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)聚合物的平均相對分子質(zhì)量：鏈節(jié)的相對質(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)物通過加成聚合反應(yīng)得到高分子有機(jī)物的反應(yīng)，簡稱加聚反應(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，同時有小分子生成的反應(yīng)，簡稱縮聚反應(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)簡式為，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(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不飽和鍵加成通過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)過程中，沒有副產(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分子質(zhì)量為單體的相對分子質(zhì)量的整數(shù)倍。2．加聚反應(yīng)的常見類型(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，同時還生成了小分子化合物(如H2O等)；(4)含有兩個官能團(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．縮聚物的書寫與加聚物的書寫形式相同嗎？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)簡式的書寫與加聚物結(jié)構(gòu)簡式的書寫有所不同。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(tuán)，而加聚物的端基不確定，通常用橫線“—”表示。2．書寫縮聚反應(yīng)的化學(xué)方程式時應(yīng)注意哪些問題？提示：(1)單體物質(zhì)的量與縮聚物結(jié)構(gòu)簡式的下角標(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)?！纠?】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)方程式書寫注意事項(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)必須都是含有兩個或兩個以上的官能團(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：單變雙、雙變單，超過4價不相連。即將鏈節(jié)中主鏈上的所有C—C單鍵改寫成C=C雙鍵，而將原來的C=C雙鍵改寫成C—C單鍵(兩端的方括號、表示化學(xué)鍵的短線及n去掉)，然后從左到右(或從右到左)逐個對碳原子觀察，如有超過了四個價鍵的兩個相鄰原子，則將它們之間表示雙鍵的“=”去掉，使這兩個碳原子不相連。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，則對應(yīng)的單體必然含1,3－丁二烯型。如：單體是：。(2)有些高聚物是通過單體“開環(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，左邊加羥基，右邊加氫，然后去括號即可，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，左邊加羥基，右邊加氫，去括號即為單體。如的單體為現(xiàn)有導(dǎo)電聚合高分子為CH=CH，請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)?！舅悸贩治觥渴紫却_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。【解析】合成高聚物的反應(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，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)簡式為，它應(yīng)是通過加聚反應(yīng)得到的高聚物，其單體是?！敬鸢浮?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)簡式書寫的不同，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)含有兩個或兩個以上官能團(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，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，則該聚合物的相對分子質(zhì)量為97n6．已知某高分子化合物的結(jié)構(gòu)簡式為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．按要求回答下列問題：②實(shí)驗(yàn)測得某聚苯乙烯的相對分子質(zhì)量(平均值)為52000，則該高聚物的聚合度n為500。(2)寫出下列反應(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)通過加聚反應(yīng)制得的，鏈節(jié)是；其聚合度n＝eq\f(平均相對分子質(zhì)量,鏈節(jié)的相對質(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)簡式為：回答下列問題：(1)已知它是由兩種單體經(jīng)酯