Конденсація - це основа створення полімерних синтетичних матеріалів: полівінілхлориду, олефінів. При використанні базових варіантів мономерів можна шляхом сополиконденсации отримувати мільйони тонн нових полімерних речовин. В даний час існують різні методи, які дозволяють не тільки створювати речовини, але і впливати на молекулярно-масовий розподіл полімерів.

Особливості процесу

Реакція поліконденсації - це процес отримання полімеру при стадийном приєднання один до одного молекул поліфункціональних мономерів. При цьому відбувається виділення низькомолекулярних продуктів.


В якості основи цього процесу можна розглядати реакцію заміщення. Завдяки виділенню побічних продуктів, існують відмінності в елементарному складі полімеру і вихідного мономеру. Реакція поліконденсації амінокислоти пов'язана з утворенням молекул води у ході взаємодії аміно - і карбоксильної групи сусідніх молекул. У цьому випадку перша стадія реакції пов'язана з утворенням димерів, потім вони перетворюються в високомолекулярні речовини. Реакція поліконденсації, приклад якої ми розглядаємо, відрізняється здатністю освіти на кожному етапі стійких речовин. Одержувані при взаємодії амінокислот димери, тримери і полімери можна виділяти на всіх проміжних стадіях з реакційної суміші. Отже, поліконденсація - це ступінчастий процес. Для його здійснення потрібні молекули мономерів, у складі яких від двох функціональних груп, здатних взаємодіяти між собою. Наявність функціональних груп дозволяє олигомерам реагувати не тільки між собою, але і з мономерами. Подібна взаємодія характеризує зростання ланцюга полімеру. Якщо у вихідних мономерів по дві функціональні групи, ланцюг росте в одному напрямку, що призводить до утворення лінійних молекул.


Поліконденсація - це реакція, результатом якої будуть продукти, здатні до подальшої взаємодії.

Класифікація

Реакція поліконденсації, приклад якої можна записати для багатьох органічних речовин, дає уявлення про складність протікає взаємодії. В даний час подібні процеси прийнято класифікувати за певними ознаками:

тип зв'язку між ланками;

кількість мономерів, що приймають участь в реакції;

механізм процесу.

Чим відрізняється реакція поліконденсації для різних класів органічних речовин? Наприклад, при полиамидировании в якості вихідних компонентів використовують аміни та карбонові кислоти. В ході ступеневої взаємодії між мономерами спостерігається утворення полімеру і молекул води. При етерифікації вихідними речовинами є спирт і карбонова кислота, а умовою отримання складного ефіру є застосування концентрованої сірчаної кислоти у вигляді каталізатора. Як відбувається поліконденсація? Приклади взаємодій свідчать про те, що в залежності від кількості мономерів можна виділити гомо - і гетерополиконденсацию. Наприклад, при гомополиконденсации як мономерів будуть виступати речовини, які мають схожі функціональні групи. У цьому випадку конденсація - це об'єднання вихідних речовин з виділенням води. В якості прикладу можна навести реакцію між кількома амінокислотами, в результаті якої буде утворюватися поліпептид (молекула білка).

Механізм процесу

В залежності від особливостей перебігу виділяють оборотну (рівноважну) і необоротної (неравновесную) поліконденсацію. Такий розподіл можна пояснити присутністю або відсутністю деструктивних реакцій, які передбачають використання низькомолекулярних процесів, різної активності мономерів, а також припускають відмінності в кінетичних і термодинамічних факторах. Для таких взаємодій характерні невисокі константи рівноваги, незначна швидкість процесу, тривалість реакції, високі температури. У багатьох випадках для необоротних процесів характерне використання мономерів, що відрізняються високою реакційною здатністю. Високі швидкості процесу із застосуванням мономеру такого типу пояснюють вибір низькотемпературної і міжфазної поліконденсації в розчині. Незворотність процесу обумовлюється невисокою температурою реакційної суміші, отриманням малоактивного хімічної речовини. В органічній хімії є і такі варіанти нерівноважної поліконденсації, які протікають в розплавах при високих температурах. Прикладом такого процесу є процес отримання з диолов і дигалогенпроизводних дикарбонових кислот поліефірів.

Рівняння Карозерса

Глибина поліконденсації пов'язана з ретельністю видалення з реакційної середовища продуктів низькомолекулярного виду, які заважають зміщення процесу в бік утворення полімерного з'єднання. Між глибиною процесу і ступенем полімеризації є залежність, яка була об'єднана в математичну формулу. При реакції поліконденсації відбувається зникнення двох функціональних груп та однієї молекули мономеру. Так як за часом проходження процесу відбувається витрачання якогось кількості молекул, глибина реакції пов'язана з часткою прореагировавших функціональних груп. Чим більше буде взаємодія, тим вище виявиться ступінь полімеризації. Глибина процесу характеризується тривалістю реакції, величиною макромолекул. Чим відрізняється полімеризація від поліконденсації? В першу чергу характером протікання, а також швидкістю процесу.

Причини припинення процесу

Зупинка росту ланцюга полімеру викликається різними причинами хімічного та фізичного характеру. В якості основних факторів, що сприяють зупинці процесу синтезу полімерного з'єднання, виділимо:

підвищення в'язкості середовища;

зниження швидкості процесу дифузії;

зменшення концентрації взаємодіючих речовин;

зниження температури.

При підвищенні в'язкості реакційної середовища, а також зниження концентрації функціональних груп йде зниження ймовірності зіткнення молекул з подальшою зупинкою процесу зростання. Серед хімічних причин гальмування поліконденсації лідирують:

зміна хімічного складу функціональних груп;

непропорційну кількість мономерів;

присутність в системі низькомолекулярного продукту реакції;

рівновага між прямою і зворотної реакцій.

Специфіка кінетики

Реакції полімеризації та поліконденсації пов'язані із зміною швидкості взаємодії. Проаналізуємо основні кінетичні процеси на прикладі процесу полиэтерификации. Кислотний каталіз протікає в дві стадії. Спочатку спостерігається протонирование кислоти – вихідного реагенту кислотою, яка виступає в ролі каталізатора. В ході атаки реагентом спиртової групи відбувається розпад інтермедіату до продукту реакції. Для протікання прямої реакції важливо своєчасно видаляти з реакційної суміші молекули води. Поступово спостерігається зменшення швидкості процесу, що викликається збільшенням відносної молекулярної маси продукту поліконденсації. У разі застосування еквівалентних кількостей функціональних груп на кінцях молекул взаємодія може здійснюватися тривалий проміжок часу, поки не буде створена гігантська макромолекула.

Варіанти проведення процесів

Полімеризація і поліконденсація - це важливі процеси, використовувані в сучасному хімічному виробництві. Виділяють кілька лабораторних і промислових способів проведення процесу поліконденсації:

у розчині;

в розплаві;

у вигляді міжфазного процесу;

в емульсії;

на матрицях.

Реакції в розплавах необхідні для отримання поліамідів та поліефірів. В основному в розплаві рівноважна поліконденсація протікає в дві стадії. Спочатку взаємодія здійснюється у вакуумі, що дозволяє уникнути термоокислювальної деструкції мономерів, а також продуктів поліконденсації, гарантує поступове нагрівання реакційної суміші, повне видалення низькомолекулярних продуктів.

Важливі факти

Більша частина реакцій проводиться без використання каталізатора. Вакуумування розплаву на другій стадії реакції супроводжується повною очисткою полімеру, тому немає необхідності додатково проводити трудомісткий процес переосаждения. Не допускається різкого підвищення температури на першому етапі взаємодії, оскільки це може призвести до часткового випару мономерів, порушення кількісного співвідношення взаємодіючих реагентів.

Полімеризація: особливості та приклади

Даний процес характеризується використанням одного вихідного мономеру. Наприклад, шляхом такої реакції можна отримувати поліетилен з вихідного алкена. Особливістю полімеризації є формування великих молекул полімеру з заданим кількістю повторюваних структурних ланок.

Висновок

Шляхом поліконденсації можна отримати безліч полімерів, затребуваних в різних сучасних виробництвах. Наприклад, в ході цього процесу можна виділити фенолформальдегідні смоли. Взаємодія формальдегіду і фенолу супроводжується утворенням на першому етапі проміжного з'єднання (фенолспирта). Потім спостерігається конденсація, що приводить до одержання високомолекулярної сполуки – фенолформальдегідної смоли. Отриманий шляхом поліконденсації продукт знайшов своє застосування у створенні безлічі сучасних матеріалів. Фенопластові, в основі яких є дане з'єднання, володіють прекрасними теплоізоляційними характеристиками, тому затребувані в будівництві. Поліефіри, поліаміди, отримані шляхом поліконденсації, використовують у медицині, техніці, хімічному виробництві.