Typer af monomerer

Monomerer danner grundlaget for makromolekyler, der opretholder liv og leverer menneskeskabte materialer. Monomerer grupperes sammen for at danne lange kæder af makromolekyler kaldet polymerer. Forskellige reaktioner fører til polymerisation, sædvanligvis via katalysatorer. Talrige eksempler på monomerer findes i naturen eller bruges i industrier til at skabe nye makromolekyler.

TL; DR (for lang; læste ikke)

Monomerer er små, enkle molekyler. Når de kombineres med andre monomerer via kemiske bindinger, fremstiller de polymerer. Polymerer findes begge i naturen, såsom i proteiner, eller de kan være menneskeskabte, såsom i plast.
Hvad er Monomerer?

Monomerer til stede som små molekyler. De danner grundlaget for større molekyler via kemiske bindinger. Når disse enheder samles i gentagelse, dannes en polymer. Forskeren Hermann Staudinger opdagede, at monomerer udgør polymerer. Livet på Jorden afhænger af de bånd monomerer skaber til andre monomerer. Monomerer kan kunstigt konstrueres til polymerer, som følgelig forbindes med andre molekyler i processen kaldet polymerisation. Folk udnytter denne evne til at fremstille plast og andre menneskeskabte polymerer. Monomerer bliver også naturlige polymerer, der udgør de levende organismer i verden.
Monomerer i naturen

Blandt monomererne i den naturlige verden er enkle sukkerarter, fedtsyrer, nukleotider og aminosyrer. Monomerer i naturen binder sig sammen og danner andre forbindelser. Mad i form af kulhydrater, proteiner og fedt stammer fra koblingen af flere monomerer. Andre monomerer kan danne gasser; for eksempel kan methylen (CH _{2) binde sig sammen til dannelse af ethylen, en gas, der findes i naturen og ansvarlig for modning af frugt. Ethylen tjener igen som en basismonomer til andre forbindelser, såsom ethanol. Både planter og organismer fremstiller naturlige polymerer.}

Polymerer, der findes i naturen, er lavet af monomerer, der har kulstof, der let binder til andre molekyler. Metoder, der anvendes i naturen til at skabe polymerer, inkluderer dehydratiseringssyntese, som sammenføjer molekyler, men alligevel resulterer i fjernelse af et vandmolekyle. Hydrolyse repræsenterer på den anden side en metode til nedbrydning af polymerer til monomerer. Dette sker ved at bryde bindinger mellem monomerer via enzymer og tilsætte vand. Enzymer fungerer som katalysatorer for at fremskynde kemiske reaktioner og er i sig selv store molekyler. Et eksempel på et enzym, der bruges til at nedbryde en polymer til en monomer, er amylase, der omdanner stivelse til sukker. Denne proces bruges til fordøjelse. Folk bruger også naturlige polymerer til emulgering, fortykning og stabilisering af mad og medicin. Nogle yderligere eksempler på naturlige polymerer inkluderer kollagen, keratin, DNA, gummi og uld, blandt andre.
Simple Sugar Monomers

Enkle sukkerarter er monomerer kaldet monosaccharider. Monosaccharider indeholder kulstof, brint og iltmolekyler. Disse monomerer kan danne lange kæder, der udgør polymerer kendt som kulhydrater, de energilagringsmolekyler, der findes i fødevarer. Glucose er en monomer med formlen C 6H <12> <6, hvilket betyder, at den har seks carbonhydrider, tolv hydrogener og seks oxygener i sin baseform. Glukose fremstilles hovedsageligt via fotosyntese i planter og er det ultimative brændstof til dyr. Celler bruger glukose til cellulær respiration. Glukose danner grundlaget for mange kulhydrater. Andre enkle sukkerarter inkluderer galactose og fruktose, og disse har også den samme kemiske formel, men er strukturelt forskellige isomerer. Pentoserne er enkle sukkerarter såsom ribose, arabinose og xylose. Ved at kombinere sukkermonomerer dannes disaccharider (fremstillet af to sukkerarter) eller større polymerer kaldet polysaccharider. F.eks. Er saccharose (bordsukker) et disaccharid, der stammer fra tilsætning af to monomerer, glukose og fruktose. Andre disaccharider inkluderer lactose (sukker i mælk) og maltose (et biprodukt af cellulose).

Et enormt polysaccharid lavet af mange monomerer, stivelse tjener som den vigtigste opbevaring af energi for planter, og det kan ikke opløses i vand . Stivelse er fremstillet af et stort antal glukosemolekyler som basismonomer. Stivelse udgør frø, korn og mange andre fødevarer, som mennesker og dyr spiser. Proteinamylasen arbejder på at vende stivelse tilbage til basismonomeren glukose.

Glykogen er et polysaccharid, der anvendes af dyr til energilagring. I lighed med stivelse er glycogens basismonomer glukose. Glykogen adskiller sig fra stivelse ved at have flere grene. Når celler har brug for energi, kan glycogen nedbrydes via hydrolyse tilbage til glukose.

Lange kæder af glukosemonomerer udgør også cellulose, et lineært, fleksibelt polysaccharid, der findes rundt om i verden som en strukturel komponent i planter. Cellulose huser mindst halvdelen af Jordens kulstof. Mange dyr kan ikke fordøje cellulose fuldt ud, undtagen drøvtyggere og termitter.

Et andet eksempel på et polysaccharid, det mere sprøde makromolekyle-chitin, smeder skaller af mange dyr, såsom insekter og krebsdyr. Enkle sukkermonomerer såsom glukose danner derfor grundlaget for levende organismer og giver energi til deres overlevelse.
Monomerer af fedtstoffer

Fedtstoffer er en type lipider, polymerer, der er hydrofobe (vandafvisende). Basismonomeren for fedtstoffer er alkoholglycerolen, der indeholder tre kulhydrater med hydroxylgrupper kombineret med fedtsyrer. Fedt giver dobbelt så meget energi som det enkle sukker, glukose. Af denne grund tjener fedtstoffer som en slags energilagring for dyr. Fedtstoffer med to fedtsyrer og en glycerol kaldes diacylglyceroler eller phospholipider. Lipider med tre fedtsyrer og et glycerol kaldes triacylglyceroler, fedtstoffer og olier. Fedt giver også isolering for kroppen og nerverne i det samt plasmamembraner i celler.
Aminosyrer: Monomerer af proteiner

En aminosyre er en underenhed af protein, en polymer, der findes i hele naturen. En aminosyre er derfor proteinmonomeren. En basisk aminosyre er fremstillet af et glukosemolekyle med en amingruppe (NH3), en carboxylgruppe (COOH) og en R-gruppe (sidekæde). 20 aminosyrer findes og bruges i forskellige kombinationer til fremstilling af proteiner. Proteiner leverer adskillige funktioner til levende organismer. Flere aminosyremonomerer forbindes via peptid (kovalente) bindinger for at danne et protein. To bundne aminosyrer udgør et dipeptid. Tre sammenføjede aminosyrer udgør et tripeptid, og fire aminosyrer udgør et tetrapeptid. Med denne konvention bærer proteiner med over fire aminosyrer også navnet polypeptider. Af disse 20 aminosyrer inkluderer basismonomerer glukose med carboxyl- og amingrupper. Glukose kan derfor også kaldes en monomer af protein.

Aminosyrerne danner kæder som en primær struktur, og yderligere sekundære former forekommer med brintbindinger, der fører til alfa-helikser og beta-plisserede plader. Foldning af aminosyrer fører til aktive proteiner i den tertiære struktur. Yderligere foldning og bøjning giver stabile, komplekse kvartære strukturer, såsom kollagen. Kollagen tilvejebringer strukturelle fundamenter til dyr. Proteinkeratinet forsyner dyr med hud og hår og fjer. Proteiner fungerer også som katalysatorer til reaktioner i levende organismer; disse kaldes enzymer. Proteiner fungerer som kommunikatorer og bevægelser af materiale mellem celler. For eksempel spiller proteinaktin rollen som transporter for de fleste organismer. De forskellige tredimensionelle strukturer af proteiner fører til deres respektive funktioner. Ændring af proteinstrukturen fører direkte til en ændring i proteinfunktionen. Proteiner fremstilles i henhold til instruktioner fra en celles gener. Et proteins interaktioner og variation bestemmes af dets basale monomer af protein, glukosebaserede aminosyrer.
Nukleotider som monomerer.

Nukleotider tjener som en plan for konstruktion af aminosyrer, der igen består proteiner. Nukleotider gemmer information og overfører energi til organismer. Nukleotider er monomerer af naturlige, lineære polymere nukleinsyrer, såsom deoxyribonukleinsyre (DNA) og ribonukleinsyre (RNA). DNA og RNA har en genetisk kode. Nukleotidmonomerer er lavet af en fem-carbon sukker, et fosfat og en nitrogenholdig base. Baser inkluderer adenin og guanin, der er afledt af purin; og cytosin og thymin (til DNA) eller uracil (for RNA), afledt af pyrimidin.

Den kombinerede sukker- og nitrogenholdige base giver forskellige funktioner. Nukleotider danner grundlaget for mange molekyler, der er nødvendige for livet. Et eksempel er adenosintrifosfat (ATP), det vigtigste leveringssystem for energi til organismer. Adenin, ribose og tre fosfatgrupper udgør ATP-molekyler. Phosphodiesterbindinger forbinder sukkerarterne fra nukleinsyrer sammen. Disse forbindelser har negative ladninger og giver en stabil makromolekyle til lagring af genetisk information. RNA, der indeholder sukkerribose og adenin, guanin, cytosin og uracil, fungerer i forskellige metoder inde i celler. RNA tjener som et enzym og hjælper med DNA-replikation såvel som fremstilling af proteiner. RNA findes i en enkelt-helixform. DNA er det mere stabile molekyle, der danner en dobbelt helixkonfiguration, og er derfor det fremherskende polynukleotid for celler. DNA indeholder sukkerdeoxyribose og de fire nitrogenholdige baser adenin, guanin, cytosin og thymin, der udgør molekylets nukleotidbase. Den lange længde og stabilitet af DNA muliggør lagring af enorme mængder information. Life on Earth skylder sin fortsættelse af nukleotidmonomerer, der danner rygraden i DNA og RNA, såvel som energimolekylet ATP.
Monomers for Plastic

Polymerisation repræsenterer dannelsen af syntetiske polymerer via kemiske reaktioner. Når monomerer forbindes som kæder til menneskeskabte polymerer, bliver disse stoffer plast. De monomerer, der udgør polymerer, er med til at bestemme egenskaberne for den plast, de fremstiller. Alle polymerisationer forekommer i en række initiering, forplantning og afslutning. Polymerisation kræver forskellige metoder til succes, såsom kombinationer af varme og tryk og tilsætning af katalysatorer. Polymerisation kræver også brint for at afslutte en reaktion.

Forskellige faktorer i reaktionerne påvirker en polymers forgrening eller kæder. Polymerer kan indbefatte en kæde af den samme type monomer, eller de kan indbefatte to eller flere slags monomerer (co-polymerer). "Additionpolymerisation" henviser til monomerer, der er tilsat sammen. "Kondensationspolymerisation" henviser kun til polymerisation under anvendelse af en del af en monomer. Navnekonventionen for bundne monomerer uden tab af atomer er at tilføje "poly" til monomerenavnet. Mange nye katalysatorer skaber nye polymerer til forskellige materialer.

En af de grundlæggende monomerer til fremstilling af plast er ethylen. Denne monomer binder til sig selv eller til mange andre molekyler til dannelse af polymerer. Monomeren ethylen kan kombineres til en kæde kaldet polyethylen. Afhængig af egenskaberne kan disse plastmaterialer være polyetylen med høj densitet (HDPE) eller polyeten med lav densitet (LDPE). To monomerer, ethylenglycol og terephthaloyl, fremstiller polymeren poly (ethylenterephthalat) eller PET, der bruges i plastflasker. Monomeren propylen danner polymerpolypropylen via en katalysator, der bryder dens dobbeltbindinger. Polypropylen (PP) bruges til fødevarebeholdere og spånposer i plast.

Vinylalkoholmonomerer danner polymeren poly (vinylalkohol). Denne ingrediens findes i børns kitt. Polycarbonatmonomerer er lavet af aromatiske ringe adskilt med carbon. Polycarbonat bruges ofte i briller og musikdiske. Polystyren, der anvendes i Styrofoam og isolering, er sammensat af polyethylenmonomerer med en aromatisk ring erstattet med et hydrogenatom. Poly (chloroethen), a.k.a poly (vinylchlorid) eller PVC, dannes af adskillige monomerer af chlorethen. PVC udgør så vigtige ting som rør og sidespor til bygninger. Plast leverer uendelige nyttige materialer til dagligdags ting, såsom billygter, fødevarebeholdere, maling, rør, stof, medicinsk udstyr og mere.

Polymerer fremstillet af gentagne, sammenkoblede monomerer danner grundlaget for meget af hvad mennesker og andre organismer støder på Jorden. At forstå den grundlæggende rolle som enkle molekyler som monomerer giver større indsigt i den naturlige verdens kompleksitet. Samtidig kan sådan viden føre til konstruktion af nye polymerer, der kan give stor fordel.