《合成高分子的基本方法》课件

《合成高分子的基本方法》目标素养1.了解聚合物的组成及结构特点,认识单体和单体单元(链节)及其与聚合物结构的关系。2.了解加成聚合反应和缩合聚合反应的特点。知识概览自主预习合成高分子的基本方法1.高分子的合成。(1)高分子的合成是利用有机化合物相互

反应

的性能,得到相对分子质量较大的高分子过程。

(2)高分子的特点:①高分子的相对分子质量比一般有机化合物大得多,通常在104以上。②高分子的相对分子质量是一个

平均

值,聚合反应得到的是分子长短不一的混合物。

微思考1高分子是纯净物吗?提示:不是。因为聚合度(n)不确定,所以高分子的成分也不确定,所以不是纯净物,一般认为是混合物。(3)合成高分子的基本方法。合成高分子的基本方法包括加成聚合反应和缩合聚合反应,前者一般是含有

双键

的烯类单体发生的聚合反应,后者一般是含有两个(或两个以上)

官能团

的单体之间发生的聚合反应。

2.加成聚合反应。(1)定义。由单体分子间通过

加成

反应生成高分子的反应称为加成聚合反应,简称

加聚

反应。反应生成的聚合物称为

加成聚合物

,简称加聚物。

(2)加聚物的组成与结构(以聚氯乙烯为例)。已知聚氯乙烯的结构简式为

。①单体:能

合成高分子

的小分子物质称为单体。由此可知聚氯乙烯的单体是

CH2═CHCl

。

②链节:高分子链中可重复的最小

结构

称为链节,又称重复结构单元。聚氯乙烯的链节是

—CH2—CHCl—

。

③聚合度:高分子链中含有的

链节

数目称为聚合度,通常用

n

表示。

④加聚物的平均相对分子质量:加聚物的平均相对分子质量=

链节的相对质量×n

。

微思考2已知聚苯乙烯的结构为,则该聚苯乙烯的链节和单体分别是什么?3.缩合聚合反应。(1)定义:由单体分子间通过

缩合

反应生成高分子的反应称为缩合聚合反应,简称

缩聚

反应。反应生成的聚合物称为

缩合聚合物

,简称缩聚物。

(2)反应特点。①在生产缩聚物的同时,还伴有

小分子

的副产物(如H2O等)的生成。

②大多缩聚反应是

可逆

反应,为提高产率,并得到具有较高聚合度的缩聚物,需要及时移除反应产生的

小分子副产物

。

(3)缩聚物的结构简式。书写缩聚物的结构简式时,一般在方括号外侧写出端基

原子或原子团

。例如:

(4)缩聚反应化学方程式的书写。①各单体物质的量与缩聚物结构简式的下角标一般要一致,大部分化学方程式中的都是n。②注意生成小分子的物质的量:由一种单体进行缩聚反应,生成的小分子物质的量一般为

n-1

;由两种单体进行缩聚反应,生成的小分子物质的量一般为

2n-1

。

③实例:如6-羟基己酸发生缩聚反应的化学方程式为

对苯二甲酸与1,4-丁二醇发生缩聚反应的化学方程式为微思考3已知某聚合物的结构简式为

。该聚合物是通过什么化学反应合成?制备该聚合物的单体有几种?提示:通过缩聚反应合成。制备该聚合物的单体有2种,分别是

(对苯二甲酸)、HO—CH2—CH2—OH(乙二醇)。预习检测1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(1)高分子的相对分子质量比一般有机化合物大得多,通常在104以上。(

)(2)高分子是分子长短不一的混合物,其相对分子质量是一个平均值。(

)(3)聚乙烯(

CH2—CH2

)和乙烯的组成、结构相同,都能使酸性高锰酸钾溶液褪色。(

)√√×(4)HC≡CH和CH2═CHCH═CH2都能发生加聚反应生成高分子。(

)(5)的合成单体是CH2═CH2和CH2═CHCl。(

)(6)乙醇含有—OH,乙酸含有—COOH,故两者都能发生缩聚反应。(

)√××√2.下列化合物中属于高分子材料的是(

)。①聚乙炔②蔗糖③碳纤维④硫橡胶⑤大豆油⑥纤维素⑦脱氧核糖核酸⑧高级脂肪酸钠⑨羊毛纤维⑩光导纤维

A.①③⑤⑥⑦

B.①④⑥⑦⑨C.①②⑤⑨⑩

D.④⑤⑥⑧⑩答案:B3.某高分子的部分结构为,下列说法中正确的是(

)。A.该聚合物的链节为B.该聚合物的分子式为(C3H3Cl3)nC.该聚合物的单体是CHCl═CHClD.若聚合度为n,则其摩尔质量为97n答案:C4.下列有机化合物作为单体能发生加聚反应的是(

)。答案:B5.用丙醛(CH3—CH2—CHO)制取聚丙烯

CH2—CH(CH3)

的过程中发生的反应类型为(

)。①取代②消去③加聚④缩聚⑤氧化⑥还原A.①④⑥ B.⑤②③C.⑥②③ D.②④⑤答案:C一

常见的加聚反应和缩聚反应类型重难归纳1.加聚反应的常见类型。(1)一种烯烃单体的聚合反应。例如,由乙烯聚合得到聚乙烯就属于此反应类型。

(2)一种二烯烃单体的聚合反应。例如,1,3-丁二烯的加聚反应就属于此反应类型。(3)不同烯烃的聚合反应。

例如,由乙烯与丙烯聚合得到乙丙橡胶就属于此反应类型。

(4)烯烃与二烯烃的聚合反应。

例如,乙烯与1,3-丁二烯的共聚反应就属于此反应类型。

(5)碳碳三键的加聚反应。

2.常见缩聚反应类型。(1)聚酯类:—OH与—COOH间的缩聚。(2)聚氨基酸类:—NH2与—COOH间的缩聚。

(3)酚醛树脂类。

下列有机化合物中,可发生加聚反应的化合物是哪几种?请写出其中一种加聚反应的产物。可发生缩聚反应的化合物是哪几种?提示:可发生加聚反应的化合物有b、d,b加聚反应的产物为

。能发生缩聚反应的化合物有a、c、f。典例剖析

解析:(1)乙烯(CH2═CH2)和丙烯(CH3CH═CH2)分子都含碳碳双键,两者发生共聚反应生成乙丙橡胶();按照加成反应机理,CH2═CH2和CH3CH═CH2分别断键形成链节:—CH2—CH2—、—CH(CH3)—CH2—,链节相互结合形成聚合物。(2)乳酸的结构简式为HOOCCH(OH)CH3,分子中含—COOH和—OH,一定条件下发生缩聚反应,—COOH脱去—OH,—OH脱去H原子,剩余有机基团相连形成聚乳酸。(3)对苯二甲酸()含2个—COOH,乙二醇(HOCH2CH2OH)含2个—OH,两者在催化剂、加热条件下发生缩聚反应生成涤纶,结合反应机理及原子守恒写出化学方程式。规律总结加聚反应和缩聚反应的比较

类别加聚反应缩聚反应单体特征含不饱和键(如

)至少含两个特征官能团(如—OH、

、—NH2)单体种类含碳碳双键或碳碳三键的有机化合物等酚和醛,二元醇、二元酸、氨基酸聚合方式通过不饱和键加成通过缩合脱去小分子而连接类别加聚反应缩聚反应聚合物特征聚合物与单体具有相同的组成聚合物和单体具有不同的组成产物只产生聚合物聚合物和小分子学以致用1.下列合成高分子材料的化学方程式和反应类型均正确的是(

)。答案:C解析:根据加聚反应规律,可以知道丙烯腈聚合应该生成

,故A项错误;苯酚与甲醛发生缩聚反应,应有小分子水生成,故B项错误;C项反应为单烯烃发生加聚反应,双键打开连接成高分子,故C项正确;D项反应为两种单烯烃的加聚反应,故D项错误。2.写出由下列单体生成聚合物的化学方程式。

二

依据官能团对有机化合物分类重难归纳1.根据聚合物的链节结构判断聚合反应的类型。2.加聚产物单体的判断方法。总的原则:聚合物主链上无双键,两个碳原子为一单元,单键变双键,单烯烃即可被还原;聚合物主链上有双键,四个碳原子为一单元,双键在中间,单双键互变,二烯即可被还原。(1)凡链节主链上只有两个碳原子(无其他原子)的聚合物,其单体必为一种,将两个半键闭合即可。(2)凡链节主链上只有四个碳原子(无其他原子)且链节中无双键的聚合物,其单体必为两种。以两个碳原子为单元断开,然后分别将两个半键闭合即可。(3)凡链节主链上有多个碳原子且存在碳碳双键的聚合物,判断其单体的规律是“见双键,四个碳;无双键,两个碳”,划线断开。然后将半键闭合,将单双键互换即可。(4)凡链节主链上有多个碳原子且含有碳碳双键的聚合物,若采用“见双键,四个碳”的断键方式,链节主链两边只剩下1个碳原子,无法构成含双键的单体时,则可能是含有碳碳三键的化合物参与了加聚反应。3.缩聚产物单体的判断方法。

(4)凡链节中含有酚羟基的结构,单体一般为酚和醛。

已知高分子A和B的部分结构如下:则生成合成高分子A的单体是什么?生成A的反应是什么反应类型?合成高分子B的单体是什么?生成B的反应又属于哪种反应类型?典例剖析有下列几种高分子:其中是由两种不同的单体缩聚而成的是(

)。A.①③④⑤B.③④⑤C.③⑤D.①②④答案:B解析:根据单体判断的“断键法”“弯键法”,可知:故符合题意的有③④⑤,答案选B。

学以致用1.下列物质是可以作为人工心脏、人工血管等人体植入物的高分子生物材料:下列关于上述高分子材料的说法中不正确的是(

)。A.聚四氟乙烯由CF2═CF2通过加聚反应合成B.用于合成维通橡胶的单体是CH2═CFCF2CF2CF3C.有机硅橡胶由

通过缩聚反应合成D.聚甲基丙烯酸甲酯的合成单体是CH2═C(CH3)COOCH3答案:B解析:聚四氟乙烯的链节为—CF2—CF2—,链节主链只含碳原子,闭合2个半键可得合成单体为CF2═CF2,反应类型是加聚反应,A项正确;维通橡胶的链节为—CH2—CF2—CF2—CF(CF3)—,链节主链含4个碳原子,且不含碳碳双键,其合成单体有2种,断裂中间两个碳原子的碳碳键,然后两键闭合得单体CH2═CF2、CF2═CF(CF3),B项错误;有机硅橡胶的结构简式含端基原子和原子团,应为缩聚反应产物,其合成单体为

,C项正确;聚甲基丙烯酸甲酯是加聚反应产物,结合其结构简式推知,合成单体为CH2═C(CH3)COOCH3,D项正确。2.按要求完成填空。1.某高分子的结构简式为,下列叙述错误的是(

)。A.聚合度为nB.单体为CH2═CHCH3C.链节为—CH2—CH—CH3—D.该高分子是混合物答案:C2.丁腈橡胶具有优良的耐油、耐高温性能,合成丁腈橡胶的原料是(

)。①CH2═CH—CH═CH2 ②③CH2═CH—CN

④CH3—CH═CH—CN⑤CH3—CH═CH2

⑥CH3—CH═CH—CH3A.③⑥

B.②③C.①③

D.④⑤答案:C3.已知M、N是合成某功能高分子材料的中间产物,下列关于M、N说法正确的是(

)。A.M、N都属于烯烃,但既不是同系物,也不是同分异构体B.M、N分别与液溴混合,均发生取代反应C.M、N分子均不可能所有原子共平面D.M、N均可发生加聚反应生成高分子化合物D解析:M分子结构中官能团为碳碳双键和羟基,为烃的衍生物,不属于烯烃,M与N在组成上相差不是n个CH2,且分子式也不相同,所以既不是同系物,也不是同分异构体,A项错误;M、N分子结构中均含碳碳双键,与液溴混合时,可发生加成反应,苯环与液溴发生取代反应时,还需要催化剂,B项错误;M分子内含碳碳单键

,中心C原子采用sp3杂化,不可能所有原子共平面,N所有原子可以共平面,C项错误;M、N分子结构中均含碳碳双键,均可发生加聚反应生成高分子化合物,D项正确。4.链状高分子的结构简式如下:该高分子可由有机化工原料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.乙烯答案:D再将乙二醇氧化得到乙二醛,进一步氧化得到乙二酸,由乙二醇与乙二酸发生缩聚反应就得到高分子,故R是乙烯,D选项正确。5.可降解有机高分子C合成原理如下:下列说法不正确的是(

)。A.A完全水解只能得到两种氨基酸B.单体B结构简式是C.高分子C可发生加成反应和水解反应D.该反应属于缩聚反应答案:AC含有苯环可发生加成反应,含有酰胺键能发生水解反应,C项正确;合成高分子C的同时生成小分子HCl,则该反应属于缩聚反应,D项正确。答案:(1)CH3CH(OH)COOH(2)苯乙烯分子中含碳碳双键,发生加聚反应生成聚苯乙烯。

探究一加聚反应【问题探究】1.聚丙烯能否写成

CH2—CH—CH3

?提示

不能。若写成

CH2—CH—CH3

,则右端的C原子形成5个共价键,与科学事实不符。【深化拓展】1.加聚反应的特点单体—含有碳碳双键、三键等不饱和键的化合物。例如:烯烃、二烯烃、炔烃等

|产物—没有副产物产生

|链节—链节的化学组成跟单体的化学组成相同

|相对分子质量—聚合物的相对分子质量为单体相对分子质量的整数倍2.加聚反应的几种常见类型(1)单烯烃的加聚

双键横着放,其余靠边站;伸出两只手,砌成一堵墙单体由官能团(碳碳双键)和非官能团两部分组成。单体中含有不饱和键(碳碳双键)的碳链单独列成一列,断开不饱和键中的一条键,展放在中括号

内,其他非官能团部分作为支链纵列。如:相应化学方程式为

(2)二烯烃的加聚

双键打开四只手,外面两只搞外交,中间两只手拉手二烯烃单体自聚时,单体的两个双键同时打开,单体之间直接连接形成含有一个新双键的链节而成为高分子。1,3-丁二烯的加聚反应:异戊二烯的加聚反应:(3)单烯烃与二烯烃共聚单烯烃分子打开双键,二烯烃分子的两个双键也同时打开,彼此相互连接而二烯烃分子又形成一个新双键成为高分子。例如,丙烯与1,3-丁二烯的加聚反应:(4)炔烃的加聚例如,乙炔的加聚反应:(5)环状化合物的加聚例如,环氧乙烷的加聚反应:3.巧记加聚反应产物的书写方法单烯加聚双改单,链节只有两个碳,其他部分连原碳,写成支链不改变。共轭双键(两个双键之间间隔一个碳碳单键)要加聚,链节四碳要牢记,两端双键变单键,中间单键变双键,其他部分连原碳,写成支链不改变。共聚链节灵活写,规律总结两方面,开环加聚成长链,断开之处前后连,链节再加方括号,聚合度n跟后面。4.由加聚物推断单体的方法(1)凡链节的主链只有两个碳原子(无其他原子)的聚合物,其单体必为一种,将链节两端两个半键断开向内闭合即可。(2)凡链节主链上只有四个碳原子,且链节无双键的聚合物,其单体必为两种,在链节两端及正中央划线断开,然后左右两个半键闭合即可。【素能应用】

典例1隐形眼镜也叫角膜接触镜,是一种戴在眼球角膜上,用以矫正视力或保护眼睛的镜片。某软质隐形眼镜材料为如图所示的聚合物,下列有关说法错误的是(

)A.生成该聚合物的反应属于加聚反应B.该聚合物的单体是丙酸乙酯C.该聚合物分子中存在大量的—OH,所以具有较好的亲水性D.该聚合物的结构简式为答案

BA.①③④ B.①②③C.①②④ D.②③④答案

C探究二缩聚反应【问题探究】1.试根据加聚反应和缩聚反应的原理,探讨由有机化合物

形成高聚物时可能发生的反应类型,试写出相应反应的化学方程式。提示

因该有机化合物中既含有碳碳双键,又含有羟基和羧基,当作为单体合成高聚物时,可发生加聚反应也可发生缩聚反应,化学方程式分别为提示

CH3CH(OH)COOH。由高聚物的结构片段可知,该高聚物中含有酯基,是某单体通过缩聚反应制得的,单体是CH3CH(OH)COOH。【深化拓展】1.缩聚反应的特点单体—具有双官能团(如—OH、—COOH、—NH2等)或多官能团的小分子

|产物—生成聚合物的同时,还有小分子副产物(如H2O等)生成

|链节—聚合物链节的化学组成与单体的化学组成不同

|产物书写—要在缩聚物结构简式方括号外侧写出链节余下的端基原子或原子团2.常见的缩聚反应类型

产物:斩头去尾,挤出小鬼(小分子物质)能够发生缩聚反应的物质含有多种官能团(—OH、—COOH、—NH2等),主要有如下几种类型:(1)二元酸与二元醇缩聚(2)羟基酸缩聚

(3)二元酸与二胺缩聚

(4)氨基酸缩聚

3.缩聚物及其单体的互推方法(1)由单体推缩聚物(2)由缩聚物推单体

步骤第一步第二步第三步说明采用“切割法”去掉缩聚物结构简式中的方括号与“n”,变为小分子断开分子中的肽键或酯基在断开的羰基碳原子上连接—OH,在氧或氮原子上连接—H,还原为单体小分子【素能应用】典例2聚合物P的结构片段如图所示。下列说法不正确的是(图中

表示链延长)(

)A.聚合物P中有酯基,能水解B.聚合物P的合成反应为缩聚反应C.聚合物P的原料之一丙三醇可由油脂水解获得D.聚合物P的单体为邻苯二甲酸和乙二醇答案

D【微点拨】苯环上两个取代基在不同位置的高聚物写法对于苯环上有两个取代基反应生成的高分子化合物,两个取代基可出现邻、间、对3种相对位置,高分子化合物中两个取代基的书写方法如下:①邻位:苯环横放,上面两个碳原子连接取代基形成长链,如邻苯二甲酸和邻苯二胺形成的高分子化合物为②间位:苯环竖放,利用肩部的两个碳原子连接取代基形成长链,如间苯二甲酸与乙二醇形成的高分子化合物为③对位:苯环横放,中间两个碳原子连接取代基形成长链,如对苯二甲酸乙二酯为变式训练2(1)链状高分子

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

(填字母)。

A.1-丁烯 B.2-丁烯C.1,3-丁二烯 D.乙烯(2)锦纶

的单体为

,合成锦纶的反应类型为

。

(3)已知涤纶树脂的结构简式为,它是由

和

(填单体的结构简式)通过

反应制得的,反应的化学方程式为

。

答案

(1)D

(2)H2N(CH2)5COOH

缩聚反应

解析

(1)该高分子是由乙二醇和乙二酸经缩聚反应得到的,故R为乙烯。(2)此聚合物中含有肽键,其单体是H2N(CH2)5COOH。(3)由高聚物的结构片段分析,此高聚物属于高聚酯,因而属于酯化型缩聚反应。联想酯化反应的特征即可推出酸和醇的结构简式:方法点拨

有机高分子单体判断的思维流程

素养脉络

随堂检测1.下列关于有机高分子的说法不正确的是(

)A.有机高分子被称为聚合物或高聚物,因为它们大部分是由小分子化合物通过聚合