Ejercicios: Polimerización por condensación

En la síntesis de un poliéster lineal se hace reaccionar ácido etanodioico ($\mathrm{HOOC-COOH}$) con etano-1,2-diol ($\mathrm{HO-CH_2-CH_2-OH}$).

1. a) Escribí la ecuación química balanceada correspondiente a la formación del dímero lineal más simple formado por una molécula de cada reactivo, identificando el nuevo grupo funcional formado y el subproducto eliminado.
2. b) Justificá por qué ambos monómeros deben ser bifuncionales para permitir el crecimiento indefinido de la cadena polimérica.

Las proteínas son biopolímeros naturales cuyo balance formal de formación corresponde a la condensación de $\alpha$-aminoácidos de fórmula general $\mathrm{H_2N-CHR-COOH}$.

1. a) Explicá la naturaleza del enlace que une a los monómeros y escribí la reacción química general de condensación entre dos moléculas de glicina ($\mathrm{H_2N-CH_2-COOH}$), indicando la molécula que se desprende.
2. b) Razoná por qué no es posible sintetizar químicamente en el laboratorio una proteína celular compleja con secuencia específica mediante una simple mezcla térmica de sus monómeros en solución.

El poli(tereftalato de etileno), conocido comercialmente como PET, es un poliéster sintetizado por condensación a partir de ácido benceno-1,4-dicarboxílico (ácido tereftálico, $\mathrm{C_8H_6O_4}$, $M = 166,13\,\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$) y etano-1,2-diol ($\mathrm{C_2H_6O_2}$, $M = 62,07\,\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$).

1. a) Deducí la fórmula de la unidad de repetición correspondiente a un par diácido/diol del polímero en el límite de cadena muy larga.
2. b) Calculá la masa molar de dicha unidad repetitiva sabiendo que en cada ciclo de incorporación de un par diácido/diol se eliminan dos moléculas de agua ($\mathrm{H_2O}$, $M = 18,02\,\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$).

La condensación por etapas entre monómeros bifuncionales genera oligómeros antes de alcanzar masas moleculares elevadas. El siguiente esquema ilustra la formación de un oligómero lineal a partir de dos moléculas de un ácido dicarboxílico $\mathrm{HOOC-R_1-COOH}$ y dos moléculas de un diol $\mathrm{HO-R_2-OH}$ alternadas:

1. a) A partir del diagrama lineal de 4 bloques monoméricos conectados, determiná el número exacto de moléculas de agua desprendidas durante la formación de este tetrámero y formulá los grupos funcionales que quedan libres en cada extremo de la cadena.
2. b) Si una cadena lineal abierta se forma mediante la policondensación estricta de $n$ moléculas de diácido y $n$ moléculas de diol sin sufrir ciclaciones, deducí la expresión general del número de moléculas de agua generadas en función de $n$.

El nailon 6,6 es una poliamida sintetizada industrialmente mediante la reacción de ácido hexanodioico ($\mathrm{HOOC-(CH_2)_4-COOH}$, $M = 146,14\,\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$) y hexano-1,6-diamina ($\mathrm{H_2N-(CH_2)_6-NH_2}$, $M = 116,21\,\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$).

1. a) Escribí la estructura de la unidad repetitiva del polímero en el límite de cadena larga y calculá su masa molar teórica sabiendo que $M(\mathrm{H_2O}) = 18,02\,\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$.
2. b) Un reactor produce un oligómero lineal a partir de exactamente 10 moléculas de diácido y 10 moléculas de diamina con extremos terminales no ciclados ($-\mathrm{COOH}$ y $-\mathrm{NH_2}$). Calculá la masa molar exacta de dicho oligómero finito.

El ácido poli(láctico) (PLA) es un poliéster biodegradable que puede obtenerse por autocondensación del ácido 2-hidroxipropanoico (ácido láctico, $\mathrm{CH_3-CH(OH)-COOH}$, $M = 90,08\,\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$), un monómero hidroxicarboxílico bifuncional.

1. a) Representá la fórmula semidesarrollada de la unidad repetitiva del PLA en una cadena polimérica lineal y calculá su masa molar considerando $M(\mathrm{H_2O}) = 18,02\,\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$.
2. b) Se polimeriza una muestra homogénea que da lugar a cadenas lineales formadas por 150 unidades monoméricas de ácido láctico. Calculá la masa molar exacta de estas cadenas considerando los extremos terminales intactos ($-\mathrm{H}$ y $-\mathrm{OH}$).