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Einführung in Monomere und Polymere in der Chemie

Ein Monomer ist eine Art von Molekül, das die Fähigkeit besitzt, sich chemisch mit anderen Molekülen in einer langen Kette zu verbinden. Ein Polymer ist eine Kette einer nicht spezifizierten Anzahl von Monomeren. Im Wesentlichen sind Monomere die Bausteine ​​von Polymeren, die komplexere Arten von Molekülen sind. Monomere – sich wiederholende molekulare Einheiten – sind durch kovalente Bindungen zu Polymeren verbunden.

 

Monomere

Das Wort Monomer kommt von mono- (eins) und -mer (Teil). Monomere sind kleine Moleküle, die wiederholt miteinander verbunden werden können, um komplexere Moleküle zu bilden, die als Polymere bezeichnet werden. Monomere bilden Polymere, indem sie chemische Bindungen bilden oder durch einen als Polymerisation bezeichneten Prozess supramolekular binden.

Manchmal werden Polymere aus gebundenen Gruppen von Monomeruntereinheiten (bis zu einigen Dutzend Monomeren) hergestellt, die als Oligomere bezeichnet werden. Um sich als Oligomer zu qualifizieren, müssen sich die Eigenschaften des Moleküls erheblich ändern, wenn eine oder mehrere Untereinheiten hinzugefügt oder entfernt werden. Beispiele für Oligomere umfassen Kollagen und flüssiges Paraffin.

Ein verwandter Begriff ist „monomeres Protein“, ein Protein, das sich zu einem Multiproteinkomplex verbindet. Monomere sind nicht nur Bausteine ​​von Polymeren, sondern selbst wichtige Moleküle, die nicht unbedingt Polymere bilden, es sei denn, die Bedingungen stimmen.

 

Beispiele für Monomere

Beispiele für Monomere umfassen Vinylchlorid (das zu Polyvinylchlorid oder PVC polymerisiert), Glucose (das zu Stärke, Cellulose, Laminarin und Glucanen polymerisiert) und Aminosäuren (die zu Peptiden, Polypeptiden und Proteinen polymerisieren). Glucose ist das am häufigsten vorkommende natürliche Monomer, das durch Bildung glykosidischer Bindungen polymerisiert.

 

Polymere

Das Wort Polymer kommt von Poly- (viele) und -mer (Teil). Ein Polymer kann ein natürliches oder synthetisches Makromolekül sein, das aus sich wiederholenden Einheiten eines kleineren Moleküls (Monomere) besteht. Während viele Menschen die Begriffe „Polymer“ und „Kunststoff“ austauschbar verwenden, sind Polymere eine viel größere Klasse von Molekülen, zu denen Kunststoffe sowie viele andere Materialien wie Cellulose, Bernstein und Naturkautschuk gehören.

Verbindungen mit niedrigerem Molekulargewicht können durch die Anzahl der darin enthaltenen monomeren Untereinheiten unterschieden werden. Die Begriffe Dimer, Trimer, Tetramer, Pentamer, Hexamer, Heptamer, Octamer, Nonamer, Decamer, Dodecamer, Eicosamer spiegeln Moleküle wider, die 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 und 20 enthalten Monomereinheiten.

 

Beispiele für Polymere

Beispiele für Polymere umfassen Kunststoffe wie Polyethylen, Silikone wie dummen Kitt, Biopolymere wie Cellulose und DNA, natürliche Polymere wie Kautschuk und Schellack und viele andere wichtige Makromoleküle.

 

Gruppen von Monomeren und Polymeren

Die Klassen biologischer Moleküle können in die Arten von Polymeren, die sie bilden, und die Monomere, die als Untereinheiten wirken, eingeteilt werden:

  • Lipide – Polymere, die Diglyceride, Triglyceride genannt werden; Monomere sind Glycerin und Fettsäuren
  • Proteine – Polymere sind als Polypeptide bekannt; Monomere sind Aminosäuren
  • Nukleinsäuren – Polymere sind DNA und RNA; Monomere sind Nukleotide, die wiederum aus einer stickstoffhaltigen Base, Pentosezucker und einer Phosphatgruppe bestehen
  • Kohlenhydrate – Polymere sind Polysaccharide und Disaccharide *; Monomere sind Monosaccharide (einfache Zucker)

* Technisch gesehen sind Diglyceride und Triglyceride keine echten Polymere, da sie sich über die Dehydratisierungssynthese kleinerer Moleküle bilden, nicht durch die End-to-End-Bindung von Monomeren, die eine echte Polymerisation charakterisiert.

 

Wie sich Polymere bilden

Bei der Polymerisation werden die kleineren Monomere kovalent an das Polymer gebunden. Während der Polymerisation gehen chemische Gruppen aus den Monomeren verloren, so dass sie sich verbinden können. Bei Biopolymeren von Kohlenhydraten handelt es sich um eine Dehydratisierungsreaktion, bei der Wasser gebildet wird.

 

Ressourcen und weiterführende Literatur

  • Cowie, JMG und Valeria Arrighi. „Polymere: Chemie und Physik moderner Materialien“, 3. Aufl. Boca Taton: CRC Press, 2007. 
  • Sperling, Leslie H. „Einführung in die physikalische Polymerwissenschaft“, 4. Aufl. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, 2006.  
  • Young, Robert J. und Peter A. Lovell. „Introduction to Polymers“, 3. Aufl. Boca Raton, LA: CRC Press, Taylor & Francis Group, 2011.

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