高分子的构型表征

用途


高分子的链结构和共聚高分子的链结构、序列结构将直接影响其做为高分子材料使用时所具有的各种性能(力学性能、介电性能、热性能等),也会直接对成型加工条件的选择产生影响。因此,为了探讨高分子聚合物做为材料使用时的性能、功能潜力,需要了解高分子的链结构及序列结构信息。 此外,在高分子合成中,有时需要了解所合成的新高分子化合物的链结构或共聚物的链结构和序列结构,以此来判断新产物是否是自己所要合成的目的物。或根据新产物的链结构、分子链的序列结构数据来进行化学反应的聚合机理、聚合历程、催化机理、以及对催化剂进行筛选等的研究工作。

表征方法及原理


1.高分子的构型

高分子的构型是指通过化学键固定的原子在分子中的空间位置排列情况,这种排列具有稳定性,改变构型必须经过化学键的破坏和重组。同样数目的原子以不同的排列方式组成的分子叫做同分异构体,同分异构体分为两种:一种称为构造异构体,即同样单元体由不同键接顺序方式生成的高分子;另一种被称为立体同分异构体(简称立体异构体),是具有相同原子序列但原子空间排列不同的高分子。立体异构体按其构型分为:

l 旋光异构

l 几何异构(又称顺反异构)

1.1旋光异构

正四面体的中心原子(如C、Si、P+、N+)上四个取代基或原子如果是不对称的,这个中心原子叫做手性原子。对应的化合物将出现旋光不同的两种异构体。这种旋光异构体在高分子中有三种立体结构型式:

l 全同立构:若将主链拉直在一平面上,相同的取代基位于平面同一側;

l 间同(间规)立构:相同的取代基交替排列在平面的两侧;

l 无规立构:取代基无序地排列在平面的两侧。

1.2几何异构(顺反异构)

当主链上存在双键时,形成双键的C原子上的取代基因π键电子云的平面结构所致,不能绕双键平面旋转。当组成双键的两个碳原子同时被两个不同的原子或基团取代时,由于分子内双键上的基团两侧排列不同而有顺式构型和反式构型之分,如聚1,4丁二烯,内双键上基团在双键一侧为顺式,反之为反式。

2.高分子构型的确定方法

下面是常用的高分子构型确定方法。

l X射线衍射:X射线射入晶体后,被晶体中周期性排列的原子反射所产生的次生X射线相互交叉,出现干涉现象。当光线之间的光程差恰好等于入射光的波长时,干涉最强,既衍射。利用衍射的位置和强度可以得出晶区中原子的排列次序,并由此推算高分子的构型。X射线衍射方法不需要模型化合物的知识,但局限于测定结晶较好并且立构纯度较高的物质。

l 电子衍射:类似于X射线衍射。不同之处在于入射的是电子束而不是X光。

l 红外光谱:特定的基团、化学键由于具有独特而唯一的红外线吸收频率,即特征“指纹”,因此可以利用已知构型基团的红外光谱库确定未知高分子中的分子构型。

l 核磁共振:利用具有核磁矩的原子核作为磁探针探测分子内部的磁场变化。在一定的化学环境中,成键的氢原子(质子)、13C、和18F原子磁信号的化学位移(谱图上谱峰位置的移动)与主链的构型有关。可以通过测定相邻链节构型的异同,进而推算得到高分子中全同立构和间同立构结构的百分数。

 

 

 

 

所用仪器

X射线能谱仪

红外光谱仪

核磁共振波谱仪


 

参考文献



1. 殷志华、莫志深,“现代高分子物理” 科学出版社。2001年1月(第1版)
2. 焦剑,雷渭媛,“高聚物结构、性能与测试”化学工业出版社。2003年5月(第1版)
3. 吴刚,“材料结构表征及应用” 化学工业出版社。2002年2月(第2版)
4. 金日光,华幼卿,“高分子物理”化学工业出版社。2000年1月(第2版)