H. Staudinger

Über hochmolekulare Naturprodukte II. Cellulose

Im letzten Jahrzehnt sind entgegen der fruher ublichen Auffassung von der hochmolekularen Struktur der Cellulose eine Reihe andersartiger Ansichten uber deren Aufbau geausert worden. Unter Anlehnung an die Vorstellungen, die die Komplexchemie entwickelt hatte, glaubten einige Forscher (Bergmann 3, Karrer 4, Hess5), die besonderen Eigenschaften der Cellulose und ihrer Derivate durch einen Komplex koordinativ zusammengehaltener niedermolekularer Bausteine am besten erklaren zu konnen. Andere, wie K. H. Meyer 6, sahen den Grund fur die eigenartige Natur der Cellulose und ihrer Losungen in einem micellaren Aufbau der Kolloidteilchen aus langeren Hauptvalenzketten. Trotz mancher Argumente, die die Vertreter dieser neuen Theorien fur ihre Anschauungen erbrachten, hielten aber andere Bearbeiter des Celluloseproblems an den alten einfachen Vorstellungen fest.

Die Hochmolekularen im festen Zustand

Grundlegend fur die Aufklarung des Krystallbaues der hochmolekularen Verbindungen sind die Arbeiten der Braggschen Schule3, so die von Muller und Shearer 1, die durch Rontgenuntersuchungen nachwiesen, das die Molekule der normalen Fettsauren und ihrer Derivate im krystallisierten Zustand fadenformige Gestalt haben. Die Anordnung von einfachen Fadenmolekulen in einem Krystallgitter war damit zum erstenmal klargestellt. Muller und Shearer benutzten dabei zur Veranschaulichung des Krystallbaues die Braggschen Atommodelle; sie zogen verschiedene Anordnungen der Kohlenstoffatome in Erwagung (Abb. 5)2, wobei der Zickzackkette der Vorzug gegeben wurde (Abb. 6)3.

Die Konstitution der Eukolloide

Die wichtigste Frage bei diesen Untersuchungen ist die nach dem Bau und der Molekulgrose der hochmolekularen Naturstoffe, des Kautschuks und der Cellulose. Es ist hier nach den vorstehenden Ausfuhrungen zu entscheiden, ob die Kolloidteilchen dieser Stoffe Micellen oder Makromolekule darstellen.

Zur Chemie des Kautschuks und der Guttapercha

Nachstehend soll ein kurzer Uberblick uber die Chemie des Kautschuks gegeben werden, wobei altere Untersuchungen und Arbeiten anderer Autoren nicht vollstandig berucksichtigt werden konnen. Es besteht vielmehr die Absicht, mit diesen Zeilen eine Zusammenfassung einer Reihe von Arbeiten zu geben, die in den letzten Jahren im Chemischen Laboratorium der Eidgenossischen Technischen Hochschule ausgefuhrt wurden und an denen sich die Herren Doktoren Fritschi, Geiger, Widmer, Ashdown, Bruson, J. K. Senior, Yamashita2, ferner die Dipl.-Ing.-Chemiker Wehrli und Huber beteiligt haben.

Über hochmolekulare Naturprodukte I. Kautschuk und Balata

Nachstehend soll ein kurzer Uberblick uber die Chemie des Kautschuks gegeben werden, wobei altere Untersuchungen und Arbeiten anderer Autoren nicht vollstandig berucksichtigt werden konnen. Es besteht vielmehr die Absicht, mit diesen Zeilen eine Zusammenfassung einer Reihe von Arbeiten zu geben, die in den letzten Jahren im Chemischen Laboratorium der Eidgenossischen Technischen Hochschule ausgefuhrt wurden und an denen sich die Herren Doktoren Fritschi, Geiger, Widmer, Ashdown, Bruson, J. K. Senior, Yamashita 2, ferner die Dipl.-Ing.-Chemiker Wehrli und Huber beteiligt haben.

Bildung und chemisches Verhalten der hochpolymeren Stoffe

In vorstehenden Ausfuhrungen wurde angenommen, das in den Fadenmolekulen die Grundmolekule gleichartig angeordnet sind. Dies ist bei synthetischen Polymeren nicht immer der Fall. So hat z. B. G. Steimmig 2 nachgewiesen, das der synthetische Kautschuk nicht vollig den gleichen Bau hat wie der naturliche Kautschuk. Im ersteren sind die Isoprenreste nicht mit derselben Regelmasigkeit aneinander gereiht wie im letzteren, wie der Ozonabbau erkennen last.

Konstitutionsaufklärung der Hemikolloide

Eine der wichtigsten Beobachtungen bei der Konstitutionsaufklarung der hochmolekularen Naturprodukte wie der synthetischen Produkte war die Auffindung der Hemikolloide. Diese Produkte vom Molekulargewicht 1000–10000 stehen den gewohnlichen niedermolekularen Stoffen nahe, haben auch ahnliche Eigenschaften und ein ahnliches Verhalten wie diese; es sind in der Regel pulvrige Korper, die sich ohne zu quellen leicht losen und dabei niederviscose Losungen liefern.

Erster Teil. Die Konstitutionsaufklärung der hochmolekularen organischen Verbindungen (Kautschuk und Cellulose)

Eine der wesentlichsten Fragen der organischen Chemie ist die nach dem Bau der hochmolekularen Verbindungen, denn es gehoren zu diesen eine Reihe der wichtigsten Naturprodukte, wie Cellulose, Starke und andere Polysaccharide, Kautschuk und Balata, ferner die Eiweisstoffe. Auch eine Reihe synthetischer Produkte gehoren hierher, so z. B. Polyoxymethylene, Polystyrole, Polyvinyl-acetate, Bakelite, die Harnstoff-Formaldehyd-Kondensationsprodukte und viele andere, die durch Polymerisation oder Kondensation von niedermolekularen Stoffen erhalten werden.

Die verschiedenen Auffassungen über die Konstitution der hochmolekularen Verbindungen

Die ursprungliche Annahme, das die hochmolekularen Stoffe ein sehr hohes Molekulargewicht haben, wurde durch die Bestimmung der Teilchengrose gestutzt, die man bei verschiedenen hochmolekularen Produkten, wie Kautschuk1, Starke2, Cellulosederivaten3 und Eiweisstoffen, meist auf osmotischem Wege, durchfuhrte.

Die Natur der kolloiden Lösungen

Die am meisten in die Augen fallende Eigenschaft hochmolekularer Stoffe ist die Viscositat ihrer Losungen, die schon in niederprozentiger Losung auserordentlich hoch sein kann. 1–2 proz. Kautschuklosungen in Benzol besitzen eine relative Viscositat von etwa 100 und mehr, sind also 100 mal so viscos wie das Losungsmittel, wahrend gleichkonzentrierte Losungen von niedermolekularen Terpenen in Benzol fast die gleiche Viscositat wie das Losungsmittel haben. Ebenso zeichnen sich 1–2 proz. Losungen von Celluloseacetaten in m-Kresol und solche von Cellulose in Schweizers Reagens durch eine enorm hohe Viscositat aus.