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文档简介
第7讲有机合成合成高分子
复习目标
1.能对单体和高分子进行相互推断,能分析高分子的合成路线,能写出典型
的加聚反应和缩聚反应的反应方程式。2.能举例说明塑料、合成橡胶、合成纤维
的组成和结构特点,能列举重要的合成高分子,说明它们在材料中的应用。3.能
综合应用有关知识完成推断有机化合物、检验官能团,设计有机合成路线等任务。
考点一合成高分子
基础自主夯实
1.有机高分子及其结构特点
⑴定义
相对分子质量比一般有机化合物大得多,通常在回处以上。大部分高分子
是由小分子通过同聚合反应制得的,所以常被称为高分子聚合物或高聚物。
(2)组成
①单体:能够进行聚合反应形成高分子的低分子化合物。
②链节:高分子中丽可重复的结构,也称而重复结构单元。
③聚合度("):高分子链中含有的厨链节数目。
高零物
催化剂A
如nCH2=CH2■-ECH2-CH2⅜
蚓单体的链节豳聚合度
2.高分子的分类及性质特点
叫天然高分子.如淀粉、纤维素、蛋白质
线型结构:具有烟热塑性.
如低压聚乙烯
按结构支链型结构:具有啜!热塑
性,如高压聚乙烯
网状结构:具有热固性.
合IBI
高
成
分如酚醛树脂
高
子
分通用高分子材料(塑料、合
子
成纤维、合成橡胶、黏合
剂、涂料等)
按用途
功能高分子材料(高吸水性
和性能
树脂、液晶高分子、医用
高分子、高分子分离膜
等)
画塑料、合成纤维、合成橡胶又被称为三大合成材料。
3.合成高分子的两个基本反应
(D加聚反应
①定义:由不饱和的单体加成聚合生成高分子的反应。
②产物特征:高聚物与单体具有相同的组成,生成物一般为线型结构。
③反应类型
a.聚乙烯类(塑料)
≡≡-ECH2-CH⅛
[θΓRo
b.聚1,3-丁二烯类(橡胶)
催化刘
WCH2=CH-C=CH2A-ECH2-CH=C-CH2⅜
R画_____________R________
c.混合加聚类:两种或两种以上单体加聚
催化剂
ZICH2=CH-CH=CH2+∕2CH2=CH-CN--→
-ECH2-CH=CH-CH2-CH2-CHi
[oɜl
CN
-ECH2-CH=CH-CH2-CH-CH2⅜)
CN
“CHE-≡≡
-∈CH=C⅛
d.聚乙快类:画R
(2)缩聚反应
①定义:含有两个(或两个以上)南1官能团的单体分子间通过缩合反应生成
高分子的反应。
②产物特征:生成高聚物和小分子,高聚物与单体有不同的组成。
③产物类型
a.聚酯类:一OH与一COOH间的缩聚
催化剂
HHOCH2-CH2OH+/1H00C—COOH
Δ
()
圆H千()(、H,('H,一()()('—(f()H+(2〃―1)H,(),Z2HOCH2一CH2—
催化剂
COOH
Δ
O
MHEcCH2—CH?—C+()H+(〃-I)H2。。
b.聚氨基酸类:一NH2与一COOH间的缩聚
催化剂
HH2N-CH2COOH
Δ
HO
网H壬N—CH:,C+()H+(〃一I)H:>(),HH2NCH2COOH+z7H2NCHCH3COOH
催化剂画
Δ
C)O
IlIl
H£NH—CH2-C-NH-CH—C⅜()H
______________________CHM______+(2〃一1)H>>Oo
C.酚醛树脂类
'误点查正请指出下列各说法的错因
(1)棉花、蚕丝、羊毛、天然橡胶、酚醛树脂都属于天然高分子。
错因:酚醛树脂属于合成高分子。
(2)天然橡胶是高聚物,不能使漠水褪色。
错因:天然橡胶含有碳碳双键,能使漠水褪色。
-ECH2-CH=C-CH2⅛CH=CH2
⑶(Ll的单体是CHLCH'和(Llo
错因:单体应是CH2CHCCICH2。
⑷酚醛树脂和聚氯乙烯都是热固性塑料。
错因:聚氯乙烯是热塑性塑料。
(5)聚异戊二烯属于纯净物。
错因:〃值不同、链节数不同,是混合物。
课堂
一、聚合反应书写时的注意事项
L缩聚物结构简式要在方括号外侧写出链节余下的端基原子或原子团,而加
聚物的端基不确定,一般不必写出。例如:
Oo
IlIl
HO-EC-(CH2)4C-O(CH,),O⅛H
/I
端基原子团端愿原子
2.写缩聚反应方程式时,除单体物质的量与缩聚物结构简式的下角标要一致
外,也要注意生成的小分子的化学计量数。通常由一种单体进行缩聚反应,生成
的小分子化学计量数为〃-1;由两种单体进行缩聚反应,生成的小分子化学计量
数应为2〃-1。
二、由加聚物推导其单体的方法
1.方法——“弯箭头法":边键沿箭头指向汇合,箭头相遇成新键,键尾相遇
按虚线部分断键成单体。
2.实例
加聚物方法示意图单体
CH2-CH2CH2=CH2
L
-{CH-C=CH-CH2⅞CH-C-CH-CH,
2-⅛CHIΓC3CHifCH⅛2
2,I
CHI
3CH3
CH1
-FCH-CU-CH-CH⅞CH-CH=CH和
222中CHH(:H4CH卢CH,⅛532
I,-
CH
1CHQ
CH2=CH2
三、由缩聚物的结构简式推导其单体的方法
1.若缩聚产物的链节中不全为碳,含有
()OH
—(,—O—、—C—N—等结构,其单体有两种。方法为:在或
OH
IlII
i—M—
:画线处断键,碳原子上连一OH,氧原子或氮原子上连一H,即得单体。
如
O()
IlIl
①H()-Fc-C-(>-CH,-CH2-()⅜H的单体为HOOCCOOH和
HOCH2CH2OHO
HOHO
IIlIIl
②HWN-CHz—C-N—CH2—CH2—C玉OH的单体为H2N-CH2-COOH和
H2N-CH2CH2COOHO
()HO
IIIl
2.若缩聚产物为H。千GR-()玉Fl或H千N-R-C+。H,其单体必为一种,
直接去括号,去〃即得高聚物的单体。如
HO
IIl
OH-EN-CH-C⅜()H
IlI
H(旺C—CH2一。玉H的单体为CH3,
CH3-CH-COOH
'I
的单体为NH,。
3.酚醛树脂是由酚类和醛类缩聚而成的,链节中有酚羟基的结构。
OHOH
-CH2⅛()Hʌ
如O的单体是'∕⅛HCHOo
题组巩固提升
角度一高聚物产物的判断
1.糠醛(VVH)与苯酚可以发生聚合反应,得到糠醛树脂,其结构类似于
酚醛树脂,糠醛树脂可用于砂轮、砂纸、砂布的黏合剂。下列说法不正确的是()
A.糠醛的分子式为C5H4O2
B.糠醛的同分异构体可能含竣基
C.合成糠醛树脂的反应属于缩聚反应
θ-<∙H⅛θ∣>
D.线型糖醛树脂的结构简式为
答案D
解析糠醛树脂的结构类似于酚醛树脂,线型酚醛树脂的结构简式为
OH
"^CH⅛0H
OHr
HNPCH2+OHO
,则线型糠醛树脂的结构简式为,D错误。
2.根据要求,完成相应方程式的书写。
CH3
⑴乙丙橡胶(ECH2—CH,—CH2—CH+)是以乙烯和丙烯为主要原料合成
的,化学方程式为
()CH3
⑵聚乳酸炉。+(:一(,14一()+1力是一种微生物降解高分子,是由乳酸在一定
条件下通过缩聚反应合成的,化学方程式为
⑶涤纶是由对苯二甲酸
HOOCCOOHy-
)和乙—醇
(HoCH2CH2OH)在一定条件下合成的,化学方程式为
催化剂
答案(I)z2CH2=CH2+HCH2=CHCH3---
CH3
-ECH2-CH2-CH2-CH⅛
,1CH3—CH-C()()H.催,剂'H-EO-CH-C⅜OH+(∏-1)H2O
⑵OHCH3O
"H(XX'C(X)H+∏H(X'HCHOH
vɔz22
()()
+(2"-I)H2。
角度二高聚物单体的推断方法
3.丁睛橡胶具有优良的耐油、耐高温性能,其结构如图所示,合成丁睛橡胶
的原料是()
-ECH2-CH=CH-CH2-(2-CH+
I
CN
(DCH2=CH-CH==CH2
②CH3—C=C-CH3
(S)CH2=CH-CN
(S)CH3-CH=CH-CN
(S)CH3-CH=CH2
(S)CH3-CH=CH-CH3
A.③⑥B②③
C.①③D④⑤
答案C
4.有下列几种高分子:
④CH
OO
Il
⑤H(HC
其中是由两种不同的单体缩聚而成的是()
A.①③④⑤B③④⑤
C.③⑤D①②③④⑤
答案C
角度三高分子材料的性能与用途
5.下列有关功能高分子材料的用途的叙述中,不正确的是()
A.高吸水性树脂主要用于干旱地区抗旱保水、改良土壤、改造沙漠
B.离子交换树脂主要用于分离和提纯物质
C.医用高分子材料可用于制造医用器械和人造器官
D.聚乙快膜可用于分离工业废水和海水淡化
答案D
6.(2021.河北高考)高分子材料在生产生活中应用广泛。下列说法错误的是
()
A.芦苇可用于制造黏胶纤维,其主要成分为纤维素
B.聚氯乙烯通过加聚反应制得,可用于制作不粘锅的耐热涂层
C.淀粉是相对分子质量可达几十万的天然高分子物质
D.大豆蛋白纤维是一种可降解材料
答案B
解析聚氯乙烯在高温条件下会分解生成有毒气体,因此不能用于制作不粘
锅的耐热涂层,故B错误。
考点二有机合成
基础自主夯实
1.有机合成的分析方法和原则
(1)有机合成的分析方法
①正合成分析的过程
回基础原料—>中间体一>画目标化合物。
②逆合成分析的过程
画目标化合物=>中间体=啊基础原料。
(2)有机合成遵循的原则
①原料、溶剂和催化剂要画价廉易得、低毒。
②应尽量选择步骤最佳的合成路线。
③合成路线要贯彻“画绿色化学”的理念。
④有机合成反应要操作画简便、条件国温和、能耗低、易于实现。
⑤要按一定的反应顺序和规律引入官能团,不能臆造不存在的反应。
2.合成路线的选择
(1)一元转化关系
T陪同捻E≡τ⅛E≡τ⅛E≡
⅜⅞∣加成烧水解1i~∙~1ΓO]1----------1[O]1i—
⑤扃C
以乙烯为例,完成上述标号反应的化学方程式:
水
②画
CH3CH2Q+NaOH-7→CHHCH,()H
,Cu或Ag
③国2CH3CH4H+(%^Γ→2CH3C'HO+2H,O,
浓H2SO1
⑤画CH3CH2()H+CH3C()()H、A、CH:1C()()CM+H2()°
(2)二元转化关系
三
肉
烯①澳Irl质.1
代二元段限
½加成,l≡⅞⅞l⅛l≡⅞⅞l7(l,τI
水解IΛfILi,J
l⅜⅜
一
I环状-I
以乙烯为例,完成上述标号反应的化学方程式:
水
CH7BrCH2OH
I_.I+2Na()H-I+2NaBr
②画CHBr△CH,()H________
F)I()催化剂,f()°H
④画CH()△C()()H,
COOHCH2OHj⅜h,S()i()/\
⑤国C(QH鼠。2H,。。
(3)芳香族化合物合成路线
误点查正请指出下列各说法的错因
⑴逆合成分析法可以简单表示为基础原料-中间体∏f中间体If目标化
合物。
错因:逆合成分析法从目标化合物出发,经反应中间体,最后到基础原料。
(2)为减少污染,有机合成不能使用辅助原料,不能有副产物。
错因:可以使用辅助原料,且可以产生无毒副产物等。
(3)通过加成反应不能引入碳碳双键官能团。
错因:焕丁与H2(l:1)发生加成反应可得碳碳双键。
(4)酯基官能团只能通过酯化反应得到。
错因:可以通过酯的醇解(酯交换)得到。
(5)由CH3CH3-*CH3CH2Cl-CH2=CH2-CH3CH2OH的转化过程中,经过的
反应类型是取代反应T消去反应T氧化反应。
错因:CH2=CH2—CH3CH2OH的反应为加成反应。
课堂精讲答疑
1.有机合成中碳骨架的构建
⑴碳链的增长
①与HCN的加成反应;②加聚或缩聚反应;③酯化反应。
(2)碳链的减短
①脱竣反应:R-COONa+NaOH-^→R-H+Na2CO3o
②氧化反应
^pCH2CH3KMnoI(H+),COOH
+
KMnO4(H)
R-CH=CH2------------------→RCOOH+CO2Io
③酯类、糖类、蛋白质等的水解反应。
j2
④烧的裂化或裂解反应:C16H34≡≡÷CsH∣8+CsHl6O
(3)常见碳链成环的方法
①二元醇成环
浓
H2SO4
HOCH2CH2OH——-->H2C------CH2
如∖)/+H√)o
②羟基酸酯化成环
O
Il
CH2--------C
()∖+H2O
“八"、TT、1八TT浓硫酸/"
/H()(CH2)3—C—OH、吸、LJ___口
如'3ACH2—CH2
③二元竣酸成环
CH2-CH2
+H2O
,HO()CCH;CH9C()()H浓“so;ʌ∕∖
如πΛOOO
④氨基酸成环
C)
H2NCH2CH2C()()H—>NH——C+
如CH2-CH2H2Oo
2.有机合成中官能团的转化
⑴官能团的弓I入
引入官能团引入方法
①煌的取代;
碳卤键②不饱和烧与HX、X2的加成;
③醇与氢卤酸(HX)取代
①烯;½与水加成;
②醛、酮与氢气加成;
羟基
③卤代燃在碱性条件下水解;
④酯的水解
①某些醇或卤代睡的消去;
碳碳双键
②快烧不完全加成
醛基或酮装基醇的催化氧化
①醛基氧化;
②酯、酰胺基的水解;
竣基
③含一CIhOH结构的醇、苯的同系物(与苯环直接相连的
碳上有氢原子)被酸性高镒酸钾溶液氧化
(2)官能团的消除
①通过加成反应消除不饱和键(双键、三键等)。
②通过消去、氧化或酯化反应等消除羟基。
③通过加成或氧化反应等消除醛基。
④通过水解反应消除酯基、酰胺基、碳卤键。
(3)官能团数目的改变
如①CH3CH2OH—道去"。>CH2=CH2--与二加成>X-CH2CH2—
χJS⅛H0-CH2CH2-OHo
(4)官能团位置的改变
工消去H2O与HCI加成
如
CH3CH2CH2OH--------------÷CH3CH=CH2―-——--ʌ
CH3CHCICH3^⅛CH3CH(OH)CH30
3.有机合成中常见官能团的保护
(1)酚羟基的保护:因酚羟基易被氧化,所以在氧化其他基团前可以先使其与
NaOH反应,把一OH变为—ONa将其保护起来,待氧化后再酸化将其转变为
-OHo
(2)碳碳双键的保护:碳碳双键也容易被氧化,在氧化其他基团前可以利用其
与HCl等的加成反应将其保护起来,待氧化后再利用消去反应转变为碳碳双键。
('H
⑶氨基(一NH2)的保护:如在利用对硝基甲苯(3Na)合成对氨基
苯甲酸
NH2<3^C()()H)的过程中应先把一CH3氧化成_c。。H之后,再把
—N02还原为一NH2,防止当KMno4氧化一CH3时,一NH2(具有还原性)也被氧
化。
题组巩固提升
角度一根据题给信息设计合成路线
1.已知在一定条件下可实现下列转变:
下面是采用逆推法设计乙酰水杨酸的合成线路:
OH
=>A=>B=>
=>C=>D=>CH3CH2OH
请写出适当的中间有机物A、B、CsD的结构简式:
A:;B:
CH3CHO
NaOHZHO
2.已知:ΦRCHO+CFhCHO-------------2-->
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