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Polimeri Organici Sintetici e Naturali

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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