مقدمه ای بر مفاهیم پلیمریزاسیون (2)

نام گذاری پلیمرها
نامگذاری پلیمرها توجه زیادی به خود جلب کرده است. در حقیقت یک سیستم استاندارد نامگذاری بر اساس ساختار شیمیایی (مشابه چیزی که برای ترکیبات آلی و غیر آلی استفاده می شوند)، مناسب تر است.
بدبختانه، نام گذاری پلیمرها، تاکنون در یک شیوه ی سیستماتیک انجام نشده است. این مسئله یک چیزغیر معمول نیست که یک پلیمر، چندین نام داشته باشد زیرا سیستم های نامگذاری مختلفی وجود دارد. سیستم های نامگذاری بر اساس ساختار، منبع پلیمر و نام تجاری آنها می باشند. نه تنها چندین سیستم نام گذار وجود دارد، بلکه کاربردهای آنها نیز همواره متنوع است. یک مرحله ی مهم در استانداردسازی این نامگذاری، در دهه ی 1970 انجام شده است. این کار بوسیله ی سازمان IUPAC انجام شده است.
نامگذاری بر پایه ی منبع
ساده ترین روش و متداول ترین روش مورد استفداه در نامگذاری احتمالاً روش نامگذاری بر پایه ی منبع پلیمر، می باشد. این سیستم در اصل برای پلیمرهایی مناسب است که از مونومرهای منفرد و یا پلیمریزاسیون با کمک باز شدن حلقه ی مولکولی، تولید می شوند. یک چنین پلیمرهایی با افزودن نام مونومر به پیشوند پلی با یا بدون فاصله و یا خط تیره، نامگذاری می شوند. پلیمرهای مشتق شده از 3- متیل – 1 پنتن، وینیل کلراید، پروپلین اکسید، کلرو تری فلئورو اتیلن و کاپرولاکتام، به ترتیب، پلی (3- متیل- 1- پنتن)، پلی (وینیل کلراید)، پلی (پروپلین اکسید)، پلی (کلرو تری فلئورو اتیلن) و پلی (کاپرولاکتام) نامیده می شوند. سایر مثال ها از این نامگذاری نیز در جدول 2 بخش اول این مقاله، آورده شده است. پرانتز مورد استفاده اغلب حذف می شود. اگر چه این مسئله اغلب مشکل آفرین نیست، این حذف پرانتز در حقیقت صحیح نبوده و در برخی موارد حذف پرانتز می تواند منجر به کج فهمی شود. بنابراین، استفاده از پلی اتیلن اکسید به جای استفاده از پلی (اتیلن اکسید) می تواند گیج کننده باشد و ممکن است ساختارهای متفاوتی را نشان دهد. مثلاً

به جای پلیمر 〖-(-CH_2 CH_2-O-)〗_n- که نشان دهنده ی اتیلن اکسید است، اشتباه فهمیده می شود.
برخی از پلیمرها بر اساس مونومر فرضی نامگذاری می شوند که از آن مشتق شده اند. بنابراین، پلی (وینیل کلراید) در حقیقت با هیدرولیز پلی (وینیل استات) تولید می شوند. به هر حال، این محصول، بر اساس محصولی از مونومر فرضی وینیل کلراید نامگذاری شده است (در حقیقت منحصرا به عنوان توتومر-استالدهید موجود می باشد).
پلیمرهای تراکمی که از واکنش دهنده های منفردی تولید می شوند، مشابه همین روش، نامگذاری می شود. مثال هایی از این پلیمرها، عبارتند از پلی آمیدها و پلی استرهای تولید شده از آمینو اسیدها و هیدروکسی اسیدها، می باشند. بنابراین، پلیمرهای مشتق شده از 6- آمینو کاپروییک اسید، پلی (6 – آمینوکاپروییک اسید) نامیده می شوند. این مسئله باید تذکر داده شود که در اینجا، یک مسئله ی گیج کننده در مورد پلی (6 – آمینوکاپروییک اسید) و پلی (کاپرولاکتام) وجود دارد. در حقیقت پلیمر مشابه از دو نون مونومر تولید شده است و در حقیقت، یک وضعیت غیر متداول در اینجا، رخ داده است.
نامگذاری بر پایه ی ساختار (روش غیر IUPAC)
یک تعداد از پلیمرهای تراکمی متداول تر که از دو مونومر مختلف تولید می شوند، بوسیله ی یک سیستم نامگذاری سیستماتیک بر پایه ی ساختار، نامگذاری می شوند (نه روش سیستم IUPAC). نام پلیمر به وسیله ی اضافه کردن پیشوند پلی و بدون فاصله و یا خط تیره شروع می شود. در این نامگذاری، پرانتز نام گروه ساختاری را در بر دارد. ترکیب مولد نیز یک عضو خاص از کلاس مربوط به پلیمر است، مخصوصاً در مورد استرها، آمیدها، یوریتان ها و ... . بنابراین، پلیمر مشتق شده از هگزا متیل دی آمین و اسید سبکیک (sebacic acid) که به عنوان یک ترکیب مشتق شده از اسید سبکیک و HO2C(CH2)8CO2H می باشد، پلی (هگزامتیلن سباک آمین) نامیده می شود. پلی (اتیلن ترفتالات) پلیمری است که از اتیلن گلیکول و ترفتالات اسید، p-HO2C-C6H4-CO2H مشتق شده است. پلیمرهای مشتق شده از تری متیل گلیکول و دی ایزوسیانات، پلی (تری متیلن اتیلن- یوریتان) نامیده می شود. یک پیشنهاد برای نامگذاری پلیمرهای تراکمی مشتق شده از دو مونومر مختلف، پیشنهاد شده است. بر طبق این نامگذاری، باید پیشوند پلی و نام دو واکنش دهنده در این نامگذاری استفاده می شود. البته پرانتز نیز برای جدا کردن اسم مونومرها، استفاده می شود. برای جداسازی دو ماده ی واکنش دهنده از واژه ی co استفاده می شو. بنابراین پلیمر موجود در فرمول هفتم از بالا، پلی (فنول- co- فرمالدهید) نامیده می شود. این پیشنهاد مقبولیت بالایی نداشته است.
سیستم نامگذاری ساختاری بر پایه ی ساختار IUPAC
ناکارآمدی روش نامگذاری بیان شده در بالا، برای ساختارهای پلیمری است که سنتز آنها پیچیده است. اصول مربوط به IUPAC در واقع نامگذاری را بر اساس پلیمرهای آلی تک رشته مقید می کند. در حقیقت، این روش، مشابه روش نامگذاری بیان شده در بالا می باشد. پلیمرهای آلی تک رشته دارای واحدهای ساختاری مشخصی هستند که بواسطه ی یک اتم به هم متصل شده اند. تمام پلیمرهای بحث شده در این مورد و بسیاری از پلیمرهای دیگر که در متن در مورد آنها صحبت می شود، پلیمرهای تک رشته ای هستند. پلیمرهای با رشته ی مضاعف، دارای توالی های بدون وقفه از حلقه ها، تشکیل شده است. یک پلیمر نردبانی در حقیقت یک پلیمر با رشته ی مضاعف است که در آن، حلقه های مجاور دارای دو یا چند اتم هستند مثلا ساختار بیان شده در بخش VII. برخی از جوانب مربوط به پلیمرهای با رشته ی مضاعف، در بخش های بعدی بررسی خواهند شد. اساس مربوط به سیستم های نامگذاری پلیمری IUPAC بر اساس انتخاب یک واحد تکرارشونده ی (CRU) انجام می شود. CRU همچنین به عنوان واحدهای تکرارشونده ی ساختاری، بیان می شود. CRU کوچکترین واحد ساختاری است که یک پلیمر از آن تشکیل شده است. در پلیمرهای تک زنجیره، این واحد، یک واحد ساختاری با قابلیت ایجاد دو پیوند می باشد. نام یک پلیمر، بر اساس نامگذاری، نام واحد تکرارشونده به همراه پیشوند پلی می باشد. این روش مشابه روش IUPAC بیان شده در بالا می باشد به جز اینکه وقتی واحد تکرارشونده، شامل دو بخش متقارن است (مثلا در مورد پلیمر ، CRU به ترتیب برای پلی اتیلن و پلی تترا فلئورواتیلن، عبارتست از و ؛ در حالی که واحد تکرار شونده، به ترتیب و بوده است.
واحدهای تکرارشونده در هر جا که امکان پذیر باشد، با توجه به IUPAC نامگذاری می شوند. اصول مربوط به IUPAC برای پلیمرهای تک رشته ای موجب می شود تا یک CRU انتخاب شود و بدین صورت، یک نام منحصربفرد برای تمام این محصولات، در نظر گرفته شود. وقتی نتوان CRU را به صورت یک بخش نامگذاری کرد، این CRU از دو یا چند زیر بخش تشکیل شده است. در ادامه خلاصه ای از مهم ترین اصول IUPAC در مورد نامگذاری پلیمرهای تک رشته ای را نشان می دهد:
نام یک پلیمر، شامل پیشوند پلی به همراه نام CRU می باشد که بعد از ان، یک پرانتز و یا یک کروشه قرار دارد. CRU با نامگذاری زیربخش های آن، نامگذاری می گردد. این زیربخش ها، به صورت بزرگترین زیربخش هایی تعریف می شوند که می تواند بوسیله ی اصول مربوط به IUPAC مربوط به ترکیبات آلی، نامگذاری شوند.
CRU از چپ به راست نوشته می شود و شروع آن با زیربخشی است که دارای بیشترین اهمیت و میزان می باشد.
اولویت مربوط به زیربخش ها، در حقیقت عبارتست از: حلقه های هتروسیکلیک < زیربخش های هترواتمی یا آکریلیکی حاوی هترو اتم ها < حلقه های کربنی < زیربخش های آکریلیکی که تنها حاوی کربن هستند. وجود انواع مختلف از اتم ها، زیرگروه های اتمی و یا حلقه هایی که بخشی از زنجیره ی پلیمری اصلی نیستند بلکه زیربخشی از CRU محسوب می شوند، بر این اولویت اثری ندارند.
برای حلقه های هتروسیکلیک، اولویت بیان شده با سیستم های حلقه ای است که دارای نیتروژن در حلقه ی خود می باشد. اولویت بعدی با سیستم حاوی سایر هترواتم ها به غیر از نیتروژن است. بعد از ان سیستم حلقه ای دارای بیشترین تعداد هترواتم بعد از آن سیستم حلقه ای حاوی بزرگترین حلقه ی منفرد، بعد از آن سیستم حلقه ای حاوی بیشترین تنوع در هترواتم ها و در نهایت سیستم های حلقه ای حاوی بیشترین تعداد هترواتم قرار دارد.
برای زیربخش های هترواتم ها و یا زیربخش های حاوی اکریلیک که در آنها هترواتم ها یافت می شود، ترتیب کاهش اولویت به صورت زیر است: اکسیژن، گوگرد، سلنیوم، تلوریم، نیتروژن، فسفر، ارسنیک، آنتیموان، بیسموت، ژرمانیم، قلع، سرب، بور و جیوه می باشد (طبق اصل 3، هر یک از هترواتم ها، نسبت به کربن، اولویت بیشتری دارند). اولویت مربوط به سایر هترواتم های موجود در این ترتیب، از موقعیت آنها در جدول تناوبی، بدست آمده است.
برای حلقه های کربن، اولویت با سیستم های حلقه ای است که دارای بیشترین تعداد حلقه هستند. اولویت بعدی با سیستم های حلقه ای دارای بزرگترین حلقه ی منفرد. اولویت بعدی، سیستم های حلقه ای دارای بیشترین تعداد اتم در حلقه های آنها می باشد.
برای یک سیستم حلقه ای کربوکسیلیک و یا هتروسیکلیک: .a) وقتی حلقه تنها در میزان عدم اشباع شدگی، متفاوت باشد، اولویت با افزایش میزان عدم اشباع شوندگی، افزایش می یابد؛ b) برای سیستم های حلقه ای مشابه، اولویت برای سیستم های حلقه ای بالاتر است که دارای پایین ترین تعداد مکان می باشد.
این ترتیب اولویت ها، با نیاز به مینیمم کردن تعداد والانس های آزاد در CRU، جایگزین می شود. در حقیقت، این CRU است که باید یک واحد دو ظرفیتی باشد.
در جاهایی که قابلیت انتخاب وجود داشته باشند، زیرگروه ها باید به نحوی جهت گیری کنند که پایین ترین مکان های برای زیربخش ها، ایجاد شود.
بیایید برخی از این اصول را با نامگذاری برخی از این پلیمرها، نشان دهیم. برای پلیمر زیر: CRU های محتمل، عبارتند از: توجه کنید که CRU های بخش XII و XIV مشابه با معکوس CRU های بخش های IX و XI هستند. با اعمال اصول مربوط به مونومرها، این فهمیده می شود که انتخاب تنها یکی از این CRU ها قابل حصول می باشد. اکسیژن داری اولویت بالاتری نسبت به کربن است (اصل 5) و از این رو، تمام CRU ها به جز شماره ی XI و XII حذف می شوند. با اعمال اصل یا قانون شماره ی 8، این مسئله منتج می شود که CRU مناسب، CRU شماره ی XI است و بنابراین، نام این پلیمر، پلی (اکسی (1- فلئورواتیلن)) می باشد. انتخاب مورد XII به عنوان CRU منجر می شود تا نام پلی (اکسی (2- فلئورواتیلن)) به عنوان نام انتخاب گردد که دارای محل های جایگزینی فلئور بالاتری است. نام پلی [ اکسی(فلئورومتیلن متیلن)] نیز صحیح نمی باشد زیرا در این نامگذاری، زیربخش ها بزرگترین زیربخش ممکنه تعریف نشده است.
قانون یا اصل 7 می گویند که CRU در حقیقت به صورت -CH=CH- می باشد و حالت =CH-CH= صحیح نمی باشد زیرا تشکیل دهنده ی پلیمر، یک ماده ی دو ظرفیتی است، در حالی که حالت آخری یک ماده ی سه ظرفیتی است. پلیمر -(-CH=CH-)_n- در حقیقت پلی (اتیلن – 1و 2- دیل) می باشد.
اولویت بالاتر مربوط به حلقه ی هتروسیکلیک نسبت به حلقه های کربوکسیلیکی (اصل 3) و اولویت بالاتر مربوط به عدم اشباع بیشتر زیربخش های سیلیکی (اصل 7)، منجر می شود تا CRU شماره ی XV پلیمری به نام پلی (پیریدین- 2و 4- دیل- 1و 4 فنیلن سیکلوهگزان- 1و 4 دیل) تولید کند. اولویت بالاتر مربوط به زیربخش ها سیکلیکی نسبت به زیربخش های آکریلیکی (اصل 3) و اولویت بالاتر مربوط به زیربخش های دارای محل های پایین تر نسبت به زیربخش های مشابه در محل های بالاتر (اصل 7)، منجر می شود تا CRU شماره ی XVI منجر به تولید پلیمری به نام پلی (سیکلوهگزان – 1و 3- دیل سیکلوهگزان – 1و 4- دیل- 1- متیل پروپان – 1و 3- دیل) گردد. توجه کنید که تمام زیربخش های آکریلیکی به جز CH2، CH2CH2، به عنوان آلکان- آلفا و دیل امگا، نامگذاری شوند. CH2 و CH2CH2 زیربخش های هستند که به ترتیب، متیلن و اتیلن، نامگذاری می شوند.

در سیستم IUPAC، محل های قرارگیری فوراً بعد از نام قطعه، قرار داده می شوند. برای مثال، زیربخش هایی مانند پیریدین – 2و 4 – دیل و متیلن پروپان – 1و 3 دیل. سیستم نامگذاری IUPAC همواره در حال تغییر می باشد و در سال اخیر نیز با تغییراتی روبرو بوده است. باید در زمان استفاده و نامگذاری به مراجع به روزرسانی شده، مراجعه کنید.
سیستم نامگذاری IUPAC می گوید که بیشتر پلیمرهای تجاری نام هایی بر پایه ی منبع و یا نام هایی شبه سیستماتیک دارند. این مسئله، استفاده از آنها را تسهیل می کند. IUPAC قصد ندارد که یک چنین نام هایی جایگزین نام های IUPAC شود، بلکه می گوید این نام ها باید در مواقع ضروی و الزام، استفاده شوند. سیستم IUPAC عموماً برای تمام پلیمرها به جز، پلیمرهای متداول، اعمال و استفاده می شود. نام IUPAC انواع مختلف پلیمرهای متداول و نام بر پایه ی منبع و نام سیستماتیک آنها در زیر آورده شده است:

نام گذاری IUPAC در این مقاله، برای پلیمرها استفاده می شود. یکی از استثناهای موجود، در مورد استفاده از نام های غیر IUPAC برای برخی از پلیمرهای مهم می باشد. یکی دیگر از استثناهای موجود، در مورد استفاده نکردن از اصل 2 برای نوشتن نام واحدهای تکرارشونده ی خاص می باشد. انتخاب CRU بر اساس IUPAC نیز منجر می شود تا برخی از ساختارها بزرگتر به نظر برسند و نامگذاری آنها طولانی تر گردد. بنابراین، ساختار IUPAC برای پلیمر موجود در معادله ی سوم از بالا، یعنی که در حقیقت به طور ساده به صورت زیر است: برای نامگذاری، در نظر گرفته شود. اگر چه ساختارهای XXVI و XXVII نشاندهنده ی یک ساختار می باشند. این نوع از مسائل، تنها در مورد پلیمرهای خاص اتفاق می افتد. این CRU عموماً در معادله هایی مانند معادله ی نهم نیز استفاده نمی شود. مکانیزم پلیمریزاسیون دریک چنین واکنشی، شامل پیشرفت مرکز در اتم کربن جایگزینی شده در مونومر، می باشد. استفاده از این CRU منجر به ایجاد معادله ی چهاردهم می شود نه معادله ی نهم. این مسئله موجب بروز گیج شوندگی و عدم تعادل می شود. در حقیقت، مطالعه ی اولیه با مقایسه ی مورد زیر انجام می شود: معادله ی نهم از بالا، دارای واحدهای تکراری است که دارای باله های مشابهی است، در حالی که معادله ی چهاردهم دارای واحد تکراری است که سمت راست آن عکس سمت چپ است.
قبل از ادامه، باید بدانیم که Chemical Abstracts که یک مجله در زمینه ی مهندسی شیمی است و بوسیله ی انجمن شیمی آمریکا منتشر می شود، اصول خود را برای نامگذاری، استفاده کرده است. اصول این مجله عموماً مشابه اصول IUPAC است اما برخی تفاوت های جزئی، وجود دارد. بیشتر تفاوت ها، در سطح مورد بررسی در این مقاله، مهم نمی باشد.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.

منبع مقاله :
Principles of polymerization / George Odian/ fourth edition