PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2013 1 PŘÍRODNÍ POLYMERY RNDr. Ladislav Pospíšil, CSc. POLYMER INSTITUTE BRNO spol. s r.o. ladislav.pospisil@polymer.cz www.polymer.cz pospisil@gascontrolplast.cz www.gascontrolplast.cz UČO:29716 19. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2013 2 Předmět kurzu je: 19. 9. 2013 •Předmět poskytne studentům základní přehled o přírodních polymerních materiálech využitelných pro aplikace v chemii konzervátora a restaurátora i jiných oblastech chemie polymerů, o jejich historii a současnosti. •Studenti budou schopni vybrat vhodné polymerní materiály, případně jejich kombinace pro aplikace v chemii konzervátora a restaurátora i jiných oblastech chemie polymerů. •Porozumět chemickým reakcím přírodních polymerů a chápat jejich vliv na vlastnosti takto modifikovaných přírodních polymerů. •Seznámit studenty i s průmyslovým zpracováním přírodních polymerů. •Pochopit rozdíly mezi přírodními a syntetickými polymery. •Být schopen samostatně analyzovat roli přírodních polymerů v současném světě. •Podnítit v studentech zájem o další studium chemie přírodních polymerů. •Schopnost samostatného doplňování znalostí v oboru. • Časový plán 19. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2013 3 LEKCE datum téma 1 19.IX. Úvod do předmětu - Struktura a názvosloví přírodních polymerů, literatura 2 26. IX. Deriváty kyselin, - přírodní pryskyřice, vysýchavé oleje, šelak 3 3. X. Vosky 4 10. X. Polyterpeny – přírodní kaučuk, získávání, zpracování a modifikace 5 17. X. Polyyfenoly – lignin, huminové kyseliny 6 24. X. Polysacharidy I – škrob 7 31. X. Polysacharidy II – celulóza 8 7. XI. Bílkovinná vlákna I 9 14. XI. Bílkovinná vlákna II 10 21. XI. Kasein, syrovátka, vaječné proteiny 11 28. XI. Identifikace přírodních látek 12 5. XII. Laboratorní metody hodnocení přírodních polymerů 13 12. XII. EXKURZE –ŠKROBÁRNA, VÝROBA A ZPRACOVÁNÍ ŠKROBŮ bude zařazeno podle časových možností i jindy 14 19. XII. EXKURZE – KOŽELUŽNA, VÝROBA KLIHU A ŽELATINY bude zařazeno podle časových možností i jindy Systém studia •Přednášky budou vloženy na Intranet •Průběžná práce během celého semestru •Kombinace odborných úloh (4) a překladů z angličtiny (4)(bude součást hodnocení) •Zkouška jen písemná •TERMÍNY zkoušky – dle dohody • • PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2013 4 19. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2013 5 E - LEARNING Přednášky Budou vystaveny na e-learning Chřipková epidemie a podobné problémy Přednáška bude vystavena na e-learning Dotazy a připomínky Zasílat na moje Internetové adresy nebo do informačního systému MU 19. 9. 2013 Výuka předmětu PŘÍRODNÍ POLYMERY na MU a na jiných školách (není úplným výčtem) Škola Předmět MU, PřF, obor chemie Makromolekulární chemie, lekce 12 SVŠT Bratislava, fakulta chemická Prírodné polymery (4 kredity, 2 hodiny přednášek týdně) VUT, FCH, Ústav chemie materiálů Polymery pro medicínské aplikace (3 kredity, 2 hodiny přednášek týdně) UTB, fakulta technologická, chemie a technologie materiálů, inženýrství polymerů Technologie přírodních polymerů Aplikace přírodních polymerů Polymerní kompozity přírodní a syntetické VŠCHT Praha, fakulta potravinářské a biochemické technologie Chemie přírodních látek – studijní obor VFU Brno, fakulta farmaceutická Ústav přírodních léčiv 19. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2013 6 Výuka předmětu PŘÍRODNÍ POLYMERY (LÁTKY) na MU Škola Předmět MU, PřF, obor chemie Bioorganická chemie 19. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2013 7 img459.jpg img460.jpg Inženýrské specializace v oblasti přírodních polymerů Předmět Papír a celulóza Polysacharidy - škrob Koželužství Přírodní textilní vlákna (celulózová a bílkovinná) Bioplyn, dřevoplyn ……………………… 19. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2013 8 Biomasa Biomasa je souhrn látek tvořících těla všech organismů, jak rostlin, bakterií, sinic a hub, tak i živočichů. Tímto pojmem často označujeme rostlinnou biomasu využitelnou pro energetické účely. Energie biomasy má svůj prapůvod ve slunečním záření a fotosyntéze, proto se jedná o obnovitelný zdroj energie. Celková hmotnost biomasy je obvykle stanovena vážením, popřípadě též odhadem z objemu nebo délky těla. U čerstvě nalovených organismů je stanovena živá nebo čerstvá biomasa. Přesnější je stanovení biomasy suché (sušiny) a sušiny bez popelovin. Energetická hodnota biomasy je stanovena buď spálením v joulometru, nebo na základě podílu proteinů, cukrů a tuků. PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2013 9 19. 9. 2013 Soubor:Špalek na štípání.jpg Soubor:Boletus erythropus 2010 G3.jpg http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/23/Spirulina_farm.jpg/220px-Spirulina_farm.jp g Doporučená literatura – nespecializované učebnice •Předmět nemá žádné tzv. PREREQUISITIES •J. Mleziva, J. Šňupárek: POLYMERY výroba, struktura, vlastnosti a použití (kapitola 21: Celulosa a její deriváty) •J. Mleziva, J. Kálal: Základy makromolekulární chemie (kapitola 6: Přírodní polymery) •J. McMurry: Organická chemie (kapitola 25: Biomolekuly: Sacharidy, kapitola 26: Biomolekuly:Aminokyseliny, peptidy a bílkoviny, kapitola 27: Biomolekuly:Lipidy) • 19. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2013 10 V češtině a slovenštině asi jediná literatura věnovaná výhradně PŘÍRODNÍM POLYMERŮM, ale nedostupná 19. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2013 11 162739.JPG 19. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2013 12 img451.jpg RSC Green Chemistry No. 16 Natural Polymers, Volume 1: Composites Edited by Maya J John and Thomas Sabu © The Royal Society of Chemistry 2012 Published by the Royal Society of Chemistry, www.rsc.org Tuto skutečně moderní knihu se pokoušíme s prof. Příhodou zakoupit nebo alespoň vypůjčit 19. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2013 13 img033.jpg img035.jpg 19. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2013 14 img034.jpg img186.jpg 19. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2013 15 img269.jpg img268.jpg 19. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2013 16 img295.jpg img270.jpg 19. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2013 17 img242.jpg img389.jpg 19. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2013 18 img454.jpg img452.jpg 19. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2013 19 img453.jpg img455.jpg Čemu se věnovat budeme a čemu ne? •Budeme se věnovat •Přírodní oligomery •Vosky •Přírodní polymery •Modifikace přírodních polymerů •Využití přírodních polymerů •Nebudeme se věnovat •Enzymy •Nukleové kyseliny •Nízkomolekulární přírodní látky 19. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2013 20 Přírodní polymery – základ chemie polymerů a plastů •Celuloid > nitrocelulóza s kafrem •Galatit > kasein s formaldehydem •Viskózové vlákno > regenerovaná celulóza •………………. 19. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2013 21 Syntetické produkty •Přírodní produkty •Modifikované přírodní produkty •Syntetické produkty 19. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2013 22 Přírodní produkty 19. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2013 23 •Po izolaci a případném vyčištění je lze použít tak, jak jsou získány z přírodních zdrojů •PŘÍKLADY: –Celulózová vlákna > bavlna (cca. 98 % hmot. Celulózy) –Škrob > izolace z rostlin (brambory, pšenice, kukuřice) –Kolagen • Modifikované přírodní produkty 19. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2013 24 •Po izolaci a případném vyčištění jsou podrobeny chemické reakci (reakcím), čímž je získán výsledný produkt •PŘÍKLADY: –Celulózová vlákna > xantogenát > srážení > textilní vlákna –Škrob > kyselina + teplo > dextrinové lepidlo –Kolagen > denaturace > klíh a želatina • Syntetické produkty 19. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2013 25 •Výsledný produkt je získán záměrnou lidskou činností z látek (monomerů) •PŘÍKLADY: –Etylén > polyetylén –Butadien + styrén > butadien-styrénový kaučuk –Dimetyltereftalát + etylénglykol > PETP (PET) Význam přírodních polymerů v minulosti, současnosti a budoucnosti 19. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2013 26 •Minulost: dominance přírodních polymerů •Současnost: minoritní role jako technický plast, konkurence v oblasti lepidel trvá, přesun významu do potravinářství a léčiv •BUDOUCNOST: –Rozvoj modifikovaných přírodních polymerů (asi kromě papíru) –Snahy o chemické využití biomasy –Energetické využití (bioplyn, dřevoplyn) Má KAŽDÉ využití přírodních surovin smysl? 19. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2013 27 •Co soudíte o těchto využitích: –Bionafta, –Kyselina polymléčná, –Biolíh, –Etylén z biolihu, –……………. Co je vhodné si oživit 1 ? 19. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2013 28 Fischer projection of D-Glyceraldehyde D-glucose-chain-2D-Fischer.png Fischer projection of D-Glucose img461.jpg Fischerova projekce D-Glukosy ještě jednou: • C1 je nahoře, • -OH na C5 je napravo Co je vhodné si oživit 2 ? 19. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2013 29 Anomerizace a mutarotace glukózy v tzv. HAVORTHOVĚ PROJEKCI Co je vhodné si oživit 3 ? 19. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2013 30 img462.jpg img463.jpg Vazby -OH na C1 a vazba C5-C6 jsou TRANS Vazby -OH na C1 a vazba C5-C6 jsou CIS a – D – glukopyranosa (cyklická forma glukosy) b – D – glukopyranosa (cyklická forma glukosy) Co je vhodné si oživit 4 ? •a – D – glukopyranosa (cyklická forma glukosy, má jí být cca. 37 % molárních ) je v rovnováze s •b – D – glukopyranosa (cyklická forma glukosy , má jí být cca. 63 % molárních ) a tyto obě formy ještě koexistují s formou lineární (té má být jen cca. 0,002 % molárních) •Forma D v přírodě převažuje • 19. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2013 31