合成高分子化合物的基本方法同步学案

合成高分子化合物的基本方法同步学案

‎ ‎ 第五章 进入合成有机高分子化合物的时代 第一节　合成高分子化合物的基本方法 一、合成高分子化合物的基本反应类型 ‎1．加成聚合反应(简称加聚反应)‎ ‎(1)特点 ‎①单体分子含不饱和键(双键或三键)；‎ ‎②单体和生成的聚合物组成相同；‎ ‎③反应只生成聚合物。‎ ‎(2)加聚物结构简式的书写 将链节写在方括号内，聚合度n在方括号的右下角。由于加聚物的端基不确定，通常用“—”表示。如聚丙烯的结构式。‎ ‎(3)加聚反应方程式的书写 ‎①均聚反应：发生加聚反应的单体只有一种。如  ‎②共聚反应：发生加聚反应的单体有两种或多种。如 ‎2．缩合聚合反应(简称缩聚反应)‎ ‎(1)特点 ‎①缩聚反应的单体至少含有两个官能团；‎ ‎②单体和聚合物的组成不同；‎ ‎③反应除了生成聚合物外，还生成小分子；‎ ‎④含有两个官能团的单体缩聚后生成的聚合物呈线型结构。‎ ‎(2)缩合聚合物(简称缩聚物)结构简式的书写 要在方括号外侧写出链节余下的端基原子或原子团。如 ‎(3)缩聚反应方程式的书写 18‎ ‎ ‎ 单体的物质的量与缩聚物结构式的下角标要一致；要注意小分子的物质的量：一般由一种单体进行缩聚反应，生成小分子的物质的量为(n－1)；由两种单体进行缩聚反应，生成小分子的物质的量为(2n－1)。‎ ‎①以某分子中碳氧双键中的氧原子与另一个基团中的活泼氢原子结合成水而进行的缩聚反应。‎ ‎②以醇羟基中的氢原子和酸分子中的羟基结合成水的方式而进行的缩聚反应。‎ ‎③以羧基中的羟基与氨基中的氢原子结合成H2O的方式而进行的缩聚反应。‎ 特别提醒　单体与链节不同，如单体是CH2===CH2，链节为—CH2—CH2—，加聚物与单体结构上不相似，性质不同，不为同系物。如分子中无。‎ ‎3．加聚反应与缩聚反应的比较 加聚反应 缩聚反应 不同点 反应物 单体必须是不饱和的 单体不一定是不饱和的，但必须要含有某些官能团 生成物 生成物只有高分子化合物 生成物除高分子化合物外，还有水、卤化氢、氨等小分子化合物 聚合物 分子组成与单体相同 分子组成与单体不完全相同 相同点 反应物可以是同一种单体，也可以是不同种单体，生成物是高分子化合物 二、高分子化合物单体的确定 ‎1．加聚产物、缩聚产物的判断 判断有机高分子化合物单体时，首先判断是加聚产物还是缩聚产物。判断方法是：‎ ‎(1)若链节结构中，主链上全部是碳原子形成的碳链，则一般为加聚产物；‎ ‎(2)若链节结构中，主链上除碳原子外还含有其他原子(如N、O等)，则一般为缩聚产物。‎ ‎2．加聚产物单体的判断方法 18‎ ‎ ‎ ‎(1)凡链节的主链中只有两个碳原子(无其它原子)的聚合物，其合成单体必为一种，将两个半键闭合即可。如，其单体是。‎ ‎(2)凡链节的主链中有四个碳原子(无其它原子)，且链节无双键的聚合物，其单体必为两种，在正中央划线断开，然后两个半键闭合即可。如的单体为。‎ ‎(3)凡链节的主链中只有碳原子，并存在结构的聚合物，其规律是“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。如的单体为；‎ 的单体为。‎ ‎3．缩聚产物单体的判断方法 ‎(1)若链节中含有酚羟基的结构，单体一般为酚和醛。如的单体是 和HCHO。‎ ‎(2)若链节中含有以下结构，如，其单体必为一种，如的单体为。‎ ‎(3)若链节中间含有部分，则单体为酸和醇，将 18‎ ‎ ‎ 中C—O单键断开，左边加羟基，右边加氢即可。如的单体为HOOC—COOH和HOCH2CH2OH。‎ ‎(4)若链节中间含有部分，则单体一般为氨基酸，将中C—N单键断开，左边加羟基，右边加氢。如的单体为H2NCH2COOH和。‎ 特别提醒　运用上述方法找单体时，一定要先判断是加聚产物还是缩聚产物，然后运用逆向思维法逐步还原，准确判断单体的前提是熟练掌握加聚反应与缩聚反应的原理及方程式的书写。进行单体判断时，不要被书写方式迷惑，要注意到单键是可旋转的，同时严格按半 键还原法进行判断。‎ 类型1 有机高分子化合物的结构和性质 例1　某高分子化合物的部分结构如下：‎ 下列说法正确的是(　　)‎ A．聚合物的链节是 B．聚合物的分子式是C3H3Cl3‎ C．合成该聚合物的单体是CHCl===CHCl D．若n表示聚合度，则其相对分子质量为97n 答案　CD 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。合成它的单体是CHCl===CHCl，其分子式为(C2H2Cl2)n，相对分子质量为97n。‎ 类型2 聚合物单体的判断 例2　在国际环境问题中，一次性使用聚苯乙烯等材料带来的“白色污染”‎ 18‎ ‎ ‎ 是极为严重的环境问题之一。最近研制的一种可降解塑料，代号为3HB，结构简式为，具有良好的生物适应性，能在自然界降解。请回答下列问题：‎ ‎(1)该可降解塑料在自然界中可通过________(填序号)反应降解为该聚合物的单体。　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ A．加成 B．消去 C．水解 D．氧化 ‎(2)该聚合物的单体的结构简式为____________，该单体中具有的官能团的名称为__________。‎ ‎(3)各取1 mol该单体分别与钠和碳酸氢钠溶液完全反应时，分别消耗钠和碳酸氢钠的物质的量之比为__________。‎ 答案　(1)C　(2) 　羟基、羧基 ‎(3)2∶1‎ 解析　依据的结构先判断是加聚产物还是缩聚产物，然后运用逆向思维法逐步还原，推测其单体，再依据官能团确定其性质，写出反应方程式进行相关计算。‎ 是缩聚产物，可依据官能团形成过程的连链逆向推出单体，把失去的小分子物质分拆后加在相应位置。‎ ‎，失去的小分子为H2O，拆为—H和—OH，其单体必为一种，为。含有两种官能团，有羟基(—OH)和羧基()，中—OH不能与NaHCO3溶液反应，但能与金属钠反应，—COOH既能与Na反应，又能与NaHCO3溶液反应。‎ 判断有机高分子化合物单体时，要先判断是加聚产物还是缩聚产物。‎ 链节→链节→半键还原、双键重现→正推验证。②若半键还原无法形成完整双键可考虑再断裂单键构成完整双键(此时不是一种单体)或断裂双键构成完整双键(此时单体是二烯烃)。‎ ‎(2)若是缩聚产物，可依据官能团的形成过程的连链逆向推出单体，把失去的小分子物质分拆后加在相应位置。 ‎ 类型3 有机高分子化合物的合成及反应类型 例3　根据图示，回答下列问题：‎ 18‎ ‎ ‎ (1) 写出A、E、G的结构简式：A__________，E_________________，G____________。‎ (2) 反应②的化学方程式(包括反应条件)是 ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________，‎ 反应④的化学方程式(包括反应条件)是 ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ (3) 写出①、⑤的反应类型：①__________、⑤_____________________。‎ 答案　(1)H2C===CH2　 HOOC(CH2)4COOH ‎(2)ClCH2CH2Cl＋NaOHCH2===CHCl＋NaCl＋H2O ‎(3)加成反应　缩聚反应 解析　根据A的分子式推出A为乙烯，C为，D为CH2===CHCl，E为，F为HOCH2—CH2OH，结合F和缩聚大分子可推出G为HOOC(CH2)4COOH，从而可推出答案。‎ 有机化合物框图推断题的关键是寻找突破口，特殊的转化关系、特殊的转化条件都可以 成为突破口，同时要注意逆向思维的运用。‎ ‎　下表列出了一些单体及它们的分子式，这些单体的聚合产物是什么，把结果填在表中空白处。‎ 单体名称 单体结构简式 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===CH—CH===CH2‎ 乙炔 CH≡CH 18‎ ‎ ‎ ‎　‎ ‎　通过聚合物的链节，可以看出聚合物的单体，你知道下面两个聚合物是由何种单体聚合成的吗？‎  ‎　含有两个官能团的单体缩聚后生成的缩合聚合物呈现为线型结构。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？‎ 点拨　高分子链间产生交联，形成体型(网状)结构。‎ ‎　如果一个聚合物是由缩聚反应得到的，在寻找它的单体时不但要看它的链节结构，还要分析它是通过哪一类有机化学反应缩合的。你能看出下列聚合物是由什么单体缩聚而成的吗？‎ 点拨 所以，单体为对苯二甲酸()和乙二醇(HOCH2CH2OH)。‎ ‎1．‎ 18‎ ‎ ‎ 点拨　由单体推断聚合物的结构简式是考查有机合成的常见题型，解题时，应先判断单体能发生加聚反应还是缩聚反应，然后再根据加聚反应和缩聚反应原理进行推测。‎ ‎2．(1)单体为HO(CH2)5COOH；‎ 点拨　聚合反应方程式书写时最易出现的错误有：①漏掉无机小分子；②漏掉n；③缩 聚反应小分子前的计量数错写等。‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ ‎1．下列物质中有固定熔点的是(　　)‎ A．聚乙烯 B．氯化钠 C．淀粉 D．聚1,3－丁二烯 答案　B ‎2．对此聚合物分析正确的是(　　)‎ A．其单体是CH2===CH2和HCOOC2H5‎ B．它是缩聚反应产物 C．其链节是CH3CH2—COOC2H5‎ D．其单体是CH2===CH—COOC2H5‎ 答案　D 解析　该高分子化合物的链节就是方括号中的元素组成，即，也就可以推断出它的单体是CH2===CH—COOC2H5，从结构上看，它的每一个链节上都有一个酯基，所以它的分子中有n个酯基。‎ ‎3．下列各组物质中互为同系物的是(　　)‎ 18‎ ‎ ‎ A．CH3CH2CH2OH和C2H5—O—C2H5‎ B．CH2===CH2和 答案　B ‎4．高分子化合物的单体是(　　)‎ A．1,3－丁二烯 B．2－甲基－1,3－丁二烯 C．乙烯和甲基丙烯 D．2－甲基－2－丁烯 答案　B ‎5．硅橡胶的主体结构为，它是由二氯二甲基硅烷Si(CH3)2Cl2经两步反应制得，这两步反应是(　　)‎ A．消去、加聚 B．水解、缩聚 C．氧化、加成 D．水解、加聚 答案　B ‎6．下列有机物或有机物组合，在现有条件下不能发生聚合反应的是(　　)‎ D．C(CH3)4‎ 答案　D ‎7．聚甲基丙烯酸甲酯也是一种重要的医用高分子材料，用于人造骨、关节等。已知烯烃可被酸性KMnO4溶液氧化成二元醇，如 CH2===CH2HOCH2CH2OH 现以甲基丙烯为原料合成有机玻璃树脂，流程如下。‎ 18‎ ‎ ‎ 写出有机物A、B、C、D的结构简式分别为：‎ A：________________________________________________________________________；‎ B：________________________________________________________________________；‎ C：________________________________________________________________________；‎ D：________________________________________________________________________。‎ ‎8．(1)已知涤纶树脂的结构简式为 ‎，它是由两种单体通过酯化反应的方式聚合而成的，这两种单体的结构简式是____________________和_____________________________________。‎ ‎(2)已知某高聚物的结构简式为 它是由________________和________________(填单体的结构简式)通过________反应而制得的，反应的化学方程式为 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)工程塑料ABS树脂合成时用了三种单体，写出这三种单体的结构简式：________________________________________________________________________。‎  答案　(1) CO—CH2—CH2—OH 18‎ ‎ ‎ 解析　(1)联想酯化反应的特征即可推出酸和醇的结构片段：、—O—CH2CH2—O—H，再连接上—OH或—H即得单体的结构简式。‎ ‎(3)据高分子链节可确定ABS树脂属于加聚产物。将括号及n去掉，然后将链节改组，方法是：双键变单键，单键变双键，超过四个价键的两个碳原子就切断，上式可变为：‎ 由于2、3号碳，6、7号碳超过四价，从两处断开即得到三种单体。‎ ‎9．聚苯乙烯的结构式为，试回答下列问题：‎ ‎(1)聚苯乙烯的链节是__________，单体是__________。‎ ‎(2)实验测得某聚苯乙烯的相对分子质量(平均值)为52 000，则该高聚物的聚合度n为________。‎ 答案　(1) 　(2)500‎ 第一节　合成高分子化合物的基本方法 1． 根据下列合成高分子聚苯乙烯的反应，指出单体、链节、聚合度，并表示出其平均 相对分子质量。‎ 答案　为单体，为链节，聚苯乙烯中的n为聚合度，平均相对分子质量为104n。‎ 解析　苯乙烯为单体，聚苯乙烯是由苯乙烯聚合而成的高分子化合物。从结构上看，聚苯乙烯是由相同的结构单元重复连接而成的。这种化学组成和结构均可以重复的最小单位称为重复结构单元。重复结构单元是组成高分子链的基本单位，就好像是长链中的一个环节，所以又称链节。链节的数目n称为重复结构单元数或链节数。‎ 18‎ ‎ ‎ ‎2．观察下列聚合反应，请你判断哪些是加聚反应，哪些是缩聚反应。‎ 答案　(1)(2)(5)为加聚反应，(3)(4)为缩聚反应。‎ 解析　加聚反应与缩聚反应的区别有以下两个方面：(1)加聚反应是由不饱和键断裂后形成的，缩聚反应是分子间的官能团之间的消去反应。(2)从产物上看，加聚反应只生成高分子化合物，缩聚反应同时还生成小分子。‎ ‎3．新型的合成弹性材料“丁苯吡橡胶”，结构简式如下：‎ 它是由三种单体______________、____________和__________经过____________反应而制得的。‎ 解析　首先由高分子链中的主链结构简式分析，是由不饱和的单体发生加成聚合反应而形成的产物，然后再将高分子链节即结构单元断开成三段：‎ 18‎ ‎ ‎ 加聚反应制得的。‎ ‎4．已知涤纶树脂的结构简式为 ‎，它的单体是__________________，写出由单体生成涤纶树脂的反应的化学方程式为 ‎________________________________________________________________________，‎ 该反应的类型是__________________。‎ 缩聚反应 缩聚反应是指单体之间相互作用生成高分子，同时还生成小分子(如H2O、NH3、HX等)的聚合反应。缩聚反应的特点是：(1)单体不一定含有不饱和键，但必须含有两个或两个以上的反应基团(如—OH、—COOH、—NH2、—X)。通常，缩聚反应的单体可以是二元酸与二元醇、二元酸与二元胺、羟基酸、氨基酸等。(2)缩聚反应的结果，不仅生成高聚物，而且还有 副产物(小分子)生成。(3)所得高分子化合物的化学组成跟单体的化学组成不同。‎ 18‎ ‎ ‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ ‎1．下列不属于高分子化合物的是(　　)‎ A．蛋白质 B．淀粉 C．硝化纤维 D．油脂 答案　D 解析　蛋白质、淀粉都是天然高分子化合物，硝化纤维是天然高分子化合物与硝酸发生酯化反应的产物，在与硝酸反应中，纤维素的高分子链未被破坏，因而仍是高分子化合物。油脂是高级脂肪酸甘油酯，相对分子质量相对较小，且在其结构中没有出现重复的结构单元和聚合度，故不是高分子化合物。‎ ‎2．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．②③④　 　 D．①②④‎ 答案　C 解析　因为加聚反应前后单体和高聚物的组成是一致的，所以用代入法，把各单体的分子式相加，如果和高聚物的分子式一致，那么就是正确答案。‎ ‎3．用CH3CH2CH2OH制取，可能遇到的反应类型有(　　)‎ A．取代 B．消去 C．加聚 D．缩聚 答案　BC 解析　采用逆推法由CH2===CHCH3加聚而成，而CH2===CHCH3是由CH3CH2CH2OH发生消去反应而得到。‎ ‎4．和CH2===CH—CN按一定比例加聚成高分子A。一定量的A完全燃烧生成CO2、H2O(g)和N2(g)，其中CO2的体积分数为57.14%，则形成A的两种有机物的物质的量之比为(　　)‎ A．1∶1 B．1∶2 C．2∶3 D．3∶4‎ 答案　B 解析　本题有多种解法，下面给出守恒法。设 (C6H10)、CH2===CH—CN(C3H3N)的物质的量分别是x、y，根据C、H、N守恒得：‎ 18‎ ‎ ‎ n(CO2)＝6x＋3y；n(H2O)＝；n(N2)＝ 由题意得：＝57.14%，‎ 解得x∶y＝1∶2。‎ ‎5．某聚合物具有如下结构片断：‎ 其单体不可能具有的化学性质是(　　)‎ A．能使酸性KMnO4溶液褪色 B．与NaOH溶液共热可生成一种钠盐 C．能催化加氢生成2－甲基丙酸甲酯 D．能发生缩聚反应 答案　D ‎6.A是烃的含氧衍生物，还原A生成醇B，氧化A生成酸C。由B、C反应可生成高分子化合物D，D的结构简式为 试写出：‎ ‎(1)B的名称：________；B在一定条件下可通过缩合反应得到一种新的高聚物________________________________________________________________________。‎ ‎(2)C的分子式：__________。‎ ‎(3)D水解的化学方程式：____________________________________________________。‎ 答案　(1)乙二醇　‎ ‎(2)C2H2O4‎ 解析　据高聚物可推知其单体B为HOCH2—CH2OH，C为，则A为，B可缩聚为聚醚。‎ ‎7．碳、氢、氧3种元素组成的有机物A，相对分子质量为102，含氢的质量分数为9.8%，分子中氢原子个数为氧的5倍。‎ ‎(1)A的分子式是____________。‎ ‎(2)A有2个不同的含氧官能团，其名称是________、___________________________。‎ ‎(3)一定条件下，A与氢气反应生成B，B分子的结构可视为1个碳原子上连接2个甲基和另外2个结构相同的基团。‎ ‎①A的结构简式是________________________________________________________。‎ 18‎ ‎ ‎ ‎②A不能发生的反应是________(填写序号字母)。‎ a．取代反应 b．消去反应 c．酯化反应 d．还原反应 ‎(4)写出两个与A具有相同官能团、并带有支链的同分异构体的结构简式(只写2种)：________________________________、____________________。‎ ‎(5)A还有另一种酯类同分异构体，该异构体在酸性条件下水解，生成两种相对分子质量相同的化合物，其中一种的分子中有2个甲基，此反应的化学方程式是：‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(6)已知环氧氯丙烷可与乙二醇发生如下聚合反应：‎ B也能与环氧氯丙烷发生类似反应，生成高聚物，该高聚物的结构简式是 ‎________________________________________________________________________。‎ 答案　(1)C5H10O2　 (2)羟基　醛基 解析　n(H)＝＝10，由题意可知n(O)＝2，‎ n(C)＝5，A的分子式为C5H10O2，由A中有2个氧原子，有2个不同的含氧官能团，只能是羟基和醛基；A与氢气反应生成B，故B为：。‎ 18‎ ‎ ‎ 探究创新 ‎8．我国第二代身份证采用的是具有绿色环保性能的PETG新材料。PETG新材料有别于以往我国身份证材料的最大特点在于该材料可以回收再利用，而且对周边环境不构成任何污染。此外，PETG新材料采用新配方和控制技术，易于印刷，热稳定性强，具有防伪造、耐摩擦、抗腐蚀、抗静电等特点。PETG的结构简式为：‎ ‎②RCOOR1＋R2OH―→RCOOR2＋R1OH(R、R1、R2表示烃基)‎ 这种材料可采用下列合成路线：‎ 试回答下列问题：‎ ‎(1)反应②⑥加入的试剂X是________。‎ ‎(2)⑤的反应类型是__________。‎ ‎(3)写出结构简式：B____________，I__________。‎ ‎(4)合成时应控制的单体的物质的量之比 n(D)∶n(E)∶n(H)＝________∶________∶________(用m、n表示)。‎ ‎(5)写出下列反应的化学方程式：‎ 反应③_________________________________________________________________；‎ 反应⑥_________________________________________________________________。‎ 答案　(1)NaOH的水溶液 ‎(2)取代反应(或醇解)‎ ‎ (4)m　(m＋n)　n 18‎ ‎ ‎ 解析　(1)由PETG的结构简式可以知道该高聚物是通过酯化反应形成的，其单体有三种，分别为 ‎，HO—CH2CH2—OH和，由题给转化关系，可知B、F、G、H、E含相同碳原子数，且E为氧化产物，H为还原产物。故E为 ‎，‎ D为HOCH2—CH2OH。又F、C为卤代烃，D、G为醇，所以试剂X为NaOH的水溶液。‎ ‎(2)由PETG的结构和题目所给信息(已知②)可知，反应⑤为酯与醇发生的取代反应。‎ ‎(3)由E、H的结构简式和相关反应可知B为；由于PETGD(醇)＋H(醇)＋I，结合已知②可知I为。‎ ‎(4)由PETG的结构可知1 mol PETG中含EG m mol、TPA(m＋n) mol、CHDM n mol，所以n(D)∶n(E)∶n(H)＝m∶(m＋n)∶n。‎ ‎(5)由转化关系BE，BFG，可知G分子中含有苯环，则GH的反应为：‎ ‎。‎ 由D的结构及烃AC知反应⑥的化学方程式为：‎ 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