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1、第五章 进入合成有机高分子化合物的时代第一节合成高分子化合物的基本方法一、合成高分子化合物的基本反应类型1加成聚合反应(简称加聚反应)(1)特点单体分子含不饱和键(双键或三键)；单体和生成的聚合物组成相同；反应只生成聚合物。(2)加聚物结构简式的书写将链节写在方括号内，聚合度n在方括号的右下角。由于加聚物的端基不确定，通常用“”表示。如聚丙烯的结构式。(3)加聚反应方程式的书写均聚反应：发生加聚反应的单体只有一种。如共聚反应：发生加聚反应的单体有两种或多种。如2缩合聚合反应(简称缩聚反应)(1)特点缩聚反应的单体至少含有两个官能团；单体和聚合物的组成不同；反应除了生成聚合物外，还生成小分子；含
2、有两个官能团的单体缩聚后生成的聚合物呈线型结构。(2)缩合聚合物(简称缩聚物)结构简式的书写要在方括号外侧写出链节余下的端基原子或原子团。如(3)缩聚反应方程式的书写单体的物质的量与缩聚物结构式的下角标要一致；要注意小分子的物质的量：一般由一种单体进行缩聚反应，生成小分子的物质的量为(n1)；由两种单体进行缩聚反应，生成小分子的物质的量为(2n1)。以某分子中碳氧双键中的氧原子与另一个基团中的活泼氢原子结合成水而进行的缩聚反应。以醇羟基中的氢原子和酸分子中的羟基结合成水的方式而进行的缩聚反应。以羧基中的羟基与氨基中的氢原子结合成H2O的方式而进行的缩聚反应。特别提醒单体与链节不同，如单体是CH
3、2=CH2，链节为CH2CH2，加聚物与单体结构上不相似，性质不同，不为同系物。如分子中无。3加聚反应与缩聚反应的比较加聚反应缩聚反应不同点反应物单体必须是不饱和的单体不一定是不饱和的，但必须要含有某些官能团生成物生成物只有高分子化合物生成物除高分子化合物外，还有水、卤化氢、氨等小分子化合物聚合物分子组成与单体相同分子组成与单体不完全相同相同点反应物可以是同一种单体，也可以是不同种单体，生成物是高分子化合物二、高分子化合物单体的确定1加聚产物、缩聚产物的判断判断有机高分子化合物单体时，首先判断是加聚产物还是缩聚产物。判断方法是：(1)若链节结构中，主链上全部是碳原子形成的碳链，则一般为加聚产物
4、；(2)若链节结构中，主链上除碳原子外还含有其他原子(如N、O等)，则一般为缩聚产物。2加聚产物单体的判断方法(1)凡链节的主链中只有两个碳原子(无其它原子)的聚合物，其合成单体必为一种，将两个半键闭合即可。如，其单体是。(2)凡链节的主链中有四个碳原子(无其它原子)，且链节无双键的聚合物，其单体必为两种，在正中央划线断开，然后两个半键闭合即可。如的单体为。(3)凡链节的主链中只有碳原子，并存在结构的聚合物，其规律是“有双键，四个碳；无双键，两个碳”划线断开，然后将半键闭合即单双键互换。如的单体为；的单体为。3缩聚产物单体的判断方法(1)若链节中含有酚羟基的结构，单体一般为酚和醛。如的单体是和
5、HCHO。(2)若链节中含有以下结构，如，其单体必为一种，如的单体为。(3)若链节中间含有部分，则单体为酸和醇，将中CO单键断开，左边加羟基，右边加氢即可。如的单体为HOOCCOOH和HOCH2CH2OH。(4)若链节中间含有部分，则单体一般为氨基酸，将中CN单键断开，左边加羟基，右边加氢。如的单体为H2NCH2COOH和。特别提醒运用上述方法找单体时，一定要先判断是加聚产物还是缩聚产物，然后运用逆向思维法逐步还原，准确判断单体的前提是熟练掌握加聚反应与缩聚反应的原理及方程式的书写。进行单体判断时，不要被书写方式迷惑，要注意到单键是可旋转的，同时严格按半键还原法进行判断。类型1 有机高分子化合
6、物的结构和性质例1某高分子化合物的部分结构如下：下列说法正确的是()A聚合物的链节是B聚合物的分子式是C3H3Cl3C合成该聚合物的单体是CHCl=CHClD若n表示聚合度，则其相对分子质量为97n答案CD解析注意到碳碳单键可以旋转，则可判断上述聚合物重复的结构单元(即链节)为，该聚合物的结构简式为。合成它的单体是CHCl=CHCl，其分子式为(C2H2Cl2)n，相对分子质量为97n。类型2 聚合物单体的判断例2在国际环境问题中，一次性使用聚苯乙烯等材料带来的“白色污染”是极为严重的环境问题之一。最近研制的一种可降解塑料，代号为3HB，结构简式为，具有良好的生物适应性，能在自然界降解。请回答
7、下列问题：(1)该可降解塑料在自然界中可通过_(填序号)反应降解为该聚合物的单体。A加成 B消去 C水解 D氧化(2)该聚合物的单体的结构简式为_，该单体中具有的官能团的名称为_。(3)各取1 mol该单体分别与钠和碳酸氢钠溶液完全反应时，分别消耗钠和碳酸氢钠的物质的量之比为_。答案(1)C(2) 羟基、羧基(3)21解析依据的结构先判断是加聚产物还是缩聚产物，然后运用逆向思维法逐步还原，推测其单体，再依据官能团确定其性质，写出反应方程式进行相关计算。是缩聚产物，可依据官能团形成过程的连链逆向推出单体，把失去的小分子物质分拆后加在相应位置。，失去的小分子为H2O，拆为H和OH，其单体必为一种，
8、为。含有两种官能团，有羟基(OH)和羧基()，中OH不能与NaHCO3溶液反应，但能与金属钠反应，COOH既能与Na反应，又能与NaHCO3溶液反应。判断有机高分子化合物单体时，要先判断是加聚产物还是缩聚产物。链节链节半键还原、双键重现正推验证。若半键还原无法形成完整双键可考虑再断裂单键构成完整双键(此时不是一种单体)或断裂双键构成完整双键(此时单体是二烯烃)。(2)若是缩聚产物，可依据官能团的形成过程的连链逆向推出单体，把失去的小分子物质分拆后加在相应位置。 类型3 有机高分子化合物的合成及反应类型例3根据图示，回答下列问题：(1) 写出A、E、G的结构简式：A_，E_，G_。(2) 反应的
9、化学方程式(包括反应条件)是_，反应的化学方程式(包括反应条件)是_。(3) 写出、的反应类型：_、_。答案(1)H2C=CH2HOOC(CH2)4COOH(2)ClCH2CH2ClNaOHCH2=CHClNaClH2O(3)加成反应缩聚反应解析根据A的分子式推出A为乙烯，C为，D为CH2=CHCl，E为，F为HOCH2CH2OH，结合F和缩聚大分子可推出G为HOOC(CH2)4COOH，从而可推出答案。第二节应用广泛的高分子材料一、高分子化合物的分类1按来源分2按结构分3按性质分4按用途分二、有机高分子化合物结构与性质的关系有哪些？常见的有机高分子化学反应的特点有哪些？1高分子化学反应的特点
10、(1)与结构的关系结构决定性质，高分子的化学反应主要取决于结构特点、官能团与基团之间的影响。如碳碳双键易氧化和加成，酯基易水解、醇解，羧基易发生酯化、取代等反应。(2)常见的有机高分子化学反应降解在一定条件下，高分子材料解聚为小分子。如有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯)热解为甲基丙烯酸甲酯；聚苯乙烯用氧化钡处理，能分解为苯乙烯；生物降解塑料；化学降解塑料；光降解塑料等。橡胶硫化天然橡胶()，经硫化，破坏了碳碳双键，形成单硫键(S)或双硫键(SS)，线型变为体型结构。催化裂化塑料催化裂化得柴油、煤油、汽油及可燃气体等。2高分子化合物的结构与性质线型高分子体型(网状)高分子结构分子中的原子以共价键相互连
11、结，构成一条很长的卷曲状态的“链”分子链与分子链之间还有许多共价键交联起来，形成三维空间的网状结构溶解性能缓慢溶解于适当溶剂很难溶解，但往往有一定程度的胀大性能具有热塑性，无固定熔点具有热固性，受热不熔化特性强度大、可拉丝、吹薄膜、绝缘性好强度大、绝缘性好，有可塑性常见物质聚乙烯、聚氯乙烯、天然橡胶酚醛树脂、硫化橡胶特别提醒高分子化学反应，同其他反应一样，运用物质的结构决定性质的规律，首先分析其具有的官能团，并考虑官能团与基团的影响，分析比较结构变化及位置等，并加以应用。类型1 白色污染与环境保护例1科技文献中经常出现下列词汇，其中与相关物质的颜色并无联系的是()A赤色海潮 B绿色食品 C白色
12、污染 D棕色烟气答案B解析赤色海潮是海潮中存在着大量的藻类物质，形成暗红色的色带；绿色食品是指在生产食品所用的原料生产过程中不使用农药、化肥及在环境污染程度小的地域生产的食品；白色污染是指废弃塑料制品的污染，常见的有聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等，产品通常呈白色或无色；棕色烟气是指炼钢厂的废气，其中含有Fe2O3和CO，因Fe2O3是红色而呈现棕色。高分子材料形成的环境污染越来越受到社会的关注，由于这些物品难以分解，在土壤里经久不烂，若焚烧会严重污染环境，因此要加强研究易分解的新型塑料，目前治理“白色污染”主要应从减少使用和加强回收开始。 类型2 有机高分子的结构与性质例2橡胶树是热带植物，在我
13、国海南已有大面积种植。从橡胶树的胶乳中可提取天然橡胶，天然橡胶的成分是聚异戊二烯，其结构为。试回答下列问题：(1) 天然橡胶能溶于汽油的根本原因是_，天然橡胶加入适当硫进行硫化后，其结构由_变成_，因而硫化橡胶_(填“能”或“不能”)溶于汽油。(2)天然橡胶的单体是一种无色液体，将该无色液体加入溴水中，_(填“能”或“不能”)使溴水褪色。答案(1)天然橡胶是线型结构线型结构网状结构不能(2)能解析(1)从天然橡胶成分的结构简式可知天然橡胶为线型结构的高分子，能溶解于适当的溶剂。天然橡胶硫化后，引入的硫原子间可形成共价键，从而使高分子链发生交联，形成网状结构，故硫化橡胶不能溶解于汽油。(2)天然
14、橡胶的单体中含有两个碳碳双键能加成Br2，使溴水褪色。类型3 有机高分子材料的合成例3卤代烃是有机物合成的魔术师，卤代烃中卤素原子很易与活泼金属阳离子结合，发生取代反应，如RXNaCNRCNNaX；RX2NaXRRR2NaX。G是能导电的聚合物。根据下列各物质的转化关系回答：(1)A的分子式为_，E的结构简式为_。(2)写出BD的化学方程式：_。(3)写出C2H3ClC的化学方程式：_。(4)写出AG的化学方程式：_。答案(1)C2H2(2)nCH2=CHCN(3)2CH2=CHCl2NaCH2=CHCH=CH22NaCl(4)解析本题要从题给信息入手，通过有机反应的特点，反应物和生成物在分子
15、组成上的差异来推测未知物的结构。分析本题，首先对题中所给条件进行分析，本题突破口是C2H3Cl能发生加聚反应，结构中一定含有碳碳双键，结构简式为CH2=CHCl，则A为乙炔，G为乙炔的加聚产物：，能导电；C2H3Cl发生加聚反应：；利用所给信息C2H3Cl生成B，转化为D，D是一种合成纤维，B为CH2=CHCN，即CH2=CHClNaCNCH2=CHCNNaCl，nCH2=CHCN；C2H3Cl生成C，又转化为F，F为一种合成橡胶：2CH2=CHCl2NaCH2=CHCH=CH22NaCl，nCH2=CHCH=CH2。第三节功能高分子材料一、新型有机高分子材料与传统的三大合成材料有本质上的差别
16、吗？功能高分子材料的品种与分类有哪些？1新型有机高分子材料与传统的三大合成材料的区别与联系新型有机高分子材料与传统的三大合成材料在本质上并没有区别，它们只是相对而言。从组成元素看，都是由C、H、O、N、S等元素构成；从合成反应看，都是由单体经加聚或缩聚反应形成；从结构看，也就是分两种结构：线型结构、体型结构。它们的重要区别在于功能与性能上，与传统材料相比，新型有机高分子材料的性能更优异，往往具备传统材料所没有的特殊性能，可用于许多特殊领域。2功能高分子材料的品种与分类特别提醒医用高分子材料应该满足：无毒，且是化学惰性的；与人体组织和血液相容性好；具有较高的机械性能；容易制备、纯化、加工和消毒。
17、二、高分子化合物与高分子材料的比较高分子化合物结构链节分子链中重复出现的结构单元聚合度分子链中的链节数，用n表示单体生成高分子化合物的小分子物质线型结构又称支链型、直链型，连成长链，有热塑性体型结构分子链间以共价键“交联”，连成网状结构，成型后不可塑性质1.线型高分子能溶解在适当的溶剂中，体型高分子只能溶胀2.线型高分子有热塑性，体型高分子有热固性3.高分子材料的强度较大4.高分子材料一般不易导电，弹性好，耐磨，不耐热5.部分高分子材料还具有耐酸、耐碱、耐腐蚀、难降解的性质高分子材料三大合成材料塑料如：聚丙烯、聚苯乙烯、酚醛塑料、聚四氟乙烯合成橡胶如：丁苯橡胶、顺丁橡胶、硅橡胶、氯丁橡胶合成纤
18、维如：涤纶、腈纶、锦纶、丙纶、维纶、氯纶按来源分天然高分子材料如：淀粉、纤维素、蛋白质、天然橡胶合成高分子材料如：塑料、合成纤维、合成橡胶、涂料按性能分功能高分子材料如：高分子分离膜、医用高分子、吸水高分子复合材料如：玻璃纤维、碳纤维类型1 高分子材料的分类例1下列材料中，属于功能高分子材料的是()高分子膜生物高分子材料光敏高分子材料 导电高分子材料离子交换树脂液晶高分子材料A B C D答案D解析根据功能高分子的分类即可顺利解答。类型2 功能高分子材料的结构与性能例2随着医用高分子材料的发展，人们已可用人工器官代替不能治愈的病变器官。目前已经制成的人工器官有()皮肤肝肺肾骨骼眼A B C D
19、全部答案D解析医用高分子材料的应用十分广泛，利用其特殊结构和特殊性质，可以制备与人体器官功能相同的人工器官。医用高分子材料必须满足的条件：无毒，且是化学惰性的；与人体组织和血液相容性好；具有较高的机械性能；容易制备、纯化、加工和消毒。 类型3 复合材料的结构与性能例3碳纤维强化塑料是一种新型的高强度复合材料，其强度比钢铁材料大而密度比铝小。据报道，每架波音767飞机使用了1吨碳纤维材料，而一种新型的波音757飞机使用了9吨以上的碳纤维。制取碳纤维的一种方法是将聚丙烯腈纤维在稀有气体中进行高温处理而获得，这种碳纤维的结构可表示如下：(1)构成这种碳纤维的元素是_，其原子个数比为_。(2)用乙炔和
20、HCN为原料合成这种碳纤维的流程可表示如下：CHCHABC碳纤维用化学方程式表示以下过程： CHCH与HCN反应_；AB_。答案(1)C、H、N311(2)CHCHHCNCH2=CHCNnCH2=CHCN解析碳纤维材料是一种重要的新型复合材料，题目已知给出制取这种碳纤维是将聚丙烯腈经高温处理而得，聚丙烯腈的结构为，注意到题给碳纤维的结构，可以将聚丙烯腈结构写为：其中CN的结构为CN。这种变换写法是解答本题的关键一步，根据生产流程所示，聚丙烯腈经两步反应获得碳纤维，第一步高温处理，应是在上述结构的基础上将氰基CN中的三键打开重新结合构成环状结构，即生成C，C在催化剂作用下脱氢，在C中环状结构的CH2与上各脱去一个氢原子而形成双键结构，形成碳纤维。显然，在CH2原子团上脱去一个H原子后，还有一个氢原子，所以可知这种碳纤维由C、H、N三种元素构成，考查其中的一个基本结构单元，可看出C、H、N三种原子的个数比应为311。