מונונרים: מאפיינים, סוגים ודוגמאות - כִּימִיָה - 2025

מונומרים הם מולקולות קטנות או פשוט אשר מהוות את יחידת המבנה הבסיסית או חיונית או מולקולות מורכבות יותר גדולות שנקראות פולימרים. מונונר היא מילה ממוצא יווני שמשמעותה מונו, אחד ורק חלק.

כאשר מונומר אחד מצטרף אחד לשני, נוצר אפל יותר. כאשר זה בתורו מצטרף למונומר אחר, הוא יוצר טרימר וכן הלאה עד ליצירת שרשראות קצרות הנקראות אוליגומרים, או שרשראות ארוכות יותר המכונות פולימרים.

מקור: ארדוניק דרך פליקר

מונונרים קושרים או מפולימרים על ידי יצירת קשרים כימיים על ידי שיתוף זוגות אלקטרונים; כלומר, הם מאוחדים על ידי קשרים מסוג קוולנטי.

בתמונה למעלה קוביות מייצגות את המונומרים, המקושרים על ידי שני פנים (שני קשרים) כדי להצמיח מגדל נוטה.

איחוד מונומרים זה מכונה פילמור. ניתן לחבר מונונרים מאותו סוג או שונה, ומספר הקשרים הקוואלנטים שהם יכולים לבסס עם מולקולה אחרת יקבע את מבנה הפולימר שהם יוצרים (שרשראות לינאריות, נוטות או מבנים תלת מימדיים).

מולקולת קלקר. דוגמא מונונרית (מלבן אדום)

יש מגוון גדול של מונומרים, ביניהם אלה שמקורם טבעי. אלה שייכים ומעצבים את המולקולות האורגניות הנקראות ביו-מולקולות, הנמצאות במבנה של יצורים חיים.

לדוגמה, חומצות האמינו המרכיבות חלבונים; יחידות המונוסכריד של הפחמימות; והמונונוקליאוטידים המרכיבים חומצות גרעין. ישנם גם מונומרים סינתטיים, המאפשרים לייצר מגוון אינספור של מוצרים פולימריים אינרטיים, כמו צבעים ופלסטיקה.

ניתן להזכיר שתיים מאלפי הדוגמאות שניתן לתת, כמו טטרא-פלואורואתילן המהווה את הפולימר המכונה טפלון, או המונומרים פנול ופורמלדהיד המהווים את הפולימר הנקרא Bakelite.

מאפייני מונונרים

מונונומים קשורים באמצעות קשרים קוולנטיים

האטומים המשתתפים ביצירת מונומר מוחזקים יחד על ידי קשרים חזקים ויציבים כמו הקשר הקוואלינטי. כמו כן, מונומרים מפריזרים או נקשרים עם מולקולות מונומריות אחרות דרך קשרים אלה, ומעניקים לפולימרים חוזק ויציבות.

קשרים קוולנטיים אלה בין מונומרים יכולים להיווצר על ידי תגובות כימיות שתלויות באטומים המרכיבים את המונומר, נוכחות של קשרים כפולים ומאפיינים אחרים שיש להם את המבנה של המונומר.

תהליך הפילמור יכול להיות על ידי אחת משלוש התגובות הבאות: על ידי עיבוי, תוספת או על ידי רדיקלים חופשיים. כל אחד מהם נושא מנגנונים ומצב צמיחה משלו.

פונקציונליות מונונרים ומבנה פולימרים

מונומר יכול להיקשר עם לפחות שתי מולקולות מונומר אחרות. המאפיין או המאפיין הזה הם מה שמכונה פונקציונליות של מונומרים, וזה מה שמאפשר להם להיות היחידות המבניות של מקרומולקולות.

המונומרים יכולים להיות דו-פונקציונליים או רב-פונקציונליים, בהתאם לאתרים הפעילים או המגיבים של המונומר; כלומר אטומי המולקולה שיכולים להשתתף ביצירת קשרים קוולנטים עם האטומים של מולקולות או מונומרים אחרים.

מאפיין זה חשוב גם מאחר והוא קשור קשר הדוק למבנה הפולימרים המרכיבים, כמפורט להלן.

דו פונקציונליות: פולימר לינארי

המונומים הם דו פונקציונליים כאשר יש להם רק שני אתרים מחייבים עם מונומרים אחרים; כלומר, המונומר יכול ליצור רק שני קשרים קוולנטים עם מונומרים אחרים ויוצר רק פולימרים לינאריים.

דוגמאות לפולימרים לינאריים כוללות אתילן גליקול וחומצות אמינו.

מונונרים רב-תפקודיים - פולימרים תלת מימדיים

ישנם מונומרים שניתן לחבר אליהם ביותר משני מונומרים ומהווים את היחידות המבניות עם הפונקציונליות הגבוהה ביותר.

הם נקראים רב-פונקציונליים והם אלו המייצרים מקרומולקולות פולימריות מסועפות, רשתיות או תלת מימדיות; כמו פוליאתילן, למשל.

שלד או מבנה מרכזי

עם קשר כפול בין פחמן לפחמן

ישנם מונומרים שיש להם שלד מרכזי במבנה שלהם המורכב לפחות משני אטומי פחמן המקושרים על ידי קשר כפול, (C = C).

בתורו, לשרשרת או למבנה מרכזי זה יש אטומים קשורים לרוחב שיכולים להשתנות ליצירת מונומר אחר. (R ₂ C = CR ₂ ).

אם אחת מרשתות R משתנות או מוחלפות, מתקבל מונומר אחר. כמו כן, כאשר המונומרים החדשים הללו יתכנסו יחד הם יהוו פולימר שונה.

דוגמאות של קבוצה זו של מונומרים הם פרופילן (H ₂ C = CH ₃ H), tetrafluoroethylene (F ₂ C = CF ₂ ) ו ויניל כלוריד (H ₂ C = CClH).

שתי קבוצות פונקציונליות במבנה

למרות שישנם מונומרים שיש להם רק קבוצה פונקציונלית אחת, יש קבוצה רחבה של מונומרים שיש להם שתי קבוצות פונקציונליות במבנה שלהן.

חומצות אמינו הן דוגמא טובה לכך. יש להם קבוצה פונקציונלית של אמינו (-NH ₂ ) וקבוצה פונקציונלית של חומצה קרבוקסילית (-COOH) המחוברת לאטום פחמן מרכזי.

מאפיין זה של להיות מונומר דיפונציונאלי מעניק לו גם את היכולת ליצור שרשראות פולימריות ארוכות כמו נוכחות של קשרים כפולים.

קבוצות פונקציונליות

באופן כללי התכונות שמציגים הפולימרים ניתנות על ידי האטומים היוצרים את שרשראות הצד של המונומרים. שרשראות אלה מהוות את הקבוצות התפקודיות של תרכובות אורגניות.

ישנן משפחות של תרכובות אורגניות שתכונותיה ניתנות על ידי הקבוצות התפקודיות או שרשראות הצד. דוגמה לכך היא הקבוצה התפקודית של החומצה הקרבוקסילית R - COOH, קבוצת האמינו R - NH ₂ , האלכוהול R - OH, בקרב רבים אחרים המשתתפים בתגובות פילמור.

איחוד של אותם מונומרים או שונים

איחוד המונומרים השווים

מונונרים יכולים ליצור סוגים שונים של פולימרים. מונונרים מאותו סוג או מאותו סוג יכולים להיות מאוחדים וליצור מה שמכונה הומופולימרים.

כדוגמה ניתן להזכיר סטירן, המונומר שיוצר קלקר. עמילן ותא הם גם דוגמאות להומופולימרים המורכבים משרשראות ארוכות מסועפות של הגלוקוזה המונומר.

איחוד של מונומרים שונים

איחוד המונומרים השונים מהווה את הקופולימרים. היחידות חוזרות על עצמן במספר, בסדר או ברצף שונים בכל מבנה השרשראות הפולימריות (ABBBAABAA- …).

כדוגמה לקופולימרים ניתן להזכיר ניילון, פולימר שנוצר על ידי יחידות חוזרות של שני מונומרים שונים. אלה הן החומצה הדיקרבוקסילית ומולקולת דימין, שמצטרפות באמצעות עיבוי בפרופורציות שוויוניות (שוות).

ניתן לחבר מונומרים שונים גם בפרופורציות לא שוויוניות, כמו במקרה של היווצרות פוליאתילן ייעודי שיש לו מונומר 1 אוקטן בתוספת מונומר האתילן כמבנה הבסיסי שלו.

סוגי מונומרים

ישנם מאפיינים רבים המאפשרים לבסס סוגים שונים של מונומרים, ביניהם מקורם, פונקציונליותם, מבנהם, סוג הפולימר שהם מייצרים, אופן הפולימרציה שלהם והקשרים הקוואלנטיים שלהם.

מונומרים טבעיים

ישנם מונומרים שמקורם טבעי כמו איזופרן, המתקבל מזרם או לטקס של צמחים, והוא גם המבנה המונומרי של גומי טבעי.

-חומצות אמיניות המיוצרות על ידי חרקים יוצרים פיברואין או חלבון משי. כמו כן, ישנן חומצות אמינו שיוצרות את הקראטין הפולימר, שהוא החלבון בצמר המיוצר על ידי בעלי חיים כמו כבשים.

לאורך המונומרים הטבעיים הם גם היחידות המבניות הבסיסיות של ביו-מולקולות. הגלוקוז המונוסכרידי, למשל, נקשר עם מולקולות גלוקוז אחרות ליצירת סוגים שונים של פחמימות כמו עמילן, גליקוגן, תאית, בין היתר.

לעומת זאת, חומצות אמינו יכולות ליצור מגוון רחב של פולימרים המכונים חלבונים. הסיבה לכך היא שיש עשרים סוגים של חומצות אמינו, שניתן לקשר בכל סדר שרירותי; ולכן בסופו של דבר הם יוצרים חלבון כזה או אחר עם מאפיינים מבניים משלו.

מונונוקליאוטידים, המהווים את המקרו-מולקולות המכונות חומצות גרעין DNA ו- RNA בהתאמה, הם גם מונומרים חשובים מאוד בקטגוריה זו.

מונומרים סינתטיים

-כמו המונומרים המלאכותיים או הסינתטיים (שהם רבים), אנו יכולים להזכיר כמה מהם מיוצרים זנים שונים של פלסטיק; כמו ויניל כלוריד, היוצר פוליוויניל כלוריד או PVC; ו אתילן גז (H ₂ C = CH ₂ ), ו פולימר פוליאתילן שלה.

ידוע שעם חומרים אלה ניתן לבנות מגוון רחב של מכולות, בקבוקים, חפצים ביתיים, צעצועים, חומרי בניין, בין היתר.

-מונומר הטטרא-פלואורואתילן (F ₂ C = CF ₂ ) נמצא ויוצר את הפולימר הידוע באופן מסחרי בשם טפלון.

מולקולת הקפרולקטם שמקורן בטולואן חיונית לסינתזה של ניילון, בקרב רבים אחרים.

-יש כמה קבוצות של מונומרים אקריליים המסווגים לפי הרכב ותפקודם. בין אלה ניתן למצוא בין היתר אקרילאמיד ומתקרילאמיד, אקרילט, אקריליק עם פלואור.

מונומרים לא קוטביים וקוטביים

סיווג זה מתבצע על פי ההבדל האלקטרוניטיבי של האטומים המרכיבים את המונומר. כאשר יש הבדל בולט, נוצרים מונומרים קוטביים; לדוגמה, חומצות אמיניות קוטביות כמו טרונין וספרגין.

כאשר ההבדל האלקטרוניטיבי הוא אפס, המונומרים הם אפולאריים. ישנן חומצות אמינו לא קוטביות כמו טריפטופן, אלנין, וואלין, בין היתר; וגם מונומרים אפולאריים כמו ויניל אצטט.

מונומרים מחזוריים או לינאריים

בהתאם לצורה או לארגון האטומים בתוך מבנה מונומרים, ניתן לסווג אותם כמונומרים מחזוריים, כמו פרולין, תחמוצת אתילן; ליניארית או אליפטית, כמו חומצת האמינו וולין, אתילן גליקול בקרב רבים אחרים.

דוגמאות

בנוסף לאלו שכבר הוזכרו, קיימות הדוגמאות הנוספות הבאות למונומרים:

-פורמלדהיד

- טבעית

-קרדנול

גלקטוז

סטירן

-אלכוהול פוליוויניל

-סופרן

-חומצות שומן

-חמצן

ולמרות שלא הוזכרו, ישנם מונומרים שהמבנים שלהם אינם מוגזים, אלא גופרתיים, זרחןיים או שיש להם אטומי סיליקון.

הפניות

1. קארי פ '(2006). כימיה אורגנית. (מהדורה 6). מקסיקו: מק גריי היל.
2. עורכי האנציקלופדיה בריטניקה. (2015, 29 באפריל). מונומר: תרכובת כימית. נלקח מ: britannica.com
3. מת'יו, הולדה ואהרן. (2002). ביוכימיה (מהדורה שלישית). מדריד: PEARSON
4. פולימרים ומונומים. התאושש מ: materialsworldmodules.org
5. ויקיפדיה. (2018). מונומר. נלקח מ: en.wikipedia.org