Александр Артеменко - Удивительный мир органической химии

Для изготовления искусственного хрусталика глаза нашли применение полиметилметакрилат и биологически инертные кремнийорганические полимеры.

При авариях на транспорте или несчастных случаях на производстве для спасения человека часто требуются большие количества крови. Причем восполнить потерю крови необходимо немедленно, еще по пути в больницу. Хорошо, если в тот момент имеется достаточное количество крови, а если ее нет? Известно, что потеря человеком половины крови приводит к смерти. Но это происходит не из-за уменьшения числа эритроцитов, а в результате падения кровяного давления. Кровообращение замедляется, температура тела падает, нарушается обмен веществ, наступает кислородное голодание центральной нервной системы. Это приводит к остановке дыхания и сердца. Вот тут и приходят на помощь кровезаменители. В качестве таких заменителей применяют высокомолекулярные химические соединения, которые по физико-химическим свойствам близки к плазме крови. Такими соединениями являются поливиниловый спирт и поливинилпирролидон. Но, к сожалению, они не могут связывать кислород. Поэтому сейчас идет поиск таких кровезаменителей, которые могли бы связывать кислород и доставлять его к клеткам организма, а из организма выводить оксид углерода (IV). Среди полимеров-кровезаменителей появились и такие, которые не только заменяют на короткое время кровь, но и лечат. В молекулы таких соединений вводятся лекарственные препараты, способные излечивать туберкулез, склероз и другие заболевания. Получены сочетания полимеров-кровезаменителей с антибиотиками и противораковыми препаратами. Образуя устойчивые водные растворы, они совмещаются с кровяной плазмой и не оказывают на живой организм отрицательного воздействия. Так решается задача использования полимеров в качестве пролонгаторов — средств, продлевающих действие лекарств.

Полимерные материалы применяют для создания сложных медицинских приборов (аппараты «искусственное сердце» — автоматы искусственного кровообращения (АИК), «искусственная почка» и др.). А кто не знает о шприцах одноразового пользования? Они были сконструированы еще в 1928 г. Но массовое применение нашли только в 1954 г., когда их использовали в США при вакцинации 3 млн детей. Шприцы одноразового пользования настолько быстро вошли в медицинскую практику, что сразу же потеснили шприцы традиционные — стеклянные. А разве можно не упомянуть о хирургическом шовном материале, который легко стерилизуется, а после операции бесследно рассасывается в тканях организма?

С каждым годом расширяется перечень полимерных материалов, используемых в медицине. Это — полиэтилен низкого давления, пенополиуретан, эпоксидные, полиэфирные и кремнийорганические полимеры. Нашли применение и специальные клеи, которые при хирургических операциях могут склеивать ткани, заменяя шовный материал. Не отказались в медицине и от обычной резины: от спринцовки и грелки до специальной резиновой надувной кровати для больных с обширными ожогами.

Можно ли, рассказывая об успехах органической химии, не остановиться на соединениях, без которых человек уже не может обойтись? С такими соединениями знакомы все — от самых маленьких до пожилых, от домохозяек до специалистов многих отраслей промышленности. Эти соединения называют синтетическими полимерными материалами или проще — полимерами.

С такими соединениями мы уже встречались на страницах этой книги. Но сейчас поговорим о них подробнее.

Итак, что же такое полимер?

Полимеры — это органические соединения (есть и неорганические), которые имеют высокую молекулярную массу. Полимеры обладают особыми свойствами.

У синтетических органических полимеров своя история. Она началась в 1869 г., когда на основе нитратов целлюлозы американский изобретатель Джон Уэсли Хайятт (1837-1920) получил первую синтезированную пластмассу — целлулоид. В Нью-Йорке была даже построена в 1872 г. специальная целлулоидная фабрика. Затем последовало открытие бельгийского химика Л. Бакеланда, который синтезировал в 1907 г. из фенола и формальдегида полимер, названный в его честь бакелитом. В 1932 г. другой химик, американец Уоллес Хьюм Карозерс (1896-1937), синтезировал хлоропреновый каучук (неопрен) и полиамид — найлон.

Первые синтетические полимеры были получены, как правило, случайно. Поэтому о строении молекул этих соединений в ту пору было очень мало известно. Например, еще в 1926 г. ведущие химики мира вели спор о том, могут ли вообще существовать огромные молекулы, из которых, как выяснилось позже, построены полимерные соединения.

Первый, кто начал основательно изучать строение полимеров, был немецкий химик Герман Штаудингер (1881-1965). Ему удалось раскрыть общий принцип построения многих высокомолекулярных природных и синтетических веществ. Этот же ученый наметил пути их исследования и синтеза. Дальнейшее развитие химии полимеров обязано исследованиям ученых многих стран, в том числе и отечественных (Валентин Александрович Каргин (1907-1969), Павел Полиевктович Шорыгин (1881-1939), Василий Владимирович Коршак (1909-1988), Сергей Сергеевич Медведев (1891-1970) и др.).

Главной особенностью строения макромолекул полимерных соединений является многократное повторение в них структурных единиц, которые называются мерами (элементарными звеньями). Макромолекулярное соединение, в котором содержится большое число таких меров, и есть полимер. Например, полиэтилен состоит из множества остатков молекул этилена.

Макромолекулу полиэтилена можно изобразить и более короткой формулой: [—СН 2—СН 2—] n, где п — степень полимеризации (т. е. сколько раз в огромной цепи макромолекулы повторяется группа —СН 2—СН 2—). Структурная единица —СН 2—СН 2— называется мером или элементарным звеном. Молекула этилена в данном случае является мономером, из которого образуется полимер (полиэтилен). Полимерное соединение, состоящее из множества остатков мономеров (меров, или элементарных звеньев), напоминает очень длинный железнодорожный состав с тысячами вагонов. Каждый из таких «вагонов» — мер. Такой «состав» (полимер) настолько длинный, что добавление к нему даже десятка «вагонов» (меров) не вызывает заметного изменения в его поведении.

Существуют различные по строению макромолекулы. Если продолжить сравнение макромолекулы с длинным железнодорожным составом, то он может состоять из одинаковых или разных «вагонов» (т. е. из одинаковых или разных меров). Полимер, состоящий из остатков одинаковых мономеров, называется гомополимером (от греч. гомо — равный, одинаковый).