами кислот, щелочей или при действии ферментов по месту пептидных связей:

Качественные (цветные) реакции на белки

• 1. Биуретовая реакция (на пептидные связи): раствор белка + NaOH + Cu(OH)2 —> фиолетовое окрашивание
• 2. Ксантопротеиновая реакция (на остатки ароматических аминокислот; происходит нитрование бензольных колец):

раствор белка + HN03 (конц) —> желтое окрашивание

3. Реакция с ацетатом свинца (II) (на содержание серы):

раствор белка + Pb(CH3COO)2 + NaOH —> черный осадок

Денатурация

Денатурация — частичное или полное разрушение пространственной структуры белка (при сохранении им первичной структуры) под действием физических или химических факторов (нагревание, радиация, действие кислот, щелочей и т.д.). Денатурация происходит, например, при варке мяса или яиц.

ГРУППА 208

ТЕМА:Классификация пластмасс. Термопластичные полимеры. Полиэтилен. Полипропилен

1. Органические и неорганические Органические ВМС являются основой живой природы входящие в состав растений, — полисахариды, белки, пектиновые вещества, крахмал. Торф, бурый уголь, каменные угли представляют собой продукты геологического превращения растительных тканей, главным образом целлюлозы и лигнина также должны быть отнесены к высокомолекулярным соединениям. В основе живого мира также лежат ВМС — белки, являющиеся главной составной частью почти всех веществ животного происхождения. Неорганические высокомолекулярные соединения играют большую роль в минеральном мире. Основная часть земной коры состоит из окислов кремния, алюминия и других многовалентных элементов, соединенных, по-видимому, в макромолекулы. Наиболее распространен среди этих окислов кремниевый ангидрид [SiO2]n, являющийся высокомолекулярным соединением. Более 50% всей массы земного шара состоит из кремниевого ангидрида, а в наружной части земной коры содержание его достигает 60%. Наиболее распространенной модификацией кремниевого ангидрида является кварц — важнейшая составная часть большинства горных пород и песка. 2.  По происхождению высокомолекулярные соединения делят на природные, или биополимеры (белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды), искусственные  и синтетические (полиэтилен, полистирол, фенолформальдегидные смолы). 3. В зависимости от расположения в макромолекуле атомов и атомных групп (по структуре) различают: Макромолекулы высокомолекулярных соединений имеют линейное или разветвленное строение; при соединении их поперечными связями возникают трехмерные пространственные полимеры. 1) линейные высокомолекулярные соединения, макромолекулы которых представляют собой открытую, линейную, цепь (каучук натуральный) или вытянутую в линию последовательность циклов (целлюлоза); 2) разветвленные высокомолекулярные соединения, макромолекулы которых имеют форму линейной цепи с ответвлениями (амилопектин); 3) пространственные или сетчатые высокомолекулярные соединения - трехмерные сетки, образованные отрезками высокомолекулярных соединений цепного строения (пластмассы, дубленый коллаген, вулканизованный каучук). Структура Линейная Разветвлённая Пространственная Примеры натуральный каучук, целлюлоза, полиэтилен низкого давления, капрон крахмал, полипропилен, полиэтилен высокого давления фенолформальдегидные полимеры, шерсть, резина Свойства Обладают гибкостью. Чем длиннее цепь полимера, тем больше гибкость. В результате гибкости макромолекулы полимеров постоянно меняют свою форму. Линейные полимеры имеют наибольшую плотность, их макромолекулы способны к ориентации вдоль оси направленного механического поля (это используется, например, при формовании волокон и пленок). Линейные полимеры термопластичны, растворимы Гибкость разветвлённых макромолекул зависит от степени разветвления. Чем больше разветвлённость, тем меньше гибкость. Разветвленные полимеры термопластичны, растворимы Полимеры сетчатого (пространственного) строения, не плавятся, не растворяются, а только набухают в растворителях; определение молекулярной массы для таких полимеров утрачивает смысл (нет отдельных макромолекул, все цепи сшиты в единую сетку). Сетчатые структуры могут быть получены из термореактивных полимеров. Гибкость макромолекул — это их способность обратимо (без разрыва химических связей) изменять свою форму. Степень гибкости макромолекул полимеров определяет область их применения. 4. По строению Химическое строение макромолекул - это порядок соединения структурных звеньев в цепи. Структурные звeнья несимметричного строения, например, могут соединяться между собой двумя способами: Полимеры, макромолекулы которых построены одним из этих способов, называют регулярными. Полимеры нерегулярного строения образованы произвольным сочетанием обоих способов соединения звeньев. Полимер называется стереорегулярным, если заместители R в основной цепи макромолекул расположены упорядоченно: или все они находятся по одну сторону от плоскости цепи (такие полимеры называют изотактическими) или строго очередно по одну и другую стороны от этой плоскости (синдиотактические полимеры) Стереорегулярные полимеры способны кристаллизоваться, они обладают большей прочностью и теплостойкостью. Если боковые заместители в макромолекулах располагаются в беспорядке относительно плоскости основной цепи, то такой полимер является стереонерегулярным или атактическим.   Атактические полимеры не способны кристаллизоваться и уступают по большинству эксплуатационных свойств стереорегулярным полимерам такого же химического состава. 5. По отношению к нагреванию различают: Термопластичность  – свойство тел изменять форму в нагретом состоянии и сохранять её после охлаждения. ТЕРМОПЛАСТЫ – пластмассы, которые после формования изделия сохраняют способность к повторной переработке. Наиболее распространены термопласты на основе полиэтилена, поливинилхлорида, полистирола. РЕАКТОПЛАСТЫ – термореактивные пластмассы, пластмассы, переработка которых в изделия сопровождается необратимой химической реакцией, приводящей к образованию неплавкого и нерастворимого материала (происходит отверждение). Наиболее распространены реактопласты на основе феноло-формальдегидных, полиэфирных, эпоксидных и карбамидных смол. Содержат обычно большие количества наполнителя - стекловолокна, сажи, мела и др. 6. По способам образования полимеры делятся на получаемые в результате  реакции полимеризации или реакции поликонденсации. 1). Пoлимеризация – реакция образования высокомолекулярных соединений путем последовательного присоединения молекул мономера к растущей цепи. Например, полимеризация этилена записывается следующим образом: n CH2=CH2   →   (–CH2–CH2–)n или   СH2=CH2 + CH2=CH2 + CH2=CH2 + ...  →   → -CH2–CH2- + -CH2–CH2- + -CH2–CH2- + ...  →   (–СН2–СH2–)n Процесс образования высокомолекулярных соединений при совместной полимеризации двух или более различных мономеров называют сополимеризацией. Пример. Схема сополимеризации этилена с пропиленом: 2). Пoликонденсация – процесс образования высокомолекулярных соединений, протекающий по механизму замещения и сопровождающийся выделением побочных низкомолекулярных продуктов. Видео-опыт «Получение пластмасс на примере резорцинформальдегидной смолы» Видео-опыт «Получение пенопласта»  Например, получение капрона из ε-аминокапроновой кислоты: n H2N-(CH2)5-COOH   →   H-[-NH-(CH2)5-CO-]n-OH + (n-1) H2O или лавсана из терефталевой кислоты и этиленгликоля: n HOOC-C6H4-COOH + n HO-CH2CH2-OH   →     →   HO-(-CO-C6H4-CO-O-CH2CH2-O-)n-H + (n-1) H2O Поликонденсация является основным способом образования природных полимеров в естественных условиях. Пластмассы – материалы, основой которых являются  синтетические или природные высокомолекулярные органические вещества – полимеры. Полиэтилен В зависимости от условий полимеризации различают три вида полиэтилена. 1.     Полиэтилен высокого давления (ВД) или низкой плотности (НП), получаемый при давлении 1000-3000 атм и температуре около 180°С; инициатором служит кислород (радикальная полимеризация). Макромолекулы полиэтилена, полученного этим способом имеют разветвленное строение, этим объясняется его невысокая плотность (менее плотная упаковка макромолекул). 2.     Полиэтилен среднего давления (полиэтилен СД) получают в среде разбавителя при 35-40 атм и 125-150°С на металлоксидных катализаторах. 3.     Полиэтилен низкого давления (НД) или высокой плотности (ВП). Полимеризацию проводят в среде органического растворителя при давлении около 5 атм и температуре ниже 80°С. Катализаторами являются металлорганические комплексы (катализаторы Циглера-Натта). Процесс идет по ионному механизму. Несмотря на то, что различные виды полиэтилена получают из одного и того же мономера, они представляют собой совершенно различные материалы, отличаясь друг от друга не меньше, чем от других полимеров. Это объясняется различными геометрическими формами макромолекул и разной способностью к кристаллизации. Полиэтилен высокого давления состоит из разветвленных макромолекул и представляет собой мягкий и эластичный материал. Полиэтилены среднего и низкого давления, имеющие линейное строение и довольно высокую степень кристалличности (85-90%), – жесткие продукты. Все полиэтилены обладают высокой морозостойкостью (низкой температурой хрупкости) и могут эксплуатироваться при температурах до -70°С, некоторые марки сохраняют свои ценные свойства при температурах ниже -120°С. Полиэтилены, являясь предельными углеводородами, стойки по отношению ко многим агрессивным средам (кислотам, щелочам и т.д.) и органическим жидкостям. В промышленности полиэтилен разных марок выпускается в виде блоков, листов и гранул. Перерабатываются они в изделия главным образом методом литья под давлением, экструзии (выдавливание размягченного полимера через сопло шприц-машины) и выдувания. Из полиэтилена производят бесшовные коррозионно-стойкие трубки, изоляционные оболочки электропроводов и пленки, широко применяемые в качестве упаковочного материала, для изготовления покрытий, перегородок, в сельском хозяйстве и т.д. При помощи литья под давлением или выдувания получают различную тару (бутылки, ведра и т.п.). Благодаря прекрасным диэлектрическим свойствам полиэтилен применяется для изоляции электрических кабелей в телевидении, радиолокации и многопроводной телефонной связи. Полиэтилен хорошо сваривается. Пропуская струю сжатого воздуха со взвешенными в ней частицами полимера через воздушно-ацетиленовое пламя и направляя эту струю на металлические изделия, можно покрыть их сплошным защитным слоем (метод газопламенного напыления). Существенным недостатком полиэтилена является его быстрое старение, которое, однако, можно резко замедлить при введении в полимер противостарителей (фенолы, амины, газовая сажа).  Изделия из полиэтилена Полипропилен Полимеризация пропилена осуществляется в условиях, близких к тем, которые применяются при получении полиэтилена низкого давления. При этом образуется стереорегулярный (изотактический) полипропилен. Этот полимер легко кристаллизуется и обладает высокой температурой плавления (175° С). Кристаллический полипропилен – наиболее легкий из всех известных жестких полимеров (относительная плотность 0,9); он отличается высокой прочностью на разрыв и твердостью. Благодаря кристаллической структуре стереорегулярный полипропилен сохраняет форму и хорошие механические свойства вплоть до температуры плавления и может поэтому подвергаться обычной стерилизации. По прочности полипропилен превосходит полиэтилен, но уступает ему по морозостойкости (температура хрупкости от -5 до-15° С). Однако этот недостаток устраняется путем введения в макромолекулу изотактического полипропилена звеньев этилена (например, при сополимеризации пропилена с этиленом). Стереорегулярный полипропилен обладает такими же диэлектическими свойствами, как и полиэтилен, но более химически устойчив при повышенных температурах. При помощи тех же методов, которые используются при переработке полиэтилена, из полипропилена изготовляют трубы для горячих жидкостей, прозрачные пленки с низкой проницаемостью для жидкостей и газов, бутылки и различные сосуды для химической промышленности. Полипропилен является экологически чистым материалом. За столь ценные свойства он получил титул "короля пластмасс". При сополимеризации пропилена с этиленом получают некристаллизующиеся сополимеры, которые проявляют свойства каучука, отличающегося повышенной химической стойкостью и сопротивлением старению. Политетрафторэтилен (тефлон) Полимеризация тетрафторэтилена проводится обычно водно-эмульсионным способом при 70-80° С и давлении 40-100 атм в присутствии инициаторов. Вследствие симметричного линейного строения политетрафторэтилен ...-CF2-CF2-CF2-CF2-CF2-CF2-..., или (-CF2-CF2-)n, или (-CF2-)2n  имеет кристаллическую структуру и высокую температуру плавления (320-327°С). Суммарный дипольный момент полимера равен 0, поэтому тефлон является прекрасным диэлектриком. Температурный интервал эксплуатации очень велик: от -190° С до +300° С. При этом полимер отличается высокой химической стойкостью. Для переработки тефлона в изделия применяется метод холодного прессования порошкообразного полимера в цилиндрические заготовки, которые затем подвергаются механической обработке на токарных станках. Тефлон используется в химическом машиностроении для изготовления пластин, кранов, вентилей, клапанов и т.д., применяемых при высокой температуре в среде концентрированных минеральных кислот. Высокое сопротивление износу и низкий коэффициент трения сделали тефлон незаменимым материалом для производства подшипников, работающих в агрессивных средах или в контакте со сжиженными газами (кислород, водород и т.п.) и не требующих смазки. Фенопласты – пластмассы полученные из фенолформальдегидной смолы (текстолит, волокнит, гетинакс, стеклопласт, карболит). опилена

Синтетические каучуки. Строение, свойства, получение и применение

Эластомеры (натуральные или синтетические каучуки) – природные или синтетические высокомолекулярные вещества, отличающиеся от других высокомолекулярных соединений своей эластичностью.

Молекулы эластомеров представляют собой скрученные в клубки цепи углеродных атомов. При растяжении цепи вытягиваются, а при снятии внешней нагрузки – скручиваются. Этим объясняется эластичность каучуков.

Таблица. Важнейшие виды синтетических каучуков

Название	Исходный мономер	Формула каучука	Свойства, применение
Бутадиеновый	CH2=CH-CH=CH2 бутадиен-1,3	нерегулярное строение	Водо- и газонепроницаемость. По эластичности уступает природному каучуку. В производстве кабелей, обуви, принадлежностей быта
Дивиниловый	CH2=CH-CH=CH2 бутадиен-1,3	регулярное строение	По износоустойчивости и эластичности превосходит природный каучук. В производстве шин.
Изопреновый	CH2=C(CH3)-CH=CH2 2-метилбутадиен-1,3	регулярное строение	По эластичности и износоустойчивости сходен с природным каучуком. В производстве шин
Хлоропреновый	CH2=C(Cl)-CH=CH2 2-хлорбутадиен-1,3		Устойчив к воздействиям высоких температур, бензинов и масел. В производстве кабелей, трубопроводов для перекачки бензина, нефти.
Бутадиен-стирольный	CH2=CH-CH=CH2 бутадиен-1,3 и C6H5- CH=CH2 стирол		Характерна газонепроницаемость, но недостаточная жароустойчивость. В производстве лент для транспортёров, автокамер.

Получение каучуков

Одно  дерево  бразильской  гевеи  в  среднем,  до  недавнего  времени,  было

способно давать лишь  2-3  кг  каучука  в  год;  годовая  производительность

одного  гектара  гевеи  до  Второй  Мировой  войны  составляла  300—400  кг технического каучука. Такие объёмы  натурального  каучука  не удовлетворяли растущие  потребности   промышленности.   Поэтому  возникла   необходимость получить синтетический каучук.  Замена натурального  каучука  синтетическим даёт огромную экономию труда.

Первый синтетический каучук, был получен по методу С.В. Лебедева из спирта:

2CH₃-CH₂-OH    ^{t=425,ZnO,Al2O3}→    CH₂=CH-CH=CH₂ + H₂ + 2H₂O

при полимеризации дивинила под действием металлического натрия, представлял собой полимер нерегулярного строения со смешанным типом звеньев 1,2- и 1,4-присоединения:

В присутствии органических пероксидов (радикальная полимеризация) также образуется полимер нерегулярного строения со звеньями 1,2- и 1,4- присоединения. Каучуки нерегулярного строения характеризуются невысоким качеством при эксплуатации. Избирательное 1,4-присоединение происходит при использовании металлорганических катализаторов (например, бутиллития C₄H₉Li, который не только инициирует полимеризацию, но и определенным образом координирует в пространстве присоединяющиеся молекулы диена):

Таким способом получен стереорегулярный 1,4-цис-полиизопрен – синтетический аналог натурального каучука. Данный процесс идет как ионная полимеризация.

Реакция получения каучуков реакцией полимеризации: 

Реакция получения каучуков реакцией сополимеризации:

Для практического использования каучуки превращают в резину.

Резина – это вулканизованный каучук с наполнителем (сажа). Суть процесса вулканизации заключается в том, что нагревание смеси каучука и серы приводит к образованию трехмерной сетчатой структуры из линейных макромолекул каучука, придавая ему повышенную прочность. Атомы серы присоединяются по двойным связям макромолекул и образуют между ними сшивающие дисульфидные мостики: 

Сетчатый полимер более прочен и проявляет повышенную упругость – высокоэластичность (способность к высоким обратимым деформациям).

В зависимости от количества сшивающего агента (серы) можно получать сетки с различной частотой сшивки. Предельно сшитый натуральный каучук – эбонит (более 30% S) – не обладает эластичностью и представляет собой твердый материал.