化学におけるモノマーとポリマー

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モノマー、別のモノマーまたはそれ自体に何度も化学的に結合する能力を持つ小さな分子であり、ポリマーと呼ばれる鎖を形成します

同じように、ポリマーは高分子、つまり、モノマーと呼ばれる小さな分子が連続的に結合して生成される数百または数千の原子で構成される分子です。ポリマーを形成するためのモノマーの化学結合は、通常、共有結合によるものです。「ポリマー」という用語は、「たくさん」を意味するギリシャ語の接頭辞poliと、「部分」を意味する接尾辞mer を組み合わせたものです。したがって、語源的にポリマーは「多くの部分」を意味します。この単語は、1833 年にスウェーデンの化学者 Jons Jacob Berzelius によって造られました。彼の側では、モノマーはギリシャ語の接頭辞mono、つまり「1」と、前述のギリシャ語の接尾辞merに由来します。

多くのポリマーは天然の可能性があり、生体高分子と呼ばれ、生化学的プロセスによって生成されます。バイオポリマーは、地球のバイオマスの主成分であると同時に、DNA やタンパク質など、多くの生物学的プロセスにおける重要な分子です。一方、人工または合成ポリマーは、ポリエチレン、合成ゴム、ポリスチレン、ネオプレン、またはナイロンなど、私たちがプラスチックとして知っている非常に多様な素材を構成しています.

ポリマーは、数十個のモノマーのみで構成される分子である場合があります。この場合、それらはオリゴマーと呼ばれます (オリゴは「少し」を意味するギリシャ語の接頭辞です)。差別化は、いくつかの構造単位 (モノマーを形成し、ポリマーを形成するために繰り返される単位) で分子を変更することによって、材料の特性が大幅に変化することに基づいています。オリゴマーの例は、コラーゲンおよび流動パラフィンである。

モノマーはポリマーの形成に重要であるだけでなく、多くのモノマーが関連する生化学的役割を持っています。これは、セルロースやデンプンなどの多くの生体高分子のモノマーであり、細胞の主なエネルギー源であるグルコースの場合です。

重合

ポリマーの形成に対する単純なアプローチである重合は、2 つの結合が小さな分子内に生成される化学反応であると考えることです。一般的には、同じ分子の他のユニットが結合する共有結合です。このプロセスが何度も繰り返され、原子の長い鎖が形成されます。すでに述べたように、ポリマーを構成する分子をモノマーと呼び、ポリマーを構成するために繰り返される単位を構造単位と呼びます。重合の最も単純な例は、広く使用されているプラ​​スチックであるポリエチレンの形成です。

ポリエチレンのモノマーは、下の図に示すように、二重結合で結合された 2 つの炭素原子と、各炭素原子に結合した 2 つの水素原子を持つ単純な有機分子であるエチレンです。炭素結合は共有結合です。二重結合が壊れている場合、各炭素原子は、ポリマーを形成する構造単位を構成する他の原子を結合するために利用できる共有結合を持っています。この構造単位の結合が繰り返されると、分岐のない長い直鎖状の分子であるポリエチレンが生成されます。

ポリエチレン重合。
ポリエチレンを形成するためのエチレンの重合。

人工高分子の生成の別の例は、複数の用途を持つプラスチックであるポリスチレンの形成です。ポリスチレンのモノマーは、二重結合で 2 つの炭素原子に結合したベンゼン環を持つ分子であるスチレンです。ポリエチレンの場合と同様に、二重結合が切れると構造単位が生成され、それが繰り返し結合すると、ポリスチレンを形成する長い鎖が構成されます。

スチレン重合
ポリスチレンを形成するためのスチレンの重合

人工高分子は、固体物質の混合物または溶液から得ることができます。どちらの場合も、重合は熱またはガンマ線の適用によって引き起こされ、不可逆的な反応です。人工ポリマーは 2 つのカテゴリに分類されます。熱可塑性および熱硬化性ポリマー。重合反応が完了すると、熱硬化性ポリマーは固くなる傾向があり、特定の温度を超えて加熱すると軟化せずに劣化または分解します。エポキシ樹脂、ポリエステル、アクリル樹脂、ポリウレタンは、ベークライト、ケブラー、加硫ゴムと同様に熱硬化性ポリマーです。熱可塑性ポリマーは、熱硬化性樹脂とは異なり、柔軟性があり、特定の温度を超えると柔らかくなり、溶けます。これにより、それらを成形できます。熱可塑性ポリマーの例としては、ナイロン、テフロン、ポリエチレン、ポリプロピレンなどがあります。

生体高分子

バイオポリマーは人工のものほど知られていないかもしれませんが、生命の基本的な構成要素です。脂質は生体高分子であり、この場合、モノマーがグリセロールと脂肪酸であるトリグリセリドです。そしてタンパク質は、モノマーがアミノ酸であるポリペプチドです。もう 1 つの例は核酸です。デオキシリボ核酸、DNA、およびリボ核酸、RNA であり、そのモノマーはヌクレオチドであり、窒素含有塩基で構成されています。リボースは糖 (ペントース型単糖、つまり、 5つの炭素原子)およびリン酸基。炭水化物もバイオポリマーであり、セルロースやデンプンなどの多糖類、またはスクロース (一般的な砂糖) やラクトースなどの二糖類オリゴポリマー (単糖が単糖であるポリマー) のいずれかです。

生体高分子の例:セルロース

最も豊富なバイオポリマーはセルロースです。これは、ほとんどの植物の細胞壁の構成要素であるため、地球のバイオマスの大部分を形成するためです。最も純粋な形で綿に含まれており、日常生活で使用する紙やその他多くの製品の主成分です。

セルロース モノマーはベータ グルコース (C 6 H 12 O 6、下の図を参照) です。ベータ グルコースの 2 つのベンゼン環の側面にあるヒドロキシル基が酸素架橋によって置換され、水分子 (H 2 O) が放出されると、反応が起こり、数百回から数千回繰り返されると、長いセルロース鎖が形成されます。 . セルロースの式は (C 6 H 10 O 5 ) nで、n の最小値は 200 です。

βグルコースの重合によるセルロースの形成。
βグルコースの重合によるセルロースの形成。

ソース

Cowie、JMG、Arrighi、V. Polymers: Chemistry and Physics of Modern Materials。第 3 版、CRC プレス、ボカラトン、2007 年。

ポリマー: 説明、例、および種類。ブリタニカ百科事典 2020年。

Sperling、Leslie H. Physical Polymer Science の紹介。第 4 版、出版社ホーボーケン、ニュージャージー州、John Wiley & Sons、2006 年。

Jensen, W.B.ポリマー概念の起源。ジャーナル オブ ケミカル エデュケーション85 (5): 624, 2008.

Young、RJ、Lovell PA ポリマー入門。第3版。ルイジアナ州ボカラトン: CRC プレス、テイラー & フランシス グループ、2011 年。

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Sergio Ribeiro Guevara (Ph.D.)
Sergio Ribeiro Guevara (Ph.D.)
(Doctor en Ingeniería) - COLABORADOR. Divulgador científico. Ingeniero físico nuclear.

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