生物分子、聚合物与合成

加成聚合物(addition polymer)

/ uh-DISH-un POL-ih-mer /

加成聚合物是把许多小分子首尾相扣、连成一片做出来的塑料,而且没有任何东西被剩下——起始小分子的每一个原子都进了链里。聚乙烯(塑料袋、瓶子)、PVC(管材)、聚苯乙烯(泡沫杯)和特氟龙都是加成聚合物。起始的小分子叫单体;长链叫聚合物;而秘密在于单体带着一个碳-碳双键。

用平实的步骤看链是怎么长的。取一个带 C=C 双键的单体,比如乙烯 CH2=CH2。一个引发剂打开其中一个双键,留下一个活泼端——一个自由基(有时是正离子或负离子)。这个活泼端去攻击下一个单体的 C=C,打开它的双键、把它接到链上,同时又造出一个新的活泼端。这个端再攻击下一个单体,再下一个,重复成千上万次——一场链式反应,这正是它被称为连锁(链增长)聚合的原因。这正是你已经会的烯烃加成化学(常常还是自由基链机理),一遍遍重复。关键是没有任何小分子被排出:-CH2=CH2- 单元只是连成 -CH2-CH2-CH2-CH2-,所以聚合物的实验式与单体相同。这使加成聚合成为一个原子经济性很高的过程。

加成聚合物之所以重要,是因为它们是日常塑料的主体,也展示了烯烃化学在工业规模上的运作。它们的性质靠改变单体上的取代基来调节:一个氢给出柔软的聚乙烯,一个氯给出刚硬的 PVC,一个苯环给出坚挺的聚苯乙烯,几个氟给出滑溜的特氟龙。同一招链增长,挂的基团不同,材料就天差地别——这是聚合物化学家最基本的杠杆。

n 个 CH2=CH2(乙烯)聚合成 -(CH2-CH2)n-,即聚乙烯。双键打开,碳连成一条连续的长链,没有任何副产物。把每个单体的一个 H 换成 Cl(CH2=CHCl),同样的链增长就给出 PVC。

烯烃单体打开 C=C,首尾相连而不丢失原子——这就是链增长聚合。

这里的“加成”指烯烃的加成反应(打开 C=C),不是“把东西加起来”。由于没有小分子离去,加成聚合物原子经济性高——但大多不可生物降解,因为那条惰性的全碳主链很难被自然界打断。

又称
chain-growth polymer加聚物连锁聚合物