Übung AFB III

Musterlösung: Benzoesäure trägt nur eine Carboxygruppe. Sie wird wie die Dicarbonsäure verestert, bietet danach aber keine weitere reaktive Gruppe: Das Kettenende ist verschlossen. Damit begrenzt sie den mittleren Polymerisationsgrad — je mehr Benzoesäure, desto kürzer die Ketten, desto geringer die Schmelzviskosität. Der Vorschlag ist chemisch sinnvoll, wenn die Menge genau dosiert wird: Ein Zuviel liefert zu kurze Ketten mit schlechter Festigkeit. Zusätzlich verschiebt die zusätzliche Säure das 1 : 1-Verhältnis der Gruppen.

Musterlösung: Gummielastisch ist ein Elastomer nur oberhalb von \(T_\text{g}\): Dann schwingen die Kettensegmente, das weite Netz verhindert das Fließen. Bei −40 °C liegt Mischung B unterhalb ihrer Glasübergangstemperatur — die Segmente sind eingefroren, der Reifen wird hart und spröde, er haftet schlecht und kann reißen. Mischung A liegt 15 K über \(T_\text{g}\) und bleibt elastisch. Entscheidung: Mischung A.

Musterlösung: Jede wachsende Kette trägt am Anfang genau einen Rest R. Bei der Rekombination verbinden sich zwei Radikal-Enden zu einer Bindung — die entstehende Kette hat an beiden Enden einen Rest R, eine Doppelbindung entsteht nicht. Bei der Disproportionierung überträgt ein Radikal ein H-Atom auf das andere: Beide Ketten behalten nur einen Rest R, eine davon erhält eine C=C-Endgruppe. Der Befund (zwei Br-Endgruppen, keine C=C) spricht also für den Abbruch durch Rekombination.

Musterlösung: PET ist ein Polyester: Hydroxid-Ionen spalten Esterbindungen (alkalische Hydrolyse), die Ketten werden kürzer, der Korb wird spröde. PA 6.6 enthält Amidbindungen, die heiße Lauge langsamer, aber ebenfalls hydrolysiert. Polypropen hat eine reine C–C-Hauptkette ohne Heteroatome; sie wird von Lauge nicht angegriffen. PP ist daher am besten geeignet (tatsächlich bestehen viele Spülmaschinenteile aus PP); zu prüfen bleibt nur, dass die Temperatur unter der Erweichung liegt.

Musterlösung: Werkstofflich: Die Schichten lassen sich nicht trennen, das Gemisch ergibt höchstens ein minderwertiges Rezyklat (Downcycling). Rohstofflich: Pyrolyse liefert aus PE Öl und Gas, PET und Aluminium stören; Solvolyse würde nur den PET-Anteil spalten. Energetisch: technisch einfach, aber der Kohlenstoff geht als CO₂ verloren, das Aluminium bleibt als Schlacke. Bewertung nach Abfallhierarchie: Für diese Verpackung bleibt meist nur die energetische Verwertung — ungünstig. Empfehlung: Monomaterialverpackung aus einem einzigen Polyolefin mit dünner Barriereschicht, damit werkstoffliches Recycling möglich wird.

Musterlösung: Die ungeladene Zwitterionform liegt zwischen den beiden sauren Gruppen: \(\mathrm{pI} = (1{,}88 + 3{,}65) : 2 \approx 2{,}8\). In der alkalischen Brühe liegt Asp als Anion (Ladung −1 bis −2) vor und ist gut löslich. Vorgehen: unter Rühren Salzsäure zugeben, bis pH ≈ 2,8 (pH-Meter) erreicht ist; dann ist die Nettoladung null, die Hydratation durch Ionenladung fehlt, die Löslichkeit ist minimal. Kühlen, Niederschlag abfiltrieren, mit wenig kaltem Wasser waschen, trocknen. Zu viel Säure (pH < 2) würde wieder Kationen bilden und die Ausbeute senken.

Musterlösung: Erhitzen denaturiert Proteine: Wasserstoffbrücken, Ionenbindungen und hydrophobe Wechselwirkungen brechen, Sekundär- bis Quartärstruktur gehen verloren. Die Peptidbindungen (Primärstruktur) bleiben erhalten — erst Enzyme oder stundenlanges Kochen mit Salzsäure spalten sie. Die Aminosäuren werden also nicht zerstört; der Körper verdaut das Protein ohnehin zu Aminosäuren, entfaltete Ketten sind für Proteasen sogar leichter zugänglich. Die Aussage ist fachlich falsch — sie verwechselt Denaturierung mit Zerstörung der Bausteine.

Musterlösung: Die glykosidische Bindung verknüpft die beiden anomeren C1-Atome. Beide sind Teil eines Vollacetals; eine Halbacetal-OH-Gruppe gibt es nicht. a) Der Ring kann sich nicht öffnen, eine Aldehydgruppe entsteht nicht → Fehling negativ (wie Saccharose). b) Ohne Ringöffnung kein Wechsel zwischen α und β → keine Mutarotation. c) Säure spaltet das Acetal: \(\ce{C12H22O11 + H2O -> 2 C6H12O6}\); die freie Glucose reduziert Fehling → positiv.

Musterlösung: Die Summenformel sagt nichts über die Verknüpfung. In Amylose sind die Glucose-Einheiten α-1,4-verknüpft; die Kette windet sich zur Helix, zwischen den Ketten bleiben Lücken, Wasser kann eindringen (Quellen, Kleister). In Cellulose sind die Einheiten β-1,4-verknüpft, jede zweite ist gedreht; die gestreckten Ketten liegen parallel und sind über sehr viele Wasserstoffbrücken zu Fasern gebündelt. Wasser kann diese Bündel nicht aufbrechen. Der Schluss ist falsch: Gleiche Bausteine, aber andere Konfiguration am anomeren C-Atom führen zu völlig anderen Eigenschaften.

Musterlösung: Alle drei Fette haben gleich lange C18-Ketten; entscheidend ist die Gestalt. Gesättigte Ketten sind gestreckt, packen dicht, die London-Kräfte sind groß → höchste Schmelztemperatur. Eine trans-Doppelbindung knickt die Kette kaum; die Packung ist nur wenig gestört → mittlere Schmelztemperatur. Die cis-Doppelbindung erzeugt einen Knick, die Moleküle liegen locker, die Kräfte sind schwach → Triolein ist bei Raumtemperatur flüssig. Bei der Fetthärtung wird Wasserstoff an C=C addiert; bricht man vorher ab, lagern sich cis- teilweise in trans-Doppelbindungen um. Diese trans-Fettsäuren machen das Fett zwar fester, erhöhen aber nach heutigem Kenntnisstand das Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen — deshalb gelten Grenzwerte.