PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2014 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 17. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2014 2 Předmět kurzu je: 17. 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. • PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2014 3 Jak zařadit tuto přednášku do souvislosti s další výukou a specializací? 17. 9. 2013 Časový plán 17. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2014 4 LEKCE téma 1 Úvod do předmětu - Struktura a názvosloví přírodních polymerů, literatura 2 Deriváty kyselin, - přírodní pryskyřice, vysýchavé oleje, šelak 3 Vosky 4 Polyterpeny – přírodní kaučuk, získávání, zpracování a modifikace 5 Polyyfenoly – lignin, huminové kyseliny 6 Polysacharidy I – škrob 7 Polysacharidy II – celulóza 8 Bílkovinná vlákna I 9 Bílkovinná vlákna II 10 Kasein, syrovátka, vaječné proteiny 11 Identifikace přírodních látek 12 Laboratorní metody hodnocení přírodních polymerů 13 EXKURZE – ŠKROBÁRNA, VÝROBA A ZPRACOVÁNÍ ŠKROBŮ 14 EXKURZE – KOŽELUŽNA, VÝROBA KLIHU A ŽELATINY 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 2014 5 17. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2014 6 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 17. 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 17. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2014 7 Výuka předmětu PŘÍRODNÍ POLYMERY na MU a na jiných školách (POKRAČOVÁNÍ) Škola Předmět VUT, FCH, Ústav chemie potravin a biotechnoloií Technologie biopolymerů (5 kreditů, 2 hodiny přednášek týdně). Naše přednášky jsou těmto dosti obsahově podobné, ale u nás nejsou zařazeny enzymy a hormony. 17. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2014 8 Výuka předmětu PŘÍRODNÍ POLYMERY (LÁTKY) na MU Škola Předmět MU, PřF, obor chemie Bioorganická chemie 17. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2014 9 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 ……………………… 17. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2014 10 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 2014 11 17. 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) • 17. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2014 12 V češtině a slovenštině asi jediná literatura věnovaná výhradně PŘÍRODNÍM POLYMERŮM, ale nedostupná 17. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2014 13 162739.JPG 17. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2014 14 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 17. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2014 15 img033.jpg img035.jpg 17. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2014 16 img034.jpg img186.jpg 17. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2014 17 img269.jpg img268.jpg 17. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2014 18 img295.jpg img270.jpg 17. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2014 19 img242.jpg img389.jpg 17. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2014 20 img454.jpg img452.jpg 17. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2014 21 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 17. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2014 22 Přírodní polymery – základ chemie polymerů a plastů •Celuloid > nitrocelulóza s kafrem •Galatit > kasein s formaldehydem •Viskózové vlákno > regenerovaná celulóza •………………. 17. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2014 23 Syntetické produkty •Přírodní produkty •Modifikované přírodní produkty •Syntetické produkty 17. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2014 24 Přírodní produkty 17. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2014 25 •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 17. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2014 26 •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 17. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2014 27 •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 17. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2014 28 •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? 17. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2014 29 •Co soudíte o těchto využitích: –Bionafta, –Kyselina polymléčná, –Biolíh, –Etylén z biolihu, –……………. Co je vhodné si oživit 1 ? 17. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2014 30 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 ? 17. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2014 31 Anomerizace a mutarotace glukózy v tzv. HAVORTHOVĚ PROJEKCI Co je vhodné si oživit 3 ? 17. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2014 32 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 • 17. 9. 2013 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2014 33