X. TỔNG HỢP POLYME
X. TỔNG HỢP POLYME
PHÂN HỦY SINH HỌC
PHÂN HỦY SINH HỌC
X.1:LÝ THUYẾT CHUNG VỀ TỔNG HỢP
X.1:LÝ THUYẾT CHUNG VỀ TỔNG HỢP
POLYME
POLYME
Tương tự như polyme truyền thống, polyme phân
Tương tự như polyme truyền thống, polyme phân
hủy sinh học cũng được tổng hợp dựa trên các
hủy sinh học cũng được tổng hợp dựa trên các
phản ứng chính là
phản ứng chính là
Trùng hợp
Trùng hợp
và
và
Trùng ngưng
Trùng ngưng
.
.
Hiện nay, khi khoa học và công nghệ NANO phát
Hiện nay, khi khoa học và công nghệ NANO phát
triển, trong tổng hợp vật liệu nano y sinh còn
triển, trong tổng hợp vật liệu nano y sinh còn
xuất hiện các phương pháp tổng hợp khác như
xuất hiện các phương pháp tổng hợp khác như
Tự lắp ráp
Tự lắp ráp
(TLR).

thành cấu trúc của tất cả các đại phân tử sinh
thành cấu trúc của tất cả các đại phân tử sinh
học và ảnh hưởng đến tương tác của chúng với
học và ảnh hưởng đến tương tác của chúng với
các phân tử khác.
các phân tử khác.

Tất cả các phân tử sinh học, bao gồm peptide và
Tất cả các phân tử sinh học, bao gồm peptide và
protein, tương tác và tự tổ chức thành các cấu
protein, tương tác và tự tổ chức thành các cấu
trúc xác định, có chức năng. Bằng cách quan sát
trúc xác định, có chức năng. Bằng cách quan sát
quá trình các cấu trúc siêu phân tử lắp ráp trong
quá trình các cấu trúc siêu phân tử lắp ráp trong
tự nhiên, chúng ta có thể bắt đầu khai thác sự
tự nhiên, chúng ta có thể bắt đầu khai thác sự
TLR để tạo ra những vật liệu tổng hợp hoàn toàn
TLR để tạo ra những vật liệu tổng hợp hoàn toàn
mới. DNA, peptide và protein là các khối cấu
mới. DNA, peptide và protein là các khối cấu
trúc đa tác dụng để lắp ráp các vật liệu.
trúc đa tác dụng để lắp ráp các vật liệu.

Tự nhiên luôn sử dụng chúng như các bộ khung
Tự nhiên luôn sử dụng chúng như các bộ khung
để tạo ra rất nhiều loại vật liệu khác nhau
để tạo ra rất nhiều loại vật liệu khác nhau
(collagen, keratin…).
(collagen, keratin…).

OHRRCOOH
HOHRCOOR
CC
CC
K
'
'
⋅
⋅
=
OHCOOH
HOHCOO
CC
CC
K
⋅
⋅
=

Động học của phản ứng trùng ngưng cũng như
Động học của phản ứng trùng ngưng cũng như
động học của hợp chất thấp phân tử đơn chức và
động học của hợp chất thấp phân tử đơn chức và
hằng số cân bằng của trùng ngưng cũng không
hằng số cân bằng của trùng ngưng cũng không
phụ thuộc vào khối lượng phân tử của polyme.
phụ thuộc vào khối lượng phân tử của polyme.

Trong phản ứng cân bằng, để chuyển dịch cân
Trong phản ứng cân bằng, để chuyển dịch cân

Nếu đặt:

No = số phân tử của hợp chất hai chức ban
No = số phân tử của hợp chất hai chức ban
đầu bằng số nhóm chức X và Y
đầu bằng số nhóm chức X và Y

N = số phân tử polyme bằng số nhóm chức
N = số phân tử polyme bằng số nhóm chức
X và Y còn lại lúc kết thúc phản ứng
X và Y còn lại lúc kết thúc phản ứng

Na = số phân tử của chất thấp phân tử a ở
Na = số phân tử của chất thấp phân tử a ở
trạng thái cân bằng
trạng thái cân bằng

Nz = (N0 – N) = số liên kết Z tạo thành
Nz = (N0 – N) = số liên kết Z tạo thành

f = độ chức trung bình của monome trong
f = độ chức trung bình của monome trong
hỗn hợp
hỗn hợp

Số lượng nhóm chức trong hỗn hợp ban đầu
Số lượng nhóm chức trong hỗn hợp ban đầu
là f.No.
là f.No.


x ⋅−=−=
−
=

Độ trùng hợp trung bình làĠ, để thu được
Độ trùng hợp trung bình làĠ, để thu được
N phân tử polyme cần có NĮ phân tử
N phân tử polyme cần có NĮ phân tử
monome, do đó:
monome, do đó:
NPN ⋅=
−
0
−
=
P
N
N 1
0

Sự tương quan giữa Ġ và x là:
Sự tương quan giữa Ġ và x là:
fx
P
⋅−
=
−
2
2


−
=
N
N
N
N
N
NN
K
a

và tỷ lệ Na/No là số mol sản phẩm phụ tách
và tỷ lệ Na/No là số mol sản phẩm phụ tách
ra ở một mắt xích monome và ký hiệu bằng
ra ở một mắt xích monome và ký hiệu bằng
n
n
a
a
và N/N
và N/N
o
o
= 1į nên có phương trình
= 1į nên có phương trình2
1
1

căn bậc hai của hằng số cân bằng và tỷ lệ
nghịch với căn bậc hai của độ mol sản phẩm
nghịch với căn bậc hai của độ mol sản phẩm
thấp phân tử của phản ứng.
thấp phân tử của phản ứng.

Từ các phương trình trên có thể rút ra
Từ các phương trình trên có thể rút ra
những nhân tố ảnh hưởng của phản ứng
những nhân tố ảnh hưởng của phản ứng
trùng ngưng cân bằng:
trùng ngưng cân bằng:

Nồng độ monome: tốc độ trùng ngưng tăng
Nồng độ monome: tốc độ trùng ngưng tăng
khi tăng nồng độ monome. Hằng số cân
khi tăng nồng độ monome. Hằng số cân
bằng không phụ thuộc vào nồng độ
bằng không phụ thuộc vào nồng độ
monome nhưng tăng nồng độ monome thì
monome nhưng tăng nồng độ monome thì
thời gian tạo cân bằng rút ngắn hơn và thu
thời gian tạo cân bằng rút ngắn hơn và thu
được polyme có khối lượng phân tử cao
được polyme có khối lượng phân tử cao
hơn.
hơn.

Nhiệt độ: nhiệt độ làm tăng hằng số cân
Nhiệt độ: nhiệt độ làm tăng hằng số cân

tính đương lượng của monome. Sự dư một trong
tính đương lượng của monome. Sự dư một trong
hai cấu tử đều làm giảm khối lượng phân tử,
hai cấu tử đều làm giảm khối lượng phân tử,
chẳng hạn, trùng ngưng hexametylendiamin với
chẳng hạn, trùng ngưng hexametylendiamin với
axit adipic khi dư 0.09% một trong hai cấu tử
axit adipic khi dư 0.09% một trong hai cấu tử
làm giảm khối lượng phân tử đi 10 lần.
làm giảm khối lượng phân tử đi 10 lần.

Phương pháp tiến hành trùng ngưng cân
Phương pháp tiến hành trùng ngưng cân
bằng:
bằng:
a) Trùng ngưng nóng chảy
a) Trùng ngưng nóng chảy
:
:
Phản ứng được tiến hành ở trạng thái nóng chảy
Phản ứng được tiến hành ở trạng thái nóng chảy
của monome và polyme ở nhiệt độ nóng chảy của
của monome và polyme ở nhiệt độ nóng chảy của
monome và polyme khoảng 200-300 0C, trong
monome và polyme khoảng 200-300 0C, trong
dòng khí trơ và khuấy. Để thu được polyme tốt
dòng khí trơ và khuấy. Để thu được polyme tốt
hơn, thường cuối phản ứng được tiến hành trong
hơn, thường cuối phản ứng được tiến hành trong
chân không và loại hết chất thấp phân tử ra khỏi


Phản ứng trùng ngưng trong tướng rắn
Phản ứng trùng ngưng trong tướng rắn
thực hiện được ở gần nhiệt độ nóng chảy
thực hiện được ở gần nhiệt độ nóng chảy
của monome, ở đó hình thành phôi tinh thể
của monome, ở đó hình thành phôi tinh thể
có khả năng tự xúc tác cho phản ứng xảy ra
có khả năng tự xúc tác cho phản ứng xảy ra
rất nhanh. Phản ứng áp dụng cho những
rất nhanh. Phản ứng áp dụng cho những
monome dễ bị phân huỷ nhiệt nên chưa
monome dễ bị phân huỷ nhiệt nên chưa
được ứng dụng rộng rãi và chưa được
được ứng dụng rộng rãi và chưa được
nghiên cứu đầy đủ.
nghiên cứu đầy đủ.

2.Trùng ngưng không cân bằng:
2.Trùng ngưng không cân bằng:
Có một số phản ứng xẩy ra chậm, nhiệt độ cao
Có một số phản ứng xẩy ra chậm, nhiệt độ cao
hay đa tổ hợp là phản ứng trùng ngưng không
hay đa tổ hợp là phản ứng trùng ngưng không
cân bằng. Các đặc điểm của phản ứng trùng
cân bằng. Các đặc điểm của phản ứng trùng
ngưng không cân bằng:
ngưng không cân bằng:
-P.U xẩy ra trên bề mặt hai tướng không hòa tan
-P.U xẩy ra trên bề mặt hai tướng không hòa tan