Die Synthese einheitlicher Polymerer in Laboratorium und in der Natur
I. EINLEITUNG Während die Synthese einheitlicher Stoffe in der niedermolekularen Chemie die Regel ist und diesem Ziel keine grundsätzlichen Schwierigkeiten im Wege stehen, ist es bisher noch nicht gelungen, mit Laboratoriumsmethoden einen molekular einheitlichen hochpolymeren Stoff zu synthetisieren. Stets enthält die Struktur der im Laboratorium synthetisierten Hochpolymeren einen erheblichen statistischen Anteil. Die Ursache hierfür liegt nicht darin, dass synthetische Prozesse, die zu Hochpolymeren führen, ungenauer oder schlechter reproduzierbar sind als Synthesen im niedermolekularen Bereich, sondern darin, dass die Statistik der elementaren Reaktionsschritte einen in beiden Bereichen verschiedenen Einfluss auf das Reaktionsprodukt hat. Sind zum Beispiel bei einer niedermolekularen Synthese 1 Prozent der Reaktionsschritte "falsch", so vermindert das nur die Ausbeute um diesen unbedeutenden Betrag. Treten jedoch bei radikalischer Polymerisation eines Produktes mit dem Polymerisationsgrad 1000 nur 1% Prozent Uebertragungsschritte am Polymeren auf, so entsteht ein Stoff mit stark verzweigten Molekülen, der in seinen Eigenschaften völlig verschieden von dem entsprechenden Stoff mit linearen Molekülen ist, der dann entsteht, wenn diese Nebenreaktion unterbleibt. Die Synthese molekular einheitlicher Polymerer besteht daher zum grössten Teil in einem Kampf gegen die Statistik der chemischen Elementarprozesse. Dabei ist noch zusätzlich zu beachten, dass auch die physikalischen Bedingungen während der Reaktion genau beherrscht werden müssen, da diese, wie nachher gezeigt werden wird, einen erheblichen Beitrag zum statistischen Aufbau des Polymeren liefern. Thermodynamisch gesehen bedeutet das, dass am Ort der Reaktion eine Verminderung der Entropie eintreten muss. Das ist wegen des allgemeinen Prinzips, dass bei realen Prozessen die Entropie zunimmt, nur möglich, wenn in der Umgebung des Reaktionsortes die Entropie um einen grösseren Betrag erhöht wird. In der vollkommensten Weise findet die Synthese einheitlicher makromolekularer Stoffe in den Organismen statt. Jeder Organismus produziert einen Satz von 103 bis 104 Proteinen, deren Aminosäuresequenz, Grösse und Konformation so genau festgelegt ist, dass sie mit den gleichen, wenn auch verfeinerten, Methoden wie in der niedermolekularen Chemie als chemische Individuen isoliert werden können. Auch Biopolymere, die wie die Cellulose nur aus einer Art von Monomereinheiten bestehen, besitzen, soweit man zur Zeit feststellen kann, ein fehlerfrei durchgeführtes, einheitliches