聚合物

共價有機骨架

共價有機骨架(Covalent Organic Framework,COF)
中央研究院化學所博士後研究員 梁家榮

聚合物 (polymer) 的研究是透過各種不同的有機合成方式,合成出許多種經由重複相同單元,形成線形的一維高分子結構。為了使分子結構可以被設計成,應用在儲存或分離氫氣、甲烷、二氧化碳等氣體的材料上,化學家開發出許多重複相同單元的多孔性三維共價有機骨架。共價有機骨架和金屬有機骨架 (Metal-Organic framework, MOF) 類似,都是具有多孔性的剛性結構。

有機自由基電池

有機自由基電池 (Organic Radical Batteries)
臺北市立第一女子高級中學二年級邱子庭/臺北市立第一女子高級中學化學科江慧玉老師

有機自由基電池(ORB)是利用穩定的有機自由基聚合物作為電極活性材料的一種新型可充電電池,具有快速充電速​​度和良好的循環穩定性。此外,有機自由基聚合物還可製成薄膜電池。ORB 不含有毒的重金屬,其充放電依賴於有機自由基,如氮氧自由基的氧化和還原反應,不同於鋰離子電池依靠鋰離子的脫嵌和嵌入。ORB 為環境友好型電池,可作為筆記本電腦、智能卡、傳感器和無線電頻率識別標籤等設備的潛在電源。

完美的聚合物晶體

完美的聚合物晶體
國立臺灣大學化學系名譽教授蔡蘊明

聚合物是人生存必需的一種分子,大家熟知的核酸是由核苷酸單元所組成的聚合物,乃基因的主要結構。蛋白質是由胺基酸的單元所組成的聚合物,扮演生命化學裡重要的催化劑角色。由單醣組成的聚合物,包括澱粉、纖維等,亦是重要的生命化學物質。但是在日常生活中,人工合成的聚合物業已成為不可或缺的材料,舉凡食、衣、住、行、育、樂、和醫療都必須仰賴具有特定功能的聚合物素材。

要在實驗室製備具有單一分子量的聚合物不是一件容易的事,那需要非常精準的控制。從這個困難來看,生命體系裡面的許多聚合物是具有單一結構的分子,例如許多的蛋白質,以及重要的核酸,因此我們不能不佩服大自然精巧的設計。當然生命體所製造的許多聚合物,也可以是各種不同聚合程度的集合體,例如澱粉或纖維,只能用平均的分子量或分子量範圍來描述。大自然為何具有如此的多樣性呢?這是因為各種材料的存在是為了符合其使用的需求和環境。以心臟為例,它是由許多蛋白質所組合而成的肌肉,所構成的一個複雜裝置,在人的一生中必須跳動約25億次,讓氧氣透過約144,000公里路徑輸送到全身各處,有些位置的血管只有頭髮粗細(管徑愈細需要的壓力愈大),每天運送約8000升的血液而甚少出現血管壁的損壞。與大自然的設計,以及製造這些材料的精準度和耐用性來比較,人類科學家的能力還是非常的基礎!

聚乙烯醇 ─ 膠水的成分

聚乙烯醇 (Polyvinyl Alcohol, PVA) ─膠水的成分
臺北市立第一女子高級中學二年級吳奕萱

黏著劑

黏著劑也稱膠黏劑、黏合劑,為 1742 年美國人亨利‧庫特博士(Dr. Harry Coover)發明。其用途為將兩個物體黏在一起,且根據所要黏合材料的特性(主要是表面特性,如粗糙度),使用不同的黏著劑。黏合劑最初是稀釋的樹脂(本身具有黏性),後隨著化學工業的進步,有人工製造的膠水成份:PVA、水、防腐劑。

聚乳酸

聚乳酸 (Poly Lactic Acid, PLA)
臺北市立第一女子高級中學二年級張湘婷

一、基本性質

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  • 別稱:玉米澱粉樹酯、Polylactide,是一種丙交酯聚酯。
  • 來源:多來自玉米、甜菜、小麥、甘薯等可再生生質。
  • 具生物可降解性,在溫度 $$58$$~$$70^\circ C$$、相對溼度 $$90\%$$ 的條件下,可在 2~6 個月內分解為二氧化碳和水等較無害物質。

多醣

多醣 (Polysaccharide)
國立臺灣大學化學系學士生張育唐/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯


多醣 (polysaccharide),顧名思義就是單糖 (monosaccharide)的聚合物 (polymer),化學通式 Cx(H2O)y,x = 200 – 2500。

多醣類由於其分子量大,一般而言是不溶於水,且無法直接被人體吸收。通常多醣的代謝途徑,都是透過酵素的協助,以使得多醣分解成單醣,再經由如糖解作用 (glycolysis)等方式被人體利用。而且,由於多醣的具還原性的官能基幾乎都在聚合過程中被拿來形成醣苷鍵(glycosidic bond),因此多醣屬於非還原醣。根據單糖間結合方式的不同,可以將常見多醣大致分類為纖維素(cellulose)、澱粉(starch)、肝糖 (glycogen),以及截肢動物外骨骼中的甲殼素(chitin)(圖一)。

圖一、不同多醣類與立體連結結構,短橫條部份代表CH2OH基團。(圖片來源:Carbohydrates)

纖維素,是由β- D -葡萄糖所組成的多醣,透過β-1,4-醣苷鍵(β-1,4-glucosidic linkage) 連結而成的直鏈聚合物。值得注意的是,纖維素的結構當中幾乎不會出現分支。一般呈現白色無味的絲狀物,並且不溶於水、大多數有機溶劑,也不會與稀酸稀鹼反 應,還不會被人體的酵素所作用。僅有強酸強鹼,或是如二硫化碳等溶劑,可以將纖維素溶解。

導電聚合物-聚乙炔

導電聚合物(Conductive Polymer)-聚乙炔(Polyacetylene)
臺北縣立三民高級中學化學科莊麗紋老師/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

聚合物(polymer)又名高分子,是分子結構龐大,分子量非常大的化合物。一般常看到的有機高分子例如塑膠、橡膠均為絕緣體,其原因在於由碳氫化合物所組成的共價單鍵長鏈分子並不具備可自由移動的電子。導電聚合物又稱導電塑膠或導電塑料,當聚合物的分子鏈上具有單鍵及雙鍵交替的共軛(conjugation)結構時,非定域化(delocalized) photo1.jpg 電子可沿著分子鏈移動而導電,導電高分子都屬於這種共軛高分子,聚乙炔即是一例。

醣類的歷史(下)

醣類的歷史(下)
國立台灣師範大學化學系江宣儀碩士生/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

醣類的位向也決定了聚合物(polymer)的定向性,而這個訊息對於基因解碼有很重要的影響性。非聚合物性質的醣類也主導其他不單單只是供給能量重要的功能,例如細胞外圍的辨識和附著作用等。醣類也可在許多的天然物結構中找到,例如紅黴素及萬古黴素,此化合物具有特定的物理性質,且分子具有該物質對於分子的生物活性是重要的。簡言之,醣類在自然界中的用途是廣泛無窮的,我們也尚未了解許多關於醣類和醣鍵結的反應,而他們對於進一步認識高度複雜性質的生物機制有重要的關聯性。

醣類的歷史(上)

醣類的歷史(上)
國立台灣師範大學化學系江宣儀碩士生/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

德國化學家費雪(Hermann Emil Fischer)定義了相當多在化學界很重要的法則,且影響至今日,其中包含非對稱性的定義(asymmetry),這對於有機化學中了解生物機制有本質上的重要性,也對自然界中化合物、在藥物中的類天然物的衍生化合物之萃取、判定、及合成有相當的影響。

戶外運動休閒用高分子聚合物:Gore-Tex and Vibram(Polymers for sport and outdoor : Gore-Tex and Vibram)

戶外運動休閒用高分子聚合物:Gore-Tex and Vibram(Polymers for sport and outdoor : Gore-Tex and Vibram)
台北市立永春高級中學化學科蔡曉信老師/台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

一、Gore-Tex 是一種能兼具透氣及防水性的纖維,它是由Wilbert L. Gore等人所共同發明,並於1976年4月27日取得美國的專利權。Gore的兒子Robert W. Gore也因此在2006年得以進入美國專利商標局和國家發明人名人廳(National Inventors Hall of Fame)。
Gore-Tex是利用聚四氟乙烯(PTFE)為材料製成。聚四氟乙烯是應用含氟界面活性劑全氟辛酸(PFOA)進行乳化聚合程序而得。但全氟辛酸也是永久性的環境污染物。

Gore-Tex纖維是典型地將聚四氟乙烯與其他氟聚合物用熱力學的方式使其延展。

它的應用廣泛,有高效能織品(high performance fabrics)、醫學植入(medical implants)、過濾媒介(filter media)、電線或電纜的絕緣體(insulation for wires and cables)、襯墊(gaskets)等,但仍以在雨天能有效防水與透氣的功能最為著名。

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