資源簡介

5.1　合成高分子的基本方法
【學習目標】
1.了解合成高分子的組成與結構特點,能依據合成高分子的結構分析其鏈節和單體。
2.了解加聚反應和縮聚反應的特點,能利用有機物分子之間的轉化關系,合成高分子化合物。
3.能用常見的單體寫出簡單的聚合反應方程式和聚合物的結構式。
【自主預習】
1.高分子相對分子質量的特點
高分子的相對分子質量比一般有機化合物大得多,通常在　　　　以上;高分子的相對分子質量沒有明確的數值,只是一個　　　　。
2.高分子的基本合成方法
合成高分子的基本方法包括　　　　與　　　　。
3.合成高分子的有關概念
4.加成聚合反應
(1)單體的結構特點:一般是含有雙鍵的烯類單體。
(2)定義:單體分子通過　　　　反應生成高分子的反應,稱為加成聚合反應(簡稱加聚反應)。
5.縮合聚合反應
(1)單體的結構特點:一般是含有兩個(或兩個以上)官能團的單體。
(2)定義:單體分子間通過縮合反應生成高分子的反應稱為縮合聚合反應(簡稱縮聚反應)。
(3)縮聚反應與加聚反應的重要不同是縮聚反應產物除了生成　　　　的同時,還伴有　　　　(如H2O等)的生成,而加聚反應產物只生成加聚物。
【答案】
1.104　平均值
2.加成聚合反應　縮合聚合反應
4.(2)加成
5.(3)縮聚物　小分子的副產物
【效果檢測】
1.判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“×”)。
(1)高分子化合物的特點之一是組成元素簡單、結構復雜、相對分子質量大。 (　　)
(2)合成的有機高分子化合物大部分是由小分子化合物通過聚合反應而制得的。 (　　)
(3)相同質量的乙烯和聚乙烯完全燃燒消耗的O2質量相同。 (　　)
(4)聚丙烯為純凈物。 (　　)
(5)的單體有兩種。 (　　)
(6)氨基酸分子間可發生縮聚反應。 (　　)
(7)縮聚反應生成小分子的化學計量數為n-1。 (　　)
(8)是由苯酚和甲醛發生加成反應后的產物脫水縮合而成的。 (　　)
(9)的結構中含有酯基。 (　　)
【答案】(1)×　(2)√　(3)√　(4)×　(5)×　(6)√ (7)×　(8)√　(9)√
2.如何判斷加聚產物和縮聚產物
【答案】鏈節主鏈上全部是碳原子的高聚物屬于加聚產物;鏈節主鏈上有碳原子和其他原子的高聚物屬于縮聚產物。
3.有機高分子化合物的相對分子質量是否為單體的相對分子質量乘以聚合度
【答案】加聚產物的相對分子質量=單體的相對分子質量×聚合度,縮聚產物不符合上述關系。
【合作探究】
任務1　加成聚合反應
情境導入　隱形眼鏡也叫角膜接觸鏡,是一種戴在眼球角膜上用以矯正視力或保護眼睛的鏡片。根據材料的軟硬程度可分為硬性、半硬性、軟性三種。某軟質隱形眼鏡材料為如圖所示的聚合物。
問題生成
1.生成該高聚物的反應類型是什么
【答案】加聚反應。
2.該高聚物的結構簡式如何表示
【答案】。
3.該高聚物的單體是什么
【答案】單體為。
4.高分子化合物是混合物,還是純凈物
【答案】高分子化合物均為混合物。
【核心歸納】
1.加聚反應的常見類型
(1)一種烯烴單體的聚合反應
(2)一種二烯烴單體的聚合反應
(3)不同烯烴的聚合反應
(4)烯烴和二烯烴的聚合反應
(5)碳碳三鍵的加聚反應
nHC≡CH CHCH
　　　　　　　　　　聚乙炔
2.加聚產物單體的判斷方法
(1)凡鏈節的主鏈只有兩個碳原子(無其他原子)的聚合物,其單體必為一種,將兩個半鍵閉合即得對應單體。
如的單體為CH2CH—CH3。
(2)凡鏈節主鏈有四個碳原子(無其他原子),且鏈節無雙鍵的聚合物,其單體必為兩種,在中間畫線斷開,然后分別將半鍵閉合即得對應單體。
如的單體為和CH2CH2。
(3)凡鏈節主鏈上只有碳原子,并存在碳碳雙鍵結構的高聚物,其斷鍵規律是“有雙鍵,四個碳;無雙鍵,兩個碳”,畫線斷開,然后將單鍵變雙鍵,雙鍵變單鍵即得對應單體。
(4)凡鏈節主鏈上有多個碳原子(n>2),且含有碳碳雙鍵的高聚物,若采用“見雙鍵,四個碳”的斷鍵方式,鏈節主鏈兩邊分別剩下1個碳原子,無法構成含雙鍵的單體時,則可能是含有碳碳三鍵的化合物參與了加聚反應。
如的單體是、、。
【典型例題】
【例1】下列高聚物的單體相同的是(　　)。
① 　
② 　
③ 　
④
A.①③ B.③④ C.①② D.②④
【答案】C
【解析】①和②的單體都是CH2CH2和CH2CHCH3,③的單體是CH2CH2和CH2CHCHCHCH3,④的單體是CH2CHCHCH2和CH2CHCH3,C項正確。
任務2　縮合聚合反應
情境導入　聚酯纖維,俗稱“滌綸”。它是由有機二元酸和二元醇縮聚而成的聚酯經紡絲所得的合成纖維,簡稱PET纖維,屬于高分子化合物。聚酯纖維于1941年被研制成功,是當前合成纖維的第一大品種。它最大的優點是抗皺性和保形性很好,具有較高的強度與彈性恢復能力。
問題生成
1.合成聚酯纖維的反應類型是什么
【答案】縮聚反應。
2.對苯二甲酸與乙二醇生成的聚合物可通過熔體紡絲制得性能優良的纖維,寫出制取該聚合物的化學方程式。
【答案】+nHOCH2CH2OH+(2n-1)H2O。
【核心歸納】
1.常見縮聚反應類型
(1)聚酯類 ——OH與—COOH 酯化
(2)聚氨基酸類 ——NH2與—COOH脫水
(3)酚醛樹脂類nHCHO+n+(n-1)H2O
2.縮聚產物單體的判斷方法
(1)若高聚物為或,其單體只有一種。
如的單體為。
(2)凡鏈節中含有的高聚物,其單體為酸和醇,將中C—O斷開,羰基上加—OH,氧原子上加—H 即可。
如的單體為HOOC—COOH和HOCH2CH2OH。
(3)凡鏈節中含有的高聚物,其單體一般為氨基酸,將中C—N斷開,羰基上加—OH,—NH—上加—H。
如的單體為H2NCH2COOH和。
【典型例題】
【例2】PHB塑料是一種可在微生物作用下降解的環保型塑料,其結構簡式為,下面有關PHB說法不正確的是(　　)。
A.PHB是一種聚酯
B.PHB的單體是CH3CH2CH(OH)COOH
C.PHB在微生物作用下的降解產物可能有CO2和H2O
D.PHB通過加聚反應制得
【答案】D
【解析】PHB通過縮聚反應制得。
【例3】科學家通過乙二醇的橋梁作用把阿司匹林連接在高聚物上,制成緩釋長效阿司匹林,用于關節炎和冠心病的輔助治療,緩釋長效阿司匹林的結構簡式如下:
回答下列問題:
(1)高分子載體結構簡式為　　　　　　　　。
(2)阿司匹林連接在高分子載體上的有機反應類型是　　　　　　　　。
(3)緩釋長效阿司匹林在腸胃中變為阿司匹林的化學方程式是　。
【答案】(1)
(2)酯化反應(或取代反應)
(3)+nH2O+
【解析】觀察高聚物結構可知,緩釋長效阿司匹林可分為三部分:①高分子載體;②阿司匹林;③作為橋梁作用的乙二醇。在腸胃中變為阿司匹林的反應,則屬于水解反應。
【靈犀一點】　加聚反應與縮聚反應的書寫和判斷
加聚反應 縮聚反應
單體 結構 單體必須是含有碳碳雙鍵等不飽和鍵的化合物(如乙烯、氯乙烯、丙烯腈等) 單體為含有兩個或兩個以上的官能團(如—OH、—COOH、—NH2、—X等)的化合物
反應 機理 反應發生在不飽和鍵上 反應發生在不同的官能團之間
聚合 方式 通過不飽和鍵上的加成連接 通過縮合脫去小分子而連接
反應 特點 只生成高聚物,沒有副產物產生 生成高聚物的同時,還有小分子副產物生成(如H2O、HCl等)
聚合物 化學 組成 所得高聚物的化學組成跟單體的化學組成相同,其平均相對分子質量=M(單體)×n(聚合度) 所得高聚物的化學組成跟單體的化學組成不同,其平均相對分子質量【隨堂檢測】
1.人造象牙的主要結構是 CH2—O ,該物質是通過加聚反應制得,則合成人造象牙的單體是(　　)。
A.(CH3)2O B.HCHO
C.CH3CHO D.H2N—CH2—CO—NH2
【答案】B
【解析】由該物質的結構可知,其單體是HCHO。
2.某高分子化合物的結構如圖所示,可用于合成該聚合物的單體是(　　)。
HO H
①甘氨酸　②丙氨酸　③苯丙氨酸　④谷氨酸
A.①② B.③④ C.②③ D.①③
【答案】D
【解析】分子中有肽鍵,則該高分子化合物水解即可得到①③。
3.二氧化碳所帶來的全球性氣候問題受到世界各國科學家的廣泛關注,尋求環境友好的化工過程和新型高分子材料是研究二氧化碳與環氧化合物直接制備聚碳酸酯的動力。已知合成某聚碳酸酯的反應為:
n+nCO2
下列有關說法正確的是(　　)。
A.該反應屬于縮聚反應
B.該反應屬于加聚反應
C.環氧化合物與相同碳原子數的醇類屬于同分異構體
D.環氧乙烷與乙醛互為同系物
【答案】B
【解析】該反應是CO2(OCO中的碳氧雙鍵打開)與環氧化合物的加聚反應,環氧化合物與相同碳原子數的醛或酮屬于同分異構體,環氧乙烷與乙醛結構不同,二者不屬于同系物。
4.(2022·山東卷)下列高分子材料制備方法正確的是(　　)。
A.聚乳酸( )由乳酸經加聚反應制備
B.聚四氟乙烯( )由四氟乙烯經加聚反應制備
C.尼龍-66( NH—(CH2)6—NH )由己胺和己酸經縮聚反應制備
D.聚乙烯醇( )由聚乙酸乙烯酯( )經消去反應制備
【答案】B
【解析】聚乳酸由乳酸經縮聚反應制備,A項錯誤;聚四氟乙烯由四氟乙烯(CF2CF2)經加聚反應制備,B項正確;尼龍-66由己二胺和己二酸經縮聚反應制備,C項錯誤;聚乙烯醇由聚乙酸乙烯酯經水解反應制備,D項錯誤。
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