Polyaddition am Beispiel von Polyurethan
Polyurethane sind Kunststoffe, die durch Polyaddition von Dialkoholen und Polysocyanaten synthetisiert werden.
Die Verknüpfung erfolgt durch die Reaktion einer Isocyanatgruppe eines Moleküls und mit einer Hydroxygruppe eines anderen Moleküls. Dabei werden keine Nebenprodukte abgespalten.
Ein Beispiel für ein Dialkohol ist 1,4-Butandiol und ein Polysocyanat ist Desmodur (4,4-Methylendiphenyldiisocyanat).
Der Reaktionsmechanismus:
Wir haben das Butandiol auf der einen und das Methylendiphenyldiisocyanat auf der anderen Seite, die miteinander reagieren.
Interessant für uns ist das Sauerstoffatom (an der OH-Gruppe) des Butandiolmoleküls, das eine
negative Partialladung besitzt (Elektronegativitätswerte).
Nun betrachten wir einmal das Kohlenstoffatom des Diisocyanats, dass jeweils eine Doppelbindung zu Sauerstoff und Stickstoff hat.
Sauerstoff und Stickstoff besitzen ebenfalls eine negative Partialladung, wobei Stickstoff negativer ist, da sich die
π-Elektronen
in den pz-Orbitalen freier bewegen und Kohlenstoff besitzt eine stark positive Partialladung.
Reaktionsmechanismus Schritt 1 nucleophiler Angriff am Diisocyanat
Diese Grafik ist eine Vereinfachung ohne den Katalysator DABCO, die folgender Seite entnommen ist:
http://chemie.fu-berlin.de/fb/fachdid/polyadd.htm
Das negativierte Sauerstoffatom der Hydroxylgruppe greift nun das stark positiv polarisierte C-Atom der Isocyanatgruppe an. Dies nennt man einen nucleophilen Angriff (weil sich die positive Ladung im Kern des Atoms befindet). Es bildet sich eine Elektronenpaarbindung zwischen den beiden funktionenllen Gruppen aus. Nun hat das Sauerstoffatom eine positive Ladung, weil es ein Elektron für die neue Bindung verloren hat. Außerdem führt das dazu, dass ein Bindungselektronenpaar zum Stickstoffatom verschoben wird. Deshalb wird das Stickstoffatom negativ geladen.
Reaktionsmechanismus Schritt 2 Protonenumlagerung
Diese Grafik ist eine Vereinfachung ohne den Katalysator DABCO, die folgender Seite entnommen ist:
http://chemie.fu-berlin.de/fb/fachdid/polyadd.htm
Dieses positiv geladene Sauerstoffatom zieht nun die Elektronenpaarbindung zum Wasserstoff an sich und dadurch wird ein Proton abgegeben. Dieses lagert sich an den negativ geladenen Stickstoff an. Dabei bildet sich die Urethanbindung.
Der Anfang und das Ende diese neuen Moleküls besitzen weiterhin funktionelle Gruppen, sodass diese Reaktion erneut ablaufen kann. Dabei bildet sich dan ein Polymer, das Polyurethan genannt wird.
Erstellt von Stefan mit Ergänzugen von Herrn Ecker 30.11.16