Полимеризация

Характерной особенностью многих непредельных соединений является их способность вступать в реакцию полимеризации и образовывать полимеры. Полимеризацией непредельных соединений называют химическую реакцию образования полимера (высокомолекулярного соединения) за счет объединения между собой большого количества молекул непредельных соединений (мономеров) ковалентными связями, которые возникают вследствие разрыва кратных связей (p-связей) в молекулах мономера. При полимеризации не выделяются побочные низкомолекулярные продукты. Полимеризация, например, однозамещенных производных этилена может быть изображено общей схемой:

n H₂C=CH ® (-H₂C-CH-)_n, где

½ ½

R R

мономер полимер

n – степень полимеризации, которая может иметь значения до нескольких сотен тысяч единиц; при значении n=2,3,4…..10 соединения называют олигомерами (от греч. “олигос” – немного);

R – заместители (атомы водорода, хлора или группы CH₃-, -CºN, C₆H₅-, H₂C=CH-, -COOAlk и т.д.).

В химии полимеров широко используют также совместную полимеризацию нескольких разных мономеров, которую называют сополимеризацией.

Полимеры, полученные методом полимеризации, называют преимущественно по названию мономеров, которым добавляют приставку поли-, что означает “много”. Например, полимер, синтезированный из этилена, называют полиэтиленом, полимер пропилена – полипропиленом и т.д.

n CH₂=CH₂ ---® (-CH₂-CH₂-)_n

этилен полиэтилен

n CH₃-CH=CH₂ ---® (-CH-CH₂-)_n

½

CH₃

пропилен полипропилен

По характеру прохождения реакции полимеризации она может быть двух типов – ступенчатая и цепная (линейная). Инициаторами полимеризации могут быть тепловая энергия, давление, облучение и специальные химические реагенты.

Полимеризация может быть проведена по ионному (катионная и анионная) и радикальному механизмам.

Ступенчатая полимеризация

Этот тип полимеризации был открыт в 1873г. А.М.Бутлеровым на примере изобутилена при нагревании его с 20 %-ным раствором H₂SO₄.

d+ d- d+ d-

(Н₃С)₂С=СН₂ + Н⁺ -® (Н₃С)₃С⁺ + (Н₃С)₂С=СН₂ -® (Н₃С)₃С-СН₂-⁺С(СН₃)₂ -®

Н₃С-С=СН-С(СН₃)₃ (82%)

Н ½

_{+ ··} СН₃ + Н₂

-® Н ··СН₂-С-СН-С(СН₃)₃ ----® --------®

½ -Н⁺ Ni

СН₃

Н₂С=С-СН₂-С(СН₃)₃ (18%)

½

СН₃

CH₃ CH₃

½ ½

----® CH₃-C-CH₂-CH-CH₃

½

CH₃

2,4,6-триметилпентан (изооктан)

Ступенчатая полимеризация изобутилена является типичным примером катионной полимеризации. Инициатором полимеризации в этом случае является протон кислоты, который присоединяется к мономеру изобутилена и образует при этом карбкатион.

В определенных условиях полимеризацию можно остановить на необходимой стадии путем обрыва реакционной цепи. При гидрировании димеров изобутилена образуется 2,4,6-триметилпентан (изооктан) – высооктановое моторное топливо.

Цепная полимеризация

Наиболее распространенным типом полимеризации является цепная, или линейная, которая характеризуется тем, что макромолекула образуется в процессе одной непрерывной реакции вследствие соединения мономеров s-связями за счет разрыва p-связей.

В механизме цепной полимеризации различают три стадии: 1) инициирование и начало роста цепи; 2) рост цепи; 3) обрыв цепи полимеризации.

Полимеризация – экзотермическая реакция. На каждое звено мономера, который присоединился, выделяется»42кДж.

Дата добавления: 2015-07-26