第3節(jié) 合成高分子化合物

天然高分子：淀粉、纖維素和蛋白質(zhì)、天然橡膠等。

合成高分子：合成纖維、合成樹脂、合成橡膠等第3節(jié)合成高分子化合物赫爾曼·斯陶丁格，1881年3月23日生于沃爾姆斯，高分子化學(xué)奠基人、聯(lián)邦德國有機化學(xué)家和高分子化學(xué)家、1953年諾貝爾化學(xué)獎得主。斯陶丁格被公認為高分子化學(xué)的奠基人。他著名的“鏈”學(xué)說，成為他通向1953年諾貝爾化學(xué)獎的階梯。塑料制品酚醛樹脂橡膠合成纖維橡膠的來源森林中有一種高大的喬木，叫作“三葉樹”。如果用小刀在它的樹皮上割開一個小口子，便會有牛奶似的樹汁流淌出來。這種樹汁，就是今天人們所熟悉的橡膠的最初來源。在印第安人的土語中，“橡膠”就是“樹木的眼淚”的意思。合成橡膠與天然橡膠相比，具有高彈性，絕緣性、耐油和耐高溫等性能，因而廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、國防、交通及日常生活中。一、高分子化合物1．高分子化合物概況（1）小分子：相對分子質(zhì)量通常不上千，通常稱為

低分子化合物，簡稱小分子；

如：烴、醇、醛、羧酸、酯、葡萄糖、蔗糖等（2）高分子：相對分子質(zhì)量達幾萬甚至幾千萬，通常稱為高分子化合物，簡稱高分子，或稱高聚物、聚合物；高分子材料都是混合物如：淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)、天然橡膠、聚乙烯、聚氯乙烯、酚醛樹脂等2．高分子化合物的結(jié)構(gòu)特點（1）高分子化合物通常結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，往往由簡單的結(jié)構(gòu)單元重復(fù)連接而成；如聚乙烯中：A.－CH2－CH2－叫聚乙烯的結(jié)構(gòu)單元（或鏈節(jié)）；B.n表示每個高分子化合物中鏈節(jié)的重復(fù)次數(shù)叫聚合度；

n越大，相對分子質(zhì)量越大；C.合成高分子的物質(zhì)叫單體。如乙烯是聚乙烯的單體。注：鏈節(jié)是以單體為基礎(chǔ)的

做課本117頁交流·研討（2）根據(jù)結(jié)構(gòu)中鏈節(jié)連接方式分類，有機高分子化合物可以有線型結(jié)構(gòu)和體型結(jié)構(gòu)兩種；A.線型結(jié)構(gòu)成千上萬個鏈節(jié)以共價鍵連成一條長鏈；長鏈之間相互纏繞，以分子間作用力緊密結(jié)合；可以不帶支鏈，也可以帶支鏈。如：聚乙烯、聚氯乙烯中以C－C鍵連接成長鏈；淀粉、纖維素中以C－C鍵和C－O鍵連接成長鏈；B.體型結(jié)構(gòu)

高分子鏈上有能與別的單體或物質(zhì)起反應(yīng)的基團，發(fā)生反應(yīng)后，高分子鏈之間形成化學(xué)鍵，產(chǎn)生了一些交聯(lián)，形成的體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。如：硫化橡膠中，長鏈與長鏈之間又形成化學(xué)鍵，產(chǎn)生網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而交聯(lián)在一起。

（1）溶解性線型結(jié)構(gòu)高分子（如有機玻璃）：

能溶解在適當(dāng)?shù)挠袡C溶劑里，但溶解速率比小分子緩慢；體型結(jié)構(gòu)高分子（如橡膠）：

不易溶解，只有一定程度的脹大。（2）熱塑性和熱固性加熱到一定溫度范圍，開始軟化，然后再開始熔化成可以流動的液體；冷卻后，又成為固體－－熱塑性（如聚乙烯）。加工成型后受熱不再熔化，就叫熱固性（如電木）。3．有機高分子化合物的性質(zhì)（3）機械強度高分子材料強度一般比較大。如把10kg高分子材料與金屬材料各制成100m長的繩子，可吊起物體的重量如下表：材料品種高分子材料金屬材料錦綸繩滌綸繩金屬鈦繩碳鋼繩重物質(zhì)量／kg155001200077006500（4）電絕緣性通常高分子材料的電絕緣性良好，廣泛用于電器工業(yè)上。（為什么？）（5）其它特性：有些高分子材料具有耐化學(xué)腐蝕、耐熱、耐磨、耐油、不透水等特性，用于某些特殊需要的領(lǐng)域；有些高分子材料易老化、不耐高溫、易燃燒、廢棄后不易分解等。4、高分子化合物的分類（1）

按來源分類：天然高分子（天然橡膠、纖維素、淀粉）合成高分子（合成橡膠、合成纖維、塑料）（2）按工藝性質(zhì)和應(yīng)用分類：塑料、橡膠、纖維、涂料、黏合劑與密封材料等

（3）按高分子鏈的連接形式分類：線型高分子和體型高分子（4）按合成高分子化合物的受熱時的不同行為分類：

熱塑性高分子和熱固性高分子（5）按合成時聚合反應(yīng)的類型不同分類：加聚高分子和縮聚高分子二.高分子化合物的合成—聚合反應(yīng)聚合反應(yīng):相對分子質(zhì)量小的化合物分子相互結(jié)合成相對分子質(zhì)量大的高分子的反應(yīng)叫聚合反應(yīng)。1.加聚反應(yīng)

CH2=CH2+CH2=CH2+CH2=CH2+……→CH2—CH2+CH2—CH2+CH2—CH2+……→—CH2—CH2

—CH2

—CH2

—CH2

—CH2

—…這樣的聚合反應(yīng)，同時也是加成反應(yīng)，叫做加成聚合反應(yīng)，簡稱加聚反應(yīng)。聚合反應(yīng)CH2=CH2單體—CH2—CH2—聚乙烯的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元——鏈節(jié)n聚合度n值一定時，有確定的分子組成和相對分子質(zhì)量：聚合物的平均相對分子質(zhì)量=鏈節(jié)的相對分子質(zhì)量×n。高分子化合物，一塊高分子材料是由若干n值不同的高分子材料組成的混合物。（1）加聚反應(yīng)的特點：1、單體含不飽和鍵：2、沒有副產(chǎn)物生成；3、鏈節(jié)和單體的化學(xué)組成相同。如烯烴、二烯烴、炔烴、醛等。C＝OHHn引發(fā)劑〔C－O〕nYHC≡CXYn引發(fā)劑〔C＝C〕nYX

碳氧雙鍵、碳碳叁鍵也能發(fā)生加聚反應(yīng)

單體名稱單體的結(jié)構(gòu)簡式聚合物乙烯CH2=CH2丙烯CH2=CHCH3氯乙烯CH2=CHCl丙烯腈CH2=CHCN丙烯酸CH2=CHCOOH醋酸乙烯酯CH3COOCH=CH2-CH2-CH2-n-CH2-CH-nCH3-CH2-CH-n

Cl-CH2-CH-nCN-CH2-CH-nCOOH-CH2-CH-nOOCCH3你知道下面兩個聚合物由何種單體聚合而成的嗎？

CH2=CHCl

（2）加聚反應(yīng)生成高聚物的單體的判斷①．凡鏈節(jié)的主碳鏈為兩個碳原子，其單體必為一種。將鏈節(jié)的兩個半鍵閉合即為單體。②．凡鏈節(jié)中主碳鏈為4個碳原子，無碳碳雙鍵結(jié)構(gòu)，其單體必為兩種，從主鏈中間斷開后，再分別將兩個半鍵閉合即得單體。加聚反應(yīng)生成高聚物的單體的判斷③．凡鏈節(jié)中主碳鏈為4個碳原子，含有碳碳雙鍵結(jié)構(gòu)，單體為一種，屬二烯烴：加聚反應(yīng)生成高聚物的單體的判斷2、縮聚反應(yīng)定義：小分子間通過縮合反應(yīng)的形式形成高分子化合物的反應(yīng)叫縮合聚合反應(yīng)；簡稱縮聚反應(yīng)。（酯化、成肽…）nHOOC(CH2)4COOH+nHOCH2CH2OH催化劑單體鏈節(jié)聚合度M聚合物=單體的相對質(zhì)量×n-(2n-1)×18HOOC(CH2)4COOCH2CH2OnH

+(2n-1)H2O端基原子端基原子團關(guān)鍵詞：縮聚反應(yīng)、聚酯、端基原子、端基原子團①

由一種單體nmol單體中含—COOH官能團（或—OH）的物質(zhì)的量為：nmol，而在反應(yīng)中，有一個端基（—COOH）是沒有參與反應(yīng)的，故生成水的物質(zhì)的量為：（n-1）

mol聚—6—羥基己酸②由兩種單體：nmolnmol

和進行縮聚反應(yīng)，nmol中含—COOH的物質(zhì)的量為2nmol，而在反應(yīng)中，有一個端基（—COOH）是沒有參與反應(yīng)的，故生成水的物質(zhì)的量為：（2n-1）

mol。

4、縮聚物結(jié)構(gòu)式要在方括號外側(cè)寫出鏈節(jié)余下的端基原子或原子團（這與加聚物不同，而加聚物的端基不確定，通常用橫線“—”表示。）如：

（1）縮聚反應(yīng)的特點：1、縮聚反應(yīng)的單體往往具有雙官能團（如—OH、—COOH、—NH2、—X及氫原子等）或多官能團的小分子；2、縮聚反應(yīng)生成聚合物的同時，還有小分子副產(chǎn)物（如H2O、NH3、HCl等）生成；3、所得聚合物鏈節(jié)的化學(xué)組成與單體的化學(xué)組成不同；你能看出下列聚合物是由什么單體縮聚而成呢？

縮聚物單體的推斷方法常用“切割法”，如下圖示：

（2）由縮聚反應(yīng)生成高聚物的單體的判斷從酯基中間斷開，在羰基上加羥基，在氧原子上加氫原子得到羧酸和醇。如已知滌綸樹脂的結(jié)構(gòu)簡式為①②凡鏈節(jié)為H

OH結(jié)構(gòu)的，其單體必為一種，在鏈節(jié)的-NH上加氫原子、羰基上加羥基，所得氨基酸為單體。如H

OH的單體是和HOOC(CH2)mCOOH。如H

OH的單體是③鏈節(jié)為H

OH結(jié)構(gòu)的單體必是兩種，可從上斷開，在-NH上加氫原子，在羰基上加羥基，得到二胺和二酸即為單體?？偨Y(jié)：由高聚物推單體的方法1.加聚反應(yīng)和縮聚反應(yīng)的比較加聚反應(yīng)縮聚反應(yīng)反應(yīng)物的特征反應(yīng)物的種類產(chǎn)物的特征產(chǎn)物的種類1、寫出下列單體聚合成聚合物的化學(xué)方程式

1）CH2=CHCl2）

3）【當(dāng)堂檢測】2、下列化合物中

a.b.c.d.e.f.(1)可發(fā)生加聚反應(yīng)的一個化合物是

，加聚物的結(jié)構(gòu)式為

。（2）可發(fā)生縮聚反應(yīng)的一個化合物是

，縮聚物的結(jié)構(gòu)式為

。（3）可發(fā)生縮聚反應(yīng)的兩個化合物是

和

，縮聚物的結(jié)構(gòu)式為

。反應(yīng)類型加聚反應(yīng)縮聚反應(yīng)反應(yīng)物種類

單體特征

高聚物特征產(chǎn)物種類常見產(chǎn)品相同或不同單體相同或不同單體含有不飽和鍵含有特征官能團聚合物與單體具有相同的組成,主鏈上一般只有碳原子聚合物與單體組成有所不同,主鏈上除有碳原子外還有其他只有聚合物有聚合物和小分子聚乙烯、聚氯乙烯聚丙烯、乙丙樹脂聚苯乙烯ABS工程塑料有機玻璃、合成橡膠尼龍－66滌綸、錦綸小結(jié)：聚合反應(yīng)合成高分子材料

1．合成高分子材料包括塑料、合成纖維、合成橡膠、涂料、黏合劑等(1)塑料①塑料的主要成分是合成高分子化合物即合成樹脂。在塑料的組成中除了合成樹脂外，還有根據(jù)需要加入的具有某些特定用途的加工助劑以改進其性能。如，提高柔韌性的增塑劑，改進耐熱性的熱穩(wěn)定劑，防止塑料老化的防老化劑，賦予塑料顏色的著色劑等。②聚乙烯塑料的性質(zhì)a．聚乙烯塑料無臭無毒、具有優(yōu)良的耐低溫性能，最低使用溫度可達－100℃；化學(xué)穩(wěn)定性好，能耐大多數(shù)酸、堿的侵蝕；常溫下不溶于一般溶劑；電絕緣性能優(yōu)良。b．聚乙烯塑料品種很多，應(yīng)用廣泛，主要有：薄膜；纖維(線型低密度聚乙烯)；用于生產(chǎn)漁網(wǎng)繩索；用作包覆電纜材料。③酚醛樹脂a．酚醛樹脂是用酚類(如苯酚)與醛類(如甲醛)在酸或堿的催化下相互縮合而成的高分子化合物。b．酚醛樹脂屬于熱固性樹脂，體型酚醛樹脂受熱后都不能軟化或熔 融，也不溶于任何溶劑。c．酚醛樹脂主要用作絕緣、隔熱、難燃、隔音器材和復(fù)合材料。(2)合成纖維①化學(xué)纖維是人造纖維和合成纖維的統(tǒng)稱。②合成纖維性能優(yōu)異，原料來源豐富、價格便宜、用途廣泛、生產(chǎn)不受氣候等自然條件的限制。滌綸、錦綸、腈綸、丙綸、維綸和氯綸被稱為合成纖維的“六大綸”，它們具有強度高、彈性好、耐腐蝕、不縮水、質(zhì)輕保暖等優(yōu)點。③合成纖維除了改善了人們的穿著外，還被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和高科技各個領(lǐng)域。(3)合成橡膠①橡膠是具有高彈性的高分子化合物。②根據(jù)來源不同，橡膠可分為天然橡膠和合成橡膠。③合成橡膠有丁苯橡膠、順丁橡膠、合成天然橡膠、丁腈橡膠、氯丁橡膠、乙丙橡膠、硅橡膠等品種。④合成橡膠一般具有高彈性、絕緣性、氣密性、耐油、耐高溫或耐低溫等性能。比如，順丁橡膠的特點是彈性高、耐磨、耐寒性好，可在寒冷地帶使用，主要用于制造輪胎、膠鞋、膠帶等。(4)涂料①涂料是一種涂抹于物體表面后能結(jié)成堅韌保護膜的物質(zhì)，它常用于家具、道路指示牌以及船舶表面。②涂料的主要成分——成膜物質(zhì)(也稱固著劑)是各種樹脂。目前，涂料正向無毒溶劑或無溶劑化方向發(fā)展。(5)黏合劑①目前使用的黏合劑是以各種樹脂如酚醛樹脂、脲醛樹脂等為主要成分制成的。②502瞬間強力膠是日常生活中常用的黏合劑，它是在聚α-氰基丙烯酸乙酯中加入適當(dāng)填料制成的。2．功能高分子材料(1)在合成高分子的主鏈或支鏈上接上帶有某種特定功能的官能團，使它們具有特殊的功能，以滿足光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、熱學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等方面的要求，這樣形成的高分子統(tǒng)稱為功能高分子。(2)目前，常見的功能高分子材料的分類可表示如下：(3)高吸水性樹脂①有兩種方法可以獲得具有高吸水性能的樹脂：a．對淀粉、纖維素等天然吸水材料進行改性，在它們的高分子鏈上再接上含強親水性原子團的支鏈，以提高它們的吸水能力。b．以帶有強親水性原子團的化合物，如丙烯酸等為單體，均聚或兩種單體共聚，得到親水性聚合物。這兩種方法的共同點是：都要在反應(yīng)中加入少量含有兩個雙鍵的二烯化合物作為交聯(lián)劑，讓高聚物分子鏈間發(fā)生交聯(lián)，得到具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的樹脂。②高吸水性樹脂可在干旱地區(qū)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、植樹造林時抗旱保水、改造土壤、改造沙漠。(4)離子交換樹脂主要用于分離和提純，如制取去離子水，回收工業(yè)廢水中的金屬、硬水的軟化等。(5)醫(yī)用高分子[如硅橡膠()、聚丙烯、聚乙烯醇等]的生物相容性較好、安全無毒，可用于制造醫(yī)用器械和人造器官。①用于手術(shù)縫合線的聚乳酸：②聚氨樹脂：四合成材料與環(huán)境保護

1.合成材料廢棄物的急劇增加帶來環(huán)境污染問題，一些塑料制品所帶來的“白色污染”尤為嚴重。

2.對“白色污染”的治理①目前城市垃圾的主要方法是填埋作業(yè)，但仍會導(dǎo)致土壤污染和水污染。②近年來一些國家要求做到廢塑料的減量化、再利用、再循環(huán)。③塑料的發(fā)展趨勢：研制出各種類型的光降解塑料或生物降解塑料.1．在國際環(huán)境問題中，一次性使用的聚苯乙烯材料帶來的“白色污染”極為嚴重，這種材料難以分解，難處理。最近研制出了一種新型的材料能替代聚苯乙烯，它是由乳酸(一種有機酸)縮聚而成的，它能在乳酸菌的作用下降解而消除對環(huán)境的污染。下列關(guān)于聚乳酸的說法正確的是(

)A．聚乳酸是一種純凈物

B．聚乳酸是一種羧酸

C．聚乳酸的單體是

D．其聚合方式和聚苯乙烯相同解析：高聚物因n值不定，因此不是純凈物，聚苯乙烯是通過加聚反應(yīng)而得，聚乳酸不符合羧酸的定義。答案：C2.某高分子化合物干餾后分解為烴X，X能使溴水褪色，且1molX可與1mol氫氣加成后生成C8H10的烴，則該高分子化合物為()3．下列材料中，屬于功能高分子材料的是(

)①高分子膜②生物高分子材料③導(dǎo)電高分子材料④離子交換樹脂⑤醫(yī)用高分子材料⑥高吸水性樹脂A．僅①③⑤⑥B．僅②④⑤⑥C．僅②③④⑤D．①②③④⑤⑥解析：常用功能高分子材料包括高分子膜、醫(yī)用高分子