Биополимеры

Крахмал представляет собой белый порошок, нерастворимый в воде. В горячей воде он набухает и образует коллоидный раствор – клейстер. В процессе гидролиза крахмала сперва образуются продукты с меньшей молекулярной массой, чем у крахмала – декстрины, конечным продуктом гидролиза является α-глюкоза.

Целлюлоза, или клетчатка, входит в состав растений, образуя оболочки клеток. Это твёрдое волокнистое вещество, не растворяющееся ни в воде, ни в обычных органических растворителях. Целлюлоза является природным полимером, макромолекулы которой построены из остатков β-глюкозы.

Структурные звенья целлюлозы содержат по три гидроксильных группы:

За счёт этих групп целлюлоза может давать простые и сложные эфиры. Очень важными являются уксуснокислые эфиры – диацетат и триацетат целлюлозы:

Диацетат

Их используют для приготовления искусственного ацетатного волокна.

Волокна, получаемые из синтетических полимеров, называют синтетическими.

Химические волокна

Искусственные Синтетические

(вискозное, медноаммиачное, (нитрон, лавсан, капрон,

ацетатное) амид, энант и др.)

Лавсан синтезируют путём поликонденсации этиленгликоля и терефталевой кислоты. Вещества реагируют между собой по типу реакции этерификации, которая многократно повторяясь, ведёт к образованию макромолекулы – полиэфира.

Структурное звено цепи:

Капрон является продуктом реакции поликонденсации ε-аминокапроновой кислоты

H₂N – CH₂ – CH₂ – CH₂ – CH₂ – CH₂ – COOH

ε δ γ β α

Реакцию упрощённо можно представить следующим образом:

Каучуки

Натуральный каучук получают из млечного сока гевеи; это изопреновый каучук со стереорегулярным строением:

Группы –СН₂ в макромолекуле находятся по одну сторону от двойной связи в каждом звене, т.е. в цис – положении. Такое расположение СН₂ – групп способствует естественному скручиванию макромолекулы в клубок, что и обусловливает высокую эластичность каучука. При нагревании каучука с серой (вулканизации) атомы серы вступают во взаимодействие с молекулами каучука по месту некоторых двойных связей и как бы «сшивают» их друг с другом. Полимер приобретает пространственную структуру и становится прочнее невулканизированного.

Бутадиеновый синтетический каучук. Сырьём для получения бутадиена служит этиловый спирт; в основе метода лежат реакции дегидрирования и дегидратации спирта:

CH₂ – CH – H + H – CH – CH- H → CH₂=CH – CH= CH₂ + 2H₂O + H₂

│ │ │ │

H OH H OH

Cтроение бутадиенового каучука выражается формулой:

-(СН₂ – СН=СН – СН₂)_n-

Однако, в условиях химического синтеза стереорегулярное строение не получалось, и это отражалось на свойствах. В настоящее время получен бутадиеновый каучук стереорегулярного строения. Чтобы отличить его от бутадиенового, не имеющего регулярного строения, его называют дивиниловым.

Белки

Установлено, что в результате гидролиза любого белка получается смесь α-аминокислот. Согласно полипептидной теории, молекулы белка представляют длинные цепи остатков α-аминокислот, соединённых пептидными (амидными) связями. Например:

H₂N – CH₂ – COOH + H- N – CH – COOH →

Глицин │ │

Н СН₃

Аланин

→ H₂N – CH₂ – C – N –CH – COOH + H₂O

║ │ │

О Н СН₃

Дипептид

Вариант 1

18. Как объяснить: а) отсутствие летучести у высокомолекулярных соединений; б) вязкость их растворов; в) что прочность линейных полимеров с увеличением длины макромолекулы возрастает?

19. Относительная молекулярная масса бутадиенового каучука равна 80 000 – 450 000. Определите степень полимеризации бутадиенового каучука.

Вариант 2

18. Полиэтилен высокого давления имеет относительную молекулярную массу 45 000, а полиэтилен низкого давления – 300 000. Определите степень полимеризации полиэтилена.

19. Какими признаками должны характеризоваться вещества, вступающие в реакцию: а) полимеризации; б) поликонденсации?

Вариант 3

18. Нитрон, или акрилон, - синтетическое волокно, заменяющее шерсть, получают из акрилонитрила СН₂=СН-СN. Составьте схему получения полиакрилонитрила.

19. Масса макромолекулы, полученной в результате полимеризации, равна сумме масс образовавших её молекул. Распространяется ли это утверждение на вещества, полученные поликонденсацией? Ответ поясните.

Вариант 4

18. Изопентан, извлекаемый из попутного нефтяного газа, используется в промышленностидля синтеза изопрена – мономера изопренового каучука. Получают изопрен путём реакции дегидрогенизации изопентана в присутствии катализаторов избирательного действия. Написать уравнение данного процесса.

19. Установлено, что, чем больше различие в молекулярной массе макромолекул полимера, тем шире температурный интервал, в котором он плавится, и наоборот. Объясните это явление.

Вариант 5

18. Полиэтилен с молекулярной массой около 500 представляет собой вязкую жидкость. Вычислите степень полимеризации такого полиэтилена.

19. Полиамидное волокно энант, отличающееся от капрона большей светостойкостью, получается из продукта поликонденсации аминоэнантовой кислоты H₂N – (CH₂)₆ – COOH. Составьте уравнение поликонденсации этой кислоты.

Вариант 6

18. Полимеризацией изобутилена получают высокомолекулярное вещество – полиизобутилен. Составьте уравнение реакции полимеризации изобутилена. Укажите структурное звено полимера.

19. Полимеризацией хлорпрена CH₂=CH – C = CH₂ получают хлоропреновый

|

Cl

каучук, характеризующийся высокой устойчивостью к действию света, теплоты и растворителей. Составьте уравнение полимеризации хлоропрена и формулу структурного звена полимера.

Вариант 7

18. Вычислите степень полимеризации полипропилена, приняв среднюю молекулярную массу его равную 100 000.

19. Совместной полимеризацией бутадиена–1,3 и стирола получают бутадиен-стирольный каучук, обладающий высокой механической прочностью. Составьте уравнение реакции сополимеризации, приняв во внимание регулярное чередование в макромолекуле звеньев, образованных исходными веществами, и формулу структурного звена сополимера.

Вариант 8

18. Подобно этилену, формальдегид может полимеризоваться по месту двойной связи в молекуле. При этом образуется полиформальдегид с чередующимися в цепи атомами углерода и кислорода. Полимер обладает хорошими механическими свойствами и используется для изготовления деталей машин, пленок, волокон и т.п. Составьте схему реакции полимеризации формальдегида, укажите формулы структурного звена и образующегося полимера.

19. Совместной полимеризацией бутадиена–1,3 и нитрила акриловой кислоты CH₂=CH – C ≡ N получают бутадиен-нитрильный каучук, стойкий к растворителям – бензину, керосину и другим углеводородам. Составьте уравнение реакции сополимеризации и приведите структурную формулу этого каучука.

Вариант 9

18. При нагревании выше 200°С полистирол деполимеризуется. Составьте уравнение реакции деполимеризации.

19. Фторпроизводное этилена содержит по массе 24% углерода. Плотность этого соединения по водороду равна 50. Выведите формулу этого соединения и составьте уравнение реакции его полиеризации.

Вариант 10

18. Можно ли обломки деталей, изготовленных из текстолита, вновь переработать в монолитное изделие методом горячего прессования. Ответ поясните.

19. Рассчитайте степень поликонденсации наволочной фенолформальдегидной смолы, если средняя относительная молекулярная масса равна 648.