Реферат: Промышленные синтезы на основе углеводородов 
Современная,
всё развивающаяся и усложняющаяся техника требует каучуки хорошие и разные;
каучуки, которые не растворялись бы в маслах и бензине, выдерживали высокую и
низкую температуру, были бы стойки к действию окислителей и различных
агрессивных сред.
Такие
свойства могут лишь синтетические каучуки. многие учёные работали над проблемой
получения синтетического каучука. Начиная с 1900 года ученик Бутлерова химик
И.Л. Кондаков впервые получил синтетическим путём изопрен.
Продолжателем
школы Бутлерова явился химик-органик А.Е. Фаворский. Особенно важное значение
имеют работы Фаворского по механизму процесса полимеризации и по синтезу
изопрена – углеводорода, который стал ценным мономером для получения
синтетического каучука.
Также
над получением синтетического каучука работали химики: Е. Кавенту, О.Г.
Филиппов, Б.В. Бызов, И.И. Остромысленский и многие другие.
Как
известно натуральный каучук имеет свои недостатки, то есть при высокой
температуре он становиться мягким, липким, сильно растягивается, а при низкой температуре
твердеет и становится хрупким, поэтому открыли способ получения синтетического
каучука.
В 1910
году С.В. Лебедеву впервые удалось получить синтетический каучук и бутадиена.
Сырьём для получения синтетического каучука служил этиловый спирт, из которого
получали бутадиен 1,3 (бутадиен оказался более доступным продуктом, чем
изопрен). Затем через реакцию полимеризации в присутствии металлического натрия
получали бутадиеновый синтетический каучук.
В 1932
году именно на базе этого углеводорода возникла крупная промышленность
синтетического каучука. Были построены два завода по производству
синтетического каучука. Способ С.В. Лебедева оказался более разработанным и
экономичным.
С.В.
Лебедев – советский химик-органик, родившийся в 1874 году. Был создателем
первого крупного промышленного производства синтетического каучука.
В 1926
году ВСНХ СССР объявил Международный конкурс по разработке промышленного
способа синтеза каучука из отечественного сырья. К первому января 1928 года в
жюри надо было представить описание способа, схему промышленного получения
продукта и 2 кг каучука. Победителем конкурса стала группа исследователей,
которую возглавлял профессор Медико-хирургической академии в Ленинграде С.В.
Лебедев.
В
1908-1909 годах С.В. Лебедев впервые синтезировал каучукоподобное вещество при
термической полимеризации дивинила и изучил его свойства. В 1914 году учёный
приступил к изучению полимеризации около двух десятков углеводородов с системой
двойных или тройных связей (бутадиен, аллен и их производные).
В 1925
году С.В. Лебедев выдвинул практическую задачу создания промышленного способа
синтеза каучука. В 1927 году эта задача была решена. Под руководством Лебедева
были получены в лаборатории первые килограммы синтетического каучука. С.В.
Лебедев изучил свойства этого каучука и разработал рецепты получения из него
важных для промышленности резиновых изделий, в первую очередь автомобильных
шин. В 1930 году по методу Лебедева была получена первая партия нового каучука
на опытном заводе в Ленинграде, а спустя два года в Ярославле пущен в строй
первый в мире завод по производству синтетического каучука в широких масштабах.
7.Получение
синтетического каучука.
В разработке синтеза каучука
Лебедев пошёл по пути подражания природе. Поскольку натуральный каучук – полимер
диенового углеводорода, то Лебедев воспользовался так же диеновым
углеводородом, только более простым и доступным – бутадиеном CH2=CH-CH=CH2.
 Сырьём для получения бутадиена служит этиловый спирт.
Получение бутадиена основано на реакциях дегидрирования и дегидратации спирта.
Эти реакции идут одновременно при пропускании паров спирта над смесью
соответствующих катализаторов:
Бутадиен очищают от непрореагировавшего
этилового спирта, многочисленных побочных продуктов и подвергаю
полимеризации.
а)
полимеризация – процесс соединения двух, трёх и более молекул полимера, с
образованием вещества того же состава, но большего молекулярного веса. При этом
происходит разрыв и образование новых химических связей, следовательно,
полимеризация – типичная химическая
реакция.
Процессы полимеризации относятся к цепным реакциям, то есть к таким процессам,
при которых в веществе происходит образование активных частиц, способных
вызвать ряд последовательных превращений вещества. Реакции этого типа могут
протекать с огромной, взрывной скоростью. Реакция полимеризации, начавшись в
одном месте, быстро распространяется по всей массе вещества.
Для того чтобы заставить
молекулу мономера соединиться друг с другом, их необходимо предварительно
возбудить, то есть привести их в такое состояние, когда они становятся
способными, в результате раскрытия двойных связей к взаимному присоединению.
Это требует затраты определённого количества энергии или участия катализатора.
При каталитической
полимеризации катализатор не входит в состав образующегося полимера и не
расходуется, а выделяется по окончании реакции в своём первоначальном виде. В
качестве катализатора процесса полимеризации бутадиена 1,3 С,В. Лебедев выбрал
металлический натрий, впервые применённый для полимеризации непредельных
углеводородов русским химиком А.А. Кракау.
Формула строения
бутадиенового каучука: (-СH2-CH=CH-СH2-)n.
Отличительной особенностью
процесса полимеризации является то, что при этом молекулы исходного вещества
или веществ соединяются между собой с образованием полимера, ен выделяя при
этом каких-либо других веществ.
Некоторые синтетические
каучуки получают из различных мономеров в результате их совместной
полимеризации, называемой сополимеризацией.
б) Сополимеризация
бутадиена и стирола чаще всего осуществляется в эмульсии.
Полимеризация
в эмульсиях даёт возможность получать огромные количества различных
сополимерных каучуков, обладающих ценными техническими качествами, но всё же
достаточно далёких от натурального каучука и не удовлетворяющих всем требованиям
потребителей.
В настоящее время, для
получения синтетических каучуков, в основном используются углеводороды,
содержащиеся в нефтяных газах и продукты переработки нефти.
8.Босинтез
белков.
К
настоящему времени разработано много методов превращения
а-аминокислот в пептиды и синтезированы простейшие природные белки –инсулин,
рибонуклеаза, вазопрессин, окситоцин и др.
Для того чтобы соединить две аминокислоты пептидной связью, необходимо: а)
закрыть (защитить) карбоксильную группу глицина и аминогруппу аланина, чтобы не
произошло нежелательных реакций по этим группам; б) образовать пептидную связь;
в) снять защитные группы. Защитные группы должны надёжно закрывать аминную и
карбоксильную группы в процессе синтеза и потом легко сниматься без разрушения
пептидной связи.
Защита аминогруппы наиболее просто проводится ацилированием:
-HCl
R-COCl+H2N-CH-COOH--àR-CO-NH-CH-COOH
 
CH2
CH3
Карбоксильную группу
для защиты превращают в сложноэфирную:
-HOH
H2N-CH2-COOH+HOR--à H2N-CH2-COOR
Для образования пептидной связи или активируют
карбоксильную группу N-ацилаланина, превращая его в хлорангидрид, или проводят
конденсацию в присутствии сильных водоотнимающих веществ
(дициклогексилкарбодиимид, этоксиацетилен):
-H2O
гидролиз
 R-CO-NH-CH-COOH+HNHCH2-COORà R-CO-NH-CH-CO-NH-CH2-COORà
CH3
CH3
à H2N-CH-CO-NH-CH2-COOH
|
CH3
Затем снимают защитные группы
в таких условиях, чтобы не затрагивалась пептидная связь. Таким образом можно
синтезировать не только ди-, но и три-, и тетрапептиды и т. д. . Очень
перспективный метод синтеза пептидных связей предложил в 1960 г. Мерифильд
(США). Этот метод потом получил название твёрдофазного синтеза пептидов.
Первая аминокислота с защищённой аминогруппой присоединяется к твёрдому
носителю – ионнообменной смоле, содержащей первоначально группы –CH2Cl (1-ая стадия), с образованием так называемой “якорной”
связи, которая обозначена жирной линией(’):
(1)-NaCl
Смола-CH2Cl+NaOOC-CHR-NHCOR’àСмола-CH2O-C-CHR-NHCOR’àСмола-CH2O-C-CHR-
|| ||
O O
+
HOOC-CHR’’ –NHOR(3) (4)
-NH2àСмола-CH2O-C-CHR -NHCO-CHR’’-NHCOR’àСмола-CH2O-C-CHR--NHCO-
|| ||
O
O
CHR’’-NH2 и т. д.
Затем наращивают пептидную цепь, пропуская через смолу
растворы соответствующих реагентов. Для этого сначала убирают группу,
защищающую конечную NH2 –
группу (2-ая стадия). Пропуская через смолу раствор другой аминокислоты с
защищённой аминогруппой в присутствии водоотнимающих реагентов, образуют
пептидную связь между первой и второй аминокислотой (3-я стадия). Если затем
убрать защитную группу (4-ая стадия), синтез пептида можно вести далее. После
наращивания пептидной цепи до нужной величины гидролизуют “якорную”
сложноэфирную связь и смывают полипептид со смолы: HBr
Смола-CH2O-CO-CHR-NH..CO-CHR’NH2àСмола-CH2OH+HOOCCHRNH…COCHR’NH2
Полипептид
Метод Мерифильда прост в техническом оформлении, что позволяет полностью
автоматизировать процесс. Поэтому, хотя вышеупомянутые белки инсулин(51
аминокислота) и рибонуклеаза(124 аминокислоты) были синтезированы классическими
методами, метод Мерифильда позволяет значительно сократить затраты труда и
времени на синтез белков. Так, рибонуклеаза была синтезирована Мерифильдом в
1968 г. менее чем за месяц, хотя синтез включал 369 последовательных реакций.
9.Синтетические
волокна.
Наш век часто
называют веком синтетической химии. Очень много новых веществ получила химия с
помощью синтеза.
Научилась она получать и синтетические
волокна, т. е. такие, основу которых составляют не природные высокомолекулярные
вещества, а синтетические полимеры. Одними из первых синтетических волокон
стали известны нейлон, анид и капрон.
Вещества, образующие эти волокна, по своему строению до
некоторой степени сходны с белковыми веществами шелка. Молекулы всех волоком
имеют линейное строение и состоят из повторяющихся звеньев. Такими звеньями в
молекулах целлюлозы будут остатки молекул глюкозы. В молекулах белка
натурального шелка, шерсти звеньями являются остатки аминокислот:
 
H O
 O
   H2N–CH–C
; –N–CH– C–
OH
R
R
Строение
молекулы белкового вещества шелка может быть выражено схемой:
H O
H O H O
… –N–CH–C–N–CH– C–N–CH– C–…
R
R R
Группы
атомов –CO–NH–,
соединяющие остатки аминокислот в таких молекулах, называются амидными
группами, а связи между атомами углерода и азота в них – амидными связями.
В
молекулах, образующих нейлон и капрон, также имеются амидные связи между
повторяющимися группами атомов, но эти повторяющиеся группы атомов – звенья –
отличаются от тех, которые образуют молекулу природного белка.
Нейлон
готовят из довольно простых органических веществ – адиптиновой кислоты HOOC – (CH2)4
– COOH и гексаметилендиамина H2N – (CH2)6 – NH2, которые в свою очередь, получают из
фенола. При нагревании совместно адиптиновой кислоты и гексаметилендиамина
образуется вязкая смола. Молекулы исходных веществ, взаимодействуя друг с
другом, образуют нитевидные молекулы нового вещества. Эта реакция происходит
из-за того, что от конца одной молекулы отрывается гидроксильная группа. А от
конца другой молекулы – из аминогруппы – атом водорода. Группа OH и атом водорода образуют молекулу воды H2O, а остатки молекул органических веществ за счет освободившихся
валентностей соединяются друг с другом в длинные цепи. Упрощенно этот процесс
можно изобразить следующей схемой:
    HO
OH H H
    C–(CH2)4–C
+ N–(CH2)6–N +
O O
H H
  HO OH
  
C–(CH2)4–C + …
O O
 HO
 C–(CH2)4–C–N–(CH2)6–N–C–(CH2)4–C–
… + nH2O ;
     O
O H H O
O
Так
соединяется в цепь примерно по сотне остатков молекул гексаметилендиамина и
адиптиновой кислоты.
Страницы: 1, 2, 3
|
