CHEMIA MAKROCZĄSTECZEK (POLIMERÓW)

Transkrypt

1 CHEMIA MAKROCZĄSTECZEK (POLIMERÓW) Model makrocząsteczki polietylenu o masie cząsteczkowej Rzeczywista długość makrocząsteczki mm. Powiększenie: x 10 7 (0.001 mm 10 m)

2 ARCHITEKTURA MAKROCZĄSTECZEK Liniowe i cykliczne giętkie sztywne polirotaksany ( szaszłyk ) polikatenany ( łańcuch na choinkę ) Rozgałęzione gwiaździste krótkie rozgałęzienia długie rozgałęzienia dendrymery regularnie rozgałęzione Usieciowane sieć fizyczna sieć kowalencyjna luźna sieć kowalencyjna gęsta sieć z liniowymi makrocząsteczkami

3 KOPOLIMER SZCZEPIONY- SZCZOTKA -mikroskop sił atomowych HEMA-TMS ATRP O O O Si n KF/THF Room Temp. 1% TBAF 1.5 BriBuBr n O O ATRP Sty, MA O or BA O n Br DP n =400, M w /M n =1.2 M w = , M w /M n =1.2 AFM-TM: M. Moeller & S. Sheiko (U ULM) Matyjaszewski, et al., Macromolecules, 1998, 31, 9413 Łańcuch główny: polihema DP=400, PDI=1.2 Łańcuch boczny: Poli(akrylan butylu) DP=40, overall PDI=1.2 M n =

4 PRZEKRÓJ MAKROCZĄSTECZKI DENDRYMERU DMUCHAWIEC?* rdzeń wewnętrzne dziury i kanały łącznik struktura dendrymeru piątej generacji gęsto upakowane grupy na powierzchni koronie * dmuchawiec - owoc- <niełupka opatrzona puchem> (Enc. PWN)

5 CZĄSTECZKI ZBUDOWANE WYŁĄCZNIE Z ATOMÓW WĘGLA. MAKROCZĄSTECZKI WIELOWYMIAROWE Diament Grafit Fulleren

6

7 WIELKIE FULLERENY - MAKROCZĄSTECZKI

8 CHEMIA MAKROCZĄSTECZEK (POLIMERÓW) Schemat procesu polimeryzacji łańcuchowej. Przyłączenie cząsteczek monomeru (o) (propagacja) oraz terminacja (x) propagacja (p) - depropagacja (d)- terminacja (t) x x 1 p 2 x 3 d x x x t x x 3 1 x 2 biomakrocząsteczki ( danego typu ) : wszystkie mają dokładnie taką samą budowę i długość makrocząsteczki syntetyczne: makrocząsteczki syntetyczne, powstające w tym samym procesie, różnią się na ogół grupami końcowymi oraz długością

9 POLIMERYZACJA ŁAŃCUCHOWA monomer inicjator Inicjowanie, wzrost łańcucha i zakończenie przez połączenie dwóch makrocząsteczek

10 MAKROCZĄSTECZKI- POLIMERY Najważniejsze właściwości makrocząsteczek: 1) Olbrzymie l/d: ODPOWIEDNIA DŁUGOŚĆ-NIEZBĘDNA DO SPEŁNIENIA ZADAŃ (LUB: KONIECZNOŚĆ SPEŁNIENIA OKREŚLONYCH ZADAŃ NARZUCIŁA WYMAGANIA WOBEC DŁUGOŚCI) - informacja (pojemność informatyczna) -właściwości mechaniczne (niezbędna liczba splątań) 2) Różnorodność konformacyjna (statystyka) 3) Różnorodność strukturalna 4) Objętość wyłączona ( w roztworach ) Najważniejsze cechy syntezy makrocząsteczek l d( ) 1) Rzadka w chemii organicznej selektywność- np x powtórzenie tej samej reakcji we wzroście cząsteczki bez błędu (równocenne % wydajności) a a a b a 2) Historia syntezy, ew. błędy (np. taktyczność, regioselektywność) zapisane w makrocząsteczce (w syntezie małocząsteczkowej oddzielnie dobry produkt i produkt uboczny

11 CHEMIA MAKROCZĄSTECZEK (POLIMERÓW) Splątanie makrocząsteczek: właściwości mechaniczne polimerów deformacja Splątanie makrocząsteczek w masie polimeru (ciele stałym) jest źródłem szczególnych właściwości polimerów (np. twardości lub elastyczności w zależności od budowy chemicznej, wytrzymałości na rozciąganie). Ostateczny kształt jest utrzymywany dzięki trwałości splątań.

12 RODZAJE SPLĄTAŃ I POŁĄCZEŃ splot (fragment) węzeł hak zjawiska występujące w trakcie deformacji efekt elastyczny przemieszczenie efekt dysypatywny (lepki): poślizg łańcuchów

13 CHEMIA MAKROCZĄSTECZEK (POLIMERÓW) Ustalenie budowy i właściwości makrocząsteczek i polimerów: makrocząsteczek budowa chemiczna: spektroskopie: IR, UV-vis, NMR (MRJ) -masy cząsteczkowe * grupy końcowe (spektroskopie) * osmometria * ebuliometria i kriometria * rozpraszanie światła * chromatografia żelowa * spektrometria mas (szczególnie MALDI-TOF-ms) polimerów -właściwości w stanie stopionym * reologia -właściwości w stanie stałym * mechaniczne * elektryczne * optyczne

14 Asynchronous 2D correlation spectrum in the wavenumber range cm -1 for the TGDDM/DDS/BMI network. Pellegrino Musto, Macromolecules, Vol. 36, No. 9, 2003

15 CHEMIA MAKROCZĄSTECZEK (POLIMERÓW) Nauka o makrocząsteczkach * ) Technologia polimerów od struktury DNA do terapii genowej (makrocząsteczki jako nośniki) od teorii procesów łańcuchowych do nanostruktur i styropianu (!) chemia, fizyka, matematyka (statystyka), technologia *) cząsteczki, molekuły, drobiny

16 CHEMIA MAKROCZĄSTECZEK (POLIMERÓW) Związek nauki o makrocząsteczkach (polimerach) z innymi dziedzinami nauki i technologii: chemia technika fizyka nauka o MCz /polimerach medycyna biologia biochemia inne np. astrofizyka (fulleren) technologia

17 Zużycie materiałów (lata 90-te) w USA (w kg na głowę ludności oraz biomakrocząsteczki- znaczenie polimerów Beton Piasek, żwir Cement Stal Aluminium Podstawowe materiały 3000 Biomakrocząsteczki 300 DNA, RNA, TA 750 Polipeptydy 15 Polisacharydy Polimery naturalne Drewno 200 Celuloza Papier 350 Bawełna 8 Wełna + jedwab 3 Polimery syntetyczne Tworzywa sztuczne 100 Kauczuk 10 Włókna syntetyczne 20

18 CHEMIA I FIZYKA POLIMERÓW LAUREACI NAGRÓD NOBLA: H. Staudinger K. Ziegler, G. Natta P. J. Flory J. M. Lehn H. Kroto H. Shirakawa, A. G. McDiarmid, H. J. Heeger

19 KONIEC 1 WYKŁADU