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

Polimer to łańcuch małych cząsteczek, zwanych monomerami, które są utrzymywane razem przez wiązania kowalencyjne. Organizmy mogą syntetyzować polimery biologiczne, a naukowcy mogą syntetyzować polimery w laboratorium.
Naturalne polimery obejmują DNA, materiał genetyczny znajdujący się we wszystkich żywych organizmach oraz białka, polisacharydy i lipidy, elementy budulcowe życia.
Tworzywa sztuczne są jednymi z najczęstszych polimerów syntetycznych i obejmują nylon, polietylen i teflon.
Proces łączenia się monomerów ze sobą w celu utworzenia większej cząsteczki jest znany jako polimeryzacja. Monomery polimeryzują w dwóch odrębnych mechanizmach reakcji, kondensacji i addycji.
Polimeryzacja kondensacyjna ma miejsce, gdy dwa monomery z reaktywnym atomem wodoru i grupą hydroksylową łączą się ze sobą, uwalniając wodę jako produkt uboczny. Większość naturalnych polimerów powstaje w wyniku reakcji kondensacji.
Oprócz polimeryzacji monomery z podwójnymi wiązaniami węgiel-węgiel są dodawane do siebie w celu utworzenia polimeru bez wytwarzania jakiegokolwiek produktu ubocznego poprzez uwalnianie atomów. 
Polimery, które składają się z tego samego rodzaju monomerów, są znane jako homopolimery, a te składające się z różnych typów monomerów są znane jako heteropolimery. Celuloza, najobficiej występujący polimer naturalny, jest homopolimerem glukozy, podczas gdy agaroza, polimer pochodzenia morskiego, jest heteropolimerem galaktozy i 3,6-anhydro-L-galaktopiranozy.
Polimery mają różną strukturę w zależności od rodzaju monomerów. Polimery liniowe to długie łańcuchy monomerów. Na przykład celuloza jest liniowym polimerem utrzymywanym razem przez wiązania beta 1,4-glikozydowe. 
Rozgałęzione polimery mają łańcuchy oddzielające się od łańcucha głównego, takie jak amylopektyna, składnik skrobi, który rozgałęzia się po 24 do 30 monomerach przez wiązania alfa 1,6-glikozydowe.
Usieciowane polimery mają dwa lub więcej łańcuchów utrzymywanych razem w kilku punktach, takich jak drabina, taka jak syntetycznie skonstruowany polimer drabinki krzemowej, lub tworzą złożoną sieć połączonych ze sobą łańcuchów - jak żel utworzony przez pektyny w galaretkach i dżemach.

polimery

Słowo polimer pochodzi od greckich słów „poly”, co oznacza „wiele” i „mer”, co oznacza „części”. Polimery to długie łańcuchy cząsteczek złożone z powtarzających się jednostek mniejszych cząsteczek, zwanych monomerami. Występują one naturalnie, np. w DNA i w białku, lub mogą być skonstruowane syntetycznie, jak tworzywa sztuczne. Mają różne cechy strukturalne, takie jak łańcuchy liniowe, łańcuchy rozgałęzione lub złożone sieci, które wpływają na wykazywane właściwości. Dodatkowo grupy funkcyjne, które mogą być obecne w polimerze, również definiują jego właściwości. Poszczególne jednostki polimeru są utrzymywane razem przez stabilne wiązania kowalencyjne, które powstają w wyniku polimeryzacji addycyjnej lub kondensacyjnej.

Polimeryzacja addycyjna

Dodatkowa polimeryzacja zachodzi, gdy monomery biorące udział w reakcji mają podwójne wiązania. Ta reakcja wymaga obecności zewnętrznej cząsteczki, która ma niesparowany elektron walencyjny, aby zainicjować reakcję. Ten niesparowany elektron jest wysoce reaktywny i tworzy wiązanie z jednym z wiązań podwójnych w monomerze, co prowadzi do tego, że monomer ma niesparowany elektron walencyjny. Ten niesparowany elektron walencyjny łączy się następnie z innym monomerem z wiązaniami podwójnymi, co prowadzi do reakcji łańcuchowej, w której cząsteczka dodaje do niej inne monomery z wiązaniami podwójnymi. Powoduje to utworzenie łańcucha monomerów, przy czym ostatnio dodany ma niesparowany elektron walencyjny. Ta reakcja addycji trwa do momentu, gdy dwa łańcuchy z niesparowanymi elektronami zareagują ze sobą, tworząc wiązanie. Eliminuje to wszelkie niesparowane elektrony walencyjne, co powoduje zakończenie reakcji.

Polimeryzacja kondensacyjna

Polimeryzacja kondensacyjna, znana również jako polimeryzacja stopniowa, wymaga katalizatora, takiego jak kwas lub enzym, a monomery muszą mieć co najmniej dwie reaktywne grupy funkcyjne, takie jak aminy lub kwasy karboksylowe. Grupy funkcyjne monomerów reagują ze sobą, tworząc wiązania, takie jak wiązania estrowe lub amidowe, czemu towarzyszy utrata małej cząsteczki, takiej jak woda. Polimeryzacja kondensacyjna jest reakcją wolniejszą w porównaniu z polimeryzacją addycyjną i w wielu przypadkach wymaga obecności ciepła.

Polimery

Słowo polimer pochodzi od greckich słów "poly", co oznacza "wiele" i "mer", co oznacza "części". ...

Education

JoVE Core

Chemistry

Chemia

Jeden

Biochemistry

Biochemia

KEY TERMS AND CONCEPTS

Kluczowe terminy i pojęcia

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 Chemistry brings general chemistry concepts to life using concise and easy-to-understand animated video lessons. Plus, in the scientist-in-action videos, we demonstrate classical and original research experiments performed in today's laboratories worldwide.

Polymer Chains and How They Form

Description

Transcript

Tags