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1、第36講高分子化合物 有機合成,一、高分子化合物 (一)高分子化合物簡介 1.高分子化合物可分為天然高分子化合物和合成高分子化合物。 2.大部分高分子化合物是由低分子通過聚合反應制得的,所以也常稱為聚合物或高聚物。 3.表述方式(以聚乙烯為例) (1)結(jié)構(gòu)簡式: 。,教材研讀,(2)鏈節(jié):高分子化合物中化學組成相同、可重復的最小單位。聚乙烯 的鏈節(jié)為CH2CH2。 (3)聚合度(n):高分子鏈中含有鏈節(jié)的數(shù)目。 (4)單體:能合成高分子化合物的低分子化合物。聚乙烯的單體是CH2 CH2。 4.結(jié)構(gòu)特點:a.線型(鏈狀)結(jié)構(gòu);b.支鏈型結(jié)構(gòu);c.體型(網(wǎng)狀)結(jié)構(gòu)。 5.高分子化合物的基本

2、性質(zhì) (1)溶解性 線型結(jié)構(gòu)的有機高分子(如有機玻璃)能溶解在適當?shù)娜軇├?但溶解過程比小分子緩慢。 體型結(jié)構(gòu)的有機高分子(如橡膠)則不容易溶解,只是有一定程度的脹大。,(2)熱塑性和熱固性 線型高分子具有熱塑性加熱到一定溫度范圍時開始軟化,直到熔化成流動的液體,冷卻后又變成固體。例如聚乙烯塑料。 體型高分子具有熱固性經(jīng)加工成型后就不會受熱熔化。例如酚醛塑料。 (3)強度 高分子材料的強度一般都較大。這與高分子化合物的相對分子質(zhì)量大,分子間作用力強有密切關(guān)系。 (4)電絕緣性 高分子化合物鏈里的原子是以共價鍵結(jié)合的,一般不易導電。 此外,有的高分子材料還具有耐化學腐蝕、耐熱、耐磨、耐油、不透水

3、,等性能,但是,高分子材料也有易燃燒、易老化、廢棄后不易分解等缺點。 (二)合成材料 我們常說的三大合成材料是指塑料、合成纖維、合 成橡膠。,1.塑料,2.合成纖維 (1)纖維,(2)常見合成纖維,3.合成橡膠 (1)橡膠的分類 根據(jù)來源不同,橡膠可分為天然橡膠和合成橡膠。 (2)合成橡膠 a.合成橡膠的原料:以石油、天然氣為原料。 b.合成橡膠的性質(zhì):具有高彈性、絕緣性、氣密性、耐油、耐高溫或耐低溫等性能。,(3)常見合成橡膠,自測1寫出下列反應的化學方程式并指出反應類型: (1)由苯乙烯合成聚苯乙烯:;。 (2)由對苯二甲酸與乙二醇合成滌綸:;。 (3)由2-氯-1,3-丁二烯合成氯丁橡膠

4、:;。,答案(1)n加聚反應 (2)+nHOCH2CH2OH +(2n-1)H2O縮聚反應 (3)加聚反 應,自測2填寫下列空白: (1)的單體是 和。 (2)的單體是。 (3)的單體是和。 (4)的單體是 和。,答案(1)HOCH2CH2OH (2)CH3CH(OH)COOH (3)HCHO (4)H2N(CH2)6NH2HOOC(CH2)4COOH,二、有機合成 1.有機合成途徑和路線選擇的基本要求 (1)起始原料要廉價、易得、低毒、低污染。 (2)應盡量選擇步驟少,產(chǎn)率高的合成路線。 (3)合成路線要符合綠色環(huán)保的要求。 (4)有機合成反應要操作簡單,條件溫和,能耗低,易于實現(xiàn)。 (5)

5、要按一定的反應順序和規(guī)律引入官能團,不能臆造不存在的反應。,2.常見合成路線 (1)一元合成路線 RCHCH2 RCH2CH2OHRCH2CHORCH2COOH RCH2COOR (2)二元合成路線 如CH2CH2CH2XCH2X HOCH2CH2OH OHC CHO HOOCCOOH ROOCCOOR。,(3)芳香化合物合成路線 如,自測3由CH3CH3 CH3CH2ClCH2 CH2CH3CH2OH的轉(zhuǎn)化過程 中,涉及的反應類型是() A.取代反應加成反應氧化反應 B.裂解反應取代反應消去反應 C.取代反應消去反應加成反應 D.取代反應消去反應裂解反應,C,答案CCH3CH3CH3CH2C

6、l,氯原子取代了乙烷分子中的一個氫原子,該反應為取代反應;CH3CH2ClCH2 CH2,消去了氯原子和-碳原 子上的一個氫原子,該反應為消去反應;CH2 CH2CH3CH2OH,兩個碳 原子上分別加了一個氫原子和一個羥基,該反應為加成反應。,自測4請設(shè)計以CH2CHCH3為主要原料(無機試劑任用)制備CH3CH (OH)COOH的合成路線流程圖(須注明反應條件)。例:由乙醇合成聚乙烯的反應流程圖可表示為: CH3CH2OHCH2 CH2CH2CH2,答案CH2 CHCH3,三、有機化學反應類型 1.取代反應:有機物分子中的某些原子或原子團被其他原子或原子團所替代的反應。 (1)鹵代反應 烷烴

7、在光照下與鹵素單質(zhì)(氣體)發(fā)生取代反應。 苯在催化劑的作用下與液態(tài)鹵素單質(zhì)發(fā)生取代反應。 苯的同系物在光照下側(cè)鏈上的氫與鹵素單質(zhì)(氣體)發(fā)生取代反應。 苯的同系物在催化劑的作用下苯環(huán)上的氫與液態(tài)鹵素單質(zhì)發(fā)生取代反應。,(2)硝化反應:苯和苯的同系物在加熱及濃硫酸作用下與濃硝酸發(fā)生取代反應。 (3)磺化反應:苯和苯的同系物在加熱時與濃硫酸發(fā)生取代反應。 (4)酯化反應:醇和酸在加熱和濃硫酸的作用下發(fā)生取代反應生成酯和水。 (5)水解反應:含有、X(鹵素原子)等官能團的有機物在一定條件下可與水反應。,2.加成反應:有機物分子中雙鍵(或三鍵)兩端的碳原子與其他原子或原子團直接結(jié)合生成新的化合物的反應

8、。 (1)與氫氣加成:碳碳雙鍵、碳碳三鍵、苯環(huán)、醛基、酮中的羰基在催化劑的作用下能夠和氫氣發(fā)生加成反應。 (2)與鹵素單質(zhì)加成:碳碳雙鍵、碳碳三鍵與鹵素單質(zhì)發(fā)生加成反應。 (3)與鹵化氫加成:碳碳雙鍵、碳碳三鍵在催化劑的作用下與鹵化氫發(fā)生加成反應。 (4)與水加成:碳碳雙鍵、碳碳三鍵在加熱、加壓以及催化劑的作用下與水發(fā)生加成反應。 3.消去反應:有機物在一定條件下,從一個分子中脫去一個或幾個小分子,(如水或鹵化氫),而生成含不飽和鍵的化合物的反應。 (1)鹵代烴在氫氧化鈉乙醇溶液中加熱發(fā)生消去反應。 (2)醇在濃硫酸和一定溫度下能發(fā)生消去反應。 4.氧化反應:有機物加氧或脫氫的反應。 (1)有

9、機物燃燒:除少數(shù)有機物(CCl4)外,絕大多數(shù)有機物都能燃燒。 (2)催化氧化:醇(與羥基相連的碳原子上有氫)在催化劑作用下可以發(fā)生脫氫氧化,醛基能夠被銀氨溶液或新制的氫氧化銅氧化。 (3)與其他氧化劑反應 苯酚可以被空氣中的氧氣氧化。 碳碳雙鍵、碳碳三鍵、苯的同系物(與苯環(huán)相連的碳原子上有氫)、醛基能夠被酸性高錳酸鉀溶液氧化。,5.還原反應:有機物加氫或脫氧的反應。含有碳碳雙鍵、碳碳三 鍵、醛基等官能團的有機物與氫氣的加成均屬于還原反應。 6.加聚反應:含有碳碳雙鍵、碳碳三鍵的不飽和化合物在催化劑 的作用下生成高分子化合物的反應。 7.縮聚反應:單體之間結(jié)合成高分子化合物,同時生成小分子的反

10、應。 8.顯色反應 (1)苯酚與FeCl3溶液反應顯紫色。 (2)淀粉溶液與碘反應顯藍色。 (3)蛋白質(zhì)(分子中含有苯環(huán))與濃HNO3反應顯黃色。,自測5下列過程中所發(fā)生的化學變化屬于取代反應的是() 用光照射甲烷與氯氣的混合氣體; 乙烯通入溴水中; 在鎳作催化劑的條件下,苯與氫氣反應; 苯與液溴混合后撒入鐵粉。 A.B.C.D.,D,答案D中發(fā)生取代反應;中發(fā)生加成反應;中發(fā)生加成反應;中發(fā)生取代反應。,自測6按要求填寫下列空白: (1)CH3CH CH2+(),反應類型: 。 (2)CH3CHCH2+Cl2()+HCl,反應類型: 。 (3)CH2CHCHCH2+() ,反應 類型:。 (

11、4)()+Br2 ,反應類型: 。,(5)(),反應類型:。 (6)CH3CHCH2 CH3COOH+(),反應類型: 。,答案(1)Cl2加成反應 (2)取代反應 (3)Br2加成反應 (4)加成反應 (5)nCH2CHCl加聚反應 (6)CO2氧化反應,考點突破,考點一有機合成的方法,考點二單體與高聚物的互推規(guī)律,1.有機合成的分析方法 (1)正合成分析法:采用正向思維方法,從已知原料入手,找出合成所需要的直接或間接的中間體,逐步推向待合成的有機物,其思維程序是:原料中間體產(chǎn)品。 (2)逆合成分析法:采用逆向思維方法,從產(chǎn)品的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)入手,找出合成所需要的直接或間接的中間體,逐步推

12、向未知原料,其思維程序是:產(chǎn)品中間體原料。 如由乙烯合成草酸二乙酯,其思維過程概括如下:,考點一有機合成的方法,具體路線: (3)綜合比較法:采用綜合思維的方法,將正向或逆向推導出的幾種合成途徑進行比較,從而得到最佳的合成路線。 2.常見碳鏈成環(huán)的方法 (1)二元醇成環(huán) 如HOCH2CH2OH+H2O,(2)羥基酸酯化成環(huán) 如2HOCH2CH2COOH +2H2O (3)二元羧酸成環(huán) 如HOOCCH2CH2COOH +H2O (4)氨基酸成環(huán),如H2NCH2CH2COOH+H2O 3.有機合成中官能團衍變的方法 (1)官能團的引入 引入碳碳雙鍵 引入碳碳雙鍵的方法有醇的消去、鹵代烴的消去、炔烴

13、的不完全加成。 引入羥基 引入羥基的方法有鹵代烴的水解、烯烴與水的加成、醛(酮)的加成、酯的水解。,引入鹵素原子 引入鹵素原子的方法有烷烴或苯及其同系物的鹵代,不飽和烴與HX、X2的加成,醇與氫鹵酸的取代。 (2)官能團的消除 可通過加成消除不飽和鍵;可通過醇的消去、醇的氧化或醇的酯化消除羥基;可通過還原或氧化消除醛基;可通過消去或取代消除鹵素原子等。 (3)官能團的轉(zhuǎn)化(以乙烯為起始物),,典例1(2015北京理綜,25)“張-烯炔環(huán)異構(gòu)化反應”被Name Reac-tions收錄。該反應可高效構(gòu)筑五元環(huán)狀化合物: (R、R、R表示氫、烷基或芳基) 合成五元環(huán)有機化合物J的路線如下:,已知:

14、,(1)A屬于炔烴,其結(jié)構(gòu)簡式是。 (2)B由碳、氫、氧三種元素組成,相對分子質(zhì)量是30。B的結(jié)構(gòu)簡式是。 (3)C、D含有與B相同的官能團,C是芳香族化合物。E中含有的官能團是。 (4)F與試劑a反應生成G的化學方程式是;試劑b是。 (5)M和N均為不飽和醇。M的結(jié)構(gòu)簡式是。 (6)N為順式結(jié)構(gòu),寫出N和H生成I(順式結(jié)構(gòu))的化學方程式: 。,答案(1) (2)HCHO (3)碳碳雙鍵、醛基 (4) NaOH醇溶液 (5) (6)+,解析由J的結(jié)構(gòu)簡式,結(jié)合題中構(gòu)筑五元環(huán)狀化合物的信息可推知I為,逆推出N為 ,H為;M為不飽 和醇,則M為;B由C、H、O三種元素組成,相對 分子質(zhì)量是30,只

15、能是,則A為;由題中信息可知,C為,D為CH3CHO,結(jié)合已知可得E為,則F 為,F與Br2的CCl4溶液發(fā)生加成反應生成G: ,G在NaOH醇溶液、加熱條件下發(fā)生消去 反應生成,酸化后得H。,1-1工業(yè)上用甲苯生產(chǎn)對羥基苯甲酸乙酯,其生產(chǎn)過程如下: A BC 據(jù)合成路線填寫下列空白:,(1)有機物A的結(jié)構(gòu)簡式:,B的結(jié)構(gòu)簡式:。 (2)反應屬于反應,反應屬于反應。 (3)和的目的是。 (4)寫出反應的化學方程式: 。,答案(1) (2)氧化酯化(或取代) (3)保護酚羥基,防止被氧化 (4) 解析反應是甲苯的鹵代反應,結(jié)合反應的產(chǎn)物可推知A為;反應為引入羧基的反應,則B為 ,順推可知C為 。

16、,1-2PMMA也叫亞克力或者亞加力其分子式是(C5H8O2)n,其實就是有機玻璃,化學名稱為聚甲基丙烯酸甲酯。某同學從提供的原料庫中選擇一種原料X,設(shè)計合成高分子亞克力的路線如下圖所示: 原料庫:a.CH2CHCH3b.CH2CHCH2CH3 c.d. 已知:,(R、R表示烴基) 請回答: (1)原料X是(填序號字母)。 (2)的反應條件是;的反應類型是;D中含有的官能團的名稱是。 (3)反應的化學方程式是;反應的化學方程式是。 (4)C有多種同分異構(gòu)體,其中分子中含有“”結(jié)構(gòu)的共有,種。 (5)某同學以丙烯為原料設(shè)計了合成中間體D的路線:丙烯 D,得到D的同時也得到了另一種有機副產(chǎn)物M,請

17、你預測M可能的結(jié)構(gòu)簡式是。,答案(1)c (2)NaOH水溶液,加熱加聚反應羧基、羥基 (3) +2Ag(NH3)2OH+2Ag+3 NH3+H2O+CH3OH +H2O (4)6 (5)CH3CH2CH(OH)COOH,解析結(jié)合流程和目標產(chǎn)物可知E為甲基丙烯酸(),利 用該物質(zhì)的碳骨架可知原料X為2-甲基丙烯;反應為加成反應,得到的A為,結(jié)合反應的條件可知AB為溴代烴的水解 反應,故反應的反應條件是NaOH水溶液、加熱;反應是醇的催化氧化,故C為,則D為。 (4)物質(zhì)C的分子式為C4H8O2,分子中含有“”結(jié)構(gòu)的物質(zhì),為羧酸或酯類,其中羧酸類有2種,酯類有4種,共6種同分異構(gòu)體。 (5)丙烯

18、與HBr加成得到1-溴丙烷和2-溴丙烷,二者經(jīng)水解、催化氧化、加成(與HCN反應)、水解分別得到和 ,所以副產(chǎn)物M的結(jié)構(gòu)簡式為 。,聚合時找準結(jié)合點,反推單體時找準分離處,結(jié)合點必為分離處。 1.由單體推斷高聚物 (1)單烯烴型單體加聚時,“斷開雙鍵,鍵分兩端,添上括號,n寫后面”。 如 。 (2)二烯烴型單體加聚時,“單變雙,雙變單,破兩頭,移中間,添上括號,n寫后面”。 如 。 (3)分別含有一個雙鍵的兩種單體聚合時,“雙鍵打開,中間相連,添上括,考點二單體與高聚物的互推規(guī)律,號,n寫后面”。 如 。 2.由高聚物推導單體的方法 (1)加聚產(chǎn)物單體的判斷方法 1)凡鏈節(jié)的主鏈只有兩個碳原子

19、(無其他原子)的聚合物,其合成單體必為一種,將兩個半鍵閉合即可。 如的單體為。 2)凡鏈節(jié)主鏈有四個碳原子(無其他原子)且鏈節(jié)無雙鍵的聚合物,其單,體必為兩種,在中央畫線斷開,然后半鍵閉合即可。 如的單體為CH2CH2和 。 3)凡鏈節(jié)主鏈上只有碳原子,并存在碳碳雙鍵結(jié)構(gòu)的高聚物,按規(guī)律“凡雙鍵,四個碳;無雙鍵,兩個碳”畫線斷開。 如的單體是 和。 (2)縮聚產(chǎn)物單體的判斷方法,1)酯類高聚物中含有“”,它的單體有兩種,從 中間斷開,恢復為,恢復為。 如的單體為 和。 2)酰胺類高聚物中含有“”,它的單體有兩種,將CN鍵斷 開,在亞氨基氮原子上加氫,在羰基碳原子上加羥基即得高聚物的單體。,如

20、H的單體是 和。 結(jié)構(gòu)為的高聚物,其合成單體必為一種,將括號和 聚合度去掉即得高聚物的單體。 如的單體為。 3)酚醛樹脂是由酚類和醛類縮聚而成的,鏈節(jié)中有酚羥基的結(jié)構(gòu)。,如的單體是和HCHO。,典例2下圖是一種線型高分子的一部分: 由此分析,這種高分子化合物的單體至少有種,它們的結(jié)構(gòu)簡式為。,答案5、HOOCCOOH、、 、HOOCCH2COOH 解析從中的CO處斷開,再加上相應的原子或原子團即 可得到單體:HOCH2CH2OH、HOOCCOOH、 、、HOOCCH2 COOH。,方法指導 找單體時,一定要先判斷高聚物是加聚產(chǎn)物還是縮聚產(chǎn)物,然后運用逆向思維反推單體,找準分離處,聚合時的結(jié)合點

21、必為分離處。,2-1下列關(guān)于合成材料的說法中,不正確的是() A.塑料、合成纖維和合成橡膠都屬于合成材料 B.聚氯乙烯可制成薄膜、軟管等,其單體是CH2CHCl C.合成酚醛樹脂的單體是苯酚和甲醇 D.合成順丁橡膠()的單體是,C,答案CA項,塑料、合成纖維和合成橡膠是三大合成材料;B項,聚氯乙烯的單體是氯乙烯,聚氯乙烯可以制薄膜、軟管等;C項,合成該酚醛樹脂的單體是苯酚和甲醛;D項,合成順丁橡膠的單體是。,2-2下列工業(yè)生產(chǎn)過程中,應用縮聚反應制取高聚物的是() A.由單體制高聚物CH2CH2 B.由單體與制高聚物 C.由單體制高聚物 D.由單體與制高聚物,D,答案DA、B、C中均發(fā)生加聚反應;D中發(fā)生了縮聚反應。,