Experimentalvortrag OC

„Die Chemie der Orange“

Meike GrieselWS 2009/2010

2

Gliederung

1. Einleitung

2. Inhaltsstoffe der Orange

2.1. Limonen D1, V1, V2

2.2. Fruchtsäuren: Citronensäure D2, V3, D3, V4

2.3. Vitamin C V5, V6

3. Schulrelevanz

4. Literatur

1. Einleitung

4

Der Orangenbaum1. Einleitung

- wissenschaftlicher Name: Citrus sinensis

- Baum ist 8 – 15 m hoch- immergrün- weiße, stark duftende Blüten- Früchte haben runde oder

breit-ovale Formen

- wichtigste Sorten: Blondorange, Navelorange, Blutorange

www.schulbilder.org

5

Verbreitung1. Einleitung

- Herkunft: Südchina und Indochina

- Verbreitung in vorchristlicher Zeit schon bis in den vorderen Orient

- 15. – 16. Jahrhundert: Zierpflanze an europäischen Höfen

- heute weltweit bedeutende Nutzpflanze in warmen Ländern

- heutige Hauptanbaugebiete: Brasilien, USA, Mexiko, Indien

6

Die Frucht1. Einleitung

- Schale kann grün, gelb oder orange sein

- Schale ist 5 mm dick

- weiße Albedo ist dünn

- Fruchtfleisch ist in

10 – 14 Segmente unterteilt

- pro Spalte bis zu 4 Kerne

- Geschmack:

aromatisch süß bis säuerlich süß

www.food.foto24.de

7

2. Inhaltsstoffe der Orange

8

2. Inhaltsstoffe der Orange

Inhaltsstoffe

In 100 g Fruchtfleisch durchschnittlich enthalten:

Wasser: 85,7 g Mineralstoffe: 0,48 g

Eiweiß: 1,0 g Fruchtsäuren: 1,13 g

Fett: 0,2 g Vitamin B1: 0,079 mg

Kohlenhydrate: 8,25 g Vitamin B2: 0.042 mg

Ballaststoffe: 1,6 g Vitamin C: 49,4 mg

9

2.1. Limonen

10

2.1. Limonen

Demonstration 1:Isolation von Limonen aus

Orangenschalen

11

2.1. Limonen

Durchführung

12

2.1. Limonen

Auswertung

- Limonen siedet bei 177°C - Limonen ist hydrophob und löst sich gut in

Petrolether- Limonen ist ein Terpen

- in der Orangenschale kommt

nur (R)-(+)-Limonen vor

CH3

CH3 CH2

(R)-(+)-Limonen

CH3

CH2CH2

Isopreneinheit in Terpenen

13

2.1. Limonen

Versuch 1:Mischverhalten von

Limonen

14

Auswertung2.1. Limonen

- „Ähnliches löst Ähnliches“

- Limonen ist lipophil und unpolar

- Limonen ist mischbar mit unpolaren, lipophilen Substanzen wie Speiseöl oder Fette

15

Alltagsbezug2.1. Limonen

- Reinigungswirkung beruht

auf lipophilen Eigenschaften

des Limonens

- außerdem schützen die

Terpene in den Orangenschalen

die Frucht vor Pilzen und Bakterien

==> desinfizierende Wirkung von Limonen

www.frosch.de

16

2.1. Limonen

Versuch 2:Bromierung von Limonen

17

Auswertung2.1. Limonen

CH3

CH2CH3

+ Br Br

CH3

CH2CH3

Br

Br

CH3

CH3

Br+

Br-

CH3

CH3

BrBr

18

2.2. Fruchtsäuren: Citronensäure

19

2.2. Fruchtsäuren: Citronensäure

Allgemeines

Fruchtsäuren: Sammelbegriff für organische Hydroxycarbonsäuren und Dicarbonsäuren in Obst

- einige Fruchtsäuren:

- Äpfelsäure - Citronensäure

- Milchsäure

- Oxalsäure

- Weinsäure

O

OH

O

OH OH

CH3

OH

O

OH

O

OH

OH

OH

O

OHO

OH

O

OH

O

OH

OH

O

OH

O

OH

20

Allgemeines (2)2.2. Fruchtsäuren: Citronensäure

- in der Orange sind in 100 g Fruchtfleisch 1,13 g Fruchtsäuren enthalten

- davon etwa 1,06 g Citronensäure

- Citronensäure ist eine der am weitesten verbreiteten Fruchtsäuren im Pflanzenreich

- Citronensäure ist ein Stoffwechselprodukt aller Organismen im Citratzyklus

21

Demonstation 2:Isolierung von

Citronensäure aus Orangen

2.2. Fruchtsäuren: Citronensäure

22

2.2. Fruchtsäuren: Citronensäure

Durchführung1. mit Ammoniak

versetzen + Calciumchloridlösung

2. Niederschlag abfiltrieren

3. mit saurem Ionenaustauscherharz versetzen

4. Harz abfiltieren

5. Auskristallisieren + Umkristallisieren

23

2.2. Fruchtsäuren: Citronensäure

Auswertung

Dicitratocalcium(II) - KomplexDicitratocalcium(II) - Komplex

- Calciumkationen werden durch Protonen des stark sauren Ionenaustauscherharzes ausgetauscht

- es entsteht Citronensäure

Ca2+

-OOC-OOC-OOC

CH2

C

CH2

OH-OOC

CH2

C

CH2

HO

COO-

COO-

COO-

Ca2+ + 2 CitH3 [Ca(Cit)2]

4-(aq) (aq) (aq) + 6 H

+(aq)

Ca2+

[Ca(Cit)2]4-

(aq)(aq) + 2

Ca3(Cit)2 (s)

24

2.2. Fruchtsäuren: Citronensäure

Versuch 3:Nachweisreaktionen zur

Identifizierung von Citronensäure

25

2.2. Fruchtsäuren: Citronensäure

Auswertung

Nachweis auf Alkohole mit Hilfe von Cer(IV)nitratreagenz

- es kommt zur Entfärbung wegen einer Redoxreaktion

Citronensäure roter Komplexroter Komplex

2 NH4+

(aq)+ + NO3- (aq) + H

+ (aq)

2 NH4+ (aq) [Ce(NO3)6]

2- (aq) + OH R3 (aq) [Ce(NO3)5(O-R3)]

2- (aq)

CH2

C

CH2

COOH

COOH

COOH

HO C

COOH

COOHCH2

CH2

O + CO2 + 2 H++ 2 e

-

Ce4+ + 1 e

-Ce

3+ * 2

26

Auswertung (2)2.2. Fruchtsäuren: Citronensäure

Nachweis auf Carbonsäuren durch Bromthymolblau

Basisches MilieuBasisches MilieuSaures MilieuSaures Milieu

S

OO

O- CH3

CH3

CH3O

-

Br

CH3

CH3

CH3

Br

OH

S

OO

O CH3

CH3

OH

Br

CH3

CH3

CH3OH

Br

CH3

+ 2 H+

- 2 H+

27

2.2. Fruchtsäuren: Citronensäure

Demonstration 3:DC von Fruchtsäuren zur

Identifizierung der Citronensäure

28

2.2. Fruchtsäuren: Citronensäure

Beobachtung

O-Saft

Weinsäure

Äpfelsäure

Citronensäure

Milchsäure

Probe

O-Saft

29

2.2. Fruchtsäuren: Citronensäure

Auswertung

Rf – Werte der Fruchtsäuren:

Saures MilieuSaures Milieu Basisches MilieuBasisches Milieu

Citronensäure: 0,49 Weinsäure: 0,35

Milchsäure: 0,76 Probe: 0,47

Äpfelsäure: 0,53

S

OO

O

OH

Br

OH

Br

Br

CH3

Br

CH3

S

OO

O-

O-

Br

Br

OH

CH3

Br

Br

CH3

- 2 H+

+ 2 H+

30

2.2. Fruchtsäuren: Citronensäure

Versuch 4:Herstellung eines Polyesters

aus Citronensäure

31

2.2. Fruchtsäuren: Citronensäure

Auswertung

O CH2

CH O

CH2COO

CH2

CHO COO CH2 CH

O

CH2

COO

CH2

C OH

CH2

CO

COOCH

CH2O

CH2COO

CH2

Glycerin Citronensäure

Citronensäureglycerinester

OH

OH

OH

HH

H

H

H

+- n H2O

OH

O

OHO

OH

O

OH

32

2.2. Fruchtsäuren: Citronensäure

Auswertung (2)

Mechanismus

R

O

O H

+ H+

R

O+

O

H

H

R C+

O

O

H

H

R

O

O+

H

H

R

O+

O

H

H + R1 OH

O

O

O+

R

R1H

H

H

- H+

R

O

O

O

R1

H

H

+ H+

R

O

O+

O

R1

H

H

H - H2O

R

O+

H

O R1

- H+

R O R1

O

33

2.3. Vitamin C

34

2.3. Vitamin C

Allgemeines

Vitamine: im Pflanzen- und Tierreich verbreitete Stoffe, die in der Nahrung nur in kleinen Mengen vorhanden sind und für das Wachstum und die Erhaltung des tierischen Körpers unentbehrlich sind (Hofmeister)

- Vitamin C ist in vivo ein Quencher für Singulett-Sauerstoff

- Cofaktor bei der Hydoxylierung von Lysin- und Prolin-Resten bei der Biosynthese des Kollagens

35

2.3. Vitamin C

Allgemeines (2)

- Die Biosynthese erfolgt bei Tieren und Pflanzen auf verschiedenen Wegen, geht aber immer von Glucose aus

- Tagesbedarf eines Menschen: 75 – 100 mg- Vitamin C Mangel: Skorbut

- Symptome: Zahnfleischbluten, Anfälligkeit für Infektionskrankheiten, Muskelschwund

- Symptome gehen auf das Fehlen des Kollagens zurück

- in Nahrungsmittelindustrie dient Ascorbinsäure als Antioxidans

36

2.3. Vitamin C

Versuch 5:Gehaltsbestimmung von

Vitamin C in Orangen

37

2.3. Vitamin C

Auswertung

O

Cl

Cl N

OH

+O

OHOH

O

OHOH

OH

Cl

Cl NH

OH

O

OO

O

OHOH

+

2,6 Dichlorphenolindophenol Ascorbinsäure Leuko -Form Dehydroxy-Ascorbinsäure

Berechnung

m (AS) = [V (mL der DI Lösung) – V (Blindwert)] * Titer * 500

m (AS) = (x – 1,9 mL) * 0,0103 mg/mL * 500

38

2.3. Vitamin C

Versuch 6:Reduktionsmittel Ascorbinsäure

39

2.3. Vitamin C

AuswertungOxidation:

Reduktion:

Gesamt:KMnO4 + 5 e

-+VII

Mn2+ + K

+ ++ 8 H+ 4 H2O *2

OOH

OH O

OH

OH

H

H

H

OO

O O

OH

OH

H

H

H

+ 2 H+ + 2 e

-* 5

+I

+I

+II

+II

OOH

OH O

OH

OH

H

H

H

OO

O O

OH

OH

H

H

H

KMnO4+ + 4 H+ + 2 Mn

2+ + 2 K+ + 6 H2O5 2 5 + 2 OH

-

40

2.3. Vitamin C

Auswertung (2)

- der Lactonring der Ascorbinsäure ist im sauren stabil

- die Oxidation von Ascorbinsäure zu Dehydroxy-Ascorbinsäure ist reversibel

- Dehydroxy-Ascorbinsäure wird jedoch im neutralen oder basischen leicht hydrolytisch gespalten

- Mechanismus ist nicht gesichert

41

3. Schulrelevanz

42

3. Schulrelevanz

Chemikalien

Versuch: Einstufung:D 1: Isolation von Limonen S 1

V 1: Limonen als Lösemittel S 1

V 2: Bromierung von Limonen S 1

D 2: Isolation von Citronensäure S 1

V 3: Nachweisreaktionen: Citronensäure S 1

D 3: DC von Fruchtsäuren S 1

V 4: Herstellung eines Polyesters S 1

V 5: Gehaltsbestimmung von Vitamin C S 1

V 6: Reduktionsmittel Ascorbinsäure S 1

43

Themen3. Schulrelevanz

Klassenstufe: Thema: Versuch:11.1 Esterbildung V 4

Redoxgleichungen mit organischen Stoffen

V 6

Duftstoffe; Lösungsmittel D 1, V 1

Alkansäuren im Alltag D 2, D 3

11.2 Identifizierung von Kohlenstoffverbindungen

V 2, V 3

Polymere mit besonderen Eigenschaften

V 4

12.2 Nahrungsmittel D 3, V 5, V 6,

44

4. Literatur

45

4. Literatur

Literaturverzeichnis

- Arndt, C. et al. „Ester der Zitronensäure“. Praxis der Naturwissenschaften – Chemie. 2006 (8). 41-44.

- Espel, D. „Orangen – eine Erfrischung für den Chemieunterricht“. Praxis der Naturwissenschaften – Chemie. 1999 (7). 17-22.

- Gessner, Sandra. „Fett weg mit Orangenöl?“. Naturwissenschaften im Unterricht – Chemie. 1999 (53). 21-23.

- Heinmann, R. „Einem unbekannten Stoff auf der Spur –“ Praxis der Naturwissenschaften – Chemie. 1999 (7). 26-29.

- Nuhn, Peter. Naturstoffchemie. 4. Aufl. Stuttgart: S. Hirzel Verlag, 2006.

- Schwedt, Georg. Experimente mit Supermarktprodukten. Weinheim, Wiley-VCH GmbH & Co KGaA, 2003.

- Vollhardt, Peter, K.C. und Neil E. Schore. Organische Chemie. 4. Aufl. Weinheim: Wiley-VCH GmbH & Co KGaA, 2005.