化学人教版选修5学案5-1合成高分子化合物的基本方法

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、有机高分子化合物1．与低分子有机物的区别：2.有关概念：(1)聚合物：由单体进行聚合反应形成的高分子化合物。(2)单体：能够进行聚合反应形成高分子化合物的低分子化合物。(3)链节：高分子化合物中化学组成相同、可重复的最小单位。(4)聚合度：高分子链中含有链节的数目。(5)聚合物的平均相对分子质量：链节的相对质量×n。二、合成高分子化合物的基本方法1．加成聚合反应：(1)概念：由低分子有机物通过加成聚合反应得到高分子有机物的反应，简称加聚反应。得到的高分子结构呈线型，称为聚合物或加聚物。(2)乙烯发生加聚反应的方程式：nCH2=CH2eq\o(→,\s\up17(催化剂))CH2—CH2。2．缩合聚合反应：(1)概念：由一种或一种以上的单体相互结合生成聚合物，同时有小分子生成的反应，简称缩聚反应。得到的高分子称为缩聚物。(2)乙二酸和乙二醇发生缩聚反应得到聚酯的方程式为nHOOC—COOH＋nHOCH2—CH2OHeq\o(,\s\up17(催化剂))(3)缩聚物的表示方法：聚乙二酸乙二酯的结构简式为，缩聚物结构式要在方括号外侧写出链节余下的端基原子或原子团。探究点一加聚反应和缩聚反应一、加聚反应和缩聚反应的比较类别加聚反应缩聚反应单体特征含不饱和键至少含两个官能团(如—OH、、—NH2)单体种类含碳碳双键或碳碳三键的有机物酚、醛、醇、羧酸、氨基酸聚合方式通过不饱和键加成通过缩合脱去小分子而连接聚合物特征高聚物与单体具有相同的化学组成高聚物和单体具有不同的化学组成产物只产生高聚物高聚物和小分子二、加聚反应的特点和常见类型1．加聚反应的特点(1)单体必须是含有不饱和键的化合物(如烯烃、二烯烃、炔烃、醛等)；(2)加聚反应发生的位置是不饱和键；(3)加聚反应过程中，没有副产物产生，聚合物链节的化学组成与单体的化学组成相同；(4)加聚反应生成的聚合物的平均相对分子质量为单体的相对分子质量的整数倍。2．加聚反应的常见类型(1)一种烯烃单体的聚合反应例如，由乙烯聚合得到聚乙烯就属于此反应类型。(2)一种二烯烃单体的聚合反应例如，1,3­丁二烯的加聚反应就属于此反应类型。nCH2=CH—CH=CH2eq\o(→,\s\up17(一定条件))CH2—CH=CH—CH2(3)不同烯烃单体的聚合反应例如，由乙烯与丙烯聚合得到乙丙橡胶就属于此反应类型。nCH2=CH2＋nCH2=CH—CH3eq\o(→,\s\up17(一定条件))(4)烯烃和二烯烃的聚合反应例如，乙烯与1,3­丁二烯的加聚反应就属于此反应类型。nCH2=CH2＋nCH2=CH—CH=CH2eq\o(→,\s\up17(一定条件))CH2—CH2—CH2—CH=CH—CH2(5)炔烃单体的加聚反应例如，乙炔的加聚反应就属于此反应类型。nHC≡CHeq\o(→,\s\up17(一定条件))CH=CH聚乙炔三、缩聚反应的特点和常见类型1．缩合聚合反应的特点(1)发生缩聚反应的单体至少含有两个官能团；(2)单体和聚合物的组成不同；(3)反应除了生成聚合物外，同时还生成了小分子化合物(如H2O等)；(4)含有两个官能团的单体缩聚后生成的缩合聚合物呈线型结构。2．缩聚反应的几种常见类型(1)醇与羧酸缩聚此类反应可用通式表示为(R、R′为烃基)nHOOC—R—COOH＋nHO—R′—OHeq\o(→,\s\up17(一定条件))＋(2n－1)H2O。例如，获得聚对苯二甲酸乙二醇酯：(2)羟基酸缩聚羟基酸缩聚反应若只有一种单体，则可用通式表示为nHO—R—COOHeq\o(→,\s\up17(一定条件))羟基酸缩聚反应若有两种或两种以上的单体，则可用通式表示为nHO—R—COOH＋nHO—R′—COOHeq\o(,\s\up17(催化剂))＋(2n－1)H2O。(3)氨基与羧基的缩聚此类反应若只有一种单体，则可用通式表示为nH2N—R—COOHeq\o(→,\s\up17(一定条件))＋(n－1)H2O。此类反应若有两种或两种以上的单体，则可用通式表示为(4)酚醛缩聚如苯酚与甲醛反应形成高分子化合物：1．缩聚物的书写与加聚物的书写形式相同吗？提示：虽然加聚反应和缩聚反应都能合成有机高分子化合物，但缩聚物结构简式的书写与加聚物结构简式的书写有所不同。因为缩聚反应除生成有机高分子化合物外，还有小分子生成，因此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，通常用横线“—”表示。2．书写缩聚反应的化学方程式时应注意哪些问题？提示：(1)单体物质的量与缩聚物结构简式的下角标要一致。(2)要注意生成小分子的物质的量：由一种单体进行缩聚反应，生成小分子的物质的量为(n－1)；由两种单体进行缩聚反应，生成小分子的物质的量为(2n－1)。【例1】下列合成有机高分子材料的化学方程式和反应类型都正确的是()【解析】解答本题要明确加聚反应和缩聚反应的区别以及反应方程式书写注意事项。选项A中，加聚后—CN应为侧链，不能在主链中；选项B、D均为缩聚反应，要注意产物中要有小分子化合物，B为两种单体缩聚，产物应为(2n－1)H2O，D中应有(n－1)H2O；选项C为两种单体的加聚反应，正确。【答案】C下列化合物中c．H2N(CH2)2NH2d．CH3CH=CH—CNe．f．HOOC(CH2)4COOH(1)可发生加聚反应的一个化合物是bd，加聚物的结构式为。(2)可发生缩聚反应的一个化合物是a，缩聚物的结构式为。(3)可发生缩聚反应的两个化合物是c和f，缩聚物的结构式为HHN(CH2)2NH—OC(CH2)4COOH。解析：可以发生加聚反应的单体含有碳碳双键等不饱和键，符合题意的有b、d，其加聚产物分别为一种化合物能够发生缩聚反应，该有机物分子中一般是含有能够发生酯化反应或成肽反应的两种或两种以上的官能团，符合题意的是a，缩聚物是；两种物质可以发生缩聚反应，这两种物质必须都是含有两个或两个以上的官能团，且两种物质含有的官能团可以发生脱去小分子的反应，符合题意的是c和f，其缩聚物为HHN(CH2)2NH—OC(CH2)4COOH。探究点二高聚物单体的判定规律高聚物是由单体通过加聚反应或缩聚反应形成的，因此，首先要判断高聚物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；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。1．加聚产物单体的判定(1)若主链为碳链，则高聚物一般为加聚产物。确定单体的一般方法为：单变双、双变单，超过4价不相连。即将链节中主链上的所有C—C单键改写成C=C双键，而将原来的C=C双键改写成C—C单键(两端的方括号、表示化学键的短线及n去掉)，然后从左到右(或从右到左)逐个对碳原子观察，如有超过了四个价键的两个相邻原子，则将它们之间表示双键的“=”去掉，使这两个碳原子不相连。这样，各单体自然就露出“庐山真面目了”。单体可能是一种，也可能是几种。单体的类型大致有以下两种情况：a.若链节中碳原子全部以单键相连，则对应的单体必然是乙烯型。如：，单体是CH2=CHC6H5。b.若链节中碳原子以单键、双键结合，则对应的单体必然含1,3－丁二烯型。如：单体是：。(2)有些高聚物是通过单体“开环”聚合的，这类反应也属于加聚反应。其单体的确定方法为：去掉方括号及“n”，将“半键”(两端原子上的短线)闭合即是。如：CH2CH2O，单体是。2．缩聚产物单体的判定(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(2)若链节中含有以下结构，如HO—ROH、，其单体必为一种，如HOCH2CH2OH的单体为HO—CH2CH2—OH，的单体为。方法是去中括号即为单体。(3)若链节中间含有部分，则单体为羧酸和醇，将中C—O单键断开，左边加羟基，右边加氢，然后去括号即可，如的单体为HOOC—COOH和HOCH2CH2OH。(4)若链节中间含有部分，则单体一般为氨基酸，将中C—N单键断开，左边加羟基，右边加氢，去括号即为单体。如的单体为现有导电聚合高分子为CH=CH，请确定该高聚物的单体。提示：观察该高聚物的特点可知，该物质应为加聚物，将加聚物的边键沿箭头指向汇合()箭头相遇成新键，链节的两个半键闭合即为单体CH≡CH。【例2】高分子化合物A和B的部分结构如下：(1)合成高分子化合物A的单体是________，生成A的反应是________反应。(2)合成高分子化合物B的单体是________，生成B的反应是________反应。【思路分析】首先确定反应类型是加聚反应还是缩聚反应，然后根据加聚反应和缩聚反应各自的特点确定单体。【解析】合成高聚物的反应有加聚反应和缩聚反应。在判断合成高聚物的单体时，首先要看链节主链上是否都是碳原子，若都是碳原子则该高聚物为加聚反应的产物，合成它的单体中一定含有不饱和键。若链节主链中都是单键，则应以两个碳原子为一组分段断键，把单键变为双键即得单体；若链节主链中含有双键，则应以四个碳原子为一组分段断键，断键后把双键变为单键，单键变为双键即得单体。(1)由高分子化合物A的结构片段可以看出其链节为，则A的结构简式为，它应是通过加聚反应得到的高聚物，其单体是。【答案】(1)加聚(2)缩聚下列高聚物为缩聚物且单体为两种的是(C)解析：根据加聚物和缩聚物结构简式书写的不同，可知A、B、C为缩聚物，D为加聚物；A、B项单体为一种，；C项单体有两种，和H2NCH2CH2NH2。1．某高聚物含有如下结构片断：，对此结构的分析中正确的是(D)A．它是缩聚反应的产物B．其单体是CH2＝CH2和HCOOCH3C．其链节是CH3CH2COOCH3D．其单体是CH2＝CHCOOCH3解析：由结构片断，不难看出，它是加聚产物，因主链上没有可以缩聚的官能团，只有碳碳链重复部分，很容易观察出链节为，单体为CH2＝CHCOOCH3。2．下列物质中能发生加成、加聚和缩聚反应的是(B)解析：能发生加成、加聚反应的化合物分子结构中应含有等不饱和键；能发生缩聚反应的化合物应含有两个或两个以上官能团，如—COOH、—OH和—NH2等。3．某高聚物可表示为：下列叙述不正确的是(C)A．该高聚物是通过加聚反应生成的B．合成该高聚物的单体有三种C．1mol该物质能与1molH2加成，生成不含的物质D．该高聚物能被酸性KMnO4溶液氧化解析：1mol该高分子化合物中含有n个，故1mol该高分子化合物能与nmolH2加成，能使KMnO4酸性溶液褪色。合成该物质的单体有三种，即、CH2=CH2和CH3—CH=CH2。4．现有两种烯烃CH2=CH—CH3和，它们的混合物在一定条件下进行加聚反应，其产物中可能有(B)A．全部 B．①②③⑤C．①②③④ D．③⑤⑥5．某高分子化合物的部分结构如下：下列说法不正确的是(A)A．聚合物的链节是B．聚合物的分子式为(C2H2Cl2)nC．聚合物的单体是CHCl=CHClD．若n为聚合度，则该聚合物的相对分子质量为97n6．已知某高分子化合物的结构简式为④CH3—CH=CH—CN。其中可用于合成该高分子化合物的是(C)A．①③④ B．①②③C．①②④ D．②③④解析：根据碳的价键规律可做如下断键处理(断键处用虚线表示)：断键后分别将半键闭合可得如下单体：CH3—CH=CH—CN，7．按要求回答下列问题：②实验测得某聚苯乙烯的相对分子质量(平均值)为52000，则该高聚物的聚合度n为500。(2)写出下列反应的化学方程式，并指出反应类型。①由乙烯制取聚乙烯：nCH2=CH2eq\o(→,\s\up17(一定条件))CH2—CH2，加聚反应。②由丙烯制取聚丙烯：nCH3—CH=CH2eq\o(→,\s\up17(一定条件))CHCH3CH2，加聚反应。解析：(1)聚苯乙烯是苯乙烯(单体)通过加聚反应制得的，链节是；其聚合度n＝eq\f(平均相对分子质量,链节的相对质量)＝eq\f(52000,104)＝500。(2)乙烯经加聚反应制取聚乙烯；丙烯经加聚反应制取聚丙烯；对苯二甲酸和乙二醇经缩聚反应生成8．感光性高分子也称为“光敏性高分子”，是一种在彩电荧光屏及大规模集成电路制造中应用较广的新型高分子材料。其结构简式为：回答下列问题：(1)已知它是由两种单体经酯