Kiến thức

Condensation Polymerization-Materials World Modules

Phần 6:
Đơn chất: Nhóm chức Phần 7: Cơ chế của sự trùng hợp trùng ngưng
Phần 8: Mô phỏng sự trùng hợp của sự ngưng tụ
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~


 

Bạn đang xem: Condensation Polymerization-Materials World Modules

Phần 6: Đơn phân: Nhóm chức năng

Các monome tham gia vào quá trình trùng hợp trùng ngưng không giống như các monome tham gia vào phản ứng trùng hợp ngoài. Các monome để trùng hợp ngưng tụ có hai đặc điểm chính:.
Thay vì các liên kết đôi, các monome này có các nhóm chức (như rượu, amin hoặc nhóm axit cacboxylic).
Mỗi monome có ít nhất hai vị trí phản ứng, thường có nghĩa là hai nhóm chức năng.

Một số monome có nhiều hơn hai vị trí phản ứng, cho phép phân nhánh giữa các chuỗi, cũng như làm tăng khối lượng phân tử của polyme. Bốn ví dụ về các monome đa chức năng này đã được giới thiệu trong Phần 2 của hướng dẫn này. Chúng lại đây:

Đoán tên của từng monome này. Đưa ra chữ cái tương ứng với tên đúng của cấu trúc (chỉ sử dụng mỗi chữ cái một lần). Gợi ý: Glycol có nghĩa là phân tử có nhiều hơn một nhóm rượu (-OH). Amin có nghĩa là phân tử có nhóm amin (-NH 2) . Diamine (hoặc diamino ) có nghĩa là một phân tử có chứa hai nhóm amin. Axit có nghĩa là phân tử có chứa nhóm axit cacboxylic (-COOH). Nhấp vào nút khi hoàn tất. 1. 
2. 
3. 
4. 

Chúng ta hãy xem xét lại các nhóm chức trên các monome này. Chúng tôi đã thấy ba:

Nhóm axit cacboxylic

Nhóm amin Nhóm 
rượu

Bạn có thể đã học trong lớp hóa học hoặc sinh học rằng các nhóm này có thể kết hợp theo cách mà một phân tử nhỏ (thường là H 2 O) được tạo ra.

Liên kết amide:
Khi một axit cacboxylic và một amin phản ứng, một phân tử nước bị loại bỏ và một phân tử amide được hình thành.

Do sự hình thành amit này, liên kết này được gọi là liên kết amit .

Liên kết este:
Khi một axit cacboxylic và một rượu phản ứng, một phân tử nước bị loại bỏ và một phân tử este được hình thành.

Do sự hình thành este này, liên kết này được gọi là liên kết este .

Tóm lại: Các
monome tham gia phản ứng trùng ngưng đều có nhóm chức. Các nhóm chức này kết hợp với nhau để tạo thành liên kết amide và ester. Khi điều này xảy ra, một phân tử nước trong bị loại bỏ. Vì nước bị loại bỏ nên chúng ta gọi những phản ứng này là phản ứng ngưng tụ (nước ngưng tụ ra ngoài.). Khi một phản ứng ngưng tụ liên quan đến quá trình trùng hợp, chúng ta gọi nó là phân cực ngưng tụ .

Hãy xem xét một vài ví dụ phổ biến về polyme ngưng tụ.


 

Phần 7: Cơ chế của quá trình trùng hợp ngưng tụ

Bạn biết rằng các monome được tham gia bằng phản ứng trùng hợp trùng ngưng có hai nhóm chức. Bạn cũng biết (từ Phần 6) rằng một axit cacboxylic và một amin có thể tạo liên kết amit, jand một axit cacboxylic và một rượu có thể tạo liên kết este. Vì mỗi monome có hai vị trí phản ứng, chúng có thể tạo thành polyme chuỗi dài bằng cách tạo ra nhiều liên kết amit hoặc este. Chúng ta hãy xem xét hai ví dụ về các polyme phổ biến được tạo ra từ các monome mà chúng ta đã nghiên cứu.

Ví dụ 1:
Một axit cacboxylic đơn chức và một amin đơn chức có thể tham gia liên kết amit.

Như trước đây, một phân tử nước bị loại bỏ, và một liên kết amide được hình thành. Chú ý rằng một nhóm axit vẫn còn ở một đầu của chuỗi, nhóm này có thể phản ứng với một amin đơn chức khác. Tương tự, một nhóm amin vẫn còn ở đầu kia của chuỗi, nhóm này có thể phản ứng với một đơn phân axit khác.

Như vậy, các monome có thể tiếp tục tham gia bằng các liên kết amit để tạo thành một chuỗi dài. Do loại liên kết liên kết các monome, polyme này được gọi là polyamit. Polyme được tạo ra từ hai monome sáu cacbon này được gọi là nylon-6,6. (Các sản phẩm nylon bao gồm hàng dệt kim, dù và dây thừng.)

Ví dụ 2:
Một axit cacboxylic đơn chức và một ancol đơn chức có thể tham gia liên kết este.

 

Một phân tử nước bị loại bỏ khi liên kết este được hình thành. Chú ý axit và các nhóm rượu vẫn còn để liên kết. ( )

Vì các monome trên đều liên kết với nhau bằng mắt xích este nên mạch pôlôni là polieste. Loại này được gọi là PET, viết tắt của poly (ethylene terephthalate). (PET được sử dụng để làm chai nước ngọt, băng từ và nhiều sản phẩm nhựa khác.)

Hãy tóm tắt:
Khi các monome đa chức tham gia với các liên kết amit và este, các polyamit và polyeste lần lượt được tạo thành. Chúng tôi đã thấy sự hình thành của polyamide nylon-6,6 và polyester PET. Có rất nhiều ví dụ khác.

Ghi nhớ: Quá trình trên được gọi là quá trình trùng hợp ngưng tụ vì một phân tử bị loại bỏ trong quá trình tham gia của các monome. Phân tử này thường là nước.


 

Phần 8: Mô phỏng quá trình trùng hợp ngưng tụ

Bạn đã học trong Phần 7 rằng các polyme trùng ngưng được tạo ra từ các monome có ít nhất hai nhóm chức. Do đó, các polyme có thể phát triển ở cả hai đầu của chuỗi.

Trong quá trình trùng hợp, các monome có xu hướng tạo thành đime (hai monome liên kết) và trimers (ba monome liên kết) trước. Sau đó, các chuỗi rất ngắn này phản ứng với nhau và với các monome. Kết quả chung là khi bắt đầu quá trình trùng hợp, có nhiều chuỗi tương đối ngắn. Chỉ đến gần cuối quá trình trùng hợp thì các chuỗi rất dài mới được hình thành.

Mô phỏng bạn sẽ thấy hiển thị quá trình này bằng đồ thị. Nhấp vào nút bên dưới để xem cửa sổ Mô phỏng. (Nếu không có gì xảy ra, hãy nhấp vào đây. )

Ô lớn hơn trong cửa sổ này là khu vực mà bạn sẽ thấy sự trùng hợp của các monome, được thể hiện bằng các quả bóng màu xám. Khi bạn nhấp vào BẮT ĐẦU, bạn sẽ thấy một mạng lưới các monome màu xám, hoặc không phản ứng. Một khi chúng trùng hợp thành các chất dimers, trimers, v.v., các monome sẽ chuyển sang màu đen. Quá trình trùng hợp sẽ tiếp tục trong vài giây. Sau đó, màn hình sẽ thay đổi thành biểu đồ thanh có tên “Phân phối” và hiển thị tiến trình của quá trình trùng hợp theo thời gian. Các x trục là số đơn vị trong polymer (các ” n ” trong công thức của một loại polymer). Điều này được gợi ý bằng đồ thị với chuỗi polyme được chiếu vào màn hình. Khi bạn di chuyển sang trái, các polyme dài hơn. Cái y-axis là số lượng các polyme. Thanh càng cao thì số lượng polyme càng nhiều. Đồ thị biểu diễn sự phân bố động của các polyme trong phản ứng trùng hợp khi phản ứng diễn ra. Chú ý rằng khi bắt đầu quá trình trùng hợp, sự phân bố nằm xa hơn về phía bên phải, nghĩa là có rất nhiều monome, dimer, trimers và các chuỗi ngắn khác nhưng ít chuỗi dài. Khi quá trình trùng hợp diễn ra, sự phân bố dịch chuyển sang trái, cho thấy rằng có ít chuỗi ngắn hơn và nhiều chuỗi dài hơn.

Ô nhỏ hơn là đồ thị hiển thị kích thước trung bình của các polyme so với thời gian của quá trình trùng hợp. Một lần nữa, hãy lưu ý rằng ở thời điểm ban đầu, hầu hết có các chuỗi ngắn, và gần cuối, có nhiều chuỗi dài hơn.

Một số giả định:
Đầu tiên, chúng tôi giả định rằng chỉ có một loại monome đa chức năng, trái ngược với hai loại, như bạn đã thấy trong hai ví dụ ở Phần 7. Nếu bạn tưởng tượng rằng các polyme trong mô phỏng là polyamit (như nylon-6 , 6), thì đơn chức có một nhóm axit cacboxylic và một nhóm rượu (hãy hình dung chất đơn chức bạn đã thấy trong Ví dụ 1 ở phần trước). Thứ hai, chúng tôi giả định rằng chỉ có 90.000 monome trong quá trình trùng hợp. Trong thực tế, số đơn chất có thứ tự là 10 23 . Mặc dù số lượng monome trong mô phỏng thấp, nhưng nó cho thấy sự phân bố chính xác, trong cuộc sống thực của các chuỗi polyme theo thời gian.

Xem mô phỏng nhiều lần. Bạn có thể xem “ảnh chụp nhanh” của quá trình trùng hợp bất kỳ lúc nào bằng cách nhấn QUIT. (Tuy nhiên, bạn sẽ không thể bắt đầu lại quá trình trùng hợp. Hãy nhấp vào BẮT ĐẦU một lần nữa để bắt đầu một mô phỏng mới.)

Nếu bạn đã xem các hướng dẫn này theo thứ tự, thì bạn đã hoàn tất. Nhưng đừng để bị lừa – vẫn còn rất nhiều điều thú vị về hóa học polymer. Chúc may mắn với các nghiên cứu của bạn.

Chuyên mục: Kiến thức

Related Articles

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Check Also
Close
Back to top button