Номенклатура полимеров и сополимеров

Вид материала

Лекция

Содержание 2. Номенклатура неорганических и элементоорганических полимеров Классификация и номенклатура сополимеров

Подобный материал:

• Программы и задания фен по специальности «Химия» 3-й курс, VI семестр, 194.94kb.
• Утверждаю, 91.44kb.
• Медицина и полимеры, 61.59kb.
• Программа вступительного экзамена в магистратуру по направлению 150600 «Материаловедение,, 255.68kb.
• Особенности строения полимерных фаз (Курсовая работа по курсу "Строение вещества"), 349.92kb.
• Утверждаю, 108.58kb.
• Номенклатура органических соединений. Номенклатура – совокупность правил составления, 82.43kb.
• Переработка полимеров, 330.5kb.
• Спецкурс «Физикохимия полимеров структурно-механические свойства полимеров» Цели, 22.61kb.
• Лекция 1 систематическая номенклатура (ганча-видмана) моноциклических соединений. Номенклатура, 342.04kb.

Лекция 3. Номенклатура полимеров и сополимеров


1.Тривиальная, рациональная и систематическая номенклатура органических полимеров


Номенклатура (принципы и правила образования названий полимеров) должна выполнять две задачи:

• исходя из названия, воспроизвести химическое строение полимера;
  
• сделать наиболее распространенные полимеры легко узнаваемыми.
  

1. Тривиальная номенклатура
   

Это номенклатура, включающая торговые названия полимеров, делает полимер узнаваемым для широкого круга специалистов и потребителей. Например, политетрафторэтилен широко известен как тефлон. Иногда торговые названия дают достаточно полную информацию о полимере. Например, такие названия, как нейлон 6, нейлон 66 говорят о том, что оба полимера представляют собой ациклические полиамиды линейной структуры. В первом случае полимер получен из одного мономера --капролактама, Цифра 6 означает, что амидные группы в цепи разделены шестью метиленовыми СН₂- группами. Второй полимер получен из двух мономеров: гексаметилендиамина и адипиновой кислоты. Первая цифра в названии полимера показывает число атомов в диамине, вторая – в дикарбоновой кислоте.

2. Рациональная номенклатура
   

Рациональная номенклатура широко применяется в настоящее время по отношению к полимерам, получаемым методом цепной полимеризации. По этой номенклатуре перед названием мономера ставят приставку «поли-». Если название мономера включает несколько слов, то его заключают в скобки. Иногда эти скобки не ставят. Например:

n CH₂ = CH  - CH₂ - CH -_n

 

C₆H₅ C₆H₅

стирол полистирол


n CH₂ = CHCl  - CH₂ - CHCl -_n

винилхлорид поли(винилхлорид)

Название полимера может быть образовано, исходя из гипотетического мономера. Так, поливиниловый спирт называют по виниловому спирту, который неустойчив, и как мономер не может существовать в свободном виде. Получают его гидролизом поли(винилацетата.:


-CH₂ - CH -_n + nН₂О  - CH₂ - CH -_n + nСН₃СООН

 

OCOCH₃ OH

поливинилацетат поливиниловый спирт


Более общей является номенклатура, основанная на строении мономерного звена. Она может применяться к полимерам, полученным из двух мономеров. Обычно это поликонденсационные полимеры. В этом случае после приставки «поли-» в скобках приводится название мономерного звена. Та часть названия, которая определяет принадлежность данного полимера к какому-либо классу, приводится последней. Например, указывает на принадлежность полимера к классу полиамидов, полиэфиров, полиуретанов. Первые слова характеризуют второй мономер.


- CH₂ – CH₂ – О – С – С₆Н₄ – С -_n

 

O O

поли(этилентерефталат)


- NH – (CH₂)₆ – NH – C – (CH₂)₄ – C -_n

 

O O

поли(гексаметиленадипоамид)


-О - CH₂ – CH₂ - CH₂ – O – C - NH - CH₂ - CH₂ – NH – C -_n

 

O O

поли(триметиленэтиленуретан)


1.3 Систематическая номенклатура, рекомендованная ИЮПАК (JUPAC)

Название полимера начинается с приставки «поли-», за которой в скобках следует название составного повторяющегося звена полимерной цепи (СПЗ). Следовательно, для того, чтобы дать название полимеру, необходимо:

• идентифицировать СПЗ;
  
• ориентировать СПЗ;
  
• дать название СПЗ
  

СПЗ может быть простым или состоять из нескольких подзвеньев. В качестве подзвена выбирают наибольшую группу атомов или циклов основной цепи, которая может быть названа в соответствии с правилами номенклатуры ИЮПАК для низкомолекулярных органических соединений. Атомы и подзвенья располагаются в СПЗ в порядке убывания старшинства слева направо. Путь между подзвеньями должен быть наиболее коротким. Правила старшинства состоят в следующем:

1. Все гетероатомы являются старшими по отношению к углероду. Среди них старшинство определяется положением в периодической системе. Старшинство убывает при движении от верхнего правого угла периодической таблицы к левому нижнему по группам. Ряд старшинства начинается со фтора. Оно убывает в последовательности: F, Cl, Br, …, O, S, Se, …, N, P, As, Sb, …, Fr.
   
2. Старшинство подзвеньев определяется рядом: гетероциклы  гетероатомы или линейные подзвенья, включающие гетероатомы  карбоциклы  ациклические подзвенья. Наличие любых заместителей не изменяет порядок старшинства подзвеньев. При прочих равных условиях преимуществом обладают те из них, у которых число, показывающее положение заместителя, является наименьшим.
   
3. Гетероциклы по старшинству расположены в ряд: азотсодержащие  гетероциклы, содержащие наряду с азотом другие гетероатомы, старшинство которых определяется в соответствии с пунктом 1  системы с наибольшим количеством колец  системы с наибольшим циклом  цикл с наибольшим количеством гетероатомов  системы с наибольшим количеством гетероатомов  системы с наибольшим ассортиментом гетероатомов. При иных равных условиях ненасыщенные циклы имеют преимущество.
   
4. Среди карбоциклических группировок главенствуют те, которые имеют наибольшее количество циклов. Далее идут системы: с наибольшим индивидуальным циклом  с наибольшим количеством общих атомов у всех циклов  с наименьшим числом, характеризующим места соединения циклов  системы с наибольшей ненасыщенностью.
   

Пример1.

Для полимера формулы:


СH – CH₂ – O – CH – CH₂ – O - CH – CH₂ – O 

  

F F F


возможны следующие варианты СПЗ:


- СH – CH₂ – O – – CH₂ – O – CH – –O - CH – CH₂ –

  

F F F

1 2 3


- O – CH₂ – CH – – CH – O – CH₂ – - CH₂ – CH – O -

  

F F F

4 5 6


Поскольку, согласно правилу 1, в основной цепи полимера старшим является кислород О, то все структуры, кроме 3 и 4, исключаются из дальнейшего рассмотрения. По правилу 2 предпочтение отдается структуре с наименьшим числом, показывающим положение заместителя, в данном случае, атома фтора F. Поэтому в качестве СПЗ рассматриваемого полимера выбирают структуру 3. Тогда полимер можно обозначить и назвать следующим образом:

–O - CH – CH₂ –_n полиокси(1-фторэтилен)



F

Пример 2. Полимер формулы - О – С – СН₂ – С – (СН₂)₃ -_n называют

 

О О


поли-1,3-диоксигексаметилен, т.к. это название включает наибольшую цепь атомов углерода.


Пример 3. Полимер формулы - СН = СН -_n называют поливинилен, не полиэтандиилиден.








2. Номенклатура неорганических и элементоорганических полимеров


Название полимеров в данном случае может быть дано по рациональной и систематической номенклатуре. В обычных случаях старшинство элементов в цепях прямо противоположно старшинству элементов, принятых для органических соединений. Так, для неорганических и элементоорганических полимеров старшим из приведенного ранее фрагмента периодической системы будет Fr , младшим – F (чем ниже электроотрицательность, тем выше старшинство).

В случае рациональной номенклатуры название полимеров с неорганической главной цепью складывается из:

• приставки «поли-» ;
  
• числа и названия боковых радикалов, присоединенных к каждому из атомов основной цепи;
  
• корневых названий элементов, образующих основную цепь;
  
• суффикса, указывающего на характер связи между элементами основной цепи («-ан» - одинарная связь, «-ен» - двойная связь, «-ин» - тройная связь);
  
• в случае разных радикалов у одного атома их названия дают в алфавитном порядке латинского алфавита.
  

В соответствии с Номенклатурными правилами ИЮПАК систематическая номенклатура неорганических, элементоорганических и координационных полимеров базируется на тех же принципах, что и номенклатура органических полимеров. Т.е. название складывается из приставки «поли-» и помещенного в квадратные скобки названия составного повторяющего звена, которое складывается из названий составных фрагментов. Если число повторяющихся звеньев известно, то вместо слова «поли-» можно использовать численный префикс, например, дека-СПЗ. Линейный полимер обозначается перед названием префиксом «катена» (от латинского слова catena – цепь).

Название СПЗ, состоящего из центрального атома с несколькими заместителями, начинается с перечисления заместителей, затем идет название центрального атома и далее, после префикса , название заместителя (лиганда). Если последний состоит из нескольких атомов, входящих в основную цепь, то тот из них, который связан с центральным атомом СПЗ, отделяется от других двоеточием.

5. Классификация и номенклатура сополимеров
   

Номенклатура сополимеров ИЮПАК основывается на их происхождении, классификация сополимеров – на расположении мономерных звеньев в молекулах. Если мономеры условно обозначить через А,В,С, то названия сополимеров по систематической номенклатуре в зависимости от типа сополимера будут выглядеть следующим образом.

Таблица 3

Тип сополимера	Пример названия
неустановленный (т.е. неизвестный)	поли(А-со-В)
статистический	поли(А-стат-В)
случайный	поли(А-сл-В)
чередующийся	поли(А-чер-В)
периодический	поли(А-период-В-период-С)
блочный	поли А-блок-поли В
привитой	поли А-прив-поли В

Статистические сополимеры – сополимеры, в которых последовательность расположения мономерных звеньев в цепях подчиняется законам статистики.

-А – А – В – А – В- В – А –


Случайные сополимеры – особый случай статических сополимеров. Присоединение того или другого мономера к цепи сополимера определяется лишь законом случая и не зависит от каких-либо параметров их реакционной способности.


Чередующиеся сополимеры имеют регулярное строение, т.к. в цепи за А всегда следует В и наоборот.


В периодических сополимерах звенья цепи также располагаются регулярным образом:

-АВСАВСАВС- или (АВС)_n ,

-ABBABBABB- или (ABB)_n ,

-AABAAABAAABA- или (AABA)_{n ,}

-ABACABACABAC- или (ABAC)_n


Для блок- и привитых сополимеров характерно блочное расположение мономерных звеньев в макромолекуле. Блок это участок макромолекулы, содержащий один тип мономерных звеньев.

- АААААААА – ВВВВВВ- блок-сополимер

- АААААААА АААААААААААААА привитой сополимер

В В В

В В В

В В

В

Когда блоки соединены фрагментом (атомом) Х, не являющимся частью блоков, название соединительного звена помещается в соответствующем месте, а соединительное слово блок- может быть опущено, например, поли А-блок-Х-блок-поли С или поли А-Х-поли С.


При названии привитых сополимеров первое название (А) соответствует звеньям, образующим основную цепь, второе (В) – звеньям, образующим боковые цепи: поли А-прив-поли В. Если привитые цепи содержат разные мономерные звенья, то они разделяются в названии точкой с запятой: поли А-прив-(поли В; поли С).


Наряду с указанной выше используется альтернативная номенклатура. Её основные положения:

1. Сополимер обозначают приставкой «сополи-», за которой следуют названия мономеров (номенклатура, базирующаяся на происхождении). Пример: сополи(стирол/бутадиен).
   
2. Уточнение типа сополимера (сокращения «блок», «чер» и т.д.) производят с помощью префикса, предшествующего приставке «сополи-», выделенного курсивом. Пример: блок-сополи(стирол/бутадиен).
   
3. В основную часть названия сополимера включают только названия мономеров; концевые звенья уточняются до основного названия (с помощью префиксов  или ), а звенья, соединяющие блоки, упоминают после основного названия, используя символ . Например: блок-сополи(стирол/бутадиен)--диметилсилилен; -бутил--карбокси-блок-сополи(стирол/бутадиен).
   
4. Массовую долю, мольную долю, молекулярную массу или степень полимеризации мономерных звеньев в сополимерах обозначают отдельно: в скобках после названия