Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
PAGE 2
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ПРИКАРПАТСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ІМЕНІ ВАСИЛЯ СТЕФАНИКА
ІНСТИТУТ ПРИРОДНИЧИХ НАУК
Кафедра теоретичної і прикладної хімії
Затверджено
на засіданні катедри теоретичної
і прикладної хімії
протокол №__ від_______2007 р.
Методичні вказівки і інструкція
до виконання лабораторної роботи №7
з курсу “Органічна хімія”
ДЕПОЛІМЕРИЗАЦІЯ ВИСОКОМОЛЕКУЛЯРНИХ СПОЛУК
Методична розробка
доц. Лучкевич Є.Р.,
канд. хім. наук,
доц. Матківський М.П.,
канд. техн. наук,
доц. Мідак Л.Я.,
канд. хім. наук
м. Івано-Франківськ
2007
1. Тема: Деполімеризація високомолекулярних сполук
2. Мета: Провести деполімеризацію параформу.
Знати:
Вміти:
Самостійна робота на занятті.
Високомолекулярними сполуками (ВМС) або полімерами називаються такі речовини, які містять у своїй структурі багато елементарних ланок вихідних мономерів. Молекула полімеру називається макромолекулою, а її основний ланцюг макроланцюгом. Наприклад, полiвiнiлацетат являє собою полімерну сполуку, макромолекула якого складається з елементарних ланок вiнiлацетату, сполучених між собою ковалентним зв'язком.
Синтетичні високомолекулярні сполуки одержують в результаті двох типів реакцій – полімеризації і поліконденсації. Ці реакції мають велике технічне значення, з їх допомогою одержують синтетичні смоли, волокна, каучук, які широко використовуються в народному господарстві.
Полімеризацією називається процес з’єднання молекул мономера, який призводить до утворення молекул:
де М – молекула мономера;
Mn – макромолекула, до складу якої входять n молекулярних ланок;
n – ступінь полімеризації.
Молекули мономера, які ввійшли в склад макромолекули, стають її мономерними ланками. Елементарний склад макромолекул (без врахування кінцевих груп) не відрізняється від складу мономера.
Відома велика кількість сполук з кратними зв’язками, які здатні до полімеризації, що протікає шляхом насичення валентностей вихідних мономерів молекул в результаті розриву в них кратного зв’язку чи розкриття циклу в тричленних циклічних оксидах.
Класифікація високомолекулярних сполук
Полімеризація, в яку вступають молекули однієї речовини, називаються гомополімеризацією, наприклад полімеризація етилену:
Якщо в реакцію полімеризації вступають різні мономери, вона називається співполімеризацією, наприклад, співполімеризація стиролу з метилметакрилатом:
Обов’язковими стадіями полімеризації є ініціювання і ріст макромолекул. При ініціюванні в системі виникають активні частинки (А), здатні почати реакцію росту з послідовним приєднанням молекул мономера до активної частинки:
;
.
Механізм полімеризації визначається хімічною природою частинок типу АМn, які є проміжними продуктами полімеризації.
Розрізняють два основних види полімеризації – ланцюгову і ступінчату.
Ланцюгова полімеризація.
В цьому випадку початкові продукти полімеризації не є стійкими молекулами і не можуть бути ізольовані. Продуктами реакції є речовини з великою молекулярною масою:
Cтупінчата полімеризація.
Продуктами реакції можуть бути речовини ізольовані на різних стадіях процесу.
В залежності від механізму реакцій полімеризація може бути радикальною та йонною.
Радикальна полімеризація ініціюється речовинами, здатними в умовах реакції розпадатись на вільні радикали (пероксиди, персульфати, діазо- й азосполуки та інші), а також дією тепла й світла.
Радикали ініціаторів входять в склад молекули полімеру, утворюючи його кінцеву групу. Обрив ланцюга відбувається при зіткненні молекули ростучого полімеру з молекулою спеціально добавленого регулятора росту ланцюга, або з молекулою мономера. За цим механізмом йде ланцюгова полімеризація:
Йонна полімеризація проходить завдяки утворенню з молекули мономеру реакційно здатних йонів в присутності каталізатора (кислоти, безводні Алюміній і Бор хлориди і т. п.). При йонній полімеризації каталізатор регенерується і не входить в склад полімеру.
Йонна полімеризація може проходити як за ланцюговим, так і за ступінчатим механізмом.
Є кілька методів здійснення полімеризації: в блоці, в розчині, в емульсії. Різновидністю полімеризації в емульсії є суспензійна полімеризація.
Полімеризації в блоці – полімеризація мономера при відсутності розчинника. Якщо реакцію проводять до повного перетворення мономера, то одержують моноліт (блок). В цьому випадку можна використовувати як ініціатори радикальної, так і каталізатори йонної полімеризації, розчинні в мономері. Недоліком цього способу є забезпечення швидкого відводу тепла, яке виділяється при реакції.
Полімеризації в розчині відбувається або в рідині, що змішується з мономером і з утвореним полімером (лаковий спосіб), або в середовищі, яке розчиняє лише полімер. При полімеризації в розчині використовують радикальні ініціатори і каталізатори йонної полімеризації, розчинні в реакційному середовищі. Перевага цього способу – легкість відводу тепла; недолік – важкість відділення від розчинника і необхідність гранулювання полімеру.
Полімеризації в емульсії – найбільш поширений промисловий спосіб одержання полімерів, при якому полімеризацію проводять в рідкому середовищі (найчастіше у воді), яке не розчиняє ні мономер, ні полімер. Для стабілізації емульсії використовують мила, полівініловий спирт, карбоксиметилцелюлозу та інші речовини. Переважно використовують водорозчинні низькотемпературні ініціатори, поряд з якими в систему вводять регулятори – буферні речовини (гідрогенкарбонати, фосфати, ацетати лужних металів) для підтримання сталого рН середовища. Перевагою полімеризації в емульсії є легкість відводу тепла і одержання продукту високої молекулярної маси; недоліком – необхідність відливки полімеру від емульгатора.
Суспензійна полімеризація йде в присутності емульгатора й ініціатора. Недоліком цього способу полімеризації є необхідність відливки полімеру від стабілізатора
Реакція поліконденсації – одержання ВМС з мономерів, що мають як мінімум дві функціональні групи, способом взаємодії функціональних груп одного мономеру з функціональними групами іншого, з виділенням низькомолекулярних сполук (води, хлороводню, амоніаку тощо).
Дуже часто при нагріванні відбувається процес, зворотній полімеризації – деполімеризація. Деякі циклічні димери, кільця яких утворені лише атомами Карбону, деполімеризуються дуже легко. Однак більшість інших димерів і полімерів деполімеризуються лише при дуже жорстких умовах.
Для аліфатичних альдегідів і кетонів реакції полімеризації характерні в першу чергу для формальдегіду. При ступiнчатій полімеризації формальдегіду у водних розчинах залежно від умов з формаліну утворюється α-поліоксиметилен або параформальдегід (параформ):
де n=8 100 (параформ) і 100 < n < 1000 (α -поліоксиметилен).
Деполімеризація ВМС - процес одержання мономеру з полімеру. Обидві форми полімеру формальдегіду при нагріванні легко де полімеризуються, що і використовується для добування формальдегіду високого ступеня чистоти в газовому стані.
4. Експериментальна частина
Обладнання і реактиви: параформ, бутанол, конічна колба на 100-250 мл, циліндр, аналітичні терези, концентрована хлоридна кислота, електрична плитка із закритою спіраллю.
Зміст роботи.
4.1. Полімеризація формальдегіду з аміаком (добування уротропіну).
У фарфорову чашку наливають 5 мл формаліну і додають стільки ж концентрованого розчину аміаку. Розчин випарюють на водяній бані під витяжною шафою до утворення білої кристалічної речовини - уротропіну.
Для ідентифікації продукту додають 4-5 мл розведеної сульфатної кислоти і підігрівають, що призводить до утворення формаліну:
(СН2)6N4 + 2Н2SO4 + 6Н2O → 6НСОН ↑ + 2(NH4)2SO4
При додаванні лугу і нагріві отриманий сульфат амонію буде розкладатись з утворенням аміаку:
(NН4)2SO4 + 2NаОН → Nа2SO4 + 2NНз↑ + 2Н2O.
4.2. Деполімеризація параформу.
Зважуємо 3 г параформу, додаємо 50 мл бутанолу в конічну колбу об'ємом 100-250 мл. Додаємо 3-4 краплі хлоридної кислоти в якості каталізатора. З'єднуємо колбу з повітряним холодильником. Нагріваємо реакційну суміш на плитці із закритою спіраллю до початку кипіння. Кип'ятимо рівномірно 5-10 хв., струшуємо колбу. Уважно слідкуємо за процесом деполімеризації.
Спостерігаємо утворення прозорого розчину параформу, деполімеризованого в бутанолі.
Завдання для самоконтролю