Question

2006年6月初，我國一架軍用飛機在安徽失事，機上40余人全部遇難。據統計，40%的飛機失事時機艙內壁和座椅的塑料會著火冒煙，導致艙內人員窒息而死。為此，尋找裝修機艙的阻燃聚合物是化學研究的熱點之一。最近，已合成了一種叫PHA的聚酰胺類高分子，即主鏈內有“酰胺鍵”（—CO—NH—）。當溫度達180—2 000 ℃時，就會釋放水變成PBO（結構式如下圖所示），后者著火點高達6 000 ℃，使艙內人員逃離機艙時間增大10倍。該發明創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卻十分堅硬，是熱固性的（加熱不能改變形狀）。

（1）寫出PHA的結構簡式：_____________________________。

（2）根據高分子結構來解釋，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，加熱容易發生鍵的旋轉，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，加熱不容易發生鍵的旋轉，所以PBO是熱固性的。

解析：題中給出的推斷PHA結構式的有用信息有三個：PHA是聚酰胺類高分子，主鏈內有—CO—NH—；PHA失水變成PBO；PBO的結構式。分析這些信息，抓住PBO無—CO—NH—，著重思考以下信息：

（1）PBO中何種結構是由PHA中—CO—NH—衍變來的？

（2）加上H₂O，再把—CO—NH—“還原”出來，將得到何種結構？

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

    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構差別所致。PHA加熱后可任意成型說明其分子的柔順性好，分子形狀發生變化時，分子內原子間的相互作用不會被破壞（有點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，即分子形狀發生變化時分子內原子間的相互作用會被破壞而“撕裂”（類似于離子晶體的易脆性）。而二者的結構差別只是PHA中的—CO—NH—與苯環上的羥基（—OH）作用后形成了PBO中的五元環，—CO—NH—與五元環有何不同？前者可以繞鍵軸自由轉動，而后者無法自由轉動，這正是PHA有熱塑性而PBO卻有熱固性的原因。