5.1合成有高分子化合物的基本方法

(共48张PPT)
第五章 进入合成有机高分子化合物时代
第一节
合成高分子化合物的基本方法
聚乙烯是一种生活中常用的塑料。
请用化学方程式表示聚乙烯的合成方法。
什么叫低分子化合物？
什么叫高分子化合物？
【思考】
（1）小分子：相对分子质量通常不上千，
有明确的数值，通常称为低分子化合物，
简称小分子；如：烃、醇、醛、羧酸、酯、 葡萄糖、蔗糖等
　　
（2）高分子：相对分子质量达几万甚至几
千万，只是一个平均值，通常称为高分子化合物，简称高分子，有时，又称高聚物；
如：淀粉、纤维素、蛋白质、聚乙烯、聚氯乙烯、酚醛树脂等。
有机高分子化合物
与低分子有机物的区别
有机高分子化合物 低分子有机物
相对分子质量
物质类别
分子的基本结构
性质
104～106
1000以下
混合物
纯净物
若干重复
单元组成
单一分子
物理、化学性质上有较大差别
【小结】
聚合反应 ？
CH2=CH2 + CH2=CH2 + CH2=CH2 +……
→ CH2 — CH2 + CH2 — CH2 + CH2 — CH2 +……
→ — CH2 — CH2 — CH2 — CH2 — CH2 — CH2 —…
相对分子质量小的化合物分子相互结合成相对分子质量大的高分子的反应。
聚合反应
CH2=CH2
—CH2—CH2—
n
单体
链节
聚合度
高分子化合物,简称高分子,又叫聚合物或高聚物。
一块高分子材料是由若干n值不同的高分子材料组成的混合物。
填空：写出下列相关的名称
一、加成聚合反应
定义：小分子间通过加成反应的形式形成高分子化合物的反应叫加成聚合反应；简称加聚反应。
如：nCH2=CH2 [CH2—CH2]n
催 化 剂
单体
链节
聚合度
M聚合物 = 链节的相对质量×n
【思考与交流】p100
单体名称 单体的结构简式 聚合物？
乙烯 CH2=CH2
丙烯 CH2=CHCH3
氯乙烯 CH2=CHCl
丙烯腈 CH2=CHCN
丙烯酸 CH2=CHCOOH
醋酸乙烯酯 CH3COOCH=CH2
丁二烯 CH2=CHCH=CH2
乙炔 CH≡CH
-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
有何特征？
1.加聚反应的特点:
⑴单体含不饱和键：
⑵没有副产物生成；
⑶链节和单体的组成相同
(聚合物相对分子质量为单体相对分子质量的整数倍)。
如烯烃、二烯烃、炔烃、醛等。
2.加聚物结构简式的书写
将链接写在方括号内，聚合度n写在方括号的右下角。
-CH2-CH2-n
-CH2-CH-n
Cl
例如：
单体推出高分子化合物：
[ CH2— CH ]n
CH2= CH
（1）含一个碳碳双键(或叁键)的加聚反应
nCH3CH=CH2 [ CH—CH2 ]
催化剂
n
CH
3
碳碳双键上连接的原子或原子团，在高分子化合物中只能做支链。
3.加聚反应的类型：
nCH2=CH—C=CH2
催化剂
CH
3
（2）含两个双键的加聚反应
CH
3
n
[ CH2—CH=C—CH2]
nCH2=CH—C=CH2 +nCH3CH=CH2
CH
3
催化剂
（3）不同物质间的加聚反应
CH
3
CH
3
n
[ CH2—CH=C—CH2—CH—CH2 ]
思考：人造象牙中，主要成分的结构是
它是通过加聚反应制得的，则合成人造象牙的单体是（ ）
A. (CH3)2O B. HCHO
C.CH3CHO D.CH3OCH3
（4）含碳氧双键的加聚反应
nH—C—H —O—CH2—
‖
O
[ ]n
1）单体必须是含有双键、叁键等不饱和键的化合物。例如：烯、二烯、炔、醛等含不饱和键的化合物。
2）发生加聚反应的过程中，没有副产物产生，聚合物链节的化学组成跟单体的化学组成相同。
3）聚合物相对分子质量为单体相对分子质量的整数倍。
4.加聚反应的特点：
5.由加聚聚合物推单体的方法
→单体：
[ CH2— CH ]n
Cl
CH2=CH
Cl
→ 单体：
CH2=CH2
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成单键。
→单体：
划线断开规律:
“见双键、四个C；
无双键、两个C” 。
→ 单体：CH2=CH2
加聚产物单体的判断：
你知道下面两个聚合物由何种单体聚合而成的吗？
CH2=CHCl
【学与问】p101
练一练：判断下列加聚产物的单体？
请同学们写出下列反应的化学方程式，并说明断成键的特点：
1、乙酸与乙醇酯化反应
2、两个甘氨酸分子形成二肽
生成聚合物的同时，还伴有小分子副产物（如：H2O等）生成的反应称之为“缩聚反应”。
二、缩合聚合反应
1、缩聚反应的类型：
（1）醇、酸缩聚
（2）羟基酸缩聚
（3）氨基酸缩聚
① 由一种单体
n mol 单体中含—COOH官能团（或—OH）的物质的量为：n mol，而在反应中，有一个端基（—COOH）是没有参与反应的，故生成水的物质的量为：（n-1） mol
聚—6—羟基己酸
缩聚反应分析
缩合聚合反应
如：
催化剂
单 体
链节
聚合度
M聚合物= 单体的相对质量×n - (n-1) ×18
+(n-1)H2O
端基原子
端基原子团
nCH3CH-C-OH
OH
O
H OCHC nOH
CH3
O
②由两种单体：
n mol
和
进行缩聚反应，n mol
中含—COOH的物质的量为2 n mol，而在反应中，有一个端基（—COOH）是没有参与反应的，故生成水的物质的量为：（2n-1） mol。
n mol
缩合聚合反应
nHOOC(CH2)4COOH+nHOCH2CH2OH
催化剂
单 体
链节
聚合度
M聚合物= 单体的相对质量×n - (2n-1) ×18
HO OC(CH2)4COOCH2CH2O nH
+(2n-1)H2O
端基原子
端基原子团
2、缩聚反应的特点：
（1）缩聚反应的单体往往是具有双官能团（如—OH、—COOH、—NH2、—X及活泼氢原子等）或多官能团的小分子；
（2）缩聚反应生成聚合物的同时，还有小分子副产物（如H2O、NH3、HCl等）生成；
（4）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。
（3）所得聚合物链节的化学组成与单体的化学组成不同；
2、缩聚反应的特点：
① 由一种单体进行缩聚反应，生成小分子物质的量应为（n-1）；
3、缩聚反应中小分子的物质的量：
② 由两种单体进行缩聚反应，生成小分子物质的量应为（2n-1）。
你能看出下列聚合物是由什么单体缩聚而成呢？
4、 缩聚物单体的推断方法——常用“切割法”，如下图示：
线型结构
含有三个官能团的单体缩聚后生成的缩合聚合物会呈现什么样的结构？
判断：下列高聚物经简单处理可以从线型结构变成体型结构的是（ ）
B.
C.
D.
A.
缩聚反应的类型
缩聚反应也是形成高分子化合物的重要类型。参加反应的单体一般要求有两个或两个以上同种或不同种的官能团。常见的缩聚反应类型有：
（1）苯酚和甲醛的缩聚
（2）醇羟基和羧基酯化而缩聚
①二元羧酸和二元醇的缩聚，如合成聚酯纤维：
nHOOC- -COOH+nHOCH2CH2OH
C— —C—O—CH2CH2—O—
‖
‖
[— ]
n
O
O
+ 2n H O
2
此类反应的通式为:
nHOOC-R-COOH+nHO-R-OH 2nH2O+
′
n
—C— R—C—O—R—O—
‖
‖
[ ]
O
O
′
②醇酸自身的酯化缩聚
如nCH3CHCOOH —O—CH—C—
n
‖
O
‖
O
[ ]
OH
CH
3
nH O
2
+
[ ]
此类反应若单体为一种物质，则通式为：
nHO—R—COOH —O—R—C—
nH O
2
+
′
—O— R—C—O—R—C— +2nH2O
‖
O
‖
O
[ ]n
若有两种或两种以上单体，则通式为：
nHO—R—COOH+nHO—R—COOH
′
n
②氨基与羧基的缩聚
A、氨基酸自身的缩聚，如合成聚酰胺6：
nH2N（CH2）5COOH —NH(CH2)5C—
‖
O
[ ]n
nH O
2
+
若此类反应只有一种单体，则通式为：
′
nH2N—R—COOH —NH—R—C —
‖
O
[ ]n
nH O
2
+
若此类反应有两种或两种以上单体，则通式为：
′
nH2N—R—COOH + nH2N—R—COOH
—NH—R—C—NH—R—C—
[ ]n
2nH 2 O
+
‖
O
‖
O
B、含氨基与羧基的单体发生缩聚反应
nHOOC—COOH+nH2N—CH2—CH2—NH2
—C—C—NH—CH2CH2—NH— +2n H2O
此类反应的通式为：
nHOOC—R—COOH+nH2N—R—NH2
—C—C—NH—R—NH— +2nH2O
‖
O
‖
O
[ ]n
′
‖
O
‖
O
′
[ ]n
（1）判断聚合类型
若链节上都是碳原子，一般是加聚反应得到的产物，若链节上含有
—C—O—、 —C—NH—、
等基时， 都是缩聚反应的产物。
—C—
例：[ O—CH2 ] 是HCHO加聚的产物。
含 基团的是HCHO和酚发生 缩聚反应的产物。
‖
O
‖
O
n
‖
O
（2）若是加聚产物
凡链节的主链上只有两个碳原子（无其它原子）的高聚物其合成单体必为一种，将两半链闭合即可，如
的单
体是
凡链节主链只有碳原子并存在C=C双键结构高聚物，其规律是“见双键、四个碳，无双键、两个碳”划线断开，然后将半键闭合，即将双键互换。
[ CH—CH=C—CH2] 的单体是
CH2=CH—C=CH2
n
CH3
CH3
（3）若是缩聚产物
凡链节为 — HN—R—CO— 结构的高聚物，其合成单体必为一种。在亚氨基上加氢，在羰基上加羟基，即得高聚物单体。
如— N—CH2—CH2—C— ，其单体为
H2N—CH2—CH2—COOH
凡链节中间（不在端上）含有肽键结构的高聚物，从肽键中间断开，两侧为不对称性结构的其单体必为两种；在亚氨基上加氢，羰基上加羟基即得高聚物单体。
如—N—CH2—C—N—CH2—CH2—C— ，
单体是H2N—CH2—COOH和H2N—CH2—CH2—COOH
n
H
‖
O
[ ]
[ ]n
H
‖
O
H
‖
O