第五章 合成高分子
第一节 合成高分子的基本方法
课标定向 抬头望星光
1.了解聚合物的组成与结构特点,认识单体和单体单元(链节)及其与聚合物结构的关系。(宏观辨识与微观探析)
2.了解加聚反应和缩聚反应的特点。(宏观辨识与微观探析)
3.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化学方程式。(证据推理与模型认知)
一、高分子
1.高分子与一般小分子有机物的区别
项目 高分子 一般小分子有机物
相对分 子质量 只是一个 值,通常在 以上 都有一个明确的数值,一般在1 000以下
类别 纯净物
结构 由若干个 组成 具有单一结构
2.高分子的合成
(1)高分子的合成:利用有机物相互反应的性能,得到 的过程。
(2)基本方法:包括 与 。
二、加成聚合反应
1.加成聚合反应:有机小分子通过 反应生成高分子的反应, 简称 反应。
2.单体的结构特点:含有 或 。
3.示例
根据氯乙烯发生加聚反应填空。
化学方程式
单体
链节
聚合度
[思考]加聚物的平均相对分子质量与链节的相对质量有何关系
三、缩合聚合反应
1.缩合聚合反应:由单体分子间通过 反应生成高分子的反应称为缩合聚合反应,简称 反应。
2.书写缩聚物和缩聚反应化学方程式注意事项
(1)书写缩聚物的结构简式时,要注明端基原子或原子团。
(2)书写缩聚反应化学方程式时两个“注明”
①注明“n”。
②注明生成小分子的个数,若由一种单体缩聚,小分子数一般为 ,两种单体缩聚,小分子数一般为 。
3.缩聚反应化学方程式的书写
(1)己二酸与乙二醇(HOCH2CH2OH)
。
(2)6-羟基己酸[HOOC(CH2)5OH]
。
[思考](1)的链节是什么 该高分子(缩聚物)的平均相对分子质量是不是链节相对质量的n倍
(2)氨基酸分子间能不能发生缩聚反应 若可以,写出反应的化学方程式。
【质疑辨析】
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”,并分析原因。
(1)由同一聚合物组成的高分子材料是纯净物。()
(2)加聚反应的产物没有固定的熔、沸点。()
(3)高分子化合物的链节和单体的组成不一定相同。()
(4)有机高分子的平均相对分子质量等于单体相对分子质量的n倍。()
(5)高分子化合物中的链节中含有酯基的一定是缩聚物。()
探究任务一:加聚反应
【导学探究】
[情境]医用外科口罩分三层,从外到内分别是防水层、过滤层、吸湿层。外层为防水层,可阻隔飞溅的液体;中层为过滤层,可有效阻隔90%的5微米的颗粒及病菌;内层为吸湿层。三层材料中都用到了聚丙烯。
聚丙烯是由丙烯发生加聚反应得到的合成高分子。此外广泛使用的聚乙烯、聚丙烯酸酯类、丁苯橡胶、ABS树脂等成千上万种的聚合物都是通过各自单体的聚合反应生产出来的。
探究点一:加聚反应方程式的书写
1.写出丙烯(CH2=CH—CH3)发生加聚反应的化学方程式。
2.1,3-丁二烯(CH2=CH—CH=CH2)可以以自身为单体发生加聚反应,也可以与丙烯共同发生加聚反应,写出这两个加聚反应的化学方程式。
3.试写出乙烯与丙烯按照1∶1发生加聚反应的化学方程式。
探究点二:加聚物单体的判断
4.分别写出加聚物与单体的结构简式。
5.写出聚合物的单体的结构简式,并命名。
6.写出聚合物的单体的结构简式。
【归纳总结】
1.巧记加聚反应产物的书写方法
(1)单烯加聚双改单,链节主链两个碳,其他部分连原碳,写成支链不改变。
(2)共轭双键(两个双键之间间隔一个碳碳单键)要加聚,链节四碳要牢记,两端双键变单键,中间单键变双键,其他部分连原碳,写成支链不改变。
(3)共聚链节灵活写,规律总结两方面,开环加聚成长链,断开之处前后连,链节再加方括号,聚合度n跟后面。
2.由加聚物推断单体的方法
(1)凡链节的主链只有两个碳原子(无其他原子)的聚合物,其合成单体必为一种,将链节两端两个半键向内闭合即可。
如,其单体是。
(2)凡链节主链上只有四个碳原子,且链节无双键的聚合物,其单体必为两种,在链节两端及正中央划线断开,然后左右两个半键闭合即可。如的单体为CH2=CH2和。
(3)凡链节主链中只有碳原子,并存在结构的聚合物,其规律是“见双键,四个碳;无双键,两个碳”。从一端划线断开,隔一键断一键,然后将半键闭合,即单双键互换。
如的单体是CH2=CH—CH=CH2和。
由加聚物推断单体的方法可简要总结为“两两一组,组间断1键,组内加1键。”
【针对训练】
1.(2024·石家庄高二检测)下列说法正确的是( )
A.等质量的丙烯和聚丙烯完全燃烧生成CO2的物质的量相等
B.聚丙烯可使溴水因发生化学反应而褪色
C.高分子材料由CH≡CH、(CN)2、CH3COOCH=CH2三种单体在一定条件下加聚得到
D.苯乙烯通过加聚反应得到
[拓展思考](1)写出C项单体单独加聚反应得到的高分子的结构简式。
(2)C项1 mol高分子与足量的氢氧化钠溶液反应,消耗氢氧化钠的物质的量的最大值是多少
2.某高分子化合物的结构片段如图所示,下列有关该化合物的说法正确的是( )
A.是加聚反应的产物
B.其单体是CH2=CH2和HCOOCH3
C.其链节是CH3CH2COOCH3
D.该有机物耐强酸、强碱腐蚀
[方法规律]由加聚物推断单体的方法
【补偿训练】1.毛绒玩具深受一部分年轻人的喜爱。毛绒玩具使用的材料之一为ABS树脂,结构简式如图所示。下列有关ABS树脂的说法正确的是( )
A.易溶于水
B.其单体之一为乙炔
C.由4种单体通过加聚反应制备
D.其单体之一的苯乙烯能使溴水褪色
2.下列说法正确的是( )
A.聚合物的单体是CH≡CH
B.反式聚异戊二烯的结构简式为
C.聚合物的单体有2种
D.聚乙烯能使KMnO4酸性溶液褪色
探究任务二:缩聚反应
【导学探究】
[情境]水性环氧树脂可用于地坪的制作。水性环氧树脂是指环氧树脂以微粒或液滴的形式分散在以水为连续相的分散介质中而配得的稳定分散体系。
环氧树脂是环氧氯丙烷与双酚A或多元醇的缩聚产物。
缩合聚合反应(缩聚反应)在合成高分子工业上的重要性仅次于加聚反应,生产生活中常见的聚酰胺(尼龙)、聚酯(涤纶)、酚醛树脂、聚碳酸酯等,都是通过缩聚反应生产的。
探究点一:缩聚反应化学方程式的书写
1.写出对苯二甲酸与乙二醇在催化剂作用下发生缩聚反应的化学方程式。
2.写出己二胺[H2N—(CH2)6—NH2]与己二酸发生缩聚反应生成尼龙的化学方程式。
探究点二:缩聚物单体的判断
3.已知聚酯的结构简式为,聚酯的单体是什么
4.下列聚合物分别是由什么单体缩聚而成的
①
②
探究点三:加聚反应与缩聚反应的区别
5.怎样通过高聚物的结构区别加聚反应与缩聚反应
【归纳总结】
1.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(如、 —C≡C—) 至少含两个特征官能团(如—OH、、—NH2)
单体 种类 含碳碳双键或碳碳三键的有机物等 二元酸和二元醇、氨基酸等
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 高聚物的链节与单体具有相同的化学组成 高聚物的链节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
2.由缩聚物推断单体
(1)缩聚物的链节不含酯基和酰胺基
例如:缩聚物去掉方括号和n,得到单体H2N—R—COOH。
(2)缩聚物的链节含酯基或酰胺基
例如:
和。
[易错提醒](1)一种单体聚合后形成的高分子化合物:结构单元数=聚合度=链节数。
(2)两种或两种以上的单体形成的高分子化合物:结构单元数=聚合度≠链节数。
【针对训练】
(2024·武汉高二检测)一种聚合物PHA的结构简式如图所示,下列说法错误的是( )
A.PHA的重复单元中只有一种官能团
B.PHA可通过单体缩聚合成
C.PHA在碱性条件下不能发生降解
D.PHA中存在手性碳原子
[拓展思考](1)制备1 mol PHA,生成水的物质的量为多少
(2)写出PHA与NaOH溶液反应的化学方程式。
【补偿训练】1.(2024·石家庄高二检测)高分子材料在各个领域中得到广泛应用。下列说法正确的是( )
A.聚四氟乙烯被广泛用于日常生活,其结构简式为
B.可降解塑料聚羟基丁酸酯(PHB)可由3-羟基丁酸生产,其结构简式为
C.聚硅氧烷可由二甲基硅二醇[(CH3)2Si(OH)2]经脱水缩聚生成,其结构简式为
D.杜仲胶是反式聚异戊二烯,其结构简式为
2.(2024·玉溪高二检测)下列物质能够自身聚合成高分子的是( )
A.CH3CH2OH
B.
C.
D.HOOC(CH2)3COOH
3.使用有机材料制成的塑料薄膜,会给环境造成“白色污染”,后果十分严重。我国研制成功的一类可降解塑料的结构如图所示,该类塑料具有良好的生物适应性和分解性,能够自然腐烂分解。
A.
B.
试回答下列问题:
(1)这类可降解塑料中的单体分别为
A.
B. 、 。
(2)可降解塑料在自然界可通过 (填反应类型)反应分解为小分子物质。
【真题示例】
(2022·山东等级考) 下列高分子材料制备方法正确的是( )
A.聚乳酸()由乳酸经加聚反应制备
B.聚四氟乙烯()由四氟乙烯经加聚反应制备
C.尼龙-66 ()由己胺和己酸经缩聚反应制备
D.聚乙烯醇()由聚乙酸乙烯酯()经消去反应制备
[解题思维]解答本题的思维流程如下:
提取 关键点 ①加聚反应;②缩聚反应;③消去反应
转化 知识点 ①主链中不含酯基、酰胺基等;②主链含有酯基、酰胺基等;③反应物含有—X、—OH等官能团,产物中形成不饱和键
排除 障碍点 误认为的主链不含酯基,错误判断聚合反应类型
【对点演练】
1. 有一种链状高分子,结构如图所示:
下列对其说法中正确的是( )
A.该高分子由4种单体缩聚而成
B.构成该分子的几种羧酸单体互为同系物
C.该高分子有固定熔沸点
D.上述单体中相对分子质量最小的醇,可被O2催化氧化生成草酸
2.(2024·六安高二检测)PVDC是一种可以承受高温蒸煮、具有高阻隔性能的塑料,它可作为保鲜食品的包装材料。用它作为中间层,制造多层复合材料,是目前塑料包装行业技术进步和技术创新的前沿阵地。PVDC是聚偏二氯乙烯的英文缩写,它的结构简式是。下列说法错误的是( )
A.PVDC是由单体CCl2=CH2发生加聚反应合成的
B.PVDC可发生加成、取代等反应
C.PVDC也有很大的缺点,如在空气中熔融可分解,分解可产生HCl,会污染空气
D.PVDC的单体可发生加成、取代、氧化等反应
1.(2024·上海静安区高二检测)聚氯乙烯是应用广泛的塑料,制备聚氯乙烯的原料是( )
A.乙烷、氯气 B.乙炔、氯气
C.乙炔、氯化氢 D.乙烯、氯化氢
2.EPR是一种对氧化剂具有较好抗耐性的合成材料,应用极为广泛,其结构简式可以表示为,合成EPR所用的单体为( )
A.
B.
C. CH2=CH2和CH2=CH—CH3
D.和CH4
【补偿训练】聚苯乙烯()常被用来制作各种承受开水温度的一次性容器供人们使用。下列说法错误的是( )
A.聚苯乙烯常温下极易降解成小分子
B.n为聚苯乙烯的聚合度
C.为聚苯乙烯的链节
D.为聚苯乙烯的单体
3.(2024·咸阳高二检测)PHB塑料是一种可在微生物作用下降解的环保型塑料,其结构简式为,有关PHB塑料的说法错误的是( )
A.PHB塑料属于聚酯类
B.PHB塑料通过缩聚反应制得
C.PHB塑料在微生物降解下的产物可能有CO2和H2O
D.合成PHB塑料的单体是CH3CH=CH(OH)COOH
4.下列化合物中
a.
b.
c.HOCH2CH3
d.CH3CH=CH—CN
e.
f.HOOC(CH2)4COOH
(1)同分子间可发生加聚反应的化合物是 (填字母),加聚物的结构简式为(若有多个不饱和键,写出1,4-加聚反应产物) 。
(2)同分子间可发生缩聚反应的化合物是 (填字母),缩聚物的结构简式为 。
(3)b、d按照物质的量之比为1∶1发生聚合反应得到聚合物的结构简式为 。 第五章 合成高分子
第一节 合成高分子的基本方法
课标定向 抬头望星光
1.了解聚合物的组成与结构特点,认识单体和单体单元(链节)及其与聚合物结构的关系。(宏观辨识与微观探析)
2.了解加聚反应和缩聚反应的特点。(宏观辨识与微观探析)
3.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化学方程式。(证据推理与模型认知)
一、高分子
1.高分子与一般小分子有机物的区别
项目 高分子 一般小分子有机物
相对分 子质量 只是一个平均值,通常在104以上 都有一个明确的数值,一般在1 000以下
类别 混合物 纯净物
结构 由若干个重复结构单元组成 具有单一结构
2.高分子的合成
(1)高分子的合成:利用有机物相互反应的性能,得到相对分子质量较大的高分子的过程。
(2)基本方法:包括加成聚合反应与缩合聚合反应。
二、加成聚合反应
1.加成聚合反应:有机小分子通过加成反应生成高分子的反应, 简称加聚反应。
2.单体的结构特点:含有碳碳双键或碳碳三键。
3.示例
根据氯乙烯发生加聚反应填空。
化学方程式 nCH2=CHCl→
单体 CH2=CHCl
链节
聚合度 n
[思考]加聚物的平均相对分子质量与链节的相对质量有何关系
提示:加聚物的平均相对分子质量=链节的相对质量×n。
三、缩合聚合反应
1.缩合聚合反应:由单体分子间通过缩合反应生成高分子的反应称为缩合聚合反应,简称缩聚反应。
2.书写缩聚物和缩聚反应化学方程式注意事项
(1)书写缩聚物的结构简式时,要注明端基原子或原子团。
(2)书写缩聚反应化学方程式时两个“注明”
①注明“n”。
②注明生成小分子的个数,若由一种单体缩聚,小分子数一般为n-1,两种单体缩聚,小分子数一般为2n-1。
3.缩聚反应化学方程式的书写
(1)己二酸与乙二醇(HOCH2CH2OH)
+nHOCH2CH2OH+
(2n-1)H2O。
(2)6-羟基己酸[HOOC(CH2)5OH]
nHOOC(CH2)5OH+(n-1)H2O。
[思考](1)的链节是什么 该高分子(缩聚物)的平均相对分子质量是不是链节相对质量的n倍
提示:,不是。缩聚物有端基原子或端基原子团,故缩聚物的平均相对分子质量大于链节相对质量的n倍。
(2)氨基酸分子间能不能发生缩聚反应 若可以,写出反应的化学方程式。
提示:氨基酸分子含有羧基和氨基,可以脱去小分子,发生缩聚反应。+(n-1)H2O。
【质疑辨析】
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”,并分析原因。
(1)由同一聚合物组成的高分子材料是纯净物。(×)
提示:高分子材料是由多个高分子化合物组成的,每个高分子的聚合度n值不同,故属于混合物。
(2)加聚反应的产物没有固定的熔、沸点。(√)
提示:聚合物的聚合度不同,都为混合物,故没有固定的熔、沸点。
(3)高分子化合物的链节和单体的组成不一定相同。(√)
提示:加聚产物的链节和单体的组成一定相同,但缩聚产物一定不相同。
(4)有机高分子的平均相对分子质量等于单体相对分子质量的n倍。(×)
提示:缩聚产物不符合,因为单体间脱去了小分子形成缩聚物。
(5)高分子化合物中的链节中含有酯基的一定是缩聚物。(×)
提示:有些加聚物的链节中也有酯基,比如链节中含有酯基,但它是由CH2=CHCOOCH3通过加聚反应而来的。
探究任务一:加聚反应
【导学探究】
[情境]医用外科口罩分三层,从外到内分别是防水层、过滤层、吸湿层。外层为防水层,可阻隔飞溅的液体;中层为过滤层,可有效阻隔90%的5微米的颗粒及病菌;内层为吸湿层。三层材料中都用到了聚丙烯。
聚丙烯是由丙烯发生加聚反应得到的合成高分子。此外广泛使用的聚乙烯、聚丙烯酸酯类、丁苯橡胶、ABS树脂等成千上万种的聚合物都是通过各自单体的聚合反应生产出来的。
探究点一:加聚反应方程式的书写
1.写出丙烯(CH2=CH—CH3)发生加聚反应的化学方程式。
提示:。
2.1,3-丁二烯(CH2=CH—CH=CH2)可以以自身为单体发生加聚反应,也可以与丙烯共同发生加聚反应,写出这两个加聚反应的化学方程式。
提示:nCH2=CH—CH=CH2
CH2—CH=CH—CH2 ;nCH2=CH—CH3+nCH2CH—CHCH2
。
3.试写出乙烯与丙烯按照1∶1发生加聚反应的化学方程式。
提示:nCH2=CH2+nCH2=CH—CH3
(或)。
探究点二:加聚物单体的判断
4.分别写出加聚物与单体的结构简式。
提示:CH2=CHCOOH 。
5.写出聚合物的单体的结构简式,并命名。
提示:2-甲基-1,3-丁二烯。根据链节上的碳原子数目和键的类型可判断其单体是二烯烃,命名为2-甲基-1,3-丁二烯。
6.写出聚合物的单体的结构简式。
提示:CH2=CH2和CHR=CHR。主链有四个碳原子且无双键,其单体为两种,在链节正中央划线断开,然后半键闭合即可。
【归纳总结】
1.巧记加聚反应产物的书写方法
(1)单烯加聚双改单,链节主链两个碳,其他部分连原碳,写成支链不改变。
(2)共轭双键(两个双键之间间隔一个碳碳单键)要加聚,链节四碳要牢记,两端双键变单键,中间单键变双键,其他部分连原碳,写成支链不改变。
(3)共聚链节灵活写,规律总结两方面,开环加聚成长链,断开之处前后连,链节再加方括号,聚合度n跟后面。
2.由加聚物推断单体的方法
(1)凡链节的主链只有两个碳原子(无其他原子)的聚合物,其合成单体必为一种,将链节两端两个半键向内闭合即可。
如,其单体是。
(2)凡链节主链上只有四个碳原子,且链节无双键的聚合物,其单体必为两种,在链节两端及正中央划线断开,然后左右两个半键闭合即可。如的单体为CH2=CH2和。
(3)凡链节主链中只有碳原子,并存在结构的聚合物,其规律是“见双键,四个碳;无双键,两个碳”。从一端划线断开,隔一键断一键,然后将半键闭合,即单双键互换。
如的单体是CH2=CH—CH=CH2和。
由加聚物推断单体的方法可简要总结为“两两一组,组间断1键,组内加1键。”
【针对训练】
1.(2024·石家庄高二检测)下列说法正确的是( )
A.等质量的丙烯和聚丙烯完全燃烧生成CO2的物质的量相等
B.聚丙烯可使溴水因发生化学反应而褪色
C.高分子材料由CH≡CH、(CN)2、CH3COOCH=CH2三种单体在一定条件下加聚得到
D.苯乙烯通过加聚反应得到
【解析】选A。等质量的丙烯和聚丙烯即相同质量的CH2,完全燃烧生成CO2的物质的量相等,A正确;聚丙烯无碳碳双键,与溴水不发生化学反应,不能使其褪色,B错误;此高分子材料由CH3COOCH=CH2和CHCN=CHCN 2种单体在一定条件下加聚得到,C错误;苯乙烯通过加聚反应得到,D错误。
[拓展思考](1)写出C项单体单独加聚反应得到的高分子的结构简式。
提示:、。
(2)C项1 mol高分子与足量的氢氧化钠溶液反应,消耗氢氧化钠的物质的量的最大值是多少
提示:n mol。1 mol
含有n mol酯基,最多消耗n mol NaOH。
2.某高分子化合物的结构片段如图所示,下列有关该化合物的说法正确的是( )
A.是加聚反应的产物
B.其单体是CH2=CH2和HCOOCH3
C.其链节是CH3CH2COOCH3
D.该有机物耐强酸、强碱腐蚀
【解析】选A。链节中主链上只有碳原子,为加聚反应的产物,A项正确;该高分子的链节为,所以该高分子的单体是CH2=CHCOOCH3,B、C项错误;该高分子中含有酯基,则该有机物不耐强酸、强碱腐蚀,D项错误。
[方法规律]由加聚物推断单体的方法
【补偿训练】1.毛绒玩具深受一部分年轻人的喜爱。毛绒玩具使用的材料之一为ABS树脂,结构简式如图所示。下列有关ABS树脂的说法正确的是( )
A.易溶于水
B.其单体之一为乙炔
C.由4种单体通过加聚反应制备
D.其单体之一的苯乙烯能使溴水褪色
【解析】选D。由图中链节,根据“有双键,四个碳;无双键,两个碳”划线断开,然后将半键闭合,即单双键互换的方法,可知形成该高分子的单体有丙烯氰(CH2=CHCN)、1,3-丁二烯(CH2=CH—CH=CH2),苯乙烯,故B、C错误;该树脂结构中以憎水基连接,故难溶于水,A错误;苯乙烯中含有碳碳双键,能与溴水发生加成反应而使之褪色,D正确。
2.下列说法正确的是( )
A.聚合物的单体是CH≡CH
B.反式聚异戊二烯的结构简式为
C.聚合物的单体有2种
D.聚乙烯能使KMnO4酸性溶液褪色
【解析】选A。聚合物的单体是CH≡CH,故A正确;为顺式聚异戊二烯的结构简式,故B错误; C项,由高分子结构可知其由苯乙烯、苯乙炔和三种单体加聚得到,故C错误;聚乙烯中没有不饱和键,不能使KMnO4酸性溶液褪色,故D错误。
探究任务二:缩聚反应
【导学探究】
[情境]水性环氧树脂可用于地坪的制作。水性环氧树脂是指环氧树脂以微粒或液滴的形式分散在以水为连续相的分散介质中而配得的稳定分散体系。
环氧树脂是环氧氯丙烷与双酚A或多元醇的缩聚产物。
缩合聚合反应(缩聚反应)在合成高分子工业上的重要性仅次于加聚反应,生产生活中常见的聚酰胺(尼龙)、聚酯(涤纶)、酚醛树脂、聚碳酸酯等,都是通过缩聚反应生产的。
探究点一:缩聚反应化学方程式的书写
1.写出对苯二甲酸与乙二醇在催化剂作用下发生缩聚反应的化学方程式。
提示:+nHO—CH2CH2—OH
+(2n-1)H2O。
2.写出己二胺[H2N—(CH2)6—NH2]与己二酸发生缩聚反应生成尼龙的化学方程式。
提示:nH2N—(CH2)6—NH2+nHOOC(CH2)4COOH
+(2n-1)H2O。
探究点二:缩聚物单体的判断
3.已知聚酯的结构简式为,聚酯的单体是什么
提示:。根据聚酯的结构(链节不含酯基),由缩聚反应的原理,逆推(去掉[ ]n)得聚酯的单体是。
4.下列聚合物分别是由什么单体缩聚而成的
①
②
提示:①和HOCH2CH2OH;②和
。分析思路如下:①
②的分析与①相似,断开键,分别补充—OH和—H,得到单体。
探究点三:加聚反应与缩聚反应的区别
5.怎样通过高聚物的结构区别加聚反应与缩聚反应
提示:缩聚产物一般链节主链上含有酯基、醚氧基、肽键等官能团或其残基,而加聚产物一般没有,但有时在链节侧链中会有以上基团。
【归纳总结】
1.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(如、 —C≡C—) 至少含两个特征官能团(如—OH、、—NH2)
单体 种类 含碳碳双键或碳碳三键的有机物等 二元酸和二元醇、氨基酸等
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 高聚物的链节与单体具有相同的化学组成 高聚物的链节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
2.由缩聚物推断单体
(1)缩聚物的链节不含酯基和酰胺基
例如:缩聚物去掉方括号和n,得到单体H2N—R—COOH。
(2)缩聚物的链节含酯基或酰胺基
例如:
和。
[易错提醒](1)一种单体聚合后形成的高分子化合物:结构单元数=聚合度=链节数。
(2)两种或两种以上的单体形成的高分子化合物:结构单元数=聚合度≠链节数。
【针对训练】
(2024·武汉高二检测)一种聚合物PHA的结构简式如图所示,下列说法错误的是( )
A.PHA的重复单元中只有一种官能团
B.PHA可通过单体缩聚合成
C.PHA在碱性条件下不能发生降解
D.PHA中存在手性碳原子
【解析】选C。PHA的重复单元中只有一种官能团,即酯基,A正确;PHA可通过单体缩聚合成,B正确;PHA为聚酯,在碱性条件下发生水解,C错误;PHA中存在手性碳原子如图所示,D正确。
[拓展思考](1)制备1 mol PHA,生成水的物质的量为多少
提示:(n-1)mol。
(2)写出PHA与NaOH溶液反应的化学方程式。
提示:+n NaOHn+ H2O。
【补偿训练】1.(2024·石家庄高二检测)高分子材料在各个领域中得到广泛应用。下列说法正确的是( )
A.聚四氟乙烯被广泛用于日常生活,其结构简式为
B.可降解塑料聚羟基丁酸酯(PHB)可由3-羟基丁酸生产,其结构简式为
C.聚硅氧烷可由二甲基硅二醇[(CH3)2Si(OH)2]经脱水缩聚生成,其结构简式为
D.杜仲胶是反式聚异戊二烯,其结构简式为
【解析】选C。聚四氟乙烯结构简式为,故A错误;聚羟基丁酸酯(PHB)可由3-羟基丁酸生产,其结构简式为,故B错误;聚硅氧烷结构简式为,故C正确;反式聚异戊二烯结构简式为,故D错误。
2.(2024·玉溪高二检测)下列物质能够自身聚合成高分子的是( )
A.CH3CH2OH
B.
C.
D.HOOC(CH2)3COOH
【解析】选C。分子结构中含有碳碳双键或碳碳三键的有机物,可以发生加聚反应;分子结构中同时含有羧基、羟基(或氨基),可通过缩聚反应形成高分子化合物,C物质中同时含有羧基和羟基,自身可以聚合成高分子,故答案选C。
3.使用有机材料制成的塑料薄膜,会给环境造成“白色污染”,后果十分严重。我国研制成功的一类可降解塑料的结构如图所示,该类塑料具有良好的生物适应性和分解性,能够自然腐烂分解。
A.
B.
试回答下列问题:
(1)这类可降解塑料中的单体分别为
A.
B. 、 。
(2)可降解塑料在自然界可通过 (填反应类型)反应分解为小分子物质。
【解析】(1)A的链节不含酯基和酰胺基,故去掉方括号和n即得到单体;B的链节含有酯基,第一步去掉方括号和n,第二步断开酯基中的C—O键,在羰基碳原子上连接—OH,氧原子连接—H,得到单体和HOOC—COOH。
(2)两种塑料均含酯基,故可通过水解反应分解为小分子物质。
答案:(1) HOOC—COOH
(2)水解
【真题示例】
(2022·山东等级考) 下列高分子材料制备方法正确的是( )
A.聚乳酸()由乳酸经加聚反应制备
B.聚四氟乙烯()由四氟乙烯经加聚反应制备
C.尼龙-66 ()由己胺和己酸经缩聚反应制备
D.聚乙烯醇()由聚乙酸乙烯酯()经消去反应制备
[解题思维]解答本题的思维流程如下:
提取 关键点 ①加聚反应;②缩聚反应;③消去反应
转化 知识点 ①主链中不含酯基、酰胺基等;②主链含有酯基、酰胺基等;③反应物含有—X、—OH等官能团,产物中形成不饱和键
排除 障碍点 误认为的主链不含酯基,错误判断聚合反应类型
【解析】选B。聚乳酸()是由乳酸[HOCH(CH3)COOH]分子间脱水缩聚而得,即发生缩聚反应,A错误;聚四氟乙烯()由四氟乙烯(CF2=CF2)经加聚反应制备,B正确;尼龙-66()是由己二胺和己二酸经过缩聚反应制得,C错误;聚乙烯醇()由聚乙酸乙烯酯()发生水解反应制得,D错误。
【对点演练】
1. 有一种链状高分子,结构如图所示:
下列对其说法中正确的是( )
A.该高分子由4种单体缩聚而成
B.构成该分子的几种羧酸单体互为同系物
C.该高分子有固定熔沸点
D.上述单体中相对分子质量最小的醇,可被O2催化氧化生成草酸
【解析】选D。该链状高分子由单体HOCH2CH2OH、HOOCCOOH、
HOCH2CH(CH3)OH、HOOCCH2COOH和发生缩聚反应生成,A项错误;和HOOCCOOH、HOOCCH2COOH不互为同系物,B项错误;高分子化合物为混合物,无固定熔沸点,C项错误;题述单体中相对分子质量最小的醇是HOCH2CH2OH,乙二醇能被O2催化氧化成乙二酸即草酸,D项正确。
2.(2024·六安高二检测)PVDC是一种可以承受高温蒸煮、具有高阻隔性能的塑料,它可作为保鲜食品的包装材料。用它作为中间层,制造多层复合材料,是目前塑料包装行业技术进步和技术创新的前沿阵地。PVDC是聚偏二氯乙烯的英文缩写,它的结构简式是。下列说法错误的是( )
A.PVDC是由单体CCl2=CH2发生加聚反应合成的
B.PVDC可发生加成、取代等反应
C.PVDC也有很大的缺点,如在空气中熔融可分解,分解可产生HCl,会污染空气
D.PVDC的单体可发生加成、取代、氧化等反应
【解析】选B。高分子聚合物若链节主链中只有两个碳原子,且以单键相连,则单体必为一种含有碳碳双键的物质,只需将两个半键闭合就能写出对应的单体结构,则PVDC的单体结构应为CCl2=CH2,A正确;PVDC中不含不饱和键,不能发生加成反应,B错误;结合PVDC中含有氯元素和氢元素来看,在空气中熔融分解可以产生有腐蚀性的HCl,会污染空气,C正确;PVDC的单体为CCl2=CH2,含碳碳双键,能发生加成反应和氧化反应,含氯原子可以发生取代反应,D正确。
1.(2024·上海静安区高二检测)聚氯乙烯是应用广泛的塑料,制备聚氯乙烯的原料是( )
A.乙烷、氯气 B.乙炔、氯气
C.乙炔、氯化氢 D.乙烯、氯化氢
【解析】选C。氯乙烯通过加聚反应得到聚氯乙烯。乙烷和氯气无法反应得到氯乙烯,A错误;乙炔和氯气发生加成反应生成1,2-二氯乙烯,B错误;乙炔和氯化氢发生加成反应生成氯乙烯,C正确;乙烯和氯化氢发生加成反应生成氯乙烷,D错误。
2.EPR是一种对氧化剂具有较好抗耐性的合成材料,应用极为广泛,其结构简式可以表示为,合成EPR所用的单体为( )
A.
B.
C. CH2=CH2和CH2=CH—CH3
D.和CH4
【解析】选C。此聚合物链节中无双键,则两个碳原子为一组,取链节断开中间的单键后加双键即得高聚物的单体,故C项正确。
【补偿训练】聚苯乙烯()常被用来制作各种承受开水温度的一次性容器供人们使用。下列说法错误的是( )
A.聚苯乙烯常温下极易降解成小分子
B.n为聚苯乙烯的聚合度
C.为聚苯乙烯的链节
D.为聚苯乙烯的单体
【解析】选A。聚苯乙烯常被用来制作各种承受开水温度的一次性容器供人们使用,说明聚苯乙烯常温下性质稳定,故A错误;n为聚苯乙烯的聚合度,故B正确;根据结构简式可判断为聚苯乙烯的链节,故C正确;该高聚物属于加聚产物,为聚苯乙烯的单体,故D正确。
3.(2024·咸阳高二检测)PHB塑料是一种可在微生物作用下降解的环保型塑料,其结构简式为,有关PHB塑料的说法错误的是( )
A.PHB塑料属于聚酯类
B.PHB塑料通过缩聚反应制得
C.PHB塑料在微生物降解下的产物可能有CO2和H2O
D.合成PHB塑料的单体是CH3CH=CH(OH)COOH
【解析】选D。由PHB的结构简式可知,PHB塑料属于聚酯类,故A正确;PHB塑料属于聚酯类,可以通过缩聚反应制得,故B正确;塑料含有碳、氢、氧三种元素,所以其降解产物可能有CO2和H2O,故C正确;在链节的羰基上增加羟基,在链节的氧原子上增加氢原子,这样就可得到单体,所以该塑料的单体是CH3CH2CH(OH)COOH,故D错误。
4.下列化合物中
a.
b.
c.HOCH2CH3
d.CH3CH=CH—CN
e.
f.HOOC(CH2)4COOH
(1)同分子间可发生加聚反应的化合物是 (填字母),加聚物的结构简式为(若有多个不饱和键,写出1,4-加聚反应产物) 。
(2)同分子间可发生缩聚反应的化合物是 (填字母),缩聚物的结构简式为 。
(3)b、d按照物质的量之比为1∶1发生聚合反应得到聚合物的结构简式为 。
【解析】(1)能够发生加聚反应的物质必须有碳碳双键或者碳碳三键;(2)a中羧基与羟基能够发生缩聚反应生成聚酯。b、d按照物质的量之比为1∶1发生聚合反应,b发生1,4加成,与d发生加聚反应得到聚合物的结构简式为
。
答案:(1)b、d 、
(2)a
(3)
