Номер 3, страница 198 - гдз по химии 10 класс учебник Рудзитис, Фельдман

3*. На конкретном примере покажите возможность образования полимера со стереорегулярным и стереонерегулярным строением.

Возможность образования полимеров как со стереорегулярным, так и со стереонерегулярным строением можно наглядно продемонстрировать на примере полимеризации пропилена (пропена). Мономер пропилена, $CH_2=CH-CH_3$, при включении в полимерную цепь образует асимметрический (хиральный) атом углерода, что и создает возможность для пространственной изомерии.

Процесс полимеризации можно записать следующим уравнением:

$n(CH_2=CH-CH_3) \rightarrow [-CH_2-CH(CH_3)-]_n$

В макромолекуле полипропилена атом углерода в группе $CH$ является хиральным центром, и пространственное расположение боковых метильных групп $(-CH_3)$ относительно основной цепи определяет стереохимию полимера. В зависимости от условий синтеза, в первую очередь от типа катализатора, можно получить полимеры с различной тактичностью (порядком расположения боковых групп).

Стереорегулярные полимеры характеризуются упорядоченным, закономерным расположением боковых заместителей. Для полипропилена известны два основных типа такого строения.

• Изотактический полипропилен: все метильные группы $(-CH_3)$ находятся по одну сторону от плоскости основной углеродной цепи. Такая структура формируется при использовании катализаторов Циглера-Натта (например, комплекс $TiCl_4$ и $Al(C_2H_5)_3$). Благодаря высокой упорядоченности, макромолекулы способны плотно упаковываться, образуя кристаллические области. Это придает материалу высокую прочность, твердость и термостойкость.

  Схематическое изображение (вид сбоку, цепь в плоскости): ...-CH(CH₃)-CH₂-CH(CH₃)-CH₂-CH(CH₃)-... (все группы $CH_3$ "смотрят" в одну сторону).

• Синдиотактический полипропилен: метильные группы строго чередуются, располагаясь поочередно с разных сторон от основной цепи. Данный тип полимера получают с помощью металлоценовых катализаторов. Эта структура также является регулярной и способна к кристаллизации, хотя физические свойства такого полипропилена (например, прозрачность и эластичность) отличаются от изотактического аналога.

  Схематическое изображение: ...-CH(CH₃)-CH₂-CH(CH₃)-CH₂-CH(CH₃)-... (группы $CH_3$ чередуются: одна "вверх", другая "вниз").

Ответ: Стереорегулярные полимеры, такие как изотактический и синдиотактический полипропилен, образуются в результате стереоспецифической полимеризации в присутствии специальных каталитических систем (Циглера-Натта, металлоценовых), которые контролируют пространственную ориентацию присоединяющихся мономерных звеньев, что ведет к созданию упорядоченной структуры с предсказуемыми и ценными физико-механическими свойствами.

Стереонерегулярный или атактический полимер не имеет никакой закономерности в расположении боковых групп.

• Атактический полипропилен: метильные группы $(-CH_3)$ расположены хаотично, случайным образом по обе стороны от основной полимерной цепи. Такой полимер обычно образуется в условиях, не контролирующих стереохимию реакции, например, при свободно-радикальной полимеризации. Из-за отсутствия порядка в структуре макромолекулы не могут сформировать кристаллическую решетку. В результате атактический полипропилен является аморфным, мягким, липким и каучукоподобным материалом с низкой температурой размягчения и невысокой механической прочностью.

  Схематическое изображение: ...-CH(CH₃)-CH₂-CH(CH₃)-CH₂-CH(CH₃)-... (положение групп $CH_3$ "вверх" или "вниз" случайно).

Таким образом, один и тот же мономер (пропилен) может давать начало полимерам с кардинально разными свойствами в зависимости от их пространственного строения, которое, в свою очередь, определяется условиями полимеризации.

Ответ: Стереонерегулярный (атактический) полипропилен образуется в условиях, не обеспечивающих стереоконтроль реакции (например, при радикальной полимеризации), что приводит к случайному распределению боковых метильных групп вдоль полимерной цепи. Отсутствие структурного порядка делает материал аморфным и лишает его высоких эксплуатационных характеристик, присущих стереорегулярным аналогам.