Физические методы исследования полимеров. Шестаков А.С. - 36 стр.

UptoLike

Составители: 

36
Г . В непредельных или ароматических системах углеводородная
цепь предпочтительно разрывается согласно правилу «β -разрыва» (в β-
положении к двойной связи или ароматическому ядру), например:
СН
2
=СН-СН
2
-СН
2
-СН
3
СН
2
=СН-СН
2
+
.
Д . Связи С -Х, С -О и С -N расщепляются легче, чем связи С -С , но ин-
тенсивный пик, соответствующий отщеплению гетероатома, присутствует
только в спектрах галогенпроизводных. При лёгком разрыве связей С-О и
С-N положительный заряд предпочтительно локализуется на гетероатоме и
пик, соответствующий отрыву гетероатома, например пик иона (М ОН)
+
или (М NН
2
)
+
, в масс-спектрах практически не проявляется.
Е . В соединениях, содержащих гетероатом, разрыв связи С -С наибо -
лее легко осуществляется в
α
- положении к углеродному атому, связанному
с героатомом, так как в этом случае положительный заряд легко
локализуется на гетероатоме :
(R-CH
2
-OH)
+
+
CH
2
-OH CH
2
=
+
OH.
Ж . Если исследуемое вещество способно к внутримолекулярным ре -
акциям , то в условиях электронного удара имеет место фрагментация по
типу перегруппировки . Наиболее характерные из таких перегруппировок:
дегидратация спиртов, отщепление галогеноводородов от галогеналканов ,
декарбоксилирование карбоновых кислот .
Для снятия масс-спектра вещество необходимо перевести в газооб-
разное состояние . Разумеется, полимеры не могут быть введены в ионный
источник масс- спектрометра, однако ценную информацию можно полу-
чить, исследуя продукты их разложения. На рис.36 приведены схемы уста-
новок по изучения термо- и механодеструкции различных полимеров с ис-
пользованием времяпролётного масс- спектрометра. По составу летучих
продуктов деструкции можно судить о механизме реакций распада и их
кинетике . По набору продуктов термической деструкции, оцениваемому
по масс- спектрам, можно идентифицировать полимеры и сополимеры. Как
правило, для этого используется метод «отпечатков пальцев».
По составу продуктов деструкции можно оценить структуру поли-
мера. Так, анализ продуктов пиролиза сополимера
тетрафторэтилена и трифторнитрозометана показал
наличие CF
3
N=CF
2
и COF
2
в эквимолекулярных ко -
личествах. Эти результаты подтвердили структуру
сополимера:
В некоторых случаях по продуктам пиролиза можно оценить микро-
структуру полимера. Так, масс- спектрометрия продуктов пиролиза поли-
хлортрифторэтилена [-CClF CF
2
-]
n
показала, что все пики можно рас-
сматривать как осколки С
2
ClF
3
. Среди основных ионов не было таких, ко -
торые содержали бы два атома хлора. Эти данные свидетельствовали о
том, что деструкция происходит исключительно в виде цепной реакции,
приводящей к образованию мономера, а также о том, что полимер содер-
N
CF
3
O
F
2
C
C
F
2
n
                                          36
        Г . В не пре де льных или аромат ич е ских сист е мах угле в одородная
ц е пь пре дпоч т ит е льно разрыв ае т ся согласно прав илу «β-разрыв а» (в β-
полож е нии кдв ойной св язи или аромат ич е скому ядру), наприме р:
                      С Н2=С Н-С Н2-С Н2-С Н3 → С Н2=С Н-С Н2+.
        Д . С в язи С -Х, С -О и С -N расще пляю т сяле гч е , ч е м св язи С -С , но ин-
т е нсив ный пик, соот в е т ст в ую щий от ще пле нию ге т е роат ома, присут ст в уе т
т олько в спе ктрах галоге нпроизв одных. При лё гком разрыв е св язе й С -О и
С -N полож ит е льный заряд пре дпоч т ит е льно локализуе т сяна ге т е роат оме и
пик, соот в е т ст в ую щий от рыв у ге т е роат ома, наприме р пикиона (М – О Н)+
или (М – NН2)+, в масс-спе ктрах практич е ски не прояв ляе т ся.
        Е . В сое дине ниях, соде рж ащих ге т е роат ом, разрыв св язи С -С наибо-
ле е ле гко осуще ст в ляе т сяв α-полож е нии кугле родному ат ому, св язанному
с ге роат омом, т ак как в эт ом случ ае полож ит е льный заряд ле гко
локализуе т сяна ге т е роат оме :
                       (R-CH2-OH)+• → +CH2-OH → CH2=+OH.
        Ж . Е сли иссле дуе мое в е ще ст в о способно кв нут римоле кулярным ре -
акц иям, т о в услов иях эле ктронного удара име е т ме ст о фрагме нт ац ия по
т ипу пе ре группиров ки. Наиболе е характе рные из т аких пе ре группиров ок:
де гидрат ац ия спирт ов , от ще пле ние галоге нов одородов от галоге налканов ,
де карбоксилиров ание карбонов ых кислот .
        Д ля снят ия масс-спе ктра в е ще ст в о не обходимо пе ре в е ст и в газооб-
разное сост ояние . Разуме е т ся, полиме ры не могут быт ь в в е де ны в ионный
ист оч ник масс-спе ктроме т ра, однако ц е нную информац ию мож но полу-
ч ит ь, иссле дуяпродукты их разлож е ния. На рис.36 прив е де ны схе мы уст а-
нов окпо изуч е ният е рмо- и ме ханоде ст рукц ии различ ных полиме ров с ис-
пользов ание м в ре мяпролё т ного масс-спе ктроме т ра. По сост ав у ле т уч их
продуктов де ст рукц ии мож но судит ь о ме ханизме ре акц ий распада и их
кине т ике. По набору продуктов т е рмич е ской де ст рукц ии, оц е нив ае мому
по масс-спе ктрам, мож но иде нт ифиц иров ат ь полиме ры и сополиме ры. К ак
прав ило, дляэт ого используе т сяме т од «от пе ч ат ков пальц е в ».
        По сост ав у продуктов де ст рукц ии мож но оц е нит ь ст руктуру поли-
ме ра. Так, анализ продуктов пиролиза сополиме ра                    CF3
т е т рафт орэт иле на и т рифт орнит розоме т ана показал                    F2
налич ие CF3N=CF2 и COF2 в эквимоле кулярных ко-                     N        C
лич е ст в ах. Э т и ре зульт ат ы подт в е рдили ст руктуру             O         C
                                                                                       n
                                                                                   F2
сополиме ра:
        В не кот орых случ аях по продуктам пиролиза мож но оц е нит ь микро-
ст руктуру полиме ра. Так, масс-спе ктроме т рия продуктов пиролиза поли-
хлорт рифт орэт иле на [-CClF – CF2-]n показала, ч т о в се пики мож но рас-
смат рив ат ь какосколки С 2ClF3. С ре ди основ ных ионов не было т аких, ко-
т орые соде рж али бы дв а ат ома хлора. Э т и данные св иде т е льст в ов али о
т ом, ч т о де ст рукц ия происходит исклю ч ит е льно в в иде ц е пной ре акц ии,
прив одяще й кобразов анию мономе ра, а т акж е о т ом, ч т о полиме р соде р-