Wykład 1
CHEMIA MAKROCZ
STECZEK (POLIMERÓW)
Uniwersytet Jagielloński
Kraków, 2003-2004
Stanisław Penczek
Polska Akademia Nauk
Centrum Badań Molekularnych i
Makromolekularnych, A
ódz

CHEMIA MAKROCZ
STECZEK (POLIMERÓW)
Terminy i program wykładu:
- piątki, 12:00-14:00; co dwa tygodnie, 2 semestry, ~30 godzin
1. Makrocząsteczki/polimery; definicje, podstawowe pojęcia
2. Masy cząsteczkowe, masy molowe makrocząsteczek. Mikrostruktura.
Polikondensacja. Polimeryzacja łańcuchowa, kinetyka, mechanizmy.
Termodynamika.
3. Nowe metody polireakcji.
4. Topologia. Dendrymery, gwiazdy, szczotki, kopolimery multiblokowe
5. Biomakrocząsteczki, biopolimery, polimery biomedyczne
6. Polimery o znaczeniu przemysłowym. Nano-bio-info. Ważniejsze nowe
zastosowania
CHEMIA MAKROCZ
STECZEK (POLIMERÓW)
- makrocząsteczka- makromolekuła (cząsteczka polimeru):
pojedyncza (oddzielna) wielka cząsteczka ( makro )
- polimer: (substancja) skupisko makrocząsteczek
makrocząsteczka �ł polimer
(często zamiast słowa  makrocząsteczka używa się terminu  polimer ,
ale nigdy odwrotnie)
POLIMERY i MAKROCZ
STECZKI
etylen (monomer)
H
H
C
C
H
H
polietylen- makrocząsteczka
H H H H H H H H H H H H H H H H H H
H H
H H H H H H H H
H
H
C C C C C C C C C C
C C C C C
C C C C
C C C C C
C
C C C C
C
H H H H
H H H H
H H H H H H HH H H H H H H H H H H H H H
H
POLIMERY i MAKROCZ
STECZKI
cyklooktasiarka (monomer)
s
s s
s
s
s
s
s
polisiarka
...
S S S S S S S S S S
...
S S S S S S S S S S
CHEMIA MAKROCZ
STECZEK (POLIMERÓW)
Makrocząsteczki, polimery
- skąd wiadomo, że są długimi łańcuchami, w których elementy połączone są (na ogół)
wiązaniami kowalencyjnymi?
Herman Staudinger (~1920) ( Nagroda Nobla 1953 )
- lepkość roztworów i grupy końcowe- HOCH2CH2(OCH2CH2)nOH :
im mniej grup końcowych - tym większa lepkość r.ru
(wcześniejsza hipoteza
agregaty substancji małocząsteczkowych)
..
HO .. HO HO
..
HO .. HO HO
CHEMIA MAKROCZ
STECZEK (POLIMERÓW)
Zdjęcie w mikroskopie elektronowym kolistej cząsteczki DNA
MAKROCZ
STECZKI (POLIMERY) SUPRAMOLEKULARNE POA

CZONE
WI
ZANIAMI WODOROWYMI
R'
H N
O J.M.Lehn :Chemia supramolekularna
C O
H N H
R N
N
N
N R
H N H
O C
O
N H
R'
R.Nolte, wykład : Piza 09.2002
Polimery technicznie użyteczne (folia) z RNA z przeciwjonem lipidowym
BIO  Techno - Nano
Przezroczysta i elastyczna folia
otrzymana z połączenia
kompleksowego RNA i soli
amoniowej ( z r-ru w
rozpuszczalniku organicznym i z
jedoosiowym rozciągiem).
A transparent flexible RNA-aligned film prepared by casting organosoluble RNA/lipid
complexes and subsequent uniaxial stretching.
Yu Hoshino a.o., Macromol. Rapid Commun., 2002, 23, No. 4, 253
CHEMIA MAKROCZ
STECZEK (POLIMERÓW)
Atomy, cząsteczki (małe) i makrocząsteczki (wielkie)
masa
cząsteczkowa
kiedy cząsteczka jest już makrocząsteczką ? : kiedy pojawią się właściwości typowe dla polimerów
cząsteczka polietylenu
(makrocząsteczka)
masa molowa 10.000- 3.000.000
ogniwo łańcucha (jednostka powtarzalna), powtórzone
tysiąc lub więcej razy (ponad milion w
biomakrocząsteczkach DNA)
CZ
STECZKA -MAKROCZ
STECZKA ?
H
H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H
H H
H
C C C C C C C C C C C C C C C
H
C C C C C C C C C C C C C C C
...
H H H H H H
H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H
H H H
H-CH2CH2-H
150 Etan:
H-(CH2CH2)2-H
Butan:
100
H-(CH2CH2)3-H
Heksan:
H-(CH2CH2)4-H
Oktan:
50
H-(CH2CH2)5-H
Dekan:
H-(CH2CH2)6-H
Dodekan:
0
H-(CH2CH2)7-H
Tetradekan:
H-(CH2CH2)8-H
Heksadekan:
-50
Oktadekan: H-(CH2CH2)9-H
H-(CH2CH2)10-H
Eikozan:
-100
Trikontan: H-(CH2CH2)15-H
10 100 1000 10000
Tetrakontan: H-(CH2CH2)20-H
"n" w CnH2n+2 H-(CH2CH2)25-H
Pentakontan:
H-(CH2CH2)n-H
Polietylen:
Dla dostatecznie dużych długości łańcucha CH3-CnH2n-CH3 niektóre
właściwości cząsteczki praktycznie przestają zależeć od  n (i od grup
końcowych) - wówczas mamy do czynienia z makrocząsteczką
o
Temperatura topnienia /
C
CHEMIA MAKROCZ
STECZEK (POLIMERÓW)
Wielkości typowych struktur,
występujących w syntezie chemicznej ,
w biologii oraz w mikro (nano)
technologii (wg Shimizu/Whitesides)
Toshimi Shimizu, Macromol. Rapid Commun., 2002, 23, No. 5/6, 311
Relative size distribution of typical structures
formed by synthetic chemistry, biology, and
microfabrication. This schematic illustration
was drawn on the basis of a review article by
Whitesides et al.
CHEMIA MAKROCZ
STECZEK (POLIMERÓW)
Masa cząsteczkowa (Mc)
jest masą określonej cząsteczki, wyrażoną w atomowych jednostkach
masy, gramach lub jednostkach pochodnych (masa atomowa: ditto dla
atomu)
Masa molowa (Mm)
jest masą jednego mola wyrażoną w gramach (jednostka: gram mol-1)
(masa molowa jest taką liczbą gramów danej substancji (danych
cząsteczek), która jest co do wielkości równa jej (względnej) masie
cząsteczkowej , wyrażonej w atomowych jednostkach masy)
CHEMIA MAKROCZ
STECZEK (POLIMERÓW)
Polimery- substancje składające się z wielu makrocząsteczek o
różnych masach molowych ( rozkład Mm - polidyspersja)
(przyczyny występowania POLIDYSPERSJI mas molowych
omówione będą póz
niej- statystyczny charakter procesów
polimeryzacji)
pomiary Mm dostarczają informacji o średnich Mm ; rodzaj
średniej służy do opisu różnych właściwości i zależy od metody
pomiaru :
- liczba cząsteczek: (np.)- osmometria
chromatografia
- grupy końcowe
cieczowa
- masa (rozmiar) cząsteczek: - rozpraszanie światła
PORÓWNANIE ROZMIARÓW NIEKTÓRYCH MAKROCZ
STECZEK
NATURALNYCH I SYNTETYCZNYCH
makrocząsteczka cechy szczególne masa molowa długość średnica
mm nm
( 1 mm =106 nm )
Polietylen "zwykły 100.000 0.001 ~0.2
"ultra" 3.000.000 0.03 ~0.2
DNA
Pałeczka okrężnicy 2.500.000.000 1. 3 ~2.0
Genom człowieka ~1500 . j.w.
(całkowity materiał ( 1.5m = 1.5 .10 9 nm )
genetyczny komórki)
l/d=109
Gdyby średnica była równa 1mm, to długość wyniosłaby kilkaset km