Наиболее важные представители диеновых, виниловых, акриловых, карбонильных и циклических мономеров, их химические свойства

Введение

Актуальность работы. Мономеры (от греч. Monos – один и meros – часть) – низкомолекулярные соединения, молекулы которых способны реагировать между собой или с молекулами других соединений с образованием макромолекул. Мономерами в широком смысле являются соединения, содержащие кратные связи: олефины, диены, ацетилены, производные ненасыщенных карбоновых кислот, циклические соединения – оксиды олефинов, лактамы, лактоны, а также соединения с функциональными группами – дикарбоновые кислоты, аминокислоты, гликоли, диамины, фенолы и др.
Развитие химии мономеров неразрывно связано с получением полимерных материалов, имеющих широкие возможности применения. Но первоначальные исследования продуктов, способных создавать макромолекулы, носят прикладной характер. От первых опытов изучения мономеров натурального каучука до наших дней прошло уже почти два столетия. Однако интерес к ним как у химиков, так и у промышленников не угас. Исследования мономеров и их полимеризации, которыми занимались целые поколения и школы химиков, буквально за несколько десятилетий разрослись с необычайной быстротой и послужили началом эры современных синтетических высокомолекулярных соединений, способных заменять и во многих случаях превосходить природный каучук.
С первыми достижениями в этой области связаны имена великих основоположников современной химии, таких, как Фарадей, Либих, Дальтон и Дюма.
Цель работы – исследовать наиболее важные представители диеновых, виниловых, акриловых, карбонильных и циклических мономеров, их химические свойства.
Исходя из цели имеем следующие задачи:
проанализировать наиболее важные представители диеновых, виниловых, акриловых, карбонильных и циклических мономеров;
исследовать химические свойства мономеров.

ГЛАВА 1. Общая характеристика основных представителей мономеров
1. Основные понятия и характеристики

Высокомолекулярные соединения имеют большое теоретическое и важнейшее прикладное значение. Различные виды каучуков, пластических масс, органических стекол и синтетических волокон находят широкое применение в различных отраслях промышленности. Исходными веществами для синтеза высокомолекулярных соединений являются низкомолекулярные вещества –мономеры.
Мономеры–низкомолекулярные соединения (молекулярной массой до 500), молекулы которых способны реагировать между собой или с молекулами других соединений с образованием макромолекул. Мономерами в широком смысле являются:
–соединения, содержащие кратные связи: олефины, диены, ацетилены, производные ненасыщенных карбоновых кислот;
–циклические соединения –оксиды олефинов, лактамы, лактоны;
–соединения с функциональными группами –дикарбоновые кислоты, аминокислоты, гликоли, диамины, фенолы и др.
Мономеры используются при синтезе полимеров. Полимеры в свою очередь состоят из отдельных макромолекул. Общие способы образования полимеризующихся мономеров основаны на известных реакциях, в результате протекания которых в молекуле органического соединения образуется двойная связь. К реакциям данного типа относятся: дегидрогенизация, гидрирование, дегидрогалогенирование, дегалогенирование, дегидратация.


2. Представители диеновых мономеров

Этилен – бесцветный газ, обладающий слабым сладковатым запахом. М.м.28,05, tпл–169,15 ºС, tкип–103,7ºС

. Горит слабым светящимся пламенем, с воздухом и кислородом образует взрывоопасные смеси. В воде практически нерастворим, ограниченно растворяется в органических растворителях. В настоящее время этилен – важное техническое сырье для производства полиэтилена высокого и низкого давлений, этилен-пропиленовых каучуков и сополимеров со стиролом и винилацетатом, а также для производства стирола, этиленоксида и других продуктов.
Основным промышленным методом получения этилена является пиролиз жидких дистиллятов нефти или низших насыщенных углеводородов. Реакция проводится в трубчатых печах притемпературе850-900оС и давлении 0,3 МПа. При использовании в качестве сырья прямогонного бензина выход этилена составляет ≈30%. При пиролизе газойля выход этилена составляет 15-25%. Наибольший выход этилена –до 50% – достигается при использовании в качестве сырья легких насыщенных углеводородов: этана, пропана, бутана. Общие способы получения – это реакции:
–дегидратации;
–дегалогенирования;
–дегидрогалогенирования;
–разложения азосодержащих соединений;
–Виттига.


3. Представители акриловых мономеров

Акриловая и метакриловая кислоты, их сложные эфиры, нитрилы и амиды являются ценными мономерами, полимеризацией которых получают полиакриловую кислоту, полиакрилаты, а также полиакрилонитрил. Полимеризацией некоторых эфиров акриловой кислоты или сополимеризацией с виниловыми мономерами (2-хлорэтил-виниловый эфир, винилхлорацетат и др.) получают акрилатные (акриловые) каучуки. Акрилатные каучуки тепло-, озоно- и кислородостойки, устойчивы к действию УФ-излучения. Характеризуютсят низкой газопроницаемостью. Полиакриловая кислота – распространенный гидрофильный загуститель для разнообразных водных растворов промышленного назначения.
Акрилонитрил
CH2=CH-CN
Бесцветная прозрачная жидкость с резким запахом. М.м. 53, tпл – 83,55оС, tкип 77,3оС. Слабо растворяется в воде. Со многими органическими растворителями смешивается в любых соотношениях

ГЛАВА 2. Химические свойства мономеров

Полимеризация диеновых соединений
В упрощенном виде реакцию полимеризации бутадиена -1,3 по схеме 1,4 присоединения можно представить следующим образом:
 
  ––––®    .
 
В полимеризации участвуют обе двойные связи диена. В процессе реакции они разрываются, пары электронов, образующие s- связи разобщаются, после чего каждый неспаренный электрон участвует в образовании новых связей: электроны второго и третьего углеродных атомов в результате обобщения дают двойную связь, а электроны крайних в цепи углеродных атомов при обобщении с электронами соответствующих атомов другой молекулы мономера связывают мономеры в полимерную цепочку.
Элементная ячейка полибутадиена представляется следующим образом :
 
 .
 
Как видно, образующийся полимер характеризуется транс- конфигурацией элементной ячейки полимера. Однако наиболее ценные в практическом отношении продукты получаются при стереорегулярной (иными словами, пространственно упорядоченной) полимеризации диеновых углеводородов по схеме 1,4- присоединения с образованием цис- конфигурации полимерной цепи. Например, цис- полибутадиен
 
 .
 
Натуральный и синтетический каучуки
Натуральный каучук получают из млечного сока (латекса) каучуконосного дерева гевеи, растущего в тропических лесах Бразилии.
При нагревании без доступа воздуха каучук распадается с образованием диенового углеводорода – 2- метилбутадиена-1,3 или изопрена