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化学

高分子こうぶんし化合かごうぶつ

最終確認日:

このしょうまなぶこと

だい 10 しょう (最終さいしゅうしょう) では 高分子化合物こうぶんしかごうぶつまなびます。 高分子こうぶんしとは 多数たすうちいさな分子ぶんし (単量体たんりょうたい / モノマー) がつながった巨大きょだい分子ぶんし で、 分子ぶんしりょうは 1 まん 〜 100 まんをこえるものもあります。

  • 高分子こうぶんし化合かごうぶつ一般いっぱんてき性質せいしつ説明せつめいできる
  • 付加重合ふかじゅうごう縮合重合しゅくごうじゅうごう のちがいを区別くべつできる
  • 糖類とうるい (たんとうとうとう) の種類しゅるい反応はんのう整理せいりできる
  • タンパク質たんぱくしつ構造こうぞう (1 つぎ 〜 4 ) と性質せいしつべられる
  • ナイロンポリエステル・ポリエチレン など合成ごうせい高分子こうぶんし用途ようと
  • 環境かんきょうにやさしい せい分解ぶんかいせいプラスチック

ポイント: わたしたちのからだ (タンパク質たんぱくしつ・DNA・とう)、 衣服いふく (綿めんきぬ・ナイロン・ポリエステル)、 生活せいかつ用品ようひん (プラスチック・ゴム) — そのほぼすべてが高分子こうぶんしでできています。

1. 高分子こうぶんし基本きほん

高分子こうぶんしとは

用語ようご意味いみ
単量体たんりょうたい (モノマー)高分子こうぶんしつくもととなるちいさな分子ぶんし
重合体じゅうごうたい (ポリマー)多数たすうたんりょうたいがつながった高分子こうぶんし
重合じゅうごう n1 つの高分子こうぶんしちゅうたんりょうたいかず
平均へいきん分子ぶんしりょう高分子こうぶんしおおきさがそろわないので平均へいきんあらわ

重合じゅうごう種類しゅるい

種類しゅるい反応はんのうれい
付加重合ふかじゅうごうC = C をひらいてつながる、 ふく生物せいぶつなしポリエチレン、 ポリスチレン、 ポリ塩化えんかビニル
縮合重合しゅくごうじゅうごう-OH や -COOH 同士どうし結合けつごう、 H₂O がけるナイロン、 ポリエステル
開環重合かいかんじゅうごう環状かんじょうたんりょうたいひらいてつながるナイロン 6、 ポリオキシメチレン
ども重合じゅうごう2 種類しゅるい以上いじょうたんりょうたいぜて重合じゅうごうABS 樹脂じゅし、 SBR ゴム

高分子こうぶんし性質せいしつ

  • 一般いっぱん結晶けっしょう部分ぶぶん結晶けっしょう部分ぶぶん混在こんざい (融点ゆうてん不明瞭ふめいりょう軟化なんかする)
  • みずけにくいものがおおい (タンパク質たんぱくしつ・デンプンなど親水しんすいせい高分子こうぶんし例外れいがい)
  • ねつくわえると ねつ可塑かそせい (温度おんど軟化なんか、 PE・PS) と ねつ硬化こうかせい (かたまったらもどらない、 フェノール樹脂じゅし尿素にょうそ樹脂じゅし) にかれる

2. 糖類とうるい (炭水化物たんすいかぶつ)

たんとう

もっとちいさいとうで、 加水かすい分解ぶんかいでこれ以上いじょうけられない。

名前なまえ化学かがくしき特徴とくちょう
グルコース (ブドウとう)C₆H₁₂O₆血糖けっとう還元かんげんせい (-CHO もと)、 アルコール発酵はっこう
フルクトース (果糖かとう)C₆H₁₂O₆果実かじつ蜂蜜はちみつとうなかもっとあま
ガラクトースC₆H₁₂O₆乳糖にゅうとう構成こうせい

とう

たんとう 2 ちぢみあわしたもの。 加水かすい分解ぶんかいたんとう 2 に。

名前なまえ構成こうせい特徴とくちょう
マルトース (麦芽糖ばくがとう)グルコース 2 還元かんげんせいあり、 デンプンの加水かすい分解ぶんかい
スクロース (ショとう)グルコース + フルクトース還元かんげんせいなし砂糖さとう主成分しゅせいぶん
ラクトース (乳糖にゅうとう)グルコース + ガラクトース還元かんげんせいあり、 牛乳ぎゅうにゅう

とう

たんとう多数たすうつながったもの。 加水かすい分解ぶんかい多数たすうたんとうに。

名前なまえ構成こうせい特徴とくちょう用途ようと
デンプンα-グルコースが α-1,4 結合けつごう植物しょくぶつ貯蔵ちょぞう養分ようぶんヨウ素デンプン反応ヨウそデンプンはんのうあおむらさき
グリコーゲンα-グルコース、 枝分えだわかれおお動物どうぶつ肝臓かんぞう筋肉きんにく貯蔵ちょぞう養分ようぶん
セルロースβ-グルコースが β-1,4 結合けつごう植物しょくぶつ細胞さいぼうかべかみ綿めん主成分しゅせいぶん

とう反応はんのう

  • アルコール発酵アルコールはっこう: C₆H₁₂O₆ → 2 C₂H₅OH + 2 CO₂ (酵母こうぼ)
  • 還元かんげんせい試験しけん: 銀鏡しろみ反応はんのう、 フェーリングえき (還元かんげんするたんとうとうこる)
  • ヨウ素デンプン反応ヨウそデンプンはんのう: デンプン + I₂ → あお紫色むらさきいろ (デンプンの検出けんしゅつ)

3. タンパク質たんぱくしつ

アミノ酸あみのさん

タンパク質たんぱくしつたんりょうたい。 1 つの炭素たんそに -NH₂ (アミノもと) と -COOH (カルボキシもと) と H とがわくさり R がつく。 R がことなるやく 20 種類しゅるいα-アミノ酸アルファアミノさん がある。

H₂N-CHR-COOH

中央ちゅうおうの C はひとし炭素たんそ (ただしグリシン R = H は例外れいがい) → かがみぞう異性いせいたい存在そんざい (天然てんねんはほぼ L からだ)。

さん塩基えんき両性りょうせい (そうせいイオン)

水溶液すいようえきちゅうでは -COOH が H⁺ をうしない、 -NH₂ が H⁺ をり、 ⁺H₃N-CHR-COO⁻ の 双性イオンそうせいイオン になる。 全体ぜんたい電荷でんかが 0 になる pH を 等電点とうでんてん という。

ペプチド結合けつごうタンパク質たんぱくしつ構造こうぞう

2 アミノ酸あみのさんが -COOH と -NH₂ でちぢみごうし H₂O がけると ペプチド結合ペプチドけつごう -CO-NH- ができる。 多数たすうアミノ酸あみのさんがつながったものがタンパク質たんぱくしつ

構造こうぞう内容ないよう
1 構造こうぞうアミノ酸あみのさん配列はいれつじゅん
2 構造こうぞう水素すいそ結合けつごうで α-ヘリックスや β-シート
3 構造こうぞう全体ぜんたい立体りったいりたたみ
4 構造こうぞう複数ふくすうタンパク質たんぱくしつあつまった状態じょうたい (ヘモグロビンなど)

タンパク質たんぱくしつ検出けんしゅつ反応はんのう

反応はんのう試薬しやくいろ検出けんしゅつするもの
ビウレット反応はんのうNaOH + CuSO₄あかむらさきペプチド結合けつごう (2 以上いじょう)
キサントプロテイン反応はんのう HNO₃ で加熱かねつ → アンモニアすいだいだいベンゼンたまき (チロシンなど)
硫黄いおう反応はんのうNaOH 加熱かねつ + 酢酸さくさんなまりくろ (PbS)S をふくアミノ酸あみのさん (システイン)
ニンヒドリン反応はんのうニンヒドリン試薬しやくむらさきアミノ酸あみのさん全般ぜんぱん

タンパク質たんぱくしつ変性へんせい

ねつさん有機ゆうき溶媒ようばい重金属じゅうきんぞくイオンで立体りったい構造こうぞうがこわれる = 変性へんせいたまごをゆでるとしろかたまるのがれい

4. 核酸かくさん

塩基対が階段状に並ぶDNA二重らせんの模式図
DNAじゅうらせん構造こうぞう — リンさん + デオキシリボース + 塩基えんき (A, T, G, C) のくさりが 2 ほんよりわさりらせんをつくる。 生体せいたい高分子こうぶんし代表だいひょう

DNA と RNA のたんりょうたい = ヌクレオチドぬくれおちど (とう + リンさん + 塩基えんき)。

核酸かくさんとう塩基えんき役割やくわり
DNAデオキシリボースA, T, G, C遺伝いでん情報じょうほう保存ほぞん
RNAリボースA, U, G, Cタンパク質たんぱくしつ合成ごうせい

DNA は 2 じゅうらせん構造こうぞう (ワトソン・クリック)。 A-T、 G-C で水素すいそ結合けつごう

5. 合成ごうせい高分子こうぶんし (繊維せんい樹脂じゅし・ゴム)

合成ごうせい繊維せんい

名前なまえたんりょうたい重合じゅうごう用途ようと
ナイロン 66アジピンさん + ヘキサメチレンジアミンちぢみごう重合じゅうごう衣料いりょう (ストッキング)、 釣糸つりいと
ナイロン 6カプロラクタムひらくかん重合じゅうごう衣料いりょう
ポリエステル (PET)テレフタルさん + エチレングリコールちぢみごう重合じゅうごうペットボトル、 衣料いりょう
アクリルアクリロニトリル付加ふか重合じゅうごうセーター
ビニロン酢酸さくさんビニル → ポリビニルアルコール付加ふか + 反応はんのう漁網ぎょもう、 ロープ

合成ごうせい樹脂じゅし (プラスチック)

名前なまえたんりょうたい性質せいしつ用途ようと
ポリエチレン (PE)エチレン CH₂=CH₂ふくろ容器ようき
ポリプロピレン (PP)プロピレン CH₂=CHCH₃食品しょくひん容器ようき自動車じどうしゃ部品ぶひん
ポリ塩化えんかビニル (PVC)塩化えんかビニル CH₂=CHClパイプ、 シート
ポリスチレン (PS)スチレン CH₂=CHC₆H₅発泡はっぽうスチロール
ポリメタクリルさんメチル (PMMA)メタクリルさんメチルアクリルばん水族館すいぞくかん
フェノール樹脂じゅしフェノール + ホルムアルデヒドねつ硬化こうか電気でんき部品ぶひん

合成ごうせいゴム

天然てんねんゴムはイソプレン (CH₂=C(CH₃)CH=CH₂) のじゅう合体がったい加硫かりゅう (S をくわ加熱かねつ) で弾性だんせいす。

合成ごうせいゴムのれい: スチレンブタジエンゴム (SBR、 タイヤ)、 ブチルゴム (タイヤチューブ)、 シリコーンゴム (耐熱たいねつ)。

機能きのうせい高分子こうぶんし

種類しゅるい用途ようと
なま分解ぶんかいせいプラスチックポリ乳酸にゅうさん (PLA) — 微生物びせいぶつ分解ぶんかい環境かんきょう負荷ふか低減ていげん
イオン交換こうかん樹脂じゅしみず軟化なんかじゅんみず製造せいぞう
こう吸水きゅうすいせい樹脂じゅしかみオムツ、 保水ほすいざい (自重じちょうの 100 〜 1000 ばいみずう)
どうでんせい高分子こうぶんし太陽たいよう電池でんち、 タッチパネル
形状けいじょう記憶きおくポリマー医療いりょう (ステント)、 産業さんぎょう

天然てんねん繊維せんいはん合成ごうせい繊維せんい

名前なまえ出所しゅっしょ主成分しゅせいぶん
綿めん植物しょくぶつ (コットン)セルロース
あさ植物しょくぶつ (リネン)セルロース
きぬ動物どうぶつ (カイコのまゆ)タンパク質たんぱくしつ (フィブロイン)
羊毛ようもう動物どうぶつ (ヒツジ)タンパク質たんぱくしつ (ケラチン)
レーヨンセルロースを化学かがく処理しょり再生さいせいセルロース
アセテートセルロースをアセチル (はん合成ごうせい)セルロース誘導体ゆうどうたい

プラスチックのリサイクル

PET ボトルをれいに、 リサイクルの方法ほうほうおおきく 3 種類しゅるい:

種類しゅるい内容ないよう
マテリアルリサイクルくだいてかし、 べつ製品せいひん再生さいせい (繊維せんい容器ようき)
ケミカルリサイクルエステルを加水かすい分解ぶんかいし、 たんりょうたいもどしてさい重合じゅうごう
サーマルリサイクルやしてねつ利用りよう (発電はつでん熱源ねつげん)

6. しょうのまとめ

重要じゅうよう用語ようごまとめ

  • 付加重合ふかじゅうごう (ふく生物せいぶつなし) と 縮合重合しゅくごうじゅうごう (H₂O がける)
  • 糖類とうるい: たんとう (グルコース)・とう (スクロース)・とう (デンプン・セルロース)
  • スクロースは 還元かんげんせいなし、 ほかのとうはほぼ還元かんげんせいあり
  • タンパク質たんぱくしつ検出けんしゅつ: ビウレット反応ビウレットはんのう (あかむらさき)、 キサントプロテイン反応キサントプロテインはんのう (だいだい)
  • DNA はヌクレオチド (とう + リンさん + 塩基えんき) の 2 じゅうらせん
  • おも合成ごうせい繊維せんい: ナイロン (アミド結合けつごう)、 ポリエステル (エステル結合けつごう)

確認かくにんリスト

  • [ ]付加ふか重合じゅうごうちぢみごう重合じゅうごうれい説明せつめいできる
  • [ ]デンプンとセルロースの構造こうぞうじょうのちがい (α / β 結合けつごう) をえる
  • [ ]アミノ酸あみのさんそうせいイオンと等電点とうでんてん説明せつめいできる
  • [ ]タンパク質たんぱくしつの 4 つの検出けんしゅつ反応はんのう区別くべつできる
  • [ ]ナイロンとポリエステルのたんりょうたいえる

このしょう安全あんぜん配慮はいりょ

  • フェノール・ホルムアルデヒドは有毒ゆうどく刺激しげきせい。 ドラフトないあつか
  • ポリウレタン・ポリスチレンを加熱かねつ燃焼ねんしょうすると有毒ゆうどくなシアン化水素かすいそ・スチレン蒸気じょうき発生はっせい屋外おくがいでもやさない
  • 重合じゅうごう反応はんのう急激きゅうげきすすむと発熱はつねつ・突にえのおそれ。 触媒しょくばいりょう温度おんど厳守げんしゅ
  • アクリロニトリルはつよ毒性どくせい (はつがんせいうたがい)。 あつか手袋てぶくろ保護ほごメガネ・換気かんき
  • はいプラスチックはながしにながさず自治体じちたい分別ふんべつルールにしたが

化学かがく学習がくしゅうえて: だい 1 しょうの 「物質ぶっしつ分類ぶんるい」 からだい 10 しょうの 「高分子こうぶんし化合かごうぶつ」 まで、 高校こうこう化学かがく基本きほんをひととおりまなびました。 つぎいちもんいちとう問題もんだいしゅう知識ちしき定着ていちゃくさせ、 大学だいがく入試にゅうし過去かこもん計算けいさんりょく記述きじゅつりょくきたえていきましょう。

炭素鎖と水素原子からなる長鎖高分子のファンデルワールス球モデル
ポリエチレン (PE) — エチレンえちれん (C₂H₄) が多数たすうつらなった 付加重合ふかじゅうごう かた高分子こうぶんし。 レジぶくろ・ボトル・包装ほうそうフィルムとう使つかわれるもっともありふれたプラスチック。

まとめ — 高分子化合物こうぶんしかごうぶつを 3 くだり

  • 高分子こうぶんし重合じゅうごう反応はんのうふく生物せいぶつなしの付加重合ふかじゅうごう (ポリエチレンとう) と H₂O がける縮合重合しゅくごうじゅうごう (ナイロン・ポリエステルとう) の 2 大型おおがたかれる
  • 天然てんねん高分子こうぶんしでは糖類とうるい (たんとうとうとう)・タンパク質たんぱくしつ (アミノ酸あみのさん縮合しゅくごう) ・核酸かくさん (ヌクレオチドの二重にじゅうらせん) が生命せいめいささえる基本きほん物質ぶっしつである
  • 合成ごうせい繊維せんいではナイロン (アミド結合けつごう) ・ポリエステル (エステル結合けつごう) が代表だいひょうで、 リサイクル (マテリアル・ケミカル・サーマル) は環境かんきょう負荷ふか軽減けいげんかなめである
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