モノマーは、ポリマーの開始単位です。これは、重合プロセスを通じて他のモノマーと反応してポリマーを形成できる単一分子です。
モノマーは、名前が示すように、他のモノマー分子と反応してポリマーを形成できる単一分子です。ポリマーの基本単位であり、高分子化合物の基本構成要素と考えることができます。これにより、ポリマーの定義がかなり簡単になります。これは、モノマーと呼ばれる小さなサブユニットで構成される大きな分子です。ポリマーは高分子と呼ばれることもあります .分子は、化学結合によって結合された 2 つ以上の原子のグループに他なりません。
一般的に見られるポリマーには、炭水化物、脂質、またはタンパク質が含まれ、すべて繰り返しのモノマー単位でできています。単糖類と呼ばれる炭水化物モノマーは、グルコースとフルクトースの単位で構成されています。脂質も同様に脂肪酸とグリセロールでできています。私たちの体内の DNA または RNA は、モノマーであるヌクレオチドに由来します。最後に、私たちの体の構成要素であるタンパク質も、アミノ酸と呼ばれる単量体単位でできています。
分子が単量体であるためには、他の単量体分子と相互作用する能力がなければならないと言っても過言ではありません.
モノマーとは?
モノマーは、低分子量の炭化水素分子です。化学では、炭化水素は、完全に水素分子と炭素分子で構成される化合物です。単量体は、二量体 (2 つの単量体単位)、三量体 (3 つの単量体単位) などを形成することもできます。
ポリマーのモノマー単位は化学結合の助けを借りて結合され、最終的なポリマーの構成を維持します。結合しているモノマー単位に応じて、ポリマーが持つことができるさまざまなタイプの構成があります。
多くのモノマー単位が同じ数の炭素原子を持っていますが、配置が異なることに注意することは興味深いことです。炭素原子の数が同じで配置が異なるこのような分子は、異性体と呼ばれます。グルコース、ガラクトース、フルクトースは、異性体モノマーの一般的な例です。それらは類似した化学式、つまり分子内の類似した数の原子を持っていますが、これらの原子の分子配置が異なり、3 つの異なる化合物が生じます。
異性体モノマー。 (写真提供:Emir Kaan/Shutterstock)
同じモノマー単位の異なる異性体分子は、高分子化合物に異なる特性を付与します。
ポリマーとは?
ポリマーはモノマー単位の繰り返しで構成され、天然または合成のいずれかです。前述のように、ポリマーは私たちのシステムの重要な部分を形成します。ポリマーは、ダイヤモンド、石英、およびコンクリート、ガラス、紙、プラスチック、ゴムなどの他の人工材料にも含まれています。
ポリマーはホモポリマーになることができます またはヘテロポリマー .ホモポリマーには、ポリ塩化ビニルなどの同じモノマーの繰り返し単位があります。ヘテロポリマーは、2 つ以上の異なるモノマー単位を持っています。さまざまなアミノ酸が結合しているため、タンパク質は一般的に見られるヘテロポリマーです。
繰り返しの分子単位は、2 つの原子間で電子を共有することを含む共有結合によって結合されます。これにより、他のタイプの化学結合と比較して、結合が比較的強くなります。その結果、ポリマーはより強くなり、壊れにくくなります。カニの硬い殻は高分子キチンで構成されているため、その生物の殻を破ることは非常に困難です!
有機ポリマーは生物に含まれ、植物のセルロースやリグニンなど、非常に重要な役割を果たしています。リグニンは植物の細胞壁の形成を助けますが、セルロースは同じ細胞壁に剛性を与えるために必要です.
植物細胞に存在するセルロースのポリマー。 (写真提供:Designua/Shutterstock)
では… モノマーはどのようにしてこれらの長鎖ポリマーを形成するのでしょうか?これは、重合と呼ばれる高度なプロセスによって行われます。
重合とは?
化学反応によるポリマー形成のプロセスは、重合と呼ばれます .このプロセス中に、いくつかの化学基が失われ、予想とは異なる最終製品につながります。その結果、ポリマーは、元の単一モノマー単位と同じ化学的特性をすべて保持しているとは限りません。重合反応には 2 つのタイプがあります。連鎖反応 および段階的反応 .
スチレンの重合反応。 (写真提供:Designua/Shutterstock)
前述のように、異性体モノマーが反応中に存在する場合、それらは共有結合が発生する方法に影響を与える傾向があり、ポリマーの特性を変更します.
ほとんどの場合、モノマーは少なくとも 1 つの炭素間二重結合を持っていることに注意してください。炭素原子には 6 個の電子があり、他の原子と単結合、二重結合、または三重結合を形成できます。これらのほとんどは共有結合であり、それぞれ 1 つ、2 つ、または 3 つの電子を他の原子と共有しています。原子は互いに結合して安定性を高めます。そのため、電子に余裕のある原子は通常、他の原子よりも反応性が高くなります。
他の原子と結合して化合物を形成できる自由電子を持つ化学化合物は、フリーラジカルと呼ばれます。これらのフリーラジカルは、モノマー単位の二重結合に結合してポリマーを形成する触媒のようなものです。フリーラジカルは二重結合を壊してモノマーと結合し、フリー電子がラジカルからモノマー単位の外側の炭素に移動します。次に、この自由電子が他のモノマー ユニットを探しに出発し、モノマー ユニット同士が結合するという繰り返しのプロセスが始まります。これは連鎖反応型の重合です。このようにして生成されたポリマーは、高分子量化合物です。
一方、段階反応重合では、低分子量の化合物が生成され、より高い温度が必要になります。これは、反応中に水や塩酸などの副生成物が形成される可能性があるため、縮合反応とも呼ばれます。これらの縮合重合反応のほとんどは、二官能性モノマーを含みます。 2 つの異なる官能基を持つモノマーは、二官能性モノマーと呼ばれます。
水分子の放出を伴う段階反応重合。 (写真提供:Calvero/Wikimedia Commons)
置換基は、元の炭化水素に存在する 1 つまたは複数の水素原子を置換して新しい分子を生成する原子または原子群です。これにより、分子に異なる化学的性質を付与するのに役立つ、分子内の特定の置換基としての官能基の定義が得られます。この二官能性モノマーは、他のモノマーと両方向に結合して鎖を成長させ、ポリマーを生成します。
結論
1899年頃、ドイツの科学者がジアゾメタンと呼ばれる化合物を分解しようとしていた 彼はフラスコの底に粘り気のある物質を見つけました。優れた研究の結果、彼が誤ってポリメチレンと呼ばれる -CH2- 分子のポリマーを作っていたことが判明しました.
その後、1935 年に英国の科学者がエチレンをベンズアルデヒドと反応させようとしているときに、後にポリエチレンまたは一般にプラスチックと呼ばれるワックス状の固体に出会いました。今日、ほとんどのケーブルは、絶縁のためにポリエチレンのポリマーで包まれています.
ポリエチレンは、ゴミ袋、炭酸飲料のボトル、包装、容器など、さまざまな形で世界中の人々によって最も一般的に使用されています。私たちは、ポリマーに出くわしたことから、特定の産業用途のためにそれらを製造することまで、長い道のりを歩んできました.
次に化学実験室で作業するときは、反応後に形成される残留物を詳しく調べたいと思うかもしれません。あなたもポリマーを発見する可能性は十分にあります!
