모노머

에틸렌 모노머 이미지

폴리머와 모노머

중합 이미지

모노머(monomer) 또는 단량체(單量體), 단위체(單位體)는 고분자화합물 또는 회합체(會合體)를 구성하는 단위가 되는 분자량이 작은 물질이다. 중합체(폴리머)에 대응하는 말이다.

예를 들면, 폴리스타이렌은 스타이렌의 중합반응에 의해 생성되는 고분자화합물인데, 이 경우 스타이렌이 단위체이다. 또 천연고분자인 셀룰로스의 단위체는 D-글루코스이고, 천연고무의 단위체는 아이소프렌이다. 특히 합성고분자의 경우는 중합반응에 의해서 중합체를 합성할 때의 출발물질을 가리킨다. 일반적으로 공업에서 유용한 단위체는 분자량이 수십~수백의 반응성이 좋은 화합물이며, 그 제조는 석탄·석유·천연가스 등의 주원료로부터 복잡한 공정을 거쳐 합성되는 대규모 공업으로 발전하여 오늘날의 석유화학공업의 주요 부문을 이루고 있다.

개요

모노머는 '하나'를 의미하는 그리스어 '모노'와 '부분'을 의미하는 '메로스'에서 유래되었다. 중합체라고 불리는 큰 분자 내에서 반복되는 구조 또는 기본 단위가 모노이다.  모노머는 다른 모노머 분자와 함께 반응해 중합이라는 과정을 거치면 더 큰 중합체 사슬 또는 3차원 네트워크를 형성할 수 있다.

폴리머(polymer, 고분자)는 한가지 이상의 모노머 단위가 서로 연결된 분자로 이루어진 물질이다. 또한 단량체가 두 개 이상 결합했다는 의미에서 '중합체'라 불리기도 한다. 모노머를 서로 연결시켜 고분자로 만드는 반응을 '중합(polymerization)'이라 한다. 

단량체 '모노머'는 고분자 '폴리머'를 구성하는 기본 재료이다. 고분자는 대개 수백에서 수만개의 단량체가 중합되어 이루어지는데, 비교적 적은 개수의 단량체가 중합된 고분자를 '저분자량', 많은 개수의 단량체로 중합된 고분자를 '고분자량'이라고 한다. 

폴리머(고분자) 명칭을 정하는 방법 중 대표적인 방법은 기본 단량체명 앞에 'Poly'라는 접두어를 붙이는 것이다. 예를 들어 에틸렌(ethylene)을 단량체로 하는 고분자는 '폴리에틸렌(Polyethylene)', 스티렌(styrene)을 단량체로 하는 고분자는 '폴리스티렌(Polystyrene)'이라고 표기한다, 염화비닐(vinyl chloride)을 단량체로 하는 고분자는 '폴리염화비닐(Polyvinyl chloride, PVC)'라고 한다. 

IUPAC 정의

단량체 분자: 중합을 거쳐 고분자의 필수 구조에 구성 단위를 제공하는 분자

분류

단량체는 여러 가지 방법으로 분류할 수 있다. 단량체는 형성하는 중합체의 종류에 따라 두 가지 부류로 크게 나눌 수 있다. 축합 중합에 참여하는 단량체는 부가 중합에 참여하는 단량체와는 다른 화학양론을 갖는다.

두 단량체가 축합 중합하여 나일론과 물을 생성한다.

다른 분류 방식들은 다음과 같다.

• 천연 단량체 대 합성 단량체(예: 글리신 대 카프로락탐)
• 극성 단량체 대 비극성 단량체(예: 아세트산 비닐 대 에틸렌)
• 고리형 단량체 대 선형 단량체(예: 산화 에틸렌 대 에틸렌 글리콜)

한 종류의 단량체의 중합은 동종 중합체(homopolymer)를 형성한다. 많은 중합체들은 공중합체(copolymer)로 두 종류 이상의 서로 다른 단량체로 형성된다. 축합 중합의 경우 공단량체(comonomer)의 비율은 일반적으로 1:1이다. 예를 들어, 많은 양의 나일론을 생성하려면 동일한 양의 다이카복실산과 다이아민이 필요하다. 부가 중합의 경우 공단량체의 함량은 단지 몇 %에 불과하다. 예를 들어, 소량의 1-옥텐 단량체를 에틸렌과 공중합하여 특수한 폴리에틸렌을 생성한다.

합성 단량체

• 에틸렌 가스(H₂C=CH₂)는 폴리에틸렌의 단량체이다.
• 다른 변형된 에틸렌 유도체들은 다음과 같다.
  • 테트라플루오로에틸렌(F₂C=CF₂)은 폴리테트라플루오로에틸렌(테플론)의 단량체이다.
  • 염화 바이닐(H₂C=CHCl)은 폴리염화 비닐(PVC)의 단량체이다.
  • 스타이렌(C₆H₅CH=CH₂)은 폴리스타이렌의 단량체이다.
• 에폭사이드 단량체는 에폭시를 형성하기 위해 그 자체로 교차 결합되거나 공반응물을 첨가시켜 교차 결합될 수 있다.
• 비스페놀 A는 폴리카보네이트의 단량체이다.
• 테레프탈산은 에틸렌 글리콜과 함께 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 형성하는 공단량체이다.
• 다이메틸다이클로로실레인은 가수분해시 폴리다이메틸실록세인을 생성하는 단량체이다.
• 에틸 메타크릴레이트는 아크릴레이트 중합체와 결합할 때 인공 손톱을 만드는 데 사용되는 아크릴레이트 플라스틱을 생성하는 아크릴 단량체이다.

생체고분자

"단량체 단백질"이란 용어는 다중 단백질 복합체를 구성하는 단백질들 중 하나를 지칭하기 위해 사용할 수 있다.

천연 단량체

주요 생체고분자에 사용되는 단량체들은 다음과 같다.

아미노산

단백질의 단량체는 아미노산이다. 단백질의 합성은 리보솜에서 일어난다. 일반적으로 20가지의 아미노산 단량체가 단백질 합성에 사용된다. 따라서 단백질은 동종 중합체가 아니다.

뉴클레오타이드

핵산(DNA, RNA)의 단량체는 뉴클레오타이드이며, 뉴클레오타이드는 핵염기, 오탄당, 인산으로 구성되어 있다. 뉴클레오타이드 단량체는 세포핵에서 발견된다. 4가지 종류의 뉴클레오타이드 단량체는 DNA의 전구물질이고, 다른 4가지 종류의 뉴클레오타이드 단량체는 RNA의 전구물질이다.

포도당 및 관련 당

다당류의 단량체는 단당류이다. 자연에서 가장 풍부한 단량체는 포도당이며, 셀룰로스, 녹말, 글리코젠과 같은 다당류 중합체에서 단량체인 포도당은 글리코사이드 결합에 의해 서로 연결되어 있다.

아이소프렌

아이소프렌은 중합되어 천연 고무를 형성하는 천연 단량체로, 대부분의 경우 시스-1,4-폴리아이소프렌이지만, 트랜스-1,4-폴리아이소프렌도 존재한다. 합성 고무는 종종 아이소프렌과 구조적으로 관련된 뷰타다이엔을 기반으로 한다.

참고자료

• 〈단량체〉, 《위키백과》
• 〈단위체〉, 《두산백과》
• 〈쉽게 이해하는 화학용어 4 #폴리머와 #모노머〉, 《한화솔루션 케미칼 부문 블로그》, 2022-03-24

같이 보기

• 단백질 소단위체
• 프레폴리머
• 폴리머
• 유기화합물

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