Лайнус Полінг, Пітер Полінг — Хімія
Шовк і вовна — білкові волокна, що складаються з довгих поліпептидних ланцюгів (розд. 15). Бавовна і льон — полісахариди (вуглеводи) складу (C6H10O5)x. Ці волокна складаються з довгих ланцюгів, до складу яких входять атоми Карбону, Гідрогену й Оксигену, але атомів Нітрогену в них немає.
За останні роки одержано синтетичні волокна завдяки тому, що в лабораторних умовах навчилися синтезувати довгі молекули. Однією з таких речовин, що мають цінні властивості, є нейлон. Це продукт конденсації адипінової кислоти й діамінгексану. Зазначені дві речовини мають таку будову:
Адипінова кислота складається з молекул, що утворюють ланцюг із чотирьох метиленових груп, на кінцях якого містяться карбоксильні групи, а діамінгексан — з аналогічного ланцюга із шести метиленових груп, причому на кінцях ланцюга містяться аміногрупи. Молекула адипінової кислоти може сполучатися з молекулою діамінгексану таким чином
Якщо такий процес продовжити, то можна одержати дуже довгу (полімерну) молекулу, в якій залишки адипінової кислоти чергуються із залишками діамінгексану. Нейлон є волокнистим матеріалом, що складається з полімерних молекул зазначеної вище будови, орієнтованих приблизно паралельно одна одній.
Одержання інших штучних волокон і пластмас ґрунтується на аналогічних реакціях конденсації. Термопластики зазвичай є агрегатами таких великих молекул; під час нагрівання ці матеріали розм'якшуються, і їх можна формувати. Термореактивні пластики також є агрегатами полімерних молекул, до складу яких входять деякі активні групи, здатні до подальшої конденсації. Під час нагрівання такого матеріалу у формах активні групи реагують між собою, зв'язуючи молекули в просторову ґратку, після чого пластмаса, що утворилася, твердне й не піддається подальшому формуванню.
Хіміки, маючи в своєму розпорядженні безліч різних речовин, зуміли одержати з них волокна та пластичні маси, які в багатьох відношеннях перевершують природні матеріали. Ця галузь хімії, галузь синтетичних гігантських макромолекул (полімерів), розвивається дуже швидко, і можна передбачити подальший прогрес уже в найближчі роки.
Вправи
13.1. Дайте означення органічної хімії.
13.2. Опишіть петролейний етер, бензин і гас, вказавши їхній склад.
13.3. Що таке спряжена система подвійних зв'язків? Як приклад розгляньте гексадієн, що містить ланцюг із шести атомів Карбону.
а) Скільки в ньому атомів Гідрогену? б) Положення подвійного зв'язку вказується порядковим номером першого з двох атомів Карбону ланцюга, між якими утворено подвійний зв'язок; гексадієн-1,5 має подвійний зв'язок на кожному кінці молекули. Як записуються формули решти гексадієнів? Які з них мають спряжені зв'язки?
13.4. Пентадієн-1,3 (г.) має стандартну ентальпію утворення 78,0 кДж·моль-1 (середня величина між 78,2 і 77,8 для цис- і транс-ізомерів); вона менша за значення 105,4 кДж·моль-1 для пентадієну-1,4 (г.). Чим можна пояснити вищу стійкість 1,3-ізомерів?
13.5. Розташовані поруч два подвійні зв'язки, як, наприклад, в алені H2C = C = CH2, нестабільні. Розрахуйте енергію, що виражає цю нестійкість, зумовлену неспряженістю подвійних зв'язків, зі стандартної ентальпії утворення пентадієну-1,2 (г.), яка дорівнює 129,7 кДж·моль-1. [Відповідь: 24,3 кДж·моль-1.]
13.6. Під час вулканізації відбувається реакція приєднання (підрозд. 7.2). Зобразіть схематично як приклад хімічну будову фрагмента гуми — вулканізованого хлоропренового каучуку.
13.7. Яку характеристичну хімічну групу мають усі спирти? Чи може міститися в молекулі більше однієї такої групи?
13.8. Первинні й третинні спирти в книзі було розглянуто. Що таке вторинний спирт?
13.9. У чому різниця між фенолом і бензиловим спиртом? Напишіть їхні структурні хімічні формули. Обчисліть їхню відносну кислотність.
13.10. Які характеристичні хімічні групи мають альдегіди та кетони? Чим вони різняться?
13.11. Напишіть структурні формули ацетальдегіду й ацетону.
13.12. Яку характеристичну хімічну групу мають органічні кислоти? Порівняйте кислотність аліфатичних спиртів, фенолів і органічних кислот.
13.13. Напишіть структурну формулу етилацетату. Яку характеристичну хімічну групу мають естери?
13.14. Напишіть рівняння перетворення тристеарилгліцериду на мило.
13.15. У чому полягають структурні відмінності між восками та жирами?
13.16. Опишіть хімічну будову цукрів (сахаридів), зіставте її з будовою інших речовин.
13.17. Напишіть структурні формули циклічних фруктози, манози та галактози.
13.18. З рівноважних кількостей α-, β-глюкози та глюкози з відкритим ланцюгом у розчині визначте, в якій послідовності вони розташовуються за своєю стійкістю.
13.19. Які зв'язки різні в α-, β-глюкозі? Зі значень енергій зв'язків, наведених у додатку V, розрахуйте очікувану різницю енергій цих двох форм глюкози, (Врахуйте, що для цих речовин у розчині може позначитися певна різниця в енергії водневих зв'язків з водою.)