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有机推断中高聚物频频出现,由于高聚物结构复杂,题型中大多直接给出高聚物的结构简式.如果能直接由高聚物写出单体则会大大简化该类有机推断题的难度.但如何由高聚物的结构简式判断相应的单体,不少同学感到困难.其实,只要真正掌握了高聚物是单体经过某些化学反应(如加聚、缩聚、开环等)生成的,以及加聚反应和缩聚反应的实质和特点,找出高分子链中的链节,结合单体间可能发生的反应机理,便能从中找出规律,迅速写出单体.本文从形成聚合物的反应类型角度进行了归纳,并结合近几年的高考题对几类高聚物单体的书写规律做了总结.
一、由加聚反应形成高聚物单体的判断
加聚产物包括双键加聚、碳碳三键加聚、共轭双键加聚、不同单体间的共聚等类型,其结构特点是链节上一般都是碳原子,且碳原子数为偶数.
1.高聚物链节主链是两个原子,其单体必为一种.将链节的两个半键闭合即为单体.如
CH2—CH2
、CH2—O、
CH=CH
的单体分别为CH2=CH2、HCHO、CH≡CH.
2.若链节中只有碳原子,且碳原子数较多,其推断规律①是“有双键,四碳断,单双键互变,无双键,两碳断,单键变双键”.如
CH2—CH=CH—CH2—CH—CH2[ZJ14,X]CH3
的单体为:CH2=CH-CH=CH2、CH2=CH-CH3.
其推断规律②是将高分子链节中主链上的碳碳单键改为碳碳双键, 碳碳双键改为碳碳单键; 从左到右检查高分子链节中各碳原子的价键, 将超过4 价的碳原子找出来, 用△标记上; 去掉不符合4 价的碳原子的价键, 即得该加聚产物合成时的单体. 如
单体为:CH2=CH-CH=CH2、CH2=CH-CN.
3.
如链节中存在碳原子环且有一个碳碳双键.则可将含双键的链看成主链,其他部分看成支链,则规律同(2).如
[LJH,S(2)][JJ1;4]
的单体为: [LJH,S(1,3)].
在区分链节中的双键来源于三键还是二烯,主要依据链接中是否会引入单原子判断.
二、由缩聚反应形成高聚物单体的判断
单体间相互反应而生成高分子,同时还生成小分子如水、氨、氯化氢、醇等的反应,起缩聚反应的化合物必须含有两种或两种以上的官能团,它们可以是相同的分子,也可以是不同的分子.中学阶段涉及到的缩聚反应主要有以下几种类型.
1.聚酯类单体的判断
(1)凡在链节中含有酯基(—COO—)的高聚物,在为酯基中间断开,在羰基上加羟基得到羧酸,在氧原子上加氢得到醇.
如已知涤纶树脂的结构简式为
LJH,DY0][JJ1;4]HOOC COOCH2—CH2OH
则合成涤纶树脂所需要的两种单体的结构简式为:
HOOC-C6H4-COOH;HO-CH2-CH2-OH.
然而聚酯
[LJ][JJ1;4]HOCH2CH2OOC
COOCH2CH2OH
的单体为:HOCH2CH2OOC-C6H4-COOCH2CH2OH.
(2)凡链节是(-O-R-CO-)的高聚物,其单体为:
HO-R-COOH.
酚类和醛类物质间可发生缩聚反应,如苯酚和甲醛间发生缩聚反应生成酚醛树脂.
2.聚酰胺类单体的判断
(1)凡在链节中含有酰胺键(-CO-NH-)的高聚物,可从酰胺键上断开,在亚氨基上加氢原子,在羰基上加羟基,得到胺和羧酸.如
HNH—(CH2)n—NH—OC—(CH2)m—COOH
的单体为:H2N-(CH2)n-NH2、HOOC-(CH2)m-COOH.
(2)凡链节是(-NH-R-CO-)的高聚物,其单体为:
H2N-R-COOH.
3.酚醛缩聚类单体的判断
凡链节中主碳链含有苯环并连接-CH2-(或-CHR)基团的, 其-CH2-(或-CHR)基团必来自醛, 单体有两种即酚和醛.
如酚醛树脂: [LJS,DY0][JJ3;4;5]HOHCH2OH的单体为:HCHO、C6H5OH.
糠醛树脂结构简式为:[XC<3H9
.tif>,JZ] ,其单体为:C6H5OH、 [XC<3H10
.tif>,JZ].
4.醇醛(胺)缩聚类单体的判断
凡链节中主碳链含有独立的—CH2—(或—CHR)基团与氧原子或氮原子相连,则从C
—O、C—N处断开,其—CH2—(或
—CHR)基团来自甲醛(或醛).
如维伦树脂的结构简式为: [XC<3h11
.tif>,JZ],其单体为:CH2—CH[ZJ5,X]OH和HCHO.
再如脲醛树脂的结构简式为:HNH—C—NH—CH2OH[ZJLX,6,S]O,其单体为:CO(NH2)2和HCHO.此例单体的书写要结合常识,单靠断键则可能判断出多种单体.
又如2011年北京高考28题:由
[XC<3H12
.tif>,JZ] 可推断其单体为:
CH2—CH[ZJ5,X]OH
和CH3CH2CH2CHO.
再如高分子化合物
[XC<3H12-1
.tif>;%120%120,JZ]
的三种单体分别是HCHO、C6H5OH、C6H5NH2.
三、开环聚合物的单体判断
开环聚合既不同于加聚反应有不饱和键的断裂,也不同于缩聚反应有小分子的形成,作为一种独立的聚合反应,它是由环状单体在一定条件下开环形成聚合物.工业上常用的环状单体是环氧乙烷、环氧丙烷、环己内胺及三聚甲醛等.
如聚醚CH2—CH2—O的单体为还氧乙烷(
[XC<3H13
.tif>,JZ]).又如尼龙6(
NH(CH2)5CO)
的单体为 [XC<3H14
.tif>,JZ].
总结:本文利用反应类型对高聚物进行了分类,通过基团的存在进一步探讨了不同类型高聚物单体的书写,目的是帮助学生从加聚反应和缩聚反应的实质和特点,找出高分子链中的链节,结合单体间可能发生的反应机理,从中找出规律,进而迅速写出单体.
一、由加聚反应形成高聚物单体的判断
加聚产物包括双键加聚、碳碳三键加聚、共轭双键加聚、不同单体间的共聚等类型,其结构特点是链节上一般都是碳原子,且碳原子数为偶数.
1.高聚物链节主链是两个原子,其单体必为一种.将链节的两个半键闭合即为单体.如
CH2—CH2
、CH2—O、
CH=CH
的单体分别为CH2=CH2、HCHO、CH≡CH.
2.若链节中只有碳原子,且碳原子数较多,其推断规律①是“有双键,四碳断,单双键互变,无双键,两碳断,单键变双键”.如
CH2—CH=CH—CH2—CH—CH2[ZJ14,X]CH3
的单体为:CH2=CH-CH=CH2、CH2=CH-CH3.
其推断规律②是将高分子链节中主链上的碳碳单键改为碳碳双键, 碳碳双键改为碳碳单键; 从左到右检查高分子链节中各碳原子的价键, 将超过4 价的碳原子找出来, 用△标记上; 去掉不符合4 价的碳原子的价键, 即得该加聚产物合成时的单体. 如
单体为:CH2=CH-CH=CH2、CH2=CH-CN.
3.
如链节中存在碳原子环且有一个碳碳双键.则可将含双键的链看成主链,其他部分看成支链,则规律同(2).如
[LJH,S(2)][JJ1;4]
的单体为: [LJH,S(1,3)].
在区分链节中的双键来源于三键还是二烯,主要依据链接中是否会引入单原子判断.
二、由缩聚反应形成高聚物单体的判断
单体间相互反应而生成高分子,同时还生成小分子如水、氨、氯化氢、醇等的反应,起缩聚反应的化合物必须含有两种或两种以上的官能团,它们可以是相同的分子,也可以是不同的分子.中学阶段涉及到的缩聚反应主要有以下几种类型.
1.聚酯类单体的判断
(1)凡在链节中含有酯基(—COO—)的高聚物,在为酯基中间断开,在羰基上加羟基得到羧酸,在氧原子上加氢得到醇.
如已知涤纶树脂的结构简式为
LJH,DY0][JJ1;4]HOOC COOCH2—CH2OH
则合成涤纶树脂所需要的两种单体的结构简式为:
HOOC-C6H4-COOH;HO-CH2-CH2-OH.
然而聚酯
[LJ][JJ1;4]HOCH2CH2OOC
COOCH2CH2OH
的单体为:HOCH2CH2OOC-C6H4-COOCH2CH2OH.
(2)凡链节是(-O-R-CO-)的高聚物,其单体为:
HO-R-COOH.
酚类和醛类物质间可发生缩聚反应,如苯酚和甲醛间发生缩聚反应生成酚醛树脂.
2.聚酰胺类单体的判断
(1)凡在链节中含有酰胺键(-CO-NH-)的高聚物,可从酰胺键上断开,在亚氨基上加氢原子,在羰基上加羟基,得到胺和羧酸.如
HNH—(CH2)n—NH—OC—(CH2)m—COOH
的单体为:H2N-(CH2)n-NH2、HOOC-(CH2)m-COOH.
(2)凡链节是(-NH-R-CO-)的高聚物,其单体为:
H2N-R-COOH.
3.酚醛缩聚类单体的判断
凡链节中主碳链含有苯环并连接-CH2-(或-CHR)基团的, 其-CH2-(或-CHR)基团必来自醛, 单体有两种即酚和醛.
如酚醛树脂: [LJS,DY0][JJ3;4;5]HOHCH2OH的单体为:HCHO、C6H5OH.
糠醛树脂结构简式为:[XC<3H9
.tif>,JZ] ,其单体为:C6H5OH、 [XC<3H10
.tif>,JZ].
4.醇醛(胺)缩聚类单体的判断
凡链节中主碳链含有独立的—CH2—(或—CHR)基团与氧原子或氮原子相连,则从C
—O、C—N处断开,其—CH2—(或
—CHR)基团来自甲醛(或醛).
如维伦树脂的结构简式为: [XC<3h11
.tif>,JZ],其单体为:CH2—CH[ZJ5,X]OH和HCHO.
再如脲醛树脂的结构简式为:HNH—C—NH—CH2OH[ZJLX,6,S]O,其单体为:CO(NH2)2和HCHO.此例单体的书写要结合常识,单靠断键则可能判断出多种单体.
又如2011年北京高考28题:由
[XC<3H12
.tif>,JZ] 可推断其单体为:
CH2—CH[ZJ5,X]OH
和CH3CH2CH2CHO.
再如高分子化合物
[XC<3H12-1
.tif>;%120%120,JZ]
的三种单体分别是HCHO、C6H5OH、C6H5NH2.
三、开环聚合物的单体判断
开环聚合既不同于加聚反应有不饱和键的断裂,也不同于缩聚反应有小分子的形成,作为一种独立的聚合反应,它是由环状单体在一定条件下开环形成聚合物.工业上常用的环状单体是环氧乙烷、环氧丙烷、环己内胺及三聚甲醛等.
如聚醚CH2—CH2—O的单体为还氧乙烷(
[XC<3H13
.tif>,JZ]).又如尼龙6(
NH(CH2)5CO)
的单体为 [XC<3H14
.tif>,JZ].
总结:本文利用反应类型对高聚物进行了分类,通过基团的存在进一步探讨了不同类型高聚物单体的书写,目的是帮助学生从加聚反应和缩聚反应的实质和特点,找出高分子链中的链节,结合单体间可能发生的反应机理,从中找出规律,进而迅速写出单体.