資源簡介

5.1合成高分子的基本方法學案
【學習目標】
1.了解合成高分子的組成與結構特點，能依據合成高分子的結構分析其鏈節和單體。
2.了解加聚反應和縮聚反應的特點。
3.能用常見的單體寫出簡單的聚合反應方程式和聚合物的結構式。
4.從有機高分子的結構特點出發，掌握合成有機高分子的基本方法，培養推理、概括能力。
【預習新知】
加成聚合反應
加成聚合反應(加聚反應)
(1)概念
由含有不飽和鍵的化合物分子以加成反應的形式結合成高分子化合物的反應。
(2)加聚反應的特點
①單體必須是含有雙鍵、三鍵等不飽和鍵的化合物(例如：烯、二烯、炔、醛等)。
②反應只生成高聚物，沒有副產物產生。
③聚合物鏈節的化學組成跟單體的化學組成相同。
④聚合物相對分子質量為單體相對分子質量的整數倍。
(3)常見的加聚反應
①丙烯的加聚：
nCH2==CH—CH3。
②1,3-丁二烯的加聚：nCH2==CH—CH==CH2
CH2—CH==CH—CH2。
縮合聚合反應
縮合聚合反應(縮聚反應)
(1)概念
有機小分子單體間反應生成高分子化合物，同時生成小分子化合物的反應。
(2)縮聚反應的特點
①單體分子中至少含有兩個官能團(如—OH、—COOH、—NH2、—X等)。
②縮聚反應生成聚合物的同時，還有小分子副產物(如H2O、NH3、HCl等)生成。
③所得聚合物鏈節的化學組成與單體的化學組成不同。
④縮聚物結構簡式要在方括號外側寫出鏈節余下的端基原子或原子團。如：
(3)常見的縮聚反應
①羥基酸縮聚
如HOCH2COOH的縮聚：
nHOCH2COOH＋(n－1)H2O。
HOOC(CH2)5OH的縮聚：
nHOOC(CH2)5OH＋(n－1)H2O。
②醇與酸縮聚
如乙二酸與乙二醇的縮聚：
nHOCH2CH2OH＋＋(2n－1)H2O。
己二酸與乙二醇的縮聚：nHOOC(CH2)4COOH＋
nHO(CH2)2OH＋(2n－1)H2O。
③氨基酸的縮聚
如氨基乙酸的縮聚：
nH2NCH2COOH＋(n－1)H2O。
④胺與酸的縮聚
如己二胺與己二酸的縮聚：
nH2NCH2(CH2)4CH2NH2＋nHOOC(CH2)4COOH
＋(2n－1)H2O。
【思考探究】
1．加聚反應和縮聚反應的對比
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 通過在雙鍵上的加成而連接 通過縮合脫去小分子而連接
反應特點 只生成高聚物，沒有副產物產生 生成高聚物的同時，還有小分子副產物生成(如H2O、NH3、HCl等)
聚合物的化學組成 所得高聚物的化學組成跟單體的最簡式相同，其相對分子質量r＝Mr(單體)×n(聚合度) 所得的高聚物的化學組成跟單體的化學組成不同，其相對分子質量r <[Mr體)×n(聚合度)]
2．加聚產物單體的推斷
(1)凡鏈節的主鏈只有兩個碳原子(無其他原子)的聚合物，其合成單體必為一種，將鏈節兩端兩個半鍵斷開向內閉合即可。
如，其單體是。
(2)凡鏈節主鏈上只有四個碳原子(無其他原子)且鏈節無雙鍵的聚合物，其單體必為兩種，在鏈節兩端及正中央劃線斷開，然后左右兩個半鍵閉合即可。
如的單體是CH2==CH2和CH3—CH==CH2。
(3)凡鏈節主鏈中只有碳原子，并存在碳碳雙鍵()結構的聚合物，雙鍵前后各兩個碳原子劃線斷開，形成間二烯烴結構，其規律是“見雙鍵，四個碳；無雙鍵，兩個碳”從一端劃線斷開，隔一鍵斷一鍵，然后將半鍵閉合，即單雙鍵互換。
如的單體是CH2==CH—CH==CH2和。
(4)若給出較長的結構片段，則應首先找出重復的鏈節，再加以判斷，但應注意重復的鏈節有時不止一種形式，可去掉一端的一個碳原子(可能屬于前一個鏈節)后再考慮。
3．縮聚產物單體的推斷
(1)若鏈節中含有酚羥基的結構，單體一般為酚和醛。如的單體是和HCHO。
(2)若鏈節中含有以下結構，HO—ROH、、，其單體必為一種，如HO—CH2CH2OH的單體為HO—CH2CH2—OH，的單體為。方法是去中括號和n即為單體。
(3)若鏈節中含有部分，則單體為羧酸和醇，將中C—O單鍵斷開，去掉括號和n，左邊加羥基，右邊加氫即可，如的單體為HOOC—COOH和HOCH2CH2OH。
(4)若鏈節中含有部分，則單體一般為氨基酸，將中C—N單鍵斷開，去掉中括號和n，左邊加羥基，右邊加氫即為單體，如的單體為H2NCH2COOH和。
【鞏固訓練】
1.某柔性屏手機的電池采用有機高聚物做固態電解質，該高聚物的結構片段如圖所示。下列說法正確的是( )
A.合成該高聚物的反應為縮聚反應
B.氫鍵對該高聚物的性能沒有影響
C.該高聚物的單體是
D.該高聚物在NaOH溶液中水解的產物之一是
2.2022年諾貝爾化學獎授予了在點擊化學方面做出貢獻的科學家。一種點擊化學反應如下：
某課題組借助該點擊化學反應，用單體X(含有基團)和Y合成了一種具有較高玻璃化轉變溫度的聚合物P(結構如下)。
下列敘述不正確的是( )
A.由X與Y合成P的反應屬于縮聚反應
B.X的結構簡式為
C.Y中含有的官能團為碳碳三鍵和酯基
D.P不能發生水解反應得到X和Y
3.某高分子化合物由三種單體在一定條件下聚合而成(同時還生成水)，其結構如圖所示。
下列物質不是其單體的為( )
A. B.
C. D.HCHO
4.聚維酮碘的水溶液是一種常用的碘伏類緩釋消毒劑，聚維酮通過氫鍵與形成聚維酮碘，其結構表示如下：
下列說法不正確的是( )
A.聚維酮的單體是
B.聚維酮分子由個單體聚合而成
C.聚維酮碘是一種水溶性物質
D.聚維酮在一定條件下能發生水解反應
5.聚碳酸酯(PC)可用于制作滑雪鏡鏡片，該物質的一種合成反應式如下：
下列說法正確的是( )
A.上述反應為加聚反應
B.物質X可由與反應制得
C.反應物A的化學式為
D.高聚物聚碳酸酯(PC)的鏈節是X和A
6.下列物質都是可以作為人工心臟、人工血管等人體植入物的高分子生物材料。
下列關于上述高分子生物材料的說法不正確的是( )
A.合成有機硅橡膠的單體為
B.用于合成維通橡膠的單體為
C.可通過加聚反應制聚甲基丙烯酸甲酯
D.上述三種高分子生物材料均為混合物
7.結構簡式為的高聚物的單體是( )
A.和
B.和
C.
D.
8.已知傘形酮可用雷瑣苯乙酮和蘋果酸在一定條件下反應制得。下列說法錯誤的是( )
A.雷瑣苯乙酮能與發生加成反應
B.蘋果酸的一種縮聚產物是
C.傘形酮中含有的官能團有羥基、酯基、碳碳雙鍵
D.雷瑣苯乙酮、傘形酮都能跟溶液發生顯色反應
9.制備導電高分子化合物}Z\text{的反應如下：
下列說法錯誤的是( )
A.X分子中所有碳原子共平面
B.Y能使酸性溶液褪色
C.X和Y生成Z的反應為加聚反應
D.X和Y的核磁共振氫譜中，峰的組數相同
10.ABS樹脂具有耐熱、耐腐蝕、強度高等特點，可用作3D打印的材料。下列不是ABS樹脂單體的是( )
A.
B.
C.
D.
參考答案
1.答案：D
解析：合成該高聚物的反應為加聚反應，A錯誤；氫鍵是分子間作用力，能提高該高聚物的穩定性，B錯誤；合成該高聚物的單體是，C錯誤；高聚物中含酰胺基，故其在NaOH溶液中水解的產物之一是，D正確。
2.答案：A
解析：由題干中點擊反應和高聚物P的結構可知，單體X的結構簡式為，單體Y的結構簡式為，X和Y發生加聚反應得到高聚物P，A錯誤；X中含有基團，X的結構簡式為，B正確；由Y的結構可知，Y中含有的官能團為碳碳三鍵和酯基，正確；P中含有酯基，可發生水解反應，酯基可轉換為羧基和羥基，故P的水解產物不能得到X和Y，D正確。
3.答案：C
解析：由高分子化合物的結構可知，其單體不可能為。故選C。
4.答案：B
解析：由聚維酮碘的分子結構可知，聚維酮通過加聚反應制得，其單體為，A正確；聚維酮分子中左側鏈節由2個單體構成，因此，聚維酮分子由個單體聚合而成，B錯誤；由題干信息“聚維酮碘的水溶液是一種常用的碘伏類緩釋消毒劑”知，聚維酮碘可溶于水，且由聚維酮可與形成氫鍵知，聚維酮碘與也可形成氫鍵，聚維酮碘可溶于水，C正確；聚維酮分子中含有酰胺鍵，因此聚維酮在一定條件下能發生水解反應，D正確。
5.答案：B
解析：因為反應過程中有小分子生成，所以該反應為縮聚反應，A錯誤；酚羥基可以與發生反應，中含有酚羥基，故其可以與反應生成物質X，B正確；根據原子守恒可知，反應物A的化學式為，C錯誤；高聚物聚碳酸酯(的單體是X和A，而鏈節是，D錯誤。
6.答案：B
解析：由有機硅橡膠的結構簡式可知，合成有機硅橡膠}的單體為，在一定條件下發生縮聚反應生成有機硅橡膠，A正確；由結構簡式可知，合成維通橡膠的單體為和，B錯誤；甲基丙烯酸甲酯在一定條件下發生加聚反應生成聚甲基丙烯酸甲酯，C正確；三種高分子生物材料的聚合度值都不確定，均屬于混合物，D正確。
7.答案：B
解析：凡鏈節主鏈上只有四個碳原子(無其他原子)且鏈節中無雙鍵的高聚物，其單體必為兩種，每隔兩個碳原子斷開，將四個半鍵閉合即可，即根據單鍵變雙鍵，雙鍵變單鍵可得到單體為和。故選B。
8.答案：A
解析：雷瑣苯乙酮中的苯環、羰基均能與發生加成反應，雷瑣苯乙酮最多能與發生加成反應，A錯誤。
9.答案：A
解析：飽和碳原子為四面體形結構，X分子中含有多個直接相連的飽和碳原子，故XX分子中所有碳原子一定不共平面，A錯誤；Y分子中含有不飽和碳碳三鍵，能使酸性溶液褪色，B正確；Y分子中碳碳三鍵和X發生加聚反應生成Z，C正確；X的結構對稱，含有5種不同化學環境的氫原子，Y的結構不對稱，含有5種不同化學環境的氫原子，故X和Y的核磁共振氫譜圖中峰的組數相同，D正確。
10.答案：A
解析：ABS樹脂為加聚產物，根據單鍵變雙鍵、雙鍵變單鍵，并結合碳的四價理論可知，對應的單體有、。故選A。

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