Quimica Verde "Polimeros Sinteticos"
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Quimica Verde
"Polimeros Sinteticos"
En la química verde los polímeros sintéticos tienen un impacto muy grande ya que estos se centran en satisfacer muchas de nuestras necesidades como humanos, en esta investigación se conocerá mas el principio de los polímeros sintéticos el cómo se correlaciona la estructura de los polímeros con sus propiedades físicas los temas abordar son:Los polímeros de crecimiento en cadena o polímeros de crecimiento por pasos estos tienen crecimiento en los cuales su cadena se preparan para la polimerización.La estereoquímica de la polimerización: catalizadoresde ziegler-natta esta minimiza la cantidad deramificaciones de la cadena de polímeros y conduce a cadenas estereorregulares, los copolimeros estostienen propiedades distintas a la de los homopolimeroslas cuales son copolimeros injertados y copolimeros en bloque, los polímeros de crecimiento de pasos estos se preparan por las reacciones entre moléculasbifuncionales, la polimerización de la metátesis de olefinas y estructura y propiedades físicas de lospolímeros (polímeros biodegradables) los polímeros pueden clasificarse por sus propiedades físicas en cuatro grupos: termoplásticos, fibras, elastómeros, resinas termoendurecibles. Cada polímero tiene diferente función en colaboración a la química verde.
Polímeros Sintéticos
Molécula muy grande (macromolécula) constituida por la unión repetida de muchas unidades moleculares pequeñas (monómeros), generalmente orgánicas, unidas entre sí por enlaces covalentes y que se formó por reacciones de polimerización. (McMurry. 2012)
 ¿Qué aportación tienen los polímeros sintéticos en nuestras vidas? 
Las intervenciones que los
polímeros tienen en las necesidades humanas son una parte fundo mundo moderno
ya que se utilizan en todo, desde tazas de café hasta automóviles
y en ropa.
Asimismo, en medicina su importancia va en aumento para propósitos tan diversos
como marcapasos y válvulas cardiacas artificiales y saturas
biodegradable.
Los polímeros sintéticos se clasifican por
su método de síntesis como de
crecimiento en cadena o de crecimiento por pasos,
sus categorías son un
poco imprecisas, pero de todas maneras proveen una
distinción útil.
Polímeros de crecimiento en cadena
Estos se producen por polimerización de una reacción en una cadena en la que se adiciona un iniciador (ácido o base) a un enlace doble carbono-carbono de un sustrato insaturado (un monómero de vinilo). Para producir un intermediario reactivo. Este intermediario reacciona con una segunda molécula de monómero para producir un intermediario nuevo, al cual reacciona con una tercera unidad de monómero. (McMurry. 2012)
 Estereoquímica de la polimerización: catalizadores de ziegle-Natta.  Este polímero tiene todos los grupos metilo en el mismo lado del esqueleto en zigzag se llama isotactico; en el que tiene los grupos metilo alternados de manera regular en lados opuestos del esqueleto se conoce como sindiotactico y el que tiene los grupos metilos orientados aleatoriamente es atactico.
Las tres formas estereoquímicas distintas del polipropileno tienen propiedades diferentes y pueden prepararse al usar el catalizador correcto para la polimerización.
Los catalizadores de ziegler-Natta existen en varias formulaciones diferentes y son complejos y organometalicos de metales de transición. despues de su introduccion en 1953 sus catalizadores revolucionaron el campo de la quimica de los polimeros debido a dos ventajas:
1.los polímeros resultantes son lineales pueden producirse las
formas isotáctica, sindiotactica y atactica.
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Copolimeros
Los copolímeros se obtienen cuando dos o más monómeros diferentes se dejan polimerizar conjuntamente; por ejemplo, la copolimeracion del cloruro de vinilo con cloruro de vinilideno (1, 1-dicloroetileno) en una relación 1:4 conduce al polímero de Sarán.
La copolimerización de mezclas de monómeros con frecuencia conduce a materiales con propiedades muy diferentes a los de sus homopolímeros correspondientes, lo que da al químico especializado en polímeros gran flexibilidad para diseñar nuevos materiales.
Pueden definirse varios tipos de copolímeros distintos, dependiendo de la distribución de las unidades de monómero en la cadena; por ejemplo, si el monómero A se polimeriza con el monómero B, el producto resultante tiene una distribución aleatoria de las dos unidades a lo largo de la cadena o podría tener una distribución alternada.
Pueden prepararse en ciertas condiciones otras dos formas de copolímeros llamados copolímeros en bloque y copolímeros injertados.
Los copolímeros en bloque son aquellos en los que se alternan bloques diferentes de unidades de monómero idénticas; los copolímeros injertados son aquellos en los que las ramas del homopolímero de una unidad de monómero están injertadas en una cadena de homopolímero de la otra unidad de monómero.
Los copolímeros en bloque se preparan al iniciar la polimerización de un monómero como si fuera para el crecimiento de una cadena de homopolímero y al adicionar un exceso del segundo monómero a la mezcla de la reacción aun activa. Los copolímeros injertados se preparan por la irradiación gamma de una cadena de homopolímero terminada en presencia del segundo monómero. La irradiación de alta energía separa los átomos de hidrogeno de la cadena de homopolímero en puntos aleatorios, por lo que genera sitios de radicales libres que pueden iniciar la polimerización del monómero adicionado. (McMurry. 2012)
Polímeros de crecimiento por pasos
Los polímeros de crecimiento por pasos se producen por reacciones en las que cada enlace en el polímero se forma en pasos, independientemente de los otros. Al igual que las poliamidas y los poliésteres, la mayor parte de los polímeros de crecimiento por pasos se producen por la reacción entre dos reactivos bifuncionales.(McMurry. 2012)
Policarbonatos
Los policarbonatos son parecidos a los poliésteres, pero su grupo carbonilo esta unido a dos grupos -OR ; por ejemplo, el lexan es un policarbonato preparado a partir del carbonato de difenilo y un difenol llamado bisfenol A. el lexan tiene una resistencia al impacto extraordinariamente alta, lo que lo hace valioso para utilizarse en cubiertas protectoras para maquinaria, teléfonos, cascos de seguridad para montar bicicletas y vidrio antibalas. (McMurry. 2012)
Poliuretanos
Un uretano es un grupo funcional que contiene un carbonilo, en el que el carbono carbonílico esta único a un grupo -OR y a un grupo. Como tal un uretano tiene una estructura intermedia entre un carbonato y una urea.(McMurry. 2012)
Polimerización de la metátesis de olefinas
El avance más importante en la síntesis de polímeros en los últimos años ha sido el desarrollo de la polimerización de la metátesis de olefinas. En su forma más simple, una reacción de metátesis de olefinas es aquella en la que dos olefinas (alquenos) intercambian sustituyentes en sus dobles enlaces.
Catalizadores de metátesis de olefinas, tales como el catalizador de Grubbs de uso común, contienen un enlace doble carbón-metal (por lo general de rutenio, Ru) y tienen la estructura general M=CHR. Funcionan mediante la reacción reversible con un alqueno para formar un intercambio de cuatro miembros que contiene un metal llamado metalociclico, que de inmediato se abre para dar un catalizador y un alqueno diferentes.
Existen varios métodos para la aplicación de la reacción de metátesis de olefinas para preparar polímeros. Un método, llamado apertura de anillo de la metátesis por polimerización de ROMP, implica el uso de un ciclioalqueno moderadamente tenso, como el ciclopentano. La tensión del anillo favorece su apertura, impulsando así la formación del producto de cadena abierta.
El polímero resultante tiene enlaces dobles regularmente espaciados a lo largo de la cadena, permitiendo la hidrogenación o funcionalización si se desea.
Un segundo método de uso de metátesis de olefinas para preparar polímeros es por metátesis de dienos acíclicos, o ADMET. Como su nombre lo indica, la ADMET involucra la metátesis de olefinas de un sustrato de cadena abierta con dos enlaces dobles en los extremos de una cadena larga, tal como el1,8-nonadieno. A medida que avanza la reacción, subproducto etileno gaseoso escapa, impulsando así el equilibrio hacia el producto polímero. Tan eficiente en la reacción, que han sido preparados polímeros con pesos moleculares de hasta 80,000 uma.
Los procedimientos de ROMP y ADMET son particularmente valiosos debido a que la reacción de metátesis es compatible con la presencia en el monometro de olefina de muchos grupos funcionales diferentes. Además, los enlaces dobles de los polímeros permiten una flexibilidad aun mayor para otras manipulaciones. Entre los polímeros comerciales producidos por metátesis de olefinas está el Vestenamer, que se utiliza en la fabricación de neumáticos y otros objetos de goma moldeada, y el Norsorex, utilizado en la industria automovilística como un material de sellado.
Estructura y propiedades físicas de los polímeros
Los polímeros realmente no son tan diferentes de otras moléculas orgánicas, por supuesto, son mucho más grandes, pero su química es similar a la de moléculas pequeñas análogas. Por lo tanto, las cadenas de alqueno del polietileno experimentan una halogenacion iniciada por radicales, los anillos aromáticos del poliestireno experimentan reacciones típicas de sustitución electrofílica aromática y los enlaces amida de un nylon son hidrolizados por una base acuosa.
La diferencia principal entre las moléculas orgánicas pequeñas y grandes está en sus propiedades físicas; por ejemplo, su gran tamaño significa que los polímeros experimentan fuerzas de Van de Waals sustancialmente mayores que las que experimentan moléculas pequeñas, pero debido a que las fuerzas de Van der Waals solo operan a distancias pequeñas, son más fuertes que los polímeros parecidos al polietileno de alta densidad, en el que las cadenas empaquetarse de una forma regular. De hecho, muchos polímeros tienen regiones que son esencialmente cristalinas. Estas regiones, llamadas cristalitos, consisten en porciones altamente ordenadas en las que las cadenas de polímeros en zigzag se mantienen unidas por fuerzas de Van der Waals.
La cristalinidad del polímero se ve fuertemente afectada por los requerimientos estéricos de los grupos sustituyentes en las cadenas.
El poli (metacrilato de metilo) no es cristalino debido a que las cadenas no pueden empaquetarse estrechamente de una forma regular. Los polímeros con un grado elevado de cristalinidad son por lo general duros y durables. Cuando se calientan, las regiones cristalinas se fusionan a la temperatura de transitacion de fusión Tf, para dar un material amorfodo.
Cuando se calientan, el polímero amorfo duro se convierte en suave y flexible hasta un punto llamado temperatura de transición vítrea, Tv.
En general, los polímeros pueden dividirse en cuatro categorías principales, dependiendo de su comportamiento físico: Termoplásticos, Fibras, Elastómeros y Resinas termoendurecibles.
 Los termoplásticos son los polímeros en los que la gente piensa cuando se menciona la palabra plástico. Estos polímeros tienen una Tv alta y, por lo tanto, son duros a la temperatura ambiente pero se vuelven suaves y viscosos cuando se calientan; como resultado pueden moldearse en juguetes, cuentas, cubiertas para teléfono o cualquiera de los miles de otros artículos. Debido a que los termoplásticos tienen poco o ningún entrecruzamiento, las cadenas individuales pueden deslizarse una sobre otra en la fundición.
Las fibras son hilos delgados que se producen por extrusión de un polímero fundido a través de orificios pequeños en un molde de hilador. Las fibras se enfrían y estrían, lo cual orientan las regiones de cristalito a lo largo del eje de la fibra e imparte una resistencia a la tensión considerable. El nylon, el dacrón y el polietileno tienen la estructura semicristalina necesaria para estirarse en fibras orientadas.
Los elastómeros son polímeros amorfos que presentan la capacidad de estirarse y recuperar sus formas originales. Estos polímeros deben tener valores de Tv bajos y una pequeña cantidad de entrecruzamiento para evitar que las cadenas se deslicen unas sobre otras. Además, las cadenas deben de tener una forma irregular para evitar la formación de cristalinos. Cuando se estiran, las cadenas enrolladas al azar se extienden y orientan a lo largo de la dirección en la que fueron jaladas; sin embargo, las fuerzas de Van der Waals son muy débiles y escasas para mantener esta orientación, por lo que el elastómero vuelve a su estado de enrollamiento aleatorio cuando se libra de la fuerza de estiramiento.
Las resinas termoendurecibles son polímeros que se vuelven altamente entrecruzados y se solidifican en una masa dura e insoluble, cuando se calientan. La baquelita, una resina termoconducible producida por primera vez en 1907, ha estado en uso comercial por más tiempo que cualquier otro polímero sintético. Se utiliza ampliamente en partes moldeadas, adhesivos, recubrimientos e incluso en aplicaciones que requieren resistir elevadas temperaturas como los conos de nariz de los misiles.
Conclusion
La razón por la cual se han estudiado los materiales poliméricos se debe principalmente a su generación y a sus posibles aplicaciones. En nuestros días uno de los objetivos en su síntesis es la reducción de las fuentes de contaminación para solucionar los problemas ambientales que existen a causa de su producción y desecho.
Por esta razón, el desarrollo de macromoléculas más verdes aportará nuevas rutas sintéticas que coadyuven en la disminución de los contaminantes. Para ello es necesario estudiar minuciosamente el proceso de fabricación del polímero y el mecanismo de degradación, ya que esta propiedad permitirá que no se acumulen más desechos plásticos y así los niveles de polución de suelos se reduzcan de manera considerable; además, permitirá la utilización de estos materiales en distintas áreas, como las biomédicas.
GLOSARIO
Metátesis: Intercambio de átomos entre dos moléculas
Catalizador: Sustancia que acelera o retarda una reacción química sin
participar en ella
Amorfo: No tiene una forma definida
Entrecruzamiento: Acción de entrecruzar o entrecruzarse
Extrusión: Acción de moldeado del plástico
BIBLIOGRAFIA
McMurry, J. (2012). Química Orgánica (8th ed.). México: CENGAGE Learning.
link donde encontrar mas informacion. http://www.posgradoeinvestigacion.uadec.mx/CienciaCierta/CC26/8verde.html http://www.redalyc.org/pdf/4435/443543706009.pdf |
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