有機(jī)化學(xué)知識(shí)在高分子化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

徐 靜

（撫州幼兒師范高等專(zhuān)科學(xué)校，江西南昌 330000）

高分子化學(xué)知識(shí)在所有學(xué)科中相對(duì)較為復(fù)雜，是一門(mén)主要研究聚合反應(yīng)的課程，與有機(jī)化學(xué)聯(lián)系緊密，將有機(jī)化學(xué)應(yīng)用于高分子化學(xué)教學(xué)中具有重要意義。有機(jī)化學(xué)與高分子化學(xué)的有機(jī)結(jié)合不僅能增強(qiáng)學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)關(guān)聯(lián)性的認(rèn)知，提升學(xué)習(xí)效率，促進(jìn)學(xué)生積極探討相關(guān)知識(shí)，還能有效提升教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)高效高分子化學(xué)教學(xué)課堂的構(gòu)建。因此，本文探討了如何將有機(jī)化學(xué)融入高分子化學(xué)教學(xué)過(guò)程中，為高分子化學(xué)教學(xué)效果的改善提供一定的參考依據(jù)。

1 自由基穩(wěn)定性

自由基聚合是高分子化學(xué)教學(xué)中的重要內(nèi)容，所涉及的內(nèi)容較為寬泛，例如聚合動(dòng)力學(xué)、聚合機(jī)理等相關(guān)研究。自由基主要有兩種組合方式，一種是頭頭相接，另一種是頭尾相接，在實(shí)際應(yīng)用中頭尾相接的方式較為普遍。在學(xué)習(xí)自由基的形成時(shí)，主要向?qū)W生解釋了自由基的主要特性、影響因素以及形成過(guò)程。在高分子化學(xué)教學(xué)前，通過(guò)為學(xué)生介紹了有機(jī)化學(xué)中小分子自由基及其反應(yīng)的相關(guān)知識(shí)，為學(xué)生的后續(xù)學(xué)習(xí)內(nèi)容做好鋪墊，提高學(xué)生在學(xué)習(xí)自由基的形成內(nèi)容時(shí)的效率和學(xué)習(xí)質(zhì)量?；瘜W(xué)教師可以適當(dāng)?shù)匾胍褜W(xué)過(guò)的內(nèi)容，鞏固學(xué)生的記憶，降低學(xué)生學(xué)習(xí)高分子化學(xué)的難度。學(xué)生經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的學(xué)習(xí)之后，基本上掌握了現(xiàn)階段的有機(jī)化學(xué)知識(shí)，但是實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)表明，學(xué)生在學(xué)習(xí)完化學(xué)知識(shí)之后如果長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有對(duì)知識(shí)進(jìn)行鞏固和應(yīng)用，就會(huì)對(duì)所學(xué)過(guò)的化學(xué)知識(shí)產(chǎn)生疑惑，部分學(xué)生甚至已經(jīng)完全忘記學(xué)過(guò)那些化學(xué)知識(shí)，因此化學(xué)教師必須督促學(xué)生定期進(jìn)行知識(shí)回顧，在教學(xué)過(guò)程中有效將學(xué)習(xí)過(guò)的有機(jī)化學(xué)知識(shí)結(jié)合到化學(xué)教學(xué)中。該方法不僅可以激發(fā)學(xué)生的興趣，讓學(xué)生將已掌握的化學(xué)知識(shí)應(yīng)用到新知識(shí)中，形成完整的學(xué)習(xí)體系，還能加深學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)的記憶，增加師生之間的交流互動(dòng)，提升高分子化學(xué)教學(xué)效果。當(dāng)鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)在游離聚合物中時(shí)，鏈轉(zhuǎn)移通常發(fā)生在叔碳?xì)湓踊蚵仍由?，使得相關(guān)叔碳原子能夠帶上獨(dú)電子，進(jìn)一步導(dǎo)致個(gè)體發(fā)生聚合，形成支鏈。當(dāng)在課堂上問(wèn)學(xué)生為什么反應(yīng)發(fā)生在叔碳上？學(xué)生們就比較迷茫。其實(shí)可以通過(guò)在有機(jī)化學(xué)當(dāng)中所學(xué)到的知識(shí)來(lái)回答這個(gè)問(wèn)題。有機(jī)化學(xué)中自由基的穩(wěn)定性順序?yàn)椋菏逄甲杂苫?仲碳自由基>伯碳自由基，由超共軛效應(yīng)所引起。相對(duì)應(yīng)的聚合物主鏈結(jié)構(gòu)主要包含仲碳和三個(gè)層次。如果奪取了相應(yīng)的氫，則叔碳自由基和仲碳自由基是分別形成的，因?yàn)槭逄甲杂苫雀?jìng)爭(zhēng)反應(yīng)更容易形成碳自由基，一般的鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)更容易捕獲叔碳原子上的氫原子。氯原子為什么容易脫去？事實(shí)上，C—Cl和C—Br鍵更低，可以很容易地從相關(guān)C—H鍵上斷開(kāi)。因此，四氯化碳和轉(zhuǎn)移四環(huán)性相對(duì)來(lái)說(shuō)非常恒定，通常用作調(diào)節(jié)聚合的溶劑。例如，在學(xué)習(xí)烯丙基的內(nèi)容時(shí)，主要研究烯丙基的自阻聚作用，只有理解了自由基的穩(wěn)定性才能真正掌握烯丙基相關(guān)知識(shí)。在有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域，如果自由基遇到苯基等與碳原子連接相關(guān)的物質(zhì)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生P-π共軛效應(yīng)，使得自由基的穩(wěn)定性增加。自由基的穩(wěn)定性越強(qiáng)，就越容易形成有機(jī)物質(zhì)。對(duì)于穩(wěn)定烯丙基自由基而言，與相對(duì)穩(wěn)定自由基相比而言，如果其活性較低，就無(wú)法實(shí)現(xiàn)鏈增長(zhǎng)，從而與其他類(lèi)型的自由基組成在一起，導(dǎo)致鏈停止，充分發(fā)揮了烯丙基自阻聚的作用。當(dāng)丙烯雙鍵鄰位α-H狀態(tài)較為活潑時(shí)，會(huì)導(dǎo)致其失去某些化學(xué)元素，產(chǎn)生P-π共軛效應(yīng)。

2 電子及位阻效應(yīng)

電子效應(yīng)和位阻效應(yīng)是有機(jī)化學(xué)中的關(guān)鍵教學(xué)內(nèi)容，所涉及的化學(xué)知識(shí)包括反應(yīng)歷程、化合物、反應(yīng)機(jī)理選擇、中間體穩(wěn)定性等方面，分節(jié)內(nèi)容較多，對(duì)于高分子化學(xué)的學(xué)習(xí)具有重要作用。例如，在學(xué)習(xí)單體對(duì)聚合機(jī)理選擇時(shí)，由于與分子元素有緊密聯(lián)系，應(yīng)根據(jù)電子效應(yīng)來(lái)進(jìn)行，帶吸電子取代基的單體作用十分顯著，能夠有效促進(jìn)陰離子和陽(yáng)離子聚合。但對(duì)于共軛烯類(lèi)單體而言，由于單體中電子云流動(dòng)性較強(qiáng)，容易誘導(dǎo)極化，所以具有聚合陰陽(yáng)離子的作用，此外，還可以聚合自由基。另外，單體取代基的位阻效應(yīng)在聚合動(dòng)力學(xué)中具有重要影響作用，比如1,2-二取代烯類(lèi)單體在位阻效應(yīng)的作用下很難聚合，也很難形成二聚體，而1,1-雙取代烯類(lèi)很容易發(fā)生聚合。取代基還會(huì)對(duì)自由基活性和共聚合中單體產(chǎn)生作用，包括位阻效應(yīng)、共軛效應(yīng)、極性效應(yīng)等，產(chǎn)生的影響程度均有所不同。

3 縮減副反應(yīng)

在學(xué)習(xí)聚合反應(yīng)時(shí)，發(fā)生縮合聚合反應(yīng)，就必然會(huì)有副反應(yīng)發(fā)生，副反應(yīng)類(lèi)型主要有以下幾種：消除、鏈反應(yīng)、化學(xué)降解、環(huán)化反應(yīng)。從消除反應(yīng)來(lái)看，脫出分解官能團(tuán)必然會(huì)對(duì)聚合反應(yīng)產(chǎn)生一定影響，會(huì)影響縮合聚合的反應(yīng)程度等，這里面最典型的就是脫羧反應(yīng)。教學(xué)老師在教授該部分內(nèi)容時(shí)，進(jìn)度不能太快，一定要幫助學(xué)生復(fù)習(xí)脫羧反應(yīng)的主要內(nèi)容，然后通過(guò)提問(wèn)展開(kāi)教學(xué)，讓學(xué)生自主探索，在什么情況下更容易發(fā)生脫羧反應(yīng)，引導(dǎo)學(xué)生理解記憶。環(huán)化副反應(yīng)對(duì)聚合反應(yīng)的影響很大，發(fā)生環(huán)化的基團(tuán)無(wú)法繼續(xù)參加聚合反應(yīng)，開(kāi)環(huán)和環(huán)化是兩個(gè)典型的逆反應(yīng)。在有機(jī)化學(xué)中學(xué)習(xí)過(guò)的容易發(fā)生環(huán)化反應(yīng)的情況相對(duì)較少，在能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的五、六元環(huán)化產(chǎn)物時(shí)，環(huán)化反應(yīng)極易發(fā)生，要盡量避免這類(lèi)副產(chǎn)物的生成，才能進(jìn)一步提高聚合反應(yīng)的聚合度。

例如，在生成聚酯和聚酰胺的聚合反應(yīng)時(shí)，分子鏈當(dāng)中的酯基比較活潑，極易與水、醇、羧酸等化合物發(fā)生分解反應(yīng)，這就是副反應(yīng)。其原理和有機(jī)化學(xué)中學(xué)習(xí)水解、胺解、酸解等分解反應(yīng)有很大聯(lián)系。鏈交換反應(yīng)主要是兩個(gè)分子鏈間某一部分發(fā)生交換，這會(huì)使分子鏈的分散度減小，是一種副反應(yīng)。以聚酯和聚酰胺為例，兩者共熱可以發(fā)生鏈交換反應(yīng)，生產(chǎn)新的產(chǎn)物，即嵌段共聚物聚酯-聚酰胺，比較而言它的形成原理比較容易理解，主要在發(fā)生的酯交換反應(yīng)時(shí)，還進(jìn)行了酰胺化反應(yīng)。從整體分析，有機(jī)化學(xué)的學(xué)習(xí)是非常重要的，為后面高分子化學(xué)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，讓學(xué)生由淺入深理解高分子聚合反應(yīng)，既知其然也知其所以然，幫助學(xué)生更輕松地學(xué)習(xí)高分子化學(xué)。

4 嵌段共聚物的制備

由于活性陰離子的聚合，整合鏈段的共聚物可以從單個(gè)連續(xù)體當(dāng)中加入。還應(yīng)當(dāng)注意到的是，在該方法中，用于整合的鏈段共聚物的鏈段制備是單體供應(yīng)的順序，所有活性聚合物可以引發(fā)另一個(gè)單體聚集，PKA值相對(duì)很高，并且可以引發(fā)PKA值小的單體；反之則不可能。很多同學(xué)并沒(méi)有意識(shí)到這部分內(nèi)容，其實(shí)可以通過(guò)共軛酸堿理論來(lái)闡明。化合物的PKA值越大，也就是說(shuō)化合物的酸是弱的，根據(jù)普通酸堿理論，它的普通堿，對(duì)應(yīng)的負(fù)離子是大的；而PKA值反過(guò)來(lái)就是這些重要的化合物，對(duì)應(yīng)負(fù)離子的堿基是弱的。結(jié)合劑的陰離子聚合是由強(qiáng)堿性負(fù)離子（強(qiáng)力核試劑）對(duì)攻擊性鍵對(duì)產(chǎn)生的，另一個(gè)負(fù)離子是通過(guò)反應(yīng)產(chǎn)生的。根據(jù)有機(jī)酸基本反應(yīng)理論，反應(yīng)是正向進(jìn)行的，必然是強(qiáng)酸向弱酸或強(qiáng)堿向弱堿的轉(zhuǎn)化。因此，一旦PKA單體形成負(fù)離子，堿度就很強(qiáng)，堿度是相對(duì)弱的離子的強(qiáng)核，這些離子親核PKA值并打開(kāi)兩個(gè)鍵，形成相對(duì)低的堿度。相反，情況并非如此。根據(jù)酸堿理論，可以通過(guò)使用PKA值來(lái)指導(dǎo)封閉鏈段共聚物中單體的順序。除了以上，還有許多關(guān)于高分子化學(xué)中有機(jī)化學(xué)知識(shí)的其他部分。在相關(guān)縮合反應(yīng)與有機(jī)化學(xué)中的各種官能團(tuán)有關(guān)。反應(yīng)性聚合物部分用于許多反應(yīng)，如氫化、鹵化物、硝化、酯化、醚化、水解、醇、甲醛、烷基化、氯化物等。此外，有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)操作技能和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)對(duì)后面分子化學(xué)的正常運(yùn)行有相當(dāng)大的影響。

5 結(jié)束語(yǔ)

有機(jī)化學(xué)的根本性理論對(duì)于高分子化學(xué)教學(xué)具有重要現(xiàn)實(shí)意義，有機(jī)化學(xué)的相關(guān)知識(shí)滲透在高分子化學(xué)學(xué)習(xí)體系中的每個(gè)環(huán)節(jié)?；瘜W(xué)教師在日常教學(xué)中，通過(guò)幫助學(xué)生對(duì)已學(xué)化學(xué)知識(shí)進(jìn)行回顧，讓學(xué)生掌握靈活運(yùn)用方法將有機(jī)化學(xué)結(jié)合到新的知識(shí)學(xué)習(xí)中，不僅能加深學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)的記憶，開(kāi)拓學(xué)生的思維，還能提升化學(xué)教學(xué)效率，獲得良好的教學(xué)效果。