Хімічна характеристика сполук фуранового ряду як вихідних продуктів для синтезу полімерів

1. АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД

Синтетичні смоли, що містять фуранові ядра у своїй структурі, отримали назву фуранових полімерів. До цих смол відносять також і ті, які містять ядра ди- та тетрагідрофурану.

ядро фурану                   ядро дигідрофурану              ядро тетрагідрофурану

Структура фуранових сполук була визначена в 1884 р. російським вченим А. Павліновим та Е. Вагнером при вивченні реакції взаємодії фурфуролу з диетилцинком. У подальшому встановлена структура фуранового ядра була підтверджена спектроскопічними даними по визначенню міжатомних відстаней і валентних вузлів.

Вихідною сировиною у виробництві більшості фуранових мономерних та полімерних продуктів являється фурфурол. Він відноситься до небагатьох хімічних сполук, на основі яких шляхом різноманітних хімічних перетворень може бути синтезована значна кількість відомих органічних речовин. У цьому відношенні фурфурол можна порівняти з ацетиленом, переваги якого як вихідної сировини оцінені вже давно. На основі фуранових сполук можна отримати багато полімерів пластиків та еластиків, термопластичні і термореактивні пластмаси.

На основі фуранових сполук отримують лакофарбові матеріали, що відрізняються властивістю утворювати термостійкі і хімічно стійкі плівки. Клеї на основі фуранових полімерів також відрізняються стійкістю до підвищених температур і агресивних середовищ. Деякі з них здатні склеювати поверхні без застосування тиску або при його мінімальному значенні.

Здатність фуранових сполук до смолоутворення вперше була помічена Штенгаузом у 1840 р. при кип'ятінні фурфуролу з кислотами чи лугами.

Серед багаточислених фуранових смол, синтезованих різними авторами, промислове застосування знайшли лише деякі, а саме:

1. Фенолофурфуролформальдегідні – для виготовлення прес-порошків і зв' язуючих (смоли N 118, ФМ-1, ФМ-2, ФМ-3).

2. Фурфуролацетонові – для пластобетонів і прес-матеріалів(мономер ФА, прес-матеріали ФАА, ФАГ, ФАС).

3. Мочевинофурфуролформальдегідні – для виготвлення клеїв та           зв' язуючих (смола МФФ).

4. Фурилофенолоацетальні – для отримання антикорозійних матеріалів та клеїв (клеї Ф-9, Ф-10; Ф-7-Т, лаки ФЛ-12, ФЛ-1, ФЛ-4).

Асортимент промислових марок полімерних матеріалів на основі фуранових смол постійно розширюється. Починають знаходити широке застосування гуми на основі сополімерів вінілфурану і дивінілу, які відрізняються від гум на основі найбільш поширених каучуків підвищеною міцністю та еластичністю.

Розвивається промислове застосування епоксифуранових смол, які отримують сполученням фурфуролацетонових продуктів конденсації з епоксидними смолами. Під впливом спеціальних затверджувачів ці продукти здатні переходити в неплавкий та нерозчинний стан – епоксифуранові полімери, що відрізняються від звичайних епоксидних смол меншою вартістю і більш високою хімічною і термічною стійкістю.

Впроваджуються в промислове виробництво полімерні продукти на основі фурилоксиланів в якості клеїв і зв' язуючих підвищеної термостійкості.

Розроблені еластомерні полімери тетрагідрофурану, які володіють виключно високими фізико-механічними властивостями, особливо при низьких температурах.

Подальший розвиток виробництва фурфуролу з постійно відновлюваною сировинною базою робить фуранові смоли одним із найбільш перспективним класів полімерів.

1. 1 Хімічна характеристика сполук фуранового ряду як вихідних продуктів для синтезу полімерів

В основі назви кожної фуранової сполуки лежить найменування самого фуранового кільця чи похідних від нього радикалів. Атоми фуранового гетероцикла прийнято позначати цифрами чи буквами грецького алфавіта

В найпростіших випадках похідні фурану можуть розглядатися як фуран, у якого водень у тих чи інших атомів вуглецю заміщений на вуглеводневі чи інші радикали, наприклад α - (чи 2-)метилфуран.

В інших випадках, коли фуранове кільце пов'язане з довшим вуглеводневим ланцюгом, подібні споуки можуть розглядатися як результат заміщення атомів водню в подіному ланцюгу на фуранові радикали

α-( чи 2-)фурил     β-( чи 3-)фурфурол        фурфураль                фурфуроил

Поєднання у фурановому ядрі двох спряжених зв'язків і простої етерної групи (гетероатом кисню) призводить до появи специфічного комплекса властивостей, що характерні для сполук фуранового ряду. Слід відмітити, що ці специфічні особливості фуранових речовин виявляються тільки в хімічних реакціях, які обумовлені самим фурановим ядром, а не заміщаючими функціональними групами.

Таким чином до специфічних реакцій фуранових сполук слід віднести наступні:

1) реакції подвійних зв'язків цикла;

2) реакції заміщення при вуглецевих атомах цикла;

3) реакції ефірної групи гетероатома кисню;

4) реакції розкриття цикла.

Особливо слід розглядати реакції смолоутворення, оскільки фуранові сполуки можуть утворювати полімери різними шляхами: як за рахунок реакції функціональних груп цикла, так і за рахунок функціональних груп замісників.

1.1.1 Реакції подвійних зв'язків цикла а) Приєднання до фуранового ядра в положення 2, 5.