第五章進入合成有機高分子化合物的時代

1、內(nèi)容介紹 高分子合成高分子合成是是有機合成有機合成中最令人矚目的領(lǐng)中最令人矚目的領(lǐng)域，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)和科研等方面都有廣泛域，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)和科研等方面都有廣泛的應(yīng)用。的應(yīng)用。 本章分三節(jié)內(nèi)容講解：本章分三節(jié)內(nèi)容講解： 第一節(jié)第一節(jié) 合成高分子化合物的合成高分子化合物的基本方法基本方法 第二節(jié)第二節(jié) 應(yīng)用應(yīng)用廣泛的高分子材料廣泛的高分子材料 第三節(jié)第三節(jié) 功能功能高分子材料高分子材料低分子：低分子：相對分子質(zhì)量相對分子質(zhì)量通常通常不上千不上千，有，有明確明確的數(shù)值，的數(shù)值，通常稱為低分子化合物，簡稱小分子；通常稱為低分子化合物，簡稱小分子； 如：如：烴、醇、醛、羧酸、酯、葡萄糖、蔗糖等烴、醇、醛、羧

2、酸、酯、葡萄糖、蔗糖等高分子：高分子：相對分子質(zhì)量相對分子質(zhì)量達達幾萬幾萬甚至甚至幾千萬幾千萬，只是一，只是一個個平均值平均值，通常稱為高分子化合物，簡稱高分子，通常稱為高分子化合物，簡稱高分子，有時，又稱高聚物；有時，又稱高聚物； 如：如：淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)、聚乙烯、淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)、聚乙烯、 聚氯乙烯、酚醛樹脂等聚氯乙烯、酚醛樹脂等一、有機高分子化合物一、有機高分子化合物1 1、低分子化合物和分子化合物、低分子化合物和分子化合物相對分子質(zhì)量的大小不同：相對分子質(zhì)量的大小不同：基本結(jié)構(gòu)不同：基本結(jié)構(gòu)不同：物理、化學(xué)性質(zhì)不同：物理、化學(xué)性質(zhì)不同：高分子化合物不是化合物而是混合物，沒有固定

3、的高分子化合物不是化合物而是混合物，沒有固定的熔沸點。熔沸點。低分子低分子10001000以下（準(zhǔn)確值），以下（準(zhǔn)確值）， 高分子高分子10104 410106 6（平均值）。（平均值）。高分子化合物由若干個重復(fù)的結(jié)構(gòu)單元組成。高分子化合物由若干個重復(fù)的結(jié)構(gòu)單元組成。 小分子沒有重復(fù)結(jié)構(gòu)單元。小分子沒有重復(fù)結(jié)構(gòu)單元。各方面性質(zhì)差別較大。各方面性質(zhì)差別較大。2 2、低分子化合物和分子化合物的不同、低分子化合物和分子化合物的不同3高分子化合物的分類高分子化合物的分類(1)(1)按按來源來源分：天然高分子、合成高分子。分：天然高分子、合成高分子。(2)(2)按按結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)分：線型高分子、體型高分子。分

4、：線型高分子、體型高分子。(3)(3)按按性質(zhì)性質(zhì)分：熱塑性高分子、熱固性高分子分：熱塑性高分子、熱固性高分子(4)(4)按按用途用途分：塑料、合成纖維、合成橡膠、分：塑料、合成纖維、合成橡膠、涂料、黏合劑等。涂料、黏合劑等。4、合成高分子化合物的基本方法、合成高分子化合物的基本方法聚合反應(yīng)：加聚反應(yīng)聚合反應(yīng)：加聚反應(yīng) 縮聚反應(yīng)縮聚反應(yīng)以以低分子低分子有機物作原料，經(jīng)有機物作原料，經(jīng)聚合反應(yīng)聚合反應(yīng)得到的各種相對分子得到的各種相對分子質(zhì)量不等的同系物組成的質(zhì)量不等的同系物組成的混合物混合物，其相對分子質(zhì)量一般高，其相對分子質(zhì)量一般高達達104-106104-106。高分子化合物又稱高聚物。高分

5、子化合物又稱高聚物。二、加成聚合反應(yīng)二、加成聚合反應(yīng) 1 1、概念：、概念：由含有不飽和鍵的化合物分子以加由含有不飽和鍵的化合物分子以加成反應(yīng)的方式結(jié)合成高分子化合物的反應(yīng)叫成反應(yīng)的方式結(jié)合成高分子化合物的反應(yīng)叫加成聚合反應(yīng)；簡稱加聚反應(yīng)。加成聚合反應(yīng)；簡稱加聚反應(yīng)。 2 2、加聚反應(yīng)方程式書寫：、加聚反應(yīng)方程式書寫：如：如：nCH2=CH2 CH2CH2n催催 化化 劑劑單體單體鏈節(jié)鏈節(jié)聚合度聚合度M M( (聚合物的平均相對分子質(zhì)量聚合物的平均相對分子質(zhì)量) ) = = 鏈節(jié)的相對質(zhì)量鏈節(jié)的相對質(zhì)量n n加加 聚聚 反反 應(yīng)應(yīng) n n CH CH2 2 CH CH2 2 CH CH2 2-

6、CH-CH2 2 n n催化劑催化劑(1)(1)單體：進行聚合反應(yīng)形成高分子化合物的低分單體：進行聚合反應(yīng)形成高分子化合物的低分子化合物稱為單體，如聚乙烯的單體是子化合物稱為單體，如聚乙烯的單體是乙烯乙烯。(2)(2)鏈節(jié)：高分子化合物中化學(xué)組成相同，可重復(fù)鏈節(jié)：高分子化合物中化學(xué)組成相同，可重復(fù)的最小單元稱為鏈節(jié)，也稱為重復(fù)結(jié)構(gòu)單元。的最小單元稱為鏈節(jié)，也稱為重復(fù)結(jié)構(gòu)單元。如聚乙烯的鏈節(jié)為如聚乙烯的鏈節(jié)為CH2CH2CH2CH2。(3)(3)聚合度聚合度( (n n) )：高分子鏈中含有鏈節(jié)的數(shù)目稱為聚：高分子鏈中含有鏈節(jié)的數(shù)目稱為聚合度，用合度，用n n來表示。來表示。加加 聚聚 反反 應(yīng)

7、應(yīng) 2 2、加聚反應(yīng)方程式書寫：、加聚反應(yīng)方程式書寫：單體由官能團單體由官能團( (一般是碳碳雙鍵一般是碳碳雙鍵) )和非官能團兩部分組成。和非官能團兩部分組成。單體中含有不飽和鍵單體中含有不飽和鍵( (碳碳雙鍵碳碳雙鍵) )的碳碳鏈單獨列成一行，的碳碳鏈單獨列成一行，斷開不飽和鍵，展放在中括號斷開不飽和鍵，展放在中括號“ ”內(nèi)，其他非官能內(nèi)，其他非官能團部分作為支鏈縱列。團部分作為支鏈縱列。單體名稱單體名稱單體的結(jié)構(gòu)簡式單體的結(jié)構(gòu)簡式聚合物聚合物乙烯乙烯CH2=CH2丙烯丙烯CH2=CHCH3氯乙烯氯乙烯CH2=CHCl丙烯腈丙烯腈CH2=CHCN丙烯酸丙烯酸CH2=CHCOOH醋酸乙烯酯醋

8、酸乙烯酯CH3COOCH=CH2丁二烯丁二烯CH2=CHCH=CH2乙炔乙炔CHCH-CH2-CH2-n-CH2-CH-n CH3-CH2-CH-n Cl-CH2-CH-n CN-CH2-CH-n COOH-CH2-CH-n OCOCH3-CH=CH-n -CH2CH=CHCH2-n思考與交流思考與交流P101P1014 4、加聚反應(yīng)的類型：、加聚反應(yīng)的類型： 自聚反應(yīng)：僅由一種單體發(fā)生的加聚反應(yīng)。自聚反應(yīng)：僅由一種單體發(fā)生的加聚反應(yīng)。 共聚反應(yīng)：由兩種或兩種以上單體發(fā)生的加聚反應(yīng)。共聚反應(yīng)：由兩種或兩種以上單體發(fā)生的加聚反應(yīng)。例如：乙烯和丙烯的加聚；例如：乙烯和丙烯的加聚；nCH2CH2 +

9、 nCH2CHCH3CH2CH2CH2CH CH3 n3 3、加聚反應(yīng)的特點、加聚反應(yīng)的特點: :（1 1）單體含不飽和鍵：）單體含不飽和鍵：（2 2）沒有副產(chǎn)物生成；）沒有副產(chǎn)物生成；（3 3）鏈節(jié)和單體的化學(xué)組成相同。）鏈節(jié)和單體的化學(xué)組成相同。如烯烴、二烯烴、炔烴、醛等。如烯烴、二烯烴、炔烴、醛等。5 5、加聚反應(yīng)生成高聚物的單體的判斷、加聚反應(yīng)生成高聚物的單體的判斷凡鏈節(jié)的主碳鏈為兩個碳原子，其單體必為一凡鏈節(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。種。將鏈節(jié)的兩個半鍵閉合即為單體。凡鏈節(jié)中主碳鏈為凡鏈節(jié)中主碳鏈為4 4個碳原子個碳原子，無碳碳雙鍵無碳碳雙鍵

10、結(jié)結(jié)構(gòu)，其構(gòu)，其單體必為兩種單體必為兩種，從主鏈中間斷開后，再分，從主鏈中間斷開后，再分別將兩個半鍵閉合即得單體。別將兩個半鍵閉合即得單體。5 5、加聚反應(yīng)生成高聚物的單體的判斷、加聚反應(yīng)生成高聚物的單體的判斷為為CH2CH2CH2CH2和和CH3-CHCH3-CHCH2CH2。凡鏈節(jié)中主碳鏈為凡鏈節(jié)中主碳鏈為4 4個碳原子個碳原子，含有，含有碳碳雙鍵碳碳雙鍵結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)，單體為一種，屬單體為一種，屬二烯烴二烯烴：5 5、加聚反應(yīng)生成高聚物的單體的判斷、加聚反應(yīng)生成高聚物的單體的判斷凡鏈節(jié)的主鏈上有凡鏈節(jié)的主鏈上有多個碳原子多個碳原子的并存在的并存在碳碳雙鍵碳碳雙鍵的高的高聚物，其規(guī)律是：聚物，

11、其規(guī)律是：“見雙鍵、四個碳；無雙鍵、兩個碳見雙鍵、四個碳；無雙鍵、兩個碳”畫線斷開，然后將半鍵閉合，并注意將雙鍵變單鍵。畫線斷開，然后將半鍵閉合，并注意將雙鍵變單鍵。是是CHCH2 2CHCHCHCHCHCH2 2和和 。工程塑料工程塑料ABSABS樹脂樹脂( (結(jié)構(gòu)簡式如下結(jié)構(gòu)簡式如下) )，合成時用，合成時用了三種單體。這三種單體的結(jié)構(gòu)簡式分別是了三種單體。這三種單體的結(jié)構(gòu)簡式分別是: : CH2CHC6H5CH2CHCHCH2CH2CHCN練習(xí)練習(xí)C6H5CH2CHCH2CHCHCH2CH2CHCN nABS苯苯基基【思考】請寫出下列反應(yīng)的化學(xué)方程式，并【思考】請寫出下列反應(yīng)的化學(xué)方程式

12、，并說明斷成鍵的特點說明斷成鍵的特點 1 1、乙酸與乙醇酯化反應(yīng)、乙酸與乙醇酯化反應(yīng) 2 2、兩個甘氨酸分子形成二肽、兩個甘氨酸分子形成二肽3、二元酸和二元醇間、二元酸和二元醇間 nHOOCCOOH nHOCH2CH2OH催化劑催化劑 O O O OHO-C-C-OHH-OCH2CH2O-H HO-C-C-OHH-OCH2CH2OH O O O O -C-C-O-CH2CH2O- -C-C-O-CH2CH2O- 2n H2O即：即：HOOCCOOCH2CH2O n H ( 2n-1 ) H2O 聚乙二酸乙二聚乙二酸乙二(醇醇)酯酯( -1)HOH1 1、定義：由兩種或兩種以上單體相互結(jié)合成高分

13、、定義：由兩種或兩種以上單體相互結(jié)合成高分子化合物子化合物, ,同時有小分子生成的反應(yīng)叫縮合聚合反同時有小分子生成的反應(yīng)叫縮合聚合反應(yīng)；簡稱縮聚反應(yīng)。（酯化、成肽應(yīng)；簡稱縮聚反應(yīng)。（酯化、成肽）二、縮合聚合反應(yīng)二、縮合聚合反應(yīng)nHOOC(CH2)4COOH+nHOCH2CH2OH 催化劑催化劑單單 體體鏈節(jié)鏈節(jié)聚合度聚合度M聚合物聚合物= 單體的相對質(zhì)量單體的相對質(zhì)量n - (2n-1) 18HO OC(CH2)4COOCH2CH2O nH +(2n-1)H2O端基原子端基原子端基原子團端基原子團二元醇、二元酸縮聚二元醇、二元酸縮聚羥基酸的縮聚羥基酸的縮聚2、縮聚反應(yīng)類型、縮聚反應(yīng)類型nHOC

14、H2COHO( n-1 ) H2O催化劑催化劑H-OCH2COHOn R O R OHNCHCNHCHC + (2n-1)H2O n氨基酸縮聚氨基酸縮聚 R O R OnHHNCHCOH + nHNHCHCOHHOH多肽多肽肽鍵肽鍵2、縮聚反應(yīng)類型、縮聚反應(yīng)類型nH2NCH2COOH nH2NCH2COOH + nH2NCH(CH3)COOH nH2N(CH2)2NH2 + nHOOCCH2COOH H HNCH2CO n OH +(n-1)H2OH HNCH2CONHCH(CH3)CO n OH+(2n-1)H2O H HN(CH2)2NHOCCH2CO OH +(2n-1)H2O、氨基與羧

15、基的縮聚、氨基與羧基的縮聚 3 3、縮聚反應(yīng)方程式的書寫：、縮聚反應(yīng)方程式的書寫： A A、縮聚物結(jié)構(gòu)式要在方括號外側(cè)寫出鏈節(jié)余下的、縮聚物結(jié)構(gòu)式要在方括號外側(cè)寫出鏈節(jié)余下的端端基原子或原子團基原子或原子團。（這與加聚物不同，而加聚物的。（這與加聚物不同，而加聚物的端基不確定，通常用橫線端基不確定，通常用橫線“”表示。）表示。） 3 3、縮聚反應(yīng)方程式的書寫：、縮聚反應(yīng)方程式的書寫： B B單體物質(zhì)的量與縮聚產(chǎn)物結(jié)構(gòu)式的下角標(biāo)要一致；單體物質(zhì)的量與縮聚產(chǎn)物結(jié)構(gòu)式的下角標(biāo)要一致； 一種單體縮聚時生成小分子的物質(zhì)的量應(yīng)為一種單體縮聚時生成小分子的物質(zhì)的量應(yīng)為（n-1n-1）； 由兩種單體縮聚生成小

16、分子的物質(zhì)的量應(yīng)為由兩種單體縮聚生成小分子的物質(zhì)的量應(yīng)為（2n-12n-1）C C、通常為可逆反應(yīng)，寫可逆符號。、通常為可逆反應(yīng)，寫可逆符號。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，通常用橫線基不確定，通常用橫線“”表示。）如：表示。）如： 4、縮聚反應(yīng)的特點：、縮聚反應(yīng)的特點：單體含雙官能團或多官能團（如單體含雙官能團或多官能團（如OHOH、COOHCOOH、 NHNH2 2、XX等）等） ；官能團間易形成小分子；官能團間易形成小分子聚合時有副產(chǎn)物小分

17、子生成；（如聚合時有副產(chǎn)物小分子生成；（如H H2 2O O、NHNH3 3、HClHCl）鏈節(jié)和單體的化學(xué)組成不相同；鏈節(jié)和單體的化學(xué)組成不相同；你能看出下列你能看出下列聚合物是由什聚合物是由什么單體縮聚而么單體縮聚而成呢？成呢？ “切割法切割法”從酯基中間斷開，在羰基上加羥基，從酯基中間斷開，在羰基上加羥基， 在氧原子上加氫原子在氧原子上加氫原子 得到羧酸和醇。得到羧酸和醇。如滌綸樹脂如滌綸樹脂5 5、由縮聚反應(yīng)生成高聚物的單體的判斷由縮聚反應(yīng)生成高聚物的單體的判斷 凡鏈節(jié)為凡鏈節(jié)為 H OH的其單體必為一種，的其單體必為一種，在鏈節(jié)的在鏈節(jié)的-NH-NH上加氫原子、羰基上加羥基，所得氨上

18、加氫原子、羰基上加羥基，所得氨基酸為單體。基酸為單體。如如H OH的單體是的單體是5 5、由縮聚反應(yīng)生成高聚物的單體的判斷由縮聚反應(yīng)生成高聚物的單體的判斷和和HOOC(CH2)mCOOH。如如H OH的單體是的單體是 凡鏈節(jié)為凡鏈節(jié)為H OH結(jié)構(gòu)的單體結(jié)構(gòu)的單體必是必是兩兩種種 ，可從，可從 上斷開，上斷開，在在-NH-NH上加氫原子，在羰基上加羥基，上加氫原子，在羰基上加羥基，得到二胺和二酸即為單體。得到二胺和二酸即為單體。 5 5、由縮聚反應(yīng)生成高聚物的單體的判斷由縮聚反應(yīng)生成高聚物的單體的判斷補補H練習(xí)：練習(xí)：補補OHH2NCH2COOH NH2CH3CHCOOH NH2C2H5CHCOOH切割法切割法加聚反應(yīng)與縮聚反應(yīng)特點對比加聚反應(yīng)與縮聚反應(yīng)特點對比 反應(yīng)類型反應(yīng)類型加加 聚聚縮縮 聚聚反應(yīng)物種類反應(yīng)物種類 反應(yīng)物特征反應(yīng)物特征 生成物特征生成物特征產(chǎn)物種類產(chǎn)物種類相同或不同單體相同或不同單體相同或不同單體相同或不同單體含有不飽和鍵含有不飽和鍵含有特征官能團含有特征官能團聚合物與單體具有聚合物與單體具有相同的組成相同的組成, ,主鏈主鏈上一般只有碳原子上一般只有碳原子 聚合物與單體組成有聚合物與單體組成有所不同所不同, ,主鏈上除有碳主鏈上除有碳原子外還有其他原子外還有其他只有聚合物只有