Name: polymer chains and how they form
Uploaded: 2020-09-24T15:06:53.000Z
Duration: 2 min 34 s
Channel: JoVE

Ein Polymer ist eine Kette von kleinen Molekülen, sogenannten Monomeren, die durch kovalente Bindungen zusammengehalten werden. Organismen können biologische Polymere synthetisieren, oder Wissenschaftler können Polymere im Labor synthetisieren.
Zu den natürlichen Polymeren gehören die DNA, das genetische Material, das in allen lebenden Organismen vorkommt, sowie Proteine, Polysaccharide und Lipide, die Bausteine des Lebens.
Kunststoffe gehören zu den gebräuchlichsten synthetischen Polymeren und umfassen Nylon, Polyethylen und Teflon.
Der Prozess, bei dem sich Monomere miteinander verbinden, um ein größeres Molekül zu bilden, wird als Polymerisation bezeichnet. Monomere polymerisieren durch zwei unterschiedliche Reaktionsmechanismen, Kondensation und Addition.
Bei der Kondensationspolymerisation binden sich zwei Monomere mit einem reaktiven Wasserstoffatom bzw. einer Hydroxylgruppe aneinander, wobei Wasser als Nebenprodukt freigesetzt wird. Die meisten natürlichen Polymere entstehen durch Kondensationsreaktionen.
Neben der Polymerisation werden Monomere mit Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen aneinander addiert, um ein Polymer zu bilden, ohne dass durch die Freisetzung von Atomen ein Nebenprodukt entsteht. 
Polymere, die aus der gleichen Art von Monomeren bestehen, werden als Homopolymere bezeichnet, und Polymere, die aus verschiedenen Arten von Monomeren bestehen, werden als Heteropolymere bezeichnet. Cellulose, das am häufigsten vorkommende natürliche Polymer, ist ein Homopolymer von Glukose, während Agarose, ein Polymer marinen Ursprungs, ein Heteropolymer aus Galaktose und 3,6-Anhydro-L-Galactopyranose ist.
Polymere haben je nach Art ihrer Monomere unterschiedliche Strukturen. Lineare Polymere sind lange Ketten von Monomeren. Zum Beispiel ist Cellulose ein lineares Polymer, das durch Beta-1,4-glykosidische Bindungen zusammengehalten wird. 
Verzweigte Polymere haben Ketten, die sich von der Hauptkette abspalten, wie z. B. Amylopektin, ein Bestandteil der Stärke, der sich nach 24 bis 30 Monomeren durch alpha-1,6-glykosidische Bindungen verzweigt.
Vernetzte Polymere haben zwei oder mehr Ketten, die an mehreren Punkten wie einer Leiter zusammengehalten werden, wie z. B. ein synthetisch konstruiertes Silikonleiterpolymer, oder bilden ein komplexes Netzwerk miteinander verbundener Ketten – wie das Gel, das von Pektinen in Gelees und Marmeladen gebildet wird.

polymere

Das Wort Polymer leitet sich von den griechischen Wörtern „poly“ für „viele“ und „mer“ für „Teile“ ab. Polymere sind lange Molekülketten, die aus sich wiederholenden Einheiten kleinerer Moleküle, sogenannten Monomeren, bestehen. Sie kommen entweder natürlich vor, wie etwa DNA und Proteine, oder können synthetisch hergestellt werden, wie etwa Kunststoffe. Sie weisen unterschiedliche Strukturmerkmale auf, wie z. B. lineare Ketten, verzweigte Ketten oder komplexe Netzwerke, die zu den Eigenschaften beitragen, die sie aufweisen. Darüber hinaus definieren funktionelle Gruppen, die auf einem Polymer vorhanden sein können, dessen Eigenschaften weiter. Die einzelnen Einheiten eines Polymers werden durch stabile kovalente Bindungen zusammengehalten, die entweder durch Additions- oder Kondensationspolymerisation entstehen. Additionspolymerisation Eine zusätzliche Polymerisation findet statt, wenn die an der Reaktion beteiligten Monomere Doppelbindungen aufweisen. Diese Reaktion erfordert die Anwesenheit eines externen Moleküls, das über ein ungepaartes Valenzelektron verfügt, um die Reaktion einzuleiten. Dieses ungepaarte Elektron ist hochreaktiv und geht eine Bindung mit einer der Doppelbindungen in einem Monomer ein, was dazu führt, dass das Monomer ein ungepaartes Valenzelektron hat. Dieses ungepaarte Valenzelektron verbindet sich dann mit einem anderen Monomer mit Doppelbindungen, was zu einer Kettenreaktion führt, bei der das Molekül weitere Monomere mit Doppelbindungen hinzufügt. Dadurch entsteht eine Kette von Monomeren, wobei das zuletzt hinzugefügte über ein ungepaartes Valenzelektron verfügt. Diese Additionsreaktion setzt sich fort, bis zwei Ketten mit ungepaarten Elektronen miteinander reagieren und eine Bindung bilden. Dadurch werden alle ungepaarten Valenzelektronen eliminiert, was zum Abbruch der Reaktion führt. Kondensationspolymerisation Die Kondensationspolymerisation, auch Stufenwachstumspolymerisation genannt, erfordert einen Katalysator, etwa eine Säure oder ein Enzym, und die Monomere müssen mindestens zwei reaktive funktionelle Gruppen, etwa Amine oder Carbonsäuren, aufweisen. Funktionelle Gruppen an Monomeren reagieren miteinander unter Bildung von Bindungen wie Ester- oder Amidbindungen und gehen mit dem Verlust eines kleinen Moleküls wie Wasser einher. Die Kondensationspolymerisation ist im Vergleich zur Additionspolymerisation eine langsamere Reaktion und erfordert in vielen Fällen die Anwesenheit von Wärme. Dieser Text wurde angepasst von <a href="https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/Hydrocarbons">Openstax, Chemistry 2e, Chapter 20.1: Hydrocarbons</a>.

Polymere

Das Wort Polymer leitet sich von den griechischen Wörtern "poly" ab, was "viele" bedeutet, und "mer", was "Teile" bedeutet. ...

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KEY TERMS AND CONCEPTS

KERNBEGRIFFE UND KONZEPTE

Polymers

polymer chains and how they form

Polymers are long chains of molecules made from repeating units called monomers. The word polymer comes from the Greek words &quot;poly,&quot; meaning many, and &quot;mer,&quot; meaning parts. Polymers can be found in nature, such as DNA and proteins, or made synthetically, such as plastics.

A polymer’s shape helps define its properties. Some polymers form linear chains, while others are branched or arranged in complex networks. Functional groups on a polymer also affect how it behaves. The repeating units in a polymer are held together by stable covalent bonds.

Polymers can form through addition polymerization or condensation polymerization. Addition polymerization happens when monomers with double bonds react in the presence of an external molecule with an unpaired valence electron. That unpaired electron starts a chain reaction as monomers keep joining one after another. The reaction ends when two chains with unpaired electrons bond together and no unpaired electrons remain.

Condensation polymerization is also called step-growth polymerization. It needs a catalyst, such as an acid or an enzyme, and monomers must have at least two reactive functional groups, such as amines or carboxylic acids. These groups react to make linkages like esters or amides, and a small molecule such as water is lost. This process is slower than addition polymerization and often requires heat.

Polymer Chains and How They Form

functional groups

Functional Groups in Organic Chemistry

Functional groups in organic chemistry are groups of atoms that give molecules specific properties. When these groups attach to a carbon skeleton, they can change how the molecule behaves. Some functional groups make a molecule hydrophilic, or water-attracting. Others make it hydrophobic, or water-repelling. Functional groups are a key part of organic chemistry and are also found in major biological molecules. They appear in carbohydrates, proteins, lipids, and nucleic acids. Each functional...

structure of lipids

Lipids, Fats, and Cell Membranes

Lipids are nonpolar molecules that do not mix well with water. They are hydrophobic, which means “water fearing,” because they contain mostly nonpolar carbon-carbon and carbon-hydrogen bonds. In cells, lipids store long-term energy as fats, help insulate plants and animals, and form protective water-repellent layers on feathers and fur. They are also part of cell membranes and serve as building blocks for many hormones. Common lipids include fats, oils, waxes, phospholipids, and steroids. A...

chemistry of the cell

Cell Chemistry: Water and Macromolecules

Cell chemistry includes water, organic molecules, and inorganic ions. These materials shape how cells store energy, build structures, and carry out life processes. Most cellular chemistry and metabolism happen in the watery cytoplasm. Water is a key part of the cell because it has special properties tied to its polarity. In a water molecule, hydrogen and oxygen form polar covalent bonds, so the molecule has no net charge but does have a slightly positive end and a slightly negative end. Oxygen...

dna base pairing

Chargaff’s Rules and DNA Pairing

Chargaff’s rules and DNA base pairing explain how DNA strands match up. In double-stranded DNA, adenine (A) pairs with thymine (T), and guanine (G) pairs with cytosine (C). Chargaff also found that A equals T, G equals C, and the total amount of purines (A and G) equals the total amount of pyrimidines (C and T). Watson and Crick later showed why these matches matter. A forms two hydrogen bonds with T, while G forms three hydrogen bonds with C. These pairings keep the DNA double helix a...

chemistry of carbohydrates

Carbohydrates as Energy and Storage Molecules

Carbohydrates are important energy sources in human and animal diets. Grains, fruits, and vegetables are natural sources of carbohydrates. They help provide energy to the body, especially through glucose, a simple sugar found in starch and many staple foods. Carbohydrates are identified by the stoichiometric formula (CH2O)n, where n is the number of carbons in the molecule. This means the ratio of carbon to hydrogen to oxygen is usually 1:2:1. The name carbohydrate comes from this pattern,...

protein and protein structure

How Protein Shape Controls Function

Proteins are a major class of organic molecules in living systems, and their shape helps determine what they do. They can act as structural, regulatory, contractile, or protective molecules. They also take part in transport, storage, membranes, toxins, and enzymes. All proteins are polymers of amino acids arranged in a linear sequence. A protein’s function depends on its three-dimensional form. For example, an enzyme works when its active site can bind a specific substrate. If local changes or...

amino acids

Amino Acids and Protein Building

Amino acids are the building blocks of proteins. Each amino acid has the same basic structure. A central carbon atom, called the alpha carbon, is bonded to an amino group, a carboxyl group, and a hydrogen atom. Each amino acid also has an R group, or side chain, attached to the central carbon. The R group is different for every amino acid. It helps determine whether an amino acid is acidic, basic, polar, or nonpolar. Scientists call these molecules amino acids because they contain both amino...

peptide bonds

Peptide Bond Formation and Shape

Peptide bonds join amino acids into peptides and polypeptides. They form when the carboxyl group of one amino acid reacts with the amino group of another. This dehydration reaction releases a water molecule and creates a covalent link. As more amino acids are added, the chain becomes a polypeptide. Each polypeptide has a free amino group at one end. This end is the N-terminal, or amino-terminal. The other end has a free carboxyl group. This end is the C-terminal, or carboxyl-terminal. The...

nucleic acids

DNA and RNA: Genetic Instructions

DNA and RNA are the nucleic acids that store genetic information and help direct cell activity. These macromolecules carry the cell’s genetic blueprint and the instructions it uses to function. DNA is the genetic material in all living organisms, from single-celled bacteria to multicellular mammals. In eukaryotic cells, DNA is found in the nucleus and also in organelles such as chloroplasts and mitochondria. In prokaryotes, DNA is not enclosed in a membrane. The full genetic content of a cell...

dna replication

DNA Copying: Leading and Lagging Strands

DNA replication copies genetic material before a cell divides. Each original DNA strand serves as a template for a new complementary strand. The result is semiconservative replication, which means each new DNA molecule contains one old strand and one new strand. The two daughter cells then receive DNA with the same sequence. Replication starts when helicase separates the two strands of the double helix. This creates a Y-shaped replication fork. Primase then adds short RNA primers that give DNA...

from dna to protein

The Genetic Code and Codons

The genetic code and codons explain how cells turn DNA information into proteins. Genes first direct the sequence of mRNA, and mRNA then directs the sequence of amino acids that make up proteins. Specific proteins and RNAs carry out this decoding. Cells copy DNA into mRNA so the original DNA stays protected while the cell uses the message for protein synthesis. Copying DNA to RNA is relatively simple. One nucleotide is added to the mRNA strand for every nucleotide read on the DNA strand.

polymers

Polymers are long chains of molecules made from repeating units called monomers. The word polymer comes from the Greek words "poly," meaning many, and "mer," meaning parts. Polymers can be found in nature, such as DNA and proteins, or made synthetically, such as plastics. A polymer’s shape helps define its properties. Some polymers form linear chains, while others are branched or arranged in complex networks. Functional groups on a polymer also affect how it behaves. The repeating units in a...

key terms and concepts

Learn how polymers are built from monomers and how addition and condensation polymerization create natural and synthetic materials like DNA, proteins, and plastics.

Polymer Chains and How They Form | JoVE K12

chemistry

JoVE Core Chemie erweckt allgemeine Konzepte der Chemie durch kompakte und leicht verständliche animierte Videolektionen zum Leben. Außerdem zeigen wir in den Videos Wissenschaftler in Aktion bei klassischen und neuartigen Forschungsexperimenten, wie sie heutzutage in Laboren weltweit durchgeführt wurden.

Polymer Chains and How They Form

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