Аналогичный расчёт можно произвести и для цепи с фиксированными валентными углами, заменив её свободно сочленённой цепью ( цепью, в которой звенья не взаимодействуют ). В свободно сочленённой цепи положение каждого звена не зависит от положения предыдущего. В реальной цепи положения звеньев взаимосвязаны. Однако при очень большой длине цепи между достаточно удалёнными звеньями взаимодействие пренебрежимо мало. Если такие звенья соединить линиями, то направления этих линий оказываются независимыми. Это означает, что реальную цепь, состоящую из n мономерных звеньев длиной l, можно разбить на N независимых статистических элементов ( отрезков, сегментов ) длиной A.

Считают, что статистический элемент, или отрезок цепи, длиной A, положение которого не зависит от положения соседних отрезков, называется термодинамическим сегментом или сегментом Куна.

Длина максимально вытянутой цепи без нарушения валентных углов называется контурной длиной цепи L. Она связана с длиной сегмента соотношением

L = AN

III. Эмпирические химические методы расчета.

Для теоретического предсказания наиболее вероятной конформации молекулы используют метод молекулярной механики. Молекулярная механика - расчетный эмпирический метод определения геометрических характеристик и энергии молекул. Он основан на предположении о том, что энергия молекулы может быть представлена суммой вкладов, которые могут быть отнесены к длинам связей, валентным углам и торсионным углам. Кроме того, в общем выражении для энергии всегда имеется член, отражающий ван-дер-ваальсово взаимодействие валентно не связанных атомов, и член, учитывающий электростатическое взаимодействие атомов и обусловливающий наличие эффективных атомных зарядов.

Е = Есв + Евал + Етор+ Евдв + Екул

Для расчета первых двух слагаемых чаще всего применяют известных из механики закон Гука:

Есв = Ѕ kr (r – r0)2

Предполагается, что наиболее устойчивой термодинамически конформации соответствует минимальная энергия. Метод молекулярной механики позволяет получать информацию для полного описания геометрии различных конформеров в основном состоянии.

Для реального расчета какой-либо конформации молекулы метод молекулярной механики был реализован в пакете программ HyperChem. Так, для того, чтобы произвести расчет какой-либо молекулы, необходимо построить данную молекулу на экране монитора, соптимизировав начальные параметры длин связей, валентных и торсионных углов. Затем в меню выбирается метод расчета и, кроме того, математических способ расчета, относящийся к способам расчета методами вычислительной математики. После запуска, программа ищет энергетически наиболее выгодную конформацию молекулы, которую и выдает в конце вычислений на экране. Затем оказывается возможным определить с помощью имеющихся в программе инструментов длину сегмента Куна и среднеквадратичное расстояние между концами молекулы. Вид экрана программы представлен на рис.1.

Целью данной работы, таким образом, является определение с помощью компьютерной рассчетной программы наиболее вероятных конформаций нескольких модельных олигомерных.

Экспериментальная часть и обсуждение результатов

В качестве модельных молекул для расчета были выбраны олигомеры с числом мономерных звеньев равным 100 следующих полимеров, формулы которых представлены ниже: полидиметлилсилоксан, полиизобутилен, полиэтилен, полистирол, поливинилхлорид, полиметилметакрилат.

Все вышеуказанные олигомеры в соответствии с данными компьютерного расчета принимают конформации спирали. Данные расчетов представлены в нижеследующей таблице.

Увеличение величины сегмента Куна и соответственно числа мономерных остатков в сегменте в данном ряду можно объяснить увеличением размеров заместителей и как следствие увеличением скелетной жестокости цепи. Действительно, равновесная гибкость цепи зависит от химического строения основной цепи, а также от природы и размера заместителя. Наибольшей равновесной гибкостью характеризуются полидиметилсилоксан и виниловые полимеры, которые обладают большой равновесной гибкостью, не изменяющейся даже при введении такого большого заместителя, как фенил. Увеличение размеров заместителей в цепи, например гребнеобразных полимеров (полиметилметакрилатов), приводит к возрастанию сегмента Куна до 50 ангстрем, т.е. к увеличению скелетной жесткости цепи. Однако введением боковых заместителей очень сильно изменить жесткость цепи нельзя.