Синтез высокомолекулярных соединений

Высокомолекулярные соединения можно получать двумя основными путями: А. Из мономеров; множество таких примеров приведено, например, в общем курсе органической химии [полимеризация алкенов, образование полиэфиров (в частности, нуклеиновых кислот), полиамидов (в частности, белков), полисахаридов и т.д.] Б. Из других высокомолекулярных соединений; наиболее характерный пример - получение поливинилового спирта из поливинилацетата.

Первый путь позволяет получить значительно большее число полимеров; именно этот путь и является синтезом в подлинном смысле. В данном разделе будет рассмотрен только этот путь; получение из других ВМС будет обсуждено в разделе «Химические свойства высокомолекулярных соединений».

Мономеры, их основные типы.

Мономеры – низкомолекулярные соединения, которые тем или иным способом соединяются друг с другом, образуя полимерные макромолекулы. Необходимым условием такого соединения является, как минимум, бифункциональность молекулы мономера; иными словами, молекула мономера должна иметь возможность реагировать, как минимум, с двумя другими молекулами мономера (того же или другого).

Этому условию удовлетворяют многие соединения; среди огромного количества известных сейчас мономеров можно выделить три основные группы:

I. Соединения, содержащие кратные связи; чаще всего это связи С=С (алкены, диены и т.д.), а также связи С≡С (алкины, диины и др.), С=О (карбонильные соединения), С≡N (нитрилы) и некоторые другие. Раскрытие кратной связи обеспечивает молекуле, как минимум, бифункциональность

II. Циклические соединения; бифункциональность обеспечивается раскрытием цикла по обобщенной схеме:

III. Соединения, содержащие две или более реакционноспособные функциональные группы ( многоатомные спирты и фенолы, ди- и полиамины, двух- и более основные карбоновые кислоты и их производные и т.д.). Здесь функциональность определяется числом таких групп в молекуле мономера.

Ряд мономеров содержит структуры, характерные для разных групп, например, включают кратную связь и две (или более) функциональные группы (в частности, эфиры ненасыщенных дикарбоновых кислот).

Для синтеза высокомолекулярных соединений из мономеров используют два типа реакций – полимеризацию и поликонденсацию.

Полимеризация – частный случай реакций присоединения: молекулы мономера объединяются в макромолекулу полимера без выделения каких-либо иных продуктов, например:

n CH₂=CH(R) → [-CH₂–CH(R)-]_n

В этом случае элементарное звено полимера имеет тот же состав, что и молекула соответствующего ему мономера.

Поликонденсация – частный случай реакций замещения: кроме полимера, образуется также низкомолекулярное соединение, например, при полиэтерификации:

n HOOC-R¹-COOH + n HO-R²-OH → HO-[-CO-R¹-CO-O-R²-O-]_n-H + (2n-1) H₂O

Естественно, в этом случае элементарное звено полимера отличается по составу от мономера (мономеров).

Данная классификация в известной степени формальна и не всегда учитывает механизмы синтеза полимеров, но является наглядной и широко используется при систематизации материала по их синтезу.