Антибактериальная оценка может быть определена качественно по площади, на которой были уничтожены бактерии, как показано на Рисунке 8.Антибактериальные исследования показали, что рост бактерий Escherichia coli , Staphylococcus aureus, и Micrococcus luteus на полиэфирной ткани, обработанной различными антибиотиками, то есть пенициллином, неомицином и гентамицином, был быстрым, однако в привитых образцах этот рост был замедлен. вниз, и с увеличением процента трансплантата ткань проявляет большую устойчивость к росту бактерий.

Irgacide Lp-10 использовался как противомикробный агент. Ткани пропитывали Irgacide, промывали и обрабатывали бактериями, и исследовали его влияние на рост бактерий.Диаметр кольца ингибирования необработанной ткани из ПЭТ после двукратной стирки был равен нулю, что означает, что оставшееся количество иргацида настолько меньше, что он не может предотвратить рост E. coli и M. luteus , но S. будучи грамположительными бактериями и более чувствительными даже при очень небольшом количестве Irgacide, они могли вообще расти. При 5-кратном промывании он не оказал никакого влияния на рост бактерий, и все бактерии могли показать относительно хороший рост. Диаметр зоны подавления роста бактерий для привитых образцов, на которых E.coli составляла 30,6 мм, для S. aureus — 46,7 мм и для M. luteus — 10,7 мм. Таким образом, акриловая кислота, привитая на ПЭТ, образует прочные полосы с иргацидом, которые не позволяют размножаться бактериям даже после 5-кратной промывки. Irgacide показал наибольшую устойчивость к S. aureus , за которым следовали E. coli и M. luteus.

СЭМ-фотографии привитых волокон показывают, что поверхность полиэфирных волокон гладкая; однако после пересадки он становится неровным, и рост трансплантата можно увидеть на поверхности волокон (Рисунок 9).Это различие объясняется фрагментацией полимерных цепей, вызванной травлением поверхности и осаждением привитых компонентов на поверхности нити. Это обычное поведение, которое наблюдалось и в других системах [19].

4. Выводы

Поли (этилентерефталат) был привит акриловой кислотой с использованием пероксида бензоила и с использованием различных процедур, и было изучено влияние привитой сополимеризации на выход прививки. Три антибиотика, а именно пенициллин, неомицин и гентамицин, были прикреплены к трансплантированным тканям, и культивирование клеток проводилось на тканях.С увеличением концентрации инициатора (BP) процент прививки увеличивается и достигает максимального значения 18% при 4 г / моль инициатора. Однако концентрация мономера влияет на процент прививки, и с увеличением концентрации мономера до 2 л / моль процент прививки увеличивается. Также изучалось влияние других параметров, таких как время, температура, агенты набухания и концентрация Univadin PB. Образцы окрашивали Maxillon Red GRL (CI Basic Red 46).Привитые образцы показали лучшее окрашивание и их можно было легко красить. Привитые образцы показали хорошие антибактериальные свойства.

Гидрофобные поверхности целлюлозных волокон, модифицированные 2,2,3,3,3-пентафторпропилметакрилатом (FMA) путем парофазной фотополимеризации

Непрерывная парофазная полимеризация на поверхностях хлопчатобумажной ткани

Модификация смачиваемости типичного целлюлозного волокна хлопчатобумажная ткань была проведена фото-ВАСП FMA с HMPP или BIBE в качестве фотоинициаторов при УФ-облучении.Чтобы сохранить исходную морфологию поверхности хлопчатобумажной ткани, фото-ВАСП был достигнут с испарением инициатора и мономера. На рисунке 1 шаг за шагом показан ожидаемый механизм процесса фото-VASP. Этот процесс начинается с этапа (а), распределения и адсорбции испаренного инициатора на поверхности подложки, за которым следует этап (b), обмен содержимого в паровой фазе от инициатора к молекулам мономера. На этапе (c) фотолиз поглощенного инициатора происходит под УФ-облучением с образованием активных частиц (Схема 1), а затем на этапе (d) образованные активные частицы вызывают поверхностную полимеризацию мономеров из паровой фазы.

Ожидаемый механизм процесса фото-VASP при УФ-облучении: ( a ) распределение и адсорбция испаренного инициатора на поверхности хлопчатобумажной ткани; ( b ) обмен паров инициатора с парами FMA; ( c ) распределение и адсорбция испаренного FMA на поверхности хлопчатобумажной ткани; ( d ) полимеризация адсорбированных молекул FMA под УФ-облучением.

Фотолиз ГМФП и полимеризация ФМА.

Количество адсорбированных инициаторов на поверхности ткани после этапа (а) в течение 1 часа при 40 ° C было оценено из УФ-спектров растворов, экстрагированных ацетонитрилом, что дало 0,97 (HMPP) и 0,0089 (BIBE) мкмоль на ткань. образец. Фото-ВАСП FMA (этапы (c) — (d)) проводили при 40 ° C под УФ-облучением при различных временах реакции и интенсивности освещения в диапазоне 6–77 мВт см ^–2 (Таблица 1). В таблице 1 представлены результаты полимеризации. В случаях использования HMPP общий вес образца увеличивался со временем, что указывало на накопление полимера на поверхности образца.ГПХ-анализ экстрагированных продуктов показал устойчивое увеличение молекулярной массы со временем, что привело к средней молекулярной массе ( M _w )> 1 000 000 после 6 часов реакции. С другой стороны, без ГМФП накопления не было (образец 1–6). В отсутствие УФ-облучения небольшое количество олигомерного продукта (2,0 мг, M _w = 480) было получено через длительный период (12 ч) (образец 1–7). Эти результаты ясно показывают, что образование ПФМА на поверхности ткани достигалось только в присутствии как инициатора, так и УФ-излучения.Photo-VASP с BIBE также проводился при различной интенсивности люминесценции для разных периодов облучения, что привело к аналогичному накоплению PFMA на поверхности ткани и продемонстрировало, что интенсивность облучения оказывает значительное влияние как на выход, так и на молекулярную массу накопленного полимера. .

Продукты, накопленные на поверхности подложки, были охарактеризованы FT-IR, ¹ H-ЯМР и GPC и сравнены с PFMA ( M _n = 29000, M _w = 49000), полученный полимеризацией в массе с 2,2′-азобис (изобутиронитрилом) при 80 ° C в течение 1 часа.Продукты VASP экстрагировали ТГФ в течение ночи с использованием аппарата Сокслета при температуре дефлегмации для удаления свободных полимеров, которые накопились на поверхностях. После экстракции спектры ¹ H-ЯМР и FT-IR полимера, экстрагированного из образцов 1–3, показали те же профили, что и спектры PFMA, полученные полимеризацией в массе (см. Рисунки SM-2 и SM-3 в дополнительных материалах). . Например, широкая майка в 4,65 вечера. присвоено –COOC H ₂ C ₂ F ₅ в спектре ¹ H-ЯМР и характеристические пики FT-IR при 1756 см ^-1 отнесены к ν _{C = O, сложный эфир} , а также 1170 и 1218 см ^-1 , присвоенные ν _C-F , ¹³ , все были подобны.Эти аналитические результаты согласуются с ранее сообщенными значениями PFMA. ¹⁴ Молекулярная масса экстрагированных полимеров находилась в диапазоне от 28 600 до 1 160 000 в M _w , с большими значениями полидисперсности 2,6–4,9, что соответствует специфическим структурным свойствам продуктов фото-VASP, о которых сообщалось ранее. ^{10, 12, 15}

Как указано в таблице 1, производство PFMA с HMPP постепенно увеличивалось с 2,7 до 7,5 мг в течение периода до 5 часов. За 5 ч значительное увеличение накопления полимера (410.8 мг) наблюдали, как показано в образцах 1–5 (время реакции 6 ч), с резким увеличением молекулярной массы. Это говорит о том, что реакция распространения значительно ускоряется, когда время реакции превышает 5 часов. Подобный феномен наблюдался в предыдущем исследовании VASP. ¹⁰ Таким образом, это ускорение должно быть вызвано такими факторами, как увеличение площади адсорбции и поглощения молекул мономера и подавление реакций обрыва, вызванных изоляцией активных концов цепи на верхней поверхности отложений, как сообщалось ранее. ¹¹

Мультимодальные профили с широкими значениями полидисперсности являются типичными профилями продуктов фото-VASP, полученных в этом исследовании. Несмотря на мультимодальные профили, молекулярная масса имела тенденцию монотонно увеличиваться со временем реакции и выходом полимера, демонстрируя характеристики непрерывного распространения в фото-VASP. ¹⁰

Свойства модифицированных поверхностей

Хлопковая ткань обычно смачивается, демонстрируя плавное впитывание капель воды на поверхности.Ожидается, что поверхностное осаждение PFMA придаст водоотталкивающие свойства из-за низкой поверхностной свободной энергии PFMA. ¹⁶ Более того, шероховатость поверхности оказывает заметное влияние на кажущуюся гидрофобность из-за эффекта лотоса. ¹⁷ На рис. 2 показана капля воды на обработанной поверхности и на противоположной поверхности хлопчатобумажных тканей после фото-ВАСП FMA. Поверхность, обработанная фото-VASP, демонстрирует превосходные водоотталкивающие свойства, о чем свидетельствует круглая капля воды, сидящая на поверхности (рис. 2а).С другой стороны, обратная поверхность, которая не подвергалась УФ-облучению, сохраняет обычные гидрофильные свойства хлопчатобумажных тканей, что приводит к быстрому впитыванию капли воды (рис. 2b). Эти результаты показывают, что поверхность, облученная УФ-излучением, была избирательно изменена на поверхность с превосходной гидрофобностью с помощью фото-VASP, при этом сохраняя свою первоначальную морфологию поверхности.

Микроскопические изображения капель воды ( a ) на фото-VASP-обработанной поверхности с FMA / HMPP под УФ-облучением и ( b ) на противоположной поверхности без УФ-облучения.

Изменения смачиваемости поверхности хлопчатобумажных тканей оценивали путем измерения статического краевого угла смачивания капли воды на поверхности. Результаты представлены в таблице 1. Необработанные хлопчатобумажные ткани легко впитывают капли воды из-за их естественных превосходных гидрофильных свойств (угол контакта ≈0 °). ¹⁵ Никаких изменений этого свойства не наблюдалось после адсорбции инициатора с таким же быстрым поглощением капель воды (контрольные образцы 1 и 2 в таблице 1).После фото-ВАСП FMA гидрофильные свойства поверхности стали гидрофобными с прерывистой зависимостью от накопленного количества, так что капля воды удерживалась на поверхности и сохраняла свою круглую форму (угол контакта> 130 °) (образцы 1-2 до 1–5 и от 2–2 до 2–3 в таблице 1).

Взаимосвязь между накоплением PFMA и водоотталкивающими свойствами была проиллюстрирована на Рисунке 3 с использованием трех типичных примеров. В случае образца 2–1 (накопление: 0,6 мг, 57 мкг см ^-2 ) капля воды быстро абсорбировалась тканевым телом в течение 30 с, показывая резкое падение значения краевого угла смачивания.На поверхности образца 2–2 (2,1 мг, 200 мкг см ^–2 ) капля воды сохраняла круглую форму в течение 5–10 мин, но затем постепенно впитывалась тканью из-за комбинированного эффекта капиллярного действия. и внутренние свойства ткани. Образец 1-2 (3,5 мг, 333 мкг · см ^-2 ) показал такое же постепенное поглощение. Образец 2–3 (36,8 мг, 3500 мкг см ^–2 ) на рисунке 3 имел достаточную гидрофобность, чтобы позволить капле воды сохранять свою округлость на поверхности более 10 мин.Аналогичные результаты были получены на поверхности образцов 1–3 (6,6 мг, 629 мкг см ^–2 ) и 1–4 (7,5 мг, 714 мкг см ^–2 ). Эти результаты предполагают, что существует критическое значение накопления в диапазоне 333–629 мкг / см ^–2 , при котором свойство отталкивания изменяется скачкообразно.

Изменение углов смачивания капель воды на поверхностях из хлопчатобумажной ткани, обработанных фото-ВАСП FMA.

Несмотря на такие превосходные гидрофобные свойства, ткани с покрытием PFMA сохранили свою первоначальную тактильную природу.Однако в случае образца 1–5 первоначальная тактильная природа была утрачена, и в результате избыточного накопления ПФМА (410,8 мг, 39 мг / см ^-2 ) на поверхности образовалась твердая твердоподобная поверхность. Это указывает на то, что с помощью метода фото-VASP удалось добиться однородного накопления полимера на целлюлозном волокне за короткий период времени.

Подобно натуральной хлопчатобумажной ткани, контрольные образцы 1–6 и 1–7 показали быстрое поглощение капель воды из-за отсутствия инициатора или неспособности накопить достаточное количество полимера.Таким образом, превосходные водоотталкивающие свойства и сохранность тактильных ощущений были достигнуты за счет накапливающего полимерного слоя толщиной более 333 мкг / см ^-2 . Это ясно указывает на то, что гидрофобные свойства основаны на поверхностном слое.

Изменения морфологии поверхности после фото-VASP

Изменения морфологии поверхности хлопчатобумажной ткани после фото-VASP FMA исследовали с помощью SEM-наблюдения. На рис. 4 показано типичное СЭМ-изображение обработанной поверхности (образец 1–4) после фото-ВАСП.Никаких изменений в морфологии обработанной поверхности не наблюдалось, что свидетельствует о сохранении исходной поверхности ткани. Это связано с тем, что в однородном тонком слое полимера было достигнуто достаточное накопление полимера (714 мкг · см ^-2 ) для водоотталкивания. С другой стороны, большое скопление ПФМА на поверхности (образец 1–5, 39 мг / см ^–2 ) привело к потере первоначальной морфологии поверхности, поскольку большое количество полимера покрыло тонкую структуру поверхности ткани ( см. рисунок SM-4 в дополнительных материалах).

СЭМ-изображение поверхности хлопчатобумажной ткани, обработанной фото-ВАСП FMA. Образец 1–4. Масштабная линейка: 500 мкм.

Подложка из хлопчатобумажной ткани (макроскопические размеры 35 × 30 мм ² ) должна иметь огромную фактическую площадь поверхности. Учитывая массовое отношение накопленного полимера к субстрату (средний вес: 103,5 мг), более 3,5 мг на образец (333 мкг · см ⁻² ) требуется для придания превосходной водоотталкивающей способности. Накопленные полимеры могут включать свободные и / или комбинированные цепи.Чтобы определить распределение свободных / объединенных компонентов ПФМА, накопленный свободный полимер растворяли в ТГФ как хорошем растворителе. На рис. 5 показаны СЭМ-изображения до и после экстракции свободного полимера из образца 2–3 (накопление: 36,8 мг, 3500 мкг см ⁻² ). После экстракции вес образца стал почти равным исходному весу подложки, что означает, что почти все накопленные полимерные цепи на поверхности были в виде свободных отложений. Рисунок 5 ясно показывает, что отложения полимера покрыли поверхности волокон после фото-VASP (Рисунок 5a), тогда как поверхности извлеченных волокон восстановили свою первоначальную гладкую морфологию (Рисунок 5b).Анализ изображений SEM показал, что покрытия PFMA имели толщину около 2–3 мкм, даже когда накопилось 3500 мкг / см ^–2 .

СЭМ-изображения поверхности хлопчатобумажной ткани образца 2–3 ( a ) до и ( b ) после экстракции свободного полимера THF. Масштабная линейка: 50 мкм.

Интересно, что поверхность извлеченного хлопка также показала высокое значение статического краевого угла смачивания с каплей воды 138,3 ° (стандартное отклонение = 5,3 °). Это сохранение гидрофобности даже после извлечения свободных полимерных цепей указывает на то, что прививка цепей PFMA с / на поверхность хлопка происходила посредством реакций передачи цепи, таких как отщепление водорода с помощью генерируемых и растущих радикалов на концах цепи во время фото-VASP.Об аналогичном явлении сообщили Ogiwara et al. , ¹⁸ , где привитая сополимеризация метилметакрилата происходила на целлюлозных подложках под УФ-облучением. На прививку влияют степень адсорбции фотоинициатора, интенсивность облучения и скорость, с которой накопленные полимерные цепи покрывают поверхность. Более того, это открытие предполагает, что превосходные водоотталкивающие свойства могут быть достигнуты путем покрытия поверхности подложки очень тонким слоем.

XPS-анализ поверхностей ткани, обработанных фото-VASP

Чтобы подтвердить покрытие PFMA и прививку на подложку с помощью фото-VASP, химический состав поверхностного слоя был охарактеризован с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS).На рис. 6 показан спектр XPS с широким сканированием образца 2–2 и исходных хлопковых поверхностей. Спектр образца 2–2 содержит четкий сигнал F1s с энергией связи (BE) 690 эВ, относящийся к атомам F в PFMA. Сигнал F1s не наблюдался в спектре исходной хлопковой поверхности.

Спектр широкого сканирования XPS образца 2–2 и исходных поверхностей хлопчатобумажной ткани.

На рис. 7 показаны спектры ядра C1s исходного хлопка и поверхности образца 2–2 до и после экстракции с помощью аппарата Сокслета с использованием ТГФ в качестве растворителя.Сигналы C1s исходного хлопка на Рисунке 7a состоят из основного компонента с BE 286,25 эВ и второстепенного компонента с BE 284,25 эВ, относящегося к углеродным компонентам целлюлозы. ¹⁹ На рисунке 7b в сигналах C1s преобладали составляющие углерода PFMA. Более высокие сигналы BE в диапазоне 287–295 эВ указывают на присутствие частиц CF ₃ , CF ₂ , C = O и C – O на поверхности, обработанной фото-VASP. Практически эквивалентный профиль XPS был получен с поверхности извлеченного образца 2–2.Этот результат ясно демонстрирует, что цепи PFMA существуют в виде привитого ультратонкого слоя на целлюлозном волокне. ²⁰

XPS C1s-спектры на уровне ядра ( a ) исходного хлопка и ( b ) фото-VASP-обработанных образцов 2–2 поверхностей. Экстракция: экстракция Сокслета в течение 24 часов с ТГФ.

Типы мономеров | Sciencing

Мономеры составляют основу макромолекул, поддерживающих жизнь и обеспечивающих искусственные материалы. Мономеры группируются вместе, образуя длинные цепи макромолекул, называемых полимерами.Различные реакции приводят к полимеризации, обычно через катализаторы. Многочисленные примеры мономеров существуют в природе или используются в промышленности для создания новых макромолекул.

TL; DR (слишком долго; не читал)

Мономеры — это небольшие одиночные молекулы. В сочетании с другими мономерами посредством химических связей они образуют полимеры. Полимеры существуют как в природе, например, в белках, так и могут быть созданы руками человека, например, в пластмассах.

Что такое мономеры?

Мономеры представлены в виде небольших молекул.Они образуют основу более крупных молекул за счет химических связей. Когда эти единицы соединяются повторно, образуется полимер. Ученый Герман Штаудингер обнаружил, что мономеры образуют полимеры. Жизнь на Земле зависит от связей мономеров с другими мономерами. Из мономеров можно искусственно сконструировать полимеры, которые впоследствии соединяются с другими молекулами в процессе, называемом полимеризацией. Люди используют эту способность для производства пластмасс и других искусственных полимеров. Мономеры также становятся естественными полимерами, из которых состоят живые организмы в мире.

Мономеры в природе

Полимеры, встречающиеся в природе, состоят из мономеров, содержащих углерод, который легко связывается с другими молекулами. Методы, используемые в природе для создания полимеров, включают дегидратационный синтез, который объединяет молекулы вместе, но приводит к удалению молекулы воды. С другой стороны, гидролиз представляет собой метод расщепления полимеров на мономеры. Это происходит за счет разрыва связей между мономерами с помощью ферментов и добавления воды. Ферменты работают как катализаторы для ускорения химических реакций и сами представляют собой большие молекулы.Примером фермента, используемого для разрушения полимера на мономер, является амилаза, которая превращает крахмал в сахар. Этот процесс используется в пищеварении. Люди также используют натуральные полимеры для эмульгирования, загущения и стабилизации пищевых продуктов и лекарств. Некоторые дополнительные примеры природных полимеров включают:

• коллаген
  
• кератин
  
• ДНК
  
• каучук
  
• шерсть
  
• среди других

Простые мономеры сахара

Простые сахара представляют собой мономеры, называемые моносахаридами.Моносахариды содержат молекулы углерода, водорода и кислорода. Эти мономеры могут образовывать длинные цепи, из которых состоят полимеры, известные как углеводы, молекулы, накапливающие энергию, которые содержатся в пище. Глюкоза представляет собой мономер с формулой C ₆ H ₁₂ O ₆ , что означает, что он имеет шесть атомов углерода, двенадцать атомов водорода и шесть атомов кислорода в своей основной форме. Глюкоза производится в основном путем фотосинтеза в растениях и является основным топливом для животных. Клетки используют глюкозу для клеточного дыхания. Глюкоза составляет основу многих углеводов.Другие простые сахара включают галактозу и фруктозу, и они также имеют ту же химическую формулу, но являются структурно разными изомерами. Пентозы — это простые сахара, такие как рибоза, арабиноза и ксилоза. Объединение мономеров сахара создает дисахариды (состоящие из двух сахаров) или более крупные полимеры, называемые полисахаридами. Например, сахароза (столовый сахар) представляет собой дисахарид, который образуется в результате добавления двух мономеров, глюкозы и фруктозы. Другие дисахариды включают лактозу (сахар в молоке) и мальтозу (побочный продукт целлюлозы).

Огромный полисахарид, состоящий из множества мономеров, крахмал служит основным хранилищем энергии для растений, и он не может быть растворен в воде. Крахмал состоит из огромного количества молекул глюкозы в качестве основного мономера. Крахмал входит в состав семян, зерна и многих других продуктов, которые потребляют люди и животные. Протеиновая амилаза превращает крахмал обратно в основной мономер глюкозу.

Гликоген — это полисахарид, используемый животными для хранения энергии. Как и крахмал, основным мономером гликогена является глюкоза.Гликоген отличается от крахмала большим количеством ответвлений. Когда клеткам нужна энергия, гликоген может быть расщеплен путем гидролиза обратно на глюкозу.

Длинные цепи мономеров глюкозы также составляют целлюлозу, линейный гибкий полисахарид, который встречается во всем мире в качестве структурного компонента в растениях. Целлюлоза содержит как минимум половину углерода Земли. Многие животные не могут полностью переваривать целлюлозу, за исключением жвачных и термитов.

Другой пример полисахарида, более хрупкая макромолекула хитина, кует панцири многих животных, таких как насекомые и ракообразные.Таким образом, простые сахарные мономеры, такие как глюкоза, составляют основу живых организмов и дают энергию для их выживания.

Мономеры жиров

Жиры представляют собой тип липидов, полимеров, которые являются гидрофобными (водоотталкивающими). Основным мономером жиров является глицерин спирта, который содержит три атома углерода с гидроксильными группами в сочетании с жирными кислотами. Жиры дают в два раза больше энергии, чем простой сахар — глюкоза. По этой причине жиры служат для животных своего рода хранилищем энергии.Жиры с двумя жирными кислотами и одним глицерином называются диацилглицеринами или фосфолипидами. Липиды с тремя жирными кислотными хвостами и одним глицерином называются триацилглицеринами, жирами и маслами. Жиры также обеспечивают изоляцию тела и нервов в нем, а также плазматических мембран в клетках.

Аминокислоты: мономеры белков

Аминокислота — это субъединица белка, полимера, встречающегося в природе. Следовательно, аминокислота является мономером белка. Основная аминокислота состоит из молекулы глюкозы с аминогруппой (NH ₃ ), карбоксильной группой (COOH) и R-группой (боковой цепью).Существует 20 аминокислот, которые используются в различных комбинациях для создания белков. Белки выполняют множество функций для живых организмов. Несколько мономеров аминокислот соединяются пептидными (ковалентными) связями с образованием белка. Две связанные аминокислоты составляют дипептид. Три соединенные аминокислоты образуют трипептид, а четыре аминокислоты составляют тетрапептид. В соответствии с этим соглашением белки, содержащие более четырех аминокислот, также носят название полипептиды. Из этих 20 аминокислот основные мономеры включают глюкозу с карбоксильными и аминогруппами.Поэтому глюкозу также можно назвать мономером белка.

Аминокислоты образуют цепочки в качестве первичной структуры, а дополнительные вторичные формы возникают с водородными связями, ведущими к альфа-спиралям и бета-складчатым листам. Сворачивание аминокислот приводит к появлению активных белков в третичной структуре. Дополнительное сворачивание и изгибание дает стабильные сложные четвертичные структуры, такие как коллаген. Коллаген обеспечивает структурную основу для животных. Протеин-кератин обеспечивает животных кожей, волосами и перьями.Белки также служат катализаторами реакций в живых организмах; они называются ферментами. Белки служат коммуникаторами и переносчиками материала между клетками. Например, белок актин играет роль переносчика для большинства организмов. Различные трехмерные структуры белков определяют их соответствующие функции. Изменение структуры белка приводит непосредственно к изменению функции белка. Белки производятся в соответствии с инструкциями генов клетки. Взаимодействия и разнообразие белков определяются его основным мономером белка, аминокислотами на основе глюкозы.

Нуклеотиды как мономеры

Нуклеотиды служат в качестве основы для построения аминокислот, которые, в свою очередь, включают белки. Нуклеотиды хранят информацию и передают энергию организмам. Нуклеотиды — это мономеры природных линейных полимерных нуклеиновых кислот, таких как дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). ДНК и РНК несут генетический код организма. Нуклеотидные мономеры состоят из пятиуглеродного сахара, фосфата и азотистого основания. Основания включают аденин и гуанин, которые являются производными пурина; и цитозин и тимин (для ДНК) или урацил (для РНК), полученные из пиримидина.

Комбинированный сахар и азотистое основание имеют разные функции. Нуклеотиды составляют основу многих молекул, необходимых для жизни. Одним из примеров является аденозинтрифосфат (АТФ), главная система доставки энергии для организмов. Аденин, рибоза и три фосфатные группы составляют молекулы АТФ. Фосфодиэфирные связи соединяют вместе сахара нуклеиновых кислот. Эти связи обладают отрицательными зарядами и образуют стабильную макромолекулу для хранения генетической информации. РНК, которая содержит сахарную рибозу и аденин, гуанин, цитозин и урацил, различными способами работает внутри клеток.РНК служит ферментом и помогает репликации ДНК, а также созданию белков. РНК существует в форме одной спирали. ДНК является более стабильной молекулой, образующей конфигурацию двойной спирали, и поэтому является преобладающим полинуклеотидом для клеток. ДНК содержит дезоксирибозу сахара и четыре азотистых основания аденин, гуанин, цитозин и тимин, которые составляют нуклеотидное основание молекулы. Большая длина и стабильность ДНК позволяют хранить огромные объемы информации. Жизнь на Земле обязана своим продолжением нуклеотидным мономерам, которые составляют основу ДНК и РНК, а также энергетической молекуле АТФ.

Мономеры для пластика

Мономеры винилового спирта образуют полимерный поливиниловый спирт. Этот ингредиент входит в состав детской замазки. Мономеры поликарбоната состоят из ароматических колец, разделенных углеродом. Поликарбонат обычно используется в очках и музыкальных дисках. Полистирол, используемый в пенополистироле и изоляции, состоит из мономеров полиэтилена с ароматическим кольцом, замещенным атомом водорода. Поли (хлорэтен), также известный как поливинилхлорид или ПВХ, образуется из нескольких мономеров хлорэтилена.Из ПВХ изготавливаются такие важные элементы, как трубы и сайдинг для зданий. Из пластика можно найти множество полезных материалов для повседневных предметов, таких как:

• фары автомобилей
  
• контейнеры для пищевых продуктов
  
• краска
  
• трубы
  
• ткань
  
• медицинское оборудование
  
• далее

Изготовление нейлона 6

Но создание нейлона 6 — это много отличается от нейлона 6,6. Прежде всего, нейлон 6 сделан только из одного разновидность мономера, мономер, называемый капролактамом. Нейлон 6,6 состоит из двух мономеры, адипоилхлорид и гексаметилендиамин.

Но хватит светской беседы. Давай займемся превращением капролактама в нейлон 6. Нейлон 6 получают путем нагревания капролактама примерно до 250 ^o C с добавлением около 5-10% воды.Так что же происходит с капролактам, когда есть вода? Кислород карбонильный оглядывается, и видит молекулу воды, и видит, как легко было бы украсть одну из атомы водорода воды. Теперь, как это часто бывает, мелочь такие, которые кажутся достаточно безобидными, могут перерасти в нечто гораздо большее. Если вы посмотрите, то увидите, что жадность капролактама лучше этого.

Карбонильный кислород отдает пару электронов атому водорода вода, таким образом похищая водород из воды.Это дает нам протонированный карбонил и свободная гидроксильная группа. Сохраните эту гидроксильную группу в виду, потому что он вернется, чтобы преследовать жадных стариков капролактам. Но сначала давайте вспомним, что карбонильный кислород теперь имеет положительный заряд. Ему это не нравится, поэтому он смахивает пару электронов от карбонильной двойной связи, оставляя положительный заряд на карбонильной атом углерода.

Но карбокатионы не счастливые твари. Ввод карбокатиона в Молекула просто умоляет, чтобы какой-нибудь нуклеофил пришел и напал на нее.Нуклеофил? Кто-то сказал нуклеофил? Я думаю есть один рядом. Это тот старый гидроксид-ион, который остался после кражи капролактама. протон от молекулы воды. Этот маленький гидроксид-ион никогда не действительно справился с негативными эмоциями потери протона, чтобы капролактам. Все еще питая враждебность, он атакует карбокатион.

Образовавшаяся молекула представляет собой нестабильный драгоценный диол. Нестабильно? Конечно. Разве я не говорил вам, что жадность капролактама погубит его? Безумный Затем происходит перетасовка электронов.Атом азота отдает пару электронов к атому водорода на одной из гидроксильных групп, похищая его далеко. Электроны, которые водород разделяет с кислородом, переходят в образуют двойную связь между кислородом и атомом углерода. И наконец, электроны, общие для углерода и азота, полностью переходят в азот, разрывая связь углерод-азот.

Увы, круг такой сломана, а капролактама больше нет! Как и многие дилеры бросовых облигаций в восьмидесятых, он дорого заплатил за свою жадность.Что у нас осталось, так это линейная аминокислота.

Но наша история еще далека от завершения. Вы видите, что линейная аминокислота может реагировать с молекулой капролактама, во многом как с молекулой воды. Молекулы капролактама не очень яркие. Свидетельство одного из своих уничтожение жадностью не делает их менее жадными. Они просто пытаются украсть все, что они могут у их падшего брата, как жадный маленький канюки. Когда-либо скупая молекула капролактама украдет кислоту водород образует линейную аминокислоту.Карбонильный кислород отдает пару электронов к этому водороду, украшая его у аминокислоты.

И, как и ожидалось, электроны перестраиваются, образуя карбокатион, так же как до:

Этот карбокатион по-прежнему является открытым приглашением для любого нуклеофила вокруг, но на этот раз на планете новый нуклеофил. Это амино кислота, которая только что потеряла кислотный водород. В нем тоже много враждебности к воровству капролактама и атакует, как мы видели гидроксид-ионная атака раньше.

Это дает нам разновидность аммония, и этот конкретный вид очень нестабильный. Электроны играют на музыкальных стульях. Нет элементаля лояльность, азот кольца крадет водород из азота аммония. Кроме того, связь, соединяющая углерод и азот, разрывается, открытие кольца. Еще одна жадная молекула капролактама укусила пыль.

Но мы еще не закончили.Эта карбоксилатная группа в конце Молекула переместится и украдет водород спирта.

Это создает новую карбонильную группу в середине молекулы, и регенерирует карбоновую кислоту. (Вот маленький секрет: на самом деле никто знает порядок последних двух шагов. Они могут произойти в обратном порядке приказ. Мы просто знаем, что оба они случаются до того, как все закончится.) Если вы хотите посмотреть фильм обо всем процессе распространения, щелкните здесь.(Помните, что это ступенчатая полимеризация.)

Теперь, когда у нас снова есть кислота, она обязательно вступит в реакцию с другим скупая молекула капролактама, а потом еще и еще, пока мы достаньте длинные цепочки из нейлона 6.

Итак, так нейлон 6 производят в промышленных масштабах (насколько нам известно), но сделать его таким способом в лаборатории не так-то просто. Кроме того, описанный выше механизм ступенчатого роста обладает некоторыми характеристиками, о которых вы уже знаете, верно? Если вы забыли, вы можете просмотреть здесь.

Протестированный синтез нейлона 6

Этот метод прост и легок, поэтому нажмите здесь, чтобы просмотреть процедуру, и здесь, чтобы загрузить копию.

Спектры ЯМР нейлона 6

Перейдите сюда, чтобы просмотреть спектр H ¹ , и сюда, чтобы увидеть спектр C ¹³ .

Можем ли мы сделать нейлон 6 лучше?

Таким образом, двумя ключевыми характеристиками полимеризации с ростом цепи являются использование инициатора, который контролирует одну из двух концевых функциональных групп цепи, и работа намного быстрее, чем ступенчатый рост (в общем, во всяком случае).Еще одна характеристика, о которой мы особо не говорили, — это молекулярная масса. При ступенчатом росте вы сталкиваетесь с проблемой концентрации: ближе к концу преобразования функциональной группы просто не очень высокая концентрация концов цепи, чтобы найти друг друга. Это означает, что размножение в основном прекращается, а молекулярная масса в лучшем случае средняя. Хотя это нормально для ПЭТ и большинства нейлонов для коммерческого использования, разве не будет хорошо сделать какой-нибудь действительно высокомолекулярный материал? Почему бы не использовать для этого механизм цепного роста?

Отличное предложение! И это действительно хорошо работает с нейлоном 6.Давай немного подумаем … Хорошо, хватит созерцания. Перейдите в этот раздел, чтобы найти более подробное объяснение синтеза нейлона 6 с ростом цепи анионным полиприсоединением.

Акриловый полимер — обзор

7.5.3 Акриловые полимеры: поли (метилметакрилат) и полиакрилонитрил

Акриловые полимеры получают из производных акриловой и метакриловой кислот; группа включает также их сополимеры с различными виниловыми и аллильными мономерами. Мономеры, обычно используемые при производстве этих полимеров, представляют собой акрилонитрил, акриловую и метакриловую кислоты, а также их производные амидов и сложных алкиловых эфиров.Наибольшее применение акриловых полимеров с точки зрения используемых тоннажей — это формованные и изготовленные пластмассовые изделия многих видов, изготовленные из полиметилметакрилата (ПММА). Кристальная прозрачность, легкий вес, исключительная атмосферостойкость, формуемость и прочность ПММА привели к многочисленным применениям в различных технических областях и во многих отечественных продуктах. Поскольку ПММА не имеет запаха, вкуса и нетоксичен, его можно использовать в оборудовании для обработки пищевых продуктов.

Полиакрилонитрил (ПАН) и сополимеры с преобладающим количеством акрилонитрила представляют собой белые порошки с относительно высокими температурами стеклования, T _г .Однако они обладают низкой термопластичностью и поэтому не могут использоваться в качестве формовочного материала. Их высокие температуры плавления кристаллов, T _m (~ 300 ° C), ограниченная растворимость в некоторых растворителях и превосходные механические свойства при использовании в качестве волокон обусловлены межмолекулярными силами между полимерными цепями. Штапельные акриловые волокна, будучи мягкими и эластичными, используются в качестве заменителя или разбавителя шерсти, а ткани, изготовленные из них, обладают хорошей устойчивостью к складкам и удерживают складки.ПАН также является важнейшим сырьем для производства углеродных волокон.

При нагревании ПММА подвергается обширному распаданию цепи или деполимеризации с получением количественного выхода (> 90%) мономера и, как следствие, является легковоспламеняющимся (LOI = 18). Кислород сложноэфирной группы способствует полному сгоранию продуктов пиролиза и является причиной низкого дымообразования горящего полимера. Материал плавится и улетучивается, поэтому остатков не остается. Акриловые волокна также легко горят (LOI = 18) при плавлении и распылении.Скорость горения и количество выделяемого дыма зависят от содержания акрилонитрила в волокне.

Как правило, химическая модификация ПММА после полимеризации огнестойкими группами намного сложнее, чем в случае ПС, частично из-за относительно менее реакционноспособных сложноэфирно-карбонильных групп, а частично из-за того, что реакции замещения атомов водорода в основной цепи с обычными модифицирующими реагентами неизменно приводит к значительной деградации цепи. Однако химическая модификация ПММА путем сополимеризации с широким спектром сомономеров, несущих огнестойкие группы, относительно проста.Недавние примеры такого подхода включают сополимеризацию метилметакрилата с полимеризуемыми циклотрифосфазенами ^{78 , 99-101} и с различными фосфорсодержащими ненасыщенными соединениями. ^{74 , 75} Было обнаружено, что модифицированные полимеры являются значительно более огнестойкими, чем ПММА, и обнаружено, что действует преимущественно конденсированный фазовый механизм замедления горения. В другом исследовании фосфорсодержащие группы, в основном фосфонатные фрагменты, были включены в ПММА в определенных положениях на основной цепи полимера, а именно на концах цепи и в качестве боковых групп. ¹⁰² Было обнаружено, что степень огнестойкости зависит от топологического расположения модифицирующих групп в дополнение к степени нагрузки. Недавно повышенная склонность к обугливанию и повышенная огнестойкость были обнаружены в полимерах поли (метилметакрилат- со -4-винилпиридин), модифицированных комплексами переходных металлов, такими как ацетилацетонат ванадия, ванадилхлорид и хлорид железа. ⁸⁰

Вероятно, гораздо более широко используемой стратегией для замедления горения акриловых материалов в целом является введение огнезащитных составов в качестве добавок.Такие добавки для ПММА включают красный фосфор или его соединения, особенно в сочетании с другими неорганическими азотными и галогенсодержащими антипиренами. ¹⁰³ Другие антипирены в виде добавок включают неорганические и органические галогениды олова и соединения серы. Соль Уилкинсона типа RhCl (PPh ₃ ) ₃ также использовалась в качестве антипирена для ПММА. RhCl (PPh ₃ ) ₃ реагирует с ПММА по карбонильным группам, способствуя сшиванию и в конечном итоге приводя к образованию угля. ¹⁰⁴ Совсем недавно новые экологически безопасные огнестойкие системы на основе силикагелей были использованы для замедления горения ПММА. ¹⁰⁵

В литературе имеется несколько сообщений, касающихся характеристик горения и влияния различных антипиренов на воспламеняемость волокнообразующего гомополимера и сополимеров акрилонитрила. ^{106 , 107} Была разработана технология прессованных порошковых полимерных листов, которая позволяет проводить оценку ряда полимерных композиций в присутствии и в отсутствие антипиренов на предмет LOI, скорости горения и остатков полукокса.