Cấu trúc của các hợp chất hữu cơ - Phạm Thị Hồng Như

CẤU TRÚC CỦA CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ
˜˜˜¯™™™
Cấu tạo hóa học của mạch phân tử polime 
Dạng mạch không phân nhánh
Có nhiều polime thiên nhiên cũng như tổng hợp, phân tử của chúng là một chuỗi những mắc xích nối tiếp nhau tạo thành mạch dài không phân nhánh
Thí dụ như: poli(etylenterephtalat)
Dạng mạch phân ,nhánh
Có nhiều loại polime có cấu ktaoj nhánh như amilopectin trong tinh bột, glycogen
Dạng mạch lưới không gian
 Nhiều mạch polime lien kết với nhau theo chiều hướng trong không gian bởi nguyên tử , nhóm nguyên tử ha6ynmachj nối tạo thành polime dạng không gian như cao su lưu hóa, nhựa bakelit
Cấu tạo hóa học điều hòa và không điều hòa của phân tử polime
Các mắc xích polime có thể kết hợp với nhau theo kiểu đầu nối với đầu và đuôi nối với đuôi hoặc kiểu đầu nối với đuôi gọi là cấu tạo điều hòa
Các mắc xích monome cũng có thể kết họp kiểu dầu với đâu, đuôi với đầu(kết hợp tùy tiện) gọi là không điều hòa
Cấu trúc lập thể của polime
Cấu trúc không gian điều hòa và không điều hò của các polime có các mắc xích có C*
Khi trùng hợp các dẫn xuất thế α của etylen, các nguyên tử cacbon bậc III của monome =CH- sẽ trở thành những nguyên tử C bất đối xứng trong polime( theo kiểu đầu, đuôi)
Có cấu trúc không gian điều hòa và không điều hòa của các polime có các mắc xích có nối đôi
Polime có mạch C chúa các mắc xích có nối đôi sẽ xuất hiện cấu trúc hình cis, trans, hoặc cis-trans. Thí dụ:
Cấu hình cis của cao su thiên nhiên Cấu hình trans của cao su thiên nhiên
Cấu trúc hình học của khối polime (cấu trúc ngoại vi phân tử)
Polime có cấu trúc dạng dạng hạt cầu: đó là cấu trcus thường gặp trong các polime có nguồn gốc sinh vật hoặc các polime tổng hợp bằng phản ứng ngưng tụ.
Cấu trúc cũng thường gặp trong các polime là cấu trúc tạo dạng bó:
Bó có thể gập lại sao cho phần lớn bề mặt bên của nó nằm sát bên nhau tạo thành băng.
 Cấu trúc hạt cầu cũng có thể phát triển theo tất cả các houngws hình thành cấu trúc dạng tấm mỏng, đặc trưng cho các polime có tính đàn hồi,
LÍ TÍNH
Các polime đều ở trạng thái nhựa dẻo hoặc rắn, không bay hơi
Polime không có điểm nóng chảy xác định mà nóng chảy trong một khoảng nhiệt độ khá rộng, khi nóng chảy tạo thành chất lỏng có độ nhớt cao. Một số polime phân hủy khi đun nóng
Đa số các polime khó tan trong các dung môi thong thường. Những polime có cấu trúc mạch không phân nhánh thường bị dễ hòa tan và dẽ nóng chảy. Những polime có cấu taọp mạng không gian hầu như không nóng chảy, không tan trong bất kì dung môi nào.
Hầu hết các polime đều có tính cách nhiệt và cách điện. Một số polime chứa hệ electron p liên hợp trong phân tử có tính bán dẫn
CƠ TÍNH
Một số polime có tính đàn hồi như cao su thiên nhiên..
 Đa số các polime có độ bền cơ học tương đối cao
Tất cả các tính chất lí tính và cơ tính trên đều do cấu trúc của phân tử poliem tạo nên. Trước hết do phân tử polime rất lớn dẫn đến lực tương tác giữa các phân tử lớn, khối lượng phân tử lớn làm cho chúng có độ nhớt cao. Polime nóng chảy ở một khoảng nhiệt độ rộng vì là hỗn hợp các phân tử khối khác nhau.
Tính bền cơ học của chúng cũng phụ thuộc chủ yếu vào cấu trúc hóa học của phân tử polime, vào sự sắp xếp tương hỗ giữa các chuỗi phân tử và còn phụ thuộc vào sự có mặt của các chất khác như chất độn, chất màu
TÍNH CHẤT HÓA HỌC
Phản ứng hóa học của các polime là khác nhau tùy theo thành phần cấu tạo của chúng và các phản ứng của chúng không khác gì phản ứng hóa học hữu cơ cổ điển, nhưng do phân tử có kích thước lớn và cấu trúc phức tạp nên sự chuyển hóa này có những nét đặc biệt
Phản ứng duy trì mạch cacbon
Đối với polime mạch hidrocacbon no
polime có thể bị halogen hóa hoặc sunfo hóa
Đối với polime mạch hidrocacbon không no
tính chất hóa học của các polime mạch hidrocacbon không no giống của hidrocacbon không no
Việc clo hóa những polime không no xảy ra phức tạp. Sản phẩm cuối cùng chủa sự clo hóa cao su thiên nhiên là poli(tetracloisopren):
với polime có mắc xích cơ sở là dẫn xuất halogen cảu hidrocacbon
thí dụ: khi clo hóa PVC sẽ thu được sản phẩm:
Với polime có mắc xích cơ sở là ancol
Thí dụ như: poli(vinylancol) 
 Khi etylen oxit tác dụng với poli(vinylancol):
 Poli(vinylancol) tạo với acrilonitrin thành poli(O-2-xianetyl vinylancol):
Với polime có mắc xích cơ sở chứa nhóm cacbonyl
Dưới tác dụng cảu ancol, khoảng 30-35% nhóm andehit cảu poli tạo thành axetal:
Dưới tác dụng của hidroxiamin, nhóm andehit thành những mắc xích oxim:
Với polime có mắc xích cơ sở là axit cacbonxylic
 Thí dụ như: poliacrylic axit: khi cho tác dụng với hidroxiamin sẽ thu được poli(acryl hidroxamic)
Với polime với mắc xích cơ sở là amin
Thí dụ điển hình: là poli(vinylamin) khi cho tác dung với anhidrit axetic
 Với polime dị mạch
Polime dị mạch chứa cacbon và oxi : điển hình là xenlulozo khi kiềm hóa:
Tác dụng của ankyl sunfat:
Xenlulozo tác dụng với acrilonitrin:
- Polime dị mạch chứa cacbon và oxi, nito
Chất phổ biến là poliuretan: tác dụng với fomanđehit ở 90oC, thu được N-meilol:
Phản ứng làm tăng mạch polime
Phản ứng tạo thành các liên kết hóa học làm cầu nối giữa các mạch phân tử polime là phản ứng khâu mạch.
Phản ứng khâu mạch có thể xảy ra trong quá trình tổng hợp polime nhờ phản ứng trùng hợp và trùng ngưng hoặc xảy ra khi gia công các polime thành vật phẩm polime.
Đặc điểm của phản ứng này là luôn luôn làm thay đổi độ trùng hợp và đôi khi làm thay đổi cả cấu trúc mạch cơ sở của polime. Đó là các phản ứng đồng trùng hợp khối, đồng trùng hợp ghép tạo nên các sản phẩm copolime khối, copolime ghép có cấu trúc không gian, làm tăng khối lượng phân tử polime.
Phản ứng làm giảm mạch polime: phản ứng phân hủy
Sự phân hủy hóa học
Đó là phản ứng đặc trưng nhất với những polime dị mạch
Sự phân hủy hóa ọc xảy ra dưới tác dụng cảu những chất phân cực nhưi nước, axit, amin, ancolhoặc oxi
thủy phân, ancol phân
sự thủy phân những ancol poliaxetal thiên nhiên: là sự thủy phân các polisaccarit sẽ thu được monosaccarit tương úng.
Sự thủy phân polimit:
Thí dụ:
Khi thủy phân, các nhóm amit tạo thành amin và cacboxyl.
Sự thủy phân polieste:
Phản ứng oxi hóa:
Phân hủy polime dưới ảnh hưởng của những tác động vật lí
Sự phân hủy polime dưới ảnh hưởng của năng lượng ánh sáng, bức xạ ion, năng lượng cơ học và nhiệt hoccj xảy ra theo cơ chế dây chyueenf qua ba giai đoạn: tạo gốc tự do, phát triển và ngắt mạch phản ứng
Giai đoạn tạo gốc tự do: tạo ra gốc tự do.
giai đoạn phát triển mạch: xảy ra theo nhiều cách như: cắt đứt liên kết C-C tạo ra gốc tự do lớn, và ngay trong gốc tự do lớn cũng xảy ra sự cắt đứt liên kết.
Giai đoạn ngắt mạch: các gốc tự do kết hợp lại với nhau tạo thành polime mạch thẳng hoặc nhánh mới, cũng có thể là mạng
Thí dụ: dưới tác dụng cảu nhiệt độ, poli(metyl metacrylat) bị phân hủy tách ra chủ yếu là monome(90-95%):
Sự phân hủy oxi hóa polime bằng oxi không khí trong quá trình sử dụng dưới ảnh hưởng của ánh sáng, bức xạ iongây nên sự thay đổi tính chất hóa lí và cơ lí của polime, làm giảm khả nagnw sử dụng các polime. Đó là sự lão hóa polime. Để chống lại những ảnh hưởng người ta thêm vào polime một lượng vừa đủ dẫn xuất naphtalen. Để ổn định polime người ta thêm vào các chất như benzophenon.
Phản ứng các nhóm chức tận cùng mạch polime
Ngoài những nhóm chức có triong thành phần mắc xích cơ sở thì những đầu tận cùng cỉa mỗi phân tử polime còn chứa nhóm chucwscos khả năng tham gia vào các phản ứng khác nhau
Phản ứng của nhóm tận cùng giữ vai trò lớn trong tổng hợp polime.
TƠ SỢI
Khái niệm
Tơ là loại hợp chất thiên nhiên hoặc tổng hợp dạng sợi dài, nhỏ với độ bền nhất định
điều kiện để các polime có thể dùng để chế tơ là phân tử có mạch không phân nhánh, sắp xếp song song với nhau, có khả năng kéo thành sợi
Phân loại
Tơ gồm hai loại chính : tơ thiên nhiên và tơ hóa học
Tơ hóa học gồm: tơ tổng hopej và tơ bán tổng hợp (hay tơ nhân tạo)
Tơ thiên nhiên
Tơ thiên nhiên là vất liệu polime lấy từ nguồn động vật, thực vất hoặc khoáng vật
Quan trọng nhất là bông lên, tơ tằm
- Bông: lấy từ quả bông, có thành chủ yếu là xenlulozo (95-98%), có tính dẫn điện, chịu được nhiệt độ cao, dễ nhuộm
-Len: là một polipeptit hoặc poliamit phức tạp, trong phân tử có khoảng 20 α-amino axit, chủ yếu là glyxin, loxen, protein, Len có tính chịu nhiệt tốt, đàn hồi dễ nhuộm màu
- Tơ tằm: thành phần chính của tơ tầm là polipeptit, chủ yếu là glyxin và alanin chiếm 75% khối lượng
b. Tơ nhân tạo( tơ bán tổng hợp)
Tơ nhân tạo là tơ có nguồn gốc từ tơ thiên nhiên được đem chế hóa bằng phương pháp hóa học
Tơ visco: được điều chế từ xenlulozo
H2SO4
CS2
NaOH
Xenlulozo xenlulozo kiềm xenlulozo xantogenat tơ visco
Tơ axetat: hòa tan xenlulozo axetat vào axeton thu được xenlulozo axetat
Tở đồng- amoniac: hòa tan xenlulozo vào dung dịch svaygio
Tơ tổng hợp
Tơ từ các polime trùng ngưng: tơ do các polime trùng ngưng tạo nên xuất phát từ poliamit, polieste
Tơ poliamit: được điều chế từ các loaijpoliamit như tơ: nilon-6,6, nilon-6, enan
Tơ polieste: tiêu biểu là tơ đacron hay lapsan, là sản phẩm trùng ngưng giữa etylen và axit tetraphalic: 
Từ các polime trung hợp đó là các loại tơ vinylic, tơ clorin
Ưu điểm và ứng dụng của tơ hóa học
Tơ tổng hợp hóa học dai, bền như tờ: capron, nilon-6,6
Không sợ cháy, đẹp,óng mượt, không tan trong nước
Nguyên liệu rẻ va phong phú
Tơ hóa học được ứng dụng rỗng rãi trong mọi hoạt động lĩnh vực hoạt động và đời sống.
III. SAO SU
Cấu trúc của cao su thiên nhiên
Cao su thiên nhiên có công thức là:(C5H8)n
Về mặt hóa học, cao su thiên nhiên là polyisopren- polyme của isopren.
Với n = 20.000
Mạch đại phân tử của cao su thiên nhiên được hình thành từ các mắt xích isopren đồng phân cis liên kết với nhau ở vị trí 1,4.
Ngoài đồng phân cis 1,4, trong cao su thiên nhiên còn có khoảng 2% mắt xích liên kết với nhau ở vị trí 3,4.
Có cấu tạo tương tự với cao su thiên nhiên, nhựa cây Gutapertra được hình thành từ polyme của isopren đồng phân trans 1,4.
c. Tính Chất
Cao su có tính chất đặc biệt là tính đàn hồi do cấu tạo của polime tạo nên.
Ngoài ra cao su không dẫn điện nhiệt, không thấm khí và nước, tan được trong một số chất hữu cơ như benzen, xăng dầu,CCl4, không tan trong các dụng môi phân cực.
Phân tử polime củ cao su còn nhiều nối đôi nên cao su hay bị lão hóa khi để lâu ngoài không khí làm thay đổi tính chất cơ lí của cao su, làm giảm độ bền vẻ đẹp.
Cao su có thể tham gia phản ứng cộng với clo,HCl, tạo nên các dẫn xuất của cao su có nhiều ứng dụng trong thực tế như cao su clo hóa, cao su hidro clorua
SỰ LƯU HÓA CAO SU
Là sự chế hóa cao su với lưu huỳnh để khắc phục hạn chế của cao su là dình ở nhiệt độ cao, giòn ở nhiệt độ thấp
Có hai phương pháp lưu hóa cao su:
Lưu hóa nóng : đun nóng cao su với lưu huỳnh ở nhiệt độ khoảng 130-145oC.
Lưu hóa lạnh: chế hóa cao su với dung dịch lưu hunyhf trong CS2
Khi lưu hóa, một số liên kết p mở ra tạo thành những cầu nối giữa các mạch polime nhờ các nguyên tố lưu huỳnh, dom đó những phân tử lớn có cấu trúc mạng lưới không gian được tạo ra:
Các phân tử polime cao sui trên nhờ có cấu trúc mạng lưới không gian nên tính chất cơ lí hơn hẳn cao su thô: đàn hồi hơn, bền hơn,
Trong quá rình lưu hóa, ngoài chất lưu hóa. Người ta còn cho thêm một số chất khác như:
Chất xúc tác cho quá trình lưu hóa:MgO, PbO
Chất chống lão hóa cao su làm cho cao su bền hơn, không giòn, không nứt, không nóng chảy như N-phenyl-2-naphtylamin.
Chất độn làm tăng khối lượng sản phẩm như: CaCO3, BaSO4, bột than
Chất tạo màu như Fe2O3 cho màu đỏ
CAO SU TỔNG HỢP
Có nhiều loại cao su tổng hợp như:
a. Cao su butadien hay cao su buna
Sản xuất từ sự trung hợp buta-1,3-dien có Na làm xúc tác. Cao su buna có tính đàn hồi kém hơn cao su thiên nhiên.
b. Cao su buna –S
Được điều chế bằng phản ứng đồng trụng hợp của butadien và stiren:
c. Cao su buna-N
Cao su buna-N là sản phẩm đồng trùng hợp của butadien và acrilonitrin:
d. Cao su cloropren
Cao su cloropren là sản phẩm trùng hợp của cloropren: có tính đàn hồi, không cháy, rất bền
e. Cao su isopren
Là sản phẩm trùng hợp của isopren với xúc tác Al(C2H5)3 và TiCl4:
f. Cao su butyl
Là sản phẩm đồng trùng hợp giữa isopren với isobutilen, xúc tác AlCl3 hay BF3: bền về mặt hóa học
g. Cao su silicon ( hay polisiloxan) : được tổng hợp từ phản ứng trùng ngưng điankyl silanđiol: bền với tác dụng của nước, oxi, ozon