1、第第3节节 合成高分子化合物合成高分子化合物 目标导航 预习引导 1.了解高分子化合物的分类、结构和性质特点。 2.根据加聚反应产物的分子式确定单体和链节。 3.了解加聚反应和缩聚反应的特点,能写出形成常见 高分子化合物的化学方程式。 4.知道高分子化学反应是合成某些特殊聚合物的方 法,并能够实现高分子化合物的改性。 5.了解高分子材料的特殊性能,体会高分子科学在发 展经济、提高人们生活质量方面的作用 1.加聚反应和缩聚反应规律。 2.根据高聚物的结构式判断其单体。 3.高分子化学反应及其应用 目标导航 预习引导 一、高分子化合物概述 1.相关概念 (1)高分子化合物:高分子化合物,是指由许多
2、小分子化合物以共 价键结合成的、相对分子质量很高(通常为 104106)的一类化合物, 又称聚合物或高聚物。 (2)单体:能用来合成高分子化合物的小分子化合物称为单体。 例如,由乙烯生成聚乙烯的化学方程式为:nCH2CH2 CH2CH2,则乙烯就是聚乙烯的单体。 (3)链节:有机高分子化合物虽然相对分子质量很大,但是它们的 结构并不复杂,通常是简单的结构单元重复连接而成的,这种重复结 构单元称为链节。例如,聚乙烯CH2CH2的重复结构单元是 CH2CH2,“CH2CH2”即聚乙烯的链节。 而 n 表示结构单 元重复的次数,称为重复结构单元数或链节数。 目标导航 预习引导 2.分类 (1)按照高
3、分子化合物的来源分为:天然高分子化合物和合成高分 子化合物。 (2)按高分子化合物的分子结构分为:线型高分子化合物、支链型 高分子化合物和体型高分子化合物。 (3)按照高分子化合物受热时的不同行为分为:热塑性高分子和热 固性高分子。 (4)按高分子化合物的工艺性质和使用分类分为:塑料、橡胶、纤 维、涂料、黏合剂与密封材料。 目标导航 预习引导 3.高分子化合物的合成聚合反应 由小分子物质合成高分子化合物的反应叫做聚合反应。聚合反 应通常分为加成聚合反应和缩合聚合反应。 (1)加成聚合反应 加成聚合反应是指单体通过加成的方式生成高分子化合物的反 应,简称加聚反应。 (2)缩合聚合反应 缩合聚合反
4、应是指由单体通过分子间的相互缩合而生成高分子 化合物的聚合反应,简称缩聚反应。 目标导航 预习引导 预习交流交流 1 观察下列聚合反应,分析哪些是加聚反应,哪些是缩聚反应。 n+nH2O n+nCH2CHCHCH2 目标导航 预习引导 提示:是加聚反应 是缩聚反应 是加聚反应 目标导航 预习引导 二、高分子化学反应 1.定义 有高分子化合物参与的化学反应称为高分子化学反应。 2.高分子化学反应的应用 (1)合成带有特定功能基团的新的高分子化合物,如纤维素的改性 可以制得黏胶纤维、硝化纤维和醋酸纤维等。 (2)合成不能直接通过小分子物质聚合而得到的高分子化合物,如 聚乙烯醇的制备。 目标导航 预
5、习引导 乙烯醇由于碳碳双键直接与羟基相连,很不稳定,容易自动转化 成乙醛,因而聚乙烯醇实际上不能直接用乙烯醇聚合得到,而是间接 得到的。 通常是先制备聚乙酸乙烯酯,然后由聚乙酸乙烯酯与甲醇反 应而间接制得聚乙烯醇。 +nCH3OH +nCH3COOCH3 在这个反应里,反应物和产物中高分子化合物的链节数是相同 的。 目标导航 预习引导 (3)橡胶的硫化 橡胶硫化以后,使线型的橡胶分子间经过单硫键(S)或双硫键 (SS)发生了交联,成为空间网状结构。在这个过程中,高分子 化合物的链节数会变大。经过硫化的橡胶,叫做硫化橡胶。硫化橡 胶具有较高的强度和韧性,而且具有良好的弹性、化学稳定性、耐 磨性等
6、。 目标导航 预习引导 (4)高分子化合物的降解 高分子材料给我们带来便利的同时,也给我们带来了一些负面影 响,如白色污染等。解决这个问题的主要途径就是高分子化合物的 降解问题。高分子化合物的降解也属于高分子化学反应,在降解过 程中,高分子化合物的链节数变小。主要有以下两种途径: 加热降解,回收利用。如有机玻璃在270 的氮气中热降解,可 回收95%的甲基丙烯酸甲酯。 积极研究在自然状态下可降解的高分子材料。如目前人们已 经合成出可生物降解塑料、化学降解塑料、光降解塑料等。 目标导航 预习引导 预习交流交流 2 高分子化学反应和简单有机化合物的反应原理相同吗? 提示:高分子化学反应与有机化合物
7、的反应原理类似,所发生的 反应主要取决于结构特点、官能团及基团之间的影响,如:碳碳双键 易氧化和加成;酯基易水解;羧基易发生酯化、取代等反应。 目标导航 预习引导 三、合成高分子材料 1.定义 合成高分子材料是以合成高分子化合物为基本原料,加入适当助 剂,经过一定加工制成的材料。 2.常见的合成高分子材料 (1)三大合成材料塑料、合成橡胶、合成纤维 塑料 三大合成材料主要是由树脂组成的。树脂是一种俗称,凡人工合 成的、未经加工处理的任何聚合物都是树脂。塑料通常是由树脂 及各种助剂组成的。塑料的名称是根据树脂的种类确定的。例如, 以聚乙烯树脂为主要成分的塑料,叫做聚乙烯塑料。 目标导航 预习引导
8、 合成橡胶 合成橡胶是利用低分子物质合成的一类弹性特别强的线型高 聚物,如丁苯橡胶、 氯丁橡胶和丁腈橡胶。 合成橡胶的很多性能比天 然橡胶优越,广泛用于轮胎和制鞋工业等。 合成纤维 合成纤维是用某些低分子物质经聚合反应制成的线型高聚物。 合成纤维的品种很多,如尼龙、涤纶和人造羊毛(聚丙烯腈)等。合成 纤维耐磨、耐蚀、不缩水。用它做的衣服,不易折皱,结实耐穿。合 成纤维吸湿性和透气性差。所以,人们把它和天然纤维混纺,这样制 成的混纺织物兼有两类纤维的优点,极受欢迎。 目标导航 预习引导 (2)涂料 涂料是一种涂布于物体表面后能结成坚韧保护膜的物质,它常涂 在家具、船舶等表面,起到保护和美化内部物
9、体的作用。涂料的主 要成分成膜物质(也称固着剂)属于树脂。 (3)黏合剂 黏合剂又称胶粘剂,简称胶,日常生活中常用的糨糊、胶水就是 最普通的黏合剂。目前使用的黏合剂是以各种树脂如酚醛树脂、 脲醛树脂等为主要成分制成的。 目标导航 预习引导 3.功能高分子材料 (1)定义:在合成高分子的主链或支链上接上带有某种特定功能 的官能团,使它们具有特殊的功能以满足光学、电学、磁学、化学、 生物学、医学等方面的要求,这样形成的高分子统称为功能高分子。 (2)功能高分子材料的分类 常用功能高分子 离子交换树脂 光敏高分子 导电高分子 医用高分子 膜用高分子 目标导航 预习引导 (3)离子交换树脂 离子交换树
10、脂主要用于物质的分离和提纯。 离子交换树脂分为 阳离子交换树脂和阴离子交换树脂,阳离子交换树脂是含有磺酸基 (SO3H)、羧基(COOH)等酸性基团的树脂,它们以氢离子换取溶 液中的金属离子或其他阳离子。 如:2RSO3H+Ca2+(RSO3)2Ca+2H+(R 为树脂母体) (4)医用高分子 聚乳酸()是最早使用于代替手术缝合线的医 用高分子材料。 目前,常用的医用高分子材料有硅橡胶()、 聚氨酯、聚丙烯、聚乙烯醇等。它们的生物相容性较好、安全无毒, 可用于制造医用器械和人造器官。 目标导航 预习引导 预习交流交流 3 人类使用高分子材料种类繁多,性质各异。 下列选项中不属于高 分子材料的是
11、( ) A.合成树脂 B.涂料 C.光导纤维 D.合成橡胶 E.电木 F.电缆 提示:合成树脂、合成纤维、涂料、合成橡胶、电木都是常见的 高分子材料,光导纤维的主要成分是二氧化硅,是无机非金属材料, 电缆的主要成分是铜或铝,是金属材料,故答案:为C、F。 答案:C、F 问题导学 即时检测 一 二 一、加聚反应和缩聚反应异同的探究 活动与探究 填写下表,比较加聚反应和缩聚反应的异同。 加聚反应 缩聚反应 定义 不 同 点 实 质 单 体 产 物 种 类 化 学 组 成 高聚物与单体化学组 成相同,(聚合 物)= 高聚物与单体化学组成 不同,(聚合 物) 相同点 问题导学 即时检测 一 二 答案:
12、 加聚反应 缩聚反应 定义 单体通过加成的方式生成 高分子化合物的反应 单体间通过分子间的相互 缩合而生成高分子化合物 的反应 不 同 点 实质 加成反应 取代反应 单体 含有碳碳双键、碳碳叁键 等不饱和键 含有两个或两个以上的官 能团 产物 种类 高分子 高分子和小分子 化学 组成 高聚物与单体化学组成相 同,(聚合物)=M(单 体) n(聚合度) 高聚物与单体化学组成不 同,(聚合物)M(单 体)n(聚合度) 相同点 小分子相互作用生成高分子 问题导学 即时检测 一 二 迁移与应用 例 1 下列化合物中 a. b. c.H2N(CH2)2NH2 d.CH3CHCHCN e. f.HOOC(
13、CH2)4COOH (1)可发生加聚反应的化合物是 ,加聚物的结构式 为 。 (2)可发生缩聚反应的一种化合物是 ,缩聚物的结构式 为 。 (3)可发生缩聚反应的两种化合物是 和 ,缩聚 物的结构式为 。 问题导学 即时检测 一 二 解析:可以发生加聚反应的单体含有碳碳双键等不饱和键,符合 题意的有 b、d,其加聚产物分别为和 ;一种化合物能够发生缩聚反应,该有机物分子中一 般是含有能够发生酯化反应或成肽反应的两种或两种以上的官能 团,符合题意的是 a,缩聚物是;两种物质可以发生缩 聚反应,这两种物质必须都是含有两个或两个以上的官能团,且两种 物质含有的官能团可以发生脱去小分子的反应,符合题意
14、的是c和f, 其缩聚物为 HN(CH2)2NHOC(CH2)4CO。 问题导学 即时检测 一 二 答案:(1)b、d 、 (2)a 问题导学 即时检测 一 二 (3)c f 迁移训练 1 链状高分子化合物: 可由有机化工原料 R 和其他有机试剂,通过加成、 水解、 氧化、 缩聚反应得到,则 R 是( ) A.1-丁烯 B.2-丁烯 C.1,3-丁二烯 D.乙烯 问题导学 即时检测 一 二 解析:该高聚物属于聚酯,利用“倒推法”分析,合成它的单体为 HOCH2CH2OH、HOOCCOOH,经缩聚反应生成。 其反应流程如下: CH2CH2CH2ClCH2Cl 答案:D 问题导学 即时检测 一 二
15、(1)加聚反应和缩聚反应是生成高聚物的重要反应,加聚反应即 “加成聚合反应”,单体分子中必须含有不饱和键,产物只有高聚物分 子。 (2)缩聚反应是“缩合聚合反应”,原料小分子中不一定含有不饱 和键,但是每个小分子中必须至少含有两个官能团,多个分子缩合,首 尾相连形成高聚物。氨基酸分子形成蛋白质发生的是缩聚反应。 问题导学 即时检测 一 二 二、高聚物单体结构推断的探究 活动与探究 1.判断下列高聚物的单体,并总结判断规律: 问题导学 即时检测 一 二 答案:单体:CH3CHCHCH3 CH2CH2和 CH3CHCH2 CH2CHCHCH2 规律:凡链节的主碳链为两个碳原子,其单体必为一种。将链
16、 节的两个半键闭合即为单体。 凡链节中主碳链为4个碳原子,无碳碳双键结构,其单体必为两 种,从主链中间断开后,再分别将两个半键闭合即得单体。 凡链节中主碳链为4个碳原子,含有碳碳双键结构,单体为一种, 属于二烯烃。以双键为中心向左和向右各数两个碳原子断开,单键 变双键、双键变单键即为其单体。 问题导学 即时检测 一 二 2.判断下列高聚物的单体,并总结判断规律: 问题导学 即时检测 一 二 答案:单体:H2NCH2CH2COOH 和 HO(CH2)4OH 规律:(1)凡链节为HNRCO或ORCO结构的, 其单体必为一种,在链节的NH(或O)上加氢原子、 羰基上加羟 基,所得氨基酸(或羟基羧酸)
17、为单体。 (2)当链节中含有酯基()或结构时,则合 成的单体至少是两种,此时常用“切割法”,断开羰基与氧原子间的共 价键或断开羰基与氮原子间的共价键,然后在羰基碳上连上羟基,在 氧或氮原子上连上氢原子。 问题导学 即时检测 一 二 迁移与应用 例 2 工程塑料是具有优异的强度与耐热性,可作为工业用的结 构材料,并具有功能作用结构的高性能塑料。 ABS 树脂(结构式如下) 是常用的一种工程塑料, 合成时用了 3 种单体,根 据所学知识判断,这 3 种单体的结构简式分别 为 、 、 。 解题指导：解答本题时应注意以下三点: (1)高分子化合物主链上是否有氧、氮原子; (2)观察高分子化合物主链上的
18、碳原子数; (3)观察高分子化合物主链上是否有碳碳双键。 问题导学 即时检测 一 二 解析:根据高聚物分子的链节,采用箭头法解题,如下图所示,可 确定 ABS 树脂的单体: , 则可确定三种单体分别是:CH2CHCN、CH2CHCH CH2、。 答案:CH2CHCN CH2CHCHCH2 问题导学 即时检测 一 二 迁移训练 2 维通橡胶是一种耐油、耐高温、耐寒性能特别好的 氟橡胶。它的结构简式为。合成它的单体 为( ) A.氟乙烯与全氟异丙烯 B.1,1-二氟乙烯和全氟丙烯 C.1-三氟甲基-1,3-丁二烯 D.全氟异戊二烯 解析:该高分子化合物主链上无酯基、肽键等,因此是加聚反应 的产物。
19、主链为 4 个碳原子,且无碳碳双键,因此单体有两种,即:CH2 CF2、CF2CFCF3。 答案:B 问题导学 即时检测 一 二 (1)根据高聚物分子结构判断单体的题目是考题中经常出现的 一个考点。 此类题目应该首先判断该高聚物是加聚反应的产物还是 缩聚反应的产物。 (2)加聚反应的产物主链上只有碳原子,如主链上没有双键,则是 单烯烃加聚的产物,如主链上有碳碳双键,可能是二烯烃或炔烃加聚 的产物。 问题导学 即时检测 一 二 (3)若高聚物为缩聚产物 凡链节中含有酯基()结构的,从酯基中间断开,在羰 基上加羟基,在氧原子上加氢原子得到羧酸和醇; 凡链节中含有()结构的,断开碳氮键,亚氨基上加
20、氢原子、羰基上加羟基,所得氨基酸为单体; 凡链节中含有类似(),其单体一定是酚类和醛 类。 问题导学 即时检测 1 2 3 1.不粘锅内壁有一薄层为聚四氟乙烯的高分子材料的涂层,用不粘 锅烹烧菜肴时不易粘锅、烧焦。下列关于聚四氟乙烯的说法正确 的是( ) A.不粘锅涂层为新型有机高分子材料 B.聚四氟乙烯的单体是不饱和烃 C.聚四氟乙烯中氟元素的质量分数为76% D.聚四氟乙烯的化学活泼性较大 解析:聚四氟乙烯的单体是四氟乙烯,属于不饱和卤代烃。聚四氟 乙烯仍属于传统的三大合成材料塑料,其氟元素的质量分数是 76%,化学性质稳定,广泛应用于炊具。 答案:C 问题导学 即时检测 1 2 3 2.
21、下列关于乙烯和聚乙烯的叙述中正确的是( ) A.二者都能使溴水退色,性质相似 B.二者互为同系物 C.二者最简式相同 D.二者分子式相同 解析:要正确区分单体与高聚物。CH2CH2分子中含有碳碳双键, 而聚乙烯分子中无碳碳双键,结构上不相似,性质不同,不互为同系物 也不能说分子式相同。 答案:C 问题导学 即时检测 1 2 3 3.(2015 重庆理综,5)某化妆品的组分 Z 具有美白功效,原从杨树中提 取,现可用如下反应制备: + 下列叙述错误的是( ) A.X、Y 和 Z 均能使溴水退色 B.X 和 Z 均能与 NaHCO3溶液反应放出 CO2 C.Y 既能发生取代反应,也能发生加成反应 D.Y 可作加聚反应单体,X 可作缩聚反应单体 问题导学 即时检测 1 2 3 解析:X、Z与溴水发生取代反应,Y与溴水发生加成反应,二者均可 使溴水退色,A项正确;酚羟基不能与NaHCO3反应放出CO2,B项错 误;Y中含有苯环,既可以发生取代反应,也可以发生加成反应,C项正 确;Y中含有碳碳双键可以发生加聚反应,X中含有酚羟基可以与 HCHO发生缩聚反应,D项正确。 答案:B
