高分子の多分散と単分散

質問

生命科学を学ぶ大学2年のものです。

Wikipediaによると

合成高分子の分子量は多分散を示す。つまり合成高分子は、同一の組成は持つが分子量は異なる分子の混合物であり…。

とあります。
この、同一の組成は～からがいまいちよく理解できないのですが、

「組み立て方は同じだが、一つ一つの材料(＝ＯとかＣとか)の原子量が違う」という意味でしょうか。

また、生体高分子には単一の分子量からなる単分散を示すものも多い…とありますが、これは他の高分子と違い、組み立て方も構成する原子の原子量も同じということですか？

最後に、分子量が異なる理由はやはり同素体によるものですか？

回答No.2

drmuraberg · ベストアンサー

核酸や蛋白質の様な生体高分子では、それらの「分子式や組成式」は一義的に決まっています。
例えば、核酸なら塩基数ＸＹＺ個という具合で、ＸＹＺ±αという訳では有りません。
つまり、分子式や組成式から分子量を正確に計算できます。

これに対して合成高分子では、合成反応が確率的に進むために、厳密には「分子量を１つの
分子量値で表すことができません」。代わりに「平均分子量」が使われます。
回答Ｎｏ．１のポリエチレンの例では、原料のエチレンの分子式がＣ2Ｈ4、ポリエチレンの分子式は
(-ＣＨ2-ＣＨ2-)nとなります。ここで、ｎは重合度と呼ばれエチレンの単位が何個反応して繋がって
いるかを示しています。
ｎ＝５０００なら重合度５０００で、分子量は２８ｘ５０００＝１４０，０００です。
しかし、反応が確率的なためにｎの大きい物も小さい物も合成され、生成物は分子量の異なる
物の混合物となります。
したがって、合成高分子では分子量を「平均分子量」で表します。

a) ｎが4000,5000,6000のものがそれぞれ１個なら、３個の平均分子量Mnは１４０，０００です。
b) ｎが3000,5000,7000のものがそれぞれ１個なら、３個の平均分子量Mnも１４０，０００です。
両方とも、個々の分子の分子量は平均分子量値の回りに「ばらついて＝分散」しているわけで、
このことを高分子の分子量の「多分散性」と呼びます。
a)とb)の例では、ｂ）を分散性が高いと言います。

合成高分子でも、分散性の低いものが有り、この場合は生体高分子の様に分子量が確定する
訳では有りませんが、「単分散ポリマー」と呼ばれています。

蛇足です。
分散度の目安として、重量平均分子量Ｍｗと数平均分子量Ｍｎの比Ｍｗ／Ｍｎが使われます。
a)の例では
Mn=28x4000+28x5000+28x6000/3=140,000
Mw=((28*4000)^2+(28*5000)^2+(28*6000)^2)/(28*4000+28*5000+28*6000)=420,000
Mw/Mn=3.0
b)の例では
Mn=28x3000+28x5000+28x7000/3=140,000
Mw=((28*3000)^2+(28*5000)^2+(28*7000)^2)/(28*3000+28*5000+28*7000)=830,000
Mw/Mn=5.9
つまりｂ）の方が分散性は高いわけです。

一般の合成高分子ではMw/Mnは２程度、単分散ポリマーと言われる物は1.1以下です。

お礼

やっと理解できました。
ありがとうございました。

回答No.1

noname#160321

>同一の組成は持つ

これは「組成式が同じ」という意味です。
例えばポリエチレンなら、原料のエチレンの分子式がＣ2Ｈ4、組成式はＣＨ2。
ポリエチレンは(-ＣＨ2-ＣＨ2-)nですが、組成式はＣＨ2で分子量が変わっても同じです。

お礼

ありがとうございました。