QIII - "Welt der molekularen Stoffe" Flashcards

Question

Die α-Helixstruktur

Answer 1

Bei der α-Helixstruktur windet sich die Peptidkette zu einer **rechtsgängigen Spirale** auf. Dabei stehen die NH-Gruppe einer Windung und die CO-Gruppe der vierten darauffolgenden Aminosäure übereinander. Die unterschiedlichen Reste der Aminosäuren stehen wie Stacheln nach außen. Der Abstand zwischen zwei Windungen beträgt 540 ppm, auf eine Windung kommen genau 3,6 Aminosäurebausteine.

Answer 2

Die β-Faltblattstruktur kann mit einem Leporello oder einer **Zick-Zack-Konformation** verglichen werden. Durch die Geometrie der Peptidbindung knicken die einzelnen Ebenen (Seiten des Leporellos) immer an den α-Kohlenstoffatomen ab. Die Struktur wird durch gegenüberliegende Peptidketten stabilisiert. Die Reste der Aminosäuren stehen senkrecht oberhalb und unterhalb der Faltblattebene.

Answer 3

Die Tertiärstruktur beschreibt **die räumliche Struktur einer ganzen Peptidkette**. Die Struktur wird häufig mit einer Achterbahn verglichen, da einzelne Bereiche als α-Helix andere als Faltblatt oder auch ungeordnet vorliegen. Neben **Wasserstoffbrückenbindungen**, z. B. von der OHGruppe der Aminosäuren Serin oder Tyrosin, oder **Ionenbindungen**, die sich zwischen den Amino-Gruppen der basischen und den Carboxy- Gruppen der sauren Aminosäuren ausbilden, beobachtet man **Van-Der-Waals-Bindungen** zwischen unpolaren Seitenketten, die auch hydrophobe Wechselwirkungen genannt werden. Eine weitere Bindungsart, die die Tertiärstruktur maßgeblich prägt, sind **kovalente Disulfidbrücken**. Die Disulfidbrücken werden durch zwei Moleküle Cystein gebildet. Die Cysteinmoleküle befinden sich an ganz unterschiedlichen Stellen in der Aminosäuresequenz und bilden so einen „Loop“ in der Peptidkette. Die Tertiärstruktur orientiert sich so, dass polare Seitenketten nach außen ragen, unpolare Seitenketten befinden sich dagegen häufig im „Inneren“ der räumlichen Struktur.

Answer 4

Besteht ein Protein aus mehreren Peptidketten oder hat zusätzlich Bindungen zu Zuckern, Heterocyclen oder anderen Molekülen aufgebaut, spricht man von der **Quartärstruktur**. Diese Raumstruktur des gesamten Makromoleküls wird prinzipiell durch die gleichen Bindungsarten wie die Tertiärstruktur stabilisiert. Die kovalente Verbindung zweier Ketten erfolgt ebenfalls über Disulfidbrücken. ## Footnote *(Verbindungen mehrere Proteinketten -\> Multienzymkomplex)*

Answer 5

Wird eine Aminosäure mit einer anderen Aminosäure verknüpft, bildet die Carboxy-Gruppe der ersten Aminosäure mit der Amino-Gruppe der anzuhängenden Aminosäure eine so genannte Peptidbindung unter Freisetzung eines Wasser-Moleküls. Die nächste Aminosäure wird dann an die Carboxy-Gruppe der zweiten Aminosäure angehängt usw..

Answer 6

(Stärke abnehmend): * Elektronenpaarbindungen / kovalente Bindungen * Ionenbindungen * Wasserstoffbrücken * Van-Der-Waals-Bindungen

Answer 7

Durch **Erhitzen, Bestrahlen, Zugabe von Säuren, Schwermetall-Ionen oder organischen Lösungsmitteln** zu Eiweißlösungen werden die Strukturen **meist irreversibel** verändert. Diesen Vorgang bezeichnet man als Denaturierung. Bei der Denaturierung werden Strukturen der Eiweiße zerstört, z.B. die **räumliche Anordnung** der Polypeptidketten zueinander und innerhalb einer Polypeptidkette. Manche Formen der Denaturierung sind jedoch auch umkehrbar. Allen Denaturierungsvorgängen ist gemeinsam, dass bei den dafür eingesetzten Bedingungen kovalente Bindungen nicht gespalten werden (außer den Disulfid-Brücken). Die Kettenstruktur und Abfolge der Bausteine (**Primärstruktur**) bleibt also erhalten. Von der Denaturierung der Proteine zu unterscheiden ist die Proteinspaltung, bei der die Makromoleküle in ihre Bausteine aufgespalten werden.

Answer 8

durch die Hitzeeinwirkung **meist _keine kovalenten_ chemischen Bindungen gebrochen** oder gebildet, die **Primärstruktur** bleibt also unverändert. Stattdessen werden **Wasserstoffbrückenbindungen gebrochen oder neu gebildet**, das sind in der Regel Bindungen zwischen Kettenabschnitten, wodurch häufig eine **Veränderung der Tertiärstruktur** bei Enzymen und anderen Proteinen eintritt. Dies hat meist einen Verlust der biologischen Aktivität sowie eine Abnahme der Löslichkeit zur Folge. Letzteres macht sich dann als **„Ausflocken“ oder „Gerinnung“** bemerkbar. Eine Hitzedenaturierung kann (wie andere Denaturierungen) reversibel (umkehrbar)sein, wenn die strukturellen Veränderungen noch nicht zu tiefgreifend sind, ist aber **häufig irreversibel** (unumkehrbar). Eine Umkehrung ist jedoch unter Laborbedingungen mit Hilfe von **Zentrifugen und der Zugabe von Harnstoff** möglich.

Answer 9

Die Säuredenaturierung führt zu **Ladungsverschiebungen** zwischen den Molekülen und letzten Endes einer Umfaltung des Proteins in den unter den jeweiligen Bedingungen energetisch günstigsten Zustand. Die **Säure gibt Protonen (H+) ab** und verursacht damit die **Ladungsänderung** in der Proteinstruktur, sodass die **Wasserstoffbrückenbindungen teilweise zerstört** werden und die gleichen **positiven Ladungen sich gegenseitig abstoßen**. Zusätzlich gibt die Säure Protonen (H+) an die **Carboxylatgruppe (COO−)** der Aminosäuren Aspartat und Glutamat ab, sodass **Carboxygruppen –COOH** entstehen und deren vorherigen **negativen Ladungen verschwinden**. Dies führt dazu, dass **keine ionischen Wechselwirkungen** zwischen der Carboxygruppe und den positiven Ladungen im Protein mehr möglich sind.

Answer 10

Auch Laugen ändern die Zusammensetzung der Ionen über den pH-Wert, jedoch werden **Aminogruppen** von Lysin oder Arginin **deprotoniert**, wodurch weniger positive Ladungen im Protein vorkommen, die mit negativ geladenen Gruppen wechselwirken könnten. Zusätzlich werden **Carbonsäuregruppen zu Carboxylaten deprotoniert**, wodurch **Wasserstoffbrückenbindungen zerstört** werden können und mehr negative Ladungen im Protein auftreten, die sich **gegenseitig abstoßen**.

Answer 11

Entsprechend der Säuredenaturierung kann **Ethanol oder andere wasserlösliche, organische Lösungsmittel** die in Biopolymeren zur **Aufrechterhaltung der Struktur erforderlichen Wasserstoffbrücken und hydrophoben Wechselwirkungen stören**, indem es als polares organisches Lösungsmittel interferiert. 50- bis 70-prozentiges Ethanol denaturiert die meisten Proteine und Nukleinsäuren.

Answer 12

* bei Noramltemperatur kristalline Feststoffe * hoher Schmelzpunkt * Starke Bindungskräfte zwischen Molekülen * löslich in polaren Lösungsmittel (sehr gut in H₂O) * besser löslich bei pH-Wert ausserhalb 7 * kann als Zwitterion vorliegen

Answer 13

* COO^- wirk basisch * Aminosaäuren könne als Ampholyte wirken * NH₂-Gruppe nimmt leichter H⁺ auf als COO^-

Answer 14

* Die Seitenketten von Aminosäuren können polar oder Unmoral sein. Aminosäuren mit polaren Seitenketten können in wässriger Lösung neutral, sauer oder basisch reagieren. * bei pH \> pH_(IEP) gibt Ammoniumgruppe (-NH₃⁺) ein Proton ab, es bildet sich die Anionfrom. * bei pH \< pH_(IEP)wird die Carboxylatgruppe (-COO^-)protolysiert, es entsteht die Kationform. * Bei der Kationform handelt es sich um eine 2 Protonige Säure, zuerst gibt COOH dann NH₃⁺ ein H⁺ ab

Answer 15

Punkt an welchem nur der kleinste Anteil an Anionen und Kationen zu gleichen Teilen vorliegt (Anteil=minimal). Der größte Anteil an Aminosäuren liegt in Zwitterform vor (Anteil=maximal). Es liegt keine Bewegung im elektrischen Feld vor. *Aminosäuren in Lösungen mit einem pH-Wert, der nicht ihrem IEP entspricht, wandern im elektrischen Feld. (Trennung durch Elektrophorese).*

Answer 16

*Nachzuweisende Verbindung:* Aldehyde, reduzierende funktionelle Gruppen *Chemikalien:* Ammoniakalische Silbernitratlösung *Indikatoren:* Silberspiegel * mögliche Störung:* * Ablauf:* Tollensreagenz zu Probe tropfenweise hinzugeben, erwärmen, Ausfällung von elementarem Silber R-CHO + 2Ag⁺ + 2OH^--\> R-COOH + 2Ag + H₂O

Answer 17

*Nachzuweisende Verbindung:* Aldehyde, reduzierenden Zuckern *Chemikelien:* Kupfer(II)sulfat-Lsg (Fehl.I), Natronlauge, Kalium-Natrium-Tartrat (Fehl.II) *Indikatoren:* rotes Kupfer(I)-oxid *mögliche Störung:* andere reduzierende Verbindungen nur im alkalischen Milieu *Ablauf:* Beide Lösungen in gleicher Menge zur Probe hinzu, erwärmen, Reduktion der Cu(II)-Ionen erst zu gelbem Cu(I)-hydroxid (CuOH) und dann eine Dehydratisierung zu Kupfer(I)-oxid (Cu2O), welches als rotbrauner Niederschlag ausfällt. Aldehyde werden dabei zu Carbonsäuren oxidiert R-CHO + 2Cu²⁺ + 4OH^--\> R-COOH + Cu₂O + 2H₂O

Answer 18

*Nachzuweisende Verbindung:* Aldehyde *Chemikalien:* Fuchsin, Schwefelsäure *Indikatoren:* rötlicher Farbton * mögliche Störung:* * Ablauf:*

Answer 19

*Nachzuweisende Verbindung:* Ketohexosen (Fructose) *Chemikalien:* Resorcin (ethanolische Lösung), Salzsäure *Indikatoren:* roter Farbstoff * mögliche Störung:* * Ablauf:* Probe mit Salzsäure und einer Resorcinlsg erhitzt Ketosen bilden dabei 5-Hydroxymethyl-furfural was mit Resorcin und O2 zu rotem Farbstoff reagiert

Answer 20

*Nachzuweisende Verbindung:* aromatische Aminosäuren *Chemikalien:* Salpetersäure *Indikatoren:* gelbe Farbe * mögliche Störung:* * Ablauf:* einige Tropfen konz. Salpeters. (HNO3), Aromatische Reste und deren Ringe werden nitriert

Answer 21

*Nachzuweisende Verbindung:* a-Aminosäuren *Chemikalien:* Ninhydrin *Indikatoren:* blauviolette Färbung * mögliche Störung:* * Ablauf:* Ninhydrin reagiert mit α-Aminosäuren die Aminosäure wird unter Desaminierung und Decarboxylierung zum Aldehyd abgebaut das gebildete Amin reagiert mit einem weiteren Ninhydrinmolekül zum violetten Farbstoff

Answer 22

*Nachzuweisende Verbindung:* Proteine *Chemikalien:* Natronlauge, Kupfer(II)sulfat-Lösung *Indikatoren:* wasserlöslicher, rotvioletter Komplex aus Cu2+ und Proteinen * mögliche Störung:* * Ablauf:* Probelösung wird mit NaOH und CuSO4 versetzt, Komplexbildung

Answer 23

Erhitzen der Probe bis zum verkohlen -\> Hinweis auf Kohlenstoff

Answer 24

*Nachzuweisende Verbindung:* Stickstoff *Chemikalien:* Natronlauge, Universalindikator *Indikatoren:* Geruch * mögliche Störung:* * Ablauf:* Probe wird mit NaOH versetzt und erhitzt typischer Ammoniak Geruch feststellbar Univ.Indikator = blau alkalische Reaktion durch das entstehen des Ammoniak bei Proteinzersetzung

Answer 25

*Nachzuweisende Verbindung:* Schwefel *Chemikalien:* Natronlauge, Bleiacetat-Papier *Indikatoren:* entstehendes Bleisulfid * mögliche Störung:* * Ablauf:* NaOH zu Eiweisslösung, erhitzen Bleiacetat-Papier eintauchen, Papier zeigt Schwarzfärbung (PbS)

Answer 26

*Nachzuweisende Verbindung:* Stärke *Chemikalien:* Lugolsche Lösung *Indikatoren:* blau- bis violettfärbung (bei sehr hoher Konz. schwarz Färbung) *mögliche Störung:* Beim erwärmen zerfällt Verbindung *Ablauf:* I-K-Lsg. auf stärkehaltige Probetropfen Iod wird in spiralförmige Moleküle eingelagert, Iosstärke Verbindung erscheint Lila

Answer 27

*Nachzuweisende Verbindung:* C=C Doppelbindungen *Chemikalien:* Bromwasser *Indikatoren:* Entfärbung von Bromwasser * mögliche Störung:* * Ablauf:* der Lösung tropft man Bromwasser zu und schüttelt nach jeder Tropfenzugabe

Answer 28

*Nachzuweisende Verbindung:* CO₂ *Chemikalien:* Kalziumhydroxid (Kalkwasser) oder Bariumhydroxid *Indikatoren:* weisser Niederschlag * mögliche Störung:* * Ablauf:* Gas durch wässrige Lösung leiten

Answer 29

Nachweis von Sauerstoff Glimmender Holzspan wird in Probe gehalten Aufglimmen als Indikator

Answer 30

Nachweis von Wasserstoff Kontakt mit offenem Feuer (Glut oder Funken) erfolgt explosionsartige (exotherme) Reaktion von H2 mit O2.

Answer 31

Kunststoffe, die aus **langen linearen Molekülen** bestehen. Durch Energiezufuhr werden diese Materialien **formbar bis plastisch und schmelzen schließlich**. Sie können durch verschiedene Ur- und Umformverfahren in die gewünschte Form gebracht werden. Nachdem das jeweilige Teil abgekühlt ist, **behält es seine Form** bei. Dieser Prozess ist **reversibel**. In Thermoplasten liegen die **Makromoleküle hauptsächlich nebeneinander** vor. Wird ein solcher Kunststoff erwärmt, können die **Moleküle aneinander entlang gleiten und der Gegenstand verformt sich.** Die meisten der heute verwendeten Kunststoffe fallen unter diese Gruppe. Für einfache Konsumwaren, Verpackungen etc. werden sie ebenso häufig eingesetzt, wie für technische Teile in der Automobil- und Elektroindustrie oder in der Bauindustrie, insbesondere für Dachbahnen, Fensterprofile und Rohre.

Answer 32

Die Elastomere sind **weitmaschig vernetzt und daher flexibel**. Sie werden **beim Erwärmen nicht weich** und sind in den meisten Lösemitteln **nicht löslich**. Daher werden sie für Hygieneartikel oder Chemikalienhandschuhe verwendet. Die Gummimischung von Autoreifen ist ebenfalls ein Elastomer, das seine Eigenschaften durch Vulkanisation erhält. Die Makromoleküle der Elastomere bilden **dichte "Knäule"**. Beim Dehnen eines Gegenstandes aus Elastomeren werden die **"Knäule" auseinandergezogen**. Lässt man den Gegenstand wieder los, **"verknäulen" sich die Moleküle erneut**.

Answer 33

Duroplaste sind Polymere, die in einem Härtungsprozess aus einer Schmelze oder Lösung der Komponenten durch eine Vernetzungsreaktion hervorgehen. Eine Erwärmung von Duroplasten führt **nicht zu einer plastischen Verformbarkeit**, sondern **lediglich zu deren Zersetzung**. Ausgehärtete Duroplaste sind meist **hart und spröde** sowie im weitergehenden Fertigungsprozess nur noch mechanisch bearbeitbar. Die Duroplasten sind aus Makromolekülen aufgebaut, die **engmaschig miteinander vernetzt** sind. Dabei entstehen zwischen den Molekülen feste Bindungen, so dass die Moleküle beim Erhitzen nicht aneinander vorbeigleiten können. Wegen ihrer mechanischen und chemischen Beständigkeit auch bei erhöhten Temperaturen werden sie häufig für Elektroinstallationen verwendet.

Answer 34

Bei einer Kettenpolymerisation beginnt das **Wachstum mit einem Molekül**, an das sukzessive **weitere Monomere addiert** werden. Das die Polymerisation startende Molekül nennt man **Initiator**, das auf diesen aufwachsende heißt Monomer. Die Zahl der Monomere, aus denen das Polymer letztendlich besteht, ist der Polymerisationsgrad. Der Polymerisationsgrad kann durch das Verhältnis von Monomer zu Initiator eingestellt werden.

Answer 35

Bei der radikalischen Polymerisation werden die **Wachstumsreaktionen durch Radikale initiiert und fortgepflanzt**. Sie ist verglichen mit anderen Kettenreaktionen unempfindlich, leicht zu kontrollieren und liefert schon bei recht kleinen Umsätzen hohe Polymerisationsgrade. Sie wird daher vor allem bei der Herstellung von billigen Kunststoffen, wie LDPE (Low-Density-Polyethen), PS oder PVC, eingesetzt. Die **entstehenden Produkte sind stark verzweigt**. Eine Gefahr bei diesem Verfahren stellt die freiwerdende Polymerisationswärme dar. Die radikalische Polymerisation ist **exotherm**. Diese Wärme erzeugt, wenn sie nicht abgeführt wird, weitere Radikale, so dass sich die Reaktion selbst beschleunigen kann. Im Extremfall kann eine solche „Selbstbeschleunigung“ zur Überlastung des Reaktormaterials und damit zu einer **thermischen Explosion** führen.

Answer 36

* Initiation (auch als Kettenstart oder Primärreaktion bezeichnet) * Wachstumsreaktion (auch Aufbau- oder Fortpflanzungsreaktion oder Propagation genannt) * Kettenübertragung * Kettenabbruch (Termination)

Answer 37

Zur Initiation der Reaktion dient ein sogenannter **"Starter", der Radikale liefert**. Die entstandenen Radikale mit ihren ungepaarten Elektronen versuchen jetzt, Elektronen zu finden, die sie mit ihrem einzelnen Elektron paaren können, um wieder **"komplett" zu sein**. Gute **Elektronenlieferanten sind C=C-Doppelbindungen**, wie sie z.B. in Ethen vorkommen, denn diese sind leicht von Radikalen angreifbar. Kommt unser Starterradikal also in die Nähe eines Ethenmoleküls, schnappt es sich ein Elektron der Doppelbindung und geht damit eine Bindung zum Ethen ein. Wer die Elektronen nachzählt, stellt fest, dass aber **auch jetzt ein ungepaartes Elektron** übrigbleibt, wir haben also immer noch ein **Radikal** (wenn auch ein größeres), das mit einem weiteren Ethenmolekül reagieren kann, d.h. die **Kettenreaktion hat begonnen.**

Answer 38

Hier geschieht, wie der Name sagt, das **Wachstum der Moleküle**, d.h. im Falle der radikalischen Polymerisation, dass das **Radikal immer wieder mit Ethenmolekülen reagiert** und die Molekülkette somit immer länger wird. Eine Reaktion wie diese, die von sich aus **immer weitergeht, solange noch reaktionsfähige Teilchen vorhanden** sind, wird "Kettenreaktion" genannt. Theoretisch könnte sie immer weitergehen, aber neben der Wachstumsreaktion gibt es auch andere Reaktionen, die ein weiteres Wachstum der Kette verhindern, indem sie Radikale "vernichten" und so zum Kettenabbruch führen.

Answer 39

Der Abbruch einer radikalischen Kettenreaktion geschieht am häufigsten durch **Rekombination** oder durch **Disproportionierung**, man kann aber auch "**Radikalfänger**" zum Reaktionsgemisch hinzugeben, die - wie ihr Name sagt - die Radikale wegfangen, sodass sie nicht weiterreagieren können.

Answer 40

Bei der Rekombination bilden **zwei Radikale aus ihren beiden ungepaarten Elektronen ein bindendes Elektronenpaar**, aus zwei Teilchen entsteht also eines, das **kein Radikal** und somit **nicht mehr reaktiv** ist.

Answer 41

Diese Art des Kettenabbruchs ist etwas komplexer als die Rekombination, sie beruht darauf, dass ein Radikal sich statt dem ungepaarten Elektron eines anderen Radikals auch **ein Elektron mitsamt Wasserstoffatom aus einer C-H-Bindung eines anderen Radikals** schnappen kann, mit seinem ungepaarten Elektron und dem Wasserstoffatom **nun selbst eine C-H-Bindung ausbilden kann** und somit kein Radikal mehr ist. Genauer gesagt, nimmt es einem anderen Radikal dasjenige Wasserstoffatom mitsamt Elektron weg, das dem Kohlenstoffatom mit dem ungepaarten Elektron benachbart ist. Das andere **Radikal besitzt nun zwei ungepaarte Elektronen**, die sich allerdings **am benachbarten C- Atomen befinden**, sodass sie sich leicht **zu einem bindenden Elektronenpaar zusammentun** können, wodurch eine **Doppelbindung** entsteht. Fazit: Es entstehen **ein Alkan und ein Alken**, keines von beiden besitzt noch ungepaarte Elektronen, die radikalische Kettenreaktion ist hier zu Ende.

Answer 42

Bei der anionischen Polymerisation bilden die Monomere eine **wachsende Anionenkette.** Im Cyanoacrylatmolekül ist die Ethylen-Doppelbindung aufgrund des Elektronenzugs durch die Ester- und Nitrilgruppe **stark polarisiert.** Am **positiven** linken Ende der Ethylenbindung kann ein **Wassermolekül (z. B. aus der Luft) andocken**. In der Folge klappt das **Elektronenpaar zum rechten C-Atom**, das dadurch eine **negative Ladung** bekommt. An diese negative Ladung koppelt jetzt ein anderes Cyanoacrylatmolekül an. Diese Kettenreaktion ist **beendet, wenn alle Monomere verbraucht** sind. Die beiden Ladungen der Polymerkette gleichen sich durch Protonenaustausch aus.

Answer 43

Bei der kationischen Polymerisation bilden die Monomere eine **wachsende Kationenkette**. Diese Reaktion soll anhand der Polymerisation von Styrol dargestellt werden. Zu Beginn der Reaktion lagert sich ein **Proton (z. B. aus zugefügter Schwefelsäure) an das linke Kohlenstoffatom** an. Da zur **Bindung ein Elektronenpaar benötigt** wird, klappt ein Elektronenpaar der Doppelbindung des Styrols zum H+-Ion und verbindet es mit dem roten Kohlenstoffatom. Am **rechten Kohlenstoffatom fehlt jetzt ein Elektron; es ist daher positiv** geladen. Dieses Kation vermag wieder ein Styrolmolekül zu binden - und so weiter. Die Polymerisation schreitet voran, **bis entweder die Monomere verbraucht** sind oder das **positiv geladene Ende eines Polymers auf ein negatives Ion** wie das HSO₄^--Ion trifft, das bei der Dissoziation der Schwefelsäure entstanden ist.

Answer 44

Im Gegensatz zur Kettenpolymerisationen erfolgt in Stufenpolymerisationen die Bildung der Polymere nicht durch Initiation einer wachsenden Kette, die weiter sukzessive Monomere addiert, sondern **durch direkte Reaktion der Monomere untereinander**. Diese Reaktion kann unter **Freisetzung eines Nebenprodukts** wie Wasser (**Polykondensation**) oder durch **einfache Addition der Monomere** zu einer neuen Spezies (**Polyaddition**) erfolgen.

Answer 45

Bei Polykondensationen erfolgt die **Bildung der linearen Kette durch intermolekulare Reaktion bifunktioneller Polymere unter Abspaltung einer kleineren Spezies**, wie beispielsweise Wasser. Beispiel Polyamide: Carbonsäuren reagieren mit Aminen zu Amiden. Setzt man Moleküle ein, die **zwei Carbonsäuregruppen** tragen, kann eines dieser Moleküle **mit zwei Aminen reagieren**. Es entsteht so ein **Polymer aus drei Monomeren** (eine Carbonsäureeinheit, zwei Amine). Tragen die eingesetzten Amine auch wieder **zwei Amingruppen**, kann die zuvor entstandene Spezies wiederum **mit zwei Carbonsäuremolekülen reagieren** usw. Durch Reaktion von **Dicarbonsäuren mit Diolen (Dialkohol)** werden so **Polyester** hergestellt. Unter den wichtigsten durch Polykondensation hergestellten Kunststoffen sind Polyethylenterephthalat (PET), ein Polyester, Nylon, ein Polyamid und Bakelit, ein Duroplast.

Answer 46

Bei Polyadditionen erfolgt die **Bildung des Polymers durch Addition der einzelnen Monomere untereinander**, ohne die Bildung von Nebenprodukten. Beispiel Polyurethane: Isocyanate reagieren mit Alkoholen in einer Additionsreaktion zu sogenannten Urethanen. Auch hier gilt: **setzt man bifunktionelle Monomere ein, erfolgt die Bildung langer linearer Ketten**. Auf diese Weise hergestelltes Polyurethan wird für Armaturenbretter, Lacke, Klebstoffe etc. verwendet. Setzt man der Polymerisationsmischung Wasser zu, reagiert dieses mit den Isocyanaten zu Aminen und Kohlenstoffdioxid. Das in der Mischung freiwerdende CO2 wird in Form von Bläschen in den Kunststoff eingeschlossen, so dass man einen Schaumstoff erhält. Polyurethanschaumstoff wird für Matratzen, Sitzmöbel, Schwämme, etc. verwendet.

Answer 47

Verbindendes Merkmal der Polykondensation ist die **Verknüpfung von Monomeren, die mindestens zwei reaktionsfähige funktionelle Gruppen tragen**, zu einem Makromolekül. Dabei werden einfache, niedermolekulare **Reaktionsnebenprodukte** wie Wasser, Alkohole, Ammoniak oder Chlorwasserstoff abgespalten.

Answer 48

Ausgangsstoffe für die Synthese von Polyestern sind im einfachsten Fall eine beliebige **Dicarbonsäure und ein Diol**. Daraus entsteht zunächst ein **Ester**, der bifunktionell ist, weil er immer noch **eine Hydroxy- und eine Carboxy-Gruppe** besitzt. Durch vielfache Wiederholung der Veresterung an diesen beiden funktionellen Gruppen bildet sich ein **linearer Polyester**, wobei **Wasser als Nebenprodukt** anfällt. Für die Herstellung von Polyestern kann man auch von den reaktiven Carbonsäurechloriden ausgehen und diese mit einem Diol umsetzen. In diesem Fall entsteht Chlorwasserstoff als Nebenprodukt. Letztlich kommt es bei der **Polyestersynthese nur darauf an, Monomere mit zwei funktionellen Gruppen immer wieder miteinander zu einer Esterbindung zu verknüpfen**.

Answer 49

* unter hohem Druck bei radikalischer Polymerisation hergestellt * geringe Härte * weniger zugfest * geringe Hitzeabilität * geringe Dichte, verzweigte Ketten

Answer 50

* bei Niedrigdruck durch Polymerisation mit metallorganischen Katalysatoren hergestellt * hohe Härte * zugfest * höhere Hitzeabilität (-\> Duroplast) * hohe Dichte, wenig verzweigt, parallele Ketten * Polymere sind unverzweigter, dadurch dichter und stabiler (geordnete/kristalline Bereiche)

Answer 51

Die Veresterung ist eine Gleichgewichts- und Kondensationsreaktion, bei der sich ein **Alkohol mit einer Säure zu einem Ester** paart. Säurekomponente kann eine organische Säure (z. B. Essigsäure, Benzoesäure, Zitronensäure) oder eine anorganische Säure (z. B. Schwefelsäure, Salpetersäure, Phosphorsäure) sein. Dieser Reaktion liegt folgende Gesamtgleichung zugrunde: Die Veresterung wird **durch Säuren katalysiert**. Dabei greift der **Alkohol über das Sauerstoff-Atom nucleophil am Carbonyl-Kohlenstoff-Atom der Carbonsäure an**. Dieser nucleophile Angriff wird durch die **vorherige Protonierung des Carbonyl-Sauerstoffs** erleichtert. Daraufhin findet eine **Umprotonierung** statt. Aus diesem Zwischenprodukt kann **Wasser abgepalten** werden und im letzten Schritt wird der **Ester durch Deprotonierung freigesetz**t. Alle Teilschritte dieses Mechanismus sind **reversible Reaktionen** eines chemischen Gleichgewichts. Es ist also auch möglich, einen **Ester säurekatalysiert in einen Alkohol und eine Carbonsäure zu spalten**. Es hängt von den Reaktionsbedingungen und den Konzentrationen der Edukte bzw. Produkte ab, auf welcher Seite das Gleichgewicht liegt. Durch die Verwendung von konzentrierter Schwefelsäure als Katalysator kann auch das bei der Reaktion gebildete Wasser dem Gleichgewicht entzogen werden.

Answer 52

Bei der säurekatalysierten Amidbildung lagert sich im ersten Schritt ein **Proton an das Carbonyl-Sauerstoff-Atom** an. Es bildet sich ein **Carbokation**. Der **Aminstickstoff** bildet mit seinem freien Elektronenpaar eine **kovalente Bindung zum positiv polarisierten Kohlenstoff-Atom**. Die **positive Ladung verschiebt sich** dabei auf das Stickstoff-Atom. Dieses gibt ein Proton (und damit die positive Ladung) ab, das sich an eines der beiden **Hydroxy-Sauerstoff-Atome anlagert**. Dieses spaltet sich unter Mitnahme seines Elektronenpaars als ungeladenes **Wasser-Molekül** ab. Die **positive Ladung** ist nun wieder am Kohlenstoff-Atom lokalisiert. Von der noch vorhandenen Hydroxy-Gruppe wird unter **Ausbildung einer Carbonyl-Gruppe ein Proton abgespalten**. Ein Carbonsäureamid ist entstanden.

Answer 53

*Man unterscheidet zwischen drei Recyclingformen:* Unter **_werkstofflichem (oder physikalischem) Recycling_** versteht man das Nutzen von Altkunststoffen unter weitgehender Wahrung der stofflichen Eigenschaften. Nur das **_rohstoffliche Recycling_** ist das, was wir unter **chemischem Recycling** im engsten Sinne verstehen. Man gewinnt durch Zerlegen der Makromoleküle in kleinere Moleküle neue Wertstoffe, die zur chemischen Synthese dienen können. **Energetisches (oder thermisches) Recycling** ist Verbrennen zur Gewinnung von Prozesswärme.

Answer 54

Hierzu gehört das **Umschmelzen oder Umsintern von Kunststoffen**, das natürlich nur mit **Thermoplasten** funktioniert. Einige Kunststoffe lassen sich gut lösen und damit im Volumen bedeutend reduzieren. Aus dieser Lösung heraus kann der Schaumstoff durch Einblasen von Inertgasen wie Kohlenstoffdioxid oder durch einfaches Erwärmen wieder gewonnen werden. Gummi wird mit flüssigem Stickstoff tiefgekühlt und dabei spröde wie Glas, dann kann es fein zermahlen werden. Ein besonderes Problem stellt das Recycling von PVC dar. Wie auch das Gummi lässt es sich nicht einfach rohstofflich recyceln, da es sich beim Erhitzen zersetzt. Man kann aus PVC aber feinstes Granulat herstellen, das dann bei der Neupolymerisation zugesetzt wird.

Answer 55

* Verarbeitung und Zerkleinerung der Abfälle zu Granulat * Einschmelzung * Formgebung

Answer 56

* Flaschenkästen * Kunststoff-Flaschen, z.B. PET – „Einweg“ – Flaschen * Folien * Gartenmöbel

Answer 57

* echte Wiederverwertung * kein Müllanfall * dadurch im Idealfall keine Umweltverschmutzung

Answer 58

* Gemisch aus verschiedenen Sorten von Kunststoff, daher nur schwer verarbeitbar * praktikabel nur unter Zufuhr von neuen Rohstoffen: „frischem Kunststoff“

Answer 59

Bei der **Verschwelung oder Pyrolyse erhitzt man Stoffe unter Luftausschluss**. Dabei **zerfallen Makromoleküle in kleinere Verbindungen**, die **abdestillieren**. Diese Stoffe sind meistens ungesättigt. Man kann diese Eigenschaft nutzen, um daraus wieder Kunststoffe herzustellen. Man kann die Schadstoffe aber auch hydrieren und sie als Treibstoffe nutzen. Manche Kunststoffe zerfallen bereits bei leichtem Erwärmen mehr oder weniger quantitativ in ihre Monomere. Ein Beispiel ist der als Rücklichtabdeckung viel genutzte Kunststoff Polymethacrylsäuremethylester (PMMA). Zur schonenden Rückgewinnung der Momomeren werden die Kunststoffe unter gezieltem Einsatz von Chemikalien in ihre Monomere oder deren Derivate zerlegt. Polyester wie das Polyethylenterephthalats (PET) können basisch verseift (hydrolysiert) werden. Von großer Bedeutung als Hochleistungskunststoffe sind die Polycarbonate (PC). Sie lassen sich zur Rückgewinnung der wertvollen Phenolkomponente ebenfalls basisch verseifen. Das rohstoffliche Recycling umfasst auch chemische Arbeit. Stahlwerke nutzen die Altkunststoffe als Reduktionsmittel für Eisenoxid.

Answer 60

* Pyrolyse: Aufspaltung der Makromoleküle in kleinere Moleküle durch Erhitzen auf ca. 750C° * keine Sauerstoffzufuhr → keine Verbrennung * stattdessen: Spaltungsvorgänge der Polymere * anschließende Destillation: Auftrennung der einzelnen Produkte → Gewinnung von Rohstoffen

Answer 61

Keine exakte Sortierung notwendig

Answer 62

Hohe Kosten bei Auftrennung des Gemisches nach Pyrolyse, es müssen neue Kunststoffe als Ersatz hergestellt werden.

Answer 63

Verbrennung der Stoffe Wärmeenergie wird genutzt.

Answer 64

Vorteile: * Kostengünstig, sekundärer Gewinn durch Nutzung der thermischen Energie, kaum Sortierung notwendig. Nachteile: * Bildung von giftigen Nebenprodukten, es müssen neue Kunststoffe als Ersatz hergestellt werden.

Answer 65

Ein Gel besteht aus einem **dreidimensionalen Netzwerk eines hochmolekularen Gelbildners** (Geliermittel) und einem darin **eingelagerten Dispersionsmittel** (Flüssigkeit oder Gas) und besitzt eine **Steifigkeit, die zwischen der einer Flüssigkeit und der eines Festkörpers liegt**. Ein Gel ist immerhin so formbeständig, dass es nicht sofort unter seinem eigenen Gewicht zerfließt, ist aber wesentlich leichter deformierbar als ein Festkörper. Ist das Dispersionsmittel eine Flüssigkeit, so spricht man von **Lyogelen**, ist es Wasser, von **Hydrogelen**. **Aerogele** sind Gele mit Luft als Dispersionsmittel. Viele Lyogele sind thixotrop, d.h. sie lassen sich z.B. durch Rühren verflüssigen.

Answer 66

Ist das Dispersionsmittel eine Flüssigkeit, so spricht man von Lyogelen

Answer 67

Ist das Dispersionsmittel Wasser, so spricht man von Hydrogelen

Answer 68

Ist das Dispersionsmittel Luft, so spricht man von Aerogelen

Answer 69

Gele bestehen zumeist aus **einem festen, kolloidal verteilten Stoff mit langen oder stark verzweigten Teilchen, dem Geliermittel, und einer Flüssigkeit, dem Dispersionsmittel.** Dabei bildet die feste Substanz im Dispersionsmittel ein **räumliches Netzwerk**, wobei die Teilchen durch Neben- oder Hauptvalenzen miteinander verbunden sind. **Ein Polymergel ist ein in einem flüssigen Medium gequollenes polymeres Netzwerk**. Die Eigenschaften der Gele sind abhängig von der **Wechselwirkung zwischen Netzwerk und umgebender Flüssigkeit**. Handelt es sich bei den Netzwerken um hydrophile Polymere und um Wasser als Quellungsmedium, so spricht man von Hydrogelen. Die Affinität des polymeren Netzwerks zu Wasser beruht auf der Hydratationsenergie, durch die Wassermoleküle angelagert werden, und der Polymerentropie, die zur Aufweitung bzw. "Entfaltung" der im trockenen Zustand verknäult vorliegenden Polymermoleküle führt. **Indem sich das Polymerknäuel aufweitet, bindet es Wassermoleküle**.

Answer 70

Natürliche organische Verdicker spielen vor allem in **Lebensmitteln** eine große Rolle. Die meisten dieser Substanzen sind **Polysaccharide** wie Stärke, Pektin, Agarose, Gummi Arabicum und Johannisbrotkernmehl. Auch **Polypeptide** wie Gelatine und Casein wirken durch die Ausbildung von **Wasserstoff-Brückenbindungen** etc. als Verdickungsmittel. Dabei genügen schon sehr geringe Mengen dieser Substanzen zur Bildung fester Hydrogele, z.B. 0,2 % Agar oder 0,6 % Gelatine.

Answer 71

Viele Natursubstanzen können modifiziert werden, um die Eigenschaften den jeweiligen Erfordernissen besser anzupassen. Dies geschieht in der Regel durch polymeranaloge Reaktion, die z.B. an den freien Hydroxy-Gruppen von Polysacchariden durchgeführt werden.

Answer 72

Alkohole -OH

Answer 73

Carbonsäuren -COOH

Answer 74

Kohlenstoffatom, an dem vier verschiedene Substituenten gebunden sind

Answer 75

Eigenschaft von Molekülen, die wie Bild und Spiegelbild strukturell unterschiedlich sind

Answer 76

Als reduzierende Zucker bezeichnet man in der Biochemie Mono-, Di- oder Oligosaccharide, deren Moleküle in Lösung eine freie Aldehydgruppe besitzen

Answer 77

Isomere sind chemische Verbindungen der gleichen Summenformel, aber unterschiedlicher chemischer Struktur und teilweise auch mit unterschiedlichen chemischen, physikalischen und biologischen Eigenschaften.

Answer 78

Anomere sind bei den Strukturen von Kohlenhydraten eine besondere Art von Isomeren, die sich nur in der **Konfiguration am anomeren Zentrum unterscheiden**. Anomere treten bei Kohlenhydraten und analogen Verbindungen in der zyklischen Form auf. Die Konfiguration am anomeren Zentrum wird durch die **Stereodeskriptoren α und β** beschrieben, wobei das α-Anomer jenes Isomer ist, bei dem die absolute Konfiguration des anomeren Kohlenstoff-Atomes der Konfiguration des höchstbezifferten chiralen Zentrums entgegengesetzt ist.

Answer 79

Als Stereoisomere werden Verbindungen gleicher Summenformel und Konstitution bezeichnet, die aber eine unterschiedliche räumliche Struktur aufweisen.

Answer 80

Enantiomere sind Stereoisomere chemischer Verbindungen, die in ihrer **Konstitution übereinstimmen**, sie besitzen also die gleiche Summenformel und die Atome sind in gleicher Weise miteinander verknüpft. Da Enantiomere in sämtlichen Stereozentren jeweils die entgegengesetzte Konfiguration besitzen, treten sie stets gepaart auf. Die räumlichen Strukturen eines Enantiomerenpaars verhalten sich zueinander exakt wie Bild und Spiegelbild. Daher nennt man sie auch **Spiegelbildisomere**. Sie können nicht durch Drehung von Atombindungen zur **Deckung** gebracht werden.

Answer 81

Derivate sind Stoffe, deren Moleküle an Stelle eines H-Atoms oder einer funktionellen Gruppe ein anderes Atom oder eine andere Atomgruppe besitzen bzw. bei denen ein oder mehrere Atome/Atomgruppen entfernt wurden. Derivate einer Stammverbindung haben meist deutlich verschiedene chemische und physikalische Eigenschaften im Vergleich zu der Stammverbindung. Die Herstellung eines Derivates bezeichnet man als Derivatisierung.

Answer 82

eine chemische Reaktion, bei der Atome oder Atomgruppen (Substituenten) in einem Molekül durch ein anderes Atom oder eine andere Atomgruppe ersetzt wird, wodurch neue Stoffe entstehen

Answer 83

Spaltung einer (bio)chemischen Verbindung durch Reaktion mit Wasser im sauren Milieu

Answer 84

ein Begriff, mit dem entweder die elastische Lichtstreuung ganz allgemein oder speziell die Streuung in kolloidalen Lösungen bezeichnet wird Licht beim Durchgang durch ein trübes Medium (kolloidale Lösung) wird seitlich gestreut. Dadurch wird der durchgehende Lichtstrahl (bei fokussiertem Licht der Lichtkegel) sichtbar, was man als Tyndall-Phänomen bezeichnet.

Answer 85

die Wanderung elektrisch geladener Teilchen durch einen als Trägermaterial dienenden Stoff in einem elektrischen Feld

Answer 86

Beim Durchgang von linear polarisiertem Licht durch Substanzen mit chiralen Molekülen wird die Polarisationsebene des Lichts gedreht. Man unterscheidet zwischen rechtsdrehenden (die Polarisationsebene vom Beobachter aus nach rechts drehend) und linksdrehenden Substanzen sowie dem Racemat, der gleichteiligen Mischung aus beidem, das optisch inaktiv ist.

Answer 87

Als Mutarotation bezeichnet man nun die Eigenschaft, dass sich der Drehwinkel einer Lösung eines solchen Stoffes vom Zeitpunkt des Ansetzens der Lösung kontinuierlich mit der Zeit bis zum Erreichen eines festen Wertes ändert. An diesem Punkt ist das thermodynamische Gleichgewicht erreicht.

Answer 88

Als Kolloide werden Teilchen oder Tröpfchen bezeichnet, die im Dispersionsmedium (Feststoff, Gas oder Flüssigkeit) fein verteilt sind.

Answer 89

ein Stoff, bei dem die Atome keine geordneten Strukturen, sondern ein unregelmäßiges Muster ausbilden

Answer 90

Körper, der aus einer dreidimensional periodisch angeordneten Struktureinheit besteht

Answer 91

bezeichnet die Zähflüssigkeit oder Zähigkeit von Flüssigkeiten und Gasen, je größer die Viskosität ist, desto dickflüssiger

QIII - "Welt der molekularen Stoffe" Flashcards

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