Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Факультет химический
Кафедра органической химии
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебной работе
_____________В. П. Гарькин
«____» _____________2006 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
«Высокомолекулярные соединения»
(блок «Общие математические и естественнонаучные дисциплины»;
раздел «Федеральный компонент»; основная образовательная программа специальности 020201 «Биология»)
Самара
2006
Рабочая программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования специальности 020201 Биология, утвержденного 10.03.2000 года (номер государственной регистрации 89 ЕН/СП) и типовой (примерной) программы дисциплины «Высокомолекулярные соединения», одобренной Советом по химии УМО по классическому университетскому образованию.
Составитель рабочей программы к.х.н., ст.преп. Нечаева О.Н.
Рецензент к.х.н., доцент Дерябина Г.И.
Рабочая программа утверждена на заседании кафедры органической химии
(протокол № 1 от « 31 » августа 2006 г.)
Заведующий кафедрой
« 01 » 09 2006 г. ________________ П.П. Пурыгин
СОГЛАСОВАНО
Декан
факультета
« 29 » 09 2006 г. ________________ О.Н. Макурина
СОГЛАСОВАНО
Начальник
методического отдела
« 29 » 09 2006 г. ________________ Н.В. Соловова
ОДОБРЕНО
Председатель
методической
комиссии факультета
« 28 » 09 2006 г. ________________ Л.М. Кавеленова
1. Цели и задачи дисциплины, ее место в учебном процессе, требования к уровню освоения содержания дисциплины.
1.1. Цели и задачи изучения дисциплины
Цель дисциплины
– знакомство студентов с основами науки о полимерах и ее важнейшими практическими приложениями
– формирование у студентов знаний и умений, позволяющих применять основные теоретического положения курса ВМС к биополимерным объектам
Задачи дисциплины
– рассмотреть особенности строения и физико-химических свойств синтетических и природных полимеров, а также методы их получения
– раскрыть взаимосвязь между строением макромолекул и появлением специфических свойств у полимерных материалов
– проанализировать основные принципы построения белков, нуклеиновых кислот и углеводов
1.2. Требования к уровню подготовки студента, завершившего изучение данной дисциплины
Студенты, завершившие изучение данной дисциплины, должны:
- иметь представление: о классификации полимеров, их важнейших представителях и их применении, о структуре и основных физических свойствах полимерных тел
- знать: основные понятия химии и физики ВМС, методы синтеза полимеров, особенности строения макромолекул и их поведения в растворах; основные представители биополимеров
- уметь: применять к природным объектам полимерной природы основные теоретические положения курса ВМС
1.3. Связь с предшествующими дисциплинами
Для усвоения курса «Высокомолекулярные соединения» необходимо знать основы теории строения органических соединений, основные классы органических веществ и их химические свойства, ориентироваться в механизмах реакций.
1.4. Связь с последующими дисциплинами
Понятия и методы, используемые в курсе «Высокомолекулярные соединения» необходимы для дальнейшего успешного овладения курсом «Биохимии» и ряда специальных дисциплин.
2. Содержание дисциплины
2.1. Объем дисциплины и виды учебной работы (в часах)
Вечерняя форма обучения (4 семестр, зачет)
|
Вид учебных занятий |
Количество часов |
|
Всего часов аудиторных занятий |
20 |
|
Лекции |
12 |
|
Практические занятия |
- |
|
Лабораторные занятия |
8 |
|
Всего часов самостоятельной работы |
50 |
|
Подготовка к допускам и отчетам по лабораторным работам |
17 |
|
Изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку |
17 |
|
Решение домашней контрольной работы |
6 |
|
Работа с электронными информационными ресурсами и ресурсами Internet |
10 |
|
Всего часов по дисциплине |
70 |
2.2. Разделы дисциплины и виды занятий
|
№ п/п |
Название раздела дисциплины |
Количество часов |
|||
|
лекции |
практические занятия |
лабораторные занятия |
|
||
|
|
Введение |
1 |
- |
- |
|
|
1 |
Классификация и номенклатура полимеров |
1 |
- |
- |
|
|
2 |
Макромолекулы и их поведение в растворах |
4 |
- |
- |
|
|
3 |
Полимерные тела |
2 |
- |
- |
|
|
4 |
Синтез полимеров |
2 |
- |
8 |
|
|
5 |
Химические свойства и химические превращения полимеров |
2 |
- |
- |
|
|
|
Итого: |
12 |
- |
8 |
|
2.3. Лекционный курс
Введение
Основные понятия и определения: полимер, олигомер, макромолекула, мономерное звено, степень полимеризации, контурная длина цепи. Молекулярные массы и молекулярно-массовое распределение (ММР). Усредненные
(средние) молекулярные массы (среднечисловая, средневесовая). Нормальное (наиболее вероятное) распределение. Важнейшие свойства полимерных веществ, обусловленные большими размерами, цепным строением и гибкостью макромолекул. Роль полимеров в живой природе и их значение как промышленных материалов (пластмассы, каучуки, волокна и пленки, покрытия, клеи). Предмет и задачи науки о высокомолекулярных соединениях (полимерах). Место науки о полимерах как самостоятельной фундаментальной области знания среди других фундаментальных химических дисциплин. Ее роль в научно-техническом прогрессе и основные исторические этапы ее развития.
Раздел 1. Классификация и номенклатура полимеров
Классификация полимеров в зависимости от происхождения, химического состава и строения основной цепи, в зависимости от топологии макромолекул. Однотяжные и двухтяжные макромолекулы. Природные (волокна, каучук) и синтетические полимеры. Органические, элементоорга-нические и неорганические полимеры. Линейные, разветвленные, лест-ничные и сшитые полимеры, дендримеры. Гомополимеры, сополимеры, блок-сополимеры, привитые сополимеры. Гомоцепные и гетероцепные полимеры.
Номенклатура полимеров.
Биополимеры, основные биологические функции белков рибонуклеиновой и дезоксирибонуклеиновой кислот. Краткая характеристика и области применения важнейших представителей различных классов полимеров.
Раздел 2. Макромолекулы и их поведение в растворах
Тема 2.1. Конфигурация макромолекулы и конфигурационная изомерия.
Локальные и конфигурационные изомеры в макромолекулах полимеров монозамещенных этиленов и диенов. Стереоизомерия и стереорегулярные макромолекулы. Изотактические и синдиотактические полимеры.
Тема 2.2. Конформационная изомерия и конформация макромолекулы.
Внутримолекулярное вращение и гибкость макромолекулы. Среднее расстояние между концами цепи и радиус инерции макромолекулы как характеристики, чувствительные к конформационному состоянию цепи. Энергетические барьеры внутреннего вращения; понятие о природе тормозящего потенциала. Кооперативные конформационные превращения. Энергетические карты для углов внутреннего вращения. Поворотные изомеры и гибкость реальных цепей. Термодинамическая и кинетическая гибкость цепи. Связь гибкости (жесткости) макромолекул с их химическим строением: факторы, влияющие на гибкость реальных цепей.
Тема 2.3. Макромолекулы в растворах.
Термодинамический критерий растворимости и доказательство термодинамической равновесности растворов. Фазовые диаграммы систем полимер-растворитель. Критические температуры растворения. Неограниченное и ограниченное набухание.
Термодинамическое поведение макромолекул в растворе и его особенности по сравнению с поведением молекул низкомолекулярных веществ. Отклонения от идеальности и их причины.
Тема 2.4. Полимерные электролиты
Ионизующиеся макромолекулы (полиэлектролиты). Химические и физико-химические особенности поведения ионизирующихся макромолекул (поликислот, полиоснований и их солей). Количественные характеристики силы поликислот и полиоснований. Электростатическая энергия ионизированных макромолекул. Специфическое связывание противоионов. Изоэлектрическая и изоионная точка. Амфотерные полиэлектролиты.
Раздел 3. Полимерные тела
Тема 3.1. Структура и основные физические свойства полимерных тел.
Агрегатные и фазовые состояния полимеров. Особенности молекулярного строения полимеров и принципы упаковки макромолекул. Аморфные и кристаллические по-
лимеры. Условия, необходимые для кристаллизации полимеров. Три физических состояния. Термомеханические кривые аморфных полимеров.
Тема 3.2. Свойства аморфных полимеров.
Высокоэластическое состояние. Молекулярный механизм высокоэластических деформаций. Нижний предел молекулярных масс, необходимых для проявления высокоэластичности. Релаксационные явления в полимерах.
Стеклообразное состояние. Особенности полимерных стекол. Хрупкость полимеров.
Вязко-текучее состояние. Механизм вязкого течения. Кривые течения полимеров. Зависимость температуры вязкого течения от молекулярной массы. Формование изделий из полимеров в режиме вязкого течения.
Раздел 4. Синтез полимеров
Тема 4.1. Полимеризация.
Классификация полимеризационных процессов. Понятие о цепном и ступенчатом росте цепи.
Радикальная полимеризация. Инициирование радикальной полимеризации. Типы инициаторов. Реакции роста, обрыва и передачи цепи (регуляторы, замедлители, ингибиторы). Теломеризация. Молекулярная масса и мо
лекулярно-массовое распределение полимеров, образующихся при радикальной полимеризации.
Реакционная способность мономеров и радикалов.
Способы проведения полимеризации: в массе, в растворе, в суспензии и в эмульсии.
Ионная полимеризация, ее особенности по сравнению с радикальной.
Тема 4.2. Поликонденсация.
Типы реакций поликонденсации. Основные различия полимеризационных и поликонденсационных процессов.
Уравнение поликонденсационного равновесия. Влияние химической природы мономера (функциональных групп) на равновесную степень превращения. Катализаторы поликонденсации.
Молекулярная масса и молекулярно-массовое распределение при линейной поликонденсации. Кинетика поликонденсации: влияние концентрации мономеров, стехиометрии, температуры, катализатора, монофункциональных примесей, низкомолекулярного продукта реакции на предельную степень поликонденсации.
Трехмерная поликонденсация, ее особенности.
Способы проведения поликонденсации: в расплаве, растворе и на границе раздела фаз.
Получение фенолоформальдегидных олигомеров (ФФО), промежуточные продукты синтеза. Свойства ФФО, применение материалов на их основе (фенопластов).
Преполимеры: статистические (глифталивые, резольные, фенолоформальдегидные и карбамидные олигомеры) и известной структуры (диоловые, эпоксидные, ненасыщенные сложные полиэфиры, новолачные фенолоформальдегидные олигомеры).
Тема 5.1. Химические реакции, не приводящие к изменению степени полимеризации макромолекул
Полимераналогичные превращения и внутримолекулярные превращения. Особенности реакционной способности функциональных групп макромолекул.
Примеры использования полимераналогичных превращений и внутримолекулярных реакций для получения новых полимеров.
Тема 5.2. Химические реакции, приводящие к изменению степени полимеризации макромолекул.
Деструкция полимеров. Механизм цепной и случайной деструкции. Деполимеризация. Термоокислительная и фотохимическая деструкция. Механодеструкция. Принципы стабилизации полимеров.
Сшивание полимеров (вулканизация каучуков, отверждение эпоксидных и фенолоформальдегидных смол).
2.4. Практические (семинарские) занятия
Не предусмотрены
2.5. Лабораторный практикум
|
№ п/п |
Номер раздела |
Количество часов |
Тема лабораторного занятия |
|
1 |
4 |
4 |
Полимеризация |
|
2 |
4 |
4 |
Поликонденсация |
3. Организация текущего и промежуточного контроля знаний
3.1. Контрольные работы
|
Тематика контрольных работ |
Сроки проведения |
Разделы и темы дисциплины |
|
Домашняя контрольная работа |
В часы самостоятельной работы |
По всему курсу |
3.2. Комплекты тестовых заданий
Комплекты тестовых заданий в разработке
3.3. Самостоятельная работа
3.3.1. Поддержка самостоятельной работы (сборники тестов, задач, упражнений и др.)
1. Журавлева И.И., Акопян В.А. Высокомолекулярные соединения: Учебное пособие. Часть 1: Общие представления о полимерах. Самара: Изд-во «Самарский университет», 2001. 80 с.
2. Журавлева И.И., Акопян В.А., Киселева Ю.В., Захарова Н.А. Высокомолекулярные соединения: Учебное пособие. Часть II: Молекулярные массы и молекулярно-массовое распределение полимеров: Самара: Изд-во «Самарский университет», 2001. 80 с.
3. Журавлева И.И., Акопян В.А. Высокомолекулярные соединения: Учебное пособие. Часть III: Гибкость полимеров. Самара: Изд-во «Самарский университет», 2003. 108 с.
4. Журавлева И.И., Акопьян В.А. Высокомолекулярные соединения: Учебное пособие. Часть IV: Растворы полимеров. Самара: Изд-во «Самарский университет», 2005. 188с.
3.3.2. Тематика рефератов
Не предусмотрены
3.4. Курсовая работа, ее характеристики, примерная тема
Не предусмотрена
Итоговый контроль проводится в виде зачета. Студент получает зачет по результатам выполнения и отчетов по лабораторным работам и написания домашней контрольной работы по всему курсу.
4. Технические средства обучения и контроля, использование ЭВМ
- Кинофильмы– «Полимеризация» – 3 части (30 мин.), «Полиэтилен», «Полипропилен», «Фенопласты», «Каучук», «Ацетатное волокно», «Капрон» – каждый фильм по 10 мин.
- Диапозитивы- «Надмолекулярная структура полимеров».
- Автоматизированные учебные курсы (АУК) по темам: «Общие представления о полимерах», «Гибкость полимеров», «Растворы полимеров».
- Кодограммы по основным разделам курса.
5. Активные методы обучения (деловые игры, научные проекты)
Не предусмотрены.
6. Материальное обеспечение дисциплины
Для обеспечения данной дисциплины необходимо:
Технические весы ВЛКТ-500г-М.
Сушильный шкаф СНОЛ-353535/3-М2V.
Ультратермостат – УТ-15.
Рефрактометр универс. лаб. ИРФ 454.
7. Литература
7.1. Основная (одновременно изучают дисциплину 25 студентов)
1. Семчиков Ю.Д. Высокомолекулярные соединения: Учеб. М., Н. Новгород: Академия Нижегород. гос. ун-т, 2003 г. (Министерство образования РФ, 150 экз.)
2. Кнорре Д.Г., Мызина С.Д. Биологическая химия: Учеб.для хим., биол. и мед. спец. вузов – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2000. (Министерство общего и профессионального образования РФ, 120 экз.)
7.2. Дополнительная
1. Геллер Б.Э., Геллер А.А., Чиртулов В.Г. Практическое руководство по физикохимии волокнообразующих полимеров: Учебное пособие для вузов: 2-е изд., исправл. и доп. – М.: Химия, 1996.
2. Киреев В.В. Высокомолекулярные соединения: Учеб. М.: Высшая школа, 1992.
3. Шур А.М. Высокомолекулярные соединения: учеб. 3-е изд. перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1981.
4. Стрепихеев А.А., Деревицкая В.А., Слонимский В.А. Основы химии высокомолекулярных соединений. М.:Химия, 1976.
5. Овчинников Ю.А. Биоорганическая химия. М., Просвещение, 1987.
6. Гринштейн Дж., Виниц М. Химия аминокислот и пептидов М., Мир. 1965.
7. Энциклопедия полимеров: В 3-х т. М.:БСЭ, 1977. Т.1-3.
8. Оудиан Дж. Основы химии полимеров. М., Мир, 1974.
9. Ленинджер А. Биохимия. М., Мир, 1975.
7.3. Учебно-методические материалы по дисциплине
1. Журавлева И.И., Акопян В.А. Высокомолекулярные соединения: Учебное пособие. Часть 1: Общие представления о полимерах. Самара: Изд-во «Самарский университет», 2001. 80 с.
2. Журавлева И.И., Акопян В.А., Киселева Ю.В., Захарова Н.А. Высокомолекулярные соединения: Учебное пособие. Часть II: Молекулярные массы и молекулярно-массовое распределение полимеров: Самара: Изд-во «Самарский университет», 2001. 80 с.
3. Журавлева И.И., Акопян В.А. Высокомолекулярные соединения: Учебное пособие. Часть III: Гибкость полимеров. Самара: Изд-во «Самарский университет», 2003. 108 с.
4. Журавлева И.И., Акопьян В.А. Высокомолекулярные соединения: Учебное пособие. Часть IV: Растворы полимеров. Самара: Изд-во «Самарский университет», 2005. 188с.