Tài liệu Hợp chất cao phân tử pdf

www.khoabang.com.vn
Luyện thi trên mạng

_____________________________________________________________

G.V Lờ Kim Long - HKHTN
các hợp chất cao phân tử
1. Khái quát.
+ Chất cao phân tử là các hợp chất có khối lợng phân tử lớn (M = 10
3
đến
10
6
đvC) mà phân tử đợc cấu tạo từ các mắt xích giống nhau (còn gọi là các
mônôme). Số lợng các mắt xích giống nhau đợc gọi là độ trùng hợp của polime.
+ Số lợng và chủng loại polime khá lớn và ngày một tăng. Các polime có thể
đợc điều chế nhân tạo nh Buna, PE, PVC, phenol focmadehit, Ure focmandehit và
polime tổng hợp khác. Các polime có thể tạo ra trong các quá trình phản ứng trong
tự nhiên nh: cao su tự nhiên, xenlulozơ, tinh bột
+ Dựa vào cấu tạo phân tử, ngời ta chia các polime thành:
Các polime có mạch không phân nhánh: PE, xenlulozơ, Capron, Amilozơ ...
Các polime có mạch phân nhánh: Poliisopren, PVC, Amilopectin (hồ tinh
bột) ...
- Các polime có mạch đợc khâu lại với nhau (còn đợc gọi là polime có mạch
không gian) bằng một cầu nối nh cao su thiên nhiên lu hoá, nhựa bakelit.
+ Căn cứ vào sự phân bố không gian (lập thể) của nhánh của mạch polime ngời
ta lại phân loại các polime thành:
a) Các polime có nhóm thế Cl, CH
3
, C
6

H
5
với các kiểu phân bố khác nhau:
Phân bố theo cùng hớng (hay còn gọi là izotactic):

Ví dụ: stiren có cấu trúc kiểu này có
0
nc
t
= 220
o
C và mạch polistiren rất bền (độ
bền kéo đứt đạt tới 770 kg/cm
2
)
Phân bố vô trật tự (atactic):
Ví dụ stiren có cấu trúc loại này có
0
nc
t
= 80 ữ 90
o
C và mạch polime không
bềnnh loại izotactic (độ bền kéo đứt 350 kg/cm
3
).
Phân bố luân phiên (syndiotactic):
b) Cấu trúc không gian của mạch polime không phân nhánh.
- Khi các polime không phân nhánh không có
liên kết

đôi, mạch C có thể quay
dễ dàng. Trong thực tế các mạch polime không phân nhánh có cấu tạo gấp khúc
nên xoắn lại với nhau tạo thành khối. Để tách các mạch nh vậy ra khỏi nhau
cần phải cấp một lợng năng lợng khá lớn (trong nhiều trờng hợp còn lớn hơn
cả năng lợng phá vỡ liên kết trong mạch).
Cl Cl Cl Cl Cl
Cl Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
www.khoabang.com.vn
Luyện thi trên mạng

_____________________________________________________________

G.V Lờ Kim Long - HKHTN
- Khi mạch polime có
liên kết
đôi, sự quay tự do của các nhóm bị cản trở và làm
xuất hiện đồng phân hình học cis, trans. Thí dụ cao su thiên nhiên có dạng cis-
cis: các nhóm CH
2
ở vị trí cis đối với
liên kết

đôi.
2. Tính chất vật lí.

+ Hầu hết các polime là những chất rắn không bay hơi, không có
0
nc
t
xác định:
nóng chảy mà khi nung nóng polime chảy lỏng và nhiệt độ vẫn tiếp tục tăng trong
khoảng rộng.
Các polime nguyên chất khi nung nóng biến thành chất lỏng nhớt, khi để
nguội trở thành chất rắn nh cũ đợc gọi là polime nhiệt dẻo.
Các polime khi đun nóng không chảy mà bị phân huỷ đợc gọi là polime
nhiệt rắn.
+ Đa số polime không tan trong các dung môi thông thờng. Một số tan đợc
trong dung môi tạo thành dung dịch lỏng nhớt: cao su sống/benzen, clorin trong
axeton. Với nồng độ mol rất thấp thì độ nhớt đã rất cao. Polime có tính dẻo đợc
gọi là chất dẻo, các polime có tính đàn hồi gọi là cao su. Có các polime trong
suốt, dai: nh PS hay polimetylmatacrylat nhng cũng có polime không trong
suốt. Đa số polime có tính cách điện (PE, PVC, bakelit) hoặc bán dẫn, nhng mới
đây ngời ta đã điều chế đợc các polime dẫn điện (Polianilin và các dẫn suất).
3. Tính chất
hoá học
. Các polime có ít phản ứng. Điển hình là:
a) Phản ứng cắt mạch: thuỷ phân, depolime hoá và tách loại do nhiệt hoặc oxi hoá.
Tinh bột, xenlulozơ dễ dàng tham gia phản ứng thuỷ phân trong axit tạo thành
glucozơ (C
6
H
12

O
6
).
(C
6
H
10
O
5
)
n
+ n H
2
O
H
+
n C
6
H
12
O
6

Protit, poliamit, polieste dễ dàng thuỷ phân trong môi trờng axit hoặc kiềm
tạo thành các mônôme ban đầu ở dạng muối.
(- NH - CH
2
- CO - )
n
+ n NaOH n H

2
N - CH
2
- COONa
- Các polime có thể bị nhiệt phân ở nhiệt độ trong khoảng từ 300 đến 400
o
C. Thí
dụ từ Polistiren nhiệt phân thu đợc mônôme ban đầu là (stiren), từ
polimetylmetacrylat dễ dàng thu đợc metylmetacrylat bằng cách nhiệt phân.
C
n
)
OOCCH
3
CH
3
CH
2
(
t
o
c
n
CH
2
C COOCH
3
CH
3

www.khoabang.com.vn
Luyện thi trên mạng

_____________________________________________________________

G.V Lờ Kim Long - HKHTN
+ Phản ứng không cắt mạch: phản ứng thế và cộng:
- Cao su thiên nhiên có thể tham gia phản ứng cộng với HCl tạo ra cao su hiđro
clo hoá.
- Cao su thiên nhiên có thể tác dụng với Cl
2
cũng tạo thành cao su clo hoá với
hàm lợng clo cao hơn so với hiđroclo hoá.
- Polivinyl axetat tác dụng với kiềm thu đợc Polivinyl ancol với khả năng hấp
thu nớc tốt nên đợc sử dụng nhiều trong công nghiệp dệt để chế biến sợi.
b) Phản ứng nối mạch (khâu mạch không gian).
+ Cao su tự nhiên đợc lu hoá bằng cách nấu chảy cao su với lu huỳnh thu
đợc các sản phẩm khâu mạch với hàm lợng khác nhau từ loại cao su có tính đàn
hồi cao để làm xăm xe đạp, xe máy đến cao su còn độ đàn hồi thấp làm lốp ô tô
cho đến nhựa bakelit không đàn hồi..
+ Nhựa rezol (là polime phenolfocmadehit có cấu tạo mạch thẳng) có tác nhân
khâu mạch là nhóm CH
2
.
4. Phơng pháp tổng hợp polime.

a) Phơng pháp trùng hợp.
+ Trùng hợp là quá trình cộng hợp
liên kết
nhiều phân tử nhỏ (monome) giống

nhau hay tơng tự nhau tạo thànhcác phân tử lớn (polime) có M lớn.
+ Đặc điểm của phản ứng trùng hợp là không có bộ phận nào của monome bị tách
ra trong phản ứng nên khối lợng của polime bằng khối lợng của mônme đã
dùng.
+ Điều kiện để có thể thực hiện phản ứng trùng ngng là trong phân tử phải có
liên kết
bội.
+ Đồng trùng hợp là quá trình trùng hợp
hỗn hợp
hai hay nhiều monome. Có thể
lấy thí dụ về cao su Buna S là sản phẩm thu đợc khi đồng trùng hợp stiren và
butadien 1,3 hay cao su Buna N là sản phẩm đồng trùng hợp của butadien 1,3
và acrilonitrin.
b) Phơng pháp trùng ngng.
+ Là quá trình kết hợp liên tiếp nhiều phân tử nhỏ (monome) tạo thành phân tử
lớn (polime) đồng thời loại ra các phân tử nhỏ (thờng là nớc). Nói cách khác đó là
phản ứng ngng tụ liên tiếp nhiều phân tử nhỏ thành phân tử lớn.
n NH
2
-(CH
2
)
6
COOH [-NH-(CH
2
)
6
-CO-)
n
+ n H

2
O
axit -aminoenantoic Enan
HOOC-(CH
2
)
4
COOH + n H
2
N-(CH
2
)
6
-NH
2
(-CO-(CH
2
)
4
CONH
2
-(CH
2
)
6
-NH-)
n

Axit adipic hexametylendiamin Nilon-6,6 + 2n H
2

O
www.khoabang.com.vn
Luyện thi trên mạng

_____________________________________________________________

G.V Lờ Kim Long - HKHTN
+ Điều kiện để thực hiện phản ứng trùng ngng là trong phân tử có tối thiểu 2 nhóm
chức khác loại hay hai phân tử phản ứng có 2 nhóm chức cùng loại có thể phản ứng
đợc với nhau trở lên.
Thí dụ: glixerin có ba nhóm OH có thể phản ứng với axit o-phtalic (o-HOOC-C
6
H
4
-
COOH) có hai nhóm COOH để tạo ra nhựa glipton có mạch không gian.
Câu hỏi và bài tập.
1. Monome ở trạng thái tự do có gì khác mắt xích mônme trong polime.
2. Tính hệ số trùng hợp của polietylen có
M
= 420.000, xenlulozơ: 810.000 đvC
3. Trình bày các dạng mạch polime với các thí dụ minh hoạ.
4. Định nghĩa phản ứng trùng hợp, trùng ngng, đồng trùng hợp.
5. Cho biết điều kiện cần về cấu tạo monome để tham gia phản ứng polime hoá
6. Hãy chọn một số thí dụ về polime có nhóm chức OH; CHO; COOH đợc trùng
hợp trực tiếp từ CH
2
=CH-CH
2
OH (allylancol); CH

2
=CH-CHO (anđehit acrylic);
CH
2
=CH-COOH (axit acrylic).
7. Hoàn thành sơ đồ biến hoá vàviết CTCT của các chất ký hiệu bằng X, Y, Z, D.
CaCl
2

+ OH
2
X

xtrùnghợp,t
Y

+ )xt(,H
2
Z

txrùnghợp,t
Cao su buna (E)

Cao su buna-S
8. Hãy viết các phơng trình phản ứng trùng hợp và đồng trùng hợp từng cặp một
cácchất: propylen; stiren; metymetacrylat.
9. Cho A: metylmetacrylat; B: Butin-1; C: Butadien-1,3; D: Vinyl axetilen. Viết
phơng trình phản ứng:
a) Trùng hợp A + polime.
b) Trùng hợp B 1, 3, 5-trietylbenzen.

c) Trùng hợp C thành cao su Bana.
d) Biến đổi D theo sơ đồ:
D

+ 1):HClkhí(1
điện cực

rùnghợp,t
D
2
là cao su chứa clo.
10. Viết phơng trình phản ứng trùng hợp tạo thành các chất polime từ monome sau:
+ Vinylclorua với vinylaxetat có bao nhiêu kiểu mạch.
+ Butađien 1,3 với stiren có bao nhiêu kiểu mạch.
+ Butađien 1,3 với acryllonitrin
đồng trùng hợp + D
www.khoabang.com.vn
Luyện thi trên mạng

_____________________________________________________________

G.V Lờ Kim Long - HKHTN
11. Viết các phơng trình phản ứng trùng ngng (nếu có) giữa các chất sau và gọi tên
sản phẩm.
a) Etilen glicol;
b) Hexametylenđiamin;
c) Axit -aminopropionic;
d) Axit acrylic;
e) axit adipic.
12. Xác định các monome và viết phơng trình phản ứng trừng ngng thành:

a)

b) [-NH-(CH
2
)
6
-NH-CO-(CH
2
)
4
-CO-]
n

13. Viết phơng trình phản ứng trùng ngng của:
a) HO-CH
2
-CH
2
với HOOC-C
6
H
4
COOH (cùng số mol)
b) Phenol + anđehitfocmic
14. Từ rợu etylic và 1-phenyletanol-1 hãy viết phơng trình phản ứng điều chế
polime có công thức:

15. Từ CH
4
Rợu polivinylic (polivinylancol)

16. Các polime sau dây là sản phẩm trùng ngng hay trừng hợp.
a) Cao su (C
6
H
10
)
n
.
b) Tơ tằm (-NH-R-CO-)
n
;
c) (-CH
2
-O-)
n
;
d) (-CH
2
-CH
2
-O-)
n
(peoxit )
17. Cho A và B trùng ngng tạo ra polime D có công thức:
[-O-(-CH
2
)
2
-O-CO-C
6

H
4
-O-)
n
B là đồng phân có nhiệt độ thấp nhất trong các đồng phân có cùng
CTPT.
18. a) Từ etylen hãy viết phơng trình phản ứng điều chế buna.
b) Từ gỗ hãy viết phơng trình phản ứng điều chế buna.
19. Cao su là gì ? Viết CTCT của mắt xích cao su Buna-N chứa 8,6% nitơ về khối
lợng, có bao nhiêu kiểu cấu tạo mạch C.
20. Khi trùng hợp stiren phản ứng chỉ xảy ra 1 phần. Cho toàn bộ hỗn hợp sau phản
ứng 100 ml dd brôm 0,15M. Thêm KI (d) lợng I
2
tự do vừa tác dụng hết với
40 ml Na
2
S
2
O
3
0,125M. Tính lợng stiren d (Br
2
không phản ứng vòng benzen).
NH CH
2
CO NH CH
CH
3
CO
n

CH
2
CHCH
2
CHCHCH
2
n