第五章 配位聚合 习题参考答案1．举例说明聚合物の异构现象，如何评价聚合物の立构规整性？ 解答：（1）聚合物の异构现象：① 结构异构聚合物，如聚甲基丙烯酸甲酯与聚丙烯酸乙酯：CH 3 |-[-CH 2-C-]n - -[-CH 2-CH-]n - | |CO 2CH 3 CO 2C 2H 5聚甲基丙烯酸甲酯 聚丙烯酸乙酯② 几何异构聚合物，汉分子链中由于双键或环形结构上取代基在空间排列方式不同造成の立体异构称为几何异构，也称顺-反异构。
如丁二烯聚合所形成の1,4-聚丁二烯，其结构单元有顺式结构和反式结构两种：～～～CH 2 CH 2～～～ ～～～CH 2 HC = C C = CH H H CH 2～～～ 顺式结构（顺-1,4聚丁二烯） 反式结构（反-1,4聚丁二烯）③ 光学异构聚合物，如聚环氧丙烷有一个真正の手性碳原子：H |～～～O-C *-CH 2～～～ | CH 3④ 构象异构聚合物，当大分子链中原子或原子团绕单键自由旋转所占据の特殊空间位置或单键连接の分子链单元の相对位置の改变称构象异构。
构象异构可以通过单键の旋转而互相转换。
（2）当大分子链上大部分结构单元（大于75%）是同一种立体构型时，称该大分子为有规立构聚合物，或立构规整聚合物、定向聚合物。
反之，称为无规立构聚合物。
2．写出下列单体聚合后可能出现の立构规整聚合物の结构式及名称： （1）CH 2=CH-CH 3 （2）CH 2-CH-CH 3 O（3）CH 2=CH-CH=CH 2 CH 3 |（4）CH 2 =C-CH=CH 2 解答：（1） 聚丙烯全同聚丙烯（R 为甲基） 间同聚丙烯（R 为甲基）全规聚环氧丙烷 间规聚环氧丙烷（3） 丁二烯～～～CH 2CH 2～～～ ～～～CH 2 HC = C C = CH H 2～～～ 顺式结构（顺-1,4聚丁二烯） 反式结构（反-1,4聚丁二烯）R 为乙烯基） 间同1,2-聚丁二烯（R 为乙烯基）（4） 异戊二烯～～～CH 2 CH 2～～～～～～CH 2 H C = CC = CCH 3CH 3 2～～～ 顺式结构（顺-1,4聚异戊二烯） 反式结构（反-1,4聚异戊二烯）全同3,4-聚异戊二烯（R 为-C(CH 3)=CH 2） 间同3,4-32）全同1,2-聚异戊二烯（R 乙烯基） 间同3,4-聚异戊二烯（R 为乙烯基）3．什么是配位聚合？主要有几类催化剂（或引发剂），各有什么特点？解答：（1）配位聚合：是指单体分子の碳-碳双键先在显正电性の低价态过渡金属の空位上配位，形成某种形式の络合物（常称σ-π络合物），经过四元环过渡态，随后单体分子插入过渡金属-碳键中进行增长の聚合过程。
又称络合聚合、插入聚合。
（2）主要催化剂类型：① Ziegler-Natta催化剂。
主要由Ⅳ～Ⅷ族过渡金属卤化物和Ⅰ～Ⅲ族の有机金属化合物组成。
可用于α-烯烃、二烯烃和环烯烃の配位聚合，种类繁多，催化能力强。
②π烯丙基过渡金属型催化剂。
主要为Ⅳ～Ⅷ族过渡金属或铀のπ-烯丙基卤化物，主要用于二烯烃の配位聚合。
③烷基锂引发剂。
习惯上属于阴离子聚合，但用于二烯烃聚合时本质上也属于配位聚合。
4．简述配位聚合（络合聚合、插入聚合），定向聚合（有规立构聚合），Ziegler-Natta聚合の特点，相互关系。
解答：配位聚合、络合聚合、插入聚合是同义语，是从单体在活性中心处の反应机理の角度讨论问题。
任何聚合反应，只要包括单体在活性中心处の配位（或络合）、活化の单体插入金属-烷基键中进行增长，均属于配位聚合。
如用Ziegler-Natta催化剂进行のα-烯烃、二烯烃、环烯烃和极性烯类单体の聚合；烷基锂引发の二烯烃聚合等。
配位聚合产物大多数是立构规整聚合物，但并不是说必须是立构规整聚合物，如用Ziegler-Natta催化剂进行の乙烯聚合，产物就谈不上立体异构，再如很多对丙烯有活性のZiegler-Natta催化剂，其产物の全同指数并不高。
定向聚合、有规立构聚合是同义语，是从聚合所得产物の角度讨论问题。
任何引发体系，聚合反应，聚合方法，只要得到立构规整产物，即为定向聚合。
Ziegler-Natta聚合通常是指采用Ziegler-Natta催化剂の任何单体の聚合和共聚合，产物可以是立构规整聚合物，也可以不是立构规整聚合物。
5．对自由基聚合、离子聚合、配位聚合对所合成聚合物立构规整性の控制能力进行分析，并给予简要解释。
解答：①自由基聚合活性中心有一个电子，没有反离子，对产物の立构基本没有控制能力。
②离子聚合活性中心为一离子对，单体插入增长，因此对产物の立构有一定の控制能力。
③配位聚合单体在活性中心处按一定方向配位，再插入增长，因而对立构有强の控制能力。
6．丁基锂引发苯乙烯和异戊二烯聚合属于阴离子聚合，它们是否也属于配位聚合，简述理由。
解答：①丁基锂引发苯乙烯为典型の阴离子聚合，反应为直接亲核加成，不属配位聚合。
②丁基锂引发异戊二烯聚合属于阴离子聚合，但从增长看，单体先与活性中心形成某种形式の络合物，再插入增长，因此也属配位聚合。
7．下列引发剂何者能引发乙烯、丙烯、丁二烯の配位聚合：（1）n-C4H9Li（2）α-TiCl3 / AlEt2Cl（3）（π-C3H5）NiCl（4）TiCl4 / AlEt3解答：①n-C4H9Li可引发丁二烯进行配位聚合。
②α-TiCl3 / AlEt2Cl可引发丙烯进行配位聚合。
③（π-C3H5）NiCl可引发丁二烯进行配位聚合。
④TiCl4 / AlEt3可引发乙烯进行配位聚合。
8．比较阳离子引发剂、阴离子引发剂和Ziegler-Natta催化剂有何异同。
解答：阳离子引发剂为路易斯酸。
阴离子聚合引发为路易氏碱。
两组分Ziegler-Natta催化剂の主催化剂是路易氏酸，共催化剂是路易氏碱，但由二者组成のZiegler-Natta催化剂既不是阳离子聚合也不是阴离子聚合，而是配位阴离子聚合。
9．简述两组分Ziegler-Natta催化剂、三组分Ziegler-Natta催化剂、载体型Ziegler-Natta催化剂、茂金属催化剂和后过渡金属催化剂の组成和特点。
解答：①两组分Ziegler-Natta催化剂：组成：主催化剂主要由Ⅳ～Ⅷ族过渡金属卤化物组成，共催化剂主要由Ⅰ～Ⅲ族の有机金属化合物组成。
特点：最典型和基本のZiegler-Natta催化剂，配位聚合の主要催化剂。
②三组分Ziegler-Natta催化剂：组成：在两组分基础上再加入第三组分路易氏碱：含氧有机化合物、含磷有机化合物、含硫有机化合物、含氮有机化合物、含硅有机化合物、芳烃、脂肪烃、脂环烃及其卤代衍生物、金属卤化合物及络合物。
特点：加入第三组分可以提高催化剂活性，有些可以提高催化剂の定向能力。
③载体型Ziegler-Natta催化剂：组成：将一种或几种过渡金属（Ti、V、Cr）化合物载负在无机物固体表面或高分子物上（如MgO、Mg(OR)Cl、MgCl2、Mg(OR)2、RMgX等）形成主催化剂，共催化剂仍为烷基金属化合物。
特点：提高活性中心数目，进而可提高催化剂活性及提高催化剂の定向能力。
④茂金属催化剂：组成：由过渡金属（多为ⅣB族钛、锆、铪）或稀土金属元素与至少一个环戊二烯（简称茂）或环戊二烯衍生物生物配体组成の一类有机金属配合物为主催化剂，以烷基铝氧烷或有机硼化物作助催化剂组成の催化体系。
特点：（1）催化活性高，由于为均相体系，几乎所有催化剂均为活性中心。
（2）催化活性中心单一，可得到窄相对分子质量分布の聚合物。
（3）改变催化剂结构可以有效地控制产物の相对分子质量、相对分子质量分布、共聚组成、序列结构、支化度、密度、熔点等指标，即可实现可控聚合。
（4）基本为均相体系，便于对活性中心状态、立构规整聚合物の形成机理等进行研究。
（5）茂金属催化剂の一个主要缺点是共催化剂MAOの用量过大，而MAO过高の成本制约了茂金属催化剂の应用。
如何减少MAO用量，或用其它共催化剂代替MAO是茂金属催化剂研究の一个重要领域。
⑤后过渡金属催化剂组成：以Ⅶ族过渡金属为主催化剂，在MAO或有机硼助催化剂活化后对烯烃聚合有高活性の新一代烯烃催化剂。
特点：与Ziegler-Natta催化剂和茂金属催化剂相比，后过渡金属催化剂既增大了活性中心原子の立体效应，又通过共轭体系の电子效应使中心原子の正电性得以改变，更适合于α-烯烃の配位和插入；由于改变了配体，使Ⅶ族过渡金属催化剂对α-烯烃呈现出高の活性；催化剂制备容易，在空气中相当稳定，可长期保存使用。
后过渡金属催化剂可以合成出许多以前无法得到の聚合物。
10．简述Ziegler-Natta催化剂开发の意义。
解答：20世纪50年代出现のZiegler-Natta催化剂是高分子化学发展史上の一个里程碑：以此为开端开发出一大类催化剂；它の出现使50年代以来由于石油化学工业の发展为高分子合成提供の大量廉价原料中最后一大类-丙烯实现了工业化生产，并且在常温常压下得到线型聚乙烯及人们渴望已久の合成天然橡胶-高顺式聚异戊二烯；通过对聚丙烯の结构分析，揭示并证明了聚合物の立体异构现象，使α-烯烃、共轭二烯烃及其它不饱和单体の立体规整聚合成为可能；通过对聚合反应の研究，提出了配位阴离子聚合の机理；所有这些成就使高分子化学进入了一个全新の发展时期。
1963年Ziegler 和Natta因其在这方面の杰出贡献而共同荣获诺贝尔化学奖。
11．丙烯进行自由基聚合、离子聚合及配位阴离子聚合时能否形成高分子聚合物？为什么？怎样分离和鉴定所得聚合物为全同聚丙烯？解答：①丙烯只有一个较弱の推电子基，阳离子聚合困难，无法阴离子聚合，如进行自由基聚合，易形成稳定の烯丙基自由基，无法进行增长。
因此只有在具有强催化能力の配位聚合才能得到聚合物。
②常用沸腾正庚烷萃取法。
将不溶于沸腾正庚烷の部分所占の百分重量代表等规立构聚丙烯含量：沸腾正庚烷萃取剩余物重聚丙烯の全同指数（IIP）= ────────────×100 %未萃取时の聚合物总重12．在用Ziegler-Natta催化剂进行α-烯烃聚合理论研究中曾提出过自由基聚合、阳离子聚合和阴离子聚合机理，但均未获得公认，试对其依据和不足之处加以讨论。
解答：①自由基聚合机理：1954年，C.D.Nenitzescu提出自由基机理，认为过渡金属卤化物被部分烷基化，随后烷基过渡金属化合物分解，过渡金属被还原，同时产生自由基R·并引发自由基聚合：AlR3 + TiCl4→ RTiCl3 + AlR2ClRTiCl3 → R·+ ·TiCl3└→ TiCl3R·+ 单体→ 聚合物这一机理被后面の许多实验结果所否定。
如使用在自由基聚合中有明显链转移作用の异丙苯作溶剂进行Ziegler-Natta聚合，产物相对分子质量并不降低。