مونومر چیست؟ انواع مونومر و کاربردهای آن
برای درک بهتر یک مونومر، مجموعهای از مهرههای ساختهشده برای یک کودک که به عمد در هم پیچیده شده است را تصور کنید. هر مهره به خودی خود یک بخش است، اما میتواند به طور محکم با مهره دیگری نیز محکم بسته شود و چیزی کاملاً متفاوت را تشکیل دهد. هر مهره در این مثال یک مونومر محسوب میشود.
اصطلاح monomer از کلمات یونانی mono به معنی “یک” و meros به معنی “بخش” گرفته شده است.
مونومرها اساس ماکرومولکولهایی را تشکیل میدهند که عمر را حفظ میکنند و مواد مورد نیاز ساختههای بشری را تأمین میکنند. دانشمندی به نام هرمان استودینجر (Hermann Staudinger) کشف کرد که مونـومرها با هم پیوند شیمیایی برقرار میکنند تا زنجیرههای طولانی ماکرومولکولهایی به نام پلیمرها (مانند پروتئینها و…) را تشکیل دهند. دقیقاً مانند مهرههای متصلشده، مونومرها باید به درستی به هم وصل شوند، بدین منظور واکنشهای مختلفی معمولاً از طریق کاتالیزورها منجر به پلیمریزاسیون (تشکیل پلیمر) میشوند که در آن دو مولکول جداگانه با به اشتراک گذاشتن جفت الکترونها به یکدیگر وصل میشوند و پیوندهای کووالانسی را تشکیل میدهند.
تعداد مولکولهایی که یک مونومر قادر به پیوند با آنها میباشد با تعداد جایگاههای فعال روی مولکولهایی که پیوندهای کووالانسی در آنها ایجاد میشود تعیین میشود، به عنوان مثال شما فقط دو دست دارید، بنابراین حداکثر تعداد افرادی که میتوانید به طور همزمان با آنها دست بدهید دو نفر است. اگر یک مونومر بتواند تنها با دو مولکول دیگر پیوند بخورد، پلیمر حاصل از لحاظ ساختاری شبیه به زنجیر است اما اگر بتواند با سه یا چند مولكول پیوند بخورد، میتواند ساختارهای سهبعدی ایجاد نماید.
زندگی روی زمین به پیوندهایی که مونومرها با سایر مونومرها تشکیل میدهند بستگی دارد. مونومرها میتوانند به صورت مصنوعی در پلیمرها ساخته شوند، که در نتیجه با سایر مولکولها در فرآیندی موسوم به پلیمریزاسیون ترکیب میشوند. مردم از این توانایی مونومرها برای ساخت پلاستیک و سایر پلیمرهای دستساز استفاده میکنند. مونومرها همچنین به پلیمرهای طبیعی تبدیل میشوند که موجودات زنده جهان را تشکیل میدهند.
به عنوان مثال:
یکی از مونومرهای طبیعی معمول، گلوکز است که معمولاً با دیگر مولکولها برای ساخت نشاسته و گلیکوژن پیوند برقرار مینماید.
مونومرها در طبیعت:
اکثر مونومرها ارگانیک هستند، از جمله مونومرهای موجود در دنیای طبیعی:
- قندهای ساده
- اسیدهای چرب
- نوکلئوتیدها و اسیدهای آمینه هستند.
مونومرهای موجود در طبیعت با یکدیگر ترکیب می شوند تا ترکیبات دیگری را تشکیل دهند. غذا به شکل کربوهیدراتها، پروتئینها و چربیها از پیوند چندین مونومر ایجاد میشود. برخی مونـومرها میتوانند گاز ایجاد کنند به عنوان مثال، متیلن (CH2) میتواند به هم وصل شود تا اتیلن را تشکیل دهد که گاز موجود در طبیعت و مسئول رسیدن میوه است. اتیلن به نوبه خود به عنوان یک مونـومر پایه برای سایر ترکیبات مانند اتانول عمل می کند. هم گیاهان و هم ارگانیسم ها کی توانند پلیمرهای طبیعی تولید کنند.
پلیمرهای موجود در طبیعت از مونـومرهایی که دارای کربن هستند ساخته شدهاند که به راحتی با سایر مولکولها پیوند میخورند. روشهایی که در طبیعت برای ایجاد پلیمرها استفاده میشود شامل سنتز دهیدراته است که مولکولها را به هم پیوند میدهد و در عین حال منجر به حذف یک مولکول آب میشود. از طرف دیگر، هیدرولیز یک روش تجزیه پلیمرها و تبدیل آنها به مونـومرها میباشد. این روش با شکستن پیوند بین مونومرها از طریق آنزیمها و افزودن آب اتفاق می افتد.
آنزیمها مولکولهای بزرگی هستند که به عنوان کاتالیزور عمل میکنند تا واکنشهای شیمیایی را تسریع کنند. نمونهای از آنزیمهایی که برای شکستن یک پلیمر به مونومر استفاده میشود، آلفا آمیلاز است که نشاسته را به قند تبدیل میکند. این فرآیند در هضم کاربرد دارد.
مردم همچنین از پلیمرهای طبیعی برای:
- تولید امولسیفایر
- غلیظ شدن
- تثبیت و پایداری مواد غذایی و دارویی استفاده می کنند.
مثالهای بیشتر برای پلیمرهای طبیعی شامل:
مونومرهای قند ساده
قندهای ساده مونـومرهایی به نام مونوساکاریدها هستند. مونوساکاریدها حاوی مولکولهای کربن، هیدروژن و اکسیژن میباشند. این مونـومرها می توانند زنجیرههای طولانی تشکیل داده و پلیمرهایی تشکیل دهند که به نام کربوهیدراتها شناخته میشوند.کربوهیدرات ها در واقع مولکولهای ذخیره انرژی در مواد غذایی هستند. گلوکز یک مونـومر با فرمول C6H12O6 است. گلوکز عمدتاً از طریق فتوسنتز در گیاهان ساخته میشود و به عنوان سوخت نهایی در حیوانات است.
سلولها از گلوکز برای تنفس سلولی استفاده میکنند. گلوکز اساس بسیاری از کربوهیدراتها را تشکیل میدهد. قندهای ساده دیگر شامل گالاکتوز و فروکتوز هستند و این قندها نیز دارای همان فرمول شیمیایی هستند اما از نظر ساختاری ایزومری متفاوت هستند.
پنتوزها
پنتوزها قندهای ساده مانند:
- ریبوز
- آرابینوز
- زایلوز
هستند.
ترکیب مونومرهای قندی باعث ایجاد دیساکاریدها (ساخته شده از دو قند) یا پلیمرهای بزرگتر به نام پلیساکاریدها میشود.
به عنوان مثال:
ساکارز (شکر مصرفی) یک دیساکارید است که از اضافه شدن دو مونـومر، گلوکز و فروکتوز ناشی میشود. دیساکاریدهای دیگر شامل لاکتوز (قند شیر) و مالتوز (از مشتقات سلولز) است.یک پلیساکارید بزرگ ساخته شده از بسیاری از مونومرها به ویژه گلوکز، نشاسته است که به عنوان منبع اصلی ذخیره انرژی برای گیاهان شناخته شده و نمیتواند در آب حل شود. نشاسته در دانهها، غلات و غذاهای زیاد دیگری که مردم و حیوانات مصرف میکنند تولید میشود. پروتئین آمیلاز نشاسته را به مونومر پایه خود یعنی گلوکز تبدیل میکند.
گلیکوژن، پلیساکارید ذخیرهای حیوانات میباشد. مانند نشاسته، مونومر پایه گلیکوژن گلوکز است. گلیکوژن به دلیل داشتن انشعابات بیشتر با نشاسته متفاوت است. هنگامی که سلولها به انرژی نیاز دارند، گلیکوژن از طریق هیدرولیز به گلوکز تجزیه میشود. زنجیرههای طولانی از مونومرهای گلوکز، سلولز را تشکیل میدهند که یک پلیساکارید خطی و قابل انعطاف بوده و در سراسر جهان به عنوان یک عنصر ساختاری در گیاهان یافت میشود. سلولز حداقل نیمی از کربن زمین را در خود جای داده است. به غیر از نشخوارکنندگان و موریانهها، بسیاری از حیوانات نمیتوانند سلولز را به طور کامل هضم کنند.
نمونه دیگری از پلیساکاریدها، کیتین است که شکنندهترین ماکرومولکول بوده و پوستههای بسیاری از حیوانات مانند حشرات و سختپوستان را میسازد. بنابراین مونومرهای قند ساده مانند گلوکز اساس موجودات زنده را تشکیل میدهند و برای زندهماندن آنها انرژی تولید میکنند.
مونومرهای چربی:
چربیها نوعی از لیپیدها بوده و در واقع پلیمرهایی آبگریز هستند. مونـومر پایه برای چربیها گلیسرول الکل است که شامل سه کربن با گروههای هیدروکسیل است که با اسیدهای چرب ترکیب شده است. چربی ها دو برابر گلوکز انرژی تولید می کنند. به همین دلیل چربیها نوعی ذخیره انرژی برای حیوانات هستند. چربیهایی که دارای دو اسید چرب و یک گلیسرول هستند، دیاسیل گلیسرول یا فسفولیپید نامیده میشوند.
لیپیدهای با سه اسید چرب و یک گلیسرول به نامهای:
- تری-اسیل گلیسرولها
- چربیها
- روغنها
شناخته میشوند. چربیها همچنین عایق حفاظتی بدن و اعصاب موجود در آن و همچنین غشاهای پلاسمایی سلولها را ایجاد میکنند.
اسیدهای آمینه: مونومر پروتئینها:
اسید آمینه زیر واحد پروتئین است و پلیمری است که در سراسر طبیعت یافت میشود.
یک اسید آمینه پایه از:
- یک مولکول گلوکز همراه با یک گروه آمینی (NH3)
- یک گروه کربوکسیلی (COOH)
- یک گروه R (زنجیره جانبی) ساخته شده است.
20 اسید آمینه وجود دارد که در روشهای ترکیبی مختلف برای ساخت پروتئینها مورد استفاده قرار میگیرد. پروتئینها عملکردهای بیشماری را برای موجودات زنده ایفا میکنند. چندین مونومر اسید آمینه از طریق پیوندهای پپتیدی (کووالانسی) برای تشکیل پروتئین به هم متصل میشوند.
دو اسید آمینه پیوند یافته یک دی-پپتید، سه اسید آمینه به هم پیوسته یک تری-پپتید و چهار اسید آمینه یک تترا-پپتید را تشکیل میدهند. بدین ترتیب، پروتئینهایی با بیش از چهار اسید آمینه نیز پلیپپتید نامیده میشوند. از این 20 اسید آمینه، مونومرهای پایه شامل گلوکز همراه با گروههای کربوکسیلییک و آمین هستند، بنابراین گلوکز را میتوان یک مونومر پروتئین نیز نامید.
اسیدهای آمینه:
اسیدهای آمینه یک زنجیره را به عنوان ساختار اولیه تشکیل میدهند و فرمهای ثانویه فرعی توسط پیوندهای هیدروژنی منجر به تشکیل مارپیچهای آلفا و صفحات تابدار بتا میشوند. اسیدهای آمینه پیچخورده منجر به تشکیل پروتئینهای فعال در ساختار سوم میشود.
پیچخوردگیهای فرعی و خمیدگیهای پایدار باعث ایجاد ساختارهای چهار ضلعی پیچیده مانند کلاژن میشوند. کلاژن پایههای ساختاری را برای حیوانات فراهم میکند. پروتئین کراتین در پوست، مو و پرهای حیوانات یافت میشود. پروتئینها همچنین به عنوان کاتالیزور برای انجام واکنشها در بدن موجودات زنده کاربرد دارند که این پروتئینها آنزیم نامیده میشوند. پروتئینها به عنوان رابط و حامل مواد بین سلول ها عمل میکنند.
به عنوان مثال:
پروتئین اکتین نقش انتقالدهنده را برای بیشتر ارگانیسمها بازی میکند. ساختارهای سهبعدی متنوع پروتئینها منجر به عملکرد خاص آنها میشود. تغییر ساختار پروتئین مستقیماً به تغییر عملکرد پروتئین منجر میشود. پروتئینها طبق دستورالعملهای ژن سلول ساخته میشوند. اثر متقابل و تنوع پروتئینها توسط مونومر اصلی پروتئین، یعنی اسیدهای آمینه مبتنی بر گلوکز تعیین میشود.
نوکلئوتیدها به عنوان مونومرها:
نوکلئوتیدها به عنوان طرح اولیه برای ساخت اسیدهای آمینه، که آن ها نیز به نوبه خود پروتئینها را تشکیل میدهند، ایفای نقش میکنند. نوکلئوتیدها وظیفه ذخیره اطلاعات و انتقال انرژی برای موجودات را بر عهده دارند. نوکلئوتیدها مونومرهای اسیدهای نوکلئیک خطی، مانند دئوکسی ریبونوکلئیک اسید (DNA) و ریبونوکلئیک اسید (RNA) هستند.
DNA و RNA حامل کد ژنتیکی موجودات هستند. مونومرهای نوکلئوتیدی از:
- یک قند پنج کربنی
- یک فسفات
- یک باز آلی ساخته شدهاند.
بازهای اصلی شامل آدنین و گوانین هستند که از پورین مشتق میشوند. سیتوزین و تیمین (برای DNA) یا اوراسیل (برای RNA)، از پیریمیدین مشتق میشوند. نوکلئوتیدها پایه بسیاری از مولکولهای مورد نیاز زندگی را تشکیل میدهند. یک مثال آدنوزین تریفسفات (ATP) است که سیستم اصلی تحویل انرژی برای موجودات است. آدنین، ریبوز و سه گروه فسفات مولکولهای ATP را تشکیل میدهند. پیوندهای فسفودی-استر قندهای اسیدهای نوکلئیک را به هم متصل میکنند. این پیوندها دارای بارهای منفی هستند و یک ماکرو مولکول پایدار را برای ذخیره اطلاعات ژنتیکی تشکیل میدهند.
RNA که حاوی:
- قند ریبوز
- آدنین
- گوانین
- سیتوزین و اوراسیل است، به روشهای مختلفی در داخل سلول کار میکند.
RNA به عنوان آنزیم عمل کرده و به رونوشت DNA و همچنین ساخت پروتئین کمک میکند. RNA به صورت تک مارپیچ وجود دارد.
DNA مولکول پایدارتر است و پیکربندی آن به صورت مارپیچ دوگانه است و بنابراین پلینوکلئوتید رایج برای سلولها است.
DNA حاوی:
- قند دئوکسی-ریبوز
- چهار باز آلی:
- آدنین
- گوانین
- سیتوزین
- تیمین
است که باز نوکلئوتیدی مولکول را تشکیل میدهند.
طول زیاد و پایداری DNA باعث میشود مقادیر بالایی از اطلاعات ذخیره نماید. زندگی روی کره زمین مدیون وجود مونومرهای نوکلئوتیدی است که پایه اصلی DNA و RNA و همچنین مولکول ذخیره انرژی ATP را تشکیل میدهد.
مونومرهای مصنوعی:
دفعه بعد که به یک بطری آب پلاستیکی رسیدید، در مورد هر یک از مهرههای کودک فکر کنید که فقط منتظر است که در یک رشته قرار بگیرد. به منظور تشکیل بطری که شما در دست دارید، مونومرها به هم وصل میشوند و در نتیجه یک پلیمر پلاستیکی ایجاد میشود.
پلیمریزاسیون به معنای ایجاد پلیمرهای مصنوعی از طریق واکنشهای شیمیایی است. مونومرها به منظور تولید پلیمرهای مصنوعی به یکدیگر وصل میشوند و این مواد به پلاستیک تبدیل میشوند. مونومرهایی که پلیمرها را تشکیل میدهند به تعیین خصوصیات پلاستیکهای ساخته شده کمک میکنند. تمام پلیمریزاسیونها طی یک روال شامل شروع، تکثیر و خاتمه اتفاق میافتند. پلیمریزاسیون برای موفقیت به روشهای مختلفی، مانند ادغام گرما و فشار و حضور کاتالیزورها نیاز دارد. پلیمریزاسیون همچنین به یک هیدروژن برای واکنش نهایی نیاز دارد.
شما تولید کننده گرامی برای تهیه انواع مواد شیمیایی خود میتوانید روی قیمت آنلاین مواد شیمیایی کلیک کنید.
انواع پلیمریزاسیون:
- پلیمریزاسیون تراکمی
حالتی است که بخشی از مونـومر در تشکیل پلیمر دخیل میباشد و مونومر قبل از واکنش بخشی از اتمهای خود را از دست میدهد.
- پلیمریزاسیون افزایشی
حالتی است که تمام اجزای مونومرها در تشکیل پلیمر شرکت میکنند که در این صورت نام پلیمر تشکیل شده با “پلی” شروع میشود.یکی از اصلیترین مونومرهای ساخت پلاستیک اتیلن است. این مونومر به خود یا بسیاری از مولکولهای دیگر میپیوندد تا پلیمرها تشکیل شوند. مونومر اتیلن میتواند زنجیرهای به نام پلیاتیلن تشکیل دهد. بسته به ویژگیها، این پلاستیکها میتوانند از پلیاتیلن با چگالی بالا (HDPE) یا پلیاتیلن با چگالی کم (LDPE) باشند.
دو مونومر، اتیلنگلایکول و ترفتالویل، پلیمری به نام پلیاتیلن ترفتالات یا PET را میسازند که در بطری های پلاستیکی مورد استفاده قرار میگیرند. مونومر پروپیلن از طریق کاتالیزوری که پیوندهای دوتایی آن را میشکند پلیمری به نام پلیپروپیلن را تشکیل میدهد. از پلیپروپیلن (PP) برای ظروف پلاستیکی مواد غذایی و پاکتهای بستهبندی استفاده میشود.
مونـومرهای وینیل الکل پلیمر پلی وینیل الکل را تشکیل میدهند.
مونـومرهای پلیکربنات از حلقههای آروماتیک کربنی ساخته شدهاند. از پلیکربنات معمولاً در:
- شیشهها
- دیسکهای موسیقی
استفاده میشود.
پلیاستایرن، که در پلاستوفوم (یونولیت) و عایقها مورد استفاده قرار میگیرد، از مونـومرهای پلیاتیلن همراه با یک حلقه آروماتیک که جایگزین یک اتم هیدروژن شده است تشکیل می شود. پلیکلرو اتن یا پلیوینیلکلراید یا PVC، از چندین مونومر کلرو اتن تشکیل می شود. PVC موارد مهمی از قبیل لولههای PVC و روکش PVC ساختمانی را تشکیل میدهد.
پلاستیکها مواد بینهایت مفیدی را برای نیازهای روزمره از قبیل:
- چراغ اتومبیلها
- ظروف مواد غذایی
- رنگ
- لوله
- پارچه
- تجهیزات پزشکی و… فراهم میکنند.