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

Полимер представляет собой цепь небольших молекул, называемых мономерами, которые удерживаются вместе ковалентными связями. Организмы могут синтезировать биологические полимеры, или ученые могут синтезировать полимеры в лаборатории. Природные полимеры включают ДНК, генетический материал всех живых организмов, а также белки, полисахариды и липиды, строительные блоки жизни.Пластмассы являются одними из наиболее распространенных синтетических полимеров и включают нейлон, полиэтилен и тефлон. Процесс связывания мономеров друг с другом с образованием более крупной молекулы известен как полимеризация. Полимеризация мономеров осуществляется за счет двух различных механизмов реакции:конденсации и присоединения.Конденсационная полимеризация это когда два мономера с реактивным атомом водорода и гидроксильной группой соответственно связываются друг с другом с выделением воды в качестве побочного продукта. Большинство природных полимеров образуются в результате реакций конденсации. Помимо полимеризации, мономеры с двойными углерод-углеродными связями добавляются друг к другу с образованием полимера без образования каких-либо побочных продуктов за счет высвобождения атомов.Полимеры, состоящие из мономеров одного и того же типа, известны как гомополимеры, а полимеры, состоящие из мономеров разных типов, известны как гетерополимеры. Целлюлоза, наиболее распространенный природный полимер, представляет собой гомополимер глюкозы, тогда как агароза, полимер морского происхождения, представляет собой гетерополимер галактозы и 3, 6-ангидро-L-галактопиранозы. Полимеры имеют различную структуру в зависимости от типа мономеров.Линейные полимеры это длинные цепочки мономеров. Например, целлюлоза представляет собой линейный полимер, удерживаемый бета-1, 4-гликозидными связями. Разветвленные полимеры имеют цепи, отщепляющиеся от основной цепи, такие как амилопектин, компонент крахмала, который разветвляется через 24-30 мономеров посредством альфа-1, 6-гликозидных связей.Сшитые полимеры имеют две или более цепей, удерживаемых вместе в нескольких точках вроде лестницы, например, синтетически сконструированный силиконовый лестничный полимер, или образуют сложную сеть взаимосвязанных цепей, как гель, образованный пектинами в желе и джемах.

Полимеры

Слово «полимер» происходит от греческих слов «полимер», что означает «много» и «мер», что означает «части». Полимеры представляют собой длинные цепи молекул, состоящие из повторяющихся единиц меньших молекул, известных как мономеры. Они либо происходят естественным образом, например, ДНК и протеины, либо могут быть построены синтетически, как пластик. Они обладают различными структурными характеристиками, такими как линейные цепи, разветвленные цепи или сложные сети, которые способствуют свойствам, которые они проявляют. Кроме того, функциональные группы, которые могут присутствовать на полимере, дополнительно определяют их свойства. Отдельные единицы полимера удерживаются вместе стабильными ковалентными связями, возникаемыми либо сложением, либо конденсацией полимеризации. 
 Добавление Полимеризация 
 Дополнительная полимеризация происходит, когда мономеры, участвующие в реакции, имеют двойные связи. Эта реакция требует наличия внешней молекулы, которая имеет неспаренный электрон валентности, чтобы инициировать реакцию. Этот непарный электрон очень реактивный и образует связь с одним из двойных связей в мономере, что приводит к тому, что мономер имеет непарный валентный электрон. Этот непарный электрон валентности затем ассоциируется с другим мономером с двойными связями, что приводит к цепной реакции, где молекула продолжает добавлять к нему другие мономера с двойными связями. Это приводит к образованию цепочки мономеров, при этом добавленный совсем недавно имеет непарный валентный электрон. Эта реакция добавления продолжается до тех пор, пока две цепи с неспаренными электронами не будут взаимодействовать друг с другом, образуя связь. Это устраняет любые непарные электроны валентности, что приводит к прекращению реакции. 
 Конденсация полимеризации 
 Конденсационная полимеризация, также известная как полимеризация с постепенным ростом, требует катализатора, такого как кислота или фермент, и мономера должны иметь как минимум две реактивные функциональные группы, такие как амины или карбоновые кислоты. Функциональные группы мономеров реагируют друг с другом, образуя связи, такие как сложные эфиры или амиды, и сопровождаются потерей небольшой молекулы, такой как вода. Конденсационная полимеризация является более медленной реакцией по сравнению с добавлением полимеризации и во многих случаях требует наличия тепла. 
 Этот текст адаптирован из<a href="https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/Hydrocarbons"> Openstax, Химия 2е изд., Глава 20.1: Углеводомоль</a>.

Слово «полимер» происходит от греческих слов «poly», что означает «много», и «mer», что означает «части». ...

Education

JoVE Core

Chemistry

Химия

Один

Biochemistry

Биохимия

KEY TERMS AND CONCEPTS

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ПОНЯТИЯ

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