モノマー：特性、タイプ、例 - 化学 - 2024

モノマーは、ポリマーと呼ばれる基本的又は本質的な構造単位大きいまたは複雑な分子を構成する小または単純な分子です。モノマーとはギリシャ語起源の言葉で、モノの一部を意味します。

ある単量体が別の単量体と結合すると、二量体が形成されます。これを別のモノマーと順番に結合することで、トリマーを形成し、オリゴマーと呼ばれる短い鎖、またはポリマーと呼ばれるより長い鎖を形成するまで続きます。

出典：Flickr経由のArdonik

モノマーは、電子のペアを共有して化学結合を形成することにより、結合または重合します。つまり、それらは共有型の結合によって結合されます。

上の画像では、立方体は2つの面（2つの結合）によってリンクされているモノマーを表しており、傾いた塔を生じさせます。

このモノマーの結合は重合として知られています。同じタイプまたは異なるタイプのモノマーを結合することができ、それらが別の分子と確立できる共有結合の数が、それらが形成するポリマーの構造（線形、傾斜鎖または3次元構造）を決定します。

ポリスチレン分子。モノマーの例（赤い長方形）

天然由来のものを含め、多種多様なモノマーがあります。これらは生物の構造に存在する生体分子と呼ばれる有機分子に属し、それらを設計します。

たとえば、タンパク質を構成するアミノ酸。炭水化物の単糖単位; 核酸を構成するモノヌクレオチド。合成モノマーもあり、塗料やプラスチックなど、無数のさまざまな不活性ポリマー製品を製造することができます。

テフロンとして知られているポリマーを形成するテトラフルオロエチレン、またはベークライトと呼ばれるポリマーを形成するモノマーのフェノールとホルムアルデヒドなど、挙げられる数千の例のうちの2つが挙げられます。

モノマー特性

モノマーは共有結合によってリンクされています

モノマーの形成に関与する原子は、共有結合などの強力で安定した結合によって結合されます。同様に、モノマーはこれらの結合を介して他のモノマー分子と重合または結合し、ポリマーに強度と安定性を与えます。

モノマー間のこれらの共有結合は、モノマーを構成する原子、二重結合の存在、およびモノマーの構造を持つ他の特性に依存する化学反応によって形成されます。

重合プロセスは、次の3つの反応のうちの1つによるものです。凝縮、付加、またはフリーラジカル。それぞれに独自のメカニズムと成長モードがあります。

モノマーの機能性とポリマー構造

モノマーは、少なくとも2つの他のモノマー分子と結合できます。この特性または特徴は、モノマーの機能性として知られているものであり、それらが高分子の構造単位になることを可能にするものです。

モノマーは、モノマーの活性部位または反応部位に応じて、二官能性または多官能性であり得る。つまり、他の分子またはモノマーの原子との共有結合の形成に参加できる分子の原子です。

以下に詳述するように、この特性は、構成するポリマーの構造と密接に関連しているため、重要です。

二機能性：線形ポリマー

モノマーは、他のモノマーとの結合部位が2つしかない場合は二機能性です。つまり、モノマーは他のモノマーと2つの共有結合しか形成できず、線状ポリマーしか形成できません。

線状ポリマーの例には、エチレングリコールおよびアミノ酸が含まれる。

多官能モノマー-三次元ポリマー

3つ以上のモノマーと結合して、最も高い機能性を持つ構造単位を構成できるモノマーがあります。

それらは多官能性と呼ばれ、分岐、ネットワークまたは3次元高分子高分子を生成するものです。例えばポリエチレンのように。

スケルトンまたは中央構造

炭素と炭素の間の二重結合を使って

二重結合で結合された少なくとも2つの炭素原子（C = C）で構成された構造に中心骨格を持つモノマーがあります。

次に、この鎖または中心構造は、横方向に結合した原子を持ち、変化して異なるモノマーを形成します。（R ₂ C = CR ₂）。

R鎖のいずれかが修飾または置換されている場合、別のモノマーが得られます。また、これらの新しいモノマーが集まると、別のポリマーを形成します。

このグループのモノマーの例は、プロピレン（H ₂ C = CH ₃ H）、テトラフルオロエチレン（F ₂ C = CF ₂）および塩化ビニル（H ₂ C = CClH）です。

構造内の2つの官能基

官能基が1つしかないモノマーもありますが、構造内に2つの官能基を持つモノマーの幅広いグループがあります。

アミノ酸はこの良い例です。それらは、中央の炭素原子に結合したアミノ官能基（-NH ₂）とカルボン酸官能基（-COOH）を持っています。

二官能性モノマーであるというこの特徴はまた、二重結合の存在などの長いポリマー鎖を形成する能力をそれに与える。

官能基

一般に、存在するポリマーの特性は、モノマーの側鎖を形成する原子によって与えられます。これらの鎖は有機化合物の官能基を構成します。

官能基または側鎖によって特性が与えられる有機化合物のファミリーがあります。一例は、重合反応に関与する多くの中でも、カルボン酸官能基R – COOH、アミノ基R – NH ₂、アルコールR – OHです。

同じまたは異なるモノマーの結合

同等のモノマーの連合

モノマーは、異なるクラスのポリマーを形成する可能性があります。同じタイプまたは同じタイプのモノマーを結合して、いわゆるホモポリマーを生成することができる。

一例として、ポリスチレンを形成するモノマーであるスチレンについて言及することができる。デンプンおよびセルロースも、モノマーグルコースの長い分岐鎖で構成されるホモポリマーの例です。

異なるモノマーの結合

異なるモノマーの結合がコポリマーを形成します。ユニットは、ポリマー鎖（ABBBAABAA-…）の構造全体にわたって、異なる数、順序、または順序で繰り返されます。

コポリマーの例として、２つの異なるモノマーの繰り返し単位により形成されるポリマーであるナイロンを挙げることができる。これらは、ジカルボン酸とジアミン分子であり、等モル（等）の割合で縮合して結合します。

1-オクテンモノマーとエチレンモノマーを基本構造として持つ特殊なポリエチレンを形成する場合のように、異なるモノマーを不均等な比率で結合することもできます。

モノマーの種類

さまざまなタイプのモノマーの確立を可能にする多くの特性があり、その中には、それらの起源、機能性、構造、それらが形成するポリマーのタイプ、それらがどのように重合するか、およびそれらの共有結合が目立つ。

天然モノマー

-植物の樹液やラテックスから得られる、天然ゴムのモノマー構造でもあるイソプレンなどの天然由来のモノマーがあります。

-昆虫によって生成されるいくつかのアミノ酸は、フィブロインまたは絹タンパク質を形成します。また、羊などの動物が生産する羊毛のタンパク質であるポリマーケラチンを構成するアミノ酸もあります。

-天然モノマーは生体分子の基本的な構造単位でもあります。例えば、単糖グルコースは、他のグルコース分子と結合して、とりわけデンプン、グリコーゲン、セルロースなどの異なるタイプの炭水化物を形成する。

一方、アミノ酸は、タンパク質と呼ばれる幅広いポリマーを形成することができます。これは、20種類のアミノ酸があり、任意の順序で結合できるためです。したがって、それらは最終的に独自の構造特性を持つ1つまたは別のタンパク質を形成します。

-それぞれDNAおよびRNA核酸と呼ばれる高分子を形成するモノヌクレオチドも、このカテゴリー内で非常に重要なモノマーです。

合成モノマー

-人工または合成モノマー（数が多い）の中で、さまざまな種類のプラスチックが作られているものについて言及できます。ポリ塩化ビニルまたはPVCを形成する塩化ビニルのように; エチレンガス（H ₂ C = CH ₂）、およびそのポリエチレンポリマー。

これらの材料を使用して、さまざまな容器、ボトル、家庭用品、おもちゃ、建設資材などを製造できることはよく知られています。

-テトラフルオロエチレンモノマー（F ₂ C = CF ₂）は、テフロンとして商業的に知られているポリマーを形成していることがわかります。

-トルエンに由来するカプロラクタム分子は、とりわけナイロンの合成に不可欠です。

-アクリルモノマーのいくつかのグループは、組成と機能に従って分類されています。これらの中には、アクリルアミド、メタクリルアミド、アクリレート、フッ素を含むアクリルなどがあります。

非極性および極性モノマー

この分類は、モノマーを構成する原子の電気陰性度の違いによって行われます。顕著な違いがある場合、極性モノマーが形成されます。例えば、スレオニンやアスパラギンなどの極性アミノ酸。

電気陰性度の差がゼロの場合、モノマーは無極性です。トリプトファン、アラニン、バリンなどの非極性アミノ酸があります。また、酢酸ビニルなどの無極性モノマー。

環状または線状モノマー

モノマーの構造内の原子の形状または構成に応じて、これらはプロリン、エチレンオキシドなどの環状モノマーとして分類できます。直鎖状または脂肪族、例えばアミノ酸バリン、エチレングリコールなど。

例

すでに述べたものに加えて、モノマーの以下の追加の例があります。

-ホルムアルデヒド

-フルフラール

-カルダノール

-ガラクトース

-スチレン

-ポリビニルアルコール

-イソプレン

-脂肪酸

-エポキシド

-そして、それらは言及されていませんが、構造は炭酸化されていないが、硫化、リン、またはシリコン原子を持っているモノマーがあります。

参考文献

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