21.2: 聚合物

聚合物一词源自希腊语“ poly ”，意思是“ many ”，而“ mer ”则意思是“ parts ”。 聚合物是由小分子的重复单位组成的长链分子，称为单体。 它们要么自然发生，如 脱氧核糖核酸（DNA） 和蛋白质，要么可以合成，如塑料。 它们具有多种结构特征，如线性链，分支链或化合物网络，这些特征对它们所展示的性质有着影响。 此外，聚合物上可能存在的官能团进一步定义了其性质。 聚合物的单个单位由稳定的共价键固定在一起，而稳定的凝结是通过添加或 聚合而产生的。

增加聚合

当参与反应的单体具有双键时，会出现额外的聚合。 这种反应需要存在一个具有未配对价电子的外部分子来启动反应。 这种未配对的电子产品反应非常灵敏，形成一个键，其中一个是单体中的双键，这会导致单体拥有一个未配对的价电子。 这种未配对的价电子随后与另一个单体与 双键相关联，导致链反应，该分子会不断增加其他单体并为其添加双键。 这导致形成了一组单体，其中最近添加的一组单体具有未配对的价电子。 这种添加反应将持续到两个带未配对电子的链相互反应形成键。 这可以消除任何未配对的价电子，从而导致反应终止。

凝结聚合

凝结聚合 (也称为步长聚合) 需要催化剂 (如酸或酶) ，单体必须至少有两个反应性官能团 (如胺或羧酸酸)。 单体上的官能团相互反应，形成链环，如酯或酰胺链环，并伴有水等小分子的流失。 与添加聚合相比，凝结聚合反应较慢，在许多情况下需要存在热量。

本文改编自 Openstax, 化学 2e, 第 20.1 章：碳氢化合物。

聚合物是由小分子组成的链，称为单体，通过共价键结合在一起。生物体可以合成生物聚合物，或者科学家可以在实验室中合成聚合物。天然聚合物包括存在于所有活生物体中的 遗传物质 DNA，以及构成生命基本组成部分的 蛋白质、多糖和脂质。塑料是一些最常见的合成聚合物，包括尼龙、聚乙烯和聚四氟乙烯。单体相互连接，形成更大分子的过程称为聚合。单体通过两种不同的反应机理进行聚合，缩合和加成。缩聚反应是指 两个分别带有活泼氢原子 和羟基的单体 相互连接，同时释放出副产物水。大多数天然聚合物是通过缩合反应形成的。在加成聚合中，具有碳-碳双键的单体相互加成 形成聚合物，不会通过释放原子 产生任何副产物。由相同类型单体组成的聚合物 称为均聚物，由不同类型单体组成的聚合物 称为杂聚物。纤维素是最丰富的天然聚合物，是葡萄糖的均聚物，而琼脂糖 是一种来源于海洋的聚合物，是半乳糖和 3, 6-脱水-L-吡喃半乳糖的杂聚物。根据单体类型，聚合物有不同的结构。线性聚合物是单体的长链。例如，纤维素是由β1, 4-糖苷键 连接在一起的线性聚合物。支链聚合物的链从主链上分离出来，例如支链淀粉，它是淀粉的一种成分，在 24 到 30 个单体后，通过 1, 6-糖苷键分支出来。交联聚合物有两个或多个链连接在几个点上，就像一个梯子一样结合在一起，例如合成构建的硅梯聚合物，或形成复杂的交联网络-就像 果冻和果酱中的果胶形成的凝胶。