有机高分子化合物简介及合成材料
主讲人：王瀛
[基础知识]
1.有机高分子化合物的分类、结构和性质.
高分子化合物按其来源可分为天然高分子化合物和合成高分子化合物两大类。下面专指合成高分子化合物。
线型高分子化合物
体型高分子化合物
实例
有机玻璃
聚乙烯塑料
聚丙烯塑料
酚醛塑料
硫化橡胶
结构特点
以共价键结合成高分子链，链与链之间以分子间力结合
聚丙烯结构示意图：
聚丙烯结构示意图
I．聚丙烯链段示意图
II.聚丙烯链段球棍模型
以共价键结合成高分子链，链与链之间以共价键产生交联，形成网状结构
硫化橡胶交联结构：
例如：酚醛树脂结构
性质
具有弹性，可塑性，加热能熔融，冷却后又变固体，有很好的热塑性。不导电。有些能溶解在适当溶剂里（如有机玻璃能溶在氯仿中）
没有弹性，可塑性和热塑性，但有热固性。不溶解，但有一定程度的溶胀（
例如，橡胶不溶于汽油，但能溶胀）。不导电。
2.高分子化合物的单体、链节和聚合度.
OH OH
例如：（1）酚醛树脂的合成：n +nHCHO[ -CH2 ]n+nH2O
（2）天然橡胶：nCH2=C-CH=CH2[ CH2-C=CH-CH2 ]n
（3）聚丙烯树脂的合成：nCH3CH=CH2[ CH-CH2 ]n
OH
单体：能合成高分子化合物的小分子物质。（1）中单体是 和HCHO；（2）
中单体是CH2=C-CH=CH2，名称叫异戊二烯。（3）的单体是CH3CH=CH2.
OH
链节：重复出现的简单的结构单元。（1）中的[ -CH2 ]，（2）中的
[ CH2-C=CH-CH2 ]，（3）中的[ CH-CH2 ].
聚合度：链节重复的次数。—n.
3.加聚反应和缩聚反应.
（1）加聚反应：分子量小的化合物分子间互相结合生成分子量很大的化合物分子，这样的聚合反应也是加成反应，所以又叫加成聚合反应，简称加聚反应。如2中的（2）和（3）。
（2）缩聚反应：单体间相互反应生成高分子化合物，同时还生成小分子（如水，氨等）的反应叫做缩聚反应。如2中的（1）。
4.合成材料的种类、组成、单体及重要用途.
(1)塑料：①聚丙烯：[ CH-CH2 ]n，单体CH3CH=CH2
可制薄膜、日常用品、管道、包装材料等。
②聚苯乙烯：[ CH-CH2 ]n，单体 -CH=CH2.
制高频绝缘材料，电视、雷达部件，医疗卫生用具，合成纤维、涂料，
还可制造泡沫塑料用于防震、防湿、隔音、包装垫材料。
③聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）：[ CH2-C ]n 单体：CH2=C-COOCH3，
可制飞机、汽车用玻璃，光学仪器，医疗器械等。
OH OH
④酚醛塑料（俗称电木）：[ —CH2 ]n，单体： 和HCHO.可制电工器
材，汽车部件，涂料，日常用品，用玻璃纤维增强的酚醛塑料可用于宇航领域。
⑤聚四氟乙烯：[ C-C ]n, 单体：CF2=CF2，可制电气、航空、化学、医药、
冷冻等工业的耐腐蚀、耐高温耐低温的制品。除此之外，象聚乙烯、聚氯乙烯也都常用的塑料。
（2）合成纤维：利用石油、天然气、煤和农副产品作原料制成单体，再经聚合反应制成的是合成纤维。在合成纤维中的“六大纶”。
①涤纶：[ C- -C-OCH2CH2O ]n，单体：HOOC- -COOH和HOCH2CH2OH，商品名称叫的确良。
②锦纶：[ N-(CH2)5-C ]n, 单体： 名称叫已内酰胺。纯的已内
酰胺不会自动发生聚合，当在高温和引发剂（通常是水）的作用下，已内酰胺被水解，环被打开。
HN(CH2)5CO+H2O→H2N(CH2)5-C-OH,然后发生反应：H2N(CH2)5C-OH+H2N(CH2)5C-
OH→H2N(CH2)5C-NH(CH2)5C-OH+H2O，生成物进一步发生缩聚反应，生成聚酰胺6（即锦纶）。总的化学方程式可表示为：
nH2N(CH2)5C-OH→[ N(CH2)5C ]n + nH2O
锦纶可制降落伞，轮胎帘子线，渔网等。
③腈纶：[ CH2-CH ]n,单体为CH2=CH-CN.腈纶叫聚丙烯腈，强度不足，
弹性好，通常叫人造羊毛。
④维纶：[ CH2-CH-CH2-CH ]n
⑤丙纶：[ CH-CH ]n, 单体：CH3-CH=CH2.
⑥氯纶：[ CH2-CH ]n, 单体为：CH2=CHCl.
（3）合成橡胶：是以石油、天然气为原料，以二烯烃和烯烃为单体聚合而成的高分子。合成橡胶一般在性能上不如天然橡胶全面，但它有高弹性、绝缘性、气密性、耐油、耐高温或低温等性能，因而广泛应用于农业、国防、交通及日常生活中。常用的合成橡胶有：
①丁苯橡胶：[ CH2-CH=CH-CH2-CH2-CH ]n,
单体为：CH2=CH-CH=CH2和 -CH=CH2.
1,3—丁二烯 苯乙烯
②顺丁橡胶：[ CH2-CH=CH-CH2 ]n. 单体：CH2=CH-CH=CH2.
③氯丁橡胶：[ CH2-CH=C-CH2 ]n, 单体：CH2=CH-C=CH2.
④丁腈橡胶：[ CH2-CH=CH-CH2-CH2-CH ]n, 单体：CH2=CH-CH=CH2和CH2=CH-CN.
[学习指导]
1.高分子化合物与小分子化合物有什么不同？它们又有什么联系？通过实例说明：高分子化合物分为哪两类？
2.合成高分子化合物主要分哪几类？就你接触到的合成高分子化合物谈谈它们的优缺点。
3.以聚乙烯为例，单体、链节和聚合度的含义。
4.你能否通过实例来描述一下加聚反应和缩聚反应的相同和不同之处？
[例题精析]
1.下面是线型高分子的一部分：
-O-C-C-O-C-C-O-C-C-O-C- -C-O-C-C-O-C-C-C-…
由以上部分结构分析，这种高分子化合物的单体至少有几种？单体间是通
过哪类反应生成高聚物的？分别写出每种单体的结构简式。
解：从高聚物部分结构分析：在长链中反复出现的是类酯结构-C-O-，所以高分子化合物是羧酸和醇经过缩聚反应生成的线型聚酯。
从左到右，构成高聚物的单体的名称为：
乙二醇，乙二酸，1,2-丙二醇，对苯二甲酸，1,2-丙二醇，丙二酸，所以构成此高聚物的单体至少有5种。单体间是通过缩聚反应生成的高聚物。5种单体的结构简式分别为：
乙二醇：HOCH2CH2OH，乙二酸：HOOCCOOH，对苯二甲酸：HOOC- -COOH，
1,2-丙二醇：CH2-CH-CH3，丙二酸：HOOC-CH2-COOH.
2.某种橡胶分解产物为碳氢化合物，对这种碳氢化合物进行以下实验：
(1)若取一定量橡胶完全燃烧，燃烧后的气体通过干燥管，干燥管增重
0.72g，再通过足量的石灰水，石灰水增重2.2g.
(2)经测定，该碳氢化合物气体的密度是相同状况下氢气密度的34倍。
(3)该碳氢化合物0.1mol能和32g溴起加成反应，且溴原子分布在不同
的碳原子上，在溴代物中有一个碳原子在支链上。试推断：
(4)该碳氢化合物的结构简式是______，其名称是______。
(5)该橡胶的结构简式是______，名称是______。
解：先求该碳氢化合物的实验式：
实验式是：C5H8 式量68.
由（2）知：其碳氢化合物相对分子质量==68；
实验式就是分子式，由（3）可知：（1）该碳氢化合物的结构简式是：
CH2=C-CH=CH2，名称是：2—甲基—1,3—丁二烯或叫异戊二烯，
（2）[ CH2-C=CH-CH2 ]n，聚2—甲基—1,3—丁二烯或叫聚异戊二烯。
3.已知：1,3—丁二烯与等物质的量的溴加成时，主要生成1,4加成产物。现以1,3—丁二烯为主要原料，写出制取氯丁橡胶[ CH2-CH=C-CH2 ]n的化学方
程式（用结构简式写），并注明反应类型：
①____________反应类型____________
②____________反应类型____________
③____________反应类型____________
④____________反应类型____________
⑤____________反应类型____________
解：①CH2=CH-CH=CH2+Br2→CH2-CH=CH-CH2 加成反应
②CH2-CH=CH-CH2+2NaOHCH2-CH=CH-CH2+2NaBr 水解反应
③CH2-CH=CH-CH2+HClCH2-CH2-CH-CH2 加成反应
④CH2-CH2-CH-CH2CH2=CH-C=CH2 消去反应
⑤nCH2=C-CH=CH2[ CH2-C=CH-CH2 ]n 加聚反应
解题后的点拨:对照高聚物的链节[ CH2-CH=C-CH2 ]，恢复其单体：CH2=CH-C=
CH2，由原料CH2=CH-CH=CH2制单体，关键要保护住双键。要利用学过的知识，加成破坏双键，消去能恢复双键。当与Br2加成后，①④碳位被Br原子占有，要先进行水解，衍变成二元醇（CH2-CH=CH-CH2），再与HCl加成，才能在第②个
碳位上引入Cl原子（CH2-CH-CH2-CH2），要选用醇消去的反应条件（浓H2SO4，
）恢复双键，最后加聚完成整个合成题。
4.对聚丙烯酸废弃物（白色污染中的一种）的降解，国际上最新采用了热聚门冬氨酸或其盐（TPA），它有效、谦价，且自身可被生物降解，从而降低对环境的污染。它是由单体MO-CO-CH2-CH(OH)-CO-NH2缩聚而成。请用键线式写出TPA的结构______。
解：所谓键线式是指以线代键，每个折点和线端点外表示有一个碳原子，并以氢补足四价，C、H不表示出来。该单体通过如下缩聚反应合成TPA：
nMO-CO-CH2-CH(OH)-CO-NH2
nH2O+
[巩固提高]
一.选择题：
1.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
2.下列的产品中，若出现破损不可以进行热修补的是（ ）
A．聚氯乙烯凉鞋 B．电木插座
C．自行车内胎 D．聚乙烯塑料膜
3.相同质量的下列材料制成相同长度的绳子，能吊起的重物质量最大的是（ ）
A．锦纶绳 B．涤纶绳
C．金属钛绳 D．碳钢绳
4.下列物质不属于合成材料的是（ ）
A．酚醛塑料 B．顺丁橡胶
C．人造纤维 D．有机玻璃
5.人造象牙中，主要成分的结构是[ CH2-O ]n,它是通过加聚反应制得的，
则合成人造象牙的单体是（ ）
A．(CH3)2O B．HCHO C．CH3CHO D．H2N-CH2-C-NH2
6.在环境问题中，一次性使用聚苯乙烯材料带来的“白色污染”极为严重。这种材料难分解，处理麻烦。最近研制出的一种新材料：[ O-CH-C ]n能代替聚
苯乙烯，它是由乳酸，缩聚而成，能在乳酸菌的作用下降解而消除对环境的污染，下面关于聚乳酸的说法正确的是（ ）
A.聚乳酸是一种纯净物
B.聚乳酸是一种羧酸
C.聚乳酸的单体是：CH3-CH-COOH
D.其聚合方式和苯乙烯的聚合相似；
7.下列各组高分子化合物中，所有物质都是经缩聚反应生成的一组是（ ）
A.聚乙烯、硝化纤维、天然橡胶
B.聚苯乙烯、丁苯橡胶、氯丁橡胶
C.蛋白质、聚丙烯、聚氯乙烯
D.酚醛树脂、聚酯纤维、蛋白质
二.填空题：
8.写出每种高聚物的单体.
（1）[ C- -C-OCH2CH2O ]n ____________
OH
（2）[ —CH ]n ____________
（3）[ CH2-CH-CH2-CH=CH-CH2-CH2-CH ]n ____________
(4)硅橡胶是一种重要的合成橡胶，它的结构简式为 [ Si-O ]n,它是由
二甲基二氯化硅为原料合成的，其单体的结构简式为______，主要经过的反应，用化学方程式表示出来：____________。
[自我反馈]
一.选择题：
1.D.
2.B.
电木是体型高分子塑料，它有热固性，加工成型后就不会受热熔化了。
3.A.
锦纶的结构简式写成 [ N(CH2)5C ]n，称它为聚酰胺纤维，为什么它的强度最大呢？是因为它的分子链之间除分子间作用力之外，还有氢键的作用，如图：
聚酰胺链间的氢键示意图 高分子材料部分结晶示意图（虚线方框内指结晶区域）
加强了分子间的作用力，有利于形成排列整齐的结晶区域，再经拉伸，结晶区域排列更整齐，分子间作用力和氢键发挥得就更好，所以锦纶绳强度最大。
4.C.
人造纤维是把纤维素依次用NaOH浓溶液和CS2处理后，再把生成物溶于NaOH稀溶液中即形成粘胶液。把粘胶液经过细孔压入稀酸溶液中，重新生成纤维素，即是粘胶纤维。粘胶纤维中长纤维称人造丝，短纤维称人造棉，可供纺织用。
5.B.
6.C.
其中A项因聚合度不同（n值不同），一般不把高分子化合物算纯净物，所以高聚物的分子量都是近似平均值。B项应是羧酸的高聚物，D项中，苯乙烯是加聚生成聚苯乙烯，而聚乳酸是缩聚反应生成。
7.D.
二.
8.
（1）高分子结构中有酯基，说明是由羧酸和醇发生缩聚反应生成的聚合物，它的单体是：HOOC- -COOH和HOCH2CH2OH.
OH
(2) 酚羟基的邻位（- —）失去H原子，说明高聚物是由缩去H2O分子
OH CHO
聚合制得，所以它的单体是： 和 .
(3)高聚物中没有特殊的官能团，它是由加聚反应制得，所以其单体是：
CH2=CH-CN，CH2=CH-CH=CH2和 -CH=CH2共3种。
(4)对照链节[ Si-O ] 和原料Cl-Si-Cl,知硅橡胶的单体是：HO-Si-OH,
经过的反应：
Cl-Si-Cl + 2NaOHHO-Si-OH + 2NaCl （水解）
nHO-Si-OH[ Si-O ]n +nH2O (缩聚)
[走向高考]
1.（88年全国）下列单体在一定条件下发生加聚反应生成[CH2 ]n
H
的是（ ）
A．丙烯 B．乙-甲基-1,3-丁二烯
C．乙烯和丙烯 D．2-甲基-2-丁烯
2.（94年上海）在以下各对化合物中，可作为高分子化合物[CH2-CH(CH3)-CH2CH2 ]n的单体的是（ ）
A.CH3-CH=CH2和CH2=CH-CH=CH2
B.CH2=CH2和CH2=CH-CH=CH2
C.CH3-CH2-CH=CH2和CH2=CH-CH3
D.CH2=CH2和CH2=CH-CH3
3.（93年全国）工程塑料ABS树脂（结构式如下），合成时用了三种单体，
ABS：
[ CH2CHCH2CH=CHCH2CH2CH ]n式中-C6H5是苯基，这三种单体的结构简式
分别是：______，______，______。
4.（98年全国）某种ABS工程树脂，由丙烯腈（CH2=CH-CN，符号为A）、
1,3-丁二烯（CH2=CH-CH=CH2，符号为B）和苯乙烯（ -CH=CH2，符号S）按一定配比共聚而得。
（1）A、B和S三种单体中，碳氢比（C：H）值最小的单体是______；
（2）经元素分析可知该ABS样品的组成为(a,b,c为正整数)，则原料中A和B的物质的量之比是______（用a、b、c表示）。
解答：1.B.把聚合物的结构简式改写成：[ CH2-CH=C-CH2 ]n，两端游离键
合并，双键断开一键，变成单键，单键变成双键，所以单体结构简式为：
CH2=CH-C=CH2,名称为2-甲基-1,3-丁二烯。2.D.把高聚物结构简式改写成：
[ CH2-CH-CH2-CH2 ]n形式，依然采取两端游离键与邻位碳之间要形成双键，必
须断开②③两个碳原子之间的单键，所以两种单体分别是CH2=CH-CH3和CH2=CH2.
3.三种单体分别是：CH2=CH-CN，CH2=CH-CH=CH2和 -CH=CH2，仍然采用：游离键要形成双键，邻位碳碳单键断开，单键变双键，双键断一键变单键的方法，即可顺利写出三种单体的结构简式。
4.（1）CH2=CH-CH=CH2
（2）C：
解析：3种单体的分子式及碳原子与氢原子的比例关系分别为：丙烯腈C3H3N，C:H=1:1；1,3-丁二烯C4H6，C:H=4:6；苯乙烯C8H8，C:H=1:1.
比值小于1的只有1,3-丁二烯。
3种单体中只有丙烯腈中含N，它的物质的量就是Cmol，又因为丙烯腈和苯乙烯中C:H=1:1，只有1,3-丁二烯是C:H=4:（4+2），所以只要每多出2个H原子，就说明有1分子1,3-丁二烯。在原料中丙烯腈和1,3-丁二烯的物质的量之比=
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