Grundliggende arkitektur
Polymerkemi
Backbone og sidekæder
I den klassiske polymerkemi, betragtes polymeren som en streng. Der kan være nogle funktionaliteter vedhæftet denne, men i bund og grund er det blot en streng. Den reelle arkitektur for polymerer er lidt mere kompleks end dette.
For polymerer, der ikke er netværk, deler man polymeren op i backbone og sidekæder. Backbone er den del af polymeren der gør den til en streng. Polymerer som PEG, cellulose og poly(glycin) (fig. 1) er strenge af monomerer.
Fig. 1: Lineære polymerer; monomerer frenhævet med blåt. Øverst: Poly(ethylene glycol) (PEG). Midt: Cellulose (poly(α-(1,4)-glucose). Nederst: Poly(glycin).
Som det ses, behøver backbone ikke at være simple strenge.
Sidekæder kan være funktionelle grupper, f.eks. carboxylsyrer som ved poly(acrylsyre). Denne type sidekæder kaldes også pendante grupper. Sidekæder kan også være monomerer. I dette tilfælde kaldes de forgreninger (branches), og det der svarer til backbone kalder man hovedkæden (main chain). Dette ses især ved polysaccharider. Forgreningerne kan enten være simple som det ses ved Johannesbrødkernemel (locust bean gum) eller gren-på-gren (branch-on-branch) som det ses ved glycogen (fig. 2).
Fig. 2: Øverst: Poly(akrylsyre). Midt: Johannesbrødkernemel. Nederst: Glycogen.
For polymerer, der ikke er netværk, deler man polymeren op i backbone og sidekæder. Backbone er den del af polymeren der gør den til en streng. Polymerer som PEG, cellulose og poly(glycin) (fig. 1) er strenge af monomerer.
Fig. 1: Lineære polymerer; monomerer frenhævet med blåt. Øverst: Poly(ethylene glycol) (PEG). Midt: Cellulose (poly(α-(1,4)-glucose). Nederst: Poly(glycin).
Sidekæder kan være funktionelle grupper, f.eks. carboxylsyrer som ved poly(acrylsyre). Denne type sidekæder kaldes også pendante grupper. Sidekæder kan også være monomerer. I dette tilfælde kaldes de forgreninger (branches), og det der svarer til backbone kalder man hovedkæden (main chain). Dette ses især ved polysaccharider. Forgreningerne kan enten være simple som det ses ved Johannesbrødkernemel (locust bean gum) eller gren-på-gren (branch-on-branch) som det ses ved glycogen (fig. 2).
| ← Backbone (svarende til hovedkæden/main chain) ← Pendant gruppe |
← Sidekæde på én monomer ← Hovedkæden/main chain |
← Anden forgrening ← Første forgrening ← Hovedkæden/main chain |
Substituenter og derivater
Substituenter indikerer, at materialet er blevet modificeret på en eller anden måde. I de fleste tilfælde er dette også korrekt, men ikke altid.
Hydroxyethyl cellulose er en modificeret cellulose dvs. en semisyntetisk polymer. En alkoholgruppe er blevet ændret til en hydroxyethyl-ether så her er det en reel substitution. Polymeren chitosan, på den anden side, er en naturlig polymer bl.a. fundet i rejer og krabbers exoskelet. Fordi det ligner cellulose med en aminogruppe i C(2) positionen, bliver den til tider betragtet som en substitueret cellulose. Det er derfor vigtigt at huske, at når nogen taler om substituenter på polymerer, betyder det ikke automatisk, at materialet på nogen måde er blevet ændret.
En almindelig beskrivelse i stedet for substituent er derivat, hvilket ofte giver mere mening. Ud fra et kemisk synspunkt, er chitosan og hydroxyethyl cellulose derivater af cellulose, ganske ligesom amider og nitriler er derivater af carboxylsyrer i organisk syntese.
I de tilfælde hvor materialet er blevet ændret, angives en substitutionsgrad (DS = Degree of substitution). DS er et gennemsnit for polymeren, f.eks. DS 0.1 er 1 substitution pr. 10 monomerer, men de kan lige så godt sidde i par ved siden af hinanden for hver 20 monomerer som 1 for hver 10 monomerer. Dette er specielt vigtigt ved visse polysaccharider hvor DS > 1. De fleste polysaccharider har 3 positioner hvor substitutionen kan sættes fast. Det er imidlertid svært at modificere to af positionerne (steriske forhindringer), så i visse tilfælde som ved hydroxyethyl and hydroxypropyl, bliver substituenten en dimer eller trimer på én position (sædvanligvis C(6)). Dette siger DS heller ikke noget om.
En variation over DS er acetyleringsgraden eller deacetyleringsgraden som ses ved nogle polymerer. Viss polymerer som poly(vinyl alcohol) og poly(vinyl acetate) eller chitin og chitosan har kun acetyleringen til forskel, og pga. deres oprindelser, ses en 100% acetylering eller deacetylering kun sjældent. I stedet angives acetyleringsgraden eller deacetyleringsgraden i procent, f.eks. chitosan 95% deacetyleret.
 |
| Fig. 3: Cellulose og derivativer. Øverst: Cellulose. Midt: Chitosan. Nederst: Hydroxyethyl cellulose. |
En almindelig beskrivelse i stedet for substituent er derivat, hvilket ofte giver mere mening. Ud fra et kemisk synspunkt, er chitosan og hydroxyethyl cellulose derivater af cellulose, ganske ligesom amider og nitriler er derivater af carboxylsyrer i organisk syntese.
I de tilfælde hvor materialet er blevet ændret, angives en substitutionsgrad (DS = Degree of substitution). DS er et gennemsnit for polymeren, f.eks. DS 0.1 er 1 substitution pr. 10 monomerer, men de kan lige så godt sidde i par ved siden af hinanden for hver 20 monomerer som 1 for hver 10 monomerer. Dette er specielt vigtigt ved visse polysaccharider hvor DS > 1. De fleste polysaccharider har 3 positioner hvor substitutionen kan sættes fast. Det er imidlertid svært at modificere to af positionerne (steriske forhindringer), så i visse tilfælde som ved hydroxyethyl and hydroxypropyl, bliver substituenten en dimer eller trimer på én position (sædvanligvis C(6)). Dette siger DS heller ikke noget om.
En variation over DS er acetyleringsgraden eller deacetyleringsgraden som ses ved nogle polymerer. Viss polymerer som poly(vinyl alcohol) og poly(vinyl acetate) eller chitin og chitosan har kun acetyleringen til forskel, og pga. deres oprindelser, ses en 100% acetylering eller deacetylering kun sjældent. I stedet angives acetyleringsgraden eller deacetyleringsgraden i procent, f.eks. chitosan 95% deacetyleret.