Tài liệu Hợp chất cao phân tử pdf

Các polime có thể tạo ra trong các quá trình phản ứng trong tự nhiên như: cao su tự nhiên, xenlulozơ, tinh bột … + Dựa vào cấu tạo phân tử, người ta chia các polime thành: – Các polime c

các hợp chất cao phân tử

1 Khái quát

+ Chất cao phân tử là các hợp chất có khối lượng phân tử lớn (M = 10 3 đến

10 6 đvC) mà phân tử được cấu tạo từ các mắt xích giống nhau (còn gọi là các mônôme) Số lượng các mắt xích giống nhau được gọi là độ trùng hợp của polime

+ Số lượng và chủng loại polime khá lớn và ngày một tăng Các polime có thể

được điều chế nhân tạo như 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 như: cao su tự nhiên, xenlulozơ, tinh bột …

+ Dựa vào cấu tạo phân tử, người 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 được khâu lại với nhau (còn được gọi là polime có mạch không gian) bằng một cầu nối như cao su thiên nhiên lưu hoá, nhựa bakelit + Căn cứ vào sự phân bố không gian (lập thể) của nhánh của mạch polime người

ta lại phân loại các polime thành:

a) Các polime có nhóm thế Cl, CH3, C6H5 với các kiểu phân bố khác nhau: – Phân bố theo cùng hướng (hay còn gọi là izotactic):

Ví dụ: stiren có cấu trúc kiểu này có 0

nc

t = 220oC và mạch polistiren rất bền (độ bền kéo đứt đạt tới 770 kg/cm2)

– Phân bố vô trật tự (atactic):

Ví dụ stiren có cấu trúc loại này có 0

nc

t = 80 ữ 90oC và mạch polime không bềnnhư loại izotactic (độ bền kéo đứt 350 kg/cm3)

– 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 như vậy ra khỏi nhau cần phải cấp một lượng năng lượng khá lớn (trong nhiều trường hợp còn lớn hơn cả năng lượng phá vỡ liên kết trong mạch)

Cl Cl

Cl

Cl Cl Cl

Cl Cl

Cl Cl Cl

- 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 CH2 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 như cũ được gọi là polime nhiệt dẻo

– Các polime khi đun nóng không chảy mà bị phân huỷ được gọi là polime nhiệt rắn

+ Đa số polime không tan trong các dung môi thông thường Một số tan được 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 được gọi là chất dẻo, các polime có tính đàn hồi gọi là cao su Có các polime trong suốt, dai: như PS hay polimetylmatacrylat nhưng cũng có polime không trong suốt Đa số polime có tính cách điện (PE, PVC, bakelit) hoặc bán dẫn, nhưng mới

đây người ta đã điều chế được 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 (C6H12O6)

(C6H10O5)n + n H2O H+ n C6H12O6 – Protit, poliamit, polieste dễ dàng thuỷ phân trong môi trường axit hoặc kiềm tạo thành các mônôme ban đầu ở dạng muối

(- NH - CH2 - CO - )n + n NaOH n H2N - CH2 - COONa

- Các polime có thể bị nhiệt phân ở nhiệt độ trong khoảng từ 300 đến 400oC Thí

dụ từ Polistiren nhiệt phân thu được mônôme ban đầu là (stiren), từ polimetylmetacrylat dễ dàng thu được metylmetacrylat bằng cách nhiệt phân

C )n

OOCCH3

CH3

CH2

o c

n CH2 C COOCH3

CH3

+ 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 Cl2 cũng tạo thành cao su clo hoá với hàm lượng clo cao hơn so với hiđroclo hoá

- Polivinyl axetat tác dụng với kiềm thu được Polivinyl ancol với khả năng hấp thu nước tốt nên được sử dụng nhiều trong công nghiệp dệt để chế biến sợi

b) Phản ứng nối mạch (khâu mạch không gian)

+ Cao su tự nhiên được lưu hoá bằng cách nấu chảy cao su với lưu huỳnh thu

được các sản phẩm khâu mạch với hàm lượng 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 CH2

4 Phương pháp tổng hợp polime

a) Phương pháp trùng hợp

+ Trùng hợp là quá trình cộng hợp liên kết nhiều phân tử nhỏ (monome) giống nhau hay tương 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 lượng của polime bằng khối lượng của mônme đã dùng

+ Điều kiện để có thể thực hiện phản ứng trùng ngưng 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 được 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) Phương pháp trùng ngưng

+ 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 (thường là nước) Nói cách khác đó là phản ứng ngưng tụ liên tiếp nhiều phân tử nhỏ thành phân tử lớn

n NH2-(CH2)6COOH → [-NH-(CH2)6-CO-)n + n H2O

axit ω-aminoenantoic Enan

HOOC-(CH2)4COOH + n H2N-(CH2)6-NH2 → (-CO-(CH2)4CONH2-(CH2)6-NH-)n Axit adipic hexametylendiamin Nilon-6,6 + 2n H2O

+ Điều kiện để thực hiện phản ứng trùng ngưng 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

được với nhau trở lên

Thí dụ: glixerin có ba nhóm OH có thể phản ứng với axit o-phtalic (o-HOOC-C6H4 -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 ngưng, 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 được trùng hợp trực tiếp từ CH2=CH-CH2OH (allylancol); CH2=CH-CHO (anđehit acrylic);

CH2=CH-COOH (axit acrylic)

7 Hoàn thành sơ đồ biến hoá vàviết CTCT của các chất ký hiệu bằng X, Y, Z, D CaCl2 →+ H2O

Xt rùnghợp,xt→

Y+ H2, (xt )→

Zt rùnghợp,x t→

Cao su buna (E)

8 Hãy viết các phương 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 phương 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  + HClkhí(1 : 1)→

điện cực t rùnghợp,→

D2 là cao su chứa clo

10 Viết phương 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

11 Viết các phương trình phản ứng trùng ngưng (nếu có) giữa các chất sau và gọi tên sản phẩm

a) Etilen glicol;

b) Hexametylenđiamin;

c) Axit α-aminopropionic;

d) Axit acrylic;

e) axit adipic

12 Xác định các monome và viết phương trình phản ứng trừng ngưng thành:

a)

b) [-NH-(CH2)6-NH-CO-(CH2)4-CO-]n

13 Viết phương trình phản ứng trùng ngưng của:

a) HO-CH2-CH2 với HOOC-C6H4COOH (cùng số mol)

b) Phenol + anđehitfocmic

14 Từ rượu etylic và 1-phenyletanol-1 hãy viết phương trình phản ứng điều chế polime có công thức:

15 Từ CH4 → Rượu polivinylic (polivinylancol)

16 Các polime sau dây là sản phẩm trùng ngưng hay trừng hợp

a) Cao su (C6H10)n

b) Tơ tằm (-NH-R-CO-)n;

c) (-CH2-O-)n;

d) (-CH2-CH2-O-)n (peoxit →)

17 Cho A và B trùng ngưng tạo ra polime D có công thức:

[-O-(-CH2)2-O-CO-C6H4-O-)n

B là đồng phân có nhiệt độ thấp nhất trong các đồng phân có cùng CTPT

18 a) Từ etylen hãy viết phương trình phản ứng điều chế buna

b) Từ gỗ hãy viết phương 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 lượng, 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 (dư) → lượng I2 tự do vừa tác dụng hết với

40 ml Na2S2O3 0,125M Tính lượng stiren dư (Br2 không phản ứng vòng benzen)

CH3

CO

n

CH2 CH

CH2 CH CH

CH2

n

21 Đồng trùng hợp stiren và butađien sinh ra 1 sản phẩm phụ A do phản ứng của 1 phân tử butađien và stiren A là một chất lỏng có thể tác dụng với 1 phản ứng brôm 1 mol A có thể + 4 mol H2 (Ni, to) → sản phẩm chứa 2 vòng xiclohexan Xác định CTPT của A