10.1: Полімеризація - виготовлення великих з маленьких

Цілі навчання

• Визначте терміни мономер і полімер.
• Знайте різні типи природних полімерів.

Полімер - це велика молекула, або макромолекула, що складається з багатьох повторюваних субодиниць. Термін «полімер» походить від грецького слова polus (означає «багато, багато») та m eros (означає «частина») і відноситься до молекули, структура якої складається з декількох повторювані одиниці, від яких походить характеристика високої відносної молекулярної маси і супутніх властивостей. Як схематично показано на рис\(\PageIndex{1}\).

Завдяки широкому спектру властивостей, як синтетичні, так і природні полімери відіграють важливу та повсюдну роль у повсякденному житті. Полімери варіюються від знайомих синтетичних пластмас, таких як полістирол, до природних біополімерів, таких як ДНК та білки, які є основоположними для біологічної структури та функції. Полімери, як природні, так і синтетичні, створюються шляхом полімеризації багатьох малих молекул, відомих як мономери. Їх, отже, велика молекулярна маса відносно малих молекулярних сполук виробляє унікальні фізичні властивості, включаючи в'язкість, в'язкопружність і тенденцію до утворення склянок і напівкристалічних структур, а не кристалів. Терміни полімер і смола часто є синонімами пластику.

Малюнок\(\PageIndex{1}\) Полімерне утворення під час реакції полімеризації велика кількість мономерів з'єднуються ковалентними зв'язками з утворенням однієї довгої молекули, полімеру.

Натуральні полімери

Деякі дуже важливі біологічні матеріали - полімери. З трьох основних харчових груп полімери представлені двома: білками і вуглеводами. Білки - це полімери амінокислот, які є мономерами, що мають функціональну групу аміну і функціональну групу карбонових кислот. Білки відіграють вирішальну роль в живих організмах.

Зв'язування сотень молекул глюкози разом робить нас відносно поширеним матеріалом, відомим як крохмаль:

Крохмаль є важливим джерелом енергії в раціоні людини. Зверніть увагу, як з'єднуються окремі одиниці глюкози. Їх також можна з'єднати іншим способом, ось так:

Цей полімер відомий як целюлоза. Целюлоза є основним компонентом клітинних стінок рослин. Цікаво, що незважаючи на схожість будівельних блоків, деякі тварини (наприклад, люди) не можуть перетравлювати целюлозу; ті тварини, які можуть перетравлювати клітковину, зазвичай покладаються на симбіотичні бактерії в травному тракті для фактичного травлення. Тварини не мають належних ферментів, щоб розщеплювати одиниці глюкози в клітковині, тому вона проходить через травний тракт і вважається харчовими волокнами.

Дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК) і рибонуклеїнова кислота (РНК) також є полімерами, що складаються з довгих, трискладових ланцюгів, що складаються з фосфатних груп, цукрів з атомами 5 С (рибоза або дезоксирибоза), і N-містять кільця, що називаються основами. Кожна комбінація з трьох частин називається нуклеотидом; ДНК і РНК по суті є полімерами нуклеотидів, які мають досить складні, але інтригуючі структури (F igure\(\PageIndex{2}\) - Нуклеотиди). ДНК є основним матеріалом в хромосомах і безпосередньо відповідає за спадковість, тоді як РНК є важливою речовиною в синтезі білка.

Малюнок\(\PageIndex{2}\) Нуклеотиди © Thinkstock

ДНК в наших клітині - це полімер нуклеотидів, кожен з яких складається з фосфатної групи, цукру і N-содержащей основи

Вищезазначені біополімери (полімери, що виробляються живими організмами) розглядаються далі в главі 16.

Целюлоїд: Більярдні кулі

Целюлоїди - це клас сполук, створених з нітроцелюлози (частково нітрованої целюлози) і камфори, з додаванням барвників та інших агентів. Як правило, вважається першим термопластичним, він був вперше створений як Parkesinein (Олександр Паркс з Бірмінгема Англії) в 1856 році і як ксилоніт в 1869 році. У 1860-х роках американець Джон Уеслі Хаятт придбав патент Паркса і почав експериментувати з нітратом целюлози з наміром виготовлення більярдних куль, які до цього часу виготовлялися зі слонової кістки. У 1870-х роках модифікований пластик був зареєстрований як «целюлоїд».

Основне використання було у кіно- та фотографічній кіноіндустрії, яка використовувала лише целюлоїдні плівки до прийняття захисної плівки ацетату в 1950-х роках. Целюлоїд є легкозаймистим, важким і дорогим у виробництві і більше не широко використовується; його найпоширеніші види використання сьогодні - м'ячі для настільного тенісу, музичні інструменти та гітарні кирки.

Бакеліт (іноді пишеться бекеліт) або поліоксибензилметиленгліколангідрид був першим пластиком, виготовленим з синтетичних компонентів. Являє собою термореактивну фенолформальдегідну смолу, утворену в результаті реакції конденсації фенолу з формальдегідом. Він був розроблений бельгійсько-американським хіміком Лео Бекеландом в Йонкерсі, штат Нью-Йорк, в 1907 році.

Бакеліт був запатентований 7 грудня 1909 року. Створення синтетичного пластику було революційним завдяки його електропровідності та термостійким властивостям в електричних ізоляторах, корпусах радіо та телефонів та таких різноманітних продуктах, як посуд, ювелірні вироби, стебла труб, дитячі іграшки та вогнепальна зброя.

Полімери

Курс \(\PageIndex{2}\)відеополімерів

Резюме

• Полімери - це гігантські молекули, які складаються з довгих ланцюгів одиниць, званих мономерами, з'єднаними ковалентними зв'язками.
• Полімеризація - це процес з'єднання мономерів разом з утворенням полімеру.
• Пластик - загальний термін для полімерів, виготовлених з синтетичних матеріалів.
• Кілька важливих біологічних полімерів включають білки, крохмаль, целюлозу, ДНК і РНК.

Автори та атрибуція

• Joshua Halpern, Scott Sinex and Scott Johnson
• TextMap: Beginning Chemistry (Ball et al.)
• Template:ContribAgnewM
• Wikipedia