Grundlagen der Organischen Chemie

2.4 Hochmolekulare Stoffe (Makromoleküle)

2.4.1 Vorkommen und Verwendung

in der Natur

1. 
   Polysaccharide: Stärke, Zellulose
   
2. 
   Proteine (Eiweiß in Pflanzen und Tieren)
   
3. 
   Nucleinsäuren, z.B. DNS
   
4. 
   Naturkautschuk
   

• industriell erzeugte Produkte

Einteilung nach Gebrauchseigenschaften

1. 
   Elastomere (dehnbar)
   
2. 
   Thermoplaste (durch Wärme verformbar)
   
3. 
   Duroplaste (irreversibel vernetzt, d.h. nach Vernetzung der Ketten nicht mehr verformbar)
   
4. 
   Kunstfasern (geringe Dehnbarkeit sowie hoher Ordnungsgrad)
   

Einteilung nach Herstellungsmethode

1. 
   Polymere (Polymerisation)
   
2. 
   Polykondensate (Polykondensation)
   
3. 
   Polyaddukte (Polyaddition)
   

1. 2.4.2 Polymere

MonomerPolymer
EthenO₂, Wärme

Druck
Polyethlyen (PE)

VinylchloridPeroxid

Polyvinylchlorid (PVC)

Acrylnitril
Polyacrylnitril

MonomerPolymerX = Ph
Styrol

Acrylsäuremethylester

• 
  PolyacrylatRegelmäßigkeiten bei Polymeren

StrukturBezeichnung isotaktisch
(auf einer Seite) syndiotaktisch Ataktisch

(unregelmäßig)Regelmäßige Polymere können einen fast kristallinen Charakter besitzen.

• Monoterpene

Monoterpene sind aus zwei Isopren-Einheiten aufgebaut.

γ-TerpinenLimonenMenthol

Demgegenüber sind Sequiterpene aus drei und Diterpene aus 4 Isopren-Einheiten aufgebaut.

Vitamin A1

Auch die Sexualhormone sind Diterpene.

1. 2.4.3 Polymerisationsreaktionen

a) Homopolymerisation
Nur ein Monomer reagiert.

b) Copolymerisation

Man geht von zwei oder mehr verschiedenen Monomeren aus.

• 1. Radikalische Polymerisation

Beispiele

Kautschuk altert, indem die S-Brücken oxidiert werden, und somit der Kautschuk brüchig wird.

• 2. Ionische Polymerisation

Kationische Polymerisation (durch Säuren)


Anionische Polymerisation (durch Basen)
(z.B. Li⁺ -NH₂ oder K⁺ -NH₂)


Koordinationspolymerisation / Ziegler-Natta-Katalyse

1. 2.4.4 Polykondensate

Alternativ:

1. 2.4.5 Polyaddukte

1. 2.5 Alkohole

2. 2.5.1 Einteilung der Alkohole

3. Primäre Alkohole

• CH₃OHC₂H₅OHMethanolEthanolSekundäre Alkohole

Isopropanol

• (iso-Propanol / 2-Propanol)CyclohexanolTertiäre Alkohole

t-Butanol
(tertiär-Butanol / 2-Methyl-2-Propanol)1-Methyl-1-cyclopentanolDie Eigenschaften der Alkohole liegen zwischen denen des Wassers und den Alkanen, wobei kürzere Ketten deutlich den dem Wasser ähnlichen polaren Charakter bewirken, während längere Ketten eher zu einem hydrophoben Verhalten analog zu den Alkanen führen.

1. R-HR-OHH₂OAlkanAlkoholWasser2.5.2 Industrielle Herstellung von Alkoholen

2. 1.

• 2. Oxosynthese

• 3. Alkoholische Gärung

Zucker Ethanol 95%iger Alkohol

1. 2.5.3 Laborsynthesen

2. 1. Hydroxymercurierung

• 2. Hydroborierung + Oxidation

Vergleich zwischen der Hydroxymercurierung und der Hydroborierung

• 3. Verfahren der nucleophilen Substitution (S_N)

• 4. Hydroxylierung von Alkanen

• 5. Grignard-Reaktion (Organomagnesiumverbindungen)

Statt Grignard-Verbindungen lassen sich auch andere metallorganische Verbindungen wie z.B. Lithiumorganyle einsetzen:

1. Zur Wiederholung:

• 6. Aldolkondensation

• 7. Reduktion von Carboyxylverbindungen (siehe 2.13.1.1)

• 8. Reduktion von Säuren oder Estern

• 2.5.4 Einführung in Synthesestrategien

• Nucleophile Substitution S_N

^* = Deuterierung zur Erforschung von Metabolismen

1. 2.5.5 Retrosynthetische Analyse

2. 1. Beispiel

• 2. Beispiel

1. 2.5.6 Reaktionen der Alkohole

2. 1. Spaltung der R-OH-Bindung

Reaktion mit Halogenwasserstoff

• 2. Reaktion mit PX₃ (X = Halogen)

• 3. Abspaltung von H₂O (Eliminierung)

Bei Wärme reicht eine schwache Säure, bei Kälte muss eine stärkere Säure verwendet werden.

Spaltung der O-H-Bindung

• 4. Reaktion mit Metallen

schnelle Reaktionlangsame Reaktionprimär > sekundär > tertiär

Verwendung der Alkoholate z.B. bei der WILLIAMSON’schen Ethersynthese:

• 5. Veresterung

Laborverfahren:

• 6. Oxidation

Primäre Alkohole
Sekundäre Alkohole
Tertiäre Alkohole

• 7. Ether aus Alkoholen und Mineralsäuren

Mechanismus:

• 8. Periodsäurespaltung von 1,2-Diolen

Anhand letzter Reaktion bzw. ‚Nicht-Reaktion’ lassen sich Diole auf das Vorhandensein von vicinalen, d.h. aneinander liegenden OH-Gruppen, analysieren.

1.