Наше століттячасто називають століттямсинтетичної хімії. Дуже багато нових речовин одержалахімія за допомогою синтезу.
Навчилася вона одержуватиі синтетичні волокна, тобто такі, основу яких складаютьне природні високомолекулярні речовини, а синтетичні полімери. Одними з перших синтетичних волокон стали відомі нейлон, аниді капрон.
Речовини, що утворять ці волокна, по своїй будівлідо деякої міри подібні збілковими речовинами шовку. Молекули усіх волоком мають лінійнабудівляі складаються з повторюваних ланок. Такими ланками в молекулах целюлози будуть залишки молекул глюкози. У молекулах білка натурального шовку, вовниланками єзалишки амінокислот:
/>/>H O
/>O
H/>/>/>2N–CH–C; –N–CH– C–
OH
R R
Будівлямолекули білкової речовини шовки може бути виражено схемою:
H O H O H O
/>/>/>/>/>/>
… –N–CH–C–N–CH– C–N–CH– C–…
/>/>/>
R R R
Групи атомів –CO–NH–, що з’єднують залишки амінокислот у таких молекулах, називаються амиднымигрупами, а зв’язкуміж атомами вуглецю й азоту в них – амиднымизв’язками.
У молекулах, що утворять нейлон і капрон, також маютьсяамидныезв’язкуміж повторюваними групами атомів, але ці повторювані групи атомів – ланки – відрізняються від тих, котріутворять молекулу природного білка.
Нейлон готують з досить простих органічних речовин – адиптиновойкислоти HOOC – (CH2)4– COOH і гексаметилендиаминаH2N – (CH2)6– NH2, що у свою чергу, одержуютьз фенолу. При нагріванні спільно адиптиновойкислоти і гексаметилендиаминаутвориться грузла смола. Молекули вихідних речовин, взаємодіючи один з одним, утворять нитковидні молекули нової речовини. Ця реакція відбувається через те, що від кінця однієїмолекули відривається гідроксильна група. А від кінця іншої молекули – з аминогруппы– атом водню. Група OH і атом водню утворять молекулу води H2O, а залишки молекул органічних речовин за рахунок валентностей, що звільнилися, з’єднуються один з одним у довгі ланцюги. Спрощено цей процес можна зобразити наступною схемою:
H/>/>/>/>O OH H H
/>/>/>/>C–(CH2)4–C + N–(CH2)6–N +
O O H H
/>/>HO OH
/>C–(CH2)4–C + …
/>/>O O
H/>O
/>C–(CH2)4–C–N–(CH2)6–N–C–(CH2)4–C– …+ nH2O ;
/>/>/>/>/>O
O H H O O
Так з’єднується в ланцюг приблизно по сотні залишків молекул гексаметилендиаминай адиптиновойкислоти.
Нагріту грузлу смолу продавлюють через тонкі отвори фильеры. Охолоджувана повітрям струміньзатвердевает, утворити волокно. Швидкість утворенняволокон тут дуже велика– 1000 м/хв.Далі волокна нейлону піддаються розтягуванню на барабанах, що обертаються зрізною швидкістю; при цьому вони подовжуються в кілька разів. Молекули, що утворять їх, раніше як би зморщені, випрямляються і розташовуються по осі волокна. Від цього міцність волокна сильно зростає.
Довгі ланцюжки молекул іншого синтетичного волокна – капрону, що євинаходом радянських учених, — побудовані з повторюваних ланок – залишків амінокапронової кислоти NH2–(CH2)5–COOH.
За рахунок аминогруппі карбоксильныхгруп різних молекул тут також встановлюється амиднаязв’язок між ланками, що видно з наступної схеми будівлімолекули капрону:
O H O H O
/>/>/>/>/>
–PAGE_BREAK–
H2N–(CH2)5–C – N–(CH2)5–C – N–(CH2)5–C–…
Технічний спосіб одержання волокон капрону подібний зіспособом одержання нейлону. З капрону можна одержуватинастільки тонкі волокна, що ниткадовжиною 9 км буде важити усього лише 6 р.
Волокна нейлону (анида) і капрону мають міцність, значно переважаючаміцність природних і штучних волокон. Виробуз них мають багато й інших чудових властивостей. Вони не гниють, не поїдаються міллю. Після прання вони швидко сохнуть і легко приймають колишній вид. Ці вироби не гигроскопичныі не знижують своєїміцності від вологи, як це спостерігається вінших штучних волокон, навіть унатурального шовку.
Дослідження вчених привелидо створення ряду нових волокон. У нашій країні, крім анидаі капрону, виробляютьсятакі синтетичні волокна, як хлорин, нітрон, лавсан, энант.
До хлорину вчені підійшлив пошуках волокна високоїхімічноїстійкості (розглянутівище поліамідні волокна хитливі стосовно кислот). Серед хімічно стійких полімерів був відомий полівінілхлорид (поліхлорвініл):
/>/>
/>/>–CH2–CH–
/>/>/>/>Cl n
Однак одержативолокно з нього виявилося справою складним. Адже щоб досягти розташуваннямолекул у визначеномунапрямку, а без цього немає волокна, необхідно полімер розплавити, тобто дати можливість молекулам його вільно переміщатися, щоб потім у процесі формування перешикувати їхнє розташуванняі закріпити в потрібному порядку. Тим часом полівінілхлорид не можна розплавляти, тому що при нагріванні він розкладається; важко знайти і придатнийрозчинник. Подібно томуяк при одержанні штучних волокон розчинність целюлози досягається за рахунок її хімічної обробки. Удалося зробити розчиннимі полівінілхлорид у результаті його додаткового хлорування. Цю реакцію, дуже напоминающуюнам хлорування граничних вуглеводнів, можна виразити такою схемою:
/>–CH2–CH–CH2–CH–CH2–CH–…+ nCl2–CH2–CH–CH–CH–CH2–CH–…+nHCl
/>/>/>/>/>/>
Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl
Високомолекулярний продукт хлорування утвориться у видісмоли, називаноїтакож хлорином.
Хлорин розчиняють в ацетоні, розчин пропускають через фильеруу ванну зводою. Ацетон при цьому розчиняється, і хлорин виділяється у видітонких волокон.
Хлоринове волокно негорюче, на нього не діють никислоти, ні лугу, якийсь час не діє навіть “царська горілка” – суміш азотної і соляної кислот, що робитьзвичайно особливо сильну окисну дію.
З хлоринового волокна готують фільтрувальні тканини і прокладочныйматеріал для хімічних апаратів, спецодяг для робітників хімічної промисловості, килими, лікувальнабілизнаі т.д.
У списках хімічно стійких волокон учені звернулися і до полімеру тефлону (–CF2–CF2–)nвищому еталону хімічної інертності речовини, що перевершує в цьому відношенні такі шляхетні метали, як чизолото платина. Тут труднощі здавалися довгий час нездоланними: тефлон не вдавався розчинити в жодномуз відомих розчинників, не можна йогоі чирозплавити навіть перевестив розм’якшений станбез розкладання. Однак використання деяких прийомівформування дозволило останнім часом з тефлону одержативолокна.
Нітрон і лавсан не можуть суперничати по хімічній стійкості зчихлорином тефлоном, але в них є інші коштовні властивості, що відкривають перед цими волокнами перспективу широкого застосування.
Вихідною речовиною для одержання волокна служить нітрил акрилової кислоти – акрилонитрилCH2–CH.
/>
CN
Завдяки наявності подвійного зв’язку між атомами вуглецю цяречовиналегка полимеризуется, утворити високомолекулярну смолу полиакрилонитрил
(–CH2–CH–)n.
/>
CN
Полімер розчиняють у відповідному розчиннику і формують волокно по мокрому способі, подібно віскозному волокну.
Волокно нітрон по зовнішньому виглядісхоже на вовну, воно дуже добре розчиняє теплоту, досить міцно і перевершує інші волокна по світлостійкості. З цього волокна готують тканинидля костюмів і пальто, штучне хутро, трикотажні вироби.
Волокно лавсан по хімічній природі єполіефіром. Вихідні речовини для його одержання – двухосновнаятерефталеваякислота
/>/>/>
продолжение
–PAGE_BREAK–
H/>/>/>OOC– –COOH і двохатомний спирт этиленгликольHO–CH2–CH2–OH.
При відомих умовах ці речовини вступають між собою в реакцію етерифікації так, що вкожного з них взаємодіють при цьому обидві функціональні групи. У результаті утвориться високомолекулярна смола лавсан. Трохи спрощуючи, процес цейможна зобразити так:
O O O O
/>/>/>/>/>/>/>/>/>
/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>C– –C + CH2–CH2 + C– –C + …
/>
OH OH HO OH HO OH
O O O O
/>/>/>/>/>/>/>
/>/>C– –C C– –C + nH2O
/>/>/>/>/>/>/>/>/>
OH O–CH2–CH2–O …
Подібні реакції утворенняполімерів, що йдуть з виділення низькомолекулярного продукту, носять загальнаназвареакцій поліконденсації, на відміну від реакцій полімеризації, що йдуть без виділення побічного продукту і сполуки, що єпо істотіреакціями, (див.утвореннянітрону).
Одержуванізі смоли лавсан волокна характеризуються великою міцністю, значною стійкістюдо високих температур, світлуй іншим реагентам. Тканиниз лавсану не мнуться і не втрачають згодом додануїмформу.
У нашій країні до Жовтневої революції існувала лише одна фабрика штучного шовку, що працювала по віскозному способі, та й та припинила свою роботу під час першої світової війни. При Радянській владі промисловість штучних, а потім і синтетичних волокон одержалаширокий розвиток.
Книга для читання по органічній хімії.Посібник для учнів. М., “Освіта”, 1975.