《有机大分子化合物》课件.ppt
有机大分子化合物探索构成生命与现代材料基础的大分子世界
课程大纲基本概念与分类了解大分子定义与分类体系合成高分子化合物聚合反应及工业生产方法天然高分子化合物探索自然界中的大分子结构结构与性质关系分析分子结构如何影响性能现代应用与发展前沿技术与未来发展方向
第一部分：基本概念分子基础大分子的定义与特点发展历程重要理论与突破分类系统多维度分类方法
什么是有机大分子化合物？分子量大通常大于10,000重复结构由多个结构单元组成聚合物高分子同义概念广泛存在自然界和工业中普遍
大分子化合物的发展历史1920年代施陶丁格提出大分子概念1953年沃森和克里克发现DNA双螺旋1963年朱利奥·纳塔获诺贝尔化学奖2000年后功能性高分子材料快速发展
大分子化合物的分类方法按来源合成高分子、天然高分子按结构线性、分支、交联、网状按合成方式缩聚、加聚、开环聚合按性能热塑性、热固性、弹性体
第二部分：合成高分子化合物特种功能高分子智能响应、导电、生物可降解工程塑料与特种材料高性能、特定用途通用塑料、橡胶与纤维大宗生产、广泛应用聚合反应与生产方法合成基础、工艺路线
聚合反应概述加成聚合自由基、离子、配位聚合缩合聚合脱水、脱醇、脱卤等开环聚合环状单体开环形成链状聚合度调控分子量分布的控制
自由基聚合机理引发阶段引发剂分解生成自由基自由基与单体结合形成活性中心增长阶段活性中心不断与单体加成链迅速生长延伸终止阶段自由基相互结合或歧化聚乙烯和聚丙烯生产实例
离子聚合阳离子聚合Lewis酸催化适用于富电子单体环氧树脂生产阴离子聚合碱金属催化适用于缺电子单体丁苯橡胶合成活性聚合物链端保持活性可继续引发聚合嵌段共聚物制备
配位聚合Ziegler-Natta催化剂过渡金属卤化物与烷基铝组合茂金属催化剂结构明确、活性高立构规整性控制等规、间规聚合物制备工业影响聚烯烃生产革命性突破
缩聚反应2官能度要求单体官能度≥2才能形成聚合物3官能度影响官能度2时形成交联或网状结构10?分子量上限典型缩聚物分子量范围98%转化率要求获得高分子量所需最低转化率
聚合物的工业生产方法聚合方法优点缺点本体聚合简单热控难溶液聚合均相成本高悬浮聚合热控好污染乳液聚合速率快纯化难
常见合成树脂聚乙烯(PE)密度0.92-0.97g/cm3包装材料首选聚氯乙烯(PVC)全球产量4500万吨/年建筑材料广泛应用聚苯乙烯(PS)透明且易加工一次性餐具常用PMMA光透率92%有机玻璃应用广泛
工程塑料
合成纤维聚酯纤维全球市场份额约50%1聚酰胺纤维优良的力学性能2聚丙烯腈纤维保暖性好聚氨酯弹性纤维可伸长400-700%4
合成橡胶丁苯橡胶(SBR)耐磨性优于天然橡胶丁腈橡胶(NBR)耐油性优异氯丁橡胶(CR)耐候性、阻燃性好硅橡胶耐温范围-60°C至250°C
特种功能高分子导电高分子电导率10?1?~10?S/cm应用：传感器、电极材料光电高分子量子效率可达20%应用：OLED、太阳能电池生物可降解高分子PLA、PCL等应用：医疗器械、包装智能响应高分子对pH、温度敏感应用：药物递送、传感器
聚合物共混与复合材料物理共混两相或多相体系化学改性接枝、嵌段共聚填料增强碳纤维可提高强度300%纳米复合添加量5%效果显著
第三部分：天然高分子化合物
天然高分子概述生物合成特点生物体内酶催化合成精确的分子量与结构主要类别多糖类蛋白质类核酸类功能特性结构精确性功能专一性生物降解性应用前景生物材料医疗领域环境友好材料
多糖类化合物（一）：淀粉直链淀粉支链淀粉
多糖类化合物（二）：纤维素1000亿年产量（吨）地球上最丰富的有机物质β-1,4糖苷键类型葡萄糖单元连接方式15000聚合度一个分子中的葡萄糖单元数3-5氢键数量每个葡萄糖单元形成的氢键
多糖类化合物（三）：其他多糖几丁质甲壳动物外壳主要成分海藻酸盐褐藻细胞壁主要成分琼脂红藻提取物，凝胶性能优良透明质酸人体结缔组织重要成分
蛋白质（一）：基本结构1四级结构多条肽链组装2三级结构空间折叠构象3二级结构α螺旋和β折叠一级结构氨基酸序列
蛋白质（二）：功能与应用酶生物催化剂，专一性高1抗体免疫系统核心分子结构蛋白胶原蛋白、角蛋白蛋白质工程药物研发关键技术
核酸：DNA与RNADNA双螺旋结构脱氧核糖骨架A-T，G-C碱基配对遗传信息储存RNA单链结构核糖骨架A-U，G-C碱基配对参与蛋白质合成应用领域基因工程分子诊断基因治疗DNA数据存储
天然橡胶化学结构聚异戊二烯的顺-1,4结构提取来源橡胶树汁液中含量约35%硫化过程硫原子形成交联增强性能主要用途轮胎工业的关键原材料
第四部分：结构与性质关系分子结构层面空间构型、立体规整性分子量及分子量分布相态转变特性玻璃化转变温度结晶性与非结晶性宏观性能表现力学性能、溶液性质电学、光学特性及老化稳定性
大分子的空间构型
分子