Was ist ein Monomer?

Ein Monomer ist eine sich wiederholende Struktur oder Einheit innerhalb eines Typs eines großen Moleküls, das als Polymer bekannt ist. Das Wort kommt aus dem Griechischen mono und bedeutet one und meros bedeutet part; es ist einer von vielen ähnlichen Teilen einer langen Kette, aus denen das Molekül besteht. Monomere verbinden sich während einer als Polymerisation bezeichneten chemischen Reaktion zu Polymeren, wobei sich die Moleküle miteinander verbinden, indem sie Elektronen in einer sogenannten kovalenten Bindung teilen. Sie können sich auch zu kleineren Strukturen verbinden: Ein Dimer besteht beispielsweise aus zwei Monomeren und einem Trimer aus drei. Polymere können aus vielen tausend dieser Einheiten bestehen.

Die strukturellen Eigenschaften eines Polymers hängen von der Anordnung der Monomere ab, aus denen es zusammengesetzt ist. Dies kann seine Wasserlöslichkeit, seinen Schmelzpunkt, seine chemische Reaktivität oder seine Haltbarkeit beeinträchtigen. Zwei Polymere können die gleichen Monomermoleküle enthalten, aber aufgrund ihrer Anordnung unterschiedliche Eigenschaften aufweisen.

Verbindung

Ein Schlüsselmerkmal einer Monomereinheit ist die Fähigkeit, sich an mindestens zwei andere Moleküle zu binden. Die Anzahl der Moleküle, mit denen sich eine Einheit verbinden kann, wird durch die Anzahl der aktiven Stellen bestimmt, an denen sich die kovalenten Bindungen bilden können. Kann es sich nur mit zwei anderen Molekülen verbinden, entstehen kettenartige Strukturen. Wenn es sich mit drei oder mehr anderen Monomeren verbinden kann, können fortgeschrittenere, dreidimensionale, vernetzte Polymere aufgebaut werden. Das Element Kohlenstoff bildet die Basis der meisten Polymere, da es eines der wenigen Elemente ist, die sich mit vier anderen Atomen in vier verschiedenen Richtungen verbinden können.

Der Bindungsprozess beinhaltet nicht notwendigerweise zwei Monomereinheiten, die einfach zusammengefügt werden. In vielen Fällen verliert jede Einheit ein oder zwei Atome, die ein anderes Produkt bilden. Beispielsweise kann eine Einheit ein Wasserstoffatom und die andere eine Hydroxyl- oder Wasserstoff-Sauerstoff-Gruppe abgeben, um eine Bindung zu bilden, wobei Wasser (H ₂ O) als Nebenprodukt entsteht. Diese Art der Polymerisation ist als Kondensationsreaktion bekannt.

Arten von Polymeren

Ein Polymer, das vollständig aus einer Art Monomereinheit besteht, wird als Homopolymer bezeichnet. Wenn es mehr als einen Einheitentyp gibt, spricht man von einem Copolymer. Diese können je nach Anordnung der Einheiten in verschiedene Kategorien eingeteilt werden:

• Abwechselnd: Zwei verschiedene Einheiten wechseln sich ab, zum Beispiel… ABABAB…
• Periodisch: Eine bestimmte Folge von Einheiten wird wiederholt, z. B.… ABCABCABC…
• Block: zwei oder mehr verschiedene Homopolymere sind miteinander verbunden, zum Beispiel… AAAABBBB…
• Statistisch: Die Reihenfolge der Einheiten hat kein festes Muster, aber bestimmte Kombinationen sind wahrscheinlicher als andere
• Zufällig: Die Sequenz weist kein erkennbares Muster auf

Natürliche Monomere

Eines der häufigsten natürlichen Monomere ist Glucose, ein einfaches Kohlenhydrat. Es kann sich auf verschiedene Weise mit anderen Glucosemolekülen verbinden, um eine Reihe verschiedener Polymere zu bilden. Cellulose, die sich in den Zellwänden von Pflanzen befindet, besteht aus Glucosemolekülketten mit einer Länge von bis zu 10.000 oder mehr Einheiten und verleiht ihr eine faserige Struktur. In Stärke bilden die Glucoseeinheiten verzweigte Ketten. Die zahlreichen Verzweigungsenden bilden Punkte, an denen Enzyme beginnen können, das Molekül abzubauen, wodurch es leichter verdaulich wird als Cellulose.

Andere Beispiele sind Aminosäuren, die sich zu Proteinen verbinden können, und Nukleotide, die zusammen mit bestimmten Kohlenhydratverbindungen zu DNA und RNA polymerisieren können, den Molekülen, auf denen alles bekannte Leben basiert. Isopren, eine in vielen Pflanzen vorkommende Kohlenwasserstoffverbindung, kann zu Naturkautschuk polymerisieren. Die Elastizität dieses Stoffes beruht auf der Tatsache, dass die Einheiten gewickelte Ketten bilden, die gedehnt werden können und sich beim Loslassen wieder in einen gewickelten Zustand zusammenziehen.

Synthetische Polymere

Es wurden viele synthetische Polymere hergestellt, darunter alltägliche Materialien wie Kunststoffe und Klebstoffe. Oft sind die Monomere, aus denen sie aufgebaut sind, natürlich vorkommende Verbindungen, obwohl sie oft synthetisch hergestellt werden können. In den meisten Fällen handelt es sich bei diesen Verbindungen um Kohlenwasserstoffe - Moleküle, die nur Kohlenstoff und Wasserstoff enthalten.

Ein Beispiel ist Ethylen (C ₂ H ₄₎ , ein einfacher pflanzlicher Kohlenwasserstoff, der in großem Maßstab aus Erdöl hergestellt wird. Er kann zu Polyethylen polymerisiert werden - manchmal auch Polyethylen genannt - dem am häufigsten verwendeten Kunststoff. Im Wesentlichen wird hergestellt, indem die Doppelbindung zwischen den zwei Kohlenstoffatomen von Ethylen in eine Einfachbindung umgewandelt wird, wobei jedes eine andere Einfachbindung mit einem benachbarten Kohlenstoffatom eingehen kann und die Bildung langer Ketten ermöglicht wird. Andere Beispiele sind Propylen und Styrol werden zur Herstellung von Polypropylen bzw. Polystyrol verwendet.