Erfahrungsbericht: „Der Lebensweg eines Makromoleküls“ Am Mittwoch, den 10. Juni 2015, nahmen wir an dem Praktikumstag in dem Alfried-KruppSchülerlabor der Ruhr-Universität Bochum teil. Das durften wir als Teilnehmer der ChemieOlympiade 2015 der ICHO, die in die zweite Runde gekommen sind. Während dieses Praktikumstages lernten wir vieles über Makromoleküle; von der Herstellung bis zur Anwendung: Makromoleküle sind Polymere, also viele einzelne Moleküle, die durch eine chemische Reaktion in einer Kette vorliegen. Synthetische Polymere, wie Polyethylen oder Nylon benötigen Monomere, die aus Erdöl oder Erdgas hergestellt werden. Jedoch werden diese Rohstoffe immer knapper und die Herstellung für die Polymere ist äußerst umweltschädlich und teuer. Des Weiteren bestehen Probleme bei der Entsorgung dieser Kunststoffe, denn sie verrotten sehr langsam und bei der Verbrennung entsteht das Treibhausgas Kohlenstoffdioxid. Daher wird an neuen Kunststoffen geforscht, die aus nachwachsenden Rohstoffen bestehen und biologisch abbaubar sind, um die Umwelt zu schonen. Die Synthese des Kunststoffes Polymilchsäure (PLA), der mittlerweile in größeren Mengen hergestellt wird, erfüllt genau diese Voraussetzungen. Er wird nämlich aus Stärke hergestellt, die durch Enzyme in Glucose gespalten wird. Diese Glucose wird im nächsten Schritt fermentiert, d.h. vergoren und in mehreren Reaktionsschritten in 2-Hydroxypropansäure (Milchsäure) übergeführt. Als nächster Schritt folgt die Polykondensation, in der durch das Abspalten kleinerer Moleküle die Milchsäuremoleküle zu einem Makromolekül verbunden werden. Dieses Milchsäuremakromolekül ist der fertige Kunststoff PLA. PLA besitzt viele nützliche Eigenschaften, die den Kunststoff u.a. in der Medizin ideal zum Vernähen der Wunden macht. Er ist nämlich bei Wärme verformbar, leicht zu verarbeiten und biologisch abbaubar. Genau diesen Kunststoff durften wir an dem Praktikumstag herstellen und ihn mit Hilfe verschiedener Versuche mit anderen Kunststoffen, wie Nylon vergleichen und näher untersuchen. Zunächst stellten wir Polymilchsäure mit Hilfe von Milchsäure, Zinn(III)-chlorid und weißem Kupfer(III)-sulfat her. Als Abschluss der Auswertung stellten wir die Reaktionsgleichung dieser Polykondensation auf, für uns Chemie-Olympiaden Teilnehmer natürlich ein Muss! Im nächsten Versuch reinigten wir die PLA mit Ethanol und destillierten Wasser, um alle Unreinheiten heraus zu waschen und das reine PLA vorliegen zu haben. Als nächstes stellten wir Nylon her. Dazu mussten wir zwei Phasen entstehen lassen. Zum einen mischten wir Hexamethylendiamin mit Natriumhydroxid und zum anderen Sabacinsäuredichlorid und n-Heptan. Danach überschichteten wir vorsichtig die beiden Flüssigkeiten in einem Becherglas, um zwei aufeinander liegende Phasen zu erlangen, denn Sabacinsäuredichlorid und n-Heptan haben eine geringere Dichte als Hexamethylendiamin und Natriumhydroxid und schwimmen somit über den beiden Substraten. Nun konnten wir mit Hilfe eines Glasstäbchens Fäden ziehen, denn die beiden Substratphasen reagierten an ihren Berührungspunkten zu Nylon. Diesen Versuch werteten wir ebenfalls aus. Nach diesen drei Versuchen gab es eine Mittagspause, die wir in der Mensa der RuhrUniversität verbringen durften. Danach ging es direkt weiter mit dem Abbau der Makromoleküle. Dafür stellten wir einen Nachweis des Abbaus der Polymilchsäure an, in dem wir eine Dünnschichtchromatographie durchführten. Bei der Dünnschichtchromatographie werden die einzelnen Substrate in ihre Inhaltsstoffe aufgesplittet, die je nach Dichte und Beschaffenheit im Laufmittel (hier: 1Propanol und konz. Ammoniak) unterschiedlich weit laufen. Diese Stoffe kann man mit einer Vergleichsprobe klassifizieren und mit einer Einfärbung erkennbar machen. Im letzten Versuch beschäftigten wir uns mit dem Abbau von Nylon bei verschieden pH-Werten, dabei lösten wir je 0,5 g Nylon in Natriumhydroxid (pH-Wert 14) und in Salzsäure (pH-Wert 1). Wir sollten herausfinden, bei welchem pH-Wert, also ob in einer säurehaltige Lösung (pH-Wert 16) oder einer alkalische Lösung (pH-Wert 8-14) das Nylon schneller abgebaut wird. Leider konnten wir keinen deutlich erkennbaren Unterschied der Schnelligkeit feststellen. Nach diesen Versuchen bot uns das Alfried-Krupp-Labor noch ein besonderes Highlight, denn wir durften uns einen Vortrag von angehenden Medizinerinnen anhören, indem es um die praktische Anwendung von Makromolekülen in der Medizin ging. Anschließend hatten wir die Möglichkeit das Vernähen von Wunden an Wundkissen mit eben diesem PLA-Garn zu üben. Insgesamt war der Tag eine sehr schöne praktische Erfahrung, in dem wir endlich unsere theoretischen Chemiekenntnisse praktisch in Versuchen beweisen konnten. Dabei lernten wir sehr viel über die Welt der Makromoleküle. Von Birte Dyck, 28.6.2015
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