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Polimeri Organici Sintetici e Naturali
Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.
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Un polimero è un composto molecare ad alto peso molecolare costituito da unità chimiche ripetute.
Polimeri naturali
• Proteine
• Acidi Nucleici
• Cellulosa
• Gomma
Polimeri sintetici
• Nylon
• Dacron
• Lucite Silverstone®: polytetrafluoroethylene
Tyvek
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La semplice unità ripetitiva di un polimero è il monomero.
Omopolimero è un polimero fatto da un solo tipo di monomero
( CF2 CF2 )n
Teflon
( CH2 CH2 )n
Polyethylene
( CH2 CH )n
Cl
PVC
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Copolimero è un polimero fatto da due o più monomeri
Gomma Stirene-butadiene
( CH CH2 CH2 CH CH CH2 )n
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Gruppi R nello stesso lato della catena
Isotattico
Gruppi R alternati da una lato all’altro Sindiotattico
Gruppi R disposti casualmente
Atattico
Stereoisomeri dei Polimeri
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Polimerizzazione: reazioni di Addizione
• Coinvolge composti isaturi contenenti doppi o tripli legami • Particolarmente C=C e C≡C • Esempi: − Idrogenazione − Reazione di alogenuri di idrogeno ed alogeni con alcheni ed alchini − Polimerizzazioni
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Meccanismo della polimerizzazione per addizione
iniziatore
monomero
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Vulcanizzazione: Proprietà della gomma
Prima della vulcanizzazione dopo vulcanizzazione
Rilassato dopo lo stiramento
stirato
cross-links di zolfo
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Polimerizzazione: reazioni di Condensazione
Polimeri Condu-ori
Cosa rende il materiale condu-ore?
Ethylene C2H4 H-(CH=CH)-H -103,7 °C - 169 °C
Butadiene C4H6 H-(CH=CH)-(CH=CH)-H - 4,4 °C - 108,9 °C
Hexatriene C6H8 H-(CH=CH)-(CH=CH)-(CH=CH)-H 78 °C - 12 °C
Octatetraene C8H10 H-(CH=CH)4-H + 50 °C
...
Polieni Poliace3lene
La condizione per la conduzione:
La prima condizione è la presenza di legami singoli e doppi alterna3, chiama3 doppi legami coniuga3.
La teoria dei solitoni
Poliace3leni Con un numero pari di atomi di carbonio
Poliace3leni Con un numero dispari di atomi di carbonio
Mol. Phys. 5, 15 (1962)
The existence of misfits should by no means be limited to odd polyenes. One can conceive of a series of such misfits, at regular distances, in a large even polyene.
Such unpaired electrons may be detectable by electron spin resonance. The defect is able to travel through the molecule since its mo=on depends only on a small displacement of one carbon atom. This is illustrated in Figure 3. (p.19)
A strong concentra3ons of spins – one per 5000 atoms at room temperature has been observed by ESR in extremely long even conjugated polymers [M. Nechstein, J. Polymer Sci. C1, 1367-‐1376 (1963)]
La conducibilità può essere aumentata o per rimozione di ele-roni (ossidazione) o per iniezione degli stessi (riduzione) nel polimero . Il processo è conosciuto come Doping (drogaggio).
• Ci sono due 3pi di doping: 1-‐ossidazione con alogeni (o p-‐doping).
(CHn) + 3x/2 I (CHn)+ + I3-‐
2-‐ Riduzione con metalli alcalini (n-‐doping).
(CHn) + xNa (CHn)x-‐ + xNa+
PA+ p-‐doping ossida3vo Conduzione senza spin
PA-‐ n-‐doping ridu_vo Conduzione senza spin !
CH[ ]n +3x2
I2 " CH[ ]n
x+ + x I3#
!
CH[ ]n + x Na " CH[ ]n
x# + x Na+
!
" e "# $ $ $
!
+ e "# $ # #
!!! If mobile, conduc3vity without spin
PA PA drogato
Drogaggio • Il doping mediante alogeni trasforma il poliace3lene in un buon condu-ore.
DOPING • Il poliace/lene drogato è confrontabile a buoni condu8ori metallici
come rame e argento, mentre nella sua forma originale è un semicondu8ore.
La Conducibilità di polimeri condu8ori confrontata con quella di altri materiali, dal quarzo (isolante) al rame (condu8ore). I Polimeri possono anche avere conducibilità corrisponden/ a quelle dei semicondu8ori.
Photographic Film
smart" windows Shield for computer screen against electromagne3c "smart" windows radia3on
Light-‐emi_ng diodes Solar cell
Esempi di polimeri condu-ori
Applicazioni ⇒ Ele-ronica in plas3ca Polianilina
condu-ore schermo ele-romagne3co di circui3 ele-ronici inibitore di corrosione
Poly(ethylendioxythiophene) – PEDOT
an3sta3co di emulsioni fotografiche materiale ele-rodico in PLED
Poly(phenylene vinylidene)
strato a_vo in schermi ele-roluminescen3 (GSM) Poly(dialkylfluorene)
Strato emissivo in full-‐colour matrici video Poly(thiophene)
FET Poly(pyrrole)
Materiale "stealth" (radar-‐invisible) Film so_le in sensori
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• Chiamati polipeptidi • Giocano un ruolo chiave in quasi tutti i processi biologici − Trasporto di materiali − conservazione di sostanze vitali − Enzimi, i catalizzatori delle reazioni biochimiche − moto coordinato − supporto meccanico − Protezione contro le malattie.
Proteine Le Proteine sono polimeri di amino acidi
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Gli Ammino acidi sono le unità strutturali delle proteine.
• Contengono almeno un gruppo amminico (-NH2)
• ed almeno un gruppo carbossilico (-COOH)
• La forma è pH dipendente
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Gli Ammino acidi sono uniti in una proteina per formazione di legami peptidici
+H3N C C N C C O- + H2O
H
R1
H
R2
O O
H
+H3N C C O- + +H3N C C O-
H
R1
H
R2
O O
Peptide (amide) bond
Dipeptide – contiene due residui ammino acidici
planar
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20 amminoacidi possono formare 202 o 400 dipeptidi.
Proteine con 50 residui amminoacidici possono essere combinati in 2050 o 1065 modi.
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Catena Polipeptidica: ripetizione di legami ammidici
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Carbon
Nitrogen
Oxygen
R group
Hydrogen
La struttura è tenuta insieme da legami idrogeno intramolecolari (………)
Struttura delle Proteine: α-elica
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I legami idrogeno in β-sheets parallele ed antiparallele
Struttura delle Proteine: β-Sheets
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primary structure
Struttura delle Proteine
secondary structure
tertiary structure
quaternary structure
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Struttura delle Proteine
Forze Intramolecolari in una Proteina
ionic forces
ionic forces
hydrogen bonds dispersion
forces
dispersion forces
dispersion forces
dipole-dipole forces
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Struttura delle Proteine
I cambi strutturali che avvengono quando l’ossigeno si lega ad un gruppo eme nell’emoglobina.
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Proteine denaturate: non hanno più la normale attività biologica.
La denaturazione può essere causata dal pH, denaturanti (reagenti speciali) o la temperatura
Può essere reversibile o irreversibile
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Acidi Nucleici
Gli acidi nucleic sono polimeri ad alto peso molecolare che giocano un ruolo essenziale nella sintesi delle proteine.
1. Acido Deossiribonucleico (DNA)
2. Acido Ribonucleico (RNA)
La molecola del DNA ha 2 eliche. Ciascuna di esse è formata di nucleotidi.
Electronmicrograph of DNA
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I Componenti degli Acidi Nucleici DNA e RNA
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Formazione delle coppie di Basi Adenine - Timina e Citosina - Guanina