Polymerisation · ⁨重合反応⁩ (AS Level · ⁨ASレベル⁩) — A-Level Chemistry · ⁨A-Level 化学⁩ (9701) Revision Notes · ⁨Polymerisation · ⁨重合反応⁩ (AS Level · ⁨ASレベル⁩) — A-Level Chemistry

20.1

Addition polymerisation · ⁨付加重合⁩

Syllabus · ⁨シラバス⁩

English

describe addition polymerisation as exemplified by poly(ethene) and poly(chloroethene), PVC
deduce the repeat unit of an addition polymer obtained from a given monomer
identify the monomer(s) present in a given section of an addition polymer molecule
recognise the difficulty of the disposal of poly(alkene)s, i.e. non-biodegradability and harmful combustion products

日本語

ポリ(エチレン)およびポリ(クロロエチレン)、PVCを例として付加重合を記述する
与えられたモノマーから得られる付加重合体の反復単位を導く
与えられた付加重合体分子の一部に含まれるモノマーを特定する
ポリ(アルケン)、すなわち生分解性なしおよび有害な燃焼生成物のために処理が困難であることを認識する

Source: Cambridge International syllabus · ⁨出典: Cambridge International シラバス⁩

English

In addition polymerisation 加成聚合, many small molecules join into one very long chain, with no other product made.

Each small molecule is a monomer 单体. It must be unsaturated — it has a C=C double bond. The double bond opens up so that the monomers can link together. The long chain that forms is the polymer 聚合物.

Repeat units

The repeat unit 重复单元 is the small part that is copied again and again along the chain. To find it, take the monomer, change the C=C to a single C–C, and draw bonds going out at each end.

poly(ethene) 聚乙烯 is made from ethene:

$$n\,\text{CH}_2{=}\text{CH}_2 \rightarrow -(\text{CH}_2{-}\text{CH}_2)_n-$$

poly(chloroethene) 聚氯乙烯 (PVC) is made from chloroethene:

$$n\,\text{CH}_2{=}\text{CHCl} \rightarrow -(\text{CH}_2{-}\text{CHCl})_n-$$

Finding the monomer

To go the other way, look at one repeat unit of the polymer, and put the C=C double bond back in. That gives you the monomer.

Worked example. A polymer has the repeat unit $-(\text{CH}_2{-}\text{CH}(\text{CH}_3))_n-$. Identify the monomer and name the polymer. Reverse the rule you used to build it: rub out the bonds sticking out at each end, and turn the single C-C in the backbone back into a C=C. That gives $\text{CH}_2{=}\text{CH}(\text{CH}_3)$, which is propene - so the polymer is poly(propene). Two checks catch most errors: the monomer must have the same molecular formula as the repeat unit (addition polymerisation adds nothing and loses nothing), and the double bond goes back into the backbone, never into the side group.

日本語

付加重合では、多くの小さな分子が他の生成物を伴わずに一つの非常に長い鎖に結合する。

各小さな分子をモノマーという。不飽和である必要があり、C=C二重結合を持つ。二重結合が開くことでモノマー同士が連結できる。形成される長い鎖がポリマーである。

複数のエチレンモノマーがそれぞれC=C二重結合を持ち、二重結合を開いて端同士をつなぎ、単結合のみからなる長いポリマー鎖を形成する様子 — 各モノマーの二重結合が開き、他の生成物なしで端同士がつながって長い鎖を形成する

定規と共に置かれた透明なポリエチレンペレットの山（直径数ミリメートル程度） — 一般的な付加重合体であるポリエチレンは、直径数ミリメートルの小さなペレット状で供給され、これらを後に溶融・成形してボトルや袋などの製品とする

繰り返し単位

繰り返し単位とは、鎖に沿って反復される小さな部分である。見つけるには、モノマーを取り出し、C=Cを単一C–Cに変換し、両端から結合線を出して描く。

ポリエチレンはエチレンから作られる：

$$n\,\text{CH}_2{=}\text{CH}_2 \rightarrow -(\text{CH}_2{-}\text{CH}_2)_n-$$

ポリ塩化ビニル（PVC）は塩化ビニルから作られる：

$$n\,\text{CH}_2{=}\text{CHCl} \rightarrow -(\text{CH}_2{-}\text{CHCl})_n-$$

左に二重結合を持つ塩化ビニル、右に括弧書きのPVCの繰り返し単位、C=Cを開いて戻すための矢印が描かれている — 繰り返し単位の探し方：モノマーのC=Cを単結合に変えて両端から結合を出し、逆にすることでモノマーを見つける

モノマーの見つけ方

逆に行うには、ポリマーの1つの繰り返し単位を見て、C=C二重結合を元に戻す。これがモノマーとなる。

** worked example. ** ポリマーの繰り返し単位が$-(\text{CH}_2{-}\text{CH}(\text{CH}_3))_n-$である。モノマーを同定し、ポリマーの名前を述べよ。構築時に用いたルールを逆にする：両端から出ている結合を消去し、骨格内の単一C-CをC=Cに戻す。これにより$\text{CH}_2{=}\text{CH}(\text{CH}_3)$が得られ、これはプロピレンである——したがってポリマーはポリプロピレンである。誤りを多く検出するための2つのチェック：モノマーは繰り返し単位と同じ分子式を持つべきである（付加重合では何も加えず何も失わない）、および二重結合は側鎖ではなく骨格に戻らなければならない。

Explore · ⁨探索⁩

Addition polymerisation route · ⁨付加重合反応の経路⁩

Watch alkene monomers join by opening their double bonds. · ⁨アルケン単量体が二重結合を開いて結合する様子を見る。⁩

Vocabulary · ⁨語彙⁩ Train · ⁨練習する⁩

English	日本語
addition polymerisation/əˈdɪʃn ˌpɒlɪməraɪˈzeɪʃn/	付加重合
monomer/ˈmɒnəʊmə/	モノマー
polymer/ˈpɒlɪmə/	ポリマー
repeat unit/rɪˈpiːt ˈjuːnɪt/	繰り返し単位
poly(ethene)/ˈpɒlɪ/	ポリエチレン
poly(chloroethene)/ˈpɒlɪ/	ポリ塩化ビニル
non-biodegradable/nɒn ˌbaɪəʊdɪˈɡreɪdəbl/	生分解不可能
combustion/kəmˈbʌstʃn/	燃焼反応

20.1

The problem of disposal · ⁨廃棄の問題⁩

English

Poly(alkene)s are very hard to get rid of:

they are non-biodegradable 不可生物降解 — microbes cannot break them down, so they stay in the ground for a very long time.
their combustion 燃烧 (burning) can release harmful gases. For example, burning PVC gives off toxic hydrogen chloride.

日本語

ポリ(アルケン)類は処分が非常に難しい：

それらは生分解不可能である——微生物がそれらを分解できないため、非常に長い間土中に残る。
それらの燃焼（燃やすこと）は有害なガスを放出することがある。例えば、PVCを燃やすと有毒の塩化水素が出される。

ビーチに打ち上げられたプラスチック廃棄物 — ほとんどの付加重合ポリマーは生分解不可能であるため、環境中での廃棄物として蓄積する

ポリアルケン廃棄物が引き起こす2つの問題を示す図：埋立地での生分解不可能な廃棄物の残留と、PVCの燃焼による有毒HClの排出 — ポリアルケン廃棄物は処理が困難である：生分解不可能であり、PVCを燃やすと有毒の塩化水素が出される

20.1

Exam tips · ⁨試験対策⁩

English

Draw the repeat unit in brackets with the two bonds crossing them and $n$ outside; keep the backbone carbons.
Deduce the monomer from a polymer (and vice versa) — a very common question.
Addition polymers are inert and non-biodegradable — link to landfill, recycling and incineration issues.
Do not confuse with condensation (no small molecule is lost in addition polymerisation).

日本語