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

중합체는 공유결합에 의해 결합된 단위체라고 하는 작은 분자의 사슬입니다. 유기체는 생물학적 중합체를 합성할 수 있고 과학자들은 실험실에서 중합체를 합성할 수 있습니다. 천연 중합체에는 모든 생명체에서 발견되는 유전물질인 DNA와 생명의 구성 요소인 단백질, 다당류 및 지질이 포함됩니다.

플라스틱은 가장 일반적인 합성 중합체의 일부이며 나일론, 폴리에틸렌 및 테플론을 포함합니다. 단량체가 서로 연결되어 더 큰 분자를 형성하는 과정을 중합이라고 합니다. 단량체는 축합과 첨가라는 두 가지 반응 메커니즘에 의해 중합됩니다.

축합 중합은 각각 반응성 수소 원자와 수산기를 가진 두 개의 단량체가 서로 연결되어 부산물로 물이 방출되는 경우입니다. 대부분의 천연 중합체는 축합 반응을 통해 형성됩니다. 또한 중합 반응으로 탄소-탄소 이중 결합을 가진 단량체가 서로 첨가되어 원자 방출을 통해 부산물을 생성함이 없이 중합체를 형성합니다.

동일한 유형의 단량체로 구성된 중합체를 단독중합체라고 하고 다른 유형의 단량체로 구성된 중합체를 이종중합체라고 합니다. 가장 풍부한 천연 중합체인 셀룰로오스는 포도당의 단독중합체인 반면 해양기원의 중합체인 아가로스는 갈락토스와 3, 6-안하이드로 L-갈락토피라노스의 이종중합체입니다. 중합체는 단량체의 유형에 따라 다양한 구조를 가지고 있습니다.

선형 중합체는 단량체의 긴 사슬입니다. 예를 들어 셀룰로스는 베타 1, 4-글리코시드가 결합된 선형 중합체입니다. 가지형 중합체는 알파 1, 6-글리코시드 결합을 통해 24 30개의 모노머 후에 분기되는 탄수화물의 성분인 아밀로펙틴과 같이 기본 사슬에서 분리되는 사슬을 가지고 있습니다.

교차 결합 중합체는 합성적으로 구성된 실리콘 사다리 중합체와 같이 사다리처럼 여러 지점에서 두 개 이상의 사슬이 함께 고정되어 있거나 젤리 및 잼의 펙틴에 의해 형성된 젤과 같이 복잡한 상호 연결된 사슬의 네트워크를 형성합니다.

폴리머

폴리머라는 단어는 그리스어로 '많은'을 의미하는 '폴리'와 '부분'을 의미하는 '메르'에서 유래되었습니다. 폴리머는 모노머라고 알려진 더 작은 분자의 반복 단위로 구성된 긴 사슬의 분자입니다. DNA나 단백질처럼 자연적으로 발생하거나 플라스틱처럼 합성적으로 만들어질 수도 있습니다. 이는 선형 사슬, 분지형 사슬 또는 복잡한 네트워크와 같은 다양한 구조적 특성을 갖고 있어 나타나는 특성에 기여합니다. 추가적으로, 폴리머에 존재할 수 있는 작용기는 그 특성을 더욱 정의합니다. 중합체의 개별 단위는 첨가 또는 축합 중합을 통해 발생하는 안정적인 공유 결합에 의해 함께 유지됩니다.

부가중합

반응에 참여하는 단량체가 이중 결합을 가질 때 추가 중합이 발생합니다. 이 반응에서는 반응을 시작하기 위해 짝을 이루지 않은 원자가 전자를 갖는 외부 분자의 존재가 필요합니다. 이 짝을 이루지 않은 전자는 반응성이 매우 높으며 단량체의 이중 결합 중 하나와 결합을 형성하여 짝을 이루지 않은 원자가 전자를 갖는 단량체를 생성합니다. 이 짝을 이루지 않은 원자가 전자는 이중 결합을 가진 다른 단량체와 결합하여 분자가 이중 결합을 가진 다른 단량체를 계속 추가하는 연쇄 반응을 일으킵니다. 이로 인해 가장 최근에 추가된 단량체가 짝을 이루지 않은 원자가 전자를 갖는 단량체 사슬이 형성됩니다. 이 첨가 반응은 짝을 이루지 않은 전자를 가진 두 사슬이 서로 반응하여 결합을 형성할 때까지 계속됩니다. 이는 짝을 이루지 않은 원자가 전자를 제거하여 반응을 종료시킵니다.

축합중합

단계 성장 중합이라고도 알려진 축합 중합에는 산이나 효소와 같은 촉매가 필요하며, 단량체에는 아민이나 카르복실산과 같은 반응성 작용기가 두 개 이상 있어야 합니다. 단량체의 작용기는 서로 반응하여 에스테르 또는 아미드 결합과 같은 결합을 형성하고 물과 같은 작은 분자의 손실을 동반합니다. 축합중합은 부가중합에 비해 반응이 느리고 많은 경우 열이 필요합니다.

이 문서는 에서 발췌되었습니다 <a href="https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/Hydrocarbons">Openstax, Chemistry 2e, Chapter 20.1: Hydrocarbons</a>.

폴리머라는 단어는 "많은"을 의미하는 그리스어 "poly"와 "부분"을 의미하는 "mer"에서 파생되었습니다. ...

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주요 용어 및 개념

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 화학은 간결하고 이해하기 쉬운 애니메이션을 통해 일반 화학 개념을 설명합니다. 또한, 과학자가 직접 고전실험과 연구실험을 진행하는 실사 영상을 제공합니다.

Polymer Chains and How They Form

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