第40卷第4期2012年2月广州化工
GuangzhouChemicalIndustryVol．40No．4February．2012
浅析有机化学在高分子材料合成中的应用
牛小玲，陈卫星，屈育龙
（西安工业大学材料与化工学院，陕西
摘
西安710032）
*
要：有机化学是高分子材料专业的一门重要的专业基础课，结合多年来高分子材料专业和有机化学的教学实践，本文从高
分子单体的合成、高分子材料的改性、高分子合成新技术三个方面举例探讨了有机化学知识对高分子材料合成的重要作用。
关键词：高分子材料合成；有机化学；应用中图分类号：O62文献标识码：A
文章编号：1001－9677（2012）04－0012－02
DiscussionontheApplicationofOrganicChemistryinPolymerMaterialsSynthesis*
NIUXiao－ling，CHENWei－xing，QUYu－long（SchoolofMaterialsandChemicalEngineering，Xi’anTechnologicalUniversity，ShaanxiXi’an710032，China）Abstract：Organicchemistrywasanimportantbasiccourseforpolymermaterialsmajor．Basedonmanyyearspoly-mermaterialsandorganicchemistryteachingpractice，theimportantroleoforganicchemistryinthesynthesisofpolymermaterialswasdiscussedfromthesynthesisofpolymermonomer，polymermodifiedandadvancedpolymersynthesis．
Keywords：polymermaterialssynthesis；organicchemistry；application
高分子材料科学是在20世纪30年代建立起来的一个较年
与人们的生活息息相关，如塑料、纤维，橡胶等高分子轻的学科，
材料已被广泛应用于生活、工业、科研、国防等领域，其品种、数
已经成为社会不可缺少的材料。因此，各个理工科院校量之大，
纷纷设立高分子材料与工程专业，为社会培养新世纪的高分子材料专业人才。
从高分子材料合成方面来讲，高分子材料的合成反应类型多，结构复杂、体系庞大、数量多、记忆量大，使得一些学生在学习高分子化学时，学习难度大，积极性不高，兴趣不大。针对这一情况，笔者认为解决问题的根本是培养学生对高分子合成的反应类型和反应机理的本质进行深刻理解和熟练掌握。而有机化学是高分子合成的反应类型和反应机理的坚实基础。换言之，有机化学基础知识没有掌握好，高分子材料的合成便不可能学好。因此，有机化学是高分子材料专业的一门重要的专业基础课。在高分子化学教学的过程中发现，如果将其中的有些内
“填鸭式”容结合有机化学知识来加以解释，把教学方式由变为
［1］
“启发式”，学生便更容易理解和掌握所学内容。作者结合多年来高分子材料专业和有机化学的教学实践，从以下几个方面举例，探讨了有机化学知识在高分子材料合成中的应用。
关键的反应机理属于醛、酮的亲核加成反应，即第一步反应中氢
氰酸的氰基负离子进攻丙酮的羰基碳正离子，生成氰醇，然后进行脱水、在硫酸作用下水解、酯化生成MMA。虽然此法反应条
MM的收率为89%，件温和，但是该法生产工艺流程长，涉及原
料多，该过程还存在用剧毒氢氰酸和高腐蚀性硫酸和烧碱作为
需要用耐腐蚀的设备，增加了投资成本。从经济方面和环原料，
保方面考虑是不合适的
。
1在高分子单体合成方面的应用
有机化学在传统高分子单体合成方面的应用一直是高分子材料研究的重点。例如，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），俗称有机玻璃，具有高透明度，低价格，易于机械加工等优点，在许多领域表现出很强的竞争力。PMMA的单体甲基丙烯酸甲酯的合成主要分为两种方法：丙酮氰醇法和异丁烯氧化酯化法。
丙酮氰醇法（ACH法），见反应式（1）。这个合成路线中最
基金项目：西安工业大学校长基金项目（No：XAGDXJJ1009）。作者简介：牛小玲（1976－），女，讲师，博士，研究方向：功能高分子材料。
*
第40卷第4期牛小玲等：浅析有机化学在高分子材料合成中的应用
13
（3
）
3在高分子合成新技术方面的应用
基团转移聚合1983年起Webster等人开始连续报道一种新的聚合方法，即基团转移聚合（GroupTransferPolymerization，GTP）。这是能使α－甲基丙烯酸酯和丙烯酸酯进行活性聚合
其聚合过程分为引发、增长和终止的一种新的高分子合成方法，
三个步骤，前两个步骤如反应式（7）
。
（
（7）
引发和增长反应都是通过烯酮硅缩醛（作为Michael供体）向α，β－不饱和酯（作为Michael受体）进行Michael加成反应而进行的。首先由亲核性催化剂（Nu）和单体的羰基对硅原子进行
和碳原子相同，当硅原子的共价键数为4时结构稳定，但配位，
由于亲核试剂及单体的共同配位作用，使硅原子的周围形成六配位的不稳定的八面体结构。随这一不稳定八面体的形成，使
引发剂与单体之间生引发剂及单体的分子内发生电子的转移，
成C－C键，同时硅基转移到单体的羰基氧上形成一新的烯酮硅缩醛结构（VI）。由以上介绍的GTP聚合机理可以看出，只有羰基的α，β－位上有不饱和双键的单体才能进行基团转移聚合。通常可以进行阴离子聚合的非极性单体如：苯乙烯、共轭二烯以
［5］
及环氧单体等不适合该聚合反应。
总之，有机化学知识在高分子材料合成中应用的例子很多。教学过程中培养学生将有机化学知识和高分子材料合成的相关
从有机化学的角度理解和设计高分子材料合成的反课程结合，
应过程，有利于学生学习高分子化学效率的提高和新型高分子材料设计过程创新思维的开发。反之，通过将有机化学在高分子材料合成的应用实例可以加深学生对有机化学基础的掌握和应用，最终使学生在学习过程中达到对知识的融会贯通。
参考文献
［1］王国建．对《高分子化学》．高分子课程中若干难点的教学体会［J］
2006（8）：88－92．通报，
［2］高鸿宾．有机化学［M］．北京：高等教育出版社，2005：388－389．［3］熊建华，王双飞，叶志青．纤维素的改性技术及进展［J］．西南造纸，
2004，33（6）：24－26．［4］潘祖仁．高分子化学［M］．北京：化学工业出版社，2007：56－60．［5］王国建．高分子合成新技术［M］．北京：化学工业出版社，2004：
45－59．
（6）
从有机化学的角度理解这一反应的机理为：由于聚甲基乙
具有很大的活烯酮侧链上的甲基受羰基强吸电子效应的影响，
性，属于活泼α－H，该氢可以与芳香族醛化合物上的醛基发生羟醛缩合反应，得到了具有α，β－不饱和醛酮的结构，即有感光性能的肉桂酮结构，使该高分子材料成为感光性高分子。
第40卷第4期2012年2月广州化工
GuangzhouChemicalIndustryVol．40No．4February．2012
浅析有机化学在高分子材料合成中的应用
牛小玲，陈卫星，屈育龙
（西安工业大学材料与化工学院，陕西
摘
西安710032）
*
要：有机化学是高分子材料专业的一门重要的专业基础课，结合多年来高分子材料专业和有机化学的教学实践，本文从高
分子单体的合成、高分子材料的改性、高分子合成新技术三个方面举例探讨了有机化学知识对高分子材料合成的重要作用。
关键词：高分子材料合成；有机化学；应用中图分类号：O62文献标识码：A
文章编号：1001－9677（2012）04－0012－02
DiscussionontheApplicationofOrganicChemistryinPolymerMaterialsSynthesis*
NIUXiao－ling，CHENWei－xing，QUYu－long（SchoolofMaterialsandChemicalEngineering，Xi’anTechnologicalUniversity，ShaanxiXi’an710032，China）Abstract：Organicchemistrywasanimportantbasiccourseforpolymermaterialsmajor．Basedonmanyyearspoly-mermaterialsandorganicchemistryteachingpractice，theimportantroleoforganicchemistryinthesynthesisofpolymermaterialswasdiscussedfromthesynthesisofpolymermonomer，polymermodifiedandadvancedpolymersynthesis．
Keywords：polymermaterialssynthesis；organicchemistry；application
高分子材料科学是在20世纪30年代建立起来的一个较年
与人们的生活息息相关，如塑料、纤维，橡胶等高分子轻的学科，
材料已被广泛应用于生活、工业、科研、国防等领域，其品种、数
已经成为社会不可缺少的材料。因此，各个理工科院校量之大，
纷纷设立高分子材料与工程专业，为社会培养新世纪的高分子材料专业人才。
从高分子材料合成方面来讲，高分子材料的合成反应类型多，结构复杂、体系庞大、数量多、记忆量大，使得一些学生在学习高分子化学时，学习难度大，积极性不高，兴趣不大。针对这一情况，笔者认为解决问题的根本是培养学生对高分子合成的反应类型和反应机理的本质进行深刻理解和熟练掌握。而有机化学是高分子合成的反应类型和反应机理的坚实基础。换言之，有机化学基础知识没有掌握好，高分子材料的合成便不可能学好。因此，有机化学是高分子材料专业的一门重要的专业基础课。在高分子化学教学的过程中发现，如果将其中的有些内
“填鸭式”容结合有机化学知识来加以解释，把教学方式由变为
［1］
“启发式”，学生便更容易理解和掌握所学内容。作者结合多年来高分子材料专业和有机化学的教学实践，从以下几个方面举例，探讨了有机化学知识在高分子材料合成中的应用。
关键的反应机理属于醛、酮的亲核加成反应，即第一步反应中氢
氰酸的氰基负离子进攻丙酮的羰基碳正离子，生成氰醇，然后进行脱水、在硫酸作用下水解、酯化生成MMA。虽然此法反应条
MM的收率为89%，件温和，但是该法生产工艺流程长，涉及原
料多，该过程还存在用剧毒氢氰酸和高腐蚀性硫酸和烧碱作为
需要用耐腐蚀的设备，增加了投资成本。从经济方面和环原料，
保方面考虑是不合适的
。
1在高分子单体合成方面的应用
有机化学在传统高分子单体合成方面的应用一直是高分子材料研究的重点。例如，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），俗称有机玻璃，具有高透明度，低价格，易于机械加工等优点，在许多领域表现出很强的竞争力。PMMA的单体甲基丙烯酸甲酯的合成主要分为两种方法：丙酮氰醇法和异丁烯氧化酯化法。
丙酮氰醇法（ACH法），见反应式（1）。这个合成路线中最
基金项目：西安工业大学校长基金项目（No：XAGDXJJ1009）。作者简介：牛小玲（1976－），女，讲师，博士，研究方向：功能高分子材料。
*
第40卷第4期牛小玲等：浅析有机化学在高分子材料合成中的应用
13
（3
）
3在高分子合成新技术方面的应用
基团转移聚合1983年起Webster等人开始连续报道一种新的聚合方法，即基团转移聚合（GroupTransferPolymerization，GTP）。这是能使α－甲基丙烯酸酯和丙烯酸酯进行活性聚合
其聚合过程分为引发、增长和终止的一种新的高分子合成方法，
三个步骤，前两个步骤如反应式（7）
。
（
（7）
引发和增长反应都是通过烯酮硅缩醛（作为Michael供体）向α，β－不饱和酯（作为Michael受体）进行Michael加成反应而进行的。首先由亲核性催化剂（Nu）和单体的羰基对硅原子进行
和碳原子相同，当硅原子的共价键数为4时结构稳定，但配位，
由于亲核试剂及单体的共同配位作用，使硅原子的周围形成六配位的不稳定的八面体结构。随这一不稳定八面体的形成，使
引发剂与单体之间生引发剂及单体的分子内发生电子的转移，
成C－C键，同时硅基转移到单体的羰基氧上形成一新的烯酮硅缩醛结构（VI）。由以上介绍的GTP聚合机理可以看出，只有羰基的α，β－位上有不饱和双键的单体才能进行基团转移聚合。通常可以进行阴离子聚合的非极性单体如：苯乙烯、共轭二烯以
［5］
及环氧单体等不适合该聚合反应。
总之，有机化学知识在高分子材料合成中应用的例子很多。教学过程中培养学生将有机化学知识和高分子材料合成的相关
从有机化学的角度理解和设计高分子材料合成的反课程结合，
应过程，有利于学生学习高分子化学效率的提高和新型高分子材料设计过程创新思维的开发。反之，通过将有机化学在高分子材料合成的应用实例可以加深学生对有机化学基础的掌握和应用，最终使学生在学习过程中达到对知识的融会贯通。
参考文献
［1］王国建．对《高分子化学》．高分子课程中若干难点的教学体会［J］
2006（8）：88－92．通报，
［2］高鸿宾．有机化学［M］．北京：高等教育出版社，2005：388－389．［3］熊建华，王双飞，叶志青．纤维素的改性技术及进展［J］．西南造纸，
2004，33（6）：24－26．［4］潘祖仁．高分子化学［M］．北京：化学工业出版社，2007：56－60．［5］王国建．高分子合成新技术［M］．北京：化学工业出版社，2004：
45－59．
（6）
从有机化学的角度理解这一反应的机理为：由于聚甲基乙
具有很大的活烯酮侧链上的甲基受羰基强吸电子效应的影响，
性，属于活泼α－H，该氢可以与芳香族醛化合物上的醛基发生羟醛缩合反应，得到了具有α，β－不饱和醛酮的结构，即有感光性能的肉桂酮结构，使该高分子材料成为感光性高分子。