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Transkript Anionische Polymerisation (Vertiefungswissen)

Guten Tag und herzlich willkommen. Dieses Video heißt "Anionische Polymerisation für den Grundkurs", der Film gehört zur Reihe "Kunststoffe". Für die notwendigen Vorkenntnisse solltest du bereits die Filme "Radikalische Polymerisation" und "Kationische Polymerisation" gesehen haben. Mein Ziel ist es, dir in diesem Video die Anwendung und den Mechanismus der anionischen Polymerisation zu erklären. Das Video ist in sieben Abschnitte unterteilt: 1. Das Reaktionsprinzip 2. Monomere 3. Initiatoren 4. Der Mechanismus 5. Besonderheiten dieser Reaktion 6. Wichtige Kunststoffe 7. Zusammenfassung.   1. Das Reaktionsprinzip Für die anionische Polymerisation benötigen wir Monomere mit besonderer Beschaffenheit. Die Monomere müssen über elektronenziehende Gruppen verfügen. Beim linken Polymer haben wir eine elektronenziehende Gruppe und beim rechten Polymer sogar zwei. Durch die aktivierenden Gruppen kommt es zu einer Reaktion mit Anionen. 2. Monomere Zunächst betrachten wir ein Ethylenmolekül. Es ist nicht aktiviert, daher findet mit einem Anion praktisch keine Reaktion statt. Schauen wir uns nun dieses Monomer an. Es hat eine durch Rot gekennzeichnete aktivierende Gruppe. Die Doppelbindung wird geschwächt. Dadurch kommt es zu einer partiellen positiven Ladung. Ein Anion kann die Doppelbindung angreifen. Noch effektiver wird die Wechselwirkung, wenn das Monomer zwei aktivierende Gruppen besitzt. Die Doppelbindung wird noch stärker geschwächt und die Partialladung wird noch stärker positiv. Der Angriff des negativ geladenen Anions wird noch stärker erleichtert. Wir stellen fest: Je stärker die Wirkung der elektronenziehenden Substituenten, umso stärker ist die Reaktion mit dem Anion. 3. Initiatoren Die Doppelbindung soll durch ein Anion angegriffen werden. Solche Anionen kann man aus Brönsted-Basen erhalten, diese liefern für die Reaktion Hydroxidionen. Auch Lewis-Basen sind als Initiatoren geeignet. Unter günstigen Voraussetzungen ist selbst Wasser ein Initiator und natürlich zählt Natriumhydroxid zu den Initiatoren. Bei den Lewis-Basen sind Alkoholationen zu nennen, genauso wie diese scheinbar exotische Verbindung. Als Initiator kommt auch diese salzartige Verbindung infrage. Wir wollen die aufgezählten Initiatoren noch einmal mit Namen nennen: Wasser und Natriumhydroxid, wir haben ein Alkoholat, ein Amid und diese Verbindung heißt abgekürzt BuLi, ausgeschrieben heißt das Butyllithium. Ich habe die Basen so angeordnet, dass ihre Stärke von links nach rechts wächst. 4. Der Mechanismus Als Initiator wollen wir den Alkoholat Natriummethylat verwenden. Der eigentliche Initiator ist das Methylat-Ion. Bei der Initiation soll das Methylat-Ion mit einem Molekül des Monomers Methylmethacrylat reagieren. Es entsteht ein größeres Anion. Die Elektronenverschiebung erfolgt, wie durch die Pfeile angedeutet wird. Das gebildete Ion ist ein Carbanion, da die negative Ladung an einem Kohlenstoffatom sitzt. Beim Kettenwachstum reagiert das Carbanion mit einem weiteren Molekül des Monomers. Es bildet sich ein neues, größeres Carbanion. Dieses reagiert mit einem weiteren Monomerteilchen usw. Der Kettenabbruch ist bei dieser Reaktion interessant. Die Reaktion läuft so lange ab, bis das gesamte Monomer verbraucht ist. Es entsteht ein lebendes Polymer. Wird zusätzlich Monomer hinzugegeben, so kommt es zu einem weiteren Kettenwachstum. Wasser oder Chlorwasserstoff führen zum Abbruch der Reaktion. Ein Proton vereinigt sich mit der negativen Ladung und ein Hydroxidion oder ein Chloridion wird frei. Damit ist das Ende der Polymerisation erreicht. 5. Besonderheiten der Reaktion Bei der anionischen Polymerisation bildet sich ein stabiles Ion, ein Carbokation. Aus diesem kann man synthetisch Copolymere gewinnen. Eine Möglichkeit ist die Herstellung von Pfropfcopolymeren. Auf das negative Ion wird ein positiv geladenes Polymer aufgepfropft. Die zweite Möglichkeit ist die Herstellung von Blockcopolymeren. Das Ion reagiert mit einem anderen Monomer. Es entsteht ein Blockcopolymer. Im Gegensatz zur radikalischen, führt die anionische Polymerisation zu isotaktischen Strukturen. 6. Wichtige Kunststoffe Durch anionische Polymerisation wird Polyoxymethylen gewonnen. Das Polymer bildet sich aus dem einfachsten Aldehyd in Anwesenheit eines geeigneten Ions. Das Monomer heißt Formaldehyd oder Methanal. Drei von vielen Anwendungen des Polyoxymethylens sind die Telefone, Verschlüsse oder Steckverbindungen. Durch anionische Polymerisation kann man Polymethylmethacrylat herstellen. Das Molekül des Monomers habe ich bereits eingangs vorgestellt. Den Mechanismus der Polymerisation haben wir besprochen. Der Kunststoff findet u. a. in Rückstrahlern Verwendung. Wir finden ihn in Haushaltsartikeln und im Zahnersatz und in vielen, vielen anderen Dingen und Gegenständen. Eine Gebrauchsform des Kunststoffes ist Plexiglas.  Durch anionische Polymerisation entsteht auch Polymethylcyanacrylat. Die Formel schreibe ich selber, denn das Polymer kann man nicht kaufen. Das Monomer war eines der beiden Moleküle, die ich euch zu Anfang gezeigt habe. Wir finden das Monomer im Sekundenkleber, den ihr sicher kennt. Das Monomermolekül ist so stark aktiviert, dass die Polymerisation selbst durch Wasser ausgelöst wird. Im ersten Schritt reagiert Wasser mit dem Monomer und es bildet sich ein Carbanion. Ein Proton wird frei. Die Fortsetzung kennt ihr ja. 7. Zusammenfassung Bei der anionischen Polymerisation reagieren n Teilchen eines aktivierten Monomers im Beisein eines Anions zu einem Polymer. Das Anion ist eine Base. Die Reaktion läuft gut ab, wenn die Doppelbindung durch elektronenziehende Gruppen aktiviert wird. Als Basen kommen Wasser, Natriumhydroxid, Alkoholate, Natriumamid und Butyllithium infrage. Der Mechanismus durchläuft die Initiation mit Bildung eines Carbanions. Dann folgt das Kettenwachstum und es bildet sich ein sehr großes Carbanion, dieses ist stabil und wir sprechen von einem lebenden Polymer. Aus dem Carbanion kann man ein Pfropfcopolymer oder ein Blockcopolymer herstellen. Anionisch synthetisierte Polymere haben isotaktische Struktur. Durch anionische Polymerisation kann man herstellen: Polyoxymethylen, Polymethylmethacrylat, was im Plexiglas vorkommt, und Polymethylcyanacrylat, welches wir im Sekundenkleber finden. Ich danke für die Aufmerksamkeit. Alles Gute. Auf Wiedersehen!

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