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Landesverband

Polychlorierte Biphenyle

Herstellung

Polychlorierte Biphenyle (PCB's) erhält man durch Chlorierung von Biphenyl in Gegenwart der Lewis-Säure Eisen(III)-chlorid als Katalysator. Die Wirkung des Katalysator besteht darin, dass das Eisen mit einem Chlormolekül eine koordinative Bindung (=Komplexbindung) eingeht. Da das eine Chloratom dafür das bindende Elektronenpaar zur Verfügung stellen muss, wird die Bindung zwischen den beiden Chloratomen polarisiert:

Reaktionsgleichung

Der Einfachheit halber ist der elektrophile Angriff mit einem abgetrennten Cl+ formuliert:

Reaktionsgleichung

Es handelt sich dabei um eine elektrophile aromatische Substitution. Die Regioselektivität wird durch den sich ausbildenden σ-Komplex bestimmt. Die Reaktionsgeschwindigkeit ist schneller, wenn dieser eine möglichst niedrige Energie aufweist, was dann der Fall ist, wenn die Ladung gut verteilt werden kann. Beim Angriff in ortho- und para-Stellung kann die Ladung auch von dem zweiten nicht angegriffenen Ring übernommen werden:

Reaktionsgleichung

Der σ-Komplex reagiert durch Abspaltung eines Protons zum Produkt ab:

Reaktionsgleichung

Das Proton reagiert mit dem Chloridion, welches am Katalysator verblieben ist, zu Chlorwasserstoff:

Reaktionsgleichung

Der Katalysator ist damit wieder in Freiheit gesetzt und kann die nächste Substitution einleiten.

Vorhandene Chloratome dirigieren weitere Substituenten ebenfalls in ortho- und para-Stellung (jeweils zur eigenen Position), desaktivieren dabei aber den Ring, weshalb für die weiteren Substitutionen immer drastischere Bedingungen notwendig sind. Die Regioselektivität der kinetischen Reaktionskontrolle kann überspielt werden, wenn man entsprechend drastisch halogeniert (thermodynamische Reaktionskontrolle). Es kann bei der Chlorierung deshalb ein Gemisch aus allen möglichen Halogenierungsprodukten hergestellt werden, welches im Anschluss destillativ getrennt wird.

Eigenschaften und Verwendung

PCB's sind:

  • thermisch stabil,
  • chemisch inert,
  • schwer entflammbar (besonders bei höherer Halogenierung),
  • extrem hydrophob
  • und elektrisch nicht leitend

Demzufolge wurden sie z.B. verwendet:

  • als Dielektrikum (und Kühlmedium) in Elektrobauteilen wie Kondensatoren, Transformatoren usw.,
  • als Weichmacher und Flammschutzmittel z.B. in Lacken und Beschichtungen im Wohnungsbau
  • und als Weichmacher in elastischen Dehnungsfugen im Wohnungsbau

Gefährdungspotential

PCB's können als Verunreinigung Polychlorierte Dibenzofurane enthalten. Es ist noch unklar, in welchem Ausmaß die toxikologischen Eigenschaften von diesen Verunreinigungen bestimmt sind. Wie bei den Dioxinen tritt bei akuten Vergiftungen eine Chlorakne auf. Höher halogenierte PCB's werden im Körper schlechter abgebaut und setzen sich dauerhafter im Fettgewebe fest. PCB's können reproduktionstoxisch sein, was vermutlich auf eine östrogene Wirkung zurückzuführen ist. Außerdem verursachen sie vermutlich Leberkrebs.

Was für technische Anwendungen so positiv erschien, hat sich als ökologisches Desaster herausgestellt: PCB's persistieren in der Umwelt und erfahren aufgrund ihrer Lipophilie in der Nahrungskette eine starke Anreicherung. Die Herstellung von PCB's wurde 2001 durch das Stockholmer Übereinkommen weltweit verboten. Dass dennoch - und immer noch - ubiqitär BCP's nachgewiesen werden können, ist also ein Altlastenproblem. In Lebensmitteln geht der PCB-Gehalt inzwischen zurück. Die Gefahr, es mit belasteten Elektrogeräten zu tun zu bekommen, dürfte sich inzwischen ebenfalls auf seltene Einzelfälle beschränken. Verdächtig sind alte Kondensatoren, die allerdings bis zum Ende Ihrer Lebensdauer weiterverwendet werden dürfen. Läuft aus einem defekten Kondensator eine fruchtig riechende Flüssigkeit aus, ist das vermutlich PCB. Es ist Vorsicht geboten, weil die Substanz gut durch die Haut resorbiert wird. Gebäudebelastungen können nur durch Fachkräfte festgestellt werden. Betroffen sind insbesondere in den Jahren 1955 - 1975 hergestellte Betonskelettbauten.

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