модули по биоорг

Раздел 15.Реакции полимеризации и поликонденсации. Полимеры в стоматологии.

Исходный уровень знаний для усвоения темы основан на школьной

программе органической химии, общей химии «Физико-химия дисперсных систем. Растворы ВМС», « Физико-химические свойства дисперсных систем», разделах 1 – 6 данного пособия.

Для подтверждения компетентности в данной теме надо знать

-формулы мономеров: акриловой кислоты, акрилонитрила, бутадиена, винилового эфира, изопрена, метакриловой кислоты , метилакрилата, метилметакрилата, стирола, хлорвинила.

- правила записи схем реакций полимеризации и полимерной цепи вышеназванных мономеров.

Ключевые слова к теме:

Активатор, высокомолекулярное соединении( ВМС), ингибитор полимеризации, механизм полимеризации, мономер, поликонденсация, полимер, полимеризация, степень полимеризации, стереорегулярный , термореактивный, термопластичный полимер.

Содержание раздела

15.1 Полимеры - определение. Виды полимеров.

15.2. Классификация высокомолекулярных соединений(ВМС)

15.3. Реакции полимеризации

15.3.1 Номенклатура полимеров.

15.3.2 . Общая характеристика мономеров.

15.3.3. Механизмы реакции полимеризации

15.4. Радикальная полимеризация

15.4.1. Образование инициаторов реакции - свободных радикалов

15.4.2. Стадии реакции радикальной полимеризации

15.5. Ионная полимеризация

14.5.1. Катионная полимеризация

14..5.2.Анионная полимеризация

15.6. Координационная полимеризация

15.7. Методы ( приемы) проведения полимеризации

14.7.1. Блочная полимеризация

14.7.2. Эмульсионная полимеризация

14.7.3. Полимеризация в растворе

15.8. Конфигурация полимеров

15.9. Физико-химические свойства полимеров

Воздействие температуры( нагревание)

15.10 Физическое состояние полимеров

14.10.1. Аморфные полимеры

14.10.2. Кристаллические полимеры

15.11. Натуральный каучук

15.12 . Конденсационные полимеры

15.13 Основные представители ВМС

Приложение.

Характеристика физико-химических свойств распространенных в стоматологии полимерных веществ

Полиакрилат и его эфиры

( - СН 2–СН- )n

СООН( COOR )

Используют в технических целях и стоматологии для изготовления протезов зубов. Устойчивы к действию света, кислорода. Чем больше алкильный радикал, тем меньше Т пл , больше эластичность полимера

Поливиниловый спирт

Получают гидролизом поливинилацетата.

(- СН 2–СН- )n + n H2O———>(- СН 2–СН- ) n + n CH3 COOH

| |

ОСОСН3 OH

поливинилиацетат поливиниловый спирт

3% раствор поливинилового спирта( М=10 000 -12 000)- препарат полидез( Polidesum) – плазмозаменитель. Применяется в качестве детоксицирующего средства.

При добавлении йода к раствору поливинилового спирта образуется темно-синий раствор- препарат йодинол. Применяют в виде 1% раствора, содержащего о,1% йода и

0,9 % поливинилового спирта. Используют как наружное средство при тонзиллите, отите, трофических и варикозных язвах.

Изменение окраски йода имеет такой же механизм, как при добавлении йода к крахмалу.

Поливинилбутиловый спирт

Из него готовят лекарственный препарат Винилин – бальзам Шостаковского.

(- СН 2–СН-) n

ОС4Н9

Густая вязкая жидкость, практически нерастворимая в воде. Применяют наружно при ожогах, отморожениях, мастите, ранах, вовнутрь при язвенной болезни желудка. 12-перстной кишки. Оказывает обволакивающее, противовоспалительное действие, способствует регенерации тканей.

Поливинилхлорид ( ПХВ)

( -СН 2–СН-) n

С1

Твердое вещество, стоек к действию щелочей. Получают полимеризацией в суспензии, эмульсии. Применяют для изготовления костюмов химической и радиационной защиты, в медицине перчаток, бахил, фартуков

Полиметакрилат

СН3

(- СН2 – С -) n

‌ |

СООН

Получают полимеризацией метакриловой( метилакриловой) кислоты. Обладает высокими оптическими свойствами, совместим с организмом человека, используют для изготовления контактных линз для глаз.

Используют также метиловый эфир метакриловой кислоты для получения полиметилметакрилата, который обладает сходными свойствами с полиметакрилатом.

Поликарбонаты.

Представители поликонденсационных пластиков. Сложные эфиры угольной кислоты и дигидроксисоединений.

НО- R- О- С –О- R - О - С - О -

| | | |

О О

Полимер оптически прозрачен, устойчив к действию света видимой и УФ- части, физиологически инертен. Используется для получения фильтров крови, костных протезов, оболочек для лекарственных препаратов пролонгированного действия, линз.

Фторопласты

Полимеры, мономерами которых являются фторэтены .

Политетрафтрэтилен( тефлон, фторопласт-4)

(–СF2 – СF2 –)n

Твердое кристаллическое вещество молочно-белого цвета .

М 500 000 -2 000 000. Термостойкий, температура разложения

выше 415⁰. Высокая химическая стойкость, водопоглощение прак-

тически равно нулю, не набухает, не растворяется в воде и других

растворителях, кислотах, щелочах. Подвергается всем видам

механической обработки. В медицине применят для изготовления

контейнеров для хранения биологического материала, лабораторной

посуды для биохимических и клинических исследований.

Эфиры целлюлозы

Напоминаем: формула целлюлозы (С6 Н10О5)n или [С6Н7О2(ОН)3]n

Получают из целлюлозы: простые эфиры – алкилированием, сложные эфиры - ацилированием. Эти соединения при растворении в воде сильно набухают, образуют устойчивые растворы с различной степенью вязкости. Обладают поверхностно-активным действием, хорошие адсорбенты, не оказывают раздражающего действия на организм – физиологически совместимы. Используют как загустители в производстве лечебных и косметических кремов, паст, получают тонкие пленки для пищевой и медицинской промышленности.

Оксиэтилцеллюлоза [С6Н7О2 (-О -CH2- CН2- OH )3 ] n

Карбоксиэтилцеллюлоза [С6Н7О2 (- О -CH2- CН2- СООН )3 ] n или

натриевая соль [С6Н7О2 (- О -CH2- CН2- СОONa )3 ] n

Обучающая задача 1

Какой мономер надо выбрать для получения полиметилметакрилата?

Запишите формулы мономера и единичного звена полимерной цепи.

Решение

1. Вспомним правила номенклатуры: название полимера составляют, добавляя к названию мономера приставку «поли».

2. Название мономера метилметакрилат – метиловый эфир метакриловой кислоты, или метиловый эфир метилакриловой кислоты.

СН2 = С (СН3) – СО-ОСН3

мономер СН3

( - СН2 - С –)n полимер

СО-ОСН3

Обучающая задача 2

При изготовлении полимерного стоматологического изделия методом радикальной полимеризации понадобилось смешать мономер и инициатор. Специалист ошибся и увеличил количество инициатора. Могли произойти изменения в составе полимера?

Решение.

1. Процесс радикальной полимеризации состоит из 3 стадий:

а. инициация, образование свободных радикалов

б. рост цепи

в. обрыв цепи

1. Инициатор является источником свободных радикалов, которые «запускают» процесс полимеризации.

R1^•+ Х —> R1– Х^• начало роста одной полимерной цепи

R1– Х^• + Х —> R1–Х– Х рост полимерной цепи

R2^•+ Х —> R2– Х^• начало роста другой полимерной цепи

R2– Х^• + Х —> R2–Х– Х^• рост полимерной цепи

и т.д.

2. Каждый свободный радикал R^•– источник роста самостоятельной полимерной цепи. Чем больше свободных радикалов, тем больше одновременно образуется растущих цепей. Это означает, что фракционный состав полимера и молекулярная масса фракций зависит от числа свободных радикалов.

3. Чем больше одновременно формируется растущих цепей, тем ниже молекулярная масса.

4. Сделаем вывод: из-за неточной дозировки изменится молекулярная масса полимера, из которого изготовлено стоматологическое изделие, что скажется на качестве этого изделия.

Обучающая задача 3.

Какой вид катализа – кислотный или основный – необходимо выбрать для осуществления полимеризации акрилонитрила?

Решение.

1.Запишем формулу мономера акрилонитрила, определим распределение электронной плотности в молекуле СН2 =СН – С ≡N

Чередование двойной и тройной связи создает сопряженную систему. Нитрильная (циано)группа – С ≡N относится к акцепторным и проявляет отрицательные эффекты ( - I, -М).

2. Возникает смещение электронной плотности, частичные заряды

Распределяются по краям сопряженной системы.

+ δ – δ

СН2 =СН – С ≡N + δ

+ δ СН2 =СН – СN

В^– + СН2 =СН – С ≡N —> В –СН2 – СН ^– ———> и т.д

C≡N

3.Появление заряда + δ создает возможность для нуклеофильной атаки основанием В^–. Применить кислотный катализ с участием Н⁺ не представляется возможным, поскольку атом углерода Сsp², имеющий двойную связь, несет частичный положительный заряд.

105

Содержание