鲁科版 (2019)选择性必修3第3章 有机合成及其应用 合成高分子化合物第3节 合成高分子化合物导学案

第3节　合成高分子化合物

基础课时20　合成高分子化合物

一、高分子化合物概述

1．高分子化合物的概念和结构

2.高分子化合物的分类

　判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)葡萄糖、油脂、淀粉属于高分子化合物。 (×)

(2)按照分子链的形状可将高分子化合物分为热塑性高分子和热固性高分子两类。               (×)

二、高分子化合物的合成——聚合反应

1．聚合反应

(1)定义：由小分子物质合成高分子化合物的化学反应。

(2)分类：加成聚合反应和缩合聚合反应。

2．加成聚合反应

(1)反应特点

单体通过加成的方式生成高分子化合物的聚合反应，简称加聚反应，既属于加成反应，又属于聚合反应。例如合成聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃)、顺式聚异戊二烯(合成天然橡胶)、聚丙烯腈(腈纶)反应：

(2)单体结构特点：含有等不饱和键。

(3)加聚产物特点

单体与高分子的组成相同，即元素的质量比、原子个数比相同，聚合产物的相对分子质量为单体的整数倍。

(4)加聚产物的书写

加聚反应本质上是加成反应，在书写加聚产物时要把原来不饱和碳上的原子或原子团看作支链，写在主链的垂直位置上。如：

3．缩合聚合反应

(1)反应特点

单体通过分子间的相互缩合而生成高分子化合物的聚合反应，简称缩聚反应。所得的高分子化合物称为缩聚物，在反应过程中伴随有小分子化合物(如H2O)的产生。如：

(2)缩聚反应的特点

①缩聚反应的单体通常是具有双官能团(如—OH、—COOH、—NH2、—X及活泼氢原子等)或多官能团的小分子。

②缩聚反应生成聚合物的同时，还有小分子副产物(如H2O、NH3、HCl等)生成。

③所得聚合物链节的化学组成与单体的化学组成不同。

(3)书写缩聚反应方程式及产物的注意事项

①书写缩聚物的结构简式时，要在方括号外侧写出链节余下的端基原子或原子团，而加聚物的端基不确定，通常用横线“—”表示。如。

②书写缩聚反应的方程式时，单体的计量数与缩聚物结构简式的小角标要一致；要注意小分子的计量数。一般由一种单体进行的缩聚反应，生成小分子的计量数为n－1；由两种单体进行的缩聚反应，生成小分子的计量数为2n－1。

　请将合成下列高分子材料所用单体的结构简式、反应类型填入相应空格内。

(1)天然橡胶的单体为______，反应类型为________。

(2)锦纶的单体为________，反应类型为________。

(3) 的单体为______，反应类型为________。

三、高分子化学反应

　聚乳酸(PLA)是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物，原料来源充分而且可以再生。聚乳酸的生产过程无污染，而且产品可以生物降解，实现在自然界中的循环，因此是理想的绿色高分子材料。其主要成分的结构式为。

(1)合成聚乳酸的反应属于哪类聚合反应？

(2)聚乳酸在自然界中是如何发生生物降解的？

提示：(1)由乳酸通过聚合反应生成聚乳酸的同时，还生成水，因此属于缩聚反应。

(2)聚乳酸属于聚酯类物质，在自然界中可以水解生成小分子乳酸，进一步被氧化生成CO2和水，不会对环境产生影响。

四、合成高分子材料

1．合成高分子材料

(1)基本组成

以合成高分子化合物为基本原料，加入适当助剂(通常指填料、增塑剂、颜料、发泡剂等)，经过一定加工过程制成的材料称为合成高分子材料。

(2)常见的合成高分子材料

①塑料：塑料通常是由树脂及各种助剂组成的。

②涂料：涂料是一种涂布于物体表面后能结成坚韧保护膜的物质，它常涂在家具、船舶等表面，起到美化和保护内部物体的作用。

③黏合剂：目前使用的黏合剂的主要成分是各种树脂。

2．功能高分子材料

功能高分子材料是在合成高分子链的主链或支链上接上带有某种特定功能的官能团，使它们具有特殊的功能以满足光学、电学、磁学、化学、生物学、医学等方面的要求而形成的高分子材料。其分类如下所示：

(1)离子交换树脂

离子交换树脂：由一种不溶于水的高分子骨架和若干活性基团组成的树脂，最常用的树脂母体是苯乙烯与二乙烯基苯的交联聚合物。具有离子交换能力，常用于物质分离提纯。离子交换树脂可分为

(2)医用高分子

最早使用的医用高分子是聚乳酸，目前，常见的医用高分子包括硅橡胶()、聚氨酯、聚丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯等。它们的生物相容性较好、安全无毒，可用于制造医用器械和人造器官。

　判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)天然橡胶的成分为聚异戊二烯，它属于合成高分子材料。 (×)

(2)由淀粉等物质制取网状结构的淀粉是为了增强其稳定性。 (×)

(3)功能高分子材料具有传统高分子材料的机械性能和某些特殊功能。               (√)

1909年9月12日，第一个“人造橡胶生产流程”获得编号为250690的专利，其发明者是弗里茨·霍夫曼。这一发明的重要性远比人们想象的要大。用异戊二烯作为合成橡胶的原料，有两个困难：一是异戊二烯的主要来源正是天然橡胶本身；二是在天然橡胶长链中，所有的异戊二烯单元都朝向同一方向。在固塔坡胶长链中，异戊二烯单元则是严格地按照一正一反的方向排列的，而人工聚合时异戊二烯单元往往是毫无规律地聚合在一起，得到的是一种既不是橡胶也不是固塔坡胶的物质。这种物质缺少橡胶的弹性和柔性，用不了多久就会变黏。

[问题1]　天然橡胶是纯净物吗？

提示：不是，天然橡胶是高分子化合物，属于混合物。

[问题2]　用异戊二烯作为合成橡胶的原料合成橡胶时发生的反应类型是什么？

提示：异戊二烯中含有的官能团是碳碳双键，以其为原料合成橡胶时发生的反应是加成聚合反应。

[问题3]　橡胶树产生的天然橡胶长链中，所有的异戊二烯单元都朝向同一方向，是顺式结构，杜仲橡胶也是天然橡胶，但是它是反式结构，你能写出杜仲橡胶的结构吗？提示：

1．加聚反应与缩聚反应的比较

2.加聚反应的常见类型

(1)单烯自聚型：分子内含有一个的烯烃及其衍生物发生的加聚反应。如

(2)二烯自聚型：分子内具有共轭双键()的烯烃及其衍生物发生的加聚反应。如

(3)两种及两种以上的单体共聚型：单体的双键彼此断开，相互连接形成高聚物。

3．缩聚反应的常见类型

①羟基酸缩聚

。

②醇酸缩聚

③氨基酸缩聚

④胺酸缩聚

1．下列合成高分子化合物的反应及类型均正确的是(　　)

C　[A项，反应类型错误，应该是加聚反应；B项，产物的结构简式书写错误，应该是；D项，产物的化学计量数错误，HCl的化学计量数应为2n－1。]

(1)可发生加聚反应的化合物是________(填字母)，加聚物的结构简式为________。

(2)同种分子间可发生缩聚反应生成酯基的化合物是________(填字母)，缩聚物的结构简式为________。

(3)B和E反应生成的缩聚物的结构简式为________________。

[解析]　C分子结构中含有碳碳双键，所以可发生加聚反应；A分子结构中含有两种不同的官能团，所以单体间可发生缩聚反应。

使用有机材料制成的薄膜，如A. ，给环境造成的“白色污染”后果十分严重，我国研制成功的几种可降解塑料结构简式如：

这几种塑料有良好的生物适应性和分解性，能自然腐烂分解。

[问题1]　A、B、C、D属于加聚产物还是缩聚产物？

提示：A属于加聚产物，B、C、D属于缩聚产物。

[问题2]　A、B、C、D的单体分别是什么物质？

1．由加聚产物推断单体——半键还原法

(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断开向内闭合即可。

(2)凡链节主链上只有四个碳原子(无其他原子)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。

(3)凡链节主链中只有碳原子，并存在碳碳双键()结构的聚合物，双键前后各两个碳原子划线断开，形成间二烯烃结构，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。

(4)若给出较长的结构片段，则应首先找出重复的链节，再加以判断，但应注意重复的链节有时不止一种形式，可去掉一端的一个碳原子(可能属于前一个链节)后再考虑。

2．缩聚产物单体的推断

(2)若链节中含有部分，则单体为羧酸和醇，将中C—O单键断开，去掉中括号和n，左边加羟基，右边加氢即为单体，

如的单体为HOOC—COOH和HOCH2CH2OH。

(3)若链节中含有部分，则单体一般为氨基酸，将—中碳氮单键断开，去掉中括号和n，左边加羟基，右边加氢即为单体，

如的单体为H2NCH2COOH和。

1．下列对聚合物及其单体的认识中，正确的是(　　)

B　[的单体是CH2===CF2、CF2===CFCF3，故A错误；是由三种单体加聚得到的，三种单体分别为1，3­丁二烯、邻甲基苯乙烯和苯乙烯，故B正确；锦纶是由两种单体缩聚得到的，单体为H2N(CH2)6NH2和HOOC(CH2)4COOH，故C错误；的单体是苯酚和甲醛，其中甲醛能发生银镜反应，故D错误。]

2．写出下列高聚物的单体。

1．下列材料中，属于功能高分子材料的是(　　)

①膜用高分子膜　②生物高分子材料　③导电高分子材料　④离子交换树脂　⑤医用高分子材料　⑥高吸水性树脂

A．仅①③⑤⑥　　　 B．仅②④⑤⑥

C．仅②③④⑤   D．①②③④⑤⑥

D　[常用功能高分子材料的分类：(1)离子交换树脂；(2)光敏高分子；(3)导电高分子；(4)医用高分子；(5)膜用高分子。可见D项正确。]

2．下列对羊毛和聚酯纤维()的说法正确的是(　　)

A．羊毛和聚酯纤维的化学成分相同，都为纯净物

B．聚酯纤维和羊毛在一定条件下均能发生水解反应

C．该聚酯纤维是由单体对苯二甲酸和乙二醇经过加聚反应生成的

D．羊毛与聚酯纤维不能用燃烧的方法区别

B　[羊毛的化学成分是蛋白质，而聚酯纤维的化学成分是酯类，高分子化合物都是混合物，A不正确；羊毛和聚酯纤维在一定条件下都能水解，蛋白质最终水解成氨基酸，聚酯纤维水解成对苯二甲酸和乙二醇，B正确；该聚酯纤维是由对苯二甲酸和乙二醇经过缩聚反应合成的，C不正确；羊毛的主要成分是蛋白质，灼烧时有烧焦羽毛的气味，可以区别，D不正确。]

3．下列关于加聚反应和缩聚反应的说法中不正确的是(　　)

A．加聚反应后有机化合物分子的不饱和度减小

B．加聚反应是一种特殊的加成反应，多数缩聚反应是一种复杂的取代反应

C．加聚反应和缩聚反应的原子利用率均为100%

D．加聚反应和缩聚反应中均有官能团发生变化

C　[加聚反应中有机化合物分子中的不饱和键断开，不饱和度减小，A正确；加聚反应是单体之间发生加成反应，缩聚反应是单体之间脱去小分子，可以看作取代反应，B正确；缩聚反应的产物有小分子，原子利用率不为100%，C错误；加聚反应中不饱和键发生加成，缩聚反应中官能团之间发生取代反应脱去小分子，均有官能团发生变化，D正确。]

4．某聚合物具有如下结构片段：，下列关于其单体的说法不正确的是(　　)

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．可形成顺反异构体

D　[由该聚合物的结构片段可知其单体为，分子中含有碳碳双键和酯基。由于含有碳碳双键可使酸性KMnO4溶液褪色，可与H2发生加成反应生成 (2­甲基丙酸甲酯)，A、C项正确；含有酯基可在碱性条件下水解生成钠盐，B项正确；由于单体中其中一个双键碳上有两个氢原子，不可能形成顺反异构体，D项错误。]