مونومر چیست؟ انواع، مثال‌ها، طبقه‌بندی، کاربردها

مونومر چیست؟

مونومرها مولکول‌های هیدروکربنی ساده با وزن مولکولی کم هستند که دارای دو یا چند محل اتصال هستند و با پیوندهای کووالانسی به سایر مولکول‌های مونومر برای تشکیل ساختارهای پیچیده‌ای به نام ماکرومولکول یا پلیمر اتصال می‌یابند. آن‌ها واحدهای اساسی یک پلیمر هستند.

کلمه «مونومر» از پیشوند mono- به معنای «یک» و پسوند mer- به معنای «بخش» تشکیل شده است. کوچکترین واحد تکرار شونده به عنوان مونومر شناخته می‌شود.

پلیمریزاسیون

فرایندی که طی آن مونومرها با به اشتراک گذاشتن جفت‌های الکترون برای تشکیل مولکول‌های زنجیره‌ای تکرارشونده به سایر مونومرها متصل می‌شوند، پلیمریزاسیون نامیده می‌شود. دو مولکول جداگانه با هم پیوند برقرار کرده و یک پیوند کووالانسی تشکیل می‌دهند. دو نوع واکنش پلیمریزاسیون وجود دارد: واکنش‌های مرحله‌ای و واکنش‌های زنجیره‌ای.

مونومرها می‌توانند با هم ترکیب شده و دایمر (دو واحد مونومر)، تریمر (سه واحد مونومر)، تترامر (چهار واحد مونومر)، پنتامر (پنج واحد مونومر)، هگزامر (شش واحد مونومر)، هپتامر (هفت واحد مونومر) و غیره را تشکیل دهند.

منابع مونومرها

• مونومرها می‌توانند از منابع مصنوعی یا طبیعی به دست بیایند.
• پیوندهای شیمیایی واحدهای مونومر یک پلیمر را در کنار هم نگه می‌دارند و پیکربندی نهایی پلیمر را حفظ می‌کنند.
• بسته به واحدهای مونومری که به هم متصل می‌شوند، یک پلیمر می‌تواند ساختارهای متنوعی داشته باشد.
• بسیاری از واحدهای مونومر پیکربندی‌های متفاوتی دارند اما تعداد اتم‌های کربن یکسانی دارند. ایزومرها مولکول‌هایی هستند که تعداد اتم‌های کربن یکسان اما پیکربندی‌های متفاوتی دارند.
• شایع‌ترین نمونه‌های مونومرهای ایزومری گلوکز، فروکتوز و گالاکتوز هستند که تعداد اتم‌های یکسانی در مولکول دارند اما آرایش مولکولی متفاوتی دارند.

انواع مونومرها

سه نوع مونومر وجود دارد. آن‌ها به شرح زیر هستند:

1. مونومرهای مصنوعی (به طور مصنوعی با ترکیب دو اتم مختلف ساخته می‌شوند): مواد بسته‌بندی، چسب‌های اپوکسی و غیره.
2. بیوپلیمر (پلیمر طبیعی موجود در موجودات زنده): سه دسته از بیوپلیمرها عبارتند از پلی پپتیدها و پروتئین‌ها، پلی نوکلئوتیدها و پلی ساکاریدها.
3. پلیمر طبیعی (بلوک‌های سازنده بیوپلیمرهای موجود در طبیعت): مونوساکاریدها، اسیدهای آمینه، نوکلئوتیدها، اسیدهای چرب، ایزوپرن

• مونومرها بلوک‌های سازنده ماکرومولکول‌های بیولوژیکی مانند DNA، RNA، پروتئین و کربوهیدرات هستند.
• پس از تجزیه شدن پلیمرها به اجزای مونومری آن‌ها در انتهای هضم، بدن اجزای مونومری را جذب می‌کند.
• به همین ترتیب، DNA و RNA به نوکلئوتیدها، پروتئین‌ها به اسیدهای آمینه تشکیل دهنده آن‌ها و کربوهیدرات‌ها توسط تجزیه آنزیمی به مونوساکاریدها تجزیه می‌شوند.
• علاوه بر این، از این مواد مغذی برای ساخت پلیمر بر اساس ترکیب ژنتیکی و دستورالعمل‌های بدن استفاده می‌شود

نمونه‌های مونومرها

نمونه‌هایی از مونومرها آلکن‌ها، وینیل کلرید، استایرن، آکریلونیتریل، اسید آدیپیک، گلیکول و غیره هستند.

مثال ۱: مونوساکاریدها – مونومرهای کربوهیدرات

یک نمونه از یک مونومر بیولوژیکی مولکول‌های مونوساکارید است، قابل دسترس‌ترین شکل انرژی، که با هم پیوند می‌خورند تا پلیمر کربوهیدرات را تشکیل دهند. از طریق فرآیند گلیکولیز، کربوهیدرات‌ها شکسته شده و به شکل انرژی تبدیل می‌شوند.

مولکول‌های گلوکز یا فروکتوز مونومرهای کربوهیدرات‌ها هستند. در مورد گلوکز، پیوندهای گلیکوزیدی می‌توانند مونوساکاریدهای قند را به هم متصل کنند تا پلیمرهایی مانند گلیکوژن، نشاسته و سلولز را تشکیل دهند.

توضیحات تکمیلی:

• مونوساکارید: قند ساده است. گلوکز، فروکتوز و مالتوز از نمونه‌های آن هستند.
• دی ساکارید: دو مونوساکارید به هم متصل شده‌اند. ساکارز نمونه‌ای از آن است.
• پلی ساکارید: قندهای پیچیده هستند که از اتصال دو یا چند مونوساکارید تشکیل شده‌اند. سلولز (چوب، کاغذ)، نشاسته (ذخیره انرژی در گیاهان) و گلیکوژن (ذخیره انرژی در حیوانات) نمونه‌هایی از آن‌ها هستند.

مثال ۲: اسیدهای آمینه – مونومرهای پروتئین

اسید آمینه مونومر پروتئین است. آنها توسط پیوندهای پپتیدی به هم متصل می شوند. پیوند پپتیدی یک پیوند کووالانسی است که بین دو اسید آمینه در طی سنتز آب (Dehydration synthesis) تشکیل می شود.

در مجموع ۲۰ نوع اسید آمینه به عنوان مونومر وجود دارد، اما همه آنها ساختار کلی C، NH3، COO-، H و گروه R را دارند. پلیمرها با اتصال پپتیدی به هم می پیوندند. پروتئین ها شامل کلاژن موجود در درم پوست، استخوان ها و مننژهایی که مغز و نخاع را می پوشانند، و همچنین کراتین در اپیدرم پوست که زیر ساختارها را محافظت می کند، هستند.

مثال ۳: گلیسرول و اسید چرب – مونومرهای لیپید

گلیسرول، یک الکل شیرین طبیعی، و اسیدهای چرب، که واحدهای سازنده چربی هستند، مونومرهای لیپید هستند. برخلاف مونوساکاریدها، اسیدهای چرب نمی توانند به طور مستقیم برای تامین انرژی متابولیزه شوند.

این فرآیند به سه مرحله نیاز دارد:

• در مرحله اول، بدن چربی‌های انباشته شده در بافت چربی (Adipose tissue) را متابولیزه می‌کند (لیپولیز).
• سپس اسیدهای چرب فعال شده و به پراکسیزوم‌ها و میتوکندری‌ها منتقل می‌شوند.
• این اندامک‌ها با اکسیداسیون مواد چرب، اسیدهای چرب را تجزیه می‌کنند.

دی گلیسیریدها و تری گلیسیریدها پلیمرهای لیپید هستند.

مثال ۴: نوکلئوتیدها – مونومرهای اسیدهای نوکلئیک

نوکلئوتیدها مونومرهای اسیدهای نوکلئیک هستند. یک نوکلئوتید یک ترکیب آلی کلیدی برای ساختار و عملکرد انسان است که از سه زیر واحد تشکیل شده است:

• یک یا چند گروه فسفات
• یک قند پنتوز: دئوکسی ریبوز یا ریبوز
• یک باز حاوی نیتروژن: آدنین، سیتوزین، گوانین، تیمین یا اوراسیل

نوکلئوتیدها با هم ترکیب می شوند تا اسیدهای نوکلئیک (DNA یا RNA) یا ترکیب انرژی آدنوزین تری فسفات (ATP) را تشکیل دهند. دئوکسی نوکلئوتیدها واحدهای مونومر DNA هستند. پلی نوکلئوتیدها پلیمرهای بلندی هستند که از آرایه های خطی مونومرهای به نام نوکلئوتید تشکیل شده اند که با نیتروژن های بازی مانند پورین ها و پیریمیدین ها به قند فسفات متصل می شوند.

بازهای نیتروژنی یا نوکلئوتیدها

مثال ۵: ایزوپرن – یک مونومر طبیعی دیگر

ایزوپرن یک مونومر طبیعی دیگر است. لاستیک طبیعی که توسط گیاهان تولید می شود، پلیمری از ایزوپرن است. بسیاری از حیوانات، گیاهان و همچنین انسان ها می توانند ایزوپرن تولید کنند. بدن از مجاری تنفسی برای بازدم ایزوپرن استفاده می کند.

طبقه بندی مونومرها

مونومرها بر اساس منشا و سنتز طبقه بندی می شوند:

طبقه بندی بر اساس منشا

• نشاسته، پلیمری از مونومر گلوکز است که به صورت زنجیره های بلند به نام آمیلوز یا زنجیره های شاخه دار به نام آمیلوپکتین وجود دارد. هر دو در غذاهای گیاهی ذخیره می شوند و به نسبت هضم آسانی دارند.
• سلولز، یک پلی ساکارید، پلیمری از مونومر گلوکز است. این ماده جزء اصلی دیواره سلولی گیاهان سبز است و از گلوکز تولید شده در طی فتوسنتز در گیاهان ساخته می شود. سلولز از سیستم گوارش سالم پشتیبانی می کند و رژیم غذایی با فیبر بالا را تقویت می کند که ممکن است خطر ابتلا به بیماری قلبی و چندین نوع سرطان را کاهش دهد.
• پروتئین حاصل پلیمریزاسیون مونومر اسید آمینه است.

پلیمرهای مصنوعی، پلیمرهای ساخته دست بشر هستند. پلی اتیلن، پلی استایرن، پی وی سی، نایلون و داکرون نمونه هایی از این نوع هستند.

طبقه بندی بر اساس سنتز

فرایند افزودن مکرر مونومرها به یک زنجیره پلیمری، پلیمریزاسیون اضافی یا زنجیره ای نامیده می شود. مونومرهای این نوع دارای وزن مولکولی بالا و ترکیبات غیر اشباع هستند.

همچنین بخوانید:

• چارت کدون (Codon Chart) و جدول اسیدهای آمینه
• انواع ساختار پروتئین‌ها با شکل
• لیپید چیست؟ خواص، ساختار، طبقه بندی، انواع
• اسیدهای نوکلئیک

منبع

مترجم: محمد صادق محمودی لرد