Полимеры с топологическими (механическими) связями.

[Alex Ferrum]

Существуют ли полимеры, состоящие из относительно небольших молекул соединённых между собой топологической (механической) связью. Например цепь, состоящая из колец циклоалкана (CH₂)₅₀? Или какие-либо другие? Интересно, как топологические связи могли бы влиять на свойства данных полимеров (если они хотя бы теоретически возможны)?

[Вадим Вергун]

Вы про катенаны? 

[Alex Ferrum]

@Вадим Вергун совершенно верно. Только не тот случай, когда две кольцевые молекулы соединены топологической связью, а случай когда несколько сот или даже тысяч кольцевых молекул соединены топологической связью и образуют цепь. 

[Alex Ferrum]

Вообще, если более развёрнуто говорить, то интересуют свойства полимера, который по структуре как алмаз, только вместо атомов углерода там молекулы с четырьмя кольцевыми группами, которые образуют с соседними молекулами четыре связи, как атомы углерода в алмазе, но не химические, а топологические. Интересуют свойства данного полимера. По идее он должен иметь низкую плотность, легко растягиваться и сжиматься как резина и при этом иметь сверхвысокую прочность (как мне кажется). Если у кого есть идеи и мнение по этому поводу - поделитесь! 

[chemister2010]

Самый длинный катенан - это разветвленный [130]катенан, состоящий из 130 продетых друг в друга колец. Он получен в 2017 году («Science», 2017, doi: 10.1126/science.aap7675).

[dmr]

31.05.2023 в 22:50, chemister2010 сказал:

Самый длинный катенан - это разветвленный [130]катенан, состоящий из 130 продетых друг в друга колец. Он получен в 2017 году («Science», 2017, doi: 10.1126/science.aap7675).

Это по идее, уже полимер, учитывая молярную массу самих звеньев. И что он из себя представляет, как в статье описаны его свойства?

[москатель]

31.05.2023 в 14:52, Alex Ferrum сказал:

когда несколько сот или даже тысяч кольцевых молекул соединены топологической связью и образуют цепь.

Определение IUPAC:

Взаимопроникающая полимерная сеть (IPN): полимер, содержащий две
или более сетей, которые по меньшей мере частично переплетены на молекулярном уровне
, но не ковалентно связаны друг с другом и не могут быть разделены, если не будут разорваны химические
связи.

Примечание: Смесь двух или более предварительно сформированных полимерных сетей не является IPN.

Я синтезировал две сетки механически связанные друг с другом - взаимопроникающие сетки силикона и полимера эпоксидных смол. Доказывал их наличие по слиянию пиков Т ст (по tg мех/потерь) в одно общее плато.

 

31.05.2023 в 17:39, Alex Ferrum сказал:

По идее он должен иметь низкую плотность, легко растягиваться и сжиматься как резина и при этом иметь сверхвысокую прочность (как мне кажется).

Что за идея? Поделитесь, пожалуйста.

[Alex Ferrum]

В 31.05.2023 в 16:39, Alex Ferrum сказал:

Вообще, если более развёрнуто говорить, то интересуют свойства полимера, который по структуре как алмаз, только вместо атомов углерода там молекулы с четырьмя кольцевыми группами, которые образуют с соседними молекулами четыре связи, как атомы углерода в алмазе, но не химические, а топологические........

@москатель низкую плотность предположительно можно аргументировать неплотной упаковкой молекул, расстояние между которыми не очень большое.

Лёгкое растяжение и сжатие может быть следствием лёгкого перемещения колец продетых друг в друга относительно друг друга. 

Сверхвысокая прочность может быть обусловлена тем, что для того чтобы разорвать или разрезать образец требуется разорвать множество химических связей.

Другое дело, что возможно ли будет когда-нибудь синтезировать данное вещество?

Изменено 4 Июня, 2023 в 11:31 пользователем Alex Ferrum
Очепятка

[москатель]

04.06.2023 в 15:30, Alex Ferrum сказал:

Лёгкое растяжение и сжатие

Увы. Механизмы "лёгкого" растяжения и сжатия разнятся. Две природные белковые резины: абдуктин и резилин, находящиеся в крайне полярных отношениях друг к другу по этим параметрам, хорошо иллюстрируют это. Модули сжатия и растяжения у "нормальных" веществ равны модулю Юнга. А у полимеров - нет. Высокую эффективность при растяжении/ возврате достигают, например, повышением модуля отдельных фрагментов цепи. Причём модулированные участки должны чередоваться с аморфными, немодулированными. Да ещё и апериодически... .

А для сжатия/возврата иного механизма, кроме энтропийного я не усмотрел. Что бы резина эффективно работала, например, прокладкой, манжетой нужен элемент, увеличивающий свободу цепей полимеров. То есть, свобода - это повышение энтропии)) А что бы растягивалась и обратно без потерь возвращалась - нужен порядок, "жёсткая дисциплина"))

04.06.2023 в 15:30, Alex Ferrum сказал:

Сверхвысокая прочность

А что Вы прочностью считаете? Сопротивление разрыву? А прочная резина при растяжении закристаллизуется фрагментарно - разрыв выдержит, но с эластичностью будут проблемы. И зачем прочность такой ценой? Прочность ПУ (тьфу-тьфу - упомянул - сейчас ПУ Джо прибежит, начнёт писать фразы, начинающиеся с "Не")) до некоего предела - норм, а потом: хренак! И он не развалился, но и не восстанавливается боле.

 

04.06.2023 в 15:30, Alex Ferrum сказал:

разорвать или разрезать образец

Самозалечивание? Но, это при мех/воздействии на полимер каким-то травмирующим предметом.

 

04.06.2023 в 15:30, Alex Ferrum сказал:

Другое дело, что возможно ли будет когда-нибудь синтезировать данное вещество?

Вам взаимопроникающие сетки не глянулись? А соединения супрамолекулярной химии - всякие молекулярные комплексы, типа "книжная полка" и пр? Их не химические и не водородные связи держат. Сильная разновидность вандерваальсовых - силы Лондона. Собственно, это тоже соединения, разрыв которых затруднён из-за топологии. Да! Я модели когда строил - видел, что отдельные фрагменты конструкции, которые мы запускали в сетку присоединяя, а потом отсоединяя, образуют заключённые в сетку молекулы - узники)) Карцеранды - так подобные называют. Вы практический интерес имеете к подобным структурам или просто познавательный?

04.06.2023 в 15:30, Alex Ferrum сказал:

разорвать или разрезать образец требуется разорвать множество химических связей.

Межмолекулярный разрыв образца не рассматриваете?

[Alex Ferrum]

@москатель у меня скорее познавательный интерес.