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高分子物理习题集-答案
第一章 高聚物的结构
4、高分子的构型和构象有何区别?如果聚丙烯的规整度不高,是否可以通过单键的内旋转提高它的规整度?
答:构型:分子中由化学键所固定的原子或基团在空间的几何排列。这种排列是稳定的,要改变构型必须经过化学键的断裂和重组。
构象:由于单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态。构象的改变速率很快,构象时刻在变,很不稳定,一般不能用化学方法来分离。
不能。提高聚丙烯的等规度须改变构型,而改变构型与改变构象的方法根本不同。构象是围绕单键内旋转所引起的排列变化,改变构象只需克服单键内旋转位垒即可实现,而且分子中的单键内旋转是随时发生的,构象瞬息万变,不会出现因构象改变而使间同PP(全同PP)变成全同PP(间同PP);而改变构型必须经过化学键的断裂才能实现。
5、试写出线型聚异戊二烯加聚产物可能有那些不同的构型。
答: 按照IUPAC有机命名法中的最小原则,CH3在2位上,而不是3位上,即异戊二烯应写成
1CH22CCH33CH4CH2
(一)键接异构:主要包括1,4-加成、1,2-加成、3,4-加成三种键接异构体。
CHCH2nCHCCH2
CH2CH3nCH2CCH3CHCH2nCH2CCH31,4-加成
1,2-加成3,4-加成
(二)不同的键接异构体可能还存在下列6中有规立构体。 ①顺式1,4-加成
CH3CCH2CHCH2CH2CCH3CHCH2CH
CH2②反式1,4-加成
CH3CCH2CCH2HCH3CCH2③1,2-加成全同立构
CHCH2HCHCCH3HCHCHCH2CCH3HCHCHCH2CCH3
④1,2-加成间同立构
RHCHCCH3HCHCH3CHCHRCCH3
R=CHCH2R⑤3,4-加成全同立构
CH2CH2CCH3HCCHHCCH3CHHCHCH2CCH3CHHCH
⑥3,4-加成间同立构
RHCHCHHCHHCHCRCHHR=CCH3
CH2R
6.分子间作用力的本质是什么?影响分子间作用力的因素有哪些?试比较聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰胺(尼龙-66)、聚丙烯酸各有那些分子间作用力? 答:分子间作用力的本质是:非键合力、次价力、物理力。 影响因素有:化学组成、分子结构、分子量、温度、分子间距离。 PE、PP是非极性聚合物,其分子间作用力为:色散力;
PVC是极性分子,其分子间作用力为:静电力、诱导力、色散力; 尼龙-66是极性分子,结构为
HO H
NCH26NCCH24OCn其分子间作用力为:静电力、诱导力、色散力,氢键; 聚丙烯酸是极性分子,结构为
CH2OCOHCHn其分子间作用力为:静电力、诱导力、色散力,氢键。 7.下列那些聚合物没有旋光异构,并解释原因。
A.聚乙烯 B.聚丙烯 C.1,4-聚异戊二烯 D.3,4-聚丁二烯 E.聚甲基丙烯酸甲酯 F.硫化橡胶
答:A)聚乙烯, CH 2 CH 2 n ,每个C原子上对称取代两个氢原子,分子内无手性碳原子(或称不对称碳原子)。所以聚乙烯没有旋光异构体存在。 B)聚丙烯,结构单元为-CH2-CHCH3-,每个结构单元存在一个手性碳原子,所以聚丙烯具有旋光异构。
C)1,4-聚异戊二烯,分子中存在孤立双键,有顺反异构,无旋光异构。 D)3,4-聚丁二烯,有旋光异构性。 E)聚甲基丙烯酸甲酯,有旋光异构性。 F)硫化橡胶,无手性碳原子,无旋光异构。
8.何谓大分子链的柔顺性?试比较下列高聚物大分子链的柔顺性,并简要说明理由。
1CH2CH2n2CH2CCH3CHCH2n3CH2CHCln
OOCOCH22On4C5CHCNCH2n答:高分子链能够改变其构象的性质称为柔顺性。
这些大分子链的柔顺性排序(按柔顺性依次减小排列):(2)>(1)>(3) > (4) > (5) 理由:聚异戊二烯分子中含有孤立双键,孤立双键相邻的单键的内旋转位垒较小,分子柔顺性最好,因为键角较大(120o)且双键上只有一个取代基或一个H。 聚乙烯是结构规整的分子,氢原子体积小,分子柔顺性也较好 聚氯乙烯含有极性侧基—Cl,分子间相互作用力较大,分子柔顺性变差 聚对苯二甲酸乙二醇酯主链中含有苯环,使分子链柔顺性更差
聚丙烯腈含有强极性侧基,分子间作用力非常大,内旋转位垒高,分子链柔顺性最差。
9、写出下列各组高聚物的结构单元,比较各组内几种高分子链的柔性大小,并说明原因。
1)聚乙烯,聚丙烯,聚苯乙烯
2)聚乙烯,聚乙炔,顺式1,4聚丁二烯 3)聚丙烯,聚氯乙烯,聚丙烯腈 4)聚丙烯,聚异丁烯 5)聚氯乙烯,聚偏氯乙烯
6)聚乙烯,聚乙烯咔唑,聚乙烯基叔丁烷 7)聚丙烯酸甲酯,聚丙烯酸丙酯,聚丙烯酸戊酯 8)聚酰胺66,聚对苯二甲酸对苯二胺
9)聚对苯二甲酸乙二醇酯,聚对苯二甲酸丁二醇酯 答:
1)结构单元分别为:
柔顺性比较如下:柔性由大到小:聚乙烯>聚丙烯>聚苯乙烯
原因:三种高聚物主链结构相同,侧基取代基体积越大,分子链柔性越小。 2)结构单元分别为: