聚合

Organic Chemistry II

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Overview

资料来源: Vy 先生和1月的里德尔, 加州大学欧文分校化学系

聚合物是由由重复单位 (所谓的单体单位) 组成的大分子。在我们的现代世界中, 聚合物起着重要的作用。第一个重要的聚合物是尼龙, 它是聚酰胺。它在牙刷和丝袜中得到广泛应用。

Cite this Video

JoVE Science Education Database. 有机化学 (2). 聚合. JoVE, Cambridge, MA, (2019).

Principles

聚合有两种主要类型。一种是链式生长反应, 可分为自由基、阳离子、阴离子和协调聚合。步进聚合是制造聚合物的另一种主要方法。双功能或多功能单体反应最终形成聚合物。步进聚合可以进一步分化为缩合聚合和添加聚合。

在加法聚合中, 单体会相互补充形成聚合物。在缩合聚合中, 两个单体会在水或其他小分子如氯化氢的释放下加入缩合反应。

在随后的聚酰胺合成中, 二羧酸氯化物在氯化氢的释放下与二胺一起凝结成聚酰胺。polyamide-6,10 名称中的符号610反映了二胺单体中的碳的数量 (在这种情况下为六) 和二羧酸氯化物单体中的碳的数量 (本例中为十)。

Equation 1

一步生长聚合的一个特征是链长和聚合的转换的依赖性。在反应开始时, 大多数单体会凝结成主要的聚和三原。随着进一步的进展, 聚和三原将结合到低聚物, 只有在高转化率, 当大多数单体的反应, 寡聚体将凝聚形成聚合物与大量的单体单位。此现象在图 1中说明。

Figure 1
图1。缩合聚合。

在本实验中, 聚酰胺通过 so-called 表面聚合形成。在非均匀溶液中, 由水和有机溶液组成, 聚合将在两层的界面上进行。二胺单体在水中溶解, 二元酸在有机溶剂中溶解。

Procedure

1. 准备

  1. 到一个250毫升烧杯, 添加3毫升 (14 摩尔) 的二氯在100毫升n-己烷。
  2. 150毫升的烧杯, 添加4.4 克 (38 摩尔) 16-diaminohexane 在50毫升蒸馏水。
  3. 在 16-diaminohexane 溶液中加入约5滴酚酞溶液。

2. 表面聚合

  1. 小心地用二氯溶液覆盖水溶液。
  2. 注意, 在水溶液和有机溶液的界面处会形成薄薄的一层。
  3. 注意, 添加的酚酞将使界面可见。

3. 收集聚合物

  1. 用镊子将形成的聚酰胺薄膜从界面上拉出, 并将其缠绕在玻璃棒上。
  2. 将聚酰胺吹到玻璃棒上。
  3. 用丙酮清洗聚合物, 然后用大量的水冲洗。
  4. 在减压的50° c 下将聚合物干燥。

合成聚合物不仅在日常生活中无处不在, 而且在应用和基础科学领域有许多应用。

聚合是一种用来制造高分子化合物的过程。

这些大分子由大量的重复单位组成, 称为单体。由这些大分子组成的材料具有独特的化学、机械和热性能。

该视频将说明聚合原理, 合成 polyamide-6,10, 并涵盖了一些应用的聚合。

聚合有几种分类方法。一个共同的方式是由它的成长特征, 二者之一链成长或步成长聚合。在链增长中, 单体被添加到一个不断延长的分子链的末尾。这一直持续到单体耗尽或生长被抑制。

在阶跃生长聚合中, 双功能或多功能单体最初反应形成聚和三原。随着反应的进行, 这些化合物结合形成更大的寡聚物。反应一直持续到高分子分子形成。

另一种分类聚合的方法是基于反应机理。一类是加法聚合, 其中单体相加而不形成副产品。例如, 当氯乙烯单体形成自由基时, 它攻击其他单体分子先后传播一个长链分子, 称为聚氯乙烯或 PVC。

在另一种机制中, 缩合聚合, 具有互补功能的分子端反应, 以水或小分子的形式释放出副产品。反应物可以是单体, 或更高的分子量中间体。

由这个过程制成的一个重要的聚合物是聚酰胺, 更好地被称为尼龙。在这种合成中, 二羧酸氯化物与二胺一起凝结形成聚酰胺并释放出氯化氢。随着反应的进行, 单体被消耗形成聚和三原, 反应形成更大的寡聚物。然后, 齐聚物将凝聚成大分子量聚合物。

现在, 聚合的基础已经被覆盖, 让我们来看看聚酰胺的步骤-生长缩合反应使用表面聚合;聚合发生在非均匀混合物的界面上的过程, 由水和有机相组成。

首先, 制备聚合反应溶液。在烧杯中, 混合3毫升的二氯到100毫升正己烷。在一个单独的烧杯中, 添加4.4 克 16-diaminohexane 到50毫升蒸馏水。

在水 diaminohexane 溶液中加入大约5滴酚酞溶液。

接下来, 小心地将二氯溶液覆盖到含 diaminohexane 的水溶液中。薄层将形成在两个阶段的接口。该层的能见度由酚酞增强。

最后, 必须收集聚合物。使用一对镊子, 拉动形成的聚酰胺薄膜, 并围绕一个玻璃棒包装。将聚酰胺吹到玻璃棒上。

然后用丙酮清洗聚合物, 然后用大量的水。一旦这是完整的, 干燥在50° c 下减压。

一个中空的, 长链的聚酰胺是从这个过程中获得。

聚合用于许多科学和工程应用。在这里, 我们将介绍其中的一些应用程序。

光聚合利用光线来引发反应。使用口罩, 三维聚合物结构可以在一层一层的方式制作。该系统使用现成的数字投影仪和光敏树脂, 可以产生具有 sub-100 μ m 分辨率的3D 物体, 能够在力学和材料科学方面进行基础研究, 以及可调谐超介质等新兴领域。

尽管纳米粒子的合成取得了进展, 但纳米粒子的有序组装仍然是一个挑战。在这个应用中, 金属纳米粒子涂覆聚苯乙烯块聚 (丙烯酸) 聚合成链结构。聚合物合成技术可以控制纳米粒子链的长度和宽度。

生物相容聚合物已成为生物学中不可缺少的工具。例如, 密度梯度多层聚合允许创建具有独特的化学和机械性能的生物相容层状矩阵。这项技术使生物医学和基础研究的细胞响应在复杂的2维和3维环境。

你刚刚看了朱庇特的视频聚合。本视频介绍了聚合的基本概念, 聚酰胺合成的程序, 以及在实验室中的聚合用途。谢谢收看!

Results

得到了一个中空的长链聚酰胺。

Applications and Summary

这项实验以一种简单的方式展示了聚合物合成的生动方法。16-diaminohexane 和二氯化物的缩合聚合给出了一个 polyamide-6,10, 聚合在两个液层的界面上。这种表面聚合将形成一个中空的聚酰胺链, 在从界面上拉出聚合物并将其缠绕在玻璃棒上以使其风。

聚合物和聚酰胺在我们的日常生活中发现各种不同的用途。最初用于牙刷和丝袜。今天, 聚酰胺用于生产纺织品, 如雨衣, 户外衣服, 实验室大衣, 和飞行夹克。由于其强度和韧性, 聚酰胺也用于降落伞, 攀登绳索, 和帆。这些应用使聚酰胺成为当今使用的最重要的聚合物之一。

1. 准备

  1. 到一个250毫升烧杯, 添加3毫升 (14 摩尔) 的二氯在100毫升n-己烷。
  2. 150毫升的烧杯, 添加4.4 克 (38 摩尔) 16-diaminohexane 在50毫升蒸馏水。
  3. 在 16-diaminohexane 溶液中加入约5滴酚酞溶液。

2. 表面聚合

  1. 小心地用二氯溶液覆盖水溶液。
  2. 注意, 在水溶液和有机溶液的界面处会形成薄薄的一层。
  3. 注意, 添加的酚酞将使界面可见。

3. 收集聚合物

  1. 用镊子将形成的聚酰胺薄膜从界面上拉出, 并将其缠绕在玻璃棒上。
  2. 将聚酰胺吹到玻璃棒上。
  3. 用丙酮清洗聚合物, 然后用大量的水冲洗。
  4. 在减压的50° c 下将聚合物干燥。

合成聚合物不仅在日常生活中无处不在, 而且在应用和基础科学领域有许多应用。

聚合是一种用来制造高分子化合物的过程。

这些大分子由大量的重复单位组成, 称为单体。由这些大分子组成的材料具有独特的化学、机械和热性能。

该视频将说明聚合原理, 合成 polyamide-6,10, 并涵盖了一些应用的聚合。

聚合有几种分类方法。一个共同的方式是由它的成长特征, 二者之一链成长或步成长聚合。在链增长中, 单体被添加到一个不断延长的分子链的末尾。这一直持续到单体耗尽或生长被抑制。

在阶跃生长聚合中, 双功能或多功能单体最初反应形成聚和三原。随着反应的进行, 这些化合物结合形成更大的寡聚物。反应一直持续到高分子分子形成。

另一种分类聚合的方法是基于反应机理。一类是加法聚合, 其中单体相加而不形成副产品。例如, 当氯乙烯单体形成自由基时, 它攻击其他单体分子先后传播一个长链分子, 称为聚氯乙烯或 PVC。

在另一种机制中, 缩合聚合, 具有互补功能的分子端反应, 以水或小分子的形式释放出副产品。反应物可以是单体, 或更高的分子量中间体。

由这个过程制成的一个重要的聚合物是聚酰胺, 更好地被称为尼龙。在这种合成中, 二羧酸氯化物与二胺一起凝结形成聚酰胺并释放出氯化氢。随着反应的进行, 单体被消耗形成聚和三原, 反应形成更大的寡聚物。然后, 齐聚物将凝聚成大分子量聚合物。

现在, 聚合的基础已经被覆盖, 让我们来看看聚酰胺的步骤-生长缩合反应使用表面聚合;聚合发生在非均匀混合物的界面上的过程, 由水和有机相组成。

首先, 制备聚合反应溶液。在烧杯中, 混合3毫升的二氯到100毫升正己烷。在一个单独的烧杯中, 添加4.4 克 16-diaminohexane 到50毫升蒸馏水。

在水 diaminohexane 溶液中加入大约5滴酚酞溶液。

接下来, 小心地将二氯溶液覆盖到含 diaminohexane 的水溶液中。薄层将形成在两个阶段的接口。该层的能见度由酚酞增强。

最后, 必须收集聚合物。使用一对镊子, 拉动形成的聚酰胺薄膜, 并围绕一个玻璃棒包装。将聚酰胺吹到玻璃棒上。

然后用丙酮清洗聚合物, 然后用大量的水。一旦这是完整的, 干燥在50° c 下减压。

一个中空的, 长链的聚酰胺是从这个过程中获得。

聚合用于许多科学和工程应用。在这里, 我们将介绍其中的一些应用程序。

光聚合利用光线来引发反应。使用口罩, 三维聚合物结构可以在一层一层的方式制作。该系统使用现成的数字投影仪和光敏树脂, 可以产生具有 sub-100 μ m 分辨率的3D 物体, 能够在力学和材料科学方面进行基础研究, 以及可调谐超介质等新兴领域。

尽管纳米粒子的合成取得了进展, 但纳米粒子的有序组装仍然是一个挑战。在这个应用中, 金属纳米粒子涂覆聚苯乙烯块聚 (丙烯酸) 聚合成链结构。聚合物合成技术可以控制纳米粒子链的长度和宽度。

生物相容聚合物已成为生物学中不可缺少的工具。例如, 密度梯度多层聚合允许创建具有独特的化学和机械性能的生物相容层状矩阵。这项技术使生物医学和基础研究的细胞响应在复杂的2维和3维环境。

你刚刚看了朱庇特的视频聚合。本视频介绍了聚合的基本概念, 聚酰胺合成的程序, 以及在实验室中的聚合用途。谢谢收看!

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