21.2: 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 Openstax, Химия 2е изд., Глава 20.1: Углеводомоль.

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.