用“分子的性质”软件构建聚乙烯、全同立构聚丙烯分子,并计算它们末端的直线距离

主链含150个碳原子的聚乙烯伸展链,右图是局部放大图   小分子化合物中,单键的内旋转对其物质的性质并不起什么作用,一般也就不予考虑。而在高分子中,主链上单键的内旋转却起着关键的作用。一个高分子链中,主链上许多个单键的内旋转,使得高分子链存在近乎天文数字的可能构象数,并且这些能量相差不多的构象之间通过单键内旋转来实现转换,高分子链一个瞬间的构象与另一瞬间不同,因此结构单元在空间的分布(即高分子的形态)发生变化,高分子链的尺寸也随之变化,没有确定的数值,必须用统计方法求其平均值(均方末端距、根均方末端距、均方半径、根均方半径等),这些便形成了高分子链特有的构象、形态、尺寸等问题。主链含150个碳原子的聚乙烯链,因内旋转两条链的弯曲程度不同高分子链这种由于内旋转能够不断改变其构象、以不同程度蜷曲的性质就是高分子链特有的柔性。
  一、实验内容
  a. 在屏幕上直接构建(合成)主链含150个碳原子的呈伸直链形态的聚乙烯分子(图1),测定伸直链的末端距离(即为链的最大伸直长度);多次改变链的构象,使链在不同位置弯曲,观察链的形态变化并测定链的末端距(图2),从中来理解C-C键内旋转对分子链蜷曲程度和尺寸的极大影响。
  b. 在屏幕上直接构建(合成)主链含100个碳原子的呈全反式构象的聚丙烯分子(图3),再调整内旋转角使其呈反式旁式交替出现的TGTG……构象,得到全同立构聚丙烯分子的H31螺旋形构象(图4)。[Build]菜单和其中的可加成的分子片段   全同立构聚丙烯分子的螺旋形构象这是考虑了取代基的空间位阻,因而碳链的全反式构象并不是位能最低的构象形式,其位能一般要比反式旁式交替出现的构象来得高。
  c. 在屏幕上直接构建(合成)主链含100个碳原子的无规立构聚丙烯分子,改变链的构象,使链弯曲,并测定链的末端距。
  二、功能及效果
  聚合物由于其分子大,因此是不能气化的。要研究单个高分子链的形态及尺寸问题,必须借助于溶液,即,把聚合物溶解到溶剂中形成稀溶液,使高分子均匀分散在溶剂中,且相互距离较远。在真实实验中,主要是通过高分子形态和尺寸对高分子稀溶液性质的影响以及在溶液性质上的表现,间接利用溶液性质来研究高分子形态、测定其尺寸。因此,通常的实验手段难以直接涉及高分子链构象、形态等问题。
  计算机模拟实验则是根据高分子的近程结构特征,直接在屏幕上构造(即在屏幕上直接合成)不同形态的高分子链,直观展示高分子链的内旋转以及链的形态和尺寸变化,并计算链的尺寸。既有屏幕上的直观形象,又有模拟测量值,使学生对高分子链构象形态问题建立直观、形象和透彻的理解。

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