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高考申論題 109年 [生物技術] 有機化學

第 一 題

📖 題組:
八、聚乙烯醇(poly(vinyl alcohol)),是一種水溶性高分子並常做為水性黏著劑使用;聚乙烯醇的合成方式為先聚合乙酸乙烯酯(vinyl acetate),再將其酯基水解為醇。請回答下列問題:
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (一)

(一)請寫出聚乙烯醇和聚(乙酸乙烯酯)的化學結構。(4分)

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看到此題,應先回想單體「乙酸乙烯酯」的結構,透過加成聚合反應形成以碳-碳單鍵為主鏈的「聚(乙酸乙烯酯)」。接著將側鏈的酯基(-OCOCH3)進行水解反應,替換為羥基(-OH),即可推導出「聚乙烯醇」的高分子重複單元結構。

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【解題關鍵】掌握單體加成聚合的高分子骨架,以及酯類水解的官能基轉換。 【解答】 以下為兩種聚合物的化學結構(以括號標示重複單元,其中 $n$ 為聚合度):

小題 (二)

(二)乙酸乙烯酯為一種酯類,聚(乙酸乙烯酯)是否可以歸類為「聚酯」?為什麼?(3分)

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看到「聚酯」的分類問題,應立刻聯想高分子「主鏈(backbone)」的結構特徵。判斷酯基是位於主鏈上(如縮合聚合產物)還是側鏈上(如雙鍵加成聚合產物),即可準確點出兩者的分類差異。

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【解答】 否,聚(乙酸乙烯酯)不能歸類為「聚酯」。 【理由】

小題 (三)

(三)為何不能直接從乙烯醇聚合得到聚乙烯醇?(3分)

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看到「乙烯醇」應立刻聯想到其特殊的官能基結構「烯醇(enol)」。解題關鍵在於指出烯醇極不穩定,會發生「烯醇-酮互變異構(Keto-enol tautomerization)」,從而無法作為穩定的單體存在。

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不能直接從乙烯醇聚合得到聚乙烯醇的原因在於單體的不穩定性: 乙烯醇(vinyl alcohol, $CH_2=CH-OH$)屬於烯醇類(enol),在熱力學上極不穩定。在常態下,它會迅速發生烯醇-酮互變異構(Keto-enol tautomerization),幾乎完全且不可逆地轉變為更穩定的異構物——乙醛(acetaldehyde, $CH_3CHO$)。 由於無法製備並維持純的、穩定的乙烯醇單體,自然無法直接利用它來進行聚合反應。因此,工業上必須先使用結構穩定的乙酸乙烯酯進行聚合,再透過水解(或醇解)反應將聚合物側鏈的酯基轉換為羥基,以間接方式製得聚乙烯醇。

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