合成有机高分子化合物的基本方法
【学习目标】
1、认识合成高分子的组成与结构特点,能依据简单高分子的结构分析其链节和单体;
2、掌握加聚反应和缩聚反应的特点,能用常见的单体写出聚合反应的方程式或聚合物的结构简式或从聚合物的结构式推导出合成它的单体;
【典型例题】
类型一:高分子化合物概述
例1(2019 宁夏育才中学期末)有4种有机物:④CH3-CH=CH-CN,其中可用于合成结构简式为 的高分子材料的正确组合为( )
A.①③④ B.①②③ C.①②④ D.②③④
【思路点拨】因为加聚反应前后,单体和高聚物的组成是一致的,所以我们用代入法,把各单体的分子相加,如果和高聚物的分子式一致,那么就是正确答案。
【答案】D
【解析】根据所给高聚物的结构简式和加聚反应原理可知主链上碳原子为不饱和碳原子,根据碳的4个价键
规则可作如下的断键处理(断键处用虚线表示)
断键后两半键闭合可得由高聚物的单体为CH3-CH=CH-CN、和。
【总结升华】已知加聚物的结构简式,可用下面介绍的“单双键互换法”巧断合成它的单体,其步骤是:
①首先去掉加聚物两端的“ ”“ ”。
②再将高分子链节中主链上的碳碳单键改为碳碳双键,碳碳双键改为碳碳单键。
③再从左到右检查高分子链节中各碳原子的价键,把价键超过4的碳原子找出来并用“△”符号标示出来。
④去掉不符合四价的碳原子间的价键(一般为双键),即得合成该加聚物的单体。
举一反三:
【变式1】(2019 安徽阜阳月考)下列关于高分子化合物的叙述正确的是( )
A.高分子化合物结构复杂,相对分子质量很大
B.对于一块高分子材料来说,n是一个整数,因而它的相对分子质量是确定的
C.高分子化合物是纯净物
D.高分子材料可分为天然高分子材料和合成高分子材料
【答案】D
【解析】高分子化合物是指由许多小分子化合物以共价键结合成的、相对分子质量很高(通常为104~106)的一类化合物,其结构并不复杂,故A错误:对于一块高分子材料来说,它是由许多高分子构成的,由于聚合度n不确定,所以它的相对分子质量也不确定,故B错误;高分子化合物是混合物,故C错误;高分子材料按来源分为天然高分子材料和合成高分子材料,故D正确。
类型二:合成有机高分子化合物的基本方法
例2 某高分子化合物的部分结构如下:
下列说法中正确的是( )
A.聚合物的分子式为C3H3Cl3
B.聚合物的链节为
C.该高聚物由单体CHCl=CHCl通过加聚反应得到
D.若n表示聚合度,则其相对分子质量为97n
【思路点拨】本题考查加聚反应和缩聚反应的概念、特点、聚合物结构简式等。要求能对聚合物与单体能进行相互推导。
【答案】C、D
【解析】注意到碳碳单键可以旋转,则可判断上述聚合物重复的结构单元(即链节)为,该聚合物的结构简式为,是由单体CHCl=CHCl通过加聚反应得到的,其分子组成为(C2H2Cl2)n,其相对分子质量为97n。
【总结升华】通过本节的学习,要求能准确、迅速的认识高分子化合物的基本链节,进而能判断合成高分子的单体。理解聚合度的意义。常用口诀为:“去掉括号变换键,单双互换满键断”。
举一反三:
【变式1】下列合成高分子化合物的反应式和反应类型都正确的是( )
【答案】C
【变式2】人造羊毛在许多方面比天然羊毛更优良,其分子里存在如下结构的有机物:
则合成它的单体是________。
【答案】CH2=CH—CN;CH2=CH—COOCH3;
【解析】可利用“单双键交替互换法”推断:
于是可得到合成该有机物的三种单体。
【变式3】下列化学方程式或离子方程式,书写规范、正确的是(反应条件略)( )
C.苯酚钠溶液中通入少量二氧化碳的离子方程式:
D.乙酸与碳酸钠溶液反应的离子方程式:2H++CO32-==CO2↑+H2O
【答案】C
【解析】A项中高聚物没有端基原子和端基原子团;B项中生成物中水的化学计量数据是(n-1);D项中乙酸是弱酸,不能拆开。
类型三:有机高分子化合物的合成与推断
例3 有机物A、B、C互为同分异构体,分子式为C5H8O2,有关的转化关系如下图所示,已知:A的碳链无支链,且1 mol A能与4 mol Ag(NH3)2OH完全反应;B为五元环酯。
提示:
(1)A中所含官能团是________。
(2)B、H结构简式为________、________。
(3)写出下列反应方程式(有机物用结构式表示)
D→C________________;E→F________________。
(4)F的加聚产物的结构简式为________。
【思路点拨】根据所给条件合成有机高分子化合物,充分利用框图或文字描述,对有机高分子化合物的结构进行推断。本题注意烯烃在溴代试剂(NBS)下溴的取代位置。
【答案】(1)醛基或—CHO
(2) OHC—CH2—CH2—CH2—COOH
【解析】该题是有机物推断题。
该题目的突破口是1 mol A能与4 mol Ag(NH3)2OH完全反应,且A的碳链无支链,从而确定了A的结构简式为
再结合信息中所给的提示,该题迎刃而解。
【总结升华】含有醛基的物质在发生银镜反应时,注意醛基与生成银的物质的量间的对应关系:通常比值为1:2,甲醛或者二元醛的比值为1:4。
举一反三:
【变式1】感光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泛的新型高分子材料。
其结构简式为:
试回答下列问题:
(1)在一定条件下,该高聚物可发生的反应有(填写编号)________。
①加成反应 ②氧化反应 ③消去反应 ④酯化反应 ⑤取代反应
(2)该高聚物和NaOH溶液发生反应的化学方程式为________。
(3)该高聚物在催化剂和酸性环境下水解后得到相对分子质量较小的产物是A,则:
①A在一定条件下与甲醇发生反应的化学方程式________________。
②A的同分异构体有多种,其中属于不同类别且含有苯环、、,苯环上有两个取代基的结构简式是________。
【答案】(1)①②⑤
②(写出邻位或间位的异构体均可)
【巩固练习】
一、选择题
1.下列高聚物经一定的处理,可以从线型结构变为体型结构的是( )
2.下列说法不正确的是( )
A.线型结构和体型结构的有机高分子都可以溶解在适当的溶剂里
B.某些高分子化合物具有热固性,它们在受热时不会熔化
C.高分子链之间存在较强的作用力,因此高分子材料的强度都较高
D.普通高分子材料存在易被氧化、不耐高温等特点
3.(2019 锦州期末)合成导电高分子材料PPV的反应如下图,下列说法正确的是( )
A.合成PPV的反应为加聚反应
B.PPV与聚苯乙烯具有相同的重复结构单元
C.和苯乙烯互为同系物
D.通过质谱法测定PPV的平均相对分子质量,可得其聚合度
4.某高分子化合物干馏后分解为X,X能使溴水褪色,且1 mol X可与1 mol 氢气加成后生成C8H10的烃,则该高分子化合物为( )
5.(2019 烟台质检)下列有机反应的方程式和反应类型都正确的是( )。
6.下列有机物中,既能发生加成反应,又能发生加聚反应,还能发生缩聚反应的是( )
7.有5种有机物: ④CH3—CH=CH—CN ⑤CH2=CH—CH=CH2,其中可用于合成高分子材料(结构如下图所示)的正确组合为( )
A.①②④ B.①②⑤ C.②④⑤ D.③④⑤
8.对聚合物和的下列说法中正确的是( )
A.两者互为同系物 B.均由加聚反应制得
C.两者互为同分异构体 D.由不同的单体缩聚得到
9.现有两种高聚物A、B,A能溶于氯仿等有机溶剂,并加热到一定温度下熔融或黏稠状的液体,B不溶于任何溶剂,加热不会变软或熔融,则下列叙述中不正确的是( )
A.高聚物A可能具有弹性,而高聚物B一定没有弹性
B.高聚物A一定是线型高分子材料
C.高聚物A一定是体型高分子材料
D.高聚物B一定是体型高分子材料
10.天然橡胶的结构简式是,若其聚合度为4000,则天然橡胶的平均相对分子质量约为( )
A.4000 B.272000 C.6800 D.59
二、填空题
1.(1)写出工业上以丙烯为原料生产聚丙烯的化学方程式:________________________,此反应属________反应,其链节为________。
(2)写出下列高聚物的单体,指出合成它所属反应类型
单体是________和________,此合成反应属________反应。
2.A是一种可作为药物的有机物。请从下列反应图示中各有机物间的关系,推测各物质的结构,并回答有关问题。(所有无机产物均已略去)
(1)B、E的结构简式分别是:B________、E________。
(2)由的化学方程式是:________。
(3)由C→G的化学方程式是:________。
3.聚甲基丙烯酸羟乙酯的结构简式为,它是制作软质隐形眼镜的材料。请写出下列有关反应的化学方程式。
(1)由甲基丙烯酸羟乙酯制备聚甲基丙烯酸羟乙酯;
(2)由甲基丙烯酸制备甲基丙烯酸羟乙酯;
(3)由乙烯制备乙二醇。
4.(2019 四川成都月考)已知可由乙烯合成高分子材料G。F的质谱图中最大质荷比为86,其C、H、O的原子个数之比为2∶3∶1,F在酸性条件下水解可生成碳原子数相同的两种有机物D和E。
请回答下列问题:
(1)B的分子式为________,F分子中含氧官能团的名称为________。
(2)E的结构简式为________,G的结构简式为________。
(3)反应①、⑥的反应类型均是________。
(4)反应②的化学方程式为________。
(5)在F的同分异构体中,核磁共振氢谱有三组峰,且峰的面积之比为1∶1∶1,写出其中任意一种满足上述条件的结构简式(不考虑立体异构)________。
【参考答案与解析】
一、选择题
1.C、D
【解析】线型结构的高聚物上如果还有能起反应的官能团,当它与别的物质发生反应时,高分子链之间将形成化学键,从而形成高分子的体型结构。选项C中的C=C键和选项D中的—OH,均能与其他物质反应。
2.A
【解析】线型结构的有机高分子可以用适当的溶剂溶解,而体型结构的有机高分子一般不易溶解;有些高分子化合物受热不会熔化,具有热固性;强度高是高分子材料的重要特性;含不饱和键的高分子材料易被氧化,线型结构的高分子材料不耐高温。
3.D
【解析】A项合成PPV通过缩聚反应合成,同时有小分子物质HI生成,不属于加聚反应,故A错误;B项聚苯乙烯的重复结构单元为,不含碳碳双键,而该高聚物的结构单元中含有碳碳双键,所以结构单元不相同,故B错误;C项有两个碳碳双键,而苯乙烯有一个碳碳双键,结构不同,二者不是同系物,故C错误;D项质谱仪能记录分子离子、碎片离子的相对质量,质谱图中数值最大的即是该分子的相对分子质量,可得起聚合度,故D正确。故选D。
4.B
【解析】烃X能使溴水褪色,说明烃X含不饱和碳碳键;C8H10()是由1 mol X与1 mol H2加成后得到的产物,则X应是。
5.C
【解析】A、B两项是加聚反应,C、D两项是缩聚反应,其中A项的生成物应为。
6.B、D
【解析】能发生加成反应应含有C=C键、C≡C键或—CHO等;能发生加聚反应应含有C=C键、C≡C键等;能发生缩聚反应应含有—NH2与—COOH、—OH与—COOH或酚与醛等。
7.D
【解析】根据“凡双键,四个碳;无双键,两个碳”的原则分析判断,同时注意本题中高聚物链节中最右端的双键是苯乙炔加聚时形成的。
8.D
【解析】聚合物是混合物,聚合物之间既不会是同系物,也不会互为同分异构体;因分子中含有,应是由缩聚反应得到的聚合物,且两者的单体不同。
9.C
【解析】根据题中给出的高聚物A、B的性质可判断:A是线型高分子材料,具有弹性;B是体型高分子材料,没有弹性。
10.B
【解析】该橡胶的平均相对分子质量为68n,当n=4000时,68n=272000。
二、填空题
1.(1) 加聚
(2)对苯二甲酸 乙二醇 缩聚
【解析】(1)丙烯分子中含有不饱和的碳碳双键,在一定条件下能够发生加聚反应得到聚丙烯,反应的方程式为,该高聚物的链节为;
(2)根据的结构可知,合成该缩聚产物的单体为对苯二甲酸和乙二醇。
2.
【解析】E的分子式为C9H6O2,含有1个和1个—COOH,得残基为C2,只可能是—C≡C—,故E的结构简式为,以E为起点,顺推得F为,逆推得D为,则C为,而A→C是—CHO被氧化为—COOH,则A为,于是可推知B为。
3.
【解析】甲基丙烯酸羟乙酯的结构简式为:
,它是聚甲基丙烯酸羟乙酯的单体,由它制备聚甲基丙烯酸羟乙酯的反应属于加聚反应:
。
由甲基丙烯酸制备甲基丙烯酸乙酯应进行酯化反应,对照反应物、产物的结构可确定要使用乙二醇:
。
4.(1)C2H6O 酯基
(2)CH3CHO
(3)加成反应
(4)CH2BrCH2Br+2NaOHBC≡CH↑+2NaBr+2H2O
(5)
【解析】F的质谱图中最大质荷比为86,其中C、H、O的原子个数之比为2∶3∶1,设其分子式为(C2H3O)x,则43x=86,x=2,故F的分子式为C4H6O2。由图给转化关系可知A为CH2BrCH2Br,C为HC≡CH,B为CH3CH2OH,E为CH3CHO,D为CH3COOOH,F为CH2=CHOOCCH3,G为。(1)F含有的官能团为酯基。(3)反应①、⑥的反应类型均是加成反应。(4)反应②为CH2BrCH2Br的消去反应,化学方程式为CH2BrCH2Br+2NaOH BC≡CH↑+2NaBr+2H2O。(5)F对应的同分异构体中,核磁共振氢谱有三组峰,且峰面积之比为1∶1∶1的可能的结构简式为。