ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Краткий исторический очерк развития химии высокомолекулярных соединений из "Основы химии высокомолекулярных соединений" Природные высокомолекулярные соединения известны очень давно. Такие природные материалы, как различные волокна, кожа и каучук, использовались еще в древние времена. [c.49] Однако само понятие высокомолекулярное соединение появилось относительно недавно, а химия высокомолекулярных соединений как самостоятельная наука начала развиваться лишь в 20-х годах нашего столетия. Столь позднее развитие науки о высокомолекулярных соединениях, играющих такую громадную роль, на первый взгляд представляется странным. Однако это противоречие лишь кажущееся. Химия высокомолекулярных соединений могла выделиться в самостоятельную науку только после того, как классическая органическая химия достигла достаточно высокого уровня развития. [c.49] Созданная А. М. Бутлеровым в 1861 г. теория химического строения обеспечила бурное развитие органической химии. На основе этой теории стало возможным устанавливать строение сложных органических соединений, синтезировать их из более простых веществ, а впоследствии получать еще более сложные вещества — высокомолекулярные соединения. [c.49] Определение строения высокомолекулярных веществ и описание их свойств долгое время затруднялись невозможностью выделения их методами классической органической химии в химически чистом состоянии и нахождении их точных физических констант (температуры плавления, температуры кипения, молекулярной массы). На основе же данных элементного анализа можно было определить лишь состав вещества, но не его строение. Изучение строения и свойств высокомолекулярных соединений стало возможным только с развитием физической химии и появлением таких методов исследования, как рентгенография, электронография и другие физические методы. Были созданы также специальные методы определения молекулярной массы, формы и строения гигантских молекул, неизвестных в классической химии. [c.49] Первые попытки описания свойств высокомолекулярных соединений на основе представлений классической химии привели (20—30-е годы) к коллоидной теории строения высокомолекулярных соединений, так как некоторые особенности растворов высокомолекулярных соединений были близки к свойствам уже хорошо известных в то время коллоидных систем. Так, вязкость растворов высокомолекулярных соединений в десятки и сотни раз превышает вязкость истинных растворов низкомолекулярных соединений. Высоковязкие растворы были известны лишь для тех низкомолекулярных веществ, молекулы которых при растворении ассоциируются в мицеллы — коллоидные частицы (примером может служить коллоидный раствор мыла в воде). По размеру молекул высокомолекулярные соединения тоже близки к коллоидным частицам и очень далеки от молекул низкомолекулярных соединений, образующих истинные растворы (например, раствор мыла в спирте). Такая формальная аналогия между растворами высокомолекулярных соединений и коллоидными растворами привела к тому, что все высокомолекулярные соединения рассматривались как коллоиды. [c.50] В соответствии с особенностями свойств (растворение с сильным набуханием, образование растворов с очень высокой вязкостью, студне-образование и др.) все высокомолекулярные органические соединения были выделены в группу лиофильных коллоидов в отличие от низкомолекулярных соединений, способных к образованию только лиофобных коллоидов. [c.50] Относительно строения коллоидных частиц высокомолекулярных соединений существовали различные точки зрения. Наибольшее значение для последующего развития химии высокомолекулярных соединений имели мицеллярная теория К- Мейера и Г. Марка и особенно мак-ромолекулярная теория Г. Штаудингера. [c.50] Согласно мицеллярной теории строения в ее первоначальном виде высокомолекулярные соединения построены из мицелл, которые представляют собой пучки жестких макромолекул (степень полимеризации около 100). В каждую мицеллу, образующую поверхностно-ограниченную структурную единицу (подобие кирпича), входит 40—60 параллельно расположенных макромолекул полимера. Поведением этих структурных единиц определяются все свойства высокомолекулярных соединений. [c.50] Штаудингер отрицал при этом возможность ассоциации молекул не только в разбавленных, но и в концентрированных растворах полимеров. Он полагал, что молекулы полимеров представляют собой жесткие палочки, которые не могут заметно менять свою форму. Одним из доказательств этого положения Штаудингер считал относительную легкость деструкции полимеров при механическом воздействии, например при размоле на шаровой мельнице, при истечении через тонкий капилляр и т. д. [c.51] Теория Штаудингера имела много недостатков. Отрицая способность макромолекул к ассоциации, невозможно было объяснить особенности процессов растворения, а также свойства полимеров в твердом состоянии и в растворах. Представление о макромолекулах как о жестких палочках также оказалось несостоятельным. В настоящее время гибкость макромолекул и их способность значительно изменять свою форму доказаны экспериментально. На основании этого стало возможным установить механизм деформации полимеров и влияние гибкости цепи на процессы растворения, плавления и т. д. [c.51] Решающее значение в создании современной теории строения высокомолекулярных соединений имел синтез целого ряда полимеров. [c.51] Мощное развитие органического синтеза, начавшееся в конце XIX в., и получение громадного количества синтетических продуктов, в том числе мономеров, послужили толчком к синтезу разнообразных высокомолекулярных соединений. [c.51] В 30-х годах А. Фрей-Вислинг и ряд других исследователей высказали предположение о мицеллах как участках местной ориентации целей главных валентностей, когда длина макромолекулы не ограничивается размером мицеллы и одна макромолекула может участвовать в образовании нескольких мицелл. Штаудингер, со своей стороны, вынужден был признать возможность ассоциации и взаимной ориентации макромолекул в твердых полимерах. [c.52] По современным представлениям, высокомолекулярные соединения построены из длинных гибких нитевидных молекул, способных изменять свою форму. Связь между макромолекулами осуществляется физическими силами межмолекулярного взаимодействия. Как показали структурные исследования, все полимеры неоднородны по физической структуре, что обусловлено большим размером и гибкостью макромолекул. Кристаллизующиеся полимеры двухфазны и имеют кристаллические и аморфные области. Аморфные полимеры однофазны, но и в этих полимерах, согласно представлениям В. А. Каргина, имеются области упорядоченности, названные им пачками. Благодаря гибкости макромолекул и их способности менять свою форму полимеры обладают высокими обратимыми деформациями, что отличает их от низкомолекулярных соединений. [c.52] Термодинамические исследования свойств растворов полимеров, проведенные М. Хаггинсом, П. Флори, В. А. Каргиным, С. М. Липатовым и другими исследователями, показали, что большинство высокомолекулярных соединений образует истинные растворы и лишь некоторые из них могут образовывать и коллоидные растворы. [c.52] Благодаря быстрому развитию учения о кинетике химических реакций н химической термодинамики стало возможным за короткий срок создать теоретические основы методов синтеза высокомолекулярных соединений. [c.52] Работы С. В. Лебедева имели огромное практическое значение. Благодаря им в СССР впервые в мире был осуществлен промышленный синтез каучука. [c.53] Основы теории другого важнейшего метода синтеза высокомолекулярных соединений — поликонденсации разработаны У. Карозерсом. Большое число исследований в этой области принадлежит В. В. Кор-шаку, Мервелу, Г. С. Петрову и А. А. Ванштейдту. [c.53] Значительным событием в химии полимеров явилось открытие К. Циглером и Дж. Натта в 1955 г. метода синтеза нового типа высокомолекулярных соединений — стереорегулярных полимеров, отличающихся регулярностью структуры и чрезвычайно высокими физико-механическими показателями. Большие успехи достигнуты в последние годы в области синтеза полимеров в твердой фазе, а также создания термостойких полимерных материалов и полимеров с системой сопряженных связей. Использование олигомеров для синтеза полимеров значительно расширило возможности создания новых материалов с хорошими физико-механическими свойствами. Поскольку олигомеры обладают вязкостью, достаточной для формования из них изделий, то становится возможным проводить полимеризацию уже в самих изделиях. Это устраняет большие трудности, котор .1е возникают при формовании изделий из высокоплавких и труднорастворимых полимеров. Серьезные успехи достигнуты также в синтезе элементоорганических и неорганических полимеров. [c.53] Последние годы ознаменовались огромными успехами в изучении строения и функций важнейших биологически активных полимеров. Благодаря развитию новых методов разделения н очистки веществ (различные методы хроматографии, электрофореза, фракционирования с использованием молекулярных сит) и дальнейшему развитию методов рентгеноструктурного анализа и других физико-химических методов исследования органических соединений стало возможным определение строения сложнейших природных высокомолекулярных соединений. Изучено строение ряда белков (работы Фишера, Сейджера, Стейна и Мура). Установлен принцип строения нуклеиновых кислот (работы Левина, Тодда, Чаргаффа, Дотти, Уотсона, Крика, Белозерского) и экспериментально доказана их определяющая роль в синтезе белка и передаче наследственных признаков организма. Определена последовательность нуклеотидов для нескольких рибонуклеиновых кислот. Широкое развитие получили работы по изучению строения смешанных биополимеров, содержащих одновременно полисахаридную и белковую или липидную части и выполняющих очень ответственные функции в организме. [c.53] Вернуться к основной статье