PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2016 1 PŘÍRODNÍ POLYMERY RNDr. Ladislav Pospíšil, CSc. UČO:29716 21. 9. 2016 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2016 2 Kdo jsem a odkud přicházím 21. 9. 2016 •Od 1. 10. 1974 do 31. 12. 2015 –POLYMER INSTITUTE BRNO, spol. s r.o. •GASCONTROL PLAST a.s., Havířov –pospisil@gascontrolplast.cz •Soukromá firma •Učím na: VUT FCH, MU přírodovědecká fakulta, občas i na UTB Zlín fakulta technologická PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2016 3 Předmět kurzu je: 21. 9. 2016 •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 2016 4 Jak zařadit tuto přednášku do souvislosti s další výukou a specializací? 21. 9. 2016 Časový plán 21. 9. 2016 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2016 5 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 do informačního systému •Zkouška jen písemná •TERMÍNY zkoušky – dle dohody • • PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2016 6 21. 9. 2016 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2016 7 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 21. 9. 2016 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 21. 9. 2016 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2016 8 Výuka předmětu PŘÍRODNÍ POLYMERY na MU a na jiných školách (POKRAČOVÁNÍ) Škola Předmět VUT, FCH, Ústav chemie potravin a biotechnologií Technologie biopolymerů (5 kreditů, 2 hodiny přednášek týdně). Naše přednášky jsou těmto dosti obsahově podobné, ale u nás nejsou zařazeny enzymy a hormony. 21. 9. 2016 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2016 9 Výuka předmětu PŘÍRODNÍ POLYMERY (LÁTKY) na MU Škola Předmět MU, PřF, obor chemie Bioorganická chemie 21. 9. 2016 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2016 10 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 ……………………… 21. 9. 2016 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2016 11 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 2016 12 21. 9. 2016 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) • 21. 9. 2016 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2016 13 Nově sehnaná literatura 21. 9. 2016 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2016 14 img631.jpg img632.jpg V češtině a slovenštině asi jediná literatura věnovaná výhradně PŘÍRODNÍM POLYMERŮM, ale nedostupná 21. 9. 2016 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2016 15 162739.JPG 21. 9. 2016 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2016 16 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 podařilo s prof. Příhodou zakoupit 21. 9. 2016 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2016 17 img033.jpg img035.jpg 21. 9. 2016 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2016 18 img034.jpg img186.jpg 21. 9. 2016 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2016 19 img269.jpg img268.jpg 21. 9. 2016 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2016 20 img295.jpg img270.jpg 21. 9. 2016 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2016 21 img242.jpg img389.jpg 21. 9. 2016 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2016 22 img454.jpg img452.jpg 21. 9. 2016 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2016 23 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 21. 9. 2016 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2016 24 Přírodní polymery – základ chemie polymerů a plastů •Celuloid > nitrocelulóza s kafrem •Galatit > kasein s formaldehydem •Viskózové vlákno > regenerovaná celulóza •………………. 21. 9. 2016 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2016 25 Syntetické produkty •Přírodní produkty •Modifikované přírodní produkty •Syntetické produkty 21. 9. 2016 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2016 26 21. 9. 2016 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2016 27 img633.jpg Textilní vlákna jsou často přírodní polymery! Přírodní produkty 21. 9. 2016 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2016 28 •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 21. 9. 2016 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2016 29 •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 21. 9. 2016 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2016 30 •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 21. 9. 2016 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2016 31 •Minulost: dominance přírodních polymerů •Současnost: minoritní role jako technický plast, konkurence v oblasti lepidel trvá, přesun významu do potravinářství, kosmetiky 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? 21. 9. 2016 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2016 32 •Co soudíte o těchto využitích: –Bionafta, –Kyselina polymléčná, –Biolíh, –Etylén z biolihu, –……………. Co je vhodné si oživit 1 ? 21. 9. 2016 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2016 33 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 ? 21. 9. 2016 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2016 34 Anomerizace a mutarotace glukózy v tzv. HAVORTHOVĚ PROJEKCI Co je vhodné si oživit 3 ? 21. 9. 2016 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2016 35 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 • 21. 9. 2016 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2016 36