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

Un polimero è una catena di piccole molecole, dette monomeri, che sono tenute insieme da legami covalenti. Gli organismi possono sintetizzare polimeri biologici, oppure gli scienziati possono sintetizzare polimeri in laboratorio. I polimeri naturali includono il DNA, il materiale genetico che si trova in tutti gli organismi viventi, e proteine, polisaccaridi e lipidi, i mattoni della vita.

Le materie plastiche sono alcuni dei polimeri sintetici più comuni e includono nylon, polietilene e teflon. Il processo dei monomeri che si collegano fra loro per formare una molecola più grande è detto polimerizzazione. I monomeri polimerizzano mediante due distinti meccanismi di reazione, condensazione e addizione.

La polimerizzazione per condensazione si verifica quando due monomeri con un atomo di idrogeno reattivo e un gruppo idrossile, rispettivamente, si legano fra loro, con il rilascio di acqua come sottoprodotto. La maggior parte dei polimeri naturali si forma attraverso reazioni di condensazione. In più, nella polimerizzazione, i monomeri con doppi legami carbonio-carbonio sono aggiunti fra loro per formare un polimero senza la generazione di alcun sottoprodotto, attraverso il rilascio di atomi.

I polimeri costituiti dallo stesso tipo di monomeri sono detti omopolimeri e quelli costituiti da diversi tipi di monomeri sono detti eteropolimeri. La cellulosa, il polimero naturale più abbondante, è un omopolimero del glucosio, laddove l'agarosio, un polimero di origine marina, è un eteropolimero del galattosio e del 3, 6-anidro-L-galattopiranosio. I polimeri hanno varie strutture a seconda del loro tipo di monomeri.

I polimeri lineari sono lunghe catene di monomeri. Per esempio, la cellulosa è un polimero lineare tenuto insieme da legami beta 1, 4-glicosidici. I polimeri ramificati hanno catene che si separano dalla catena principale, come l'amilopectina, un componente dell'amido che si ramifica dopo 24-30 monomeri attraverso legami alfa 1, 6-glicosidici.

I polimeri reticolati hanno due o più catene tenute insieme in diversi punti a forma di scala, come un polimero a scala di silicio costruito sinteticamente, o formano una complessa rete di catene interconnesse come il gel formato dalla pectine nelle gelatine e nelle marmellate.

polimeri

La parola polimero deriva dalle parole greche “poly” che significa “molti” e “mer” che significa “parti”. I polimeri sono lunghe catene di molecole composte da unità ripetitive di molecole più piccole, note come monomeri. Sono presenti in natura, come il DNA e le proteine, oppure possono essere costruiti sinteticamente, come la plastica. Hanno varie caratteristiche strutturali, come catene lineari, catene ramificate o reti complesse, che contribuiscono alle proprietà che esibiscono. Inoltre, i gruppi funzionali che possono essere presenti su un polimero ne definiscono ulteriormente le proprietà. Le singole unità di un polimero sono tenute insieme da legami covalenti stabili che si verificano attraverso la polimerizzazione per addizione o condensazione.

Polimerizzazione per addizione

Un'ulteriore polimerizzazione si verifica quando i monomeri che partecipano alla reazione hanno doppi legami. Questa reazione richiede la presenza di una molecola esterna che ha un elettrone di valenza spaiato per avviare la reazione. Questo elettrone spaiato è altamente reattivo e forma un legame con uno dei doppi legami in un monomero, che porta il monomero ad avere un elettrone di valenza spaiato. Questo elettrone di valenza spaiato si associa quindi ad un altro monomero con doppi legami portando ad una reazione a catena in cui la molecola continua ad aggiungere ad essa altri monomeri con doppi legami. Ciò si traduce nella formazione di una catena di monomeri, dove quello aggiunto più recentemente ha un elettrone di valenza spaiato. Questa reazione di addizione continua finché due catene con elettroni spaiati reagiscono tra loro per formare un legame. Ciò elimina eventuali elettroni di valenza spaiati, con conseguente interruzione della reazione.

Polimerizzazione per condensazione

La polimerizzazione per condensazione, nota anche come polimerizzazione a crescita graduale, richiede un catalizzatore, come un acido o un enzima, e i monomeri devono avere almeno due gruppi funzionali reattivi, come ammine o acidi carbossilici. I gruppi funzionali sui monomeri reagiscono tra loro per formare legami come legami estere o ammidici e sono accompagnati dalla perdita di una piccola molecola, come l'acqua. La polimerizzazione per condensazione è una reazione più lenta rispetto alla polimerizzazione per addizione e, in molti casi, richiede la presenza di calore.

Questo testo è adattato da <a href="https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/Hydrocarbons">Openstax, Chemistry 2e, Chapter 20.1: Hydrocarbons</a>.

Polimeri

La parola polimero deriva dalle parole greche "poly" che significa "molti" e "mer" che significa "parti". ...

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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: Chimica illustra concetti chiave di chimica attraverso video animazioni concise e di immediata comprensione. Inoltre, i video della sezione "scienziati in azione" mostrano procedure metodologiche realizzate da ricercatori provenienti dai migliori laboratori internazionali.

Polymer Chains and How They Form

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