Полимеры широко используются в современной технологии, в том числе при создании высокотехнологичных наноустройств и наноматериалов. При этом важно контролировать процесс синтеза полимеров (молекулярную массу, состав и строение макромолекул). Эти задачи решает метод ATRP (радикальная полимеризация с переносом атома), основанный на окислительно-восстановительной реакции галогенсодержащих органических соединений с комплексами меди(I).
Рассмотрим одно из применений функционального полимера, полученного этим способом. Наночастицы железа служат эффективным средством очистки грунтовых вод от хлорорганических соединений за счет протекания в кислой среде окислительно-восстановительной реакции.
Запишите уравнение реакции, протекающей при разложении хлорорганических соединений: а) на примере тетрахлорэтилена, б) в общем виде (3 балла)
Почему применение наночастиц железа более эффективно, чем высокодисперсного порошка? (2 балла)
Для улучшения эффективности очистки было предложено модифицировать наночастицы различными сополимерами (полимерами, содержащими звенья разной химической природы). Ниже приведена схема синтеза одного из таких сополимеров путем ATRP:
На каждой стадии проводили выделение и очистку продукта. После обработки ацетилсульфатом полимер стал водорастворимым и приобрел способность прочно связываться с частицами Fe(0) в водных средах.
Приведите структурные формулы полимеров X3 и Х4, отражающие порядок соединения звеньев в сополимере и строение концевых групп полимера. (4 балла)
В таблице перечислены свойства и функции полимеров. Какими из них обладает данный сополимер? Укажите, какое (какие) из звеньев сополимера отвечает(ют) за это. Для этого в соответствующих ячейках приведите структурные формулы выбранных звеньев. (5 баллов)
|
Повышенная устойчивость частицы к агрегации и седиментации |
|
|
Возможность образования компактных наночастиц, способных эффективно восстанавливать хлорорганику |
|
|
Увеличение эффективной поверхности частицы, ускоряющее процесс восстановления хлорорганики |
|
|
Способность адсорбировать несмешивающиеся с водой хлорорганические соединения |
|
|
Улучшение проникновения воды к поверхности наночастицы, ускоряющее окисление железа |
|
|
Образование комплексов с железом, способствующее прочному связыванию полимера с железной наночастицей |
|
|
Биодеградируемость полимера |
|
|
Придание полимеру окраски |
|
|
Увеличение растворимости в воде |
|
|
Защита частицы железа от коррозии |
Полимеризация по методу ATRP – дорогой по сравнению с классической радикальной полимеризацией процесс. Кратко мотивируйте, почему описанный сополимер нельзя получить классической радикальной полимеризацией, а необходимо использовать более дорогой и сложный метод. (2 балла)
