โครงสร้างของโมเลกุลขนาดใหญ่และพันธุ์ของมัน โครงสร้างของโมเลกุลขนาดใหญ่และประเภทของปฏิสัมพันธ์ในตัวมัน

การกำหนดค่าโมเลกุลขนาดใหญ่ มิฉะนั้นโครงสร้างหลัก(ภาษาอังกฤษ) - การจัดเรียงเชิงพื้นที่ของอะตอมใน. ถูกกำหนดโดยค่าของมุมพันธะและความยาวของพันธะที่สอดคล้องกัน

คำอธิบาย

การกำหนดค่าของโมเลกุลขนาดใหญ่ถูกกำหนดโดยการจัดเรียงร่วมกันของหน่วยโมโนเมอร์ที่เป็นส่วนประกอบตลอดจนโครงสร้าง ปัจจุบัน คำว่า "โครงสร้าง" หรือ "โครงสร้างหลัก" มักใช้เพื่ออธิบายการกำหนดค่าของโมเลกุลขนาดใหญ่

ความแตกต่างเกิดขึ้นระหว่างระยะใกล้ (การกำหนดค่าของสิ่งที่แนบมาของหน่วยใกล้เคียง) และลำดับการกำหนดค่าระยะไกล ซึ่งกำหนดลักษณะโครงสร้างของส่วนที่ขยายเพียงพอของโมเลกุลขนาดใหญ่ การวัดเชิงปริมาณของชั้นเชิง (ลำดับ) คือระดับของความสม่ำเสมอ นอกจากนี้ กลยุทธ์สามารถอธิบายได้ด้วยจำนวนคู่ของเพื่อนบ้านที่ใกล้ที่สุด (di-, tri-, tetrads) จำนวนประเภทต่างๆ การกระจายจะถูกกำหนดโดยการทดลอง ลักษณะเชิงปริมาณของการกำหนดค่าของโมเลกุลขนาดใหญ่ของเครือข่ายทางสถิติ เช่น คือความหนาแน่นของการเชื่อมขวาง กล่าวคือ ส่วนลูกโซ่เฉลี่ยระหว่างโหนดเครือข่าย

การกำหนดค่าของโมเลกุลขนาดใหญ่ถูกกำหนดโดยวิธีการวิเคราะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์, การหักเหของแสงสองส่วน ฯลฯ ตามกฎแล้ว แต่ละวิธีจะ "ละเอียดอ่อน" ที่สุดต่อคุณลักษณะการกำหนดค่าใดๆ ดังนั้น NMR ในหลายกรณีจึงทำให้สามารถระบุลักษณะเชิงปริมาณของลำดับการกำหนดค่าระยะสั้นใน

โครงสร้างโมเลกุลของพอลิเมอร์

รูปแบบของโมเลกุลขนาดใหญ่ที่แยกได้ไม่เพียงขึ้นอยู่กับชุดของไอโซเมอร์เชิงโครงแบบและตำแหน่งของพวกมันในสายโซ่เท่านั้น แต่ยังถูกกำหนดโดยความสามารถของโมเลกุลขนาดใหญ่ต่อไอโซเมอร์เชิงโครงสร้างด้วย หลังถูกกำหนดโดยความสามารถของอะตอมและกลุ่มของอะตอมของห่วงโซ่ที่จะหมุนรอบพันธะเดี่ยว ในรูป รูปที่ 7 แสดงให้เห็นว่าการหมุน 180 0 C รอบพันธะ CC หนึ่งพันธะใน iso-triad ของโพลีเมอร์ไวนิลทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในรูปแบบ (รูปร่าง) ของกลุ่มสามกลุ่มนี้อย่างไร

ข้าว. การดำเนินการตามการหมุน 180 0 รอบพันธะ CC ในกลุ่มไอโซแทคติก

โครงสร้างของโมเลกุลขนาดใหญ่คือการจัดเรียงเชิงพื้นที่ของอะตอมและกลุ่มของอะตอม ซึ่งถูกกำหนดโดยเซตและลำดับของคอนฟิกูเรชันไอโซเมอร์และการจัดเรียงร่วมกันสัมพัทธ์ของพวกมันในสายโซ่ เนื่องจากการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนหรืออิทธิพลภายนอกที่มีต่อโมเลกุลขนาดใหญ่

ห่วงโซ่โมเลกุลขนาดใหญ่ที่แยกได้ในกระบวนการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนสามารถมีรูปแบบที่แตกต่างกันจำนวนมาก ดังนั้นขนาดของสายโซ่จะถูกกำหนดโดยระยะห่างเฉลี่ยระหว่างปลายของมัน (ในกรณีนี้ ค่าราก-ค่าเฉลี่ย-กำลังสองของระยะทาง - มักใช้) พวกเขายังใช้แนวคิดของค่ากำลังสองของรูตเฉลี่ยของรัศมีการหมุนของโซ่ - ค่าคือกำลังสองเฉลี่ยของระยะทาง (ri) ขององค์ประกอบทั้งหมดของมวลของห่วงโซ่จากจุดศูนย์กลางของความเฉื่อย

แต่ก่อนอื่น มากำหนดค่า - ความยาวของห่วงโซ่รูปร่าง- L ซึ่งเข้าใจว่าเป็นขนาดของสายโซ่ยาวสมมุติฐานที่ยาวมาก:

ข้าว.

ในกรณีนี้ การหมุนจะไม่เปลี่ยนการกำหนดค่าของอะตอม CHX ในกลุ่มสาม เนื่องจากไม่ได้มาพร้อมกับการแตกของพันธะเคมี แรงผลักดันในการหมุนอะตอมรอบพันธะเดี่ยวคือการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน ภายใต้อิทธิพลของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน โมเลกุลขนาดใหญ่เนื่องจากการหมุนของอะตอมหรือกลุ่มอะตอมรอบๆ พันธะเดี่ยวที่ประกอบเป็นสายพอลิเมอร์ สามารถทำให้เกิดรูปแบบต่างๆ ได้ การกระทำของสนามกลหรือสนามภายนอกอื่น ๆ ยังสามารถเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของโมเลกุลขนาดใหญ่ได้

โครงสร้างของโมเลกุลขนาดใหญ่คือการจัดเรียงเชิงพื้นที่ของอะตอมและกลุ่มของอะตอม ซึ่งถูกกำหนดโดยเซตและลำดับของคอนฟิกูเรชันไอโซเมอร์และการจัดเรียงร่วมกันสัมพัทธ์ของพวกมันในสายโซ่ เนื่องจากการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนหรืออิทธิพลภายนอกที่มีต่อโมเลกุลขนาดใหญ่

เนื่องมาจากการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนหรืออิทธิพลภายนอกอื่นๆ ที่มีต่อโมเลกุลขนาดใหญ่ โดยปกติจะมีการสร้างโครงสร้างที่แตกต่างกันจำนวนนับไม่ถ้วนสำหรับโครงแบบแต่ละอันของสายพอลิเมอร์ ความสามารถในการเปลี่ยนโครงสร้างของห่วงโซ่กำหนดคุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของโมเลกุลขนาดใหญ่ - ความยืดหยุ่นของพวกมัน ให้เราแนะนำแนวคิดบางประการเกี่ยวกับขนาดของสายโซ่โพลีเมอร์

ห่วงโซ่โมเลกุลขนาดใหญ่ที่แยกได้ในกระบวนการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนสามารถมีรูปแบบที่แตกต่างกันจำนวนมาก ดังนั้นขนาดของสายโซ่จะถูกกำหนดโดยระยะห่างเฉลี่ยระหว่างปลายของมัน (ในกรณีนี้ ค่ากำลังสองของระยะทางเฉลี่ยรากของระยะทางมักจะเป็น ใช้แล้ว). แนวคิดของค่า rms ของรัศมีการหมุนของโซ่ก็ถูกนำมาใช้เช่นกัน ค่าคือกำลังสองเฉลี่ยของระยะทาง (ri) ของธาตุมวลทั้งหมดของสายโซ่จากจุดศูนย์กลางของความเฉื่อย

สำหรับโมเลกุลขนาดใหญ่ของพอลิเมอร์เชิงเส้น กำลังสองของรัศมีเฉลี่ยของการหมุนวนมักจะเล็กกว่ากำลังสองของระยะห่างเฉลี่ยระหว่างปลายของห่วงโซ่ถึง 6 เท่า กล่าวคือ

พิจารณาความสัมพันธ์ระหว่างขนาดของโมเลกุลขนาดใหญ่และพารามิเตอร์หลักของสายโซ่: ความยาวของพันธะที่รวมอยู่ในนั้น (ล.) จำนวนของมัน (N) มุมของพันธะ () สำหรับรุ่นต่างๆ

บทนำ

โมเลกุลของพอลิเมอร์เป็นสารประกอบประเภทกว้างๆ หลักลักษณะเด่นที่มีน้ำหนักโมเลกุลขนาดใหญ่และความยืดหยุ่นของโครงสร้างสูงของโซ่ สามารถพูดได้อย่างมั่นใจว่าคุณสมบัติเฉพาะของโมเลกุลดังกล่าวตลอดจนความเป็นไปได้ของการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับคุณสมบัติเหล่านี้เกิดจากคุณสมบัติข้างต้น

ดังนั้นจึงเป็นเรื่องที่น่าสนใจอย่างยิ่งที่จะศึกษาความเป็นไปได้ของการทำนายล่วงหน้าของพฤติกรรมทางเคมีและทางกายภาพของพอลิเมอร์ตามการวิเคราะห์โครงสร้างของพอลิเมอร์ โอกาสดังกล่าวจัดทำโดยวิธีการของกลศาสตร์ระดับโมเลกุลและพลวัตของโมเลกุลซึ่งดำเนินการในรูปแบบของโปรแกรมการคำนวณด้วยคอมพิวเตอร์

โดยใช้วิธีการเหล่านี้การคำนวณทางทฤษฎีของรูปแบบที่น่าจะเป็นไปได้มากที่สุดของโอลิโกเมอร์บางตัวที่มีจำนวนหน่วยโมโนเมอร์ตั้งแต่ 50 ถึง 100 ได้ดำเนินการ ได้ข้อมูลที่ทำให้สามารถกำหนดรูปแบบที่เป็นไปได้มากที่สุดของโมเลกุล ขนาดของ Kuhn ส่วนและจำนวนโมโนเมอร์เรซิดิวในส่วน

ทบทวนวรรณกรรม

I. โพลีเมอร์. คุณสมบัติของโครงสร้างและคุณสมบัติ

โพลีเมอร์เป็นสารที่มีโมเลกุลสูง ซึ่งโมเลกุลประกอบด้วยองค์ประกอบโครงสร้างซ้ำ - เชื่อมโยงกันในสายโซ่ด้วยพันธะเคมีในปริมาณที่เพียงพอสำหรับการเกิดคุณสมบัติเฉพาะ ความสามารถต่อไปนี้ควรมาจากคุณสมบัติเฉพาะ:

1. ความสามารถในการเปลี่ยนรูปทางกลที่มีความยืดหยุ่นสูงที่สามารถย้อนกลับได้อย่างมีนัยสำคัญ

2. เพื่อการก่อตัวของโครงสร้างแอนไอโซทรอปิก

3. การก่อตัวของสารละลายที่มีความหนืดสูงเมื่อทำปฏิกิริยากับตัวทำละลาย

4. การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติอย่างรวดเร็วเมื่อเติมสารเติมแต่งเล็กน้อยของสารที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ

คุณสมบัติทางเคมีกายภาพที่กำหนดสามารถอธิบายได้บนพื้นฐานของความเข้าใจในโครงสร้างของพอลิเมอร์ เมื่อพูดถึงโครงสร้างเราควรบอกเป็นนัยถึงองค์ประกอบของธาตุ ลำดับพันธะของอะตอม ลักษณะของพันธะ การมีอยู่ของปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุล ลักษณะของพอลิเมอร์คือการมีอยู่ของโมเลกุลของสายโซ่ยาวที่มีความแตกต่างอย่างชัดเจนในธรรมชาติของพันธะตามสายโซ่และระหว่างสายโซ่ สิ่งที่ควรทราบเป็นพิเศษคือไม่มีโมเลกุลของสายโซ่ที่แยกได้ โมเลกุลโพลีเมอร์มีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อมอยู่เสมอ ซึ่งสามารถมีทั้งลักษณะพอลิเมอร์ (กรณีของพอลิเมอร์บริสุทธิ์) และลักษณะของของเหลวธรรมดา (สารละลายโพลีเมอร์เจือจาง) ดังนั้น การระบุลักษณะของพอลิเมอร์จึงไม่เพียงพอที่จะระบุประเภทของพันธะตามสายโซ่ - จำเป็นต้องมีข้อมูลเกี่ยวกับลักษณะของปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลด้วย ควรระลึกไว้เสมอว่าคุณสมบัติเฉพาะของพอลิเมอร์สามารถรับรู้ได้ก็ต่อเมื่อพันธะตามสายโซ่นั้นแข็งแกร่งกว่าตัวเชื่อมขวางที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลของแหล่งกำเนิดใดๆ นี่เป็นคุณสมบัติหลักของโครงสร้างของตัวโพลีเมอร์อย่างแม่นยำ ดังนั้นจึงสามารถโต้แย้งได้ว่าสมบัติเชิงซ้อนของคุณสมบัติผิดปกติของโพลีเมอร์ทั้งหมดถูกกำหนดโดยการมีอยู่ของโมเลกุลของสายโซ่เชิงเส้นที่มีปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลที่ค่อนข้างอ่อนแอ การแตกแขนงของโมเลกุลเหล่านี้หรือการเชื่อมต่อของพวกมันในเครือข่ายทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงบางอย่างในความซับซ้อนของคุณสมบัติ แต่จะไม่เปลี่ยนสถานะของกิจการในสาระสำคัญตราบใดที่ส่วนเชิงเส้นของสายโซ่ยาวเพียงพอยังคงอยู่ ในทางตรงกันข้ามการสูญเสียโครงสร้างลูกโซ่ของโมเลกุลระหว่างการก่อตัวของทรงกลมหรือเครือข่ายหนาแน่นจากพวกมันนำไปสู่การสูญเสียคุณสมบัติเชิงซ้อนทั้งหมดของคุณสมบัติของพอลิเมอร์

ผลที่ตามมาคือการปรากฏตัวของความยืดหยุ่นของโมเลกุลของสายโซ่ มันอยู่ในความสามารถในการเปลี่ยนรูปร่างภายใต้อิทธิพลของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของลิงค์หรือสนามภายนอกที่วางโพลีเมอร์ คุณสมบัตินี้เกี่ยวข้องกับการหมุนภายในของชิ้นส่วนแต่ละส่วนของโมเลกุลที่สัมพันธ์กัน ในโมเลกุลของพอลิเมอร์จริง มุมของพันธะมีค่าที่กำหนดไว้อย่างดี และลิงก์ไม่ได้ถูกจัดตำแหน่งแบบสุ่ม และตำแหน่งของลิงก์ที่ตามมาแต่ละรายการจะขึ้นอยู่กับตำแหน่งของลิงก์ก่อนหน้า

โพลีเมอร์ที่มีการสั่นสะเทือนแบบบิดรุนแรงเพียงพอเรียกว่า โซ่แบบยืดหยุ่น,และพอลิเมอร์ซึ่งการหมุนของส่วนหนึ่งของห่วงโซ่ที่สัมพันธ์กับอีกส่วนหนึ่งทำได้ยาก - โซ่แข็ง

ซึ่งหมายความว่าโมเลกุลสามารถหมุนและเปลี่ยนโครงสร้างได้โดยไม่ทำลายพันธะเคมี ทำให้เกิดรูปแบบต่างๆ ซึ่งเข้าใจว่าเป็นรูปแบบเชิงพื้นที่ต่างๆ ของโมเลกุลที่เกิดขึ้นเมื่อทิศทางสัมพัทธ์ของชิ้นส่วนแต่ละส่วนเปลี่ยนแปลงไปอันเป็นผลมาจากการหมุนภายในของอะตอมหรือกลุ่ม ของอะตอมรอบพันธะธรรมดา การดัดงอพันธะ ฯลฯ .

ครั้งที่สอง การวิเคราะห์โครงสร้างของพอลิเมอร์

การวิเคราะห์เชิงโครงสร้างเป็นส่วนหนึ่งของสเตอริโอเคมีที่ศึกษาโครงสร้างของโมเลกุล การแปลงระหว่างกัน และการพึ่งพาคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีต่อลักษณะเฉพาะของโครงสร้าง โครงสร้างเฉพาะแต่ละอย่างสอดคล้องกับพลังงานเฉพาะ ภายใต้สภาวะปกติ โมเลกุลมีแนวโน้มที่จะย้ายจากตำแหน่งที่ได้เปรียบน้อยที่สุดไปยังตำแหน่งที่ได้เปรียบมากที่สุด พลังงานที่จำเป็นในการเคลื่อนย้ายโมเลกุลจากตำแหน่งที่มีค่าพลังงานศักย์น้อยที่สุดไปยังตำแหน่งที่สอดคล้องกับค่าสูงสุดของโมเลกุลเรียกว่า อุปสรรคที่อาจเกิดขึ้นในการหมุนหากระดับพลังงานนี้สูง ก็ค่อนข้างเป็นไปได้ที่จะแยกโมเลกุลด้วยโครงสร้างเชิงพื้นที่บางอย่าง ชุดของโครงสร้างที่อยู่ในบริเวณใกล้เคียงของพลังงานขั้นต่ำที่มีพลังงานต่ำกว่าสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นที่สอดคล้องกันนั้นเป็นคอนฟอร์เมอร์ การเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างของโมเลกุลขนาดใหญ่เกิดขึ้นเนื่องจากการจำกัดการหมุนของหน่วยรอบๆ พันธะ อันเป็นผลมาจากการที่มันมักจะใช้รูปแบบที่น่าจะเป็นไปได้มากที่สุดของขดลวดสุ่ม อันตรกิริยาภายในและระหว่างโมเลกุลต่างๆ สามารถนำไปสู่โครงสร้างที่เป็นระเบียบ เช่นเดียวกับโครงสร้างทรงกลมที่พับอย่างมาก สิ่งที่สำคัญเป็นพิเศษคือการวิเคราะห์โครงสร้างทางชีวเคมี คุณสมบัติทางเคมีและชีวภาพของพอลิเมอร์ชีวภาพขึ้นอยู่กับคุณสมบัติเชิงโครงสร้างของพวกมันในระดับสูง การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเป็นส่วนสำคัญของกระบวนการทางชีวเคมีเกือบทั้งหมด ตัวอย่างเช่น ในปฏิกิริยาของเอนไซม์ การรับรู้ของซับสเตรตโดยเอ็นไซม์ถูกกำหนดโดยโครงสร้างเชิงพื้นที่และความเป็นไปได้ของการปรับโครงสร้างร่วมกันของโมเลกุลที่เข้าร่วม

รู้จักรูปแบบต่อไปนี้:

โครงสร้างของขดลวดโมเลกุลขนาดใหญ่เช่น รูปแบบการพับมากหรือน้อยซึ่งขดลวดสามารถรับภายใต้อิทธิพลของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน

โครงสร้างของแท่งแข็งยาว (หรือแท่ง)

ลักษณะเฉพาะของโครงสร้างเกลียวของโปรตีนและกรดนิวคลีอิกยังเกิดขึ้นในไวนิลโพลีเมอร์และโพลิโอเลฟินส์ แต่จะไม่เสถียรโดยพันธะไฮโดรเจน ดังนั้นจึงมีความเสถียรน้อยกว่า เกลียวสามารถเป็นได้ทั้งมือซ้ายหรือมือขวาเพราะ ไม่ส่งผลต่อความแข็งแรง

โครงสร้างลูกโลกคือ อนุภาคทรงกลมกะทัดรัดมาก

โครงสร้างแบบพับ ลักษณะของพอลิเมอร์ผลึกหลายชนิด

โครงสร้าง “เพลาข้อเหวี่ยง” หรือ “ข้อเหวี่ยง”

โครงสร้างของโมเลกุลขนาดใหญ่แต่ละอันมีขนาดที่แน่นอน การคำนวณทางทฤษฎีของขนาดของโมเลกุลขนาดใหญ่ถูกสร้างขึ้นสำหรับห่วงโซ่ข้อต่ออย่างอิสระ ซึ่งภายใต้อิทธิพลของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน สามารถม้วนเป็นลูกบอลได้ ระยะห่างระหว่างปลายของขดลวดโมเลกุลขนาดใหญ่นั้นแสดงด้วย h หรือ r เห็นได้ชัดว่ามันสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตั้งแต่ 0 ถึง L (ความยาวของโซ่ที่กางออกจนสุด) ในการคำนวณค่ากลางของ h จะใช้อุปกรณ์ของฟิสิกส์สถิติ (วิธีการของกลศาสตร์โมเลกุล) เนื่องจากมีการเชื่อมโยงจำนวนมากในสายโซ่เดียว

การคำนวณที่คล้ายกันสามารถทำได้สำหรับโซ่ที่มีมุมพันธะคงที่ แทนที่ด้วยโซ่ที่ต่ออย่างอิสระ ในห่วงโซ่ที่ต่ออย่างอิสระ ตำแหน่งของข้อต่อแต่ละอันไม่ได้ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของลิงค์ก่อนหน้า ในห่วงโซ่จริง ตำแหน่งของลิงก์จะเชื่อมโยงถึงกัน อย่างไรก็ตาม สำหรับความยาวสายโซ่ที่ใหญ่มากระหว่างตัวเชื่อมที่อยู่ไกลกันพอสมควร ปฏิสัมพันธ์นั้นมีขนาดเล็กเพียงเล็กน้อย หากลิงก์ดังกล่าวเชื่อมต่อกันด้วยเส้น ทิศทางของเส้นเหล่านี้จะเป็นอิสระ ซึ่งหมายความว่าสายโซ่จริงที่ประกอบด้วยหน่วยโมโนเมอร์ n หน่วยที่มีความยาว l สามารถแบ่งออกเป็นองค์ประกอบทางสถิติอิสระ N องค์ประกอบ (ส่วน ส่วน) ของความยาว A

เป็นที่เชื่อกันว่าองค์ประกอบทางสถิติหรือส่วนลูกโซ่ที่มีความยาว A ซึ่งไม่ได้ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของส่วนที่อยู่ใกล้เคียงเรียกว่า ส่วนอุณหพลศาสตร์หรือ ส่วนคุน.

ความยาวของห่วงโซ่ที่ยาวที่สุดโดยไม่มีการละเมิดมุมพันธะเรียกว่า รูปร่างความยาวโซ่ L. มันสัมพันธ์กับความยาวของส่วนโดยความสัมพันธ์

สาม. วิธีการคำนวณทางเคมีเชิงประจักษ์

สำหรับการทำนายทางทฤษฎีของโครงสร้างที่น่าจะเป็นไปได้มากที่สุดของโมเลกุล จะใช้วิธีการกลศาสตร์ระดับโมเลกุล กลศาสตร์โมเลกุลเป็นวิธีการเชิงประจักษ์เชิงคำนวณเพื่อกำหนดลักษณะทางเรขาคณิตและพลังงานของโมเลกุล มันขึ้นอยู่กับสมมติฐานที่ว่าพลังงานของโมเลกุลสามารถแสดงด้วยผลรวมของการมีส่วนร่วมที่สามารถนำมาประกอบกับความยาวของพันธะ มุมพันธะ และมุมบิด นอกจากนี้ ในสำนวนทั่วไปสำหรับพลังงาน ยังมีคำศัพท์ที่สะท้อนปฏิกิริยาแวนเดอร์วาลส์ของอะตอมที่ปราศจากวาเลนซ์เสมอ และคำศัพท์ที่คำนึงถึงปฏิกิริยาไฟฟ้าสถิตของอะตอมและกำหนดว่ามีประจุของอะตอมที่มีประสิทธิผล

E \u003d E sv + E เพลา + E พรู + E vdv + E เย็น

ในการคำนวณสองเทอมแรก กฎของฮุกที่รู้จักจากกลศาสตร์มักใช้บ่อยที่สุด:

E st \u003d S k r (r - r 0) 2

สันนิษฐานว่ารูปแบบที่มีความเสถียรทางอุณหพลศาสตร์มากที่สุดสอดคล้องกับพลังงานขั้นต่ำ วิธีการของกลศาสตร์ระดับโมเลกุลทำให้สามารถรับข้อมูลสำหรับคำอธิบายที่สมบูรณ์เกี่ยวกับเรขาคณิตของคอนฟอร์เมอร์ต่างๆ ในสถานะพื้นดินได้

การจำแนกโพลีเมอร์ตามโครงสร้างทางเคมีของสายโซ่หลักและโมเลกุลขนาดใหญ่โดยรวม ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลในพอลิเมอร์ แนวคิดเรื่องความหนาแน่นพลังงานของการเกาะติดกันและพารามิเตอร์การละลาย

โครงสร้างของโมเลกุลขนาดใหญ่รวมถึงโครงสร้างทางเคมีและความยาว ความยาวและการกระจายน้ำหนักโมเลกุล รูปร่าง และการจัดเรียงหน่วยเชิงพื้นที่ ตามโครงสร้างทางเคมีของสายโซ่หลักมีความโดดเด่น โฮโมเชน (ด้วยสายโซ่ของอะตอมคาร์บอน - โซ่คาร์บอน ) และ heterochain โพลีเมอร์และตามโครงสร้างทางเคมีของโมเลกุลขนาดใหญ่โดยทั่วไป - โพลีเมอร์:

· โดยธรรมชาติ - สายโซ่ประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอน ออกซิเจน ไนโตรเจน และกำมะถัน

· อวัยวะ - สายโซ่ประกอบด้วยซิลิกอน ฟอสฟอรัส และอะตอมอื่นๆ ที่อะตอมหรือกลุ่มของคาร์บอนติดอยู่ หรือในทางกลับกัน

· อนินทรีย์ - ไม่มีอะตอมของคาร์บอนหรือโซ่คาร์บอนที่มีพันธะหลาย (สองเท่าหรือสามเท่า) โดยไม่มีกลุ่มด้านข้าง

ที่พบมากที่สุด โซ่คาร์บอนอินทรีย์ โพลีเมอร์ รวมถึงอนุพันธ์ต่างๆ (ที่ประกอบด้วยฮาโลเจน เอสเทอร์ แอลกอฮอล์ กรด ฯลฯ) ซึ่งเกิดจากชื่อของโมโนเมอร์ที่มีคำนำหน้าว่า "โพลี" โพลิเอทิลีน โพลิโพรพิลีน โพลิไวนิลคลอไรด์ โพลิเตตระฟลูออโรเอทิลีน โพลิไตรฟลูออโรคลอโรเอทิลีน โพลิไวนิลแอลกอฮอล์ โพลิไวนิลอะซิเตท โพลิอะคริลาไมด์ โพลิอะคริโลไนไตรล์ โพลีเมทิล เมทาคริเลต และอื่นๆ อยู่ในกลุ่มโพลีเมอร์สายคาร์บอนอะลิฟาติกที่จำกัด พอลิบิวทาไดอีน พอลิไอโซพรีน และพอลิคลอโรพรีนไม่อิ่มตัว พอลิเอทิลีนฟีนิลีนเป็นตัวอย่างของพอลิเมอร์อะโรมาติกที่มีไขมัน และพอลิฟีนิลีนเป็นตัวอย่างของโพลีเมอร์อะโรมาติก ตัวเลข อนินทรีย์ homochain โพลีเมอร์มีจำกัด - คาร์โบเชน คาร์ไบน์ (~C≡C-C≡C~) และคิวมูลีน (=C=C=C=) รวมถึงพอลิเซอร์ (~S-S-S~), โพลิไซเลน (~SiH 2 -SiH 2 ~), polygermane (~GeH .) 2 -GeH 2 ~) เป็นต้น ทั่วไป ออร์กาโนอิเลเมนต์ โฮโมเชน โพลีเมอร์จากสายโซ่อินทรีย์ (คาร์โบเชน) ที่มีกลุ่มด้านข้างขององค์ประกอบออร์แกนิกหรือจากสายโซ่อนินทรีย์ที่มีอนุมูลอินทรีย์: โพลีไวนิลอัลคิลซิเลนส์, โพลีออร์แกนิกิล, โพลีเมอร์ที่ประกอบด้วยโบรอน heterochains อินทรีย์ โพลีเมอร์แบ่งออกเป็นคลาสตามลักษณะของกลุ่มฟังก์ชันในกระดูกสันหลัง พวกเขาสามารถเป็นอะลิฟาติกหรืออะโรมาติกขึ้นอยู่กับโครงสร้างของกลุ่มไฮโดรคาร์บอนระหว่างกลุ่มการทำงาน (ตารางที่ 1.1)

ตาราง 1.1.

โพลีเมอร์ Heterochain ของคลาสต่างๆ:

กลุ่มงาน	พอลิเมอร์
ชื่อชั้น	ตัวแทน
ปริมาณออกซิเจน
ไม่มีตัวตนที่เรียบง่าย	Polyethers	พอลิเมทิลีนออกไซด์ (~CH 2 -O~)
		โพลิเอทิลีนออกไซด์ (~CH 2 -CH 2 -O~)
เอสเทอร์	โพลีเอสเตอร์	โพลีเอทิลีนเทเรฟทาเลต ([-CH 2 -CH 2 -O-OC-Ar-CO-O-] n)
		โพลิอะริเลต ([-OC-R-COO-R`-O-] n)
		โพลีคาร์บอเนต ([-O-Ar-CH 2 -Ar-O-CO-O-Ar-CH 2 -Ar-] n)
ปริมาณไนโตรเจน
อะซีตัล	อะซีตัล	เซลลูโลส (C 6 H 1 0 O 5) n
อมิดนายา	โพลิเอไมด์ (-CO-NH-)	โพลีเฮกซาเมทิลีนอะดิพาไมด์
อิมิดนายา	Polyimides	Polypyromellitimide
ยูเรีย	โพลียูเรีย	โพลิโนนาเมทิลีนยูเรีย
ยูรีเทน	โพลียูรีเทน (–HN-CO-O)	~(CH 2) 4 -O-CO-NH-(CH 2) 2 ~
S e r c o n t e n s
Thioether	โพลีซัลไฟด์	โพลิเอทิลีนซัลไฟด์ (~CH 2 -CH 2 -S~)
ซัลโฟนิก	โพลีซัลโฟน	โพลี- น,น`-ออกซีไดฟีนิลซัลโฟน

เฮเทอโรเชนอนินทรีย์โพลีเมอร์ ได้แก่ polyborazole, polysilicic acid, polyphosphonitrile chloride Organoelement heterochain โพลีเมอร์ประกอบด้วยสารประกอบที่เป็นที่ต้องการมากที่สุดจากกลุ่มอนินทรีย์ที่มีกลุ่มด้านอินทรีย์ ซึ่งรวมถึงพอลิเมอร์ที่ประกอบด้วยซิลิกอนซึ่งสายประกอบด้วยอะตอมของซิลิกอนและออกซิเจนสลับกัน ( โพลิออร์กาโนซิลอกเซน ) หรือไนโตรเจน ( polyorganosilazane ). โพลีเมอร์ที่มีเฮเทอโรอะตอมที่สามในสายโซ่หลัก - เรียกว่าโลหะ polymetallorganosiloxanes (โพลีอะลูมิโนออร์กาโนไซลอกเซน, โพลีโบโรออร์กาโนไซลอกเซน และ พอลิไททันออร์กาโนไซลอกเซน) นอกจากนี้ยังมีพอลิเมอร์ที่มีสายคาร์บอนอินทรีย์อนินทรีย์ของคาร์บอน ซิลิกอน อะตอมออกซิเจน (โพลีคาร์โบซิลอกเซน โพลีคาร์โบซิเลน โพลีคาร์บอเรเนส) ซึ่งอาจมีหน่วยอะลิฟาติกหรืออะโรมาติก อะตอมทั้งหมดในหน่วยของพอลิเมอร์ที่พิจารณาเชื่อมต่อกัน พันธะโควาเลนต์เคมี . นอกจากนี้ยังมี การประสานงาน (คีเลต, intracomplex) โพลีเมอร์ heterochain ซึ่งหน่วยเชื่อมต่อกันโดยปฏิสัมพันธ์ระหว่างตัวรับและตัวรับกับไอออนโลหะก่อตัว ลิงค์ประสานงาน (ความจุด้านข้าง) และ พันธะไอออนิก (ความจุหลัก). พันธะเคมีและโลหะที่มีความยาว 0.1-0.2 นาโนเมตรมากเกินกว่าพลังงานของพันธะทางกายภาพและสม่ำเสมอ พันธะไฮโดรเจน (ความยาว 0.24-0.32 นาโนเมตร) ซึ่งครองตำแหน่งกลางระหว่างพันธะทางกายภาพและเคมี ขั้วของพันธะยังขึ้นอยู่กับโครงสร้างทางเคมีและองค์ประกอบของตัวเชื่อม ซึ่งประเมินเชิงปริมาณโดยค่าของโมเมนต์ไดโพล μ เกี่ยวกับเท่ากับผลคูณของประจุและระยะห่างระหว่างประจุ (ตารางที่ 1.3) เช่นเดียวกับระดับของปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลในพอลิเมอร์ พอลิเมอร์สามารถเป็น .ได้ขึ้นอยู่กับขั้วของพันธะ ขั้วโลก และ ไม่มีขั้ว . โมเมนต์ไดโพลของพอลิเมอร์อะลิฟาติก (ไม่มีขั้ว) ของสายคาร์บอนอินทรีย์ทั้งหมดอยู่ใกล้กับศูนย์ ขึ้นอยู่กับโครงสร้างของโมเลกุลขนาดใหญ่ พันธะการกระจาย การปฐมนิเทศ และการเหนี่ยวนำสามารถปรากฏขึ้นระหว่างพวกมันได้ การกระจายตัว พันธะเกิดจากการปรากฏตัวของไดโพลทันทีในอะตอมระหว่างการหมุนของอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียส โมเลกุลของขั้วมีลักษณะเด่นคือ ปฐมนิเทศ (ไดโพล-ไดโพล) พันธะ ในสาขาไดโพลของโมเลกุลขนาดใหญ่มีขั้ว โมเลกุลขนาดใหญ่ที่ไม่มีขั้วสามารถมีขั้วได้ ระหว่างไดโพลถาวรและไดโพลเหนี่ยวนำเกิดขึ้น การเหนี่ยวนำ การเชื่อมต่อ

ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลกำหนดความสามารถของพอลิเมอร์ในการละลายในของเหลวที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ ลักษณะการทำงานที่อุณหภูมิต่ำ ความยืดหยุ่น และคุณสมบัติอื่นๆ วัดระดับของมัน พารามิเตอร์การละลาย – อัตราส่วนของผลิตภัณฑ์ของความหนาแน่นของพอลิเมอร์ต่อผลรวมของค่าคงที่การดึงดูดของแต่ละกลุ่มของอะตอมในการเชื่อมโยงแบบผสมกับน้ำหนักโมเลกุลของตัวเชื่อม สำหรับสิ่งนี้พวกเขายังใช้ ความหนาแน่นของพลังงานเหนียว (กิโลจูลต่อโมล) ซึ่งเทียบเท่ากับการกำจัดโมเลกุลขนาดใหญ่หรือกลุ่มของอะตอมที่มีปฏิสัมพันธ์ออกจากกันในระยะทางที่กว้างใหญ่ไพศาล ที่อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว ที ส พลังงานของปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลจะสูงกว่าพลังงานของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน และพอลิเมอร์จะผ่านเข้าสู่ สถานะแข็งตัวเป็นของแข็ง . พอลิเมอร์ด้วย ตู่กับข้างบนห้องเรียกว่า พลาสติก และต่ำกว่าอุณหภูมิห้องและค่าพารามิเตอร์การละลาย 14-19 ( เอ็ม . เจ/m 3 ) 1/2 – อีลาสโตเมอร์ (ยาง)

น้ำหนักโมเลกุลของพอลิเมอร์และวิธีการคำนวณ การกระจายน้ำหนักโมเลกุลและรูปร่างของโมเลกุลขนาดใหญ่ การจำแนกโพลีเมอร์ตามจำนวนและการจัดเรียงหน่วยของส่วนประกอบ

มวลโมเลกุล(MM) - ลักษณะสำคัญของโครงสร้างของพอลิเมอร์ซึ่งกำหนดระดับของคุณสมบัติทางกลและเป็นของกลุ่มหนึ่ง: โอลิโกเมอร์ (เทอร์โมพลาสติก) - 10 3 -10 4, เทอร์โมพลาสติกผลึก - 10 4 -5 . 10 4 , เทอร์โมพลาสติกอสัณฐาน - 5 . 10 4 -2 . 10 5 , ยางพารา - 10 5 -10 6 . ยิ่งพอลิเมอร์ MM ต่ำ ความหนืดของสารที่หลอมเหลวก็จะยิ่งต่ำลงและขึ้นรูปได้ง่ายขึ้น คุณสมบัติทางกลถูกกำหนดโดยระดับการบ่ม (oligomers) และความเป็นผลึก (polyamides, polyesters) หรือการเปลี่ยนสถานะเป็นแก้ว ยางที่ขึ้นรูปยากมี MM สูงสุด แต่ผลิตภัณฑ์ที่ทำจากยางจะมีความยืดหยุ่นสูง เนื่องจากระดับของการเกิดพอลิเมอไรเซชันในระดับเดียวกันไม่ได้อยู่ที่น้ำหนักโมเลกุลสูง โมเลกุลขนาดใหญ่จึงต่างกันในขนาด Polydispersity (หลายโมเลกุล) - หนึ่งในแนวคิดพื้นฐานในเคมีเชิงฟิสิกส์ของพอลิเมอร์และประเภท การกระจายน้ำหนักโมเลกุล (MWD) เป็นตัวบ่งชี้สำคัญที่ส่งผลต่อคุณสมบัติทางกายภาพและทางกลของพอลิเมอร์ไม่ต่ำกว่า MM

เนื่องจาก MM เป็นค่าเฉลี่ยทางสถิติ วิธีการที่แตกต่างกันในการพิจารณาจึงให้ค่าที่แตกต่างกัน จาก จำนวนเฉลี่ย วิธีการจะขึ้นอยู่กับการกำหนดจำนวนของโมเลกุลขนาดใหญ่ในสารละลายพอลิเมอร์เจือจาง ตัวอย่างเช่น โดยการวัดแรงดันออสโมติกของพวกมัน และ ขนาดกลาง - เกี่ยวกับการกำหนดมวลของโมเลกุลขนาดใหญ่ เช่น โดยการวัดการกระเจิงของแสง จำนวนเฉลี่ย MM ( ม น ) ได้มาจากการหารมวลของตัวอย่างพอลิเมอร์ด้วยจำนวนโมเลกุลขนาดใหญ่ในนั้น และ มวลเฉลี่ย มม.: M w =M 1 w 1 +M 2 w 2 +…+M i w i , ที่ไหน w 1 , w2 , ฉัน – เศษส่วนมวลของเศษส่วน M1 , M2 , ฉัน – เศษส่วน MM เฉลี่ยมวล ความหนืดปานกลาง MM ที่เข้าใกล้ค่าเฉลี่ยมวล MM ถูกกำหนดจากความหนืดของสารละลายเจือจาง พอลิเมอร์เรียกว่า monodisperse ถ้ามันประกอบด้วยเศษหนึ่งส่วนที่มีขนาดโมเลกุลใหญ่อยู่ใกล้กันมากและสำหรับมันอัตราส่วน Mw/ม น =1.02-1.05. ในกรณีอื่น MM เฉลี่ยมวลมากกว่าค่าเฉลี่ยของตัวเลข MM และอัตราส่วน ( Mw/ม น =2.0-5.0) คือการวัดค่าการกระจายตัวของโพลีเมอร์ ยิ่ง Mw/ม น , MMR ที่กว้างขึ้น บนเส้นกราฟโพลิเมอร์ MWD ค่า ม น ตกลงไปที่ระดับสูงสุด กล่าวคือ ต่อเศษส่วนซึ่งสัดส่วนในองค์ประกอบของพอลิเมอร์นั้นใหญ่ที่สุดและ Mw เลื่อนไปทางขวาตามแนวแกน x

โมเลกุลขนาดใหญ่ของพอลิเมอร์ได้กำหนดลักษณะพิเศษอีกอย่างหนึ่งของโครงสร้างของพวกมัน พวกเขาสามารถเป็น เชิงเส้น หรือ แตกแขนง (มีกิ่งด้านข้างจากโซ่หลักหรือรูปดาว) ที่ค่า MM ที่ใกล้เคียงกัน พวกมันจะกลายเป็น ไอโซเมอร์ . คุณสมบัติของโพลีเมอร์ที่ประกอบด้วยโมเลกุลแบบเส้นตรงและแบบแยกแขนงแตกต่างกันอย่างมาก แตกแขนง - ตัวบ่งชี้ที่ไม่พึงประสงค์ของโครงสร้างของโมเลกุลขนาดใหญ่ซึ่งลดความสม่ำเสมอและขัดขวางการตกผลึกของพอลิเมอร์ การเชื่อมต่อของโมเลกุลขนาดใหญ่ด้วยพันธะเคมีทำให้เกิดการก่อตัว โครงสร้างตาข่าย ต่อการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของพอลิเมอร์ ตามความแตกต่างดังกล่าวในโครงสร้างของโมเลกุลขนาดใหญ่ (รูปที่ 1.1) โพลีเมอร์ก็เรียกว่า เชิงเส้น , แตกแขนง และ reticulated (เย็บ ).

ในกรณีหลัง แนวคิดของ "โมเลกุลขนาดใหญ่" สูญเสียความหมายไป เนื่องจากตัวอย่างพอลิเมอร์ที่เชื่อมขวางทั้งหมดกลายเป็นโมเลกุลขนาดยักษ์ ดังนั้นในพอลิเมอร์แบบเชื่อมขวาง ค่าเฉลี่ยของ MM ของเซ็กเมนต์ลูกโซ่ระหว่างพันธะเคมี (โหนดเครือข่าย) ที่เชื่อมต่อกับโมเลกุลขนาดใหญ่จะถูกกำหนด

โคพอลิเมอร์มีตัวเชื่อมของโมโนเมอร์ที่แตกต่างกันตั้งแต่สองตัวขึ้นไปในสายโซ่หลัก (เช่น ยางสไตรีน-บิวทาไดอีน) และมีโครงสร้างที่ซับซ้อนกว่า โฮโมพอลิเมอร์ ประกอบด้วยหน่วยของโมโนเมอร์หนึ่งตัว โคพอลิเมอร์ที่มีหน่วยของโมโนเมอร์รวมกันแบบสุ่มในโมเลกุลขนาดใหญ่เรียกว่า สถิติ ด้วยการสลับที่ถูกต้อง - สลับกัน และด้วยส่วนยาว (บล็อก) ของลิงก์ของโมโนเมอร์หนึ่งตัว - บล็อกโคพอลิเมอร์ . หากบล็อกของโมโนเมอร์ตัวใดตัวหนึ่งติดอยู่กับสายโซ่หลักของโมเลกุลขนาดใหญ่ซึ่งประกอบด้วยหน่วยของโมโนเมอร์อื่นในรูปแบบของกิ่งด้านขนาดใหญ่จะเรียกว่าโคพอลิเมอร์ ฉีดวัคซีนแล้ว . โครงสร้างของโคพอลิเมอร์มีลักษณะเฉพาะโดยองค์ประกอบทางเคมีและความยาวของบล็อกหรือสายโซ่ที่ต่อกิ่งและจำนวนบล็อกหรือกราฟต์ในโมเลกุลขนาดใหญ่ สามารถรวมหน่วยของโมโนเมอร์ที่เหมือนกันหรือต่างกันได้ เป็นประจำ (จบอันหนึ่ง - อีกอันหนึ่ง) หรือ ไม่สม่ำเสมอ (จุดสิ้นสุดของจุดหนึ่งเป็นจุดสิ้นสุดของอีกจุดหนึ่ง จุดสิ้นสุดของอีกจุดหนึ่งคือจุดเริ่มต้นของลิงก์ที่สาม เป็นต้น) และองค์ประกอบแทนที่ในกลุ่มด้านข้างสามารถมีการจัดพื้นที่ปกติหรือไม่สม่ำเสมอได้ โครงสร้างของโมเลกุลขนาดใหญ่ยังถูกกำหนดโดยโครงร่างและโครงสร้างของมันด้วย

การกำหนดค่าของโมเลกุลขนาดใหญ่และสเตอริโอไอโซเมอร์ โครงสร้างและความยืดหยุ่นของโมเลกุลขนาดใหญ่ โพลีเมอร์สายโซ่ยืดหยุ่นและแข็งและรูปร่างของโมเลกุลขนาดใหญ่

การกำหนดค่าโมเลกุลขนาดใหญ่- นี่คือการจัดเรียงเชิงพื้นที่ของอะตอมซึ่งไม่เปลี่ยนแปลงระหว่างการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนอันเป็นผลมาจากการที่ไอโซเมอร์ชนิดต่าง ๆ ของมันคือไอโซเมอร์ที่เสถียร ซิสไอโซเมอร์ ระบุตำแหน่งของหมู่แทนที่ต่างกันในด้านตรงข้ามของพันธะคู่ในแต่ละหน่วยที่เกิดซ้ำ และ ทรานส์ไอโซเมอร์ - การมีอยู่ของหมู่แทนที่ต่างกันที่ด้านหนึ่งของพันธะคู่ ตัวอย่างของไอโซเมอร์ดังกล่าวคือ NK และกูตตา-เพอร์ชา, พอลิไอโซพรีนตามธรรมชาติที่เหมือนกันในโครงสร้างทางเคมี Gutta-percha เป็นพลาสติกที่มีโครงสร้างเป็นผลึก หลอมเหลวที่ 50-70 ° C และ NK เป็นอีลาสโตเมอร์ในช่วงอุณหภูมิตั้งแต่ +100 เกี่ยวกับ C ถึง -72 เกี่ยวกับ C เนื่องจากโมเลกุลของพวกมันต่างกัน ช่วงเวลาระบุตัวตน . ที่ ซิส-โพลิไอโซพรีน (NA) กลุ่มเมทิลทิศทางเดียวมาบรรจบกันผ่านหน่วยสารประกอบหนึ่งหน่วย ซึ่งเท่ากับ0.82 นาโนเมตรและในพระองค์ ภวังค์-isomer (gutta-percha) - หลัง 0.48 นาโนเมตร:

ซิส- 1,4-โพลีไอโซพรีน (NK)

ภวังค์-1.4-โพลีไอโซพรีน

จากโมเลกุลขนาดใหญ่ โพลีเมอร์ออปติคัล ด้วยอะตอมของคาร์บอนอสมมาตรโดยวิธีการสังเคราะห์พิเศษจะได้ ไอโซเมอร์สามมิติ - ไอโซแทคติก (สารทดแทน - ที่ด้านหนึ่งของระนาบของโมเลกุลขนาดใหญ่) และ ซินดิโอแทคติค (เจ้าหน้าที่ - ฝั่งตรงข้าม):

พวกเขาแตกต่างจากคุณสมบัติจาก กลอุบาย โพลีเมอร์ที่มีการจัดเรียงตัวของสารทดแทนที่ผิดปกติ การผลักกันขององค์ประกอบแทนที่นำไปสู่การกระจัดที่สัมพันธ์กันในอวกาศและดังนั้นระนาบสมมาตรจึงโค้งงอในรูปของเกลียว โครงสร้างเกลียว เป็นลักษณะเฉพาะของพอลิเมอร์ที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพ (เช่น เกลียวคู่ของดีเอ็นเอ) โครงสร้างของโมเลกุลขนาดใหญ่ของสเตอริโอไอโซเมอร์เป็นพาหะของข้อมูลเกี่ยวกับวิธีการสังเคราะห์ของมัน และในโปรตีน เกลียวคู่ของ DNA จะนำข้อมูลมหาศาลเกี่ยวกับพันธุกรรมทางชีววิทยาของพวกมัน

โครงสร้างของโมเลกุลขนาดใหญ่- นี่คือการจัดเรียงเชิงพื้นที่ของอะตอมหรือกลุ่มของอะตอม ซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงได้ภายใต้อิทธิพลของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนโดยไม่ทำลายพันธะเคมีระหว่างพวกมัน ความยาวขนาดใหญ่ของโมเลกุลขนาดใหญ่ที่มีความเป็นไปได้ของการหมุนของชิ้นส่วนรอบพันธะเคมีคงที่ทำให้เกิด ไอโซเมอร์แบบหมุน ซึ่งแสดงออกมาในรูปลักษณะต่างๆ ยิ่งอะตอมของไฮโดรเจนอยู่ใกล้กันมาก ( ซิส-ตำแหน่ง) ยิ่งแรงผลักและพลังงานศักย์ของโมเลกุลขนาดใหญ่ อันตรกิริยานี้ได้รับการปรับปรุงโดยองค์ประกอบที่มีขั้ว เช่น อะตอมของคลอรีน ที่ ภวังค์-ไอโซเมอร์ พลังงานศักย์ของโมเลกุลขนาดใหญ่น้อยกว่า การจัดเรียงตัวของอะตอมดีกว่าใน ซิส-ไอโซเมอร์ พลังงาน อุปสรรคการหมุน ชิ้นส่วนของโมเลกุลขนาดใหญ่ซึ่งทำให้มัน ยับยั้ง ซึ่งประกอบด้วยชุดของความผันผวน ช่วยในการเอาชนะ ความผันผวนของพลังงานความร้อน . ผลรวมของการสั่นสะเทือนและการเคลื่อนไหวรอบพันธะธรรมดานำไปสู่ เพื่อความโค้ง โมเลกุลขนาดใหญ่ในอวกาศซึ่งสามารถไปในทิศทางที่แตกต่างกันและเปลี่ยนแปลงตามเวลา กล่าวอีกนัยหนึ่งโมเลกุลขนาดใหญ่มี ความยืดหยุ่น - ความสามารถในการเปลี่ยนรูปแบบอันเป็นผลมาจากการเคลื่อนที่ของความร้อนหรือการกระทำของแรงภายนอก ด้วยอะตอมจำนวนมาก โซ่ไม่เพียงแต่สามารถงอได้ แต่ยัง ขดตัว หลวมมาก ขดลวดโมเลกุลใหญ่ ซึ่งสามารถระบุขนาดได้ ระยะห่างระหว่างรูต-ค่าเฉลี่ย-กำลังสองระหว่างปลาย และคำนวณทางคณิตศาสตร์ โดยทราบจำนวนลิงก์ส่วนประกอบในนั้น เนื่องจากโครงสร้างลูกโซ่ของโมเลกุลขนาดใหญ่ การเคลื่อนที่ของอะตอมหรือการรวมกลุ่มจะทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของอะตอมอื่นๆ ส่งผลให้เกิดการเคลื่อนที่คล้ายกับการเคลื่อนที่ของหนอนผีเสื้อซึ่งเรียกว่า ตัวแทน (รูปที่ 1.2) ส่วนของโซ่ที่เคลื่อนที่โดยรวมในการเคลื่อนที่เบื้องต้นเรียกว่า ส่วนโซ่ . ความยืดหยุ่นทางอุณหพลศาสตร์ แสดงถึงความสามารถของโซ่ในการเปลี่ยนรูปแบบภายใต้การกระทำของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน และสามารถประมาณได้โดยพารามิเตอร์ความแข็ง ความยาวของส่วนเทอร์โมไดนามิก หรือพารามิเตอร์ความยืดหยุ่นของ Flory ยิ่งตัวบ่งชี้เหล่านี้ต่ำลง ความน่าจะเป็นของการเปลี่ยนโมเลกุลระดับมหภาคจากรูปแบบหนึ่งไปอีกรูปแบบหนึ่งก็จะยิ่งสูงขึ้น (ตารางที่ 1.4) พารามิเตอร์ความแข็ง ประเมินโดยอัตราส่วนของระยะห่างระหว่างรูต-ค่าเฉลี่ย-กำลังสองระหว่างปลายของโซ่จริงและโซ่ข้อต่ออิสระในสารละลายพอลิเมอร์เจือจาง ความยาวของเซ็กเมนต์เทอร์โมไดนามิก A (ส่วนของคุห์น) แสดงลักษณะลำดับของการเชื่อมโยงซึ่งแต่ละลิงก์ทำงานเป็นอิสระจากส่วนอื่นๆ และยังเกี่ยวข้องกับระยะห่างระหว่างราก-ค่าเฉลี่ย-กำลังสองระหว่างปลายของห่วงโซ่ มีค่าเท่ากับความยาวทางอุทกพลศาสตร์ของโมเลกุลขนาดใหญ่สำหรับสายโซ่ที่แข็งมาก และความยาวของตัวเชื่อมซ้ำสำหรับสายโซ่ที่มีความยืดหยุ่นสูง โพลีเมอร์ของซีรีย์ไดอีนและพันธะ ~Si-O~ หรือ ~C-O~ ในสายโซ่หลักนั้นมีความยืดหยุ่นมากกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับโพลีเมอร์ของซีรีย์ไวนิล เนื่องจากพวกมันเกิดจากการที่ปฏิสัมพันธ์แลกเปลี่ยนระหว่าง CH2 ลดลง 2 -จัดกลุ่มพลังงานที่ต่ำกว่า 100 เท่าของไอโซเมอร์แบบหมุน ธรรมชาติของหมู่แทนที่มีผลเพียงเล็กน้อยต่อความยืดหยุ่นของโมเลกุลขนาดใหญ่ พารามิเตอร์ความยืดหยุ่นของ Flory ฉ เกี่ยวกับแสดงเนื้อหาของพันธะยืดหยุ่นในโมเลกุลขนาดใหญ่และทำหน้าที่เป็นเกณฑ์สำหรับความยืดหยุ่นตามที่พอลิเมอร์แบ่งออกเป็น โซ่ยืดหยุ่น (f เกี่ยวกับ>0,63; แต่<10นาโนเมตร) และ โซ่แข็ง (f เกี่ยวกับ<0,63; แต่>35นาโนเมตร). หลังไม่เกิดขึ้นในรูปแบบของขดลวดโมเลกุลขนาดใหญ่และมีรูปร่างยาวของโมเลกุลขนาดใหญ่ - สตริงยืดหยุ่น (โพลีอัลคิลไอโซไซยาเนต แต่ = 100), เพลาข้อเหวี่ยง (โพลี- พี-เบนซาไมด์ แต่ =210) หรือเกลียว (ไบโอโพลีเมอร์ แต่ =240).ความยืดหยุ่นของจลนศาสตร์ โมเลกุลขนาดใหญ่สะท้อนอัตราการเปลี่ยนแปลงของมันในสนามแรงจากรูปแบบหนึ่งไปอีกรูปแบบหนึ่งและถูกกำหนดโดยค่า ส่วนจลนศาสตร์ , เช่น. ส่วนหนึ่งของโมเลกุลขนาดใหญ่ที่ตอบสนองต่ออิทธิพลภายนอกโดยรวม ต่างจากส่วนเทอร์โมไดนามิกส์ มันถูกกำหนดโดยอุณหภูมิและความเร็วของอิทธิพลภายนอก เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น พลังงานจลน์และความยืดหยุ่นของโมเลกุลขนาดใหญ่ก็เพิ่มขึ้น และขนาดของส่วนจลนศาสตร์จะลดลง ภายใต้สภาวะที่เวลากระทำการของแรงนานกว่าเวลาที่มีการเปลี่ยนแปลงจากโครงสร้างหนึ่งไปอีกรูปแบบหนึ่ง ความยืดหยุ่นของจลนศาสตร์จะสูงและส่วนจลนศาสตร์จะมีขนาดใกล้เคียงกับส่วนทางอุณหพลศาสตร์ ภายใต้การเปลี่ยนรูปอย่างรวดเร็ว ส่วนจลนศาสตร์อยู่ใกล้กับความยาวอุทกพลศาสตร์ของโมเลกุลขนาดใหญ่ และแม้แต่สายโซ่ที่มีความยืดหยุ่นทางอุณหพลศาสตร์ก็ยังมีลักษณะแข็ง ความยืดหยุ่นทางจลนศาสตร์ของโมเลกุลขนาดใหญ่ที่แยกได้นั้นพิจารณาจากคุณสมบัติความหนืดของสารละลายเจือจางสูงด้วยการอนุมานในภายหลังจนถึงความเข้มข้นเป็นศูนย์ โมเลกุลขนาดใหญ่ของพอลิเมอร์อสัณฐานแบบยืดหยุ่นมี รูปลูก ทั้งในรูปแบบแยกตัวและเป็นกลุ่ม ในเวลาเดียวกัน โครงสร้างของพอลิเมอร์ไม่เหมือนกับโครงสร้างของ "สักหลาดโมเลกุล" ซึ่งโมเลกุลขนาดใหญ่จะพันกันแบบสุ่มตามที่คิดไว้ก่อนหน้านี้ แนวคิดของภูมิภาคที่ได้รับคำสั่งในโพลีเมอร์อสัณฐานถูกนำเสนอในปี 1948 โดย Alfrey

ผลทางชีวภาพของไขมันเปอร์ออกซิเดชัน

การผลิตที่เพิ่มขึ้นของอนุมูลอิสระในร่างกายและการเพิ่มขึ้นของกระบวนการลิปิดเปอร์ออกซิเดชันที่เกี่ยวข้อง (บางครั้งเรียกว่า "ความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชัน") มาพร้อมกับการรบกวนคุณสมบัติของเยื่อหุ้มชีวภาพและการทำงานของเซลล์ โครงสร้างโปรตีนหรือไขมัน bilayer โดยรวมเสียหาย ผลที่ตามมาของลิพิดเปอร์ออกซิเดชัน. ผลเสียหายของการเกิดออกซิเดชันของโซ่ลิพิดต่อเยื่อหุ้มชีวภาพเกิดจากการออกซิเดชันของโปรตีนกลุ่มไทออล การเพิ่มขึ้นของการซึมผ่านของไอออนิกของเยื่อหุ้ม และการลดลงของความแข็งแรงทางไฟฟ้าของชั้นไขมันของเยื่อหุ้มซึ่งนำไปสู่ การพังทลายของเยื่อหุ้มเซลล์ด้วยสนามไฟฟ้า เซลล์ที่มีชีวิตได้พัฒนาระบบป้องกันความเสียหายจากอนุมูลอิสระทั้งหมด ประการแรก ลิพิดเปอร์ออกซิเดชันจะมาพร้อมกับการเกิดออกซิเดชันของกลุ่มไทออล (sulfhydryl) ของโปรตีนเมมเบรน (Pr)

Pr-SH + R -> RH + Pr-S
Pr-S + O 2 -> Pr-SO 2 -> อนุพันธ์ระดับโมเลกุล

การเกิดออกซิเดชันของโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับลิพิดเปอร์ออกซิเดชันและการก่อตัวของโปรตีนรวมตัวในเลนส์ของดวงตาจบลงด้วยความขุ่นมัว กระบวนการนี้มีบทบาทสำคัญในการพัฒนาต้อกระจกในวัยชราและประเภทอื่นๆ ในมนุษย์ บทบาทที่สำคัญในพยาธิวิทยาของเซลล์ก็มีการเล่นโดยการหยุดการทำงานของเอนไซม์ขนส่งไอออนซึ่งเป็นศูนย์กลางซึ่งรวมถึงกลุ่มไทออลซึ่งส่วนใหญ่เป็น Ca2 + -ATPase ซึ่งนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของความเข้มข้นภายในเซลล์ของแคลเซียมไอออนและความเสียหายต่อเซลล์ ผลลัพธ์ที่สองของ lipid peroxidation เกี่ยวข้องกับความจริงที่ว่าผลิตภัณฑ์เปอร์ออกซิเดชันมีความสามารถในการเพิ่มการซึมผ่านของไอออนของ lipid bilayer โดยตรง ดังนั้นจึงแสดงให้เห็นว่าผลิตภัณฑ์ของลิพิดเปอร์ออกซิเดชันทำให้เฟสลิปิดของเยื่อหุ้มเซลล์ดูดซึมไฮโดรเจนและแคลเซียมไอออนได้ สิ่งนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าการเกิดออกซิเดชันและฟอสโฟรีเลชั่นในไมโตคอนเดรียนั้นแยกจากกัน และเซลล์พบว่าตัวเองอยู่ในสภาพที่ขาดพลังงาน (เช่น ขาด ATP) ในเวลาเดียวกันแคลเซียมไอออนจะเข้าสู่ไซโตพลาสซึมซึ่งทำลายโครงสร้างเซลล์ ผลลัพธ์ที่สาม (และอาจสำคัญที่สุด) ของการเกิดเปอร์ออกซิเดชันคือความเสถียรของชั้นไขมันที่ลดลง ซึ่งอาจนำไปสู่การสลายทางไฟฟ้าของเมมเบรนด้วยศักยภาพของเมมเบรนของตัวเอง กล่าวคือ ภายใต้การกระทำของความต่างศักย์ไฟฟ้าที่มีอยู่ในเยื่อหุ้มเซลล์ที่มีชีวิต การพังทลายด้วยไฟฟ้าทำให้เกิดการสูญเสียเมมเบรนของฟังก์ชันกั้นอย่างสมบูรณ์

ความหลากหลายของหน้าที่ของโมเลกุลขนาดใหญ่ในเซลล์ถูกกำหนดโดยการจัดพื้นที่ของพวกมัน ดังนั้นงานที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งของชีวฟิสิกส์ระดับโมเลกุลคือการอธิบายพื้นฐานทางกายภาพสำหรับการก่อตัวของโครงสร้างเชิงพื้นที่และความจำเพาะทางชีวภาพ นี่หมายถึงความจริงที่ว่ากิจกรรมทางชีวภาพมีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเชิงพื้นที่ของโมเลกุลขนาดใหญ่

ในปัจจุบัน หลายระดับมีความโดดเด่นตามอัตภาพอย่างหมดจด - ระดับประถมศึกษา มัธยมศึกษา ระดับอุดมศึกษา และควอเทอร์นารี

โครงสร้างหลักของโมเลกุลขนาดใหญ่- ลำดับของการเชื่อมโยงในสายโซ่พอลิเมอร์ชีวภาพที่เชื่อมโยงกันด้วยพันธะโควาเลนต์ที่แรง ในโปรตีน นี่คือลำดับของกรดอะมิโน และใน NK คือลำดับของนิวคลีโอไทด์ โซ่ในโพลีเมอร์เกิดจากพันธะโควาเลนต์ที่แข็งแรง

โครงสร้างรองเป็นท้องถิ่น กล่าวคือ การสั่งซื้อในท้องถิ่นของแต่ละส่วนของชีวโมเลกุล (โครงสร้างที่สั่งของสายโซ่หลักของพอลิเมอร์ชีวภาพ)

ภายใต้โครงสร้างตติยภูมิเข้าใจการจัดวางเชิงพื้นที่โดยรวม โครงสร้างควอเทอร์นารี- เป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นการจัดเรียงเชิงพื้นที่ของสายโซ่โพลีเมอร์ที่มีการจัดระเบียบแบบกะทัดรัดหลายสาย ซึ่งเป็นสายโซ่ที่มีการก่อตัวของสารเชิงซ้อนซูปราโมเลคิวลาร์

โครงสร้างหมายถึงอะไร? โครงสร้างของโมเลกุลขนาดใหญ่- นี่เป็นวิธีการวางสายโซ่พอลิเมอร์ (โดยไม่ทำลายพันธะโควาเลนต์) เนื่องจากการก่อตัวของพันธะอ่อนจำนวนมากอันเป็นผลมาจากโครงสร้างเชิงพื้นที่ของโมเลกุลขนาดใหญ่ที่น่าพอใจและเสถียรที่สุดทางอุณหพลศาสตร์ การเปลี่ยนแปลงของพารามิเตอร์ทางสิ่งแวดล้อม (อุณหภูมิ, pH, ความแรงของไอออนิก, การกระทำของปัจจัยการทำให้เสียสภาพ) ทำให้เกิดการจัดเรียงโครงสร้างโมเลกุลของสารชีวโมเลกุลใหม่ด้วยการก่อตัวของโครงสร้างเชิงพื้นที่ใหม่ที่มีเสถียรภาพ

ปฏิสัมพันธ์ทุกประเภทระหว่างอะตอมโดยไม่คำนึงถึงลักษณะทางกายภาพของพวกมันในระหว่างการก่อตัวของพันธะโมเลกุลขนาดใหญ่สามารถแบ่งออกเป็น 2 ประเภทหลัก:

1. ปฏิสัมพันธ์ระยะสั้นระหว่างอะตอมของหน่วยใกล้เคียง (พันธะโควาเลนต์)

2. ปฏิสัมพันธ์ระยะยาวระหว่างอะตอมซึ่งแม้ว่าจะอยู่ห่างกันตามสายโซ่ แต่บังเอิญพบกันในอวกาศอันเป็นผลมาจากการโค้งงอของโซ่ (ปฏิกิริยาที่อ่อนแอ - แรง Van der Waals, แรงไม่ชอบน้ำ, ปฏิกิริยาไฟฟ้าสถิตและพันธะไฮโดรเจน)