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Unidad 10: Macromoléculas. I.E.S. SAN DIEGO DE ALCALÁ
MACROMOLÉCULAS
CONTENIDOS
1.- Tipos de polímeros según su procedencia, composición, estructura y comporta - miento frente al calor.
2.- Copolimerización .
3.- Mecanismos de polimerización:
3.1. Adición.
3.2. Condensación.
4.- Tipos de polímeros de adición :
4.1. Polietileno.
4.2. PVC.
4.3. Poliestireno, ..,
5.- Estructura molecular de los polímeros. ()
5.1. Polimerización cis-trans . Caucho.
5.2. Estereopolimerizacion . ()
6.- Tipos de polímeros de condensación .
6.1. Polietlilenglicol.
6.2. Siliconas .
6.3. Baquelita .
6.4. Poliésteres .
6.5. Poliamidas. Nailon .
7.- Biopolímeros (Carbohidratos, proteínas y ácidos nucleicos) . ()
POLÍMEROS O MACROMOLÉCULAS. TIPOS.
Son moléculas muy grandes, con una masa molecular que puede alcanzar millones de UMAs que se obtienen por la repeticiones de una o más unidades simples llamadas “monómeros” unidas entre sí mediante enlaces covalentes.
Forman largas cadenas que se unen entre sí por fuerzas de Van der Waals, puentes de hidrógeno o interacciones hidrofóbicas.
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Se pueden clasificar según diversos criterios:
Según su origen.
Naturales: Caucho, polisacáridos (celulosa, almidón), proteínas, ácidos nucléi-cos…
Artificiales: Plásticos, fibras textiles sintéticas, poliuretano, baquelita…
Según su composición:
Homopolímeros: Un sólo monómero Copolímeros : Dos o más monómeros
Según su estructura:
Lineales: Los monómeros se unen por dos sitios (cabeza y cola) Ramificados: Si algún monómero se puede unir por tres o más sitios.
Por su comportamiento ante el calor:
Termoplásticos: Se reblandecen al calentar y recuperan sus propiedades al en-friar. Se moldean en caliente de forma repetida.
Termoestables: Una vez moldeados en caliente, quedan rígidos al ser enfriados por formar nuevos enlaces y no pueden volver a ser moldeados.
Una clasificación más general podría ser la del siguiente organigrama:
Las fibras pueden tejerse en hilos finos y los elastómeros poseen gran elasticidad por lo que pueden estirarse varias veces su longitud. Un elastómero pero de origen natu-ral sería el caucho.
COPOLIMERIZACIÓN.
Se produce por la polimerización de dos o más monómeros. Pueden ser:
Alternado. En bloque.
Al azar.
Ramificado o injertado.
TIPOS DE POLIMERIZACIÓN.
Existen dos tipos fundamentales de polimerización:
Adición. Condensación.
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A AB B A AB B A AB BAlternado
A A B BA A B B B A A AEn bloque
A B B AB B A A BAl azar
A B A
A ABB
A A
BB
A A ARamificado
A A A A A
BB
BB
B
BB
BB
BB
BB
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POLIMERIZACIÓN POR ADICIÓN.
La masa molecular del polímero es un múltiplo exacto de la masa molecular del mo-nómero, pues al formarse la cadena los monómeros se unen sin perder ningún átomo.
Suelen seguir un mecanismo en tres fases, con ruptura hemolítica:
Iniciación: CH2=CHCl + catalizador ·CH2–CHCl· Propagación o crecimiento: 2 ·CH2–CHCl· ·CH2–CHCl–CH2–CHCl·
Terminación: Los radicales libres de los extremos se unen a impurezas o bien se unen dos cadenas con un terminal neutralizado.
En el cuadro siguiente vemos algunos de los polímeros de adición más importantes, sus principales aplicaciones, así como los monómeros de los que proceden. Nótese que los polímeros basan su nomenclatura en el nombre comercial de los monómeros.
Si tienes Quicktime puedes ver un videoclip de una reacción de adición en:
MONÓMERO POLÍMERO USOS PRINCIPALES
CH2=CH2 –CH2–CH2–CH2–CH2– Bolsas, botellas, juguetes...eteno (etileno) polietileno
CH2=CH–CH3 –CH2–CH–CH2–CH– Películas, útiles de cocina, | | aislante eléctrico... CH3 CH3
propeno (propileno) polipropileno
CH2=CHCl –CH2–CHCl–CH2–CHCl– Ventanas, sillas, aislantes.cloroeteno (cloruro de vinilo) policloruro de vinilo
CH2=CH –CH2–CH–CH2–CH– Juguetes, embalajesaislante térmico y acústico.
fenileteno (estireno) poliestireno
CF2=CF2 –CF2–CF2–CF2–CF2– Antiadherente, aislante...tetraflúoreteno PTFE (teflón)
CH2=CCl–CH=CH2 –CH2–CCl=CH–CH2– Aislante térmico, neumáticos2-clorobutadieno cloropreno o neopreno
CH2=CH–CN –CH2–CH–CH2–CH– Tapicerías, alfombras, tejidospropenonitrilo | | (acrilonitrilo) CN CN poliacrilonitrilo
CH3 CH3 CH3
| | | Muebles, lentes y equiposCH2=C–COOCH3 –CH2–C—CH2—C— ópticosmetil-propenoato de metilo | |(metacrilato de metilo) COOCH3 COOCH3 PMM (plexiglás)
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Ejemplo:
Una muestra de polibutadieno tiene una masa molecular media aproximada de 10000 UMAs ¿Cuántas unidades de monómero habrá en la muestra?
Masa molecular monómero: 4 x 12 + 6 x 1 = 54 UMA n = 10000/54 = 185
GEOMETRÍA EN LA POLIMERIZACIÓN. ()
Polimerización cis–trans ( )
Estereopolimerización ( )
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Polimerización atáctica
Polimerización isotáctica
Polimerización sindiotáctica
CH2=CH–CH=CH2 ·CH2–CH=CH–CH2· ·CH2–CH=CH–CH2–CH2–CH=CH–CH2·
–CH2 CH2–CH2 CH2–CH2 CH2–Monómero:
CH3|
CH2=C–CH=CH2
Metil-1,3 butadieno (Isopreno)
Polímeros :
CH3 H CH3 H CH3 H \ / \ / \ / C=C C=C C=C/ \ / \ / \
Cis–isopreno (caucho natural)
–CH2 H\ /C=C/ \
\ /
C=C/ \
\ / C=C / \
Trans–isopreno
CH3 CH2–CH2 H
CH3 CH2 –CH2 H
CH3 CH2 –
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La polimerización isotáctica y y sindiotáctica se consigue con el uso de este-reocatalizadores, tales como el TiCl4.
POLIMERIZACIÓN POR CONDENSACIÓN.
En cada unión de dos monómeros se pierde una molécula pequeña, por ejemplo agua. Por tanto, la masa molecular del polímero no es un múltiplo exacto de la masa mo-lecular del monómero. Los principales polímeros de condensación son:
Homopolímeros: Polietilenglicol Siliconas
Copolímeros: Baquelitas. Poliésteres. Poliamidas.
Polietilenglicol.
Suele producirse por la pérdida de una molécula de agua entre 2 grupos (OH) for-mándose puentes de oxígeno:
Siliconas.
Proceden de monómeros del tipo R2Si(OH)2
Se utiliza para sellar juntas debido a su carácter hidrofóbico.
Baquelita.
Se obtiene por copolimerización entre el fenol y el metanal (formaldehído). Se for-man cadenas que se unen entre sí debido al grupo hidroximetil en posición “para”.
Se utiliza como cubierta en diferentes electrodomésticos, como televisores...
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Imagen cedida por © Ed. Santillana. Química 2º Bachillerato.
CH2OH–CH2OH etanodiol (etilenglicol) CH2OH–CH2–O–CH2–CH2OH + H2O ...–O–CH2–CH2–O–CH2–CH2–O... (polietilenglicol)
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Poliésteres.
Se producen por sucesivas reacciones de esterificación (alcohol y ácido).
Forman tejidos, de los cuales el más conocido es el “tergal” formado por ácido tere-ftálico (ácido p-benceno-dicarboxilico) y el etilenglicol (etanodiol):
Poliamidas.
Se producen por sucesivas reacciones entre el grupo ácido y el amino con formación de amidas.
Forman fibras muy resistentes. La poliamida más conocida es el nailon 6,6 formado por la copolimerización del ácido adípico (ácido hexanodioico) y la 1,6-hexanodiamina:
Ejemplo (Selectividad. Madrid Junio 1994) .
La siguientes reacciones son las de obtención de los polímeros: poliéster, neopreno y po-lietileno. a) Identifique a cada uno de ellos. b) Justifique si son polímeros de adición o de condensación;. c) Nombre cada uno de los grupos funcionales que aparecen en sus molé-culas. d) ¿Dependen las propiedades de la longitud de la cadena? ¿Y del grado de entre-cruzamiento?I. ...CH2=CH2 + CH2=CH2... –CH2–CH2–CH2–CH2–
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HOOC –COOH + HOCH2–CH2OH –OC –COO–CH2–CH2–O– + H2O
HOOC–(CH2)4–COOH + H2N–(CH2)6–NH2 –OC–(CH2)4–CO–NH–(CH2)6 –NH– + H2O
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a) I = Polietileno, II = poliéster, III = neopreno
b) El polietileno y el neopreno son polímeros de adición pues la masa molecular del polímero es un múltiplo exacto de la de los correspondientes monómeros, mientras que el nailon es de condensación pues se elimina en cada unión una molécula de agua.
c) = (doble enlace) alqueno; –OH hidroxilo (alcohol);–COOH ácido carboxíli-co; –Cl haluro (cloruro); –COOR (éster); –C6H5 fenilo
d) El grado de entrecruzamiento influye mucho más que la longitud de la cadena en las propiedades pues crea estructura tridimensional con multitud de nuevos enlaces que le dan consistencia al polímero.
Ejercicio A (Selectividad. Madrid Junio 1997) .
Dadas las siguientes estructuras poliméricas: policloruro de vinilo; teflón (tetrafluoretileno); cloropreno (neopreno); silicona y poliéster: I) (–CH2–CHCl–)n; II) (–CH2–CCl=CH–CH2–)n; III) (R–OOC–R–COO–)n; IV) (–SiR2–O–)n ; V) (–CF2–CF2–)n a) Asocie cada una de ellas con su nombre y escriba cuales son polímeros elastómeros y cuales termoplásticos. b) Enumerar, al menos un uso domestico o industrial de cada una de ellas. c) Señale al menos dos polímeros cuyo mecanismo de polimerización sea por adición.
POLÍMEROS NATURALES ()
Caucho. Polisacáridos.
Almidón. Celulosa. Glucógeno.
Proteínas. Ácidos nucleicos.
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II. HOCH2 –CH2OH + HOOC– –COOH
H2O + –CH2–CH2–OOC– –COO–CH2–CH2–OOC– –COO–
III. CH2 =CCl–CH=CH2 + CH2=CCl–CH=CH2 +
... –CH2–CCl=CH–CH2–CH2–CCl=CH–CH2– ...
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Polisacáridos.
Se forman por la condensación de la glucosa en sus dos estados ciclados y .
Si se condensa la “glucosa” se produce el disacárido maltosa y si se continúa la polimerización se produce el almidón. Si se condensa la "glucosa” se produce la celulo-sa. Las estructuras tridimensionales están en: http://www.ehu.es/biomoleculas/HC/SUGAR34.htm.
Polipéptidos y proteínas.
Se producen por la condensación de los aminoácidos formando dos tipos de estructuras: una espiral llamada “ hélice” y otra plana denominada “estructura ”.Imágenes tomadas de: ( http://fai.unne.edu.ar/biologia/macromoleculas/structu - p.htm )
Polinucleótidos y ácidos nucleicos.
Se pro-ducen por la condensación de nucleótidos formados és-tos a su vez por la conden-sación de áci-do fosfórico, un monosacá-rido (ribosa o desoxirribosa) y una base ni-trogenada (ci-tosina, guanina, adenina, timina o uracilo).
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Almidón Celulosa
estructura hélice
Nucleótido
Polinucleótido
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El ADN se forma por la unión de dos ca-denas de desoxirribonu-cleótidos unidas por los puentes de hidrógeno que forman las distintas bases: adenina con ti-mina y guanina con ci-tosina. Con ello se for-ma una estructura de doble hélice en donde las bases nitrogenadas forman los peldaños de la misma.
Imágenes tomadas de: http://superfund.pharmacy.arizona.edu/toxamb/c1-1-1-3.html
Algunos enlaces interesantes: http://lectura.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/072/htm/sec_7.htm
http://www.ehu.es/biomoleculas/HC/SUGAR34.htm
http://fai.unne.edu.ar/biologia/macromoleculas/structup.htm
http://superfund.pharmacy.arizona.edu/toxamb/c1-1-1-3.html
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Adenina (A)
Timina (T)
Guanina (G)
Citosina (C)