化學(xué)人教版選修5學(xué)案5-1合成高分子化合物的基本方法

第五章進(jìn)入合成有機(jī)高分子化合物的時(shí)代第一節(jié)合成高分子化合物的基本方法一、有機(jī)高分子化合物1．與低分子有機(jī)物的區(qū)別：2.有關(guān)概念：(1)聚合物：由單體進(jìn)行聚合反應(yīng)形成的高分子化合物。(2)單體：能夠進(jìn)行聚合反應(yīng)形成高分子化合物的低分子化合物。(3)鏈節(jié)：高分子化合物中化學(xué)組成相同、可重復(fù)的最小單位。(4)聚合度：高分子鏈中含有鏈節(jié)的數(shù)目。(5)聚合物的平均相對(duì)分子質(zhì)量：鏈節(jié)的相對(duì)質(zhì)量×n。二、合成高分子化合物的基本方法1．加成聚合反應(yīng)：(1)概念：由低分子有機(jī)物通過(guò)加成聚合反應(yīng)得到高分子有機(jī)物的反應(yīng)，簡(jiǎn)稱加聚反應(yīng)。得到的高分子結(jié)構(gòu)呈線型，稱為聚合物或加聚物。(2)乙烯發(fā)生加聚反應(yīng)的方程式：nCH2=CH2eq\o(→,\s\up17(催化劑))CH2—CH2。2．縮合聚合反應(yīng)：(1)概念：由一種或一種以上的單體相互結(jié)合生成聚合物，同時(shí)有小分子生成的反應(yīng)，簡(jiǎn)稱縮聚反應(yīng)。得到的高分子稱為縮聚物。(2)乙二酸和乙二醇發(fā)生縮聚反應(yīng)得到聚酯的方程式為nHOOC—COOH＋nHOCH2—CH2OHeq\o(,\s\up17(催化劑))(3)縮聚物的表示方法：聚乙二酸乙二酯的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為，縮聚物結(jié)構(gòu)式要在方括號(hào)外側(cè)寫(xiě)出鏈節(jié)余下的端基原子或原子團(tuán)。探究點(diǎn)一加聚反應(yīng)和縮聚反應(yīng)一、加聚反應(yīng)和縮聚反應(yīng)的比較類別加聚反應(yīng)縮聚反應(yīng)單體特征含不飽和鍵至少含兩個(gè)官能團(tuán)(如—OH、、—NH2)單體種類含碳碳雙鍵或碳碳三鍵的有機(jī)物酚、醛、醇、羧酸、氨基酸聚合方式通過(guò)不飽和鍵加成通過(guò)縮合脫去小分子而連接聚合物特征高聚物與單體具有相同的化學(xué)組成高聚物和單體具有不同的化學(xué)組成產(chǎn)物只產(chǎn)生高聚物高聚物和小分子二、加聚反應(yīng)的特點(diǎn)和常見(jiàn)類型1．加聚反應(yīng)的特點(diǎn)(1)單體必須是含有不飽和鍵的化合物(如烯烴、二烯烴、炔烴、醛等)；(2)加聚反應(yīng)發(fā)生的位置是不飽和鍵；(3)加聚反應(yīng)過(guò)程中，沒(méi)有副產(chǎn)物產(chǎn)生，聚合物鏈節(jié)的化學(xué)組成與單體的化學(xué)組成相同；(4)加聚反應(yīng)生成的聚合物的平均相對(duì)分子質(zhì)量為單體的相對(duì)分子質(zhì)量的整數(shù)倍。2．加聚反應(yīng)的常見(jiàn)類型(1)一種烯烴單體的聚合反應(yīng)例如，由乙烯聚合得到聚乙烯就屬于此反應(yīng)類型。(2)一種二烯烴單體的聚合反應(yīng)例如，1,3-丁二烯的加聚反應(yīng)就屬于此反應(yīng)類型。nCH2=CH—CH=CH2eq\o(→,\s\up17(一定條件))CH2—CH=CH—CH2(3)不同烯烴單體的聚合反應(yīng)例如，由乙烯與丙烯聚合得到乙丙橡膠就屬于此反應(yīng)類型。nCH2=CH2＋nCH2=CH—CH3eq\o(→,\s\up17(一定條件))(4)烯烴和二烯烴的聚合反應(yīng)例如，乙烯與1,3-丁二烯的加聚反應(yīng)就屬于此反應(yīng)類型。nCH2=CH2＋nCH2=CH—CH=CH2eq\o(→,\s\up17(一定條件))CH2—CH2—CH2—CH=CH—CH2(5)炔烴單體的加聚反應(yīng)例如，乙炔的加聚反應(yīng)就屬于此反應(yīng)類型。nHC≡CHeq\o(→,\s\up17(一定條件))CH=CH聚乙炔三、縮聚反應(yīng)的特點(diǎn)和常見(jiàn)類型1．縮合聚合反應(yīng)的特點(diǎn)(1)發(fā)生縮聚反應(yīng)的單體至少含有兩個(gè)官能團(tuán)；(2)單體和聚合物的組成不同；(3)反應(yīng)除了生成聚合物外，同時(shí)還生成了小分子化合物(如H2O等)；(4)含有兩個(gè)官能團(tuán)的單體縮聚后生成的縮合聚合物呈線型結(jié)構(gòu)。2．縮聚反應(yīng)的幾種常見(jiàn)類型(1)醇與羧酸縮聚此類反應(yīng)可用通式表示為(R、R′為烴基)nHOOC—R—COOH＋nHO—R′—OHeq\o(→,\s\up17(一定條件))＋(2n－1)H2O。例如，獲得聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯：(2)羥基酸縮聚羥基酸縮聚反應(yīng)若只有一種單體，則可用通式表示為nHO—R—COOHeq\o(→,\s\up17(一定條件))羥基酸縮聚反應(yīng)若有兩種或兩種以上的單體，則可用通式表示為nHO—R—COOH＋nHO—R′—COOHeq\o(,\s\up17(催化劑))＋(2n－1)H2O。(3)氨基與羧基的縮聚此類反應(yīng)若只有一種單體，則可用通式表示為nH2N—R—COOHeq\o(→,\s\up17(一定條件))＋(n－1)H2O。此類反應(yīng)若有兩種或兩種以上的單體，則可用通式表示為(4)酚醛縮聚如苯酚與甲醛反應(yīng)形成高分子化合物：1．縮聚物的書(shū)寫(xiě)與加聚物的書(shū)寫(xiě)形式相同嗎？提示：雖然加聚反應(yīng)和縮聚反應(yīng)都能合成有機(jī)高分子化合物，但縮聚物結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式的書(shū)寫(xiě)與加聚物結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式的書(shū)寫(xiě)有所不同。因?yàn)榭s聚反應(yīng)除生成有機(jī)高分子化合物外，還有小分子生成，因此縮聚物結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式要在方括號(hào)外側(cè)寫(xiě)出鏈節(jié)余下的端基原子或原子團(tuán)，而加聚物的端基不確定，通常用橫線“—”表示。2．書(shū)寫(xiě)縮聚反應(yīng)的化學(xué)方程式時(shí)應(yīng)注意哪些問(wèn)題？提示：(1)單體物質(zhì)的量與縮聚物結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式的下角標(biāo)要一致。(2)要注意生成小分子的物質(zhì)的量：由一種單體進(jìn)行縮聚反應(yīng)，生成小分子的物質(zhì)的量為(n－1)；由兩種單體進(jìn)行縮聚反應(yīng)，生成小分子的物質(zhì)的量為(2n－1)。【例1】下列合成有機(jī)高分子材料的化學(xué)方程式和反應(yīng)類型都正確的是()【解析】解答本題要明確加聚反應(yīng)和縮聚反應(yīng)的區(qū)別以及反應(yīng)方程式書(shū)寫(xiě)注意事項(xiàng)。選項(xiàng)A中，加聚后—CN應(yīng)為側(cè)鏈，不能在主鏈中；選項(xiàng)B、D均為縮聚反應(yīng)，要注意產(chǎn)物中要有小分子化合物，B為兩種單體縮聚，產(chǎn)物應(yīng)為(2n－1)H2O，D中應(yīng)有(n－1)H2O；選項(xiàng)C為兩種單體的加聚反應(yīng)，正確?！敬鸢浮緾下列化合物中c．H2N(CH2)2NH2d．CH3CH=CH—CNe．f．HOOC(CH2)4COOH(1)可發(fā)生加聚反應(yīng)的一個(gè)化合物是bd，加聚物的結(jié)構(gòu)式為。(2)可發(fā)生縮聚反應(yīng)的一個(gè)化合物是a，縮聚物的結(jié)構(gòu)式為。(3)可發(fā)生縮聚反應(yīng)的兩個(gè)化合物是c和f，縮聚物的結(jié)構(gòu)式為HHN(CH2)2NH—OC(CH2)4COOH。解析：可以發(fā)生加聚反應(yīng)的單體含有碳碳雙鍵等不飽和鍵，符合題意的有b、d，其加聚產(chǎn)物分別為一種化合物能夠發(fā)生縮聚反應(yīng)，該有機(jī)物分子中一般是含有能夠發(fā)生酯化反應(yīng)或成肽反應(yīng)的兩種或兩種以上的官能團(tuán)，符合題意的是a，縮聚物是；兩種物質(zhì)可以發(fā)生縮聚反應(yīng)，這兩種物質(zhì)必須都是含有兩個(gè)或兩個(gè)以上的官能團(tuán)，且兩種物質(zhì)含有的官能團(tuán)可以發(fā)生脫去小分子的反應(yīng)，符合題意的是c和f，其縮聚物為HHN(CH2)2NH—OC(CH2)4COOH。探究點(diǎn)二高聚物單體的判定規(guī)律高聚物是由單體通過(guò)加聚反應(yīng)或縮聚反應(yīng)形成的，因此，首先要判斷高聚物是加聚產(chǎn)物還是縮聚產(chǎn)物。判斷方法是：①若鏈節(jié)結(jié)構(gòu)中，主鏈上全部是碳原子形成的碳鏈，則一般為加聚產(chǎn)物；②若鏈節(jié)結(jié)構(gòu)中，主鏈上除碳原子外還含有其他原子(如N、O等)，則一般為縮聚產(chǎn)物。1．加聚產(chǎn)物單體的判定(1)若主鏈為碳鏈，則高聚物一般為加聚產(chǎn)物。確定單體的一般方法為：?jiǎn)巫冸p、雙變單，超過(guò)4價(jià)不相連。即將鏈節(jié)中主鏈上的所有C—C單鍵改寫(xiě)成C=C雙鍵，而將原來(lái)的C=C雙鍵改寫(xiě)成C—C單鍵(兩端的方括號(hào)、表示化學(xué)鍵的短線及n去掉)，然后從左到右(或從右到左)逐個(gè)對(duì)碳原子觀察，如有超過(guò)了四個(gè)價(jià)鍵的兩個(gè)相鄰原子，則將它們之間表示雙鍵的“=”去掉，使這兩個(gè)碳原子不相連。這樣，各單體自然就露出“廬山真面目了”。單體可能是一種，也可能是幾種。單體的類型大致有以下兩種情況：a.若鏈節(jié)中碳原子全部以單鍵相連，則對(duì)應(yīng)的單體必然是乙烯型。如：，單體是CH2=CHC6H5。b.若鏈節(jié)中碳原子以單鍵、雙鍵結(jié)合，則對(duì)應(yīng)的單體必然含1,3－丁二烯型。如：?jiǎn)误w是：。(2)有些高聚物是通過(guò)單體“開(kāi)環(huán)”聚合的，這類反應(yīng)也屬于加聚反應(yīng)。其單體的確定方法為：去掉方括號(hào)及“n”，將“半鍵”(兩端原子上的短線)閉合即是。如：CH2CH2O，單體是。2．縮聚產(chǎn)物單體的判定(1)若鏈節(jié)中含有酚羥基的結(jié)構(gòu)，單體一般為酚和醛。如的單體是(2)若鏈節(jié)中含有以下結(jié)構(gòu)，如HO—ROH、，其單體必為一種，如HOCH2CH2OH的單體為HO—CH2CH2—OH，的單體為。方法是去中括號(hào)即為單體。(3)若鏈節(jié)中間含有部分，則單體為羧酸和醇，將中C—O單鍵斷開(kāi)，左邊加羥基，右邊加氫，然后去括號(hào)即可，如的單體為HOOC—COOH和HOCH2CH2OH。(4)若鏈節(jié)中間含有部分，則單體一般為氨基酸，將中C—N單鍵斷開(kāi)，左邊加羥基，右邊加氫，去括號(hào)即為單體。如的單體為現(xiàn)有導(dǎo)電聚合高分子為CH=CH，請(qǐng)確定該高聚物的單體。提示：觀察該高聚物的特點(diǎn)可知，該物質(zhì)應(yīng)為加聚物，將加聚物的邊鍵沿箭頭指向匯合()箭頭相遇成新鍵，鏈節(jié)的兩個(gè)半鍵閉合即為單體CH≡CH?！纠?】高分子化合物A和B的部分結(jié)構(gòu)如下：(1)合成高分子化合物A的單體是________，生成A的反應(yīng)是________反應(yīng)。(2)合成高分子化合物B的單體是________，生成B的反應(yīng)是________反應(yīng)。【思路分析】首先確定反應(yīng)類型是加聚反應(yīng)還是縮聚反應(yīng)，然后根據(jù)加聚反應(yīng)和縮聚反應(yīng)各自的特點(diǎn)確定單體?！窘馕觥亢铣筛呔畚锏姆磻?yīng)有加聚反應(yīng)和縮聚反應(yīng)。在判斷合成高聚物的單體時(shí)，首先要看鏈節(jié)主鏈上是否都是碳原子，若都是碳原子則該高聚物為加聚反應(yīng)的產(chǎn)物，合成它的單體中一定含有不飽和鍵。若鏈節(jié)主鏈中都是單鍵，則應(yīng)以兩個(gè)碳原子為一組分段斷鍵，把單鍵變?yōu)殡p鍵即得單體；若鏈節(jié)主鏈中含有雙鍵，則應(yīng)以四個(gè)碳原子為一組分段斷鍵，斷鍵后把雙鍵變?yōu)閱捂I，單鍵變?yōu)殡p鍵即得單體。(1)由高分子化合物A的結(jié)構(gòu)片段可以看出其鏈節(jié)為，則A的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為，它應(yīng)是通過(guò)加聚反應(yīng)得到的高聚物，其單體是。【答案】(1)加聚(2)縮聚下列高聚物為縮聚物且單體為兩種的是(C)解析：根據(jù)加聚物和縮聚物結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式書(shū)寫(xiě)的不同，可知A、B、C為縮聚物，D為加聚物；A、B項(xiàng)單體為一種，；C項(xiàng)單體有兩種，和H2NCH2CH2NH2。1．某高聚物含有如下結(jié)構(gòu)片斷：，對(duì)此結(jié)構(gòu)的分析中正確的是(D)A．它是縮聚反應(yīng)的產(chǎn)物B．其單體是CH2＝CH2和HCOOCH3C．其鏈節(jié)是CH3CH2COOCH3D．其單體是CH2＝CHCOOCH3解析：由結(jié)構(gòu)片斷，不難看出，它是加聚產(chǎn)物，因主鏈上沒(méi)有可以縮聚的官能團(tuán)，只有碳碳鏈重復(fù)部分，很容易觀察出鏈節(jié)為，單體為CH2＝CHCOOCH3。2．下列物質(zhì)中能發(fā)生加成、加聚和縮聚反應(yīng)的是(B)解析：能發(fā)生加成、加聚反應(yīng)的化合物分子結(jié)構(gòu)中應(yīng)含有等不飽和鍵；能發(fā)生縮聚反應(yīng)的化合物應(yīng)含有兩個(gè)或兩個(gè)以上官能團(tuán)，如—COOH、—OH和—NH2等。3．某高聚物可表示為：下列敘述不正確的是(C)A．該高聚物是通過(guò)加聚反應(yīng)生成的B．合成該高聚物的單體有三種C．1mol該物質(zhì)能與1molH2加成，生成不含的物質(zhì)D．該高聚物能被酸性KMnO4溶液氧化解析：1mol該高分子化合物中含有n個(gè)，故1mol該高分子化合物能與nmolH2加成，能使KMnO4酸性溶液褪色。合成該物質(zhì)的單體有三種，即、CH2=CH2和CH3—CH=CH2。4．現(xiàn)有兩種烯烴CH2=CH—CH3和，它們的混合物在一定條件下進(jìn)行加聚反應(yīng)，其產(chǎn)物中可能有(B)A．全部 B．①②③⑤C．①②③④ D．③⑤⑥5．某高分子化合物的部分結(jié)構(gòu)如下：下列說(shuō)法不正確的是(A)A．聚合物的鏈節(jié)是B．聚合物的分子式為(C2H2Cl2)nC．聚合物的單體是CHCl=CHClD．若n為聚合度，則該聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量為97n6．已知某高分子化合物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為④CH3—CH=CH—CN。其中可用于合成該高分子化合物的是(C)A．①③④ B．①②③C．①②④ D．②③④解析：根據(jù)碳的價(jià)鍵規(guī)律可做如下斷鍵處理(斷鍵處用虛線表示)：斷鍵后分別將半鍵閉合可得如下單體：CH3—CH=CH—CN，7．按要求回答下列問(wèn)題：②實(shí)驗(yàn)測(cè)得某聚苯乙烯的相對(duì)分子質(zhì)量(平均值)為52000，則該高聚物的聚合度n為500。(2)寫(xiě)出下列反應(yīng)的化學(xué)方程式，并指出反應(yīng)類型。①由乙烯制取聚乙烯：nCH2=CH2eq\o(→,\s\up17(一定條件))CH2—CH2，加聚反應(yīng)。②由丙烯制取聚丙烯：nCH3—CH=CH2eq\o(→,\s\up17(一定條件))CHCH3CH2，加聚反應(yīng)。解析：(1)聚苯乙烯是苯乙烯(單體)通過(guò)加聚反應(yīng)制得的，鏈節(jié)是；其聚合度n＝eq\f(平均相對(duì)分子質(zhì)量,鏈節(jié)的相對(duì)質(zhì)量)＝eq\f(52000,104)＝500。(2)乙烯經(jīng)加聚反應(yīng)制取聚乙烯；丙烯經(jīng)加聚反應(yīng)制取聚丙烯；對(duì)苯二甲酸和乙二醇經(jīng)縮聚反應(yīng)生成8．感光性高分子也稱為“光敏性高分子”，是一種在彩電熒光屏及大規(guī)模集成電路制造中應(yīng)用較廣的新型高分子材料。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為：回答下列問(wèn)題：(1)已知它是由兩種單體經(jīng)酯