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重合反応

A-Level Chemistry · トピック 35

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7:58

重合反応(A2)

3つの全く異なるものを見てみましょう。ナイロンのロープ、プラスチックの飲料ボトル、ご自身の髪の毛に含まれるタンパク質。これらは共通点がないように見えます。しかし、これら全てが…

英語ナレーション・英語+中文字幕 burning-in

35.1

縮合重合

シラバス
  1. ポリエステル の生成を記述せよ: (a) ジオールとジカルボン酸またはジアシルクロリドの反応 (b) ハイドロキシカルボン酸の反応
  2. ポリアミド の生成を記述せよ: (a) ジアミンとジカルボン酸またはジアシルクロリドの反応 (b) アミノカルボン酸の反応 (c) アミノ酸同士の反応
  3. 与えられた モノマー もしくは モノマーの組み合わせ から得られる 縮合重合体 の 反復単位 を導き出せ
  4. 与えられた縮合重合体分子の一部に含まれる モノマー を同定せよ

出典: Cambridge International シラバス

縮合重合では、モノマーが長い鎖に結合するたびに新しい結合が形成され、小さな分子(水や$\text{HCl}$など)が失われる。各モノマーには2つの反応性基が必要であり、鎖は両端から成長する。

カルボキシル基が水酸基と結合してエステル結合と水分子を生成し、カルボキシル基がアミンと結合してアミド結合と水分子を生成する様子
縮合結合:ポリエステルはエステル結合、ポリアミドはアミド結合を形成し、新しい結合ごとに小さな分子(ここでは水)が脱離する

ポリエステル

ポリエステルは鎖の沿いには多くのエステル結合を持つ。以下から合成できる:

  • ジオール(2個の$\text{–OH}$基)とジカルボン酸(2個の$\text{–COOH}$基)、またはジアシル塩素化物。
  • 単一のヒドロキシカルボン酸。これは$\text{–OH}$と$\text{–COOH}$の両方を持つ。
 crushed clear plastic drinks bottles in a bale
PET飲料ボトルはポリエステル(縮合重合体)で作られており、ここではリサイクルのために回収されている

ポリアミド

ポリアミドは鎖の沿いには多くのアミド結合を持つ。以下から合成できる:

  • ジアミン(2個の$\text{–NH}_2$基)とジカルボン酸、またはジアシル塩素化物。
  • 単一のアミノカルボン酸、またはアミノ酸同士が結合したもの(タンパク質は天然のポリアミドである)。
ビーカーから引き上げられるピンク色のナイロンの糸。液体表面で連続した糸として形成されている
「ナイロンロープ・トリック」:ナイロン(ポリアミド)は2つの反応液が接触した箇所で生成されるため、一本の長い糸を引き出せる(今回は指示薬のためピンク色をしている)

反復単位とモノマー

縮合重合体の反復単位には、小さな分子として失われた原子を除いて両方のモノマーの一部が含まれる。ポリマーの一部からモノマーを見つけるには、エステル結合またはアミド結合のすべてで鎖を切断し、$\text{–OH}$と$\text{–H}$(または$\text{–Cl}$)を戻す。

ポリエステル鎖のエステル結合で切断され、切り口が-OHおよび-Hを取り戻して、ジオールおよびジカルボン酸単量体へと復元される様子
モノマーを見つけるには、すべての結合で鎖を切断し、切断端に–OHと–Hを戻す——ここではジオールとジカルボン酸が得られる

** worked example. ** ポリマー鎖に反復する$\text{–CONH–}$結合が含まれている。このポリマーの種類を答え、モノマーを特定し、失われた小さな分子を答えよ。$\text{–CONH–}$結合はアミドなので、これは縮合重合によって作られたポリアミドである。モノマーを見つけるには、すべてのアミド結合で鎖を切断し、切断端に原子を戻す:炭素側は$\text{–OH}$を受け取りジカルボン酸となり、窒素側は$\text{–H}$を受け取りジアミンとなる。各結合で失われる小さな分子は水(または、酸の代わりにアシルクロリドを用いた場合は$\text{HCl}$)である。各モノマーには2つの官能基が必要であり、そうでなければ鎖は成長し続けない——もし提案したモノマーが1つしか持たないなら、鎖を誤った場所で切断していることになる。

探索

縮合重合の経路

モノマー同士が結合するたびに小分子が脱離する様子を見る。

English 日本語
condensation polymerisation/kɒndenˈseɪʃn ˌpɒlɪməraɪˈzeɪʃn/ 縮合重合
polyester/ˌpɒlɪˈestə/ ポリエステル
diol/dɪˈɒl/ ジオール
dicarboxylic acid/ˌdɪkɑːbəkˈsɪlɪk ˈæsɪd/ 二カルボン酸
polyamide/ˌpɒlɪˈeɪmaɪd/ ポリアミド
diamine/ˈdaɪəmaɪn/ ジアミン
amino acid/əˈmiːnəʊ ˈæsɪd/ アミノ酸
repeat unit/rɪˈpiːt ˈjuːnɪt/ 繰り返し単位
monomer/ˈmɒnəʊmə/ モノマー
addition polymerisation/əˈdɪʃn ˌpɒlɪməraɪˈzeɪʃn/ 付加重合法
poly(alkene)/ˈpɒlɪ/ ポリアレン
biodegradable/ˌbaɪəʊdɪˈɡreɪdəbl/ 生分解性
hydrolysis/haɪˈdrɒləsɪs/ 水解
35.2

重合の種類を予測する

シラバス
  1. 与えられた モノマー もしくは モノマーの組み合わせ に対して 重合反応 の種類を予測せよ
  2. 与えられた重合体分子の一部を生成する 重合反応 の種類を導き出せ

出典: Cambridge International シラバス

手がかり 種別
モノマーにC=C二重結合があり、その他何も失われない 付加重合
各モノマーに2つの官能基があり、小さな分子が失われ、鎖にエステルまたはアミド結合がある 縮合重合
2つのパネルによる比較図:C=C結合が開裂して何も失われない付加重合法と、2官能単量体が結合して小分子が失われる縮合重合法
2種類の重合:付加重合はC=Cを開いて何も失わず、縮合重合は2官能基のモノマーが結合して小さな分子を失う
探索

重合種別の実験

付加重合性か付加重合性かによって単量体を分類する。

35.3

生分解性ポリマー

シラバス
  1. ポリアルケンが化学的に不活性であるため、生分解性に乏しく、分解されにくいことを理解する
  2. 光の作用によって分解されるポリマーがあることを認識する
  3. ポリエステルおよびポリアミドは、酸性および塩基性の加水分解により生分解性があることを認識する

出典: Cambridge International シラバス

  • ポリアルケンは化学的に不活性である——非極性の強いC–CおよびC–H結合のみを持つため、生分解されにくく長期間残る。
  • 光によって分解されるように設計されたポリマーもある(光分解性)。
  • ポリエステルとポリアミドは生分解性である。そのエステルおよびアミド結合は酸性またはアルカリ性の加水分解によって切断されるからである。
探索

分解性高分子の経路

高分子構造が分解をどのように制御するかを追跡する。

35.3

試験対策

  • 縮合重合体(ポリエステル、ポリアミド)は小さな分子の脱離伴随して生成する($\text{H}_2\text{O}$またはHCl)——反復単位と失われた分子を描け。
  • ポリマーからモノマーを特定するには、エステルまたはアミド結合を切断する——よく出題される問題。
  • モノマーから種類を予測する:$\text{C}=\text{C}$は付加重合、2官能基は縮合重合を与える。
  • ポリエステルとポリアミドは加水分解可能(より分解しやすい)であるのに対し、付加重合体はそうではない。

このトピックのインタラクティブ授業

一歩ずつ進め、即時チェック付きの問題で学習します。

過去問

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