中科大课件1.ppt
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1、高分子化学第一章(中国科学技术大学高分子科学与工程系),1,高分子化学,聚合反应:单体转变成高分子过程中的故事;高分子的化学反应:高分子的化学性质;,总学时:80学时;周学时:4学时;主讲老师:辅导:,高分子化学第一章(中国科学技术大学高分子科学与工程系),2,高分子化学课时安排,第一章:高分子科学概要(4学时)第二章:逐步聚合(10学时)第三章:自由基链式聚合(14学时)第四章:自由基聚合实施方法(6学时)第五章:离子型链式聚合(10学时)第六章:开环聚合(6学时)第七章:共聚合反应(10学时)第八章:配位聚合反应(6学时)第九章:高分子的化学反应(12学时)机动(2学时),高分子化学第一章
2、(中国科学技术大学高分子科学与工程系),3,课程考核方法,笔试(80)时间:课程结束;方式:开卷或闭卷。平时成绩(10)作业和听课;综合分析(10)高分子化学与高分子的结构控制 高分子化学与其它学科的交叉,高分子化学第一章(中国科学技术大学高分子科学与工程系),4,第一章 高分子科学概述,什么是高分子?高分子 聚合物Macromolecule Polymer,结构单元通过化学键连接而成的高分子量化合物,高分子化学第一章(中国科学技术大学高分子科学与工程系),5,一、什么是高分子?,高分子 熟悉而陌生 高分子无处不在 生物体永不停息地合成着各种高分子 淀粉、纤维素、蛋白质、DNA和RNA;人类生
3、活依赖着各种高分子 衣(棉、丝绸和合成纤维)、食(淀粉和蛋白质)、住(涂料和塑钢门窗)、行(鞋、车、机、船)人类社会毫无休止地使用着各种高分子 各行各业、高新科技到手工业,高分子化学第一章(中国科学技术大学高分子科学与工程系),6,人类所使用的天然高分子,剑麻(苎麻、亚麻)纤维类高分子作为织物使用,蚕丝(蜘蛛丝)纤维类高分子作为织物使用,橡胶树(胶乳)橡胶类高分子作为轮胎使用,甲壳(多糖)塑料、橡胶?生物医用材料,高分子化学第一章(中国科学技术大学高分子科学与工程系),7,人类生命活动所依赖的高分子,食物:淀粉类、蛋白类机体的主要组成物质:蛋白质,构成肌肉、骨骼、内脏、脑、血液等组织和器官维持
4、机体的生理活动:蛋白质(如酶、激素和抗体)生命的延续和进化:DNA和RNA,血红蛋白,高分子化学第一章(中国科学技术大学高分子科学与工程系),8,人类生活中所使用的高分子材料,高分子化学第一章(中国科学技术大学高分子科学与工程系),9,高科技中的高分子材料,B2(隐形涂料),集成电路(光刻胶),柔性显示器(高分子基质),塑料光纤(PMMA),高分子化学第一章(中国科学技术大学高分子科学与工程系),10,高分子 熟悉而陌生,陌生还不了解;新种类、新问题、新现象为什么蛋白质和DNA的合成是如此之精确和准确?如何实现高分子合成的可控性?如何探求新的合成方法、寻找新原料?生物合成法 如何赋予高分子材料
5、特殊功能?结构和性能关系。,高分子化学第一章(中国科学技术大学高分子科学与工程系),11,二、高分子科学体系,有机 化学物理 化学生物 化学,数 学物 理,化学工程高分子加工,高分子化学第一章(中国科学技术大学高分子科学与工程系),12,二、高分子科学体系,1.高分子化学:聚合反应和高分子的化学反应;2.高分子物理:高分子结构、性质、表征;3.高分子工程:聚合反应工艺;高分子加工;三者有机的结合构成完整的高分子学科体系高分子科学与其它学科的交叉渗透,高分子化学第一章(中国科学技术大学高分子科学与工程系),13,高分子化学的使命,开发新材料(功能性)纳米材料:纳米塑料、纳米布;吸波材料:B-2和
6、F-117环保材料:全淀粉塑料;信息材料:存储,传输,显示;合成方法的探索 低级结构和高级结构的直接控制 生物体高分子合成的专一性扩展原料来源 充分利用植物合成的高分子;酶催化和微生物合成高分子;高分子的环境同化 高分子的循环使用和再生使用;高分子的可降解;,高分子化学第一章(中国科学技术大学高分子科学与工程系),14,三、高分子科学发展简史,高分子化学第一章(中国科学技术大学高分子科学与工程系),15,三、高分子科学发展简史(查阅资料、补充内容),第一个合成的高分子 第一个合成热固性塑料 第一个合成热塑性塑料 第一个合成橡胶 第一个合成纤维 第一个热塑性弹性体 产量最大的高分子 产量最大的热
7、固性塑料 产量最大的塑料 产量最大的橡胶 产量最大的纤维,高分子化学第一章(中国科学技术大学高分子科学与工程系),16,三、高分子科学发展简史(与高分子相关的诺贝尔化学奖),2006年Noble 化学奖得主“for the development of the metathesis(开环易位聚合)method in organic synthesis,Yves Chauvin;Robert H.Grubbs;Richard R.Schrock,高分子化学第一章(中国科学技术大学高分子科学与工程系),17,2002年Noble 化学奖得主“for the development of metho
8、ds for identification and structure analyses of biological macromolecules”;“for their development of soft desorption ionisation methods for mass spectrometric analyses of biological macromolecules”;for his development of nuclear magnetic resonance spectroscopy for determining the three-dimensional s
9、tructure of biological macromolecules in solution,John B.Fenn;Koichi Tanaka;Kurt Wthrich,高分子化学第一章(中国科学技术大学高分子科学与工程系),18,Alan J.Hegger,Alan G.MacDiarmid,Hideki Shirokawa,2000年Noble 化学奖得主for the discovery and development of conductive polymers,高分子化学第一章(中国科学技术大学高分子科学与工程系),19,Robert Bruce Merrifield,198
10、4年Noble 化学奖得主“for his development of methodology for chemical synthesis on a solid matrix(固相合成以高分子作为载体),高分子化学第一章(中国科学技术大学高分子科学与工程系),20,Paul Berg;Walter Gilbert;Frederick Sanger,1980年Noble 化学奖得主for his fundamental studies of the biochemistry of nucleic acids,with particular regard to recombinant-DNA“
11、for their contributions concerning the determination of base sequences(共聚物的序列结构)in nucleic acids,高分子化学第一章(中国科学技术大学高分子科学与工程系),21,Paul J.Flory,1974年Noble 化学奖得主for his fundamental achievements,both theoretical and experimental,in the physical chemistry of the macromolecules,高分子化学第一章(中国科学技术大学高分子科学与工程系),
12、22,Karl Ziegler Giulio Natta,1963年Noble 化学奖得主“for their discoveries in the field of the chemistry and technology of high polymers(Ziegler-Natta引发剂,配位聚合),高分子化学第一章(中国科学技术大学高分子科学与工程系),23,Hermann Staudinger,1953年Noble 化学奖得主“for his discoveries in the field of macromolecular chemistry“(高分子科学的奠基人),高分子化学第一
13、章(中国科学技术大学高分子科学与工程系),24,四、高分子科学的基本概念,高分子和聚合物高分子(macromolecules):由许多结构单元通过化学键连接而成的分子量巨大的化合物(M 104)。聚合物(polymer):由许多结构单元通过化学键连接而成的的化合物。高聚物(high polymer):高分子量聚合物,等同“高分子”。低聚物(oligomer):低分子量聚合物,分子量为数千。,高分子化学第一章(中国科学技术大学高分子科学与工程系),25,四、高分子科学的基本概念,单体(monomer):能够生成聚合物的化合物。小分子单体:如烯烃、二元酸和二元胺等。大分子单体(macromer):
14、如末端含碳碳双键的聚合物。聚合反应(polymerization):将单体转变成聚合物的反应。聚合反应源于小分子的化学反应,但是要求反应具有单一产物和单向进行等特点。,高分子化学第一章(中国科学技术大学高分子科学与工程系),26,四、高分子科学的基本概念,结构单元(structural unit):聚合物中单体的残余部分,为构成聚合物的 结构构件;又称为单体残基(residue)。重复结构单元(repeating structural unit):聚合物中重复出现的结构;又称为链节。单体单元(monomeric unit):结构单元与单体的化学组成相同时,该结构单元可称为单体单元。如烯烃单体的
15、结构单元。末端基团(end group):与聚合条件相关;侧基(side group):主链(backbond,main chain):,高分子化学第一章(中国科学技术大学高分子科学与工程系),27,四、高分子科学的基本概念,聚合度(polymerization degree):聚合物中结构单元的数目(DP)。有时定义为重复结构单元的数目,但是不能适用于所有场合(如逐步聚合的分子量讨论)分子量(molecular weight):聚合物中所有原子的原子量的总和,包括结构单元和端基。,对于高分子而言,分子量是平均值。从分子量角度看,高分子是混合物。,高分子化学第一章(中国科学技术大学高分子科学与
16、工程系),28,四、高分子科学的基本概念,均聚物和共聚物均聚物:只含有一种重复结构单元的聚合物如有机玻璃只含有甲基丙烯酸甲酯的重复结构单元尼龙66含有己二酸和己二胺构成的重复结构单元共聚物:含有多个重复结构单元的聚合物如水立方外部的膜构件为ETFE膜,它是乙烯和四氟乙烯的共聚物,含有两种重复结构单元。,高分子化学第一章(中国科学技术大学高分子科学与工程系),29,实例分析(1)烯烃的聚合(链式、加成),高分子化学第一章(中国科学技术大学高分子科学与工程系),30,结构单元:CO(CH2)4CO 和 NH(CH2)6NH重复结构单元:CO(CH2)4CONH(CH2)6NH,a-A-ab-B-b
17、,a-AB-ba-A-ab-B-b,a-ABAB-ba-ABA-aa-A-a,b-B-bb-BAB-ba-AB-b,种类越来越丰富:从单体到n聚体;n平均值越来越高:产物表现高分子的性质末端仍有可反应基团,实例分析(2)尼龙66的合成(逐步、缩聚),高分子化学第一章(中国科学技术大学高分子科学与工程系),31,实例分析(问题思考),上述两例中,单体和聚合物各是什么?上述两例中,结构单元和重复结构单元是否相同?上述两例中,结构单元和单体的组成是否相同?在哪种情况下,结构单元可称为单体单元?上述两例中,聚合度和方括号后的下标“n”有什么关系?上述两例中,分子量和聚合度有什么样的关系?对于第一例,其
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