# 缩聚物

> CIE A-Level 化学 · 9701
> 来源: https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9701-u24-condensation-polymers/

本小节介绍了缩聚物如何从双官能团单体形成，重点讲解酯键和酰胺键，以及如何从给定聚合物结构识别单体。你将学习常见的人工合成和天然缩聚物实例。

**先修:** [官能团化学](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9701-u18-functional-groups/); [酯和酰胺的形成](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9701-u18-carboxylic-acid-derivatives/)

## 学习目标

- 区分缩聚反应和加聚反应
- 根据单体结构画出缩聚物的重复单元
- 从给定的缩聚物重复单元推导单体结构
- 说出常见聚酯和聚酰胺的名称

## 缩聚物的形成过程

**缩聚反应** — 一种逐步增长的聚合反应，双官能团单体反应形成聚合物链，同时脱去稳定的小分子副产物（通常是水或氯化氢）

*例:* 尼龙由1,6-二氨基己烷和己二酸形成，每个重复单元脱去2分子水

与加聚物（由烯烃单体形成，无副产物）不同，缩聚物需要具有可相互反应的活性官能团。大多数缩聚物由两种不同单体形成，每个单体带有两个官能团，也有一些缩聚物由带有两种不同官能团的单种单体形成。

**例题:** 画出乙二醇与对苯二甲酸反应生成的聚合物的重复单元，命名该聚合物并指出脱去的副产物。

1. 识别官能团：二元醇（两个-OH基团）和二元羧酸（两个-COOH基团）。每个-OH都会与-COOH发生缩合反应。
2. 从羧酸上脱去-OH，从醇上脱去-H，形成游离的成键位点：
3. $$-\text{O-CH}_2\text{CH}_2\text{-O-OC-C}_6\text{H}_4\text{-CO}-$$
4. 该聚合物是聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET，涤纶），脱去的副产物是水。

> **exam_tip**
>
> 务必在重复单元的两端画出游离键（短横线）以表示聚合物链延伸，这是考试评分的常见要求。

*计算器:* forbidden

## 聚酯

**聚酯** — 相邻单体单元通过酯键（-COO-）连接的缩聚物

*例:* 常见实例有涤纶（PET）和可生物降解聚合物聚乳酸（PLA）

聚酯可通过两种方式形成：(1) 二元醇单体与二元羧酸单体反应，或(2) 单种羟基羧酸单体，该单体同一分子中同时含有-OH和-COOH基团。

**例题:** 乳酸（$\text{CH}_3\text{CH(OH)COOH}$）聚合形成PLA，推导PLA重复单元的结构。

1. 乳酸是单种单体，每个分子带有一个-OH和一个-COOH基团，因此可以通过缩合反应与其他乳酸分子反应。
2. 从-OH基团脱去H，从-COOH基团脱去OH，形成成键位点，得到重复单元：
3. $$-\text{O-CH(CH}_3\text{)-CO}-$$
4. 单元之间的连接键是酯键，证明PLA是聚酯，脱去的副产物是水。

*计算器:* forbidden

## 聚酰胺

**聚酰胺** — 相邻单体单元通过酰胺键（-CONH-）连接的缩聚物

*例:* 人工合成实例：尼龙；天然实例：由氨基酸构成的蛋白质

聚酰胺的形成方式与聚酯类似，但使用氨基而非醇羟基。聚酰胺可由二胺+二元羧酸形成，也可由同时带有氨基和羧基的氨基酸单体形成。在生物蛋白质中，酰胺键也称为肽键。

**例题:** 尼龙66由1,6-二氨基己烷（$\text{H}_2\text{N(CH}_2\text{)}_6\text{NH}_2$）和己二酸（$\text{HOOC(CH}_2\text{)}_4\text{COOH}$）形成，画出重复单元并写出副产物。

1. 识别官能团：二胺（两个-NH$_2$）和二元羧酸（两个-COOH），反应时形成酰胺键。
2. 从氨基上脱去H，从羧酸上脱去OH，形成成键位点，得到重复单元：
3. $$-\text{NH-(CH}_2\text{)}_6\text{-NH-CO-(CH}_2\text{)}_4\text{-CO}-$$
4. 每个酰胺键脱去一分子水，因此尼龙66的每个完整重复单元脱去两分子水。

> **info**
>
> 天然聚酰胺包括羊毛和蚕丝，它们都是由氨基酸单体构成的长蛋白质链。

*计算器:* forbidden

## 从聚合物结构识别单体

考试中常见的题型是给出缩聚物结构，要求你找出单体。该过程通过水解逆转缩合反应完成，步骤如下：

1. 在连接键处断裂聚合物链：酯键在C-O之间断裂，酰胺键在C-N之间断裂
2. 在羰基碳（来自羧酸部分）上加一个-OH基团
3. 在氧（聚酯）或氮（聚酰胺）上加一个-H
4. 检查每个单体都带有两个正确的官能团

**例题:** 某缩聚物的重复单元为 $-\text{NH-(CH}_2\text{)}_5\text{-CO}-$，写出单体结构。

1. 在羰基碳和氮原子之间断裂酰胺键。
2. 在羰基碳上加-OH，在氮原子上加-H，得到：
3. $$\text{H}_2\text{N-(CH}_2\text{)}_5\text{-COOH}$$
4. 这是单种氨基羧酸单体，通过缩聚反应形成尼龙6。

*计算器:* forbidden

## 常见错误

- **错误做法:** 聚合反应方程式中忘记写出脱去的副产物
  - 原因: 评分通常会给副产物设置分值，配平的方程式必须包含副产物
  - 正确做法: 每个连接键加一分子水（或氯化氢）；由两种单体形成的重复单元会脱去2个小分子副产物
- **错误做法:** 推导单体时在错误位置断裂聚合物连接键
  - 原因: 学生经常错误断裂羰基的C=O键，而不是连接键中的C-O/C-N键
  - 正确做法: 酯键始终在C-O之间断裂，酰胺键始终在C-N之间断裂；绝对不要断裂羰基双键
- **错误做法:** 重复单元两端没有画出延伸的短横线
  - 原因: 考官会扣分，如果画了完整端基（H/OH）而没有表示链延伸
  - 正确做法: 始终在重复单元两端画出短横线，代表聚合物链延伸
- **错误做法:** 混淆酯键和酰胺键
  - 原因: 学生经常搞错连接键中氧和氮的位置
  - 正确做法: 记住：酯键 = C-O-C=O（单元之间有氧），酰胺键 = C-N-C=O（单元之间有氮）
- **错误做法:** 认为所有缩聚物都需要两种不同单体
  - 原因: 大多数常见实例使用两种单体，因此学生忘记了单单体缩聚物的存在
  - 正确做法: 检查重复单元长度：单单体（如乳酸、氨基酸）形成的重复单元更短

## 速查表

| 聚合物类型 | 单体 | 连接键 | 副产物 | 实例 |
| --- | --- | --- | --- | --- |
| 聚酯 | 二元醇 + 二元羧酸 | 酯键 (-COO-) | 水 | 涤纶 (PET) |
| 聚酯 | 羟基羧酸 | 酯键 (-COO-) | 水 | 聚乳酸 (PLA) |
| 聚酰胺 | 二胺 + 二元羧酸 | 酰胺键 (-CONH-) | 水 | 尼龙 6,6 |
| 聚酰胺/蛋白质 | 氨基酸 | 肽键 (-CONH-) | 水 | 天然蚕丝/羊毛 |

## 下一步

缩聚物将基础的有机官能团化学与材料科学和生物化学联系起来，这是CIE A-Level化学考试的两个重点领域。掌握本小节内容能让你应对考试中选择题和拓展回答题中都经常出现的聚合物结构、性质和环境影响相关问题。缩聚反应也是蛋白质和糖类等生物聚合物的形成基础，这些内容在大纲的生物化学部分有所涉及。点击下方链接继续你的备考。

- [加聚物](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9701-u24-addition-polymers/)
- [氨基酸、蛋白质与DNA](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9701-u25-overview/)
- [氨基酸](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9701-u25-amino-acids/)

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