Конформация, размеры и форма макромолекул

Изменение формы молекул под влиянием теплового движения или под действием внешнего поля, не сопровождающееся разрывом химических связей, называется конформационным превращением.

Формы молекул, переходящие друг в друга без разрыва химических связей, называются конформациями.

Переход одной конфигурации этих полимеров в другую простым поворотом звеньев без разрыва химических связей невозможен. Но полимерные цепи могут под влиянием теплового движения принимать разнообразные конформации без изменения конфигурации. Рассмотрим некоторые из них.

1. Статистический клубок, т.е. более или менее свернутая конформация, которую макромолекула может принимать под действием теплового движения. Характерна для полимеров, для которых интенсивность внутреннего теплового движения превалирует над внешними воздействиями: например для линейных (полиэтилен, полипропилен, полибутадиен, полиизопрен, тринитроцеллюлоза и др.), лестничных (полифениленсилоксан) и т.д.

2. Конформация спирали; эту конформацию обычно принимают макромолекулы, у которых дальний конформационный порядок в виде спирали стабилизирован, например, водородными связями; спиральная конформация характерна, как правило, для белков и нуклеиновых кислот.

Спиральные конформации могут возникать у виниловых полимеров и полиолефинов, однако они не стабилизированы водородными связями, т.е. менее устойчивы. Спирали могут образовывать только изотактические полимеры. Если радикалы не очень массивны, то в спирали приходится три мономерных звена на виток, что и наблюдается в цепи полипропилена (рис. 4.1). Большие заместители занимают больше места и, следовательно, образуются более развернутые спирали.

3. Конформация глобулы, т.е. очень компактной частицы па форме близкой к сферической; такую конформацию имеют макромолекулы полимеров с очень сильным внутримолекулярным взаимодействием, например полимеры, содержащие атомы фтора (политетрафторэтилен).

4. Конформация стержня или струны (обнаружена для некоторых алкилполиизоцианатов).

5. Складчатая конформация; характерна для полимеров в кристаллическом состояний.

6. Конформация коленчатого вала (например, у поли-n-бензамида).

Таким образом конформации и размеры реальных макромолекул определяются комбинацией сил ближнего и дальнего порядков, интенсивностью внутреннего теплового движения, зависят от химического строения, молекулярной массы, конфигурации макромолекулы.