《定义、概念、分类与命名.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《定义、概念、分类与命名.ppt（30页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、1.3 高分子的定义、基本概念、分类和命名,1.3.1 定义,分子量：103 104 小分子 高分子（polymer)oligomer 104 106 一般高聚物 超高分子量聚合物,Polymer or Macromolecule？1)前者又可译作聚合物或高聚物；后者又可译作大分子。2)这两个词虽然常混用，但仍有一定区别?,1.3.2 基本概念,1主链2侧链或侧基 3单体 4单体单元 5结构重复单元6聚合度,要特别注意:单体单元和重复单元的异同?1)如果高分子是由一种单体聚合而成的，其重复单元就是单体单元 2)如果高分子是由两种或两种以上单体缩聚而成的，其重复单元由不同的单体单元组成 3)如果
2、两种或两种以上单体无规共聚,1.3.3 分 类,1按高分子主链结构分2.按用途分 3.按来源分 4.按分子的形状分5.按单体组成可分为:homopolymer、copolymer、polyblend,1.3.4 命 名,1.系统命名法1973年国际纯粹化学与应用化学协会(IUPAC)提出以结构重复单元(CRU,constitutional repeating unit)为基础的系统命名法，首先确定重复单元结构，再排好重复单元中次级单元的顺序，再给重复单元命名，最后在重复单元前加一聚字。如：聚(1-氯代乙烯)缺点：往往显得冗长繁琐，一般用于新聚合物的命名和在学术交流中使用。,2.通俗命名法，没有
3、统一规定，以沿用为习，大致有：(1)以单体或假想的单体名称前加一个“聚”字 如：聚苯乙烯(2)单独或两种不同单体聚合常取单体名或简称，后缀为“树脂”二字或“橡胶”二字。如：酚醛树脂、丁苯橡胶、醇酸树脂、氯丁橡胶、乙丙橡胶、丁基橡胶等(3)以高分子的特征结构命名 如：聚酰胺，聚碳酸酯(4)译名、商品名或俗称 如：涤纶，腈纶，维纶，尼龙；特氟隆、赛璐珞；有机玻璃、电木、电玉。特点：通俗命名法一般是根据来源命名，虽然简便，但不严格，有时还会引起混乱,1.4 分子量和分子量分布,1)高分子化合物之所以具有许多独特的性质，最重要的原因是分子量大 2)高分子化合物的分子量的“多分散性”。由于统计平均方法的
4、不同，可以有四种不同的平均分子量，即数均分子量，重均分子量，Z均分子量和粘均分子量。(1)数均分子量是以高分子的分子数为统计单元，可由下式计算：体系中分子量为M1，M2，M3，Mn同系物的分子数为N1，N2，N3，Nn，,(2)如果以高分子的重量作为统计单元，可以得到另一种平均值，称为重均分子量，计算式如下：,(3)Z均分子量以NiMi2为统计单元(4)另有粘均分子量定义为:一般线形高分子的a介于0.51.0之间,作业：例设一种高聚物有3000个大分子，其中：1000个的分子量为1051000个的分子量为1061000个的分子量为107计算各种平均分子量？,1.5 高分子结构的一般特点,由于高
5、分子的分子链很庞大且组成可能不均一，所以高分子的结构很复杂的。整个高分子结构是由四个不同层次组成，分别称为一级结构和高级结构(包括二级、三级和四级结构)。,小知识:分子病镰刀形细胞贫血症是一种遗传性的分子病，因为患者血液中的血红蛋白分子不像正常人那样是球形的，而是象镰刀形。1949年美国的板野、辛格和韦尔斯研究发现，患此病的人基团发生突变，合成血红蛋白时分子的第146个氨基酸出现了差错，正常人的组氨酸被酪氨酸所代替。由于后者的分子基团、分子形状和大小都与前者不同，所以血红蛋白中各个氨基酸的位置和原子之间的相互作用等都发生了变化，从而导致血红蛋白分子由圆球形变为长条形，于是抱合氧分子的能力降低，
6、使患者输氧不足，出现贫血症状。类似的分子病还有血友病。这是因为控制血小板的基团发生了畸变，以致血小板数目急剧减少，导致凝血功能不足，一旦有外伤便出血不止。19世纪英国维多利亚女王的家族就有这种病，后来又通过出嫁的公主带到荷兰王室，故有人称此病为“王室病”。到目前为止，已发现的分子病有两千多种之多。,小知识:直接观察DNA双螺旋结构1982年出现了扫描隧道显微镜（STM），它的问世使人类第一次能观察到原子在物质表面的排列状态。将极细的针与试样接近时，针尖的原子与试样的原子之间有微弱的电流通过，这种现象称为隧道效应。隧道电流强度对它们之间的距离非常敏感，从而可得到高分辨的表面形貌照片。1990年等
7、在“Nature”杂志上报道了用STM观察到的DNA双螺旋结构照片（图2-20a），而图2-20b是用于对照的DNA双螺旋结构模型。这是自从1953年沃森（Watson）和克里克（Crick）提出DNA的双螺旋结构(他们因此获得了诺贝尔奖)以来，人们首次直接观察到它的图像。,1.6 高分子性质的一般特点,其力学性质、热性质、溶解性等与小分子化合物大为不同 1.6.1 力学性质低分子一般没有强度，是结晶性的硬固体。而高分子的性质变化范围很大，从软的橡胶状到硬的金属状。有很好的强度、断裂伸长率、弹性、硬度、耐磨性等力学性质。高分子的比重小(0.91 2.3)，因而其比强度可与金属匹敌,1.6.2
8、热性质低分子有明确的沸点和熔点，可成为固相、液相和气相；高分子没有气相。高分子分热塑性和热固性两类热塑性高分子加热时在某个温度下软化(或融解)、流动，冷却后成形；而热固性高分子加热时固化成网状结构而成形。,溶解性低分子溶解很快，但高分子都很慢，通常要过夜，甚至数天才能观察到溶解。高分子溶解的第一步是溶胀，由于高分子难以摆脱分子间相互作用而在溶剂中扩散，所以第一步总是体积较小的溶剂分子先扩散入高分子中使之胀大。如果是线形高分子，由溶胀会逐渐变为溶解；如果是交联高分子，只能达到溶胀平衡而不溶解。因此一般来说，高分子有较好的抗化学性，即抗酸、抗碱和抗有机溶剂的侵蚀。,1.7 合成高分子的方法,1.7
9、.1 链式聚合反应 自由基链式聚合反应与阴或阳离子聚合反应 逐步聚合反应,小故事一：第一种塑料的诞生1)1864年的一天，瑞士巴塞尔大学的化学教授舍恩拜因在自家的厨房里做实验，一不小心把正在蒸馏硝酸和硫酸的烧瓶打破在地板上。因为找不到抹布，他顺手用他妻子的布围裙把地擦干，然后把洗过的布围裙挂在火炉旁烘干。就在围裙快要烘干时，突然出现一道闪光，整个围裙消失了。为了揭开布围裙自燃的秘密，舍恩拜因找来了一些棉花把它们浸泡在硝酸和硫酸的混合液中，然后用水洗净，很小心地烘干，最后得到一种淡黄色的棉花。现在人们知道，这就是硝酸纤维素，它很易燃烧，甚至爆炸。被称为火棉，可用于制造炸药。这是人类制备的第一种高
10、分子合成物。虽然远在这之前，中国人就知道利用纤维素造纸，但是改变纤维素的成分，使它称为一种新的高分子的化合物，这还是第一次。,2)舍恩拜因深知这个发现的重要商业价值，他在杂志上只发表了新炸药的化学式，却没有公布反应式，而把反应式卖给了商人。但由于生产太不安全，到1862年奥地利的最后两家火棉厂被炸毁后就停止了生产。可是化学家们对硝酸纤维素的研究并没有中止。英国冶金学家、化学家帕克斯发现硝酸纤维素能溶解在乙醚和酒精中，这种溶液在空气中蒸发了溶剂可得到一种角质状的物质。美国印刷工人海厄特发现在这种物质中加入樟脑会提高韧性，而且具有加热时软化，冷却时变硬的可塑性，很易加工。这种用樟脑增塑的硝酸纤维素
11、就是历史上第一种塑料，称为赛璐珞(Celluloid)。它广泛被用于制作乒乓球、照相胶卷、梳子、眼睛架、衬衫衣领和指甲油等。,3)1884年夏尔多内产生了将硝酸纤维素溶液纺成一种新纤维的想法，他制造了第一种具有光泽的人造丝。当1889年这种新的纤维在巴黎首次向公众展示时曾引起了轰动。这种人造丝有丝的光泽和手感，也能洗涤。可惜这种人造丝极易着火燃烧。后来硝酸纤维素人造丝被更为防火的两个品种所取代，一种是醋酸纤维素，另一种是再生纤维素。今天这两种人造丝的产量已是生丝的65倍。4)舍恩拜因的偶然发现已经引起了19世纪后半叶欧洲和美洲化学工业的巨大发展。,小故事二:橡胶硫化方法的发现1)从生物学的角度
12、看，橡胶在天然高分子中无疑是最不重要的，因为不仅只有少数植物才产生橡胶，而且也很难说橡胶在生命过程中起什么重要作用。但是从高分子科学的历史来看，橡胶的研究对高分子科学的发展所起的推动作用比天然多糖和蛋白质都大。这不仅以为橡胶的独特的弹性使它成为工业上非常重要的材料，而且还在于天然高分子中惟独橡胶能裂解成已知结构的简单分子(即异戊二烯)，并且还能从这些单体再生成橡胶。这一特性使人们认识到不必完全按照天然物质的精细结构就能制备对人类有用的材料。,2)橡胶树原来是亚马逊河流域的一种植物，哥伦布最早报道说海地居民用一种树上流出的弹性树脂所做的球进行比赛。乳胶是从这种“三叶树”的切口里流出的，将这种乳胶
13、涂在织物上硬化后可做成简陋的风雨衣。当地居民甚至把胶乳倒在他们的脚上和腿上，干后便成了雨靴。但是在发明橡胶的硫化方法之前，生胶的用途还很有限，因为它的强度很差，弹性难以恢复。3)古德伊尔(Goodyear)研究消除橡胶发粘的方法10多年未取得成功。1838年他将硫磺掺进胶乳，然后放在阳光下曝晒，但这种粘性消除的改进只限于制品的表面。1839年1月，他不小心把胶乳和硫磺的混合物泼洒在热火炉上。把它刮起来冷却后，发现这东西已没有粘性，拉长或扭曲时还有弹性，能恢复原状，原来能溶解生胶的溶剂对它不再起作用了。,这一发明是令人兴奋的，但在实际应用中存在许多困难，使得古德伊尔经过4年后才在美国申请了专利。他在专利中提供了一个示例配方是，20份硫磺、28份铅白(用作硫化促进剂)和188份橡胶，混合后加热到132.2。但延迟申请专利使他付出了惨重的代价。他的一个样品引起了一个英国人的注意，此人先于他8个星期在英国申请了专利，使得他的申请在英国被拒绝。此后他打了好几年官司，欠下了20万美元的债，死于1860年。但古德伊尔的发现却促进了橡胶业的大发展。3)1845年汤姆森发明了气胎，橡胶从此就与汽车工业结下了不解之缘，成为现代人生活中不可缺少的一种,
