ОСНОВЫ ХИМИИ ПОЛИМЕРОВ

ОСНОВЫ ХИМИИ ПОЛИМЕРОВ

ПОНЯТИЯ:

1. Полимер(от греч. polymeres – состоящий из многих частей)(высокомолекулярное соединение) – это химическое соединение, состоящее из большого числа атомов одного или нескольких химических элементов, соединенных прочными химическими связями (как правило, ковалентными), обладающее особыми физическими и химическими свойствами. Состоит из макромолекул.

2. Макромолекула (от греч. makros – большой, длинный)– это совокупность большого числа атомов, соединённых прочными химическими связями. Число атомов, входящих в состав макромолекул может колебаться в широких пределах от 10⁴ до 10⁷.

3. Мономер (от греч. monos – один, единый) – это низкомолекулярное соединение, которое является исходным сырьём для получения полимера.

4. Структурное звено – это атом или группировка атомов, которая многократно раз повторяется в структуре полимера.

5. Степень полимеризации – это число структурных звеньев в составе полимера. Обозначается – n.

6. Реакция полимеризации – это химическая реакция образования полимера из мономера, за счет разрыва кратных связей (двойных или тройных), без выделения низкомолекулярных продуктов.Природные полимеры(от греч. polymeres – состоящий из многих частей)– это природные высокомолекулярные соединения, имеющие особую структуру и обладающее уникальными физическими и химическими свойствами. Бывают периодическими и непериодическими.

7. Природный периодический полимер– это природное высокомолекулярное соединение, состоящее из многократно раз повторяющегося одного и того же структурного звена и обладающее уникальными физическими и химическими свойствами. Например: натуральный каучук, крахмал, целлюлоза.

8. Природный непериодический полимер– это природное высокомолекулярное соединение, состоящее из огромного числа различных структурных звеньев и обладающее уникальными физическими и химическими свойствами. Например: белки, нуклеиновые кислоты.

9. Пептиды – это короткие белки, состоящие из двух или более
(≈ до 40) остатков α-аминокислот, связанных пептидной связью. Делятся на олиго- и полипептиды.

10. Белки – это биоорганические вещества, состоящие из большого числа остатков α-аминокислот, связанных между собой пептидной связью и выполняющие в живом организме многочисленные биологические функции, главные из которых: структурно-каркасная, энергетическая, транспортная, защитная, запасающая, ферментативная (каталитическая), гормональная.

11. *Протеины(от греч. protes – простой) – это простые белки, т.е. белки состоящие только из большого числа остатков α-аминокислот, связанных между собой пептидной связью.

12. *Протеиды – это сложные белки, т.е. белки, имеющие в своём составе, кроме многочисленных остатков α-аминокислот, связанных между собой пептидной связью различные другие остатки: углеводов, липидов, нуклеиновых кислот, неорганических кислот и т.д. Состоят из апобелка (белковая часть) и простетической группы (небелковая часть).

13. Первичная структура белка– это последовательность α-аминокислотных звеньев в полипептидной цепи, связанных между собой пептидными связями. Каждый белок имеет строго свою последовательность α-аминокислотных звеньев. Впервые открыта Э.Г. Фишером (Германия) в 1901 году.

14. Вторичная структура белка– это упорядоченные участки полипептидной цепи в виде α-спирали (α-структура) или «складчатого листа» (β-структура), образованные за счёт водородных связей между соседними витками спирали или «складок листа». α-структура более распространена в природе, чем β-структура. В природе наиболее распространенаправозакрученная спираль.

15. Третичная структура белка– это сочетание упорядоченных и неупорядоченных участков полипептидной цепи и расположение их особым образом в пространстве в виде глобулы (от лат. globulas – шарик) или клубка. В образовании глобулы участвуют различные связи: моносульфидные (–S–), дисульфидные (–S–S–), тиоэфирные (–О–S–), простоэфирные (–О–), сложноэфирные (–СОО–), дополнительные водородные и др. При образовании глобулы все радикалы аминокислотных звеньев направлены наружу, образую я при этомбоковую поверхность белка.

16. Четвертичная структура белка– это надмолекулярная структура, образующаяся в результате соединения непрочными связями двух или более одинаковых или различных белковых молекул (субединиц). В образовании этой структуры участвуют: силы Ван-дер-Ваальса, ион-дипольные взаимодействия, торсионные силы, дополнительные водородные связи, взаимодействия «ключ к замку» и др.

17. Денатурация белков(от лат. de – приставка, означающая отделение, удаление и nature – природа)– это процесс нарушения пространственной структуры белка (четвертичной, третичной и вторичной структур) под действие механических, физических, химических факторов, приводящий к невозможности выполнения биологических функций. Бывает необратимая и обратимая (процесс ренатурации).

18. Факторы, вызывающие обратимую денатурацию белков– это факторы, при снятии воздействия которых, возможно самопроизвольное восстановление пространственной структуры белка. К ним относятся: а) лёгкое встряхивание или слабое облучение ультрафиолетом; б) нагревание до 45 ºС; в) действие очень разбавленными растворами кислот, щелочей или растворами солей лёгких металлов.

19. Факторы, вызывающие необратимую денатурацию белков– это факторы, при снятии воздействий которых, невозможна самопроизвольное восстановление пространственной структуры белка. К ним относятся: а) удары, порезы, переломы, сильное облучение ультрафиолетом; б) нагревание выше 45 ºС; в) действие концентрированными растворами кислот, щелочей или растворами солей тяжёлых металлов.

20. Ренатурация белков(от лат. re – приставка, обозначающая возобновление или повторность действия и nature – природа)– это самопроизвольный процесс восстановления пространственной структуры белка (вторичной, третичной и четвертичной структур) после снятия действия механических, физических, химических факторов, приводящий к возможности выполнения биологических функций.

21. Деструкция(от лат. destructio – разрушение, нарушение) белков– это процесс нарушения первичной структуры белка под действие механических, физических, химических факторов, приводящий к его гибели.

22. Биуретова реакция на белки (качественная реакция на пептидную связь)– это химическая реакция, с помощью которой доказывают, что в состав пептидов и белков входит пептидная связь, для этого к пробе добавляют 1-2 капли сульфата меди (II), 3-5 капель гидроксида натрия и встряхивают – при этом образуется красно-фиолетовое окрашивание.

Реагентом на пептидную связь является щелочной раствор гидроксида меди (II).

23. Ксантопротеиновая(от греч. csantos – жёлтый)реакция на белки (качественная реакция на присутствие ароматических колец)– это химическая реакция, с помощью которой доказывают, что в состав пептидов и белков входят аминокислоты, содержащие ароматические кольца (фенилаланин, тирозин), для этого к пробе добавляют 2-3 капли азотной кислоты и нагревают – при этом образуется жёлтое окрашивание.

24. *Ферменты(от лат. fermentum – закваска, брожение)или энзимы(от греч. enzyme – дрожжи) – это органические катализаторы белковой природы, вырабатываемые живой протоплазмой клетки. Обязательные участники всех биохимических процессов, обладают большой активностью и специфичностью действия. В настоящее время известно более 800 ферментов. Имеют суффикс –аза.

25. Нуклеиновые кислоты (от лат. nucleus – ядро) – это биоорганические вещества, состоящие из остатков нуклеотидов, связанные между собой сложной фосфорнодиэфирной связью (через положения 3→5) и отвечающие в живом организме за хранение и передачу генетической информации.

26. **Нуклеозиды – это биоорганические вещества, состоящие из остатков пентоз (β-рибозы или 2-дезокси-β-рибозы) и азотсодержащих гетероциклических оснований, связанных между собой β- или N-гликозидной связью.

27. *Нуклеотиды – это фосфорные эфиры нуклеозидов, состоящие из остатков пентоз (β-рибозы или 2-дезокси-β-рибозы), фосфорной кислоты и азотсодержащих гетероциклических оснований. Играют большую роль в процессах обмена веществ и энергии, входят в состав нуклеиновых кислот, многих коферментов и других биологически активных соединений. Остатки фосфорной кислоты присоединены в молекуле β-рибозы (2-дезокси-β-рибозы) в 3 (или 5) положении, а остатки азотсодержащих гетероциклических оснований в 1 положении (β или N-гликозидная связь).

28. *ДНК (дезоксирибонуклеиновые кислоты) – это биоорганические вещества, состоящие из остатков нуклеотидов, связанные между собой сложной фосфорнодиэфирной связью (через положения 3→5) и отвечающие в живом организме за хранение и передачу генетической информации. В состав остатков нуклеотидов входит 2-дезокси-β-рибоза, а также аденин, гуанин, тимин и цитозин. Сосредоточены в ядрах растительных и животных клеток, в хромосомах.

29. Первичная структура ДНК– это последовательность нуклеотидных звеньев в полинуклеотидной цепи, связанных между собой сложной фосфорнодиэфирной связью (через положения 3→5).

30. Вторичная структура ДНК– это образование двухцепочечной правовинтовой спирали. Две цепи в спирали связаны друг с другом с помощью водородных связей, образующихся между азотсодержащими гетероциклическими основаниями по принципу комплементарности. Модель предложена в 1953 году Д.Д. Уотсоном (США) и Ф.Х.К. Криком (Англия).

31. **Суперспирализация ДНК– это самопроизвольное накручивание двойной спирали ДНК на себя.

32. **Репликация(от лат. replicatio – свернуть) ДНК– это процесс полного синтеза ДНК, происходящего в клетке под действием набора ферментов. В основном состоит из трёх этапов: инициирования, элонгации (продолжения) и терминации (окончания).

33. **Редупликация(от лат. reduplicatio – удвоение) ДНК – это процесс самоудвоения молекулы ДНК. Сначала молекула ДНК разделяется на две полинуклеотидных цепи, затем в соответствии с принципом комплементарности достраиваются дополняющие «дочерние» цепи, вследствие чего образующиеся молекулы ДНК состоят из одной «материнской» полинуклеотидной нити и комплементарной ей «дочерней» нити.

34. *РНК (рибонуклеиновые кислоты) – это биоорганические вещества, состоящие из остатков нуклеотидов, связанные между собой сложной фосфорнодиэфирной связью (через положения 3→5) и отвечающие в живом организме за биосинтез белков и реализацию генетической информации. В состав остатков нуклеотидов входит β-рибоза, а также аденин, гуанин, урацил и цитозин. Сосредоточены в цитоплазме растительных и животных клеток, в рибосомах.

Различают три основных вида РНК – матричныеилиинформационные (м-РНК или и-РНК), рибосомные (р-РНК) и транспортные (т-РНК).

35. **Нуклеопротеиды – это сложные белки, в молекулах которых простетической группой являются нуклеиновые кислоты. Составляют основу сосредоточенного в ядрах клеток наследственного вещества – хроматина. Образуют рибосомы и вирусы.

36. **Ген(от греч. genos – род, происхождение) – это единица наследственного материала (генетической информации). Представляет участок молекулы ДНК (у высших организмов) или РНК (у вирусов и фагов), содержащий полную информацию о первичной структуре белка. Он расположен в определённом участке данной хромосомы (у эукариот) или генетическом материале (у прокариот).

37. **Локус(от лат. locus – место) – это участок хромосомы, в котором расположен ген.

38. **Генетический код(от франц. cod – сборник условных сокращённых обозначений и названий) – это свойственная организмам единая система «записи» наследственной информации в молекулах нуклеиновых кислот в виде последовательности нуклеотидов. Реализация генетического кода происходит в два этапа: транскрипции и трансляции.

39. **Транскрипция(от лат. transcriptio – переписывание) – это процесс биосинтеза молекул и-РНК на матрице (соответствующих участках) ДНК. В результате этого процесса происходит перенос генетической информации из ДНК в РНК. После полного формирования и-РНК, она переходит из ядра в цитоплазму и прикрепляется к одной из рибосом, становясь матрицей для биосинтеза специфических белков – процесса трансляции.

40. **Трансляция(от лат. translatio – передача) – это процесс биосинтеза полипептидных цепей молекул белков, идущий в клетке путём «считывания» генетической информации «записанной» в виде последовательности нуклеотидов в молекулах и-РНК. Она происходит благодаря генетическому коду, в котором каждая из 20 α-аминокислот задаётся определённой последовательностью трёх нуклеотидов – кодоном.

41. **Кодон (триплет)(от франц. cod – сборник условных сокращённых обозначений и названий) – это единица генетического кода, состоящая из трёх последовательных нуклеотидов, в молекуле ДНК или РНК. Из 64 кодонов 61 кодирует включение 20 α-аминокислот, а 3 служат «точками» или «стоп-кодонами», оканчивающими процесс синтеза белка.

42. **Антикодон(от греч. anti – противо и франц. cod – сборник условных сокращённых обозначений и названий) – это участок молекулы т-РНК, состоящий из трёх нуклеотидов, специфически (комплементарно) связывающийся с кодоном и-РНК, что обеспечивает правильную расстановку каждой аминокислоты при биосинтезе белка.

43. Каучук– это полимерное вещество (эластомер), обладающее высокой эластичностью и упругостью, т.е. способностью к большим обратимым деформациям при комнатной и других температурах. Бывает природный (натуральный) каучук и синтетический (получаемый на основе химического синтеза) каучук.

44. Натуральный (природный) каучук – это упругая аморфная масса, получаемая из млечного сока (латекса) растений-каучуконосов, состоящая из изопреновых звеньев ((С₅Н₈)_n). Наиболее известный каучуконос – дерево гевея, родина которого тропические леса Бразилии. Натуральный каучук является стереорегулярным полимером, причём все двойные связи имеют цис–конфигурацию.

45. **Латекс(от лат. latex – сок) – это водная эмульсия каучукоподобных полимеров. Бывает натуральный и синтетический. Натуральный латекс – это млечный сок каучуконосов, жидкость, напоминающая молоко.

46. **Гуттаперча – это полимер белого или желтоватого цвета, изомер натурального каучука, способен вулканизироваться с серой. Имеет состав – (С₅Н₈)_n. Добывают из млечного сока гуттаперченосных растений, произрастающих на островах Малайского архипелага, Филиппинских островах. Применяют как изолирующий материал радиопромышленности, в химической и обувной промышленности и т.д.

47. *Синтетический каучук – это полимерный материал, представляющий упругую аморфную массу, получаемый на основе химического синтеза из диеновых углеводородов, их производных и других веществ. Наиболее используемые синтетические каучуки – бутадиеновый, изопреновый, хлоропреновый (наирит), а также фторкаучуки.

48. *Вулканизация – это процесс образования пространственного полимера – резины, в результате взаимодействия при нагревании сырого каучука с серой или другими веществами.

49. *Резина(от лат. resina – смола) – это эластичный материал, представляющий пространственный полимер, который образуется в результате вулканизации натурального или синтетического каучука.

50. **Эбонит(от греч. ebonos – чёрное дерево)– это очень твёрдый материал, представляющий пространственный полимер, который образуется в результате вулканизации натурального или синтетического каучука с большим содержанием серы (30-32 %). Применяется как кислотостойкий электроизоляционный материал.

51. Пластмассы (пластические массы) – это материалы, полученные на основе природных или химических полимеров, с добавлением пластификаторов, стабилизаторы, наполнителей и красителей. Бывают: термопластичными (термопласты) и термореактивными (реактопласты).

52. **Пластификаторы – это нелетучие органические растворители, образующие с используемым материалом гели (студни). Вводят для снижения температуры размягчения полимеров, повышения их гибкости и морозостойкости. К ним относятся эфиры фталевой кислоты, различные масла и др.

53. **Плексиглас (органическое стекло) – это полимер, образующийся в результате полимеризации метилметакрилата (CH₂=C(CH₃)COOCH₃) и обладающий хорошими физико-механическими и электроизоляционными свойствами. Применяют в авиа- и машиностроении, для изготовления бытовых изделий и т.д.

54. **Поливинилацетат– это полимер, образующийся в результате полимеризации винилацетата (CH₃COOCH=СН₂) и обладающий высокой прочностью и прозрачностью. Применяют в изготовлении броневых стёкл для танков и авиации, для получения лаков, клеев (например, ПВА) и т.д.

55. **Поролон (пенополиуретан)– это вспененная пластмасса, получаемая из полимеров, содержащих уретановые группировки –NH(CO)O– и вспенивающих агентов, при температуре и давлении. Применяют для получения мягкой мебели, матрацев, игрушек, бытовых изделий, как тепло и электроизоляционные материалы в строительстве, машиностроении и т.д.

56. **Пенопласты– это вспененные пластмассы, получаемые из полимеров и вспенивающих агентов, при температуре и давлении, в результате чего образуются замкнутые или сообщающиеся газонаполненные ячейки в структуре полимера. В качестве вспенивающих агентов используют пентан, изопентан, фреоны, азот инертные газы, а также твёрдые гидрокарбонаты аммония и натрия и т.д.

57. Волокна– это полимеры, характеризующиеся упорядоченным расположением линейных макромолекул вдоль оси всей нити, что обуславливает их высокую механическую прочность. Делятся на натуральные и химические, а химические на искусственные и синтетические волокна.

58. Натуральное волокно– это волокно, растительного или животного происхождения. Волокна растительного происхождения в основном состоят из целлюлозы – лён, хлопок. Волокна животного происхождения в основном состоят из белковых молекул – шерсть, шёлк (продукт деятельности тутового шелкопряда).

59. Искусственное волокно– это волокно, полученное на основе натурального волокна, путём его химической модификации (переработки). К ним относятся ацетатный шёлк, вискозное волокно и др.

60. Ацетатное волокно (ацетатный шёлк)– это искусственное волокно, полученное на основе целлюлозы, путём действия на неё уксусного ангидрида ((CН₃СО)₂О), уксусной кислоты и катализаторов (серной кислоты и хлорида цинка) с образованием триацетата целлюлозы (иногда диацетата целлюлозы или их смеси).

61. **Вискозное волокно– это искусственное волокно, получаемое на основе целлюлозы, путём действия на неё сероуглерода (CS₂) и щёлочи (NaOH) с образованием ксантогената целлюлозы.

62. **Целлофан– это прозрачная плёнка, получаемая из раствора ксантогената целлюлозы (вискозы), продавливаемого через узкие щели.

63. Синтетическое волокно– это волокно, получаемое на основе химического синтеза. Исходными веществами, как правило, являются продукты, получаемые из нефти, каменноугольной смолы или природного газа. К ним относятся капрон, найлон, лавсан и др.

64. Капрон– это синтетическое полиамидное волокно, получаемое из ε-капролактама, путём его полимеризации. Из него изготовляют ткани, трикотаж, сети, канаты и другие изделия.

65. *Найлон (nylon – от первых букв английских названий городов New York и London) – это синтетическое полиамидное волокно, получаемое из соли гексаметилендиамина и адипиновой кислоты (соль АГ), путём её поликонденсации в автокаве при температуре 275-280 ˚С в атмосфере азота. Из него изготовляют трикотажные изделия, сети, транспортные ленты, канаты и другие изделия.

66. *Лавсан – это синтетическое полиэфирное волокно, получаемое из этиленгликоля и терефталевой кислоты, путём их поликонденсации. Из него изготовляют паруса, ткани, канцелярские товары (стержни фломастеров), в медицине (нити, для наложения швов, протезы сосудов) и другие изделия.

67. **Детонация (от лат. detono – гремлю) – это процесс химического превращения взрывчатого вещества, сопровождающийся освобождением энергии и распространяющийся по веществу в виде волны от одного слоя к другому со сверхзвуковой скоростью.

68. *Тротил (тол) – это взрывчатое вещество, большой мощности, получаемое из толуола путём его нитрования нитрующей смесью (смесью концентрированных азотной и серной кислот) при нагревании. По химическому составу представляет 2,4,6-тринитротолуол.

ЗАКОНЫ:

1. *Принцип (правило) комплементарности(от лат complementum – дополнение) (1953 год): при построении двойной спирали ДНК между двумя нитями (цепями), за счёт водородных связей, образуются комплементарные пары азотсодержащих гетероциклических оснований – аденин комплементарен тимину, а гуанин – цитозину, т.е. А…Т и Г…Ц, и наоборот: Т…А и Ц…Г. Между аденином и тимином образуются две водородных связи, а между гуанином и цитозином – три.

2. **Законы Э. Чаргаффа(США, 1950-1953 гг.):

1) В молекуле ДНК суммарное количество производных пуриновых оснований (аденина и гуанина) всегда равно суммарному количеству производных пиримидиновых оснований (цитозину и тимину), т.е. А+Г = Ц+Т.

2) В молекуле ДНК суммарное количество аденина и цитозина равно суммарному количеству гуанина и тимина, т.е. А+Ц = Г+Т.

3) В молекуле ДНК количество аденина равно количеству тимина, а количество гуанина равно количеству цитозина, т.е. А=Т и Г=Ц.