Wichtige chemische Prozesse

Hydrierung

Hydrierung ist eine Art der chemischen Reaktion (Redoxreaktion), deren sichtbares Ergebnis die Addition von Wasserstoff (H₂) an eine andere Verbindung ist. Die üblichen Ziele dieser Reaktion sind ungesättigte organische Verbindungen wie Alkene, Alkine, Ketone, Nitrile und Amine. Der Wasserstoff wird meist durch direkte Zugabe von zweiatomigem Wasserstoff unter hohem Druck und in Anwesenheit eines Katalysators bereitgestellt.

Ein typisches Beispiel der Hydrierung ist die Anlagerung von Wasserstoff an Doppelbindungen, die Alkene in Alkane umwandelt. Die Hydrierung hat wichtige Anwendungen in der Pharma-, Petrochemie- und Lebensmittelindustrie.

Fermentation

Die Fermentation ist ein Prozess der katabolen, unvollständigen Oxidation, dessen Endprodukt eine organische Verbindung ist. Sie ist völlig anaerob. Diese Endprodukte charakterisieren die verschiedenen Arten von Fermentationen. Sie wurde von Louis Pasteur entdeckt, der sie als la vie sans l'air (Leben ohne Luft) beschrieb. Die Gärung wird in der Regel von Hefen durchgeführt. Auch einige Metazoen und Protozoen sind dazu in der Lage.

Die Gärung ist anaerob, weil sie in Abwesenheit von Sauerstoff stattfindet. Das bedeutet, dass der endgültige Elektronenakzeptor für das in der Glykolyse entstehende NADH nicht Sauerstoff ist, sondern eine organische Verbindung, die reduziert wird, um NADH wieder zu NAD⁺ zu oxidieren. Die reduzierte organische Verbindung (Acetaldehyd, Pyruvat, ...) ist ein Derivat des Substrats, das zuvor oxidiert wurde. In lebenden Organismen ist die Gärung ein anaerober Prozess und findet ohne Mitochondrien und die Atmungskette statt. Sie wird von Mikroorganismen wie typischen Bakterien und Hefen durchgeführt. Die Gärung findet auch in den meisten tierischen Zellen (einschließlich menschlicher) statt, außer in Neuronen, die schnell sterben, wenn sie keine Zellatmung durchführen können. Manche Zellen wie rote Blutkörperchen haben keine Mitochondrien und sind gezwungen zu fermentieren. Das Muskelgewebe von Tieren führt Milchsäuregärung durch, wenn die Sauerstoffversorgung in den Muskelzellen für den aeroben Stoffwechsel und die Muskelkontraktion nicht ausreicht.

Energetisch sind Fermentationen im Vergleich zur aeroben Atmung sehr unrentabel. Aus einem Glukosemolekül können nur 2 ATP-Moleküle gewonnen werden, während bei aerober Atmung 36 erzeugt werden. Dies liegt daran, dass bei der Oxidation von NADH, anstatt in der Atmungskette, Elektronen auf organische Verbindungen mit geringer Oxidationskraft übertragen werden. In der industriellen Fermentation kann sie auch oxidativ sein, d.h. in Gegenwart von Sauerstoff, aber die aerobe Oxidation ist unvollständig, wie bei der Herstellung von Essigsäure aus Ethanol.

Die Fermentation kann sein:

• natürlich, wenn die Umweltbedingungen die Interaktion von Mikroorganismen und organischen Substraten ermöglichen,
• oder künstlich, wenn der Mensch die genannten Bedingungen herbeiführt und steuert.

Polymerisation

Polymerisation ist ein chemischer Prozess, bei dem reaktive Monomere (Verbindungen mit niedrigem Molekulargewicht) chemisch miteinander verknüpft werden, was zu einem Molekül mit hohem Gewicht, genannt Polymer, führt. Dieses kann eine lineare Kette oder ein dreidimensionales Makromolekül sein.

Es gibt viele Arten der Polymerisation und verschiedene Systeme zur Kategorisierung. Die Hauptkategorien sind:

Polymerisation

Bei der Polymerisation wird das Monomermolekül Teil des Polymers ohne Verlust von Atomen, d.h. die chemische Zusammensetzung der resultierenden Kette ist gleich der Summe der chemischen Zusammensetzungen der Monomere, aus denen sie gebildet wird.

Polykondensation

Bei der Polykondensation gehen Atome des Monomermoleküls verloren, wenn es Teil des Polymers wird. Normalerweise wird ein kleines Molekül wie Wasser oder HCl-Gas abgespalten. Dabei entstehen Polykondensationsprodukte.