Polyisoprene

Cis-1,4 polyisoprene

Natural rubber consists almost exclusively of the cis-1,4 polymer, which is produced in the milky latex of certain plants—most notably the rubber tree (Hevea brasiliensis). The uniqueness of natural rubber lies in its physical properties of extensibility and toughness, summarized by its ability to be stretched repeatedly to seven or eight times its original length. In the absence of tensile (stretching) stress, the polymer chains assume an amorphous, or disordered, arrangement. On being stretched, however, the molecules readily align into an ordered crystalline arrangement. Crystallinity lends greater strength to the material, so natural rubber is considered to be “self-reinforcing.” In its natural state, however, natural rubber is greatly affected by temperature: it crystallizes on cooling, taking only several hours to do so at −25 °C (−13 °F), and it becomes tacky and inelastic above 50 °C (120 °F). In addition, it is swollen and weakened by hydrocarbon oils, and it reacts with oxygen and ozone in the atmosphere, leading to rupture of the polymer molecules at the carbon-carbon double bonds and softening and cracking of the material over time. These disadvantages are overcome to a great extent by cross-linking the polymer chains through the process known as vulcanization.

Isoprene rubber (IR) is manufactured by the polymerization of synthetic isoprene, which is obtained from the thermal cracking of the naphtha fraction of petroleum. Polymerization is conducted in solution, using both anionic and Ziegler-Natta catalysts. The product is at most 98 percent cis-1,4 polyisoprene, and its structure is not as regular as natural rubber in other respects. As a result, it does not crystallize as readily as the natural material, and it is not as strong or as tacky in the raw (unvulcanized) state. In all other respects, though, isoprene rubber is a complete substitute for natural rubber. For both materials, the principal usage is in tires, although these elastomers are also preferred for rubber springs and mountings, owing to their good fatigue resistance and high resilience. Footwear is an important application, and natural rubber is still used in adhesives (such as rubber cement).

Get exclusive access to content from our 1768 First Edition with your subscription.
Subscribe today

Литература

• Химическая энциклопедия / Гл. ред. И. Л. Кнунянц. — М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2. — С. 191—192.
• The Chemistry and Biology of Volatiles / Edited by A. Herrmann. — Wiley, 2010. — ISBN 9780470777787.
• Каримов Э.Х., Касьянова Л.З., Мовсумзаде Э.М., Даминев Р.Р., Каримов О.Х., Ялалов М.Р. СОВМЕЩЕНИЕ ПРОЦЕССОВ ОКИСЛЕНИЯ И ДЕГИДРИРОВАНИЯ ИЗОАМИЛЕНОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ ИЗОПРЕНА НА ЖЕЛЕЗОКАЛИЕВОМ КАТАЛИЗАТОРЕ // Теоретические основы химической технологии. 2016. Т. 50. № 1. С. 95
• COMBINATION OF OXIDATION AND DEHYDROGENATION PROCESSES OF ISOAMYLENES IN THE PRODUCTION OF ISOPRENE ON IRON POTASSIUM CATALYST Karimov E.K., Kas’yanova L.Z., Movsumzade E.M., Daminev R.R., Karimov O.K., Yalalov M.R. Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2016. Т. 50. № 1. С. 92-96.

Химические свойства

Согласно данным спектроскопических исследований, при 50 °C большинство молекул изопрена находится в более устойчивой s-транс-конформации, и только 15 % молекул имеют s-цис-конформацию. Разность энергий между этими состояниями составляет 6,3 кДж/моль.

По химическим свойствам изопрен представляет собой типичный сопряжённый диен, вступающий в реакции присоединения, замещения, циклизации, комплексообразования и теломеризации. По сравнению с бутадиеном, он более активно реагирует с электрофилами и диенофилами за счёт донорного индуктивного эффекта метильной группы.

Биологическая роль

Изопрен, в том числе, в составе молекул других терпенов, встречается в разнообразных живых организмах: животных, растениях и микроорганизмах. В зависимости от организма число изопреновых фрагментов в молекуле терпена может составлять 1 (гемитерпены), 2 (монотерпены), 3 (сесквитерпены), 4 (дитерпены), 6 (тритерпены) или 8 (тетратерпены). В некоторых растениях обнаружены очень длинные терпены (каучук, гуттаперча), число звеньев изопрена в которых варьируется от нескольких тысяч до одного миллиона. Изопрен может также входить в состав других природных соединений неизопреноидного строения (например, прениллипидов), повышая их липофильность. Известно, что синтез изопреноидов в растениях осуществляется двумя независимыми путями: ацетат/мевалонатным путём (ацетат/MVA) и дезоксиксилозафосфат/метилэритритфосфатным путём (DOXP/MEP). Оба пути приводят к изопрену в виде так называемого «активного изопрена» — изопентенилпирофосфата (IPP), который под действием изомеразы может превращаться в изомерный 3,3-диметилаллилдифосфат (DMAPP). Сам изопрен получается из DMAPP при действии изопренсинтазы.

Изучение эмиссии изопрена растениями методом спектроскопии в ультрафиолетовой области

В середине XX века было обнаружено, что растения выделяют в атмосферу пары изопрена. Мировые объёмы фитогенного изопрена оцениваются в (180—450)·10¹² г приведенного к массе углерода, содержащегося в соединении в год. Эмиссия изопрена листьями растений ускоряется при температуре выше 28 °C и при высокой интенсивности солнечного излучения, когда процесс фотосинтеза полностью насыщен. Подтвердить это явление или проверить, способно ли растение выделять изопрен, можно при помощи спектроскопии в ультрафиолетовой области или путём анализа газов в газовом хроматографе, комбинированном с масс-спектрометром. Биосинтез изопрена ингибируется фосмидомицином, а также соединениями ряда статинов.

Физиологическая роль выделения растениями изопрена до конца не выяснена. Изопрен обеспечивает растениям повышенную устойчивость к перегреванию. Кроме того, как потенциальный уловитель радикалов, он может защищать растения от разрушающего воздействия озона и активных форм кислорода. Предполагается также, что поскольку синтез изопрена требует постоянной затраты молекул АТФ и НАДФН, образующихся в процессе фотосинтеза, он таким образом сохраняет фотосистемы от перевосстановления и фотоокислительного разрушения в условиях чрезмерного освещения. Недостатком такого механизма защиты является то, что углерод, связываемый растениями в процессе фотосинтеза, выбрасывается путём выделения изопрена.

Из гомологического ряда диеновых углеводородов изопрен является наиболее часто встречающимся диеновым углеводородом в организме человека. По некоторым оценкам, скорость синтеза изопрена в организме человека составляет около 0,15 мкмоль/(кг·ч), что соответствует приблизительно 17 мг в час для человека весом 70 кг. Изопрен также присутствует в ничтожных концентрациях во многих пищевых продуктах[источник не указан 1670 дней].

Применение

Использование комплексных катализаторов на основе производных титана и алюминия дает возможность получить каучуки типа СКИ-3 с высоким содержанием цис-1,4-звеньев, присоединенных почти исключительно по типу «голова к хвосту». СКИ-3 имеет регулярную структуру, содержит не каучуковые компоненты, а также отсутствуют функциональные группы в молекулярных цепях полимера. Каучук имеет узкое молекулярно-массовое распределение. Он содержит 15-40 % гель-фракции.

Вследствие высокой непредельности вулканизацию СКИ-3 можно осуществлять с применением вулканизующих систем, содержащих серу и органические ускорители вулканизации, а также бессерными системами: тиурамом, органическими перекисями, фенолформальдегидными смолами, производными малеимида и другими веществами. В промышленности применяются главным образом серные вулканизующие системы. Обычно температура вулканизации серных смесей на основе СКИ-3 равна 133—151 °C. Для них характерно наличие оптимума вулканизации по сопротивлению разрыву и небольшое плато вулканизации.

Поскольку СКИ склонен к кристаллизации, то вулканизаты на его основе, даже не наполненные, обладают высокой прочностью до 30 МПа. При повышенных температурах сопротивление раздиру и прочность понижаются. Благодаря отсутствию азотсодержащих веществ и малой зольности СКИ характеризуются хорошей водостойкостью и высокими диэлектрическими показателями.

Слайды презентации

Слайд 1

Каучук

Органическая химия 10 класс. Школьная коллекция

Москва, 2004 год

Слайд 2

1. Немного истории 2. Химическое строение натурального и синтетического каучука и резины 3. Резина 4.Понятие о терпенах 5.Получение каучука 6. Применение каучука

КАУЧУК

Слайд 3

1. Немного истории

Родина каучука – Центральная и Южная Америка.

Бразильская гевея (Hevea brasiliensis)

Латекс

30% натурального полимера

Молочно-белого цвета

Эмульсия

«Слезы дерева» — сао-о-Chu

Cao –дерево, o-Chu — плакать

Слайд 4

Немного истории XV век

Пропитка млечным соком лодок,корзин, одежды — не пропускают воду.

Факелы – долго горят, приятный запах

Небьющаяся емкость для жидкостей

Каучуковая обувь

Слайд 5

Немного истории XVIII – XIX века

В первой половине образцы попали в Европу

Шары, подпрыгивающие при ударе

Первые ластики, стирающие карандаш

1823 г. Чарлз Макинтош изобрел непромокаемую ткань. Плащи получили название «макинтош». Налажено производство галош.

1832 г. в Петербурге построена первая обувная фабрика с каучуковым покрытием.

Слайд 6

Немного истории 1832 год — немецкий химик Людесдорф установил,что

К а у ч у к МОРОЗ ЖАРА хрупкий мягкий

упругий и элластичный

СЕРА + СКИПИДАР

Слайд 7

Немного истории XIX век.

1839 г. открыта вулканизация каучука Ч. Гудьиром торговцем различных товаров

1843 г. англичанин Т.Гэнкок открыл анало-гичный способ и назвал его вулканизацией, а новый продукт резиной

Резко возрасла потребность в каучуке и в 1876 г. семена гевеи были тайно вывезены из Бразилии и распространены в странах Юго-Восточной Азии и Африки.

1888 г бурное развитие автомобильной промышленности поставило задачу производства синтетического каучука.

Слайд 8

2 .Строение натурального и синтетического каучука и резины.

П О Л И М Е Р Ы ЭЛАСТОМЕРЫ ПЛАСТМАССЫ ВОЛОКНА каучук резина эбонит

Слайд 9

Химическое строение натурального каучука.

. . . — CH2 CH2 — CH2 CH2 — . . .

C = C H CH3

Натуральный каучук – это цис-полиизопрен.

Каучук, в котором все элементарные звенья находятся или в цис-, или в транс-конфигурации, называется стереорегулярным

Слайд 10

Химическое строение синтетического каучука.

Состав природного каучука известен уже во второй половине XIX в.

Постав Бушарда 1875 г. выделил изопрен из природного каучука

Б У Т А Д И Е Н О В Ы Й К А У Ч У К

(С К В)

СССР по методу С.В. Лебедева 1931 г.

Изготовили шину, пробежала 16000 км

1957г. Б.А. Долгоплоск и.А. А Коротков получили бутадиеновый каучук стереорегулярного строения.

Дивиниловый каучук

Слайд 11

3. Резина

При нагревании каучука с серой отдельные полимерные цепи сшиваются между собой за счет образования дисульфидных мостиков.

Схема строения резины

…СН2-СН-СН-СН2-… (S)n …-CH2-CH-CH-CH2-… РЕЗИНА

Слайд 12

4. Понятие о терпенах

Это углеводороды, структурным фрагментом которых является изопрен. Они носят общее «родовое» название -ТЕРПЕНЫ и имеют общую формулу (С5Н8)n

ТЕРПЕНЫ

Являются составной частью эфирных масел.

ОЦИМЕН содержится в базилике.

ЛИМОНЕН содержится в кожуре цитрусовых

СКВАЛЕН выделяют из печени акул

ß – КАРОТИН содержится в моркови

Слайд 13

Понятие о терпенах

СН2=С-СН2-СН2-СН=С-СН=СН2

СН3 оцимен СН3 СН2 С лимонен

Эфирными маслами называют нераство-римые в воде маслообразные продукты, полностью испаряющиеся. Используются для приготовления душистых компози-ций. Впервые были использованы 2100 г до н. э. при царе Хамураппи.

Слайд 14

5. Получение каучука.

С И Н Т Е Т И Ч Е С К И Й К А У Ч У К

(1932 год С.В.ЛЕБЕДЕВ г. Ярославль)

СН2= СН — СН = СН2 Na t° -CH2 CH2- цис С2Н5ОН бутан

Бутилен  бутадиен  СКД

СКД — бутадиеновый

Слайд 15

Получение каучука

СКИ – изопреновый ( цис-изомер) стереорегулярного строения.

nCH2=C-CH=CH2  CH3 H -CH2 CH2- n

Пентан  изопентан  изопрен  СКИ

Природный каучук имеет тот же самый состав

Слайд 16

6. Применение каучуков

1. Для получения резины – это покрышки, шины, резиновая обувь, мячи, прорезиненные ткани, резиновые коврики и т.д.

Если в каучуке 10-15% серы – это резина.

2.Для получения эбонита – твердого, стойкого к растворителям материала, обладающего изоляци-онными свойствами – это многочисленные детали для радиотехники и электроники.

Если в каучуке 25-40% серы – это эбонит

Слайд 17

Презентацию по теме: «КАУЧУК» подготовила учитель химии средней общеобразовательной школы № 578 ЮАО г.Москвы Морозова Людмила Михайловна 2004 г.

Слайды презентации

Слайд 1

Тема урока: Природный каучук.

Слайд 2

Цель урока: закрепить знания о диеновых углеводородах. рассмотреть историю открытия каучука и историю его применения. изучить строение, свойства и значение природного каучука.

Слайд 3

В 1770 году британский химик Джозеф Пристли (Joseph Priestley) впервые нашёл применение натуральному каучуку: он обнаружил, что каучук может стирать то, что написано графитовым карандашом. Тогда такие куски каучука называли гуммиэластиком («смолой эластичной»).

Слайд 4

В Англии, когда в городах начали вводить газовое освещение, на газовых заводах скопилось довольно много продуктов сухой перегонки каменного угля. Шотландский химик Макинтош закупил их, чтобы использовать для изготовления непромокаемой одежды.

Слайд 5

Однако вскоре пришлось убедиться, что при всей своей полезности изготовленная таким образом одежда имеет существенные недостатки, при низкой температуре ткань становится жесткой и ломкой, а при нагревании наоборот, делается липкой.

Слайд 6

Чарльз Гудьир

в 1834 г. открыл процесс вулканизации резины.

Слайд 7

Гудьир упорно смешивал каучук со всем подряд: с солью, перцем, песком, маслом и даже с супом и, в конце концов, добился успеха. В 1839 он обнаружил, что добавляя в каучук немного серы и нагревая, можно улучшить его прочность, твердость, эластичность и тепло- и морозоустойчивость. Сейчас именно новый материал, изобретенный Гудьиром, принято называть резиной, а открытый им процесс – вулканизацией каучука.

Слайд 8

Строение природного каучука

Макромолекула природного каучука состоит из макромолекул изопрена. | CH2 = C — CH = CH2 | CH3

Слайд 9

Процесс полимеризации изопрена

CH2 = C — CH = CH2 + CH2 = C — CH = CH2 + …→ | | CH3 CH3

Слайд 10

Состав природного каучука

Углеводород полиизопрен (С5Н8)n — 91-96% (мономер:2-метилбутадиен-1,3) Белки и аминокислоты – 2,2-3,8% Высшие органические кислоты – 1,5-4% Металлы побочных подгрупп – Си до 0,0008% Fе до 0,01% Мn до 0,001% Вода M r = 1 400 000 – 2 600 000 , p=0,91г/см3

Слайд 11

Физические свойства каучука

Эластичный Газонепроницаемый Водонепроницаемый Горит Растворяется в бензине и других органических растворителях

Слайд 12

Химический диктант

1.Млечный сок дерева гевеи называется….. 2.Реакция, в процессе которого получают из многих одинаковых молекул более крупные называется ….. 3. Стереорегулярное строение молекулы природного каучука придает ему свойство …… 4.Мономером природного каучука является …. 5.При повышенной температуре каучук становится …. и …… 6. В результате процесса вулканизации каучука получают …..

Слайд 13

1.Млечный сок дерева гевеи называется (латекс). 2.Реакция, в процессе которого получают из многих одинаковых молекул более крупные называется (реакцией полимеризации). 3. Стереорегулярное строение молекулы натурального каучука придает ему свойство (эластичности). 4.Мономером природного каучука является (изопрен). 5.При повышенной температуре каучук становится (мягким) и (липким). 6. В результате процесса вулканизации каучука получают (резину).

Слайд 14

Домашнее задание

Осуществите превращения: 1 вариант Н2 Вr2 КОН С3Н4 ————А ————-Б ————В 2 вариант Н2 Сl2 КОН С4Н6 ————А ————-Б ————В

Подписи к слайдам:

Слайд 1

Синтетический каучук Работу выполнил ученик 11 класса ГБОУ СОШ №1465 Романов Валентин Учитель : Попова С.А.

Слайд 2

Каучуки — натуральные или синтетические полимерные материалы , полученные из мономеров-диенов , характеризующиеся высокой молекулярной массой , эластичностью, водонепроницаемостью и электроизоляционными свойствами.

Слайд 3

Натуральный каучук Натуральный каучук (полиизопрен)- полимер растительного происхождения. Натуральный каучук относится к группе эластомеров — высокомолекулярных соединений, обладающих способностью к большим обратимым деформациям при комнатной и более низких температурах. Натуральный каучук содержится в млечном соке каучуконосных растений ; отдельные включения каучука имеются также в клетках коры и листьев этих растений.

Слайд 4

Экскурс в историю В 1910 году С. В. Лебедеву (1874-1934) впервые удалось получить синтетический каучук .Сырьём для получения синтетического каучука служил этиловый спирт, из которого получали бутадиен-1 , 3. Затем через реакцию полимеризации в присутствии металлического натрия получали синтетический бутадиеновый каучук. В 1932 году именно на базе бутадиена -1 , 3 возникла крупная промышленность синтетического каучука. Были построены два завода по производству синтетического каучука. Способ С. В. Лебедева оказался более разработанным и экономичным.

Слайд 5

Получение по способу С.В.Лебедева Поскольку натуральный каучук — полимер диенового углеводорода, то С.В. Лебедев воспользовался также диеновым углеводородом, только более простым и доступным — бутадиеном . 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

Слайд 6

Для получения синтетического каучука используется каталитическая полимеризация бутадиена -1 ,3. В качестве катализатора С. В. Лебедев выбрал металлический натрий.

Слайд 7

В настоящее время химическая промышленность производит много различных видов синтетических каучуков, превосходящих по некоторым свойствам натуральный каучук. Кроме полибутадиенового каучука широко применяются сополимерные каучуки — продукты совместной полимеризации бутадиена с другими непредельными соединениями, например, со стиролом или с акрилонитрилом

Слайд 8

Применение Кремнийорганические каучуки применяются в производстве оболочек проводов и кабелей, трубок для переливания крови, протезов (например, искусственных клапанов сердца) и др. Жидкие кремнийорганические каучуки — герметики. Полиуретановый каучук используется как основа износостойкости резины.

Слайд 9

Применение Бутадиен-стирольный каучук отличается повышенной износостойкостью и применяется в производстве автомобильных шин, конвейерных лент, резиновой обуви.

Слайд 11

Источники информации http://www.bestreferat.ru/referat-61203.html

Безопасность

В высоких концентрациях в отношении животных изопрен проявляет анестетические свойства с последующим параличом и летальным исходом. Изопрен не вызывает точечных мутаций в тесте Эймса. Метаболизм происходит, в основном, в дыхательной системе: при этом происходит превращение изопрена в соответствующие эпоксиды и затем диолы. Насыщение происходит при атмосферных концентрациях, равных 300—500 м. д.; при более низких концентрациях скорость метаболизма прямо пропорциональна концентрации. Изопрен также синтезируется эндогенно: для мышей и крыс скорость синтеза оценивается в 0,4 и 1,9 мкмоль·ч–1·кг–1 соответственно.

В высоких концентрациях изопрен оказывает на человека наркотическое действие, а также может вызывать раздражение кожи, глаз, слизистых оболочек и дыхательной системы. Предельно допустимая концентрация, установленная для изопрена в СССР, составляет 40 мг/м³.

Изопрен взрывоопасен и легко воспламеняется.

Свойства

• рабочий диапазон температур: от −55 °C до +80 °C; низкая температура стеклования (около −70ºС);
• кристаллизация при растяжении или при охлаждении: полупериод кристаллизации нерастянутого каучука СКИ-3 — более 20 ч. Способность СКИ кристаллизоваться при растяжении и гибкость его макромолекул обусловливают высокие эластичность и прочность ненаполненных и наполненных резин на его основе, а также хорошие динамические свойства. Наименьшее относительное удлинение, при котором наблюдается образование кристаллической фазы при 20 °C, составляет для резин на его основе 300—400 %;
• отличная эластичность по отскоку;
• очень хорошая прочность на раздир и истирание, прочность на разрыв;
• хорошая электроизоляционная стойкость;
• растворимость = 16,8 (МДж/м³); хорошая водостойкость, очень низкая стойкость к маслам, бензинам и углеродным растворителям. Каучуки выпускают с заданной вязкостью. При переработке необходимо строго соблюдать температурные режимы смешения, разогрева и формования.