ARCHITEKTURA MAKROCZĄSTECZEK

Prezentacja na temat: "ARCHITEKTURA MAKROCZĄSTECZEK"— Zapis prezentacji:

1

2 ARCHITEKTURA MAKROCZĄSTECZEK
Liniowe i cykliczne giętkie sztywne polirotaksany („szaszłyk”) polikatenany („łańcuch na choinkę”) Rozgałęzione gwiaździste krótkie rozgałęzienia długie rozgałęzienia dendrymery regularnie rozgałęzione Usieciowane sieć fizyczna sieć kowalencyjna luźna sieć kowalencyjna gęsta sieć z liniowymi makrocząsteczkami UJ

3 Mn=2.106 KOPOLIMER SZCZEPIONY-”SZCZOTKA”-mikroskop sił atomowych
AFM-TM: M. Moeller & S. Sheiko (U ULM) 2002 Łańcuch główny: poliHEMA Pn=400, D=1.2 Łańcuch boczny: Poli(akrylan butylu) Pn=40, overall D=1.2 Mn=2.106 UJ Matyjaszewski, et al., Macromolecules, 1998, 31, 9413

4 PRZEKRÓJ MAKROCZĄSTECZKI DENDRYMERU „DMUCHAWIEC” ?*
wewnętrzne (pozornie) dziury i kanały rdzeń łącznik gęsto upakowane grupy na powierzchni „koronie” *„dmuchawiec”- owoc- <niełupka opatrzona puchem> (Enc. PWN) struktura dendrymeru piątej generacji - w rzeczywistości stan dendrymeru (”dziury”) zależy od środowiska-”zawijanie ramion do wewnątrz” UJ

5 CZĄSTECZKI ZBUDOWANE WYŁĄCZNIE Z ATOMÓW WĘGLA.
MAKROCZĄSTECZKI WIELOWYMIAROWE Diament Grafit (GRAFEN!) Fulleren UJ

6 UJ

7 WIELKIE FULLERENY - MAKROCZĄSTECZKI
UJ

8 CHEMIA MAKROCZĄSTECZEK (POLIMERÓW)
Schemat procesu polimeryzacji łańcuchowej. Przyłączenie cząsteczek monomeru (o) (propagacja) oraz terminacja (x) propagacja (p) - depropagacja (d)- terminacja (t) biomakrocząsteczki ( danego typu ) : wszystkie mają dokładnie taką samą budowę i długość makrocząsteczki syntetyczne: makrocząsteczki syntetyczne, powstające w tym samym procesie, różnią się na ogół grupami końcowymi oraz długością UJ

9 POLIMERYZACJA ŁAŃCUCHOWA
(Uruchomienie- kliknąć 2x) monomer inicjator Inicjowanie, wzrost łańcucha i zakończenie przez połączenie dwóch makrocząsteczek UJ

10 AFM (SMFS)- mechanochemia makrocząsteczek
CHEMIA POLIMERÓW I MATERIAŁÓW POLIMEROWYCH MAKROCZĄSTECZKI JAKO SUBSTANCJE AFM (SMFS)- mechanochemia makrocząsteczek (Single Molecule Force Spectroscopy) „przymocowanie” makrocząsteczki do podłoża zasada doświadczenia SMFS W. Zhang; Prog. Polym. Sci., 28 (2003) 1271

11 CHEMIA POLIMERÓW I MATERIAŁÓW POLIMEROWYCH
MAKROCZĄSTECZKI JAKO SUBSTANCJE Przesunięcie makrocząsteczki na powierzchni grafitu zgodnie z kierunkiem wskazanym przez strzałkę. W dalszych pracach: reakcja chemiczna pomiędzy dwoma makrocząsteczkami Schluter (Berlin) JACS 2004

12 CHEMIA POLIMERÓW I MATERIAŁÓW POLIMEROWYCH
SILNIKI MOLEKULARNE Biologiczne nanosilniki molekularne Rys. 1 W silniku obrotowym rotor obraca się wewnątrz pierścieniowego statora Rys. 2 Zależność kierunku obrotu od syntezy lub hydrolizy Rys. 3 Obserwacja obrotu rotora , , c12

13 MAKROCZĄSTECZKI- POLIMERY
Najważniejsze właściwości makrocząsteczek: 1) Olbrzymie l/d: ODPOWIEDNIA DŁUGOŚĆ- NIEZBĘDNA DO SPEŁNIENIA ZADAŃ (LUB: KONIECZNOŚĆ SPEŁNIENIA OKREŚLONYCH ZADAŃ NARZUCIŁA WYMAGANIA WOBEC DŁUGOŚCI) - informacja (pojemność informatyczna) - właściwości mechaniczne (niezbędna liczba splątań) 2) Różnorodność konformacyjna (statystyka) 3) Różnorodność strukturalna 4) Objętość wyłączona ( w roztworach ) Najważniejsze cechy syntezy makrocząsteczek 1) Rzadka w chemii organicznej selektywność- np x powtórzenie tej samej reakcji we wzroście cząsteczki bez błędu (równocenne % wydajności) 2) „Historia” syntezy, ew. błędy (np. taktyczność, regioselektywność) zapisane w makrocząsteczce (w syntezie „małocząsteczkowej” oddzielnie dobry produkt i produkt uboczny. UJ

14 CHEMIA MAKROCZĄSTECZEK (POLIMERÓW)
Splątanie makrocząsteczek: właściwości mechaniczne polimerów deformacja Splątanie makrocząsteczek w masie polimeru (ciele stałym) jest źródłem szczególnych właściwości polimerów (np. twardości lub elastyczności – w zależności od budowy chemicznej, wytrzymałości na rozciąganie). Ostateczny kształt jest utrzymywany dzięki trwałości splątań. UJ

15 RODZAJE SPLĄTAŃ I POŁĄCZEŃ
splot (fragment) węzeł hak zjawiska występujące w trakcie deformacji efekt elastyczny przemieszczenie efekt dysypatywny (lepki): poślizg łańcuchów UJ

16 CHEMIA MAKROCZĄSTECZEK (POLIMERÓW)
Ustalenie budowy i właściwości makrocząsteczek i polimerów: makrocząsteczek budowa chemiczna: spektroskopie: IR, UV-vis, NMR (MRJ) masy cząsteczkowe * grupy końcowe (spektroskopie) * osmometria * ebuliometria i kriometria * rozpraszanie światła * chromatografia żelowa * spektrometria mas (szczególnie MALDI-TOF-ms) polimerów właściwości w stanie stopionym * reologia - właściwości w stanie stałym * mechaniczne * elektryczne * optyczne UJ

17 CHEMIA MAKROCZĄSTECZEK (POLIMERÓW)
Nauka o makrocząsteczkach *) Technologia polimerów od struktury DNA do terapii genowej (makrocząsteczki jako nośniki) od teorii procesów łańcuchowych do nanostruktur i styropianu (!) chemia, fizyka, matematyka (statystyka), technologia *) cząsteczki, molekuły, drobiny UJ

18 CHEMIA MAKROCZĄSTECZEK (POLIMERÓW)
Związek nauki o makrocząsteczkach (polimerach) z innymi dziedzinami nauki i technologii: technika chemia nauka o MCz /polimerach fizyka medycyna biologia biochemia inne np. astrofizyka (fulleren) technologia UJ

19 Zużycie materiałów (lata 90-te) w USA (w kg na głowę ludności oraz biomakrocząsteczki- znaczenie polimerów Podstawowe materiały Piasek, żwir Biomakrocząsteczki Cement DNA, RNA, TA Stal Polipeptydy Aluminium Polisacharydy Polimery naturalne Drewno 200 Celuloza Papier 350 Bawełna Wełna + jedwab Polimery syntetyczne Tworzywa sztuczne 100 Kauczuk 10 Włókna syntetyczne 20 Beton UJ

20 .J. M. Lehn -1987 CHEMIA I FIZYKA POLIMERÓW LAUREACI NAGRÓD NOBLA:
H. Staudinger K. Ziegler, G. Natta P. J. Flory .J. M. Lehn -1987 H. Kroto H. Shirakawa, A. G. McDiarmid, H. J. Heeger UJ