이 반응에서는 공식적으로 이중 결합이 유지되지만 그럼에도 불구하고 -결합이 절단됩니다.
알켄의 시스 및 트랜스 이성질체는 자외선 및 고온의 영향으로 서로 변환될 수 있습니다(여담 1 참조). 이 반응은 이성질체의 혼합물이 항상 형성되기 때문에 준비적인 의미가 없습니다. 따라서 에틸렌-1,2-디카르복실산(시스-말레산 또는 트랜스-푸마르산)의 이성질체 용액에 방사선을 조사하면 동일한 조성의 혼합물이 형성됩니다.
반대로 가열하면(150°C) 더 안정한 트랜스 이성질체(푸마르산)가 우세합니다.
퇴각 8.
시스트란 이성질체화 및 시각 메커니즘 인간과 동물의 눈에서 빛으로 인해 발생하는 신호를 감지, 처리 및 전송하는 과정은 화학적 성격을 띠고 있습니다. 빛이 눈에 들어오면 방사선은 분자에 흡수됩니다.시스 인간과 동물의 눈에서 빛으로 인해 발생하는 신호를 감지, 처리 및 전송하는 과정은 화학적 성격을 띠고 있습니다. 빛이 눈에 들어오면 방사선은 분자에 흡수됩니다.-망막. 동시에 흥분 상태가 되어 전자가 옮겨집니다. C 11 원자와 C 12 원자 사이의 -결합이 분리됩니다. 이 연결은 단순해지고 주위의 회전은 거의 자유로워집니다. 분자의 한 부분이 다른 부분에 대해 회전하고 결합이 복원되면, -레티날은 다음과 같이 변환됩니다.황홀
-망막. 분자 모양의 이러한 중요한 변화로 인해 신호가 시신경을 따라 뇌로 전달됩니다(그림).
비전 화학의 단순화된 메커니즘
-연결이 유지되는 반응
(처음 읽을 때는 생략 가능)
첨가 반응보다 그러한 반응이 적습니다. 한 가지 예를 들어보겠습니다.
대체는 급진적인 메커니즘을 통해 발생합니다. 반응 결과는 두 가지 이유로 설명됩니다. 첫 번째 이유는 알릴 라디칼 CH 2 =CH-CH2의 형성이 용이하고 안정성이 더 크기 때문입니다.
이는 CH 2 =CH 그룹(비닐 그룹)이 짝을 이루지 않은 전자의 비편재화에 효과적으로 참여할 수 있다는 사실에 기인합니다. 두 번째 이유는 첨가 생성물의 열적 불안정성과 관련이 있습니다.
CH 2 =CH–CH 3 + Cl 2 СH 2 Cl–CHCl–CH 3.
고온에서 이 반응의 평형은 왼쪽으로 강하게 이동합니다. 알켄의 중합:
폴리머는 매우 많은 수(최대 수십만)의 반복 단위로 구성된 분자입니다. 중합체를 형성하는 화합물을 다음과 같이 부른다.
1. 모든 고분자 분자는 특정 특성(예: 분자량)을 가지고 있습니다. 실험실이나 산업적으로 생산되는 물질인 폴리머는 분자량(및 기타 특성)이 특정 범위 내에서 변동하는 혼합물입니다. 이 범위는 좁을 수도 있고 넓을 수도 있으며 중합체를 얻는 방법과 조건에 따라 달라집니다.
2. 폴리머는 소위 말단 그룹, 이는 반복 단위와 다릅니다. 이들 그룹은 폴리머의 작은 부분에 불과하기 때문에 폴리머 자체의 특성을 고려할 때 이들 그룹의 특성은 고려되지 않습니다.
에틸렌의 라디칼 중합의 예를 사용하여 가능한 중합 계획 중 하나를 고려해 보겠습니다. 반응 메커니즘은 라디칼 사슬입니다. 먼저 벤조일퍼옥사이드와 같은 자유 라디칼의 공급원이 필요합니다.
그런 다음 라디칼 공정의 개시자와 에틸렌의 상호 작용이 발생합니다.
예를 들어, 큰 라디칼의 이량체화로 인해 이 사슬이 종료될 수 있습니다.
2R(CH2CH2) N CH 2 CH 2 R(CH 2 CH 2) 2 N+2R.
에틸렌은 가혹한 조건(70 atm, 100 °C)에서 중합하여 폴리에틸렌으로 변합니다. 그게 그들이 얻는 방법이야 저밀도 폴리에틸렌상대적인 분자량으로 씨 < 3 10 5 .
폴리에틸렌 고밀도 (씨 3 10 6) 존재 하에서 다른 메커니즘에 의해 얻어집니다. 지글러 촉매(TiCl3+(CH3)3Al).
전 세계에서 생산되는 에틸렌의 거의 절반이 중합에 사용됩니다. 미국의 연간 폴리에틸렌 생산량은 400만 톤이 넘습니다. 이 고분자 물질은 1930년대 초에 거의 우연히 발견되었습니다. 2500 atm의 압력에서 에틸렌을 벤즈알데히드와 반응시키려고 할 때 고체 침전물이 형성되었습니다. 이 경우, 이 시스템에 포함된 미량의 산소가 중합 개시제 역할을 했습니다.
급진적인 메커니즘에 따르면 우리는 테프론(불소수지, 폴리플루오로프로필렌):
nCF 2 =CF 2 (–CF 2 –CF 2 –) N .
테플론은 상대적인 분자량을 가지고 있습니다. 씨 2 10 6 . 농축된 산, 알칼리 수용액, 유기 용매 및 대부분의 산화제에 내성이 있습니다. 불활성, 강도와 같은 귀중한 특성으로 인해 모든 종류의 제품 생산에 널리 사용되었습니다 (최근에는 가정용 조리기구의 붙지 않는 코팅으로 테플론을 사용하는 것이 널리 보급되었습니다). 테프론은 약 330°C에서 녹기 시작하고, 400°C 이상에서는 분해가 시작됩니다. 우수한 전기 절연체입니다. 또한 방수 기능이 있습니다. 기름과 먼지가 테프론에 달라 붙지 않아 테프론으로 만든 제품이 촉감이 미끄럽습니다.
불화탄화수소는 제2차 세계대전 이후 널리 보급되었습니다. 이때 불소는 대량으로 이용 가능해졌습니다. 핵연료 생산에 필요해졌습니다.
다른 폴리머의 사용에 대한 공식과 정보가 표에 나와 있습니다. 2.
표 2
| 몇 가지 일반적인 폴리머 | 단위체 | 중합체 |
|---|---|---|
 애플리케이션 |
메틸 메타크릴레이트 |
폴리메틸메타크릴레이트 창유리(플렉시글라스), 렌즈, |
포장재, 바니시 베이스, 접착제 |
(스티렌) |
(폴리스티렌) 뜨거운 음료를 위한 접시, |
| 장난감, 생활용품 CH2=CHCN |
 아크릴로니트릴 |
폴리아크릴로니트릴 |
합성섬유
학교 교과과정에서 유기화학은 전통적으로 무기화학보다 더 어려운 과목으로 여겨져 왔습니다. 우리는 이 의견이 잘못된 것이라고 생각합니다. 탄소, 수소, 산소, 질소, 할로겐, 황 등 몇 가지 원소의 원자만 포함하는 물질의 화학은 복잡성 면에서 주기율표의 다른 모든 원소의 풍부하고 다양한 화학과 경쟁할 수 없습니다. 유기화학을 공부하는 데 어려움을 겪는 이유는 크게 심리적인 것입니다. 유기 화학자들은 이렇게 적은 수의 원소로 구성된 물질을 연구함으로써 무기 화합물에는 알려지지 않은 수많은 특정 패턴을 확립했습니다. 이러한 규칙과 법률에 익숙해지면 종종 주제의 복잡성을 느끼게 됩니다. 또한, 유기 화합물의 이름은 그것이 간단한 규칙에 따라 만들어졌다는 사실을 모르는 사람을 실망시킬 수 있습니다.
천만 개가 넘는 많은 유기 물질이 있습니다. 인간의 기억은 그 중 가장 중요한 물질의 특성에 대한 정보를 담을 수 없습니다.
유기화학을 공부하는 유일한 올바른 방법은 그 논리를 이해하는 것입니다. 그런 다음, 익숙하지 않은 물질의 공식을 보면서 학생은 그 물질의 기본 특성을 예측하고 가장 중요한 반응에 대한 방정식을 작성할 수 있습니다. 따라서 우리 과정에서는 주제의 논리에 특별한주의를 기울입니다. 구조와 특성 간의 연결이 확립되고 다양한 패턴이 분석되며 다양한 클래스의 물질의 화학적 거동의 유사점과 차이점이 논의됩니다.
이 접근법은 유기 물질의 구조와 참여에 따른 반응 메커니즘에 대한 자세한 연구에 반영됩니다.
유기화학 과정에서 전통적으로 제시되지만 보편적인 아이디어가 있습니다. 대표적인 것이 혼성화 이론이다. 본 매뉴얼에서는 화학의 다른 영역에서 나온 관련 개념 및 결과와 논의된 아이디어 및 사실의 연결을 강조합니다.
원격 학습에서는 학생과 교사 사이에 직접적인 접촉이 없으며 서면으로만 의사소통이 이루어집니다. 그러나 가장 중요한 것은 우편으로 보낸 질문과 우편으로 받은 답변 사이에 꽤 오랜 시간이 걸린다는 것입니다. 따라서 우리 매뉴얼에서는 학생들이 매뉴얼 내용을 오해하여 질문하는 수를 최소화하기 위해 자료를 일관되고 자세하게 제시합니다. 이 문제를 해결하기 위해 다음과 같은 방법론적 기법이 사용되었습니다.
1. 재료의 구조가 명확합니다. 매뉴얼은 23개 장으로 구성되어 있으며 각 장에는 자료 구성 논리를 탐색할 수 있는 논리적 내부 구조가 있습니다.
2. 읽는 과정에서 발생할 수 있는 질문 중 일부는 본문에 직접 공식화되어 있으며 이에 대한 답변이 여기에서 논의됩니다.
3. 매뉴얼에는 제시된 자료의 특정 측면에 초점을 맞추고, 중요한 문제에 대한 더 깊은 이해, 테스트 작업 준비 등 다양한 목적으로 사용되는 자제력을 위한 질문이 포함되어 있습니다.
자체 테스트 질문에 대한 답변은 별도의 브로셔에 나와 있습니다.
프레젠테이션이 지루해지지 않도록 매뉴얼의 일부 부분은 교사와 학생 간의 대화로 작성되었으며, 텍스트에는 물질의 실제 사용, 역사적 정보 및 화학적 호기심에 대한 정보가 포함되어 있습니다. 이러한 정보는 주로 "여담"에 집중되어 있습니다. "여담"을 강조하는 주요 목적은 표현의 논리를 보존하는 것입니다.
처음 읽을 때 건너뛸 수 있는 "여담"에 더 복잡한 이론적 자료를 도입하는 것은 매뉴얼의 "2단계" 특성을 구성하는 데 도움이 됩니다.
"유기 화학" 과정은 10~11학년 학생들을 대상으로 합니다. 학생(개인 또는 그룹)이 원격 화학 학습에 관심이 있는 경우 주소: 119234, Moscow, V-234, Moscow State University, VZMSH, Department of Chemistry에서 OL VZMSH에 문의할 수 있습니다.
저자는 출판된 자료에 대한 귀하의 의견에 감사할 것입니다. 이메일: chemistry-vzms.mail.ru.
V.A.BATAEV,
E.V.바타에바
고분자량 화합물(HMC) 분자량이 10,000보다 큰 화합물을 호출합니다.
거의 모든 고분자량 물질은 중합체입니다.
폴리머-이들은 분자가 화학 결합에 의해 서로 연결된 수많은 반복 구조 단위로 구성된 물질입니다.
폴리머는 두 가지 주요 유형으로 나눌 수 있는 반응을 통해 생산될 수 있습니다. 중합 반응그리고 중축합 반응.
중합 반응
중합 반응 -이는 엄청난 수의 저분자량 물질(모노머) 분자를 결합하여 폴리머를 형성하는 반응입니다.
단량체 분자 수( N)는 하나의 고분자 분자로 결합되어 호출됩니다. 중합도.
분자에 다중 결합이 있는 화합물은 중합 반응을 일으킬 수 있습니다. 단량체 분자가 동일하면 이 과정을 호출합니다. 단독중합, 그리고 다른 경우 - 공중합.
특히 단일중합 반응의 예는 에틸렌으로부터 폴리에틸렌을 형성하는 반응입니다.
공중합 반응의 예는 1,3-부타디엔과 스티렌으로부터 스티렌-부타디엔 고무를 합성하는 것입니다.
중합 반응에 의해 생성된 폴리머 및 출발 모노머
단위체 | 생성된 폴리머 |
||
구조식 | 이름 옵션 | 구조식 | 이름 옵션 |
| 에틸렌, 에텐 | 폴리에틸렌 | ||
| 프로필렌, 프로펜 | 폴리프로필렌 | ||
| 스티렌, 비닐벤젠 | 폴리스티렌, 폴리비닐벤젠 | ||
| 염화비닐, 염화비닐, 클로로에틸렌, 클로로에텐 | 폴리염화비닐(PVC) | ||
| 테트라플루오로에틸렌(퍼플루오로에틸렌) | 테플론, 폴리테트라플루오로에틸렌 | ||
| 이소프렌(2-메틸부타디엔-1,3) | 이소프렌 고무(천연) | ||
| 부타디엔-1,3(디비닐) | 부타디엔 고무, 폴리부타디엔-1,3 | ||
| 클로로프렌(2-클로로부타디엔-1,3) | 클로로프렌 고무 | ||
| 부타디엔-1,3(디비닐) 스티렌(비닐벤젠) | 스티렌 부타디엔 고무 | ||
중축합 반응
중축합 반응- 이는 단량체로부터 중합체를 형성하는 반응으로, 그 동안 중합체 외에도 저분자량 물질(대부분 물)도 부산물로 형성됩니다.
중축합 반응에는 분자에 작용기가 포함된 화합물이 포함됩니다. 이 경우, 중축합 반응은 하나 이상의 단량체를 사용하는지 여부에 따라 중합 반응과 유사하게 여러 반응으로 구분됩니다. 동종중축합그리고 공중축합.
동종중축합 반응에는 다음이 포함됩니다.
* 포도당 분자로부터 다당류 분자(전분, 셀룰로오스)의 (자연적) 형성:
* ε-아미노카프로산으로부터 카프론 형성 반응:
공중축합 반응에는 다음이 포함됩니다.
* 페놀-포름알데히드 수지 형성 반응:
* 라브산(폴리에스테르 섬유) 형성 반응:
폴리머 기반 재료
플라스틱
플라스틱- 열과 압력의 영향으로 성형할 수 있고 냉각 후에도 주어진 모양을 유지할 수 있는 폴리머 기반 재료입니다.
고분자량 물질 외에도 플라스틱에는 다른 물질도 포함되어 있지만 주요 구성 요소는 여전히 폴리머입니다. 그 특성 덕분에 모든 구성 요소를 하나의 전체 덩어리로 묶으므로 바인더라고 합니다.
열과의 관계에 따라 플라스틱은 다음과 같이 분류됩니다. 열가소성 폴리머 (열가소성 수지) 그리고 열경화성 수지.
열가소성 수지- 가열하면 녹고 냉각되면 굳는 현상이 반복되어 원래의 모양이 반복적으로 변하는 플라스틱의 일종.
열경화성 수지- 플라스틱은 가열되면 분자가 단일 3차원 메쉬 구조로 "꿰매어져" 그 후에는 더 이상 모양을 변경할 수 없습니다.
예를 들어, 열가소성 플라스틱은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐(PVC) 등을 기반으로 한 플라스틱입니다.
특히 열경화성 수지는 페놀-포름알데히드 수지를 기반으로 한 플라스틱입니다.
덧신
덧신- 탄소 골격이 다음과 같이 표현될 수 있는 고탄성 폴리머:
보시다시피 고무 분자에는 이중 C=C 결합이 포함되어 있습니다. 고무는 불포화 화합물입니다.
고무는 공액 디엔을 중합하여 얻습니다. 두 개의 이중 C=C 결합이 하나의 단일 C-C 결합에 의해 서로 분리되어 있는 화합물.
1) 부타디엔:
일반적으로(탄소 골격만 표시) 고무를 형성하는 이러한 화합물의 중합은 다음과 같은 방식으로 표현될 수 있습니다.
따라서 제시된 다이어그램을 기반으로 이소프렌 중합 방정식은 다음과 같습니다.
매우 흥미로운 사실은 고무를 처음 알게 된 것은 진보 측면에서 가장 선진국이 아니라 산업과 과학 기술 진보가 부족한 인디언 부족이라는 것입니다. 당연히 인디언들은 인위적으로 고무를 얻지 않고 자연이 그들에게 준 것을 사용했습니다. 그들이 살았던 지역 (남미)에서 Hevea 나무가 자랐으며 그 주스에는 이소프렌 고무가 최대 40-50 % 포함되어 있습니다. 이런 이유로 이소프렌 고무는 천연이라고도 불리지만, 합성으로도 얻을 수 있습니다.
다른 모든 유형의 고무(클로로프렌, 부타디엔)는 자연에서 발견되지 않으므로 모두 합성이라는 특징을 가질 수 있습니다.
그러나 고무는 장점에도 불구하고 여러 가지 단점도 가지고 있습니다. 예를 들어, 고무는 길고 화학적으로 관련이 없는 분자로 구성되어 있기 때문에 그 특성상 좁은 온도 범위에서만 사용하기에 적합합니다. 더위에서는 고무가 끈적거리고 약간 콧물이 흐르고 불쾌한 냄새가 나며, 저온에서는 굳어지고 갈라지기 쉽습니다.
고무의 기술적 특성은 가황을 통해 크게 향상될 수 있습니다. 고무의 가황은 고무를 황으로 가열하는 과정으로, 그 결과 처음에는 연결되지 않은 개별 고무 분자가 황 원자 사슬(폴리황화물 "교량")과 함께 "연결"됩니다. 합성 부타디엔 고무를 예로 들어 고무를 고무로 전환하는 방식은 다음과 같이 설명할 수 있습니다.
섬유
섬유실, 토우 및 직물 재료의 제조에 적합한 선형 구조의 폴리머를 기반으로 하는 재료입니다.
원산지에 따른 섬유의 분류
인공섬유(비스코스, 아세테이트 섬유)는 기존 천연섬유(면, 아마)를 화학적으로 처리하여 얻습니다.
폴리아크릴로니트릴주로 중축합 반응(lavsan, 나일론, 나일론)에 의해 얻어집니다.
프로필렌 중합이란 무엇입니까? 이 화학반응의 특징은 무엇인가? 이 질문에 대한 자세한 답변을 찾아 보겠습니다.
연결의 특성
에틸렌과 프로필렌의 중합 반응 패턴은 올레핀 계열의 모든 구성원이 공유하는 전형적인 화학적 특성을 보여줍니다. 이 클래스는 화학 생산에 사용되는 오일의 옛 이름에서 이러한 특이한 이름을 얻었습니다. 18세기에는 기름진 액체 물질인 염화에틸렌이 생산되었습니다.
불포화 지방족 탄화수소 클래스의 모든 대표자의 특징 중 하나의 이중 결합이 존재한다는 점에 주목합니다.
프로필렌의 라디칼 중합은 물질 구조에 이중 결합이 존재함으로써 정확하게 설명됩니다.
일반식
동종 계열의 모든 대표자는 C p H 2p 형식을 갖습니다. 구조에서 수소의 양이 부족하다는 것은 이러한 탄화수소의 화학적 특성의 특성을 설명합니다.
프로필렌 중합 반응식은 고온 및 촉매를 사용할 때 이러한 결합에서 절단 가능성을 직접적으로 확인합니다.
불포화 라디칼을 알릴 또는 프로페닐-2라고 합니다. 프로필렌은 왜 중합되는가? 이 상호작용의 산물은 합성에 사용되며, 이는 현대 화학 산업에서 요구됩니다.
물리적 특성
프로필렌 중합 방정식은 이 물질의 화학적 특성뿐만 아니라 물리적 특성도 확인합니다. 프로필렌은 끓는점과 녹는점이 낮은 기체 물질입니다. 이 알켄 계열의 대표자는 물에 대한 용해도가 낮습니다.
화학적 성질
프로필렌과 이소부틸렌의 중합 반응식은 이중 결합을 따라 과정이 발생함을 보여줍니다. 알켄은 단량체로 작용하며 이러한 상호작용의 최종 생성물은 폴리프로필렌과 폴리이소부틸렌이 됩니다. 그러한 상호 작용 중에 파괴되는 것은 탄소-탄소 결합이며 궁극적으로 해당 구조가 형성됩니다.
이중결합에서는 새로운 단순결합이 형성됩니다. 프로필렌은 어떻게 중합됩니까? 이 과정의 메커니즘은 이러한 종류의 불포화 탄화수소의 다른 모든 대표자에서 발생하는 과정과 유사합니다.
프로필렌 중합 반응에는 여러 가지 과정 옵션이 포함됩니다. 첫 번째 경우 공정은 기상에서 수행됩니다. 두 번째 옵션에 따르면 반응은 액체상에서 발생합니다.
또한, 프로필렌의 중합은 포화 액체 탄화수소를 반응 매질로 사용하는 일부 구식 공정에 따라 발생합니다.
현대 기술
Spheripol 기술을 사용한 프로필렌의 대량 중합은 단일중합체 생산을 위한 현탁 반응기의 조합입니다. 이 공정에는 블록 공중합체를 생성하기 위해 기체상 의사액층 반응기를 사용하는 과정이 포함됩니다. 이러한 경우, 프로필렌 중합 반응에는 장치에 추가적인 상용성 촉매를 추가하는 것뿐만 아니라 예비 중합을 수행하는 것도 포함됩니다.
공정 특징
이 기술에는 예비 변환을 위해 설계된 특수 장치에서 구성 요소를 혼합하는 작업이 포함됩니다. 다음으로, 이 혼합물은 루프 중합 반응기에 첨가되고, 수소와 폐프로필렌이 모두 거기로 유입됩니다.
원자로는 섭씨 65도에서 80도 사이의 온도에서 작동합니다. 시스템의 압력은 40bar를 초과하지 않습니다. 직렬로 배열된 반응기는 대량의 폴리머 제품을 위해 설계된 공장에서 사용됩니다.
폴리머 용액은 두 번째 반응기에서 제거됩니다. 프로필렌의 중합에는 용액을 고압 탈기 장치로 옮기는 과정이 포함됩니다. 여기서 분말 단독중합체는 액체 단량체로부터 제거됩니다.
블록 공중합체 생산
이 상황에서 프로필렌 중합 방정식 CH2 = CH - CH3은 공정 조건에서만 차이가 있는 표준 발생 메커니즘을 갖습니다. 탈기기에서 나온 분말은 프로필렌 및 에텐과 함께 약 섭씨 70도의 온도와 15bar 이하의 압력에서 작동하는 기상 반응기로 들어갑니다.
반응기에서 제거된 후 블록 공중합체는 단량체에서 분말 중합체를 제거하기 위한 특수 시스템으로 들어갑니다.
내충격성 프로필렌과 부타디엔의 중합을 통해 두 번째 기상 반응기를 사용할 수 있습니다. 이를 통해 폴리머의 프로필렌 수준을 높일 수 있습니다. 또한, 완제품에 첨가제를 첨가하고 과립화를 이용할 수 있어 최종 제품의 품질을 향상시키는 데 도움이 됩니다.
알켄 중합의 특성
폴리에틸렌과 폴리프로필렌 생산에는 약간의 차이가 있습니다. 프로필렌 중합 방정식은 다른 온도 체계가 예상된다는 것을 분명히 보여줍니다. 또한 최종 제품의 사용 영역뿐만 아니라 기술 체인의 최종 단계에도 약간의 차이가 있습니다.
과산화물은 유변학적 특성이 우수한 수지에 사용됩니다. 이 재료는 용융 유동성 수준이 증가하고 유동성 비율이 낮은 재료와 유사한 물리적 특성을 갖습니다.
우수한 특성을 지닌 수지는 사출 성형 공정뿐만 아니라 섬유 생산에도 사용됩니다.
폴리머 재료의 투명성과 강도를 높이기 위해 제조업체는 반응 혼합물에 특수 결정화 첨가제를 추가하려고 합니다. 일부 투명 폴리프로필렌 소재는 블로우 성형 및 주조 분야에서 점차 다른 소재로 대체되고 있습니다.
중합의 특징
활성탄이 있을 때 프로필렌의 중합은 더 빠르게 진행됩니다. 현재, 탄소의 흡착 능력을 토대로 탄소와 전이 금속의 촉매 복합체가 사용됩니다. 중합 결과 성능 특성이 우수한 제품이 얻어집니다.
중합 공정의 주요 매개변수는 중합체의 분자량과 입체이성질체 조성이기도 합니다. 촉매의 물리적, 화학적 특성, 중합 매체, 반응 시스템 구성 요소의 순도도 중요합니다.
에틸렌에 관해 이야기한다면 선형 중합체는 균질상과 불균일상 모두에서 얻어집니다. 그 이유는 이 물질에 공간 이성질체가 없기 때문입니다. 아이소택틱 폴리프로필렌을 얻기 위해 고체 염화티타늄과 유기알루미늄 화합물을 사용하려고 합니다.
결정성 염화티타늄(3)에 흡착된 복합체를 사용하면 특정 특성을 갖는 제품을 얻을 수 있습니다. 지지 격자의 규칙성은 촉매가 높은 입체특이성을 획득하는 데 충분한 요소가 아닙니다. 예를 들어, 요오드화티탄(3)을 선택하면 어택틱 폴리머가 더 많이 얻어집니다.
고려되는 촉매 성분은 루이스 특성을 가지며 따라서 매체 선택과 연관됩니다. 가장 유리한 매체는 불활성 탄화수소를 사용하는 것입니다. 염화티탄(5)은 활성 흡착제이므로 일반적으로 지방족 탄화수소가 선택됩니다. 프로필렌은 어떻게 중합됩니까? 생성물의 공식은 (-CH 2 -CH 2 -CH 2 -) p이다. 반응 알고리즘 자체는 이 동종 시리즈의 다른 대표자의 반응과 유사합니다.
화학적 상호작용
프로필렌의 주요 상호작용 옵션을 분석해 보겠습니다. 그 구조에 이중 결합이 포함되어 있다는 점을 고려하면 주요 반응은 파괴와 함께 정확하게 발생합니다.
할로겐화는 상온에서 발생합니다. 복합 결합이 끊어진 부위에서 방해받지 않는 할로겐 첨가가 발생합니다. 이러한 상호작용의 결과로 디할로겐 유도체 화합물이 형성됩니다. 가장 어려운 것은 요오드화입니다. 브롬화 및 염소화는 추가 조건 및 에너지 비용 없이 발생합니다. 프로필렌의 불소화가 폭발적으로 진행됩니다.
수소화 반응에는 추가적인 촉진제의 사용이 필요합니다. 백금과 니켈은 촉매 역할을 합니다. 프로필렌과 수소의 화학적 상호 작용의 결과로 포화 탄화수소 종류를 대표하는 프로판이 형성됩니다.
수화(물 첨가)는 V.V. Markovnikov의 규칙에 따라 수행됩니다. 그 본질은 이중 결합을 통해 최대량의 프로필렌 탄소에 수소 원자를 추가하는 것입니다. 이 경우 할로겐은 수소 수가 가장 적은 C에 부착됩니다.
프로필렌은 일반적으로 산소 속에서 연소됩니다. 이러한 상호 작용의 결과로 이산화탄소와 수증기라는 두 가지 주요 생성물이 생성됩니다.
이 화학물질이 과망간산칼륨과 같은 강한 산화제에 노출되면 변색이 관찰됩니다. 화학 반응의 생성물 중에는 2가 알코올(글리콜)이 있습니다.
프로필렌의 제조
모든 방법은 실험실, 산업의 두 가지 주요 그룹으로 나눌 수 있습니다. 실험실 조건에서 수산화나트륨의 알코올 용액에 노출되면 원래 할로겐화 알킬에서 할로겐화 수소를 제거하여 프로필렌을 얻을 수 있습니다.
프로필렌은 프로핀의 촉매 수소화에 의해 형성됩니다. 실험실 조건에서 이 물질은 1-프로판올을 탈수하여 얻을 수 있습니다. 이 화학반응에서는 인산이나 황산, 산화알루미늄이 촉매로 사용됩니다.
프로필렌은 어떻게 대량으로 얻어지나요? 이 화학물질은 본질적으로 드물기 때문에 이를 생산하기 위한 산업적 옵션이 개발되었습니다. 가장 흔한 방법은 석유 제품에서 알켄을 분리하는 것입니다.
예를 들어, 원유는 특수 유동층에서 분해됩니다. 프로필렌은 휘발유 부분을 열분해하여 생산됩니다. 현재 알켄은 석탄 코크스의 가스 생성물인 수반 가스에서도 분리됩니다.
프로필렌 열분해에는 다양한 옵션이 있습니다.
- 관상로에서;
- 석영 냉각제를 사용하는 원자로에서;
- Lavrovsky 재판;
- Bartlome 방법에 따른 자열 열분해.
입증된 산업 기술 중 포화 탄화수소의 촉매 탈수소화에 주목할 필요가 있습니다.
애플리케이션
프로필렌은 다양한 용도로 사용되므로 산업계에서 대규모로 생산됩니다. 이 불포화 탄화수소의 출현은 나타(Natta)의 연구 덕분입니다. 20세기 중반에 그는 Ziegler 촉매 시스템을 사용하여 중합 기술을 개발했습니다.
Natta는 구조의 메틸기가 사슬의 한쪽에 위치했기 때문에 아이소택틱(isotactic)이라고 부르는 입체 규칙적인 생성물을 얻을 수 있었습니다. 폴리머 분자를 "패킹"하는 이 옵션 덕분에 생성된 폴리머 물질은 우수한 기계적 특성을 갖습니다. 폴리프로필렌은 합성섬유를 만드는 데 사용되며 플라스틱 덩어리로 수요가 많습니다.
석유 프로필렌의 약 10%가 산화물을 생산하는 데 소비됩니다. 지난 세기 중반까지 이 유기 물질은 클로로히드린 방법을 사용하여 얻어졌습니다. 반응은 중간 생성물인 프로필렌 클로로히드린의 형성을 통해 진행되었습니다. 이 기술에는 값비싼 염소와 소석회의 사용과 관련된 몇 가지 단점이 있습니다.
요즘에는 이 기술이 칼콘 공정으로 대체되었습니다. 이는 프로펜과 하이드로퍼옥사이드의 화학적 상호작용을 기반으로 합니다. 이는 폴리우레탄 폼 생산에 사용되는 프로필렌 글리콜의 합성에 사용됩니다. 그들은 우수한 충격 흡수 재료로 간주되므로 포장재, 양탄자, 가구, 단열재, 흡착액 및 필터 재료를 만드는 데 사용됩니다.
또한, 프로필렌의 주요 용도 중 아세톤과 이소프로필알코올의 합성을 언급할 필요가 있다. 우수한 용매이기 때문에 귀중한 화학 제품으로 간주됩니다. 20세기 초에 이 유기 생성물은 황산법을 사용하여 얻어졌습니다.
또한, 반응 혼합물에 산 촉매를 도입하는 직접적인 기술도 개발되었습니다. 생산되는 전체 프로판올의 약 절반이 아세톤 합성에 사용됩니다. 이 반응은 수소 제거를 포함하며 섭씨 380도에서 수행됩니다. 이 공정의 촉매는 아연과 구리입니다.
프로필렌의 중요한 용도 중에서 하이드로포밀화는 특별한 위치를 차지합니다. 프로펜은 알데히드 생산에 사용됩니다. 우리나라에서는 지난 세기 중반부터 산소합성이 사용되어 왔습니다. 현재 이 반응은 석유화학에서 중요한 위치를 차지하고 있습니다. 프로필렌과 합성 가스(일산화탄소와 수소의 혼합물)의 화학적 상호 작용은 180도 온도, 산화 코발트 촉매 및 250기압에서 두 가지 알데히드를 생성합니다. 하나는 정상적인 구조를 갖고 있고, 두 번째는 곡선형 탄소 사슬을 가지고 있습니다.
이 기술적 과정이 발견된 직후, 많은 과학자들의 연구 대상이 된 것은 바로 이 반응이었습니다. 그들은 발생 조건을 완화하는 방법을 찾고 결과 혼합물에서 분지형 알데히드의 비율을 줄이려고 노력했습니다.
이를 위해 다른 촉매를 사용하는 경제적인 공정이 발명되었습니다. 온도와 압력을 낮추고 선형 알데히드의 수율을 높일 수 있었습니다.
프로필렌의 중합과도 관련된 아크릴산의 에스테르는 공중합체로 사용됩니다. 석유화학 프로펜의 약 15%가 아크리오니트릴을 만드는 출발 물질로 사용됩니다. 이 유기 성분은 귀중한 화학 섬유(니트론, 플라스틱 생성, 고무 생산) 생산에 필요합니다.
결론
폴리프로필렌은 현재 가장 큰 석유화학 제품으로 간주됩니다. 이 고품질의 저렴한 폴리머에 대한 수요가 증가함에 따라 점차적으로 폴리에틸렌을 대체하고 있습니다. 견고한 포장재, 플레이트, 필름, 자동차 부품, 합성 종이, 로프, 카펫 부품을 만드는 것은 물론 다양한 가정용 장비를 만드는 데 없어서는 안 되는 요소입니다. 21세기 초 폴리프로필렌 생산은 폴리머 산업에서 2위를 차지했습니다. 다양한 산업의 수요를 고려하여 결론을 내릴 수 있습니다. 가까운 시일 내에 프로필렌과 에틸렌의 대규모 생산 추세가 계속될 것입니다.
5.2. 양이온 중합
5.2.1. 초등 반응. 동력학
양이온 중합은 성장하는 사슬의 끝 부분에 있는 활성 부위가 양이온인 사슬 중합입니다. 양이온 중합 단량체에는 불포화 결합 C=C, C=O 및 헤테로사이클을 포함하는 화합물이 포함됩니다. 비닐 모노머 중에서 탄소 양이온을 안정화시키는 전자 공여 치환기를 갖는 모노머는 양이온 중합이 일어나는 경향이 있습니다. 여기에는 비닐 에테르 CH 2 =CH-O-R, 이소부틸렌(CH3) 2 C=CH 2, 스티렌, 그 유도체 및 기타 일부 단량체가 포함됩니다.
양이온 중합 개시제는 반응성 양이온을 생성할 수 있는 화합물입니다. 또한 이온화 방사선과 광화학적으로 흥분될 수도 있습니다. 일반적으로 양이온 중합을 시작하는 네 가지 주요 방법은 다음과 같습니다.
1. 양성자산을 사용한 개시.양이온 중합을 시작하는 데 가장 일반적으로 사용되는 것은 CF 3 COOH, HClO 4, HI 등입니다. 강산은 음이온의 과도한 친핵성으로 인해 이 목적으로 사용할 수 없으며, 이로 인해 탄수화물 양이온과 결합하고 사슬 성장이 중단됩니다. :
이러한 이유로 강산과 알켄의 혼합물은 일반적으로 1:1 부가물 또는 저분자량 수지(올리고머)를 형성합니다.
2. 루이스산양성자 공여체 화합물 또는 양이온을 생성할 수 있는 다른 화합물과 결합하여 양이온 중합의 가장 일반적인 개시제가 됩니다. BF 3 , FeCl 3 , SnCl 4 , TiCl 4 , AlCl 3 , AIR n Cl m POCl 3 및 기타는 루이스산, 양성자 기증자 - H 2 O, ROH, RCOOH, 탄소 양이온 기증자 - (CH 3) 3 CCl로 자주 사용됩니다. , (C6H5)3CCl. 단량체의 친전자성 공격을 할 수 있는 양성자와 탄수화물 양이온은 개시 시스템의 구성 요소 사이에 복합체가 형성된 결과로 발생합니다.
여기서 K는 평형 상수이며 그 값은 양이온 중합 속도에 영향을 미칩니다. I2, Br2, F2는 루이스산의 공동 개시제로도 사용할 수 있습니다. 유사 생활 양이온 중합 방법의 개발과 관련하여, I2를 ZnI2또는 HI와 함께 함유하는 개시 시스템이 최근 특히 널리 보급되었습니다. 후자의 경우 I2는 루이스산과 같은 방식으로 거동합니다.
3. 전리 방사선에 의한 개시.특히 양이온 중합이 일어나기 쉬운 비닐 알킬 에테르에 첫 번째 단계에서 이온화 방사선을 조사하면 라디칼 양이온이 형성됩니다.
이는 이량체화되어 중합을 개시할 수 있는 결합을 형성합니다.
이동성 수소 원자를 갖는 이소부틸렌의 경우 라디칼 양이온과 단량체의 반응이 가능합니다.
결과적으로 양이온과 라디칼이라는 두 개의 활성 입자가 형성됩니다. 이소부틸렌은 라디칼 중합이 불가능하므로 이 상황에서는 양이온 중합만 가능합니다.
4. 양이온 중합의 광개시.이 개시 방법은 자외선의 영향으로 반응성 양이온과 충분히 안정적인 음이온으로 분해되는 화합물이 있는 경우에만 가능합니다. 여기에는 특히 UV 조사 시 Ar-I 또는 Ar-S 결합이 절단되는 디아릴요오도늄 염 Ar 2 I + (PF 6 -) 및 트리아릴술포늄 Ar 3 S + (SbF 6 -)이 포함됩니다. 예:
결과적으로, 양이온 중합을 개시할 수 있는 복합체 H + (SbF 6) -가 형성됩니다. 광개시 양이온 중합은 정밀 사진 석판술과 같은 다양한 첨단 기술에 사용됩니다.
개시 반응비닐 단량체의 양이온 중합은 양성자 또는 탄수화물 양이온에 의한 단량체의 이중 결합의 친전자성 공격을 포함합니다. 결과적으로, 이들은 단량체의 π-결합의 전자로 인해 σ-결합을 형성하는 반면, 후자에서는 양전하가 재생성됩니다.
아래는 BF 3 ·H2O 착물에 의한 이소부틸렌의 양이온 중합 개시 반응이다. 양성자 공여체 유형의 공동 개시제는 일반적으로 루이스산에 비해 상당히 적은 양으로 섭취됩니다.
연쇄 성장 반응기계적으로는 개시 반응과 유사합니다.
두 개의 메틸 그룹에 의해 생성된 유도 효과는 생성된 탄수화물을 안정화시킵니다. 예를 들어, 프로필렌 중합 중에 탄소 양이온의 안정성이 불충분한 경우, "정상적인" 사슬 성장은 수소화물 이온의 이동을 통해 발생하는 "이성체화 중합"을 동반할 수 있습니다.
이러한 분자내 반응의 결과, 양이온 중합에 의해 얻어지는 프로필렌 올리고머는 메틸뿐만 아니라 에틸 및 기타 탄화수소 라디칼을 주쇄 치환기로 함유하게 된다. 일반적으로 양이온 중합은 다른 유형의 사슬 중합에 비해 성장률 상수가 가장 높은 것이 특징입니다. 그들 중 일부는 표에 나와 있습니다. 5.9.
사슬 전달 반응.두 가지 반응, 즉 단량체에 대한 이분자 사슬 이동 반응과 반대 이온에 대한 자발적인 단분자 반응이 중합체의 분자량을 결정합니다. 두 경우 모두 거대 양이온의 말단 탄소 원자에서 양성자가 제거됩니다.
알켄의 중합에서 단량체로의 사슬 전달 반응은 단량체에서 활성 부위로 수소화물 이온을 전달하는 대체 메커니즘에 의해 수행될 수 있습니다.
표 5.9양이온 중합의 성장 속도 상수
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창시자 |
용제 |
·10 -4 , l/(mol·s) |
||
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이소부틸렌 |
전리 방사선 | |||
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n-메톡시스티렌 |
(C 6 H 5) 3 C + SbCl - 6 | |||
|
N-비닐카바졸 |
(C 6 H 5) 3 C + SbF - 6 | |||
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이소프로필비닐에테르 |
(C 6 H 5)C + SbCl - 6 이온화 방사선 | |||
* = 4.1·10 4 l/(mol·s).
** = 5.0·10 4 l/(mol·s).
주어진 예에서 이 반응의 원동력은 알릴 양이온의 형성입니다. 그러나 이것이 라디칼 중합 중 분해성 사슬 이동으로 인해 알릴 라디칼이 형성되는 등의 치명적인 결과를 초래하지는 않습니다.
동역학 사슬 종결 반응.위 반응은 활성 센터 또는 개시자의 재생을 동반하므로 운동 사슬의 종료를 유발하지 않습니다. 양이온 중합에서 활성 중심이 죽거나 운동 사슬이 끊어지는 것은 반대 이온이나 그 단편이 탄수화물 양이온에 첨가된 결과로 발생합니다. 다음은 두 가지 반응의 예입니다.
알코올, 산, 무수물 등 탄수화물 양이온을 공격할 때 음이온을 생성할 수 있는 불순물 물질이나 특별히 도입된 물질은 양이온 중합에서 전달체나 운동 사슬 차단기 역할을 할 수 있습니다.
중합 속도.양이온 중합 속도에 대한 방정식은 정지 상태의 원리에 기초하여 라디칼 중합 속도에 대한 방정식을 얻은 것과 동일한 방식으로 얻을 수 있습니다. 차이점은 양이온 중합에서 동적 사슬 종결 반응이 단분자라는 것입니다. 방정식은 다음과 같습니다.
여기서 K는 개시제와 보조 개시제 사이의 착물화 반응의 평형 상수이고; [I], - 개시제 및 보조 개시제의 농도; k in, k p, k o - 개시, 성장 및 사슬 종료의 속도 상수.
중합 정도.양이온 중합에서 중합도에 대한 표현은 라디칼 중합의 경우와 동일한 고려 사항을 기반으로 성장 속도를 물질 사슬 종결 속도의 합으로 나누어 얻습니다. 사슬 전달 반응을 고려해야 할 경우 역 중합도를 사용하는 것이 더 편리하며 이는 라디칼 중합 동역학의 기본 방정식을 매우 연상시키는 표현으로 이어집니다.
여기서 C M = k M /k p , C S = k S /k p 는 단량체와 용매에 대한 상대적 사슬 전달 상수입니다. kc는 반대이온으로의 자발적인 사슬 이동의 절대 속도 상수입니다.
분자 질량 분포.양이온 중합의 분자량 분포는 사슬 이동제가 있는 라디칼 중합의 초기 단계 및/또는 매크로라디칼의 불균등화 반응의 결과로 운동 사슬이 종료될 때 발생하는 것과 유사합니다. 이 비유는 두 경우 모두 끊어지면 하나의 운동 사슬이 하나의 거대분자를 형성한다는 사실에 기인합니다. 양이온 중합의 초기 단계에서는 / = 2이지만 전환율이 증가함에 따라 다분산 지수는 크게 증가합니다.
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