Synthese von Polymeren

Link-Ebene

a) radikalische Polymerisation

Überlegungen zur Umsetzung des Lehrplans

Grundlagen in den Lehrplänen den Jgst. 8-11

  • CNTG 10.1 Kohlenwasserstoffe: Zusammenhang zwischen Struktur und Eigenschaften der Kohlenwasserstoffe: homologe Reihen der Alkene; Bedeutung in Natur, Alltag und Technik: Alkene vom Monomer zum Polymer (Additum)
  • C 10.4 Reaktionsverhalten organischer Verbindungen: Kohlenwasserstoffe: Vergleich der Halogenierung von Alkanen und Alkenen

 

Vorschläge zu Inhalten und Niveau

  • Reaktionsmechanismus der radikalischen Polymerisation: Startreaktion, Kettenreaktion, Kettenabbruch
  • Einfluss der Reaktionsbedingungen auf die Kettenlänge: Temperatur, Konzentration des Radikalstarters, Radikalfänger
  • häufig verwendete Polymere und deren Einsatzmöglichkeiten: z. B. PE, PP, PS, PVC, PTFE, PMMA
  • Hinweis auf Copolymerisate: z. B. ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol), Verwendung bei hochwertigem Kunststoffspielzeug
  • Ableitung des Monomers aus der Repetiereinheit und umgekehrt

Vorschläge für Experimente

  • Synthese von Polystyrol durch radikalische Polymerisation
  • Aufschäumen von Polystyrol-Granulat --> Styropor®
  • Herstellung von „Plexiglas“

b) Polykondensation

Überlegungen zur Umsetzung des Lehrplans

Grundlagen in den Lehrplänen der Jgst. 8-11

  • CNTG 10.2 und C 10.4: Veresterung als reversible Reaktion
  • CNTG 10.3 und C 10.4: Peptidbindung

 

Vorschläge zu Inhalten und Niveau

  • Prinzip: Makromolekülbildung durch kovalente Verknüpfung unter Abspaltung kleiner Moleküle wie z. B. Wasser
  • bifunktionelle Monomere -->  lineare Makromoleküle,
  • bifunktionelle mit trifunktionellen Monomeren --> vernetzte Makromoleküle
  • Ableitung der Monomere aus der Repetiereinheit und umgekehrt
  • Polyester:
    • Synthese von Polyestern als Reaktion von Diolen/Triolen mit Disäuren/Trisäuren oder Hydroxycarbonsäuren untereinander
    • Der genaue Mechanismus der Veresterung ist nicht gefordert: Erklärung als nukleophiler Angriff der Hydroxy-Gruppe am positiv partialgeladenen Carboxy-Kohlenstoffatom-Atom
    • häufig verwendete Polyester und deren Einsatzmöglichkeiten: z. B. PET, Polymilchsäure (PLA; med. Nahtmaterial, biologisch abbaubare Verpackung), PHB (biologisch abbaubare Verpackung)
  • Polyamide:
    • Synthese von Polyamiden als Reaktion von Diaminen/Triaminen mit Disäuren/Trisäuren oder Aminocarbonsäuren untereinander
    • Der genaue Mechanismus der Amidbildung ist nicht gefordert: Erklärung als nukleophilen Angriff der Amino-Gruppe am positiv partialgeladenen Carboxy-Kohlenstoffatom-Atom
    • häufig verwendete Polyamide und deren Einsatzmöglichkeiten: Nylon (1,6-Diaminohexan + 1,6-Hexandisäure), Perlon (ε-Caprolactam bzw. 6-Aminohexansäure)
  • keine Phenoplaste und Aminoplaste

Vorschläge für Experimente

  • Polykondensation mit Milchsäure
  • Polyester aus Citronensäure und Glycerin
  • Nylondarstellung

 c) Polyaddition

Überlegungen zur Umsetzung des Lehrplans

Grundlagen in den Lehrplänen der Jgst. 8-11

  • CNTG 10.2 Reaktion zwischen nukleophilen und elektrophilen Teilchen
  • C 10.4 Reaktionsverhalten organischer Verbindungen: Sauerstoffhaltige organische Verbindungen: Kohlenhydrate als mehrfunktionelle Verbindungen: Ringschluss der Glucose
    Der Begriff „nukleophile Addition“ ist nur im Lehrplan des NTG enthalten.

 

 Vorschläge zu Inhalten und Niveau

  • Prinzip: Makromolekülbildung durch kovalente Verknüpfung von Monomeren ohne Abspaltung weiterer Moleküle
  • Synthese von Polyurethanen als Reaktion von Diisocyanten/Triisocyanaten mit Diolen/Triolen
  • genauer Mechanismus ist nicht gefordert: Erklärung der Reaktion als nukleophiler Angriff der Hydroxy-Gruppe am positiv partialgeladenen Isocyanat-Kohlenstoff-Atom
  • Schäumung durch Reaktion der Isocyanatgruppe mit Spuren von Wasser: O=C=N-R-N=C=O + H2O O=C=N-R-NH2 + CO2
  • Beispiele: Bauschaum, Kunststoffbahnen in Sportstadien, Lacke

 Vorschläge für Experimente

  • Polyurethanschaum

 

Lehrplan Gymnasium: Link-Ebene