Phản ứng trùng ngưng

Phản ứng trùng ngưng

1. Định nghĩa

Phản ứng trùng ngưng, còn được biết đến là phản ứng đồng trùng ngưng, là một quá trình hóa học quan trọng trong đó các monome, các đơn vị cơ bản chứa các nhóm chất có khả năng tham gia vào phản ứng hóa học, được kết hợp để tạo ra các phân tử polymer dài hơn. Trong quá trình này, không chỉ có sự hình thành các liên kết hóa học mới trong mạch polymer, mà còn có sự tỏa ra của các sản phẩm phụ như nước (H2O), axit clohidric (HCl) và khí CO2. Quá trình này cũng được gọi là phản ứng đồng trùng ngưng, vì nó đồng thời kết hợp và "ngưng" các monome thành mạch polymer lớn hơn và giải phóng các sản phẩm phụ

2. Các loại

Đồng phân và dị trùng hợp: Đồng phân: Đồng phân là một loại phản ứng trùng hợp mà chỉ có một loại monome duy nhất tham gia vào quá trình tổng hợp polymer.

Ngưng tụ hai chiều và ngưng tụ ba chiều: Ngưng tụ hai chiều: Ngưng tụ hai chiều được biết đến như quá trình tạo ra các polymer mạch thẳng hoặc có phân nhánh.

Sự trùng hợp cân bằng và không cân bằng: Trùng hợp cân bằng: Trong trường hợp này, phản ứng trùng hợp diễn ra cùng với sự hình thành các hợp chất thấp phân tử, và thành phần cơ bản của các hợp chất đại phân tử tạo ra sau phản ứng sẽ không hoàn toàn giống với thành phần cơ bản của các chất ban đầu. Điều này xảy ra khi các nhóm chức khác nhau trong các monomer có khả năng tương tác với nhau trong quá trình phản ứng. Trùng hợp không cân bằng: Trong trường hợp này, các chất thấp phân tử tạo ra sau phản ứng không thể tương tác với polime tạo thành trong các điều kiện của phản ứng. Kết quả là, quá trình trùng hợp sẽ không đạt đến cân bằng, và các sản phẩm thấp phân tử sẽ tồn tại riêng biệt khỏi polime.

3. Ví dụ

Nilon-6

- Tơ capron (nilon-6) thì thường được điều chế bằng cách trùng ngưng aminoaxit H2N−(CH2)5−COOH

nH2N−[CH2]5−COOH→(−NH−[CH2]5−CO−)n+nH2O

Nilon-7

- Nilon-7 hay còn được gọi là tơ enang được trùng ngưng từ axit 7-aminoheptanoic

nNH2−[CH2]6−COOH→−(−NH−[CH2]6−CO−)n+nH2O

Lapsan

- Tơ lapsan là loại polieste được tổng hợp từ những axit axit terephtalic và etylen glycol.

p−HOOC−C6H4−COOH+HO−CH2−CH2−OH→−(−CO−C6H4−CO−O−CH2−CH2−O−)−+H2O

Nilon-6,6 (đồng trùng ngưng)

- Tơ nilon-6,6 thì được điều chế bằng cách trùng ngưng hexametylenđiamin cùng với axit addipic

nH2N(CH2)6NH2+nHOOC(CH2)4COOH→(xt,t∘,p) [−HN(CH2)6NH−OC(CH2)4CO−]n+2nH2O

4. Bài tập vận dụng

Bài 1: Đem trùng ngưng x kg axit ε-aminocaproic thu được y kg polime và 12,15 kg H₂O với hiệu suất phản ứng 90%. Giá trị của x, y lần lượt là:

Hướng dẫn giải

nH₂N–(CH₂)₅–COOH → [-NH–(CH₂)₅–CO-]_n + nH₂O

= 0,675 kmol ⇒ n_axit = 0,675 kmol

Vì H = 90% ⇒ n_{axit thực tế} = 0,675. = 0,75 kmol

⇒ x = 0,75.131 = 98,25 kg.

Áp dụng định luật BTKL, ta có:

y = 0,9.x - = 98,25.0,9 – 12,15

⇒ y = 76,275 kg

Bài 2: Khi trùng ngưng 7,5 gam axit amino axetic với hiệu suất 80%, ngoài amino axit còn dư, thu được m gam polime và 1,44 gam H₂O. Giá trị của m là:

Hướng dẫn giải

→ (−NH−CH₂−CO−)_n + nH₂O

= 0,8.7,5 = 6(g)

m_polime = − = 6−1,44 =1,56g

Bài 3: Khi tiến hành trùng ngưng axit amino axetic thu được polime và 7,2 gam H₂O. Khối lượng polime thu được là?

Hướng dẫn giải

= 0,4 mol

→ (−NH−CH₂−CO−)_n + nH₂O

m_polime = . 57n = 22,8 (g)

Bài 4: Đun nóng 10,48 gam axit ε – aminocaproic (axit 6 – aminohexanoic) để thực hiện phản ứng trùng ngưng, thu được m gam policaproamit. Biết hiệu suất của quá trình trùng ngưng đạt 90%. Giá trị của m là

Hướng dẫn giải

Giả sử hiệu suất phản ứng 100%

→ = n_{axit ε – aminocaproic} = = 0,08 mol.

⇒ m_{policaproamit} = m_{ε – aminocaproic} – = 10,48 – 0,08 . 18 = 9,04 gam.

Thực tế, hiệu suất phản ứng H = 90% ⇒ m = 0,9 . 9,04 = 8,136 gam.

Bài 5: Trùng ngưng m gam glyxin, hiệu suất 80%, thu được polime và 21,6 gam nước. Giá trị m là:

Hướng dẫn giải

Phương trình phản ứng

→ (-NHCH₂COO-)_n + nH₂O

= = 1,2 mol → n_glyxin đã trùng ngưng = 1,2 mol

→ m = = 112,5 g

Bài 6: Cho một (X) peptit được tạo nên bởi n gốc glyxin có khối lượng phân tử là 189 đvC. Peptit (X) thuộc loại ?

Bài 7: Cho một (X) peptit được tạo nên bởi 5 gốc $\mathrm{\alpha }$– amino axit Y có khối lượng phân tử là 303 đvC. Amino axit Y là

Bài 8: Một polipeptit được tạo ra từ glyxin và alanin có phân tử khối 587 đvC. Hỏi có bao nhiêu mắt xích tạo ra từ glyxin và alanin trong chuỗi peptit trên?

Bài 9: Phân tử khối của một pentapetit bằng 373. Biết pentapetit này được tạo nên từ một amino axit mà trong phân tử chỉ có chứa một nhóm amino và một nhóm cacboxyl. Phân tử khối của amino axit này là

Bài 10: Peptit X điều chế từ glyxin. Trong X có n liên kết peptit và hàm lượng oxi trong X là 31,68%. Giá trị của n là: