Question

2006年6月初，我國一架軍用飛機(jī)在安徽失事，機(jī)上40余人全部遇難。據(jù)統(tǒng)計(jì)，40%的飛機(jī)失事時(shí)機(jī)艙內(nèi)壁和座椅的塑料會(huì)著火冒煙，導(dǎo)致艙內(nèi)人員窒息而死。為此，尋找裝修機(jī)艙的阻燃聚合物是化學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。最近，已合成了一種叫PHA的聚酰胺類高分子，即主鏈內(nèi)有“酰胺鍵”（—CO—NH—）。當(dāng)溫度達(dá)180—2 000 ℃時(shí)，就會(huì)釋放水變成PBO（結(jié)構(gòu)式如下圖所示），后者著火點(diǎn)高達(dá)6 000 ℃，使艙內(nèi)人員逃離機(jī)艙時(shí)間增大10倍。該發(fā)明創(chuàng)造的巧妙之處還在于PHA是熱塑性的（加熱后可任意成型），而PBO卻十分堅(jiān)硬，是熱固性的（加熱不能改變形狀）。

（1）寫出PHA的結(jié)構(gòu)簡式：_____________________________。

（2）根據(jù)高分子結(jié)構(gòu)來解釋，為什么PHA有熱塑料性而PBO卻是熱固性的。

Answer 1

（1）

(2)PHA高分子鍵的共軛性較差，加熱容易發(fā)生鍵的旋轉(zhuǎn)，是柔性骨架，所以PHA具有熱塑性；而PBO高分子鍵的共軛程度高，加熱不容易發(fā)生鍵的旋轉(zhuǎn)，所以PBO是熱固性的。

解析：題中給出的推斷PHA結(jié)構(gòu)式的有用信息有三個(gè)：PHA是聚酰胺類高分子，主鏈內(nèi)有—CO—NH—；PHA失水變成PBO；PBO的結(jié)構(gòu)式。分析這些信息，抓住PBO無—CO—NH—，著重思考以下信息：

（1）PBO中何種結(jié)構(gòu)是由PHA中—CO—NH—衍變來的？

（2）加上H₂O，再把—CO—NH—“還原”出來，將得到何種結(jié)構(gòu)？

顯然，PBO中的五元環(huán)是由PHA中的—CO—NH—與苯環(huán)上的某種基團(tuán)作用脫水而來，加上H₂O，把—CO—NH—“還原”出來后，不難得知苯環(huán)上脫去羥基（—OH），至此PHA的結(jié)構(gòu)式已確定。

    要回答第（2）小題，首先需要明確PHA與PBO的性能差別一定是由其結(jié)構(gòu)差別所致。PHA加熱后可任意成型說明其分子的柔順性好，分子形狀發(fā)生變化時(shí)，分子內(nèi)原子間的相互作用不會(huì)被破壞（有點(diǎn)類似于金屬的延展性），PBO加熱后不能任意改變形狀說明其分子是剛性的，即分子形狀發(fā)生變化時(shí)分子內(nèi)原子間的相互作用會(huì)被破壞而“撕裂”（類似于離子晶體的易脆性）。而二者的結(jié)構(gòu)差別只是PHA中的—CO—NH—與苯環(huán)上的羥基（—OH）作用后形成了PBO中的五元環(huán)，—CO—NH—與五元環(huán)有何不同？前者可以繞鍵軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)，而后者無法自由轉(zhuǎn)動(dòng)，這正是PHA有熱塑性而PBO卻有熱固性的原因。