第3章有機合成及其應用合成高分子化合物第3節合成高分子化合物素養目標學習要點1.了解高分子化合物的分類、組成與結構特點,能根據加成聚合反應產物的分子式確定單體和鏈節,形成證據推理與模型認知的化學學科核心素養。2.能說明加成聚合反應和縮合聚合反應的特點,能列舉常見高分子化合物的聚合反應并寫出其反應的化學方程式。3.知道高分子化學反應是合成某些特殊聚合物的方法,并能夠實現高分子化合物的改性。知道高分子材料與高分子化合物的關系,了解幾種功能高分子材料的特殊性能,培養科學態度與社會責任的化學學科核心素養。聚合反應通常分為加聚反應和縮聚反應。(1)能發生加聚反應的物質一般含有碳碳雙鍵、碳碳三鍵等,共軛二烯一般發生1,4-加聚反應。(2)能發生縮聚反應的物質:羥基酸、二酸和二醇,氨基酸、二酸和二胺等。識點一高分子化合物概述高分子化合物的合成——聚合反應基礎落實?必備知識全過關1.高分子化合物概述(1)高分子化合物①一般是指由成千上萬個原子以

連接形成的、____________

很大(104~106甚至更大)的化合物(簡稱高分子),又稱大分子化合物(簡稱大分子)。

②由于高分子多是由小分子通過聚合反應生成的,也被稱為高聚物,通常稱為聚合物。共價鍵

相對分子質量(2)結構特點:由若干個重復結構單元組成,如聚苯乙烯

是由相同的結構單元

重復連接而成的。

(3)組成

單體用來合成高分子化合物的

鏈節高分子化合物中化學組成和結構均可重復的

鏈節數高分子化合物重復結構單元數n聚合度高分子鏈中含有鏈節的數目,通常用n表示。聚合物的平均相對分子質量=鏈節的相對質量×聚合度小分子化合物

最小單位(4)分類

天然合成線型支鏈型體型熱塑性熱固性2.高分子化合物的合成——聚合反應(1)概念:由

物質合成

化合物的化學反應。

(2)分類:通常分為

反應和

反應。

(3)加成聚合反應①定義:單體通過

的方式生成高分子化合物的聚合反應,簡稱

反應。

②特點:反應過程中沒有

化合物產生。

小分子

高分子加成聚合縮合聚合加成加聚小分子③實例:制取聚甲基丙烯酸甲酯(有機玻璃)的反應:

聚異戊二烯(合成天然橡膠)的合成反應:

(4)縮合聚合反應①定義:單體通過分子間的

而生成高分子化合物的聚合反應,簡稱

反應。

②特點:反應過程中有

化合物產生。

③實例:合成聚酰胺-66(尼龍-66)纖維的反應:

。

相互縮合

縮聚小分子名師點撥結構單元與聚合度一種單體聚合后形成的高分子化合物:結構單元數=聚合度=鏈節數;兩種或兩種以上的單體形成的高分子化合物:結構單元數=聚合度≠鏈節數,如結構單元數為2n,聚合度為2n,鏈節數為n。

深度思考(1)糖類、油脂、蛋白質都是高分子化合物嗎?提示

糖類中的單糖、低聚糖不是高分子化合物,多糖(淀粉、纖維素)為高分子化合物;油脂不是高分子化合物;蛋白質是高分子化合物。(2)聚丙烯的結構為

,指出該聚合物的單體、鏈節,若該聚合物的相對分子質量為42

420,那么該聚合物的聚合度是多少?概念辨析如何理解高分子化合物屬于混合物?以聚乙烯

CH2—CH2為例,在一塊聚乙烯材料中,每一個聚乙烯分子都屬于化合物,但是一塊聚乙烯材料是由很多鏈節數n不完全相同的分子構成的,因此一塊聚乙烯材料屬于混合物。正誤判斷(1)氯乙烯、聚乙烯都是不飽和烴。(

)×提示

氯乙烯不是烴,聚乙烯是飽和烴。

×(3)氯乙烯制取聚氯乙烯的化學方程式為

(4)乙烯和聚乙烯都能與溴的四氯化碳溶液發生加成反應。(

)(5)加聚反應和縮聚反應都可以由一種或幾種單體發生反應生成聚合物。(

)√×提示

聚乙烯不含碳碳雙鍵,不能與溴的四氯化碳溶液發生加成反應。

√重難突破?能力素養全提升探究角度1

加聚反應和縮聚反應例1下列化合物中(1)同分子間可發生加聚反應的化合物是

(填字母),加聚物的結構簡式為(若有多個不飽和鍵,寫出1,4-加聚反應產物)

。

(2)同分子間可發生縮聚反應的化合物是

(填字母),縮聚物的結構簡式為

。

bdacHOCH2CH2OH解析

(1)能夠發生加聚反應的物質必須有碳碳雙鍵或者碳碳三鍵。(2)a中羧基與羥基能夠發生縮聚反應生成聚酯,c中羥基之間可以發生分子間脫水,形成醚。思路剖析

解答本題需理解能發生加聚反應和縮聚反應的有機物的結構特點:(1)能發生加聚反應的有機物必須有不飽和鍵(主要是碳碳雙鍵、碳碳三鍵);(2)能發生縮聚反應的有機物必須具備特定的雙官能團,或者能形成類似酚醛樹脂的結構。【變式設問】(1)符合上題(1)的分子也可發生加聚反應,寫出它們發生加聚反應所得產物的結構簡式。(2)題中c和f在一定條件下也可發生縮聚反應生成高分子化合物,請寫出反應的化學方程式。[對點訓練1]下列合成高分子化合物的化學方程式及反應類型均正確的是(

)答案

C

規律方法

1.加聚反應和縮聚反應的比較

類別加聚反應縮聚反應單體結構單體必須是含有雙鍵等不飽和鍵的化合物(如乙烯、氯乙烯、丙烯腈等)單體為含有兩個或兩個以上的官能團(如—OH、—COOH、—NH2、—X等)的化合物反應機理反應發生在不飽和鍵上反應發生在官能團之間聚合方式通過不飽和鍵上的加成連接通過縮合脫去小分子連接反應特點只生成高聚物,沒有副產物生成高聚物的同時,還有小分子副產物生成(如H2O、NH3、HCl)聚合物化學組成所得高聚物的化學組成跟單體的化學組成相同所得高聚物的化學組成跟單體的化學組成不同2.加聚反應的常見類型(1)單烯自聚型:分子內含有一個

的烯烴及其衍生物發生的加聚反應。如合成聚乙烯:(2)二烯自聚型:分子內具有共軛雙鍵的烯烴及其衍生物發生的加聚反應。如合成順丁橡膠:(3)兩種及兩種以上的單體共聚型:單體的雙鍵彼此斷開,相互連接形成高聚物。如3.縮聚反應的常見類型(1)酸與醇縮聚:(2)羥基酸縮聚:(3)二酸與二胺縮聚:(4)氨基酸縮聚:(5)酚醛縮聚:探究角度2

聚合物單體的推斷方法例2下列對聚合物及其單體的認識中正確的是(

)答案

B

[對點訓練2](人教版教材改編題)以下4種物質:①2-甲基丙烯腈、②苯乙烯、③苯乙炔、④2-丁烯腈,可用于合成下圖高分子化合物的物質順序從左往右依次為(

)A.①②③

B.④②③C.①③②

D.④③②D思維建模

1.由加聚物推斷單體的方法

2.由縮聚物推斷單體的方法(1)縮聚物的鏈節不含酯基和酰胺基例如:縮聚物

去掉方括號和n,得到單體H2N—R—COOH。(2)縮聚物的鏈節含酯基或酰胺基識點二高分子化學反應及合成高分子材料基礎落實?必備知識全過關1.高分子化學反應(1)概念:有高分子化合物參與的化學反應。(2)應用:將已有的天然或合成高分子轉變為新的高分子。(3)分類①聚合度變大的反應例如:聚丁二烯和苯乙烯混合,得到具有高抗沖擊性能的聚苯乙烯。②聚合度變小的反應高分子化合物可以在

等作用下降解,發生聚合度變小的反應。

力、熱、光、化學物質、水或微生物

③聚合度不變的反應

例如:2.合成高分子材料(1)基本組成合成高分子材料是以合成

為基本原料,加入適當的助劑,經過一定加工過程制成的材料,其中助劑通常指

、

、

、

等。

(2)常見的合成高分子材料①三大合成材料:

。

三大合成材料的主要成分是

,是人工合成的、未經加工處理的任何

的統稱。

②生活中常見的合成高分子材料還有

等。

高分子化合物

填料增塑劑顏料發泡劑塑料、合成橡膠、合成纖維樹脂聚合物涂料、黏合劑與密封材料(3)功能高分子材料

概念指除了具有一般高分子的

性能外,還具有特殊

等功能的高分子。一般在高分子鏈的

、

或

的內部或表面含有某種功能性基團

制備方法將功能性基團通過某種反應或作用連接到已有的高分子中將含有功能性基團的單體進行聚合力學物理、化學或生物主鏈側鏈交聯網絡離子交換樹脂酸性陽離子交換樹脂常用樹脂母體是苯乙烯與二乙烯基苯的交聯聚合物,向聚合物中引入

等基團,得到酸性的陽離子交換樹脂,可與溶液中的陽離子進行交換反應,如

堿性陰離子交換樹脂向聚合物中引入

等基團,得到堿性的陰離子交換樹脂,可與溶液中的酸根離子進行交換

醫用高分子生物可降解型可吸收縫合線、黏合劑、緩釋藥物等,如聚乳酸()生物非降解型可用于制作人造血管、人造心臟、隱形眼鏡等磺酸基、羧基氨基

深度思考目前,國內臨床使用的聚乳酸手術縫合線屬于可降解手術縫合線,它在傷口愈合后自動降解并被人體吸收,無須二次手術拆線,特別適合人體深部組織的傷口愈合。其主要成分的結構簡式為

。聚乳酸在人體中是如何發生生物降解的?該反應是高分子反應嗎?該過程中的聚合度如何變化?提示

聚乳酸屬于聚酯類物質,可以水解生成小分子乳酸,進一步被氧化生成CO2和水,不會對人體產生影響。該反應是高分子反應,反應過程中分子的聚合度減小。正誤判斷(1)通過高分子化學反應,可合成帶有特定功能基團的新的高分子化合物。(

)(2)氨基酸反應生成多肽的過程屬于高分子反應。(

)(3)油脂的皂化反應屬于高分子反應。(

)√×提示

高分子反應是指有高分子化合物參與的化學反應,即反應物中必須有高分子化合物。×提示

油脂的皂化反應既沒有高分子化合物參與,也沒有高分子化合物生成,不是高分子反應。

(4)三大合成材料包括塑料、合成橡膠和合成纖維。(

)(5)聚四氟乙烯是一種可降解醫用高分子材料。(

)√×提示

聚四氟乙烯是一種生物非降解型的醫用高分子材料。

重難突破?能力素養全提升探究角度1

高分子材料和高分子反應例1高分子修飾指對高聚物進行處理,接上不同取代基改變其性能。我國高分子科學家對聚乙烯進行胺化修飾,并進一步制備新材料,合成路線如下圖。下列說法正確的是(

)A.a分子的核磁共振氫譜圖中有4組峰B.高分子c比高分子b的水溶性好C.1mol高分子b最多可與2molNaOH反應D.生成高分子b的反應為加聚反應B解析

a分子中只有兩種化學環境的H,其核磁共振氫譜圖中有兩組峰,故A錯誤;高分子b在堿性條件下水解得到的高分子c含有羥基,水溶性好于b,故B正確;1

mol高分子b中含有的酯基為2n

mol,故與NaOH反應時消耗的NaOH的物質的量為2n

mol,故C錯誤;從流程中可以看出,生成高分子b的反應為加成反應,故D錯誤。圖解要點

第一步反應的過程為

a分子中氮氮雙鍵有一個鍵斷開,發生加成反應。

【變式設問】(1)上述兩步反應是否是高分子反應?反應的聚合度如何變化?(2)寫出第二步反應的化學方程式。

提示

兩步反應均為高分子反應,兩步反應的聚合度均不變。

[對點訓練1]一種用于隱形眼鏡材料的聚合物片段如下:下列關于該高分子說法正確的是(

)A.結構簡式為B.氫鍵對該高分子的性能沒有影響C.完全水解得到的高分子有機物,含有官能團羧基和碳碳雙鍵D.完全水解得到的小分子有機物,具有4種不同化學環境的氫原子A探究角度2

功能高分子材料例2線型PAAS(

)具有高吸水性,網狀PAAS在抗壓性、吸水性等方面優于線型PAAS。網狀PAAS的制備方法是將丙烯酸用NaOH中和,加入少量交聯劑a,再引發聚合。網狀PAAS部分結構片段如圖所示,下列說法錯誤的是(

)A.線型PAAS的單體不存在順反異構現象B.形成網狀結構的過程發生了加聚反應C.交聯劑a的結構簡式是D.線型PAAS的高吸水性與—COONa有關答案

C

[對點訓練2]高分子材料發展的主要趨勢是高性能化、功能化、復合化、精細化和智能化。下列材料不屬于功能高分子材料的是(

)A.用于生產光盤等產品的光敏高分子材料B.光導纖維C.能用于生產“尿不濕”的高吸水性樹脂D.能導電的摻雜聚乙炔的高分子材料B解析

B項中光導纖維的主要成分為二氧化硅,屬于新型無機非金屬材料。A項中光敏高分子材料、C項中高吸水性樹脂、D項中導電高分子材料均屬于功能高分子材料。隨堂檢測

全達標12345題組1高分子化合物概述

高分子化合物的合成——聚合反應1.下列有關聚丙烯的認識正確的是(

)A.由丙烯通過加聚反應合成聚丙烯B.聚丙烯的鏈節:—CH2—CH2—CH2—C.合成聚丙烯的單體丙烯的結構簡式:CH2CHCH3D.聚丙烯能與溴發生加成反應而使溴水褪色A123452.下列高分子化合物的單體為一種的是(

)A12345123453.人造海綿的主要成分是聚氨酯,由M和乙二醇反應制得,其合成方法如下,下列說法正確的是(

)A.M的分子式為C15H8N2O2B.聚氨酯和蛋白質分子的某些化學性質相似C.聚氨酯在一定條件下不能發生水解反應D.合成聚氨酯的反應屬于縮聚反應B解析

根據M的結構簡式,得其分子式為C15H10N2O2,A錯誤;聚氨酯和蛋白質分子中均含有酰胺基,則某些化學性質相似,B正確;聚氨酯中含有酯基、酰胺基,在一定條件下能發生水解反應,C錯誤;合成聚氨酯的反應中,M的C=N鍵與乙二醇中羥基的H、O發生加成聚合反應,D說法錯誤。1234512345題組2高分子化學反應及合成高分子材料4.下列關于功能高分子材料的說法錯誤的是(

)A.醫用高分子材料、高分子催化劑、磁性高分子材料等屬于功能高分子材料B.高分子分離膜可用于海水淡化、濃縮天然果汁等C.用于制造CPU芯片的良好半導體材料單晶硅屬于功能高分子材料D.在淀粉、纖維素的主鏈上再接上含強親水基團的支鏈,可提高它們的吸水能力C解析

醫用高分子材料、高分子催化劑、磁性高分子材料等屬于功能高分子材料,A正確;高分子分離膜只能使H