Kohlenhydrate - · PDF fileKohlenhydrate – 1 Anmerkung: es gibt kaum Quellenangaben, diese Materialien sind ausschließlich zur Nachbereitung meines Unterrichts vorgesehen, nicht

Kohlenhydrate – 1

Anmerkung: es gibt kaum Quellenangaben, diese Materialien sind ausschließlich zur Nachbereitung meines Unterrichts vorgesehen, nicht für eine weitere Veröffentlichung.Bei den Seiten mit dem Unterrichtsgang stehen links die Regieanweisungen (Symbole hoffentlich selbsterklärend) und rechts der Tafelanschrieb.

K o h l e n h y d r a t e

1. Spiegelbildisomerie 21.1. Optische Aktivität 21.2. FISCHER-Projektion 21.3. Racemat 2AB: Chiralität / Polarimeter 1 3AB: Chiralität / Polarimeter 2 4AB: Optische Aktivität 5

2. Glucose 62.1. Strukturaufklärung 62.2. Halbacetalbildung 72.3. Die HAWORTH-Projektion 72.4. Nachweisreaktionen 72.5. Die 16 Aldohexosen 7Folie: Links: Wichtige Chemiker 8AB: Eigenschaften und Nachweisreaktionen 9AB: Nachweisreaktionen 10AB: Die 16 Aldohexosen 11

3. Fructose 123.1. Nachweis 123.2. Struktur 123.3. Keto-Enol-Tautomerie 12

4. Allgemeines zu den Kohlenhydrate 134.1. Aufbau und Abbau der Nährstoffe 134.2. Einteilung der Kohlenhydrate 13AB: Allgemeines / Biosynthese / Einteilung 14Folie: Aufbau und Abbau der Nährstoffe 15

5. Die glykosidische Bindung (Acetalbildung) 165.1. Reduzierende Zucker 165.2. Nichtreduzierende Zucker 16

6. Disaccharide 176.1. Saccharose (Rohr- oder Rübenzucker) 176.2. Maltose (Malzzucker) 176.3. Lactose (Milchzucker) 176.4. Hydrolyse 17Folie: Alles aus Zucker 18AB: Zuckergewinnung 19AB: Übungsfragen 20AB: Süßungsmittel 21Folie: Xylit 22AB: Isomalt 23AB: Übungen zur HAWORTH-Projektion 24

7. Polysaccharide 257.1. Stärkenachweis und Aufbau der Stärke 257.2. Stärke 257.3. Cellulose 25AB: Nachweisreaktionen / Aufbau von Stärke 26AB: Nachw. u. Hydrolyse v. Saccharose u. Stärke 27AB: Stärke 28AB: Cellulose 29Folie: Amylopektin und Cellulose 30AB: Von der Baumwollfaser zum Stoff 31AB: Veredelung von Baumwolle 327.4. Cellulosische Chemiefasern 33AB: Hydrolyse und Nitrierung von Cellulose 34AB: Quiz 35Folie: Quiz 36Folie: Anhang: Isomerien 37AB: Überprüfung 38Folie: Übungen: Lewis-Schreibweise 39Folie: Übungen: Lewis-Schreibweise 40Folie: Übungen: Lewis-Schreibweise 41

Themen/Lernziele:

Kohlenhydrate – 2

– Spiegelbildisomerie / optische Aktivität– FISCHER-Projektion

1. SpiegelbildisomerieViele Moleküle in der org. Chemie lassen sich mit ihrem Spiegel-bild nicht zur Deckung bringen (= chiral).Voraussetzung für die Chiralität ist ein asymmetrisches Kohlen-stoff-Atom im Molekül (C*-Atom mit 4 verschiedenen Gruppen). Die beiden Moleküle, die sich wie Bild und Spiegelbild verhalten heißen: Spiegelbildisomere oder Enantiomere.

1.1. Optische AktivitätViele chirale Verbindungen drehen die Schwingungsebene des po-larisierten Lichtes nach links (–) oder nach rechts (+). Der Dreh-winkel α und die Drehrichtung sind Stoffkonstanten.

1.2. FISCHER-Projektion- vertikale Anordnung der C-Atome- C-Atom mit der höchsten Oxidationszahl steht oben- jeweils das C-Atom, das betrachtet wird, befindet sich in

der Zeichenebene- oberer u. unterer Rest liegen hinter, linker und rechter Rest

liegen vor der Zeichenebene.

Bsp.: Milchsäure

C

CO OH

OHH

CH3

*

C

CO OH

HHO

CH3

*

D (–)-Milchsäure L (+)-Milchsäure- Steht die OH-Gruppe rechts am asymetrischen C*-Atom, so

liegt die D-Form vor (lat. dexter: rechts).- Steht die OH-Gruppe links am asymetrischen C*-Atom, so

liegt die L-Form vor (lat. laevis: links).

1.3. RacematEine 1 : 1 -Mischung der D- und der L-Form, bzw. von rechtsdre-hender und linksdrehender Form, nennt man Racemat. Solche racemischen Gemische drehen das polarisierte Licht nicht.

AAModelle

V

chiral von griech. cheir, die Hand

FISCHER-Projektion von weiteren Molekülen

bauen

AA

zu FISCHER und HAWORTH siehe >>2.3.>>

A. Kohlenhydrate

Kohlenhydrate – 3

AB: Chiralität / Polarimeter 1

Chemie Kohlenhydrate

Linear polarisiertes Licht. Bei gewöhnlichem Licht treten alle möglichen Schwingungsebenen auf, doch gibt es Polarisationsfilter, die nur das Licht hindurchlassen, dessen Schwingungen in einer bestimmten Ebene stattfinden. Solches Licht heißt linear polarisiertes Licht (Abb. 1).Schaut man also dem linear polarisierten Licht entgegen, so liegt die Schwingungsebene z. B. horizontal. Alle anderen Schwingungsrichtungen sind durch das Polarisationsfilter, Polarisator genannt, ausgefiltert worden (Abb. 2a). Wird ein zweites Polarisationsfilter, der Analysator, so in den Lichtstrahl gestellt, dass er nur linear polarisiertes Licht durchlässt, wel-

ches in ei-ner vertikalen Ebene schwingt, so ent-steht auf einem Bildschirm völlige Dunkelheit (Abb. 2b).Bringt man nun ein Probenrohr mit L- bzw. D-Milchsäure in den Strahlengang zwischen Polarisator und Analysator, so tritt auf dem Bild-schirm eine Aufhellung ein, und der Analysator muss um einen bestimmten Winkel gedreht werden, um wieder Dunkelheit hervorzurufen (Abb. 2c u. 2d). Bei L-Milchsäure muss der Analysator nach rechts (im Uhrzeigersinn), bei D-Milchsäure nach links (im Gegenuhrzeigersinn) gedreht werden, wobei die Blickrichtung der Richtung des Lichtstrahls entgegengesetzt ist. Man sagt, die Stoffe sind optisch aktiv und kennzeichnet rechtsdrehend mit dem Zeichen (+) und linksdrehend mit dem Zeichen (–).

Spezifische Drehung. Ein Gerät zur Messung des Drehwinkels einer optisch aktiven Substanz heißt Polarimeter. Der Drehwinkel ist der Massenkonzent-ration β der optisch aktiven Substanz und der Länge d des Probenrohrs direkt proportional: α = [α] · d · βÜblicherweise wird die Rohrlänge in dm und die Massenkonzentration in g/mL Lösung angegeben. Bei reinen Flüssigkeiten stimmt die Massenkonzentration mit der Dichte überein.Der Proportionalitätsfaktor [α] hat einen für die optisch aktive Verbindung charakteristischen Wert. Er wird spezifische Drehung genannt.Die spezifische Drehung [α] ist der Quotient aus Drehwinkel α und dem Produkt der Massenkonzentration β und der Rohrlänge d: [α] = α / (β · d).

Die spezifische Drehung beträgt für

L(+)-Milchsäure: [α]D15 = +3,82° · mL · g–1 · dm–1

D(–)-Milchsäure: [α]D15 = –3,82° · mL · g–1 · dm–1 .

Hier bedeutet die Zahl 15 die bei der Messung vorliegende Temperatur in °C, und D ist ein Hinweis auf die Wellenlänge des verwendeten Lichtes; die D-Linie einer Natriumdampflampe liegt bei λ = 589,3 nm.

Enantiomere. Welche strukturellen Unterschiede liegen den beiden Ar-ten von Milchsäure mit der Formel CH3-CH(OH)-COOH zugrunde? Dazu ist es zweck-mäßig, sich das M o d e l l e i n e s Milchsäuremo -leküls zu bauen. Man stellt fest, dass

es zwei Modelle gibt, die wie Bild und Spiegelbild aussehen (Abb. 3). Man kann die Modelle drehen und wenden wie man will, man kann auch die Atome bzw. Atomgruppen um die Einfachbindungen rotieren lassen, stets wird man feststel-len, dass sich die Modelle nicht zur Deckung bringen lassen. Sie verkörpern die beiden Isomere der Milchsäure. Eine gegenseitige Umwandlung wäre nur durch Trennung und geänderte Neubildung von Bindungen möglich.

Substanzen, deren Moleküle sich wie Bild und Spiegelbild verhalten und die nicht deckungsgleich sind, heißen Enantiomere (von griech. enantios, entge-gengesetzt).

Lit.: Elemente Chemie II (Klett), S. 262ff

Abb. 1

Abb. 3

Abb. 2a–d

Kohlenhydrate – 4

AB: Chiralität / Polarimeter 2


Objekte, die mit ihrem Spiegelbild nicht identisch sind, nennt man chiral (von griech. cheir, die Hand), z.B. D- und L-Milchsäure. Chiralität ist die Bedingung für die Existenz von Enantiomeren. Milchsäure verdankt ihre Chiralität der Tatsache, dass das mittlere Kohlenstoffatom (C*) vier verschiedene Atome bzw. Atomgruppen trägt. Man spricht von einem Chiralitätszentrum bzw. von einem asymmetrischen, d. h. asymmetrisch substituierten Kohlenstoffatom. Gibt es solche Zentren, muss man mit der Möglichkeit rechnen, dass das Molekül chiral ist und die Verbindung in Enantiomeren auftritt. Dies ist immer dann der Fall, wenn in einem Molekül nur ein einziges Chiralitätszentrum vorliegt.

Enantiomerie und optische Aktivität. Beim Durchgang durch ein chirales Molekül wird die Schwingungsebene des linear polarisierten Lichts ein wenig in eine bestimmte Richtung gedreht. Verantwortlich sind Wechselwirkungen des Lichtes mit den elektrischen und magnetischen Feldern der Moleküle, die ein asymmetrisches C-Atom enthalten. Jedes dieser Atome bewirkt eine bestimmte, geringfügige Drehung der Schwingungsebene des Lichts in eine Richtung. Die spiegelbildlich gebauten Moleküle, die nicht mit den ersteren deckungsgleich sind, bewirken eine entsprechende Drehung des Lichtes in die entgegengesetzte Richtung. Diese Vorstellung erklärt die Beobachtung, dass ein Gemisch, das von jedem Enantiomeren gleich viele Moleküle aufweist, optisch inaktiv ist, da die durch die Moleküle des einen Enantiomeren hervorgerufenen Wirkungen auf das Licht durch die Moleküle des anderen Enantiomeren wieder rückgängig gemacht werden. Ein solches Gemisch wird Racemat genannt und durch das Zeichen (±) gekennzeichnet, z.B. (±)-Milchsäure (oder DL-Milchsäure).Um die räumliche Gestalt eines Moleküls mit einem Chiralitätszentrum wiederzugeben, benutzt man die von EMIL FISCHER (1891) vorge-schlagenen Projektionsformeln. Kohlenstoffkette vertikal, Kohlenstoffatom mit der höchsten Oxidationszahl nach oben. Denkt man sich nun das Chiralitätszentrum C* in der Zeichenebene, dann sollen die mit ihm verbundenen Atome, die oben und unten stehen, hinter der Zeichenebene, und diejenigen, die links und rechts stehen, vor der Zeichenebene liegen. Die Position der Substituenten um das Chirali-

tätszentrum ist hiermit eindeutig festgelegt (Abb. 3).In den Molekülmodellen steht die OH-Gruppe rechts oder links von der vertikalen Kohlen-stoffkette. Dies hat zu der Unterscheidung der beiden Enantiomeren durch die Buchstaben D (von lat. dexter, rechts) und L (von lat. Iaevus, links) geführt.Wichtig: Aus der Konfiguration (D bzw. L) kann das Vorzeichen der optischen Drehung nicht abgeleitet werden.

Verbindungen mit mehreren Chiralitätszentren. Besitzt ein Molekül n Chiralitätszentren, so können maximal 2n Stereoisomere vorkommen; bei zwei Chiralitätszentren also vier Isomere. Beispielsweise gibt es zu 2,3,4-Trihydroxybutanal zwei Paare von Enantiomeren, deren Mo-leküle sich jeweils wie Bild und Spiegelbild verhalten (Abb. 4).Die Enantiomeren eines Paares unterscheiden sich nur in der Drehung der Polarisationsebene des Lichtes und sind in allen anderen Eigenschaften, die nichts mit dem Unterschied zwischen links und rechts zu tun haben, völlig gleich. Zu den anderen Isomeren gibt es z.T. deutlichere Unterschiede. Stereoisomere, deren Moleküle sich nicht wie Bild und Spiegelbild verhalten, heißen Diastereomere. D-Erythrose ist ein Diastereomeres zu D- oder L-Threose.Auch das Molekül der Weinsäure, 2,3-Dihydroxybutan-1,4-dicarbonsäure, besitzt zwei Chira-

litätszentren, doch gibt es nur drei Stereoisomere mit dieser Konstitutionsformel. Konstruiert man analoge Molekülmodelle von Weinsäure, so stellt man fest, dass zwei Modelle identisch sind (Abb. 5). Man kann ein Modell durch Drehung um 180° in das andere überführen. Dies ist immer dann möglich, wenn durch das Molekül eine Spiegelebene gelegt werden kann.Neben den optisch aktiven enantiomeren Formen D(–)-Weinsäure und L(+)-Weinsäure gibt es also eine dritte diastereomere Form, die meso-Weinsäure, die optisch inaktiv ist. Eine meso-Verbindung ist eine Substanz, deren Moleküle mit ihren Spiegelbildern deckungsgleich sind, obwohl sie jeweils zwei Chiralitätszentren besitzen.Offenbar heben sich die bei-den durch die Spiegelebene getrennten Molekülhälften in ihrer Wirkung auf die Polari-sationsebene des Lichtes ge-genseitig auf (innermolekulare Kompensation).

Bei einem Racemat spricht man von der zwischenmole-kularen Kompensation, die bei Traubensäure, der (±)-Wein-säure, schon von PASTEUR beobachtet wurde.

Lit.: Elemente Chemie II (Klett), S. 262ff

Abb. 4

Abb. 5 [α]

Kohlenhydrate – 5

AB: Optische Aktivität


Versuch A: Drehwinkel verschiedener ZuckerlösungenGeräte: Polarimeter, OH-ProjektorChemikalien: Glucose (Traubenzucker), Fructose, Saccharose (Rohrzucker)Durchführung: Der Drehwinkel einiger Zuckerlösungen wird mit dem Polarimeter gemessen:Der Polarimeter wird mit einem leeren Polarimeterrohr geeicht. Von den verschiedenen Mono- und Disacchari-den werden jeweils 1-molare Lösungen hergestellt (Menge richtet sich nach den Polarimeterröhren, evtl. warmes Wasser nehmen bzw. vorsichtig erwärmen). Dann wird der Drehwinkel bestimmt.

Glucose:

Fructose:

Saccharose:

Versuch B: Inversion von SaccharoseGeräte: Polarimeter, OH-ProjektorChemikalien: Saccharoselösung aus Versuch A, Salzsäure (konz.)

Durchführung: Bestimmung des Drehwinkels einer Saccharose-Lösung vor und nach der Hydrolyse mit HCl:Zu der Saccharoselösung werden 20 mL Salzsäure gegeben. Die Lösung wird sofort wieder in den Polarimeter gestellt. Der Drehwinkel wird in folgenden Zeitabständen gemessen:

Zeit t [min] 0 1 2 4 6 8 10 15 20

Drehwinkel α(t) [°]

Auswertung: Bitte erstelle ein genaues Versuchsprotokoll. Trage die Werte aus Versuch B grafisch auf. Wie lautet die Reaktionsgleichung für die Hydrolyse?

Themen/Lernziele:

Kohlenhydrate – 6

– Glucose: Strukturaufklärung– mögliche funktionelle Gruppen

2. Glucose

2.1. StrukturaufklärungVerbrennungsanalyse: 30 g Glucose ergeben 44 g CO2

und 18 g H2O=> Elemente C, H, O im Verhältnis 1:2:1

Siedepunktserhöhung: => molare Masse von 180 g/mol

=> Summenformel

C6H12O6

mögliche funktionelle Gruppen:

Gruppe NameReaktion /Eigenschaft

in Glucose möglich?

OC C Ether unpolar nein

C

O

O H

CarbonsäureCarboxyl-

saure Reaktion nein

C

O

O CEster

lässt sich in Alkohol und Säure spalten

nein

C

O KetonCarbonyl-

-on

nicht oxidierbar(keine reduzierende

Eigenschaften)nein (?)

C

O

H

Aldehyd-al

polar,oxidierbar

(reduzierend)ja

C CAlken

-enkann Brom addie-

rennein

C O H

AlkoholHydroxyl-

-ol

polar, lässt sich mit Säuren verestern

ja5 x

=> Glucose enthält eine Aldehyd-Funktion und 5 Hydroxyl-Grup-pen

funktionelle GruppenWdh.

Modelle

Themen/Lernziele:

Kohlenhydrate – 7

– Struktur von Glucose– FISCHER- und HAWORTH-Projektion

Struktur:

C

C

OH

O HH

C

C

C

HOH

O HH

O HH

C

O H

HH

2.2. Halbacetalbildung

C O R'R

H

O H

C O R'R

H

O H

δ+ δ–

δ+δ–

Aldehyd Alkohol Halbacetal

bei Glucose sogenannte innere (innermolekulare) Halbacetalbildung

βαAnomere: α-D-Glucose β-D-Glucose

2.3. Die HAWORTH-Projektion- waagerecht liegendes Sechseck- Ring-O: hinten rechts- perspektivisch: schräg von oben- OH-Gruppe zur Halbacetalbildung (bei Glucose am C–Atom

Nr. 5) muss in Richtung auf das Carbonyl-C gedreht werden.

2.4. NachweisreaktionenFEHLING, TOLLENS (= Silberspiegel), GOD (Glucose-Oxidase) (siehe Arbeitsblatt)

2.5. Die 16 Aldohexosen (siehe Arbeitsblatt)

Wdh.

Modelle

Keine 2 OH-Gruppen an einem C-Atom möglich (ERLENMEYER-Regel)

FISCHER-Projektion:- vertikale Anordnung der C-Atome- C-Atom mit der höchsten Oxidationszahl oben- das betrachtete C-Atom ist in der Zeichenebene- oberer u. unterer Rest hinter, linker und rechter

Rest vor der Zeichenebene.

!

offene Kettenform der D-Glucose

FISCHER-Projektion:

HAWORTH-Projektion:

Arbeits-Blatt

AB

Kopie

FISCHER, Emil (1852–1919), Prof. für Org. Chemie, Univ. Erlangen, Würzburg u. Berlin. 1902 Nobelpreis.

HAWORTH, Sir Walter Norman (1883–1950), Prof. für Chemie, Birmingham. 1937 Nobelpreis.

FEHLING, Hermann Ch. von (1811–1885), Prof. für Chemie, TH Stuttgart. Zuckernachweis (FEHLING-sche Lösung).

TOLLENS, Bernhard (1841–1918), Agrikulturche-miker, Chemie u. Struktur der Zuckermoleküle.

SELIWANOW, Theodor von.

SCHIFF, Hugo (1834–1915), Prof. für Chemie, Univ. Turin u. Florenz. Aldehydnachweis (SCHIFFs Reagenz = Fuchsin/Schweflige Säure).

anomeres C-Atom

Kohlenhydrate – 8

Links: Wichtige Chemiker

zur FISCHER-Projektion und Emil FISCHER:

http://de.wikipedia.org/wiki/Fischer-Projektion

http://de.wikipedia.org/wiki/Emil_Fischer

zur HAWORTH-Projektion und Walter HAWORTH:

http://de.wikipedia.org/wiki/Walter_Norman_Haworth

http://de.wikipedia.org/wiki/Haworth-Formel

zur FEHLING-Probe und Hermann FEHLING:

http://de.wikipedia.org/wiki/Fehling-Probe

http://de.wikipedia.org/wiki/Hermann_Fehling_(Chemiker)

zur TOLLENS-Probe und Bernhard TOLLENS:

http://de.wikipedia.org/wiki/Tollensprobe (Silberspiegelprobe)

http://de.wikipedia.org/wiki/Bernhard_Tollens

zur SELIWANOW-Probe, nach Theodor von SELIWANOW:

http://de.wikipedia.org/wiki/Seliwanow-Probe

zur SCHIFFschen-Probe und Hugo SCHIFF:

http://de.wikipedia.org/wiki/Schiffsche_Probe

http://de.wikipedia.org/wiki/Hugo_Schiff

Quellen: http://de.wikipedia.org/

http://de.wikipedia.org/wiki/Fischer-Projektion

http://de.wikipedia.org/wiki/Emil_Fischer

http://de.wikipedia.org/wiki/Walter_Norman_Haworth

http://de.wikipedia.org/wiki/Haworth-Formel

http://de.wikipedia.org/wiki/Fehling-Probe

http://de.wikipedia.org/wiki/Hermann_Fehling_(Chemiker)

http://de.wikipedia.org/wiki/Tollensprobe

http://de.wikipedia.org/wiki/Bernhard_Tollens

http://de.wikipedia.org/wiki/Seliwanow-Probe

http://de.wikipedia.org/wiki/Schiffsche_Probe

http://de.wikipedia.org/wiki/Hugo_Schiff

Kohlenhydrate – 9

Versuch A: Eigenschaften der KohlenhydrateGeräte: 3 Reagenzgläser, Reagenzglasklammer, Spatel, GasbrennerChemikalien: Glucose (Traubenzucker), Saccharose (Rohrzucker), CelluloseDurchführung: Erhitzen verschiedener Kohlenhydrate:In Reagenzgläsern werden drei verschiedene Kohlenhydrate (Glucose, Saccharo-se, Cellulose) bis zur Verkohlung erhitzt. Zu dem Verkohlungsrückstand gibt man demineralisiertes Wasser. Welche Elemente enthalten die Kohlenhydrate? Lassen sich die Kohlenhydrate zurückbilden?

Versuche B, C, D, E u. F: NachweisreaktionenGeräte: Reagenzgläser, Reagenzglasklammer, Spatel, GasbrennerChemikalien: Glucose (Traubenzucker), Fructose (Fruchtzucker) dem. Wasser, FEHLING I (Kupfer(II)sulfat-Lsg.), FEHLING II (alkalische Natrium-Kalium-Tartrat-Lsg.), Ammoniak (konz.), Silbernitratlösung, Salzsäure (10%ig), Resorcin, fuchsinschweflige Säure, GOD-Teststäbchen, versch. Früchte.

Durchführung B: FEHLINGsche Probe auf Glucose bzw. FructoseIn zwei Reagenzgläsern werden FEHLING I und FEHLING II jeweils im Verhältnis 1:1 vermischt. Anschließend wird zu dem einen Reagenz-glas eine Spatelspitze Glucose zugegeben, durchgeschüttelt und leicht erwärmt. Gleiches wird mit Fructose wiederholt. Bitte die Farbverände-rung genau beobachten. Was passiert mit dem Kupfer-Ion?

Durchführung C: TOLLENS-Probe (Silberspiegelprobe)Zu 5 mL Silbernitratlösung gibt man einige Tropfen Ammoniak. Es entsteht eine weißliche Trübung. Nun gibt man noch genau soviel

Ammoniak dazu, bis die Trübung gerade wie-der verschwindet (Vorsichtig). Dann kommen ca. 1 mL Glucose-Lösung dazu. Nach kurzem Schütteln stellt man das Reagenzglas (ohne weitere Erschütterungen) in ein Becherglas mit sehr heißem Wasser (Achtung: muss vorher schon mit dem Brenner heißgemacht werden). Beobachtung?

Durchführung D: Reaktion nach SELIWANOW mit Glucose und FructoseZu einer Spatelspitze Glucose gibt man 3 mL 10%ige Salzsäure und eine kleine Spatelspitze Resorcin. Unter Schütteln wird vorsichtig erwärmt. (Bitte nur sehr wenig Resorcin verwen-den).Gleiches wird mit Fructose wiederholt. Beobachtung?

Durchführung E: SCHIFFsche Probe auf Glucose mit fuchsinschwefliger SäureZu ca. 5 mL der schwach gelblich gefärbten fuchsinschwefligen Säure gibt man etwas konzentrierte (!) Glucose-Lösung. Eventuell muss leicht erwärmt werden. Beobachtung?

Durchführung F: GOD-Test auf Glucose (Bsp.: Nachweis von Glucose in Früchten)Apfel-, Kiwistücke, Rosinen, … werden jeweils mit etwas Wasser in Reagenzgläsern einige Zeit ausgekocht und mit GOD-(Glucose-Oxidase)-Teststäbchen auf Glucose geprüft.

Auswertung: Bitte erstelle ein genaues Versuchsprotokoll. Bearbeite die Fragen.

AB: Eigenschaften und Nachweisreaktionen


R C

H

O

+ 2 Cu2+ + 4 O H-

2 H2O

C

O

O

HR

+ Cu2O +

Reduktion

Oxidation

R C

H

O

+ 2 Ag+ + 2 O H-

H2O

C

O

O

HR

+ 2 Ag +

Reduktion

Oxidation

Beim Erwärmen verfärbt sich die (nach dem Mischen) dunkelblaue Lösung zuerst grünlich, dann gelb, orange und schließ-lich bildet sich ein ziegelroter Nieder-schlag (Cu2O).Bei der FEHLING-Probe werden die Cu2+-Io-nen zu Cu+-Ionen reduziert. Diese fallen als (rotbraunes) Kupfer(I)oxid aus.Durch die reduzierende Wirkung des Aldehydes bildet sich aus den Silberionen elementares Silber. Dieses schlägt sich als Silberspiegel nieder (Silberspiegelprobe)Bei der FEHLING- und der TOLLENS-Probe wird die reduzierende Wirkung der Alde-hyde ausgenutzt.

Bei Fructose bildet sich sehr schnell ein roter Farbstoff (z.T. sog. als Niederschlag. Diese Reaktion verläuft bei Glucose nicht bzw. sehr viel langsamer und schwä-cher.

Alle Stoffe verkohlen unter mehr oder weniger starker Rauchbildung. Die Kohlen„hydrate“ lassen sich nicht wieder zurückbilden.

Kohlenhydrate – 10

Nachweisreaktionen auf Glucose und Fructose

Geräte: Reagenzgläser, Reagenzglasklammer, Spatel, Gasbrenner

Chemikalien: Glucose (Traubenzucker), Fructose (Fruchtzucker), beide in Wasser gelöst; dest. Wasser, FEHLING I (Kupfer(II)sulfat-Lsg.), FEHLING II (alkalische Natrium-Kalium-Tartrat-Lsg.), Ammoniak (konz.), Silbernitratlösung, Salzsäure (10%ig), Resorcin, GOD-Teststäbchen, versch. Früchte.

Durchführung A: FEHLINGsche Probe auf Glucose bzw. Fructose

In zwei Reagenzgläsern werden FEHLING I und FEHLING II jeweils im Verhältnis 1:1 vermischt (jew. ca 2 mL). Anschließend wird zu dem einen Reagenzglas ca. 1 mL Glucose-Lösung zugegeben, durchgeschüttelt und über dem Brenner leicht erwärmt. Gleiches wird mit Fructose-Lösung wiederholt. Bitte die Farbveränderung genau beobachten. Was passiert mit dem Kupfer-Ion?

Durchführung B: TOLLENS-Probe (Silberspiegelprobe)

Zu 5 mL Silbernitratlösung gibt man einige Tropfen Ammoniak. Es entsteht eine weißliche z.T. auch bräunliche Trübung. Nun gibt man noch genau soviel Ammoniak dazu, bis die Trübung gerade wieder verschwindet (vorsichtig). Dann kommen ca. 1 mL Glucose-Lösung dazu. Nach kurzem Schütteln stellt man das Reagenzglas (ohne weitere Erschütterungen) in ein Becherglas mit sehr heißem Wasser (Achtung:

muss vorher schon mit dem Brenner heißgemacht werden). Beobachtung?

Durchführung C: Reaktion nach SELIWANOW mit Glucose und Fructose

Zu ca. 1 mL Glucose-Lösung gibt man ca 3 mL SELIWANOW-Reagenz (10%ige Salzsäure und eine kleine Spatelspitze Resorcin). Unter Schütteln wird vorsichtig erwärmt. Der gleiche Versuch wird auch mit Fructose-Lösung gemacht (zum besseren Vergleich ist es sinnvoll, beide Versuche genau gleichzeitig durchzuführen). Beobachtung?

Durchführung D: GOD-Test auf Glucose (Bsp.: Nachweis von Glucose in Früchten)

Apfel-, Kiwistücke, Rosinen, … werden jeweils mit wenig Wasser in Reagenzgläsern einige Zeit ausgekocht und mit GOD-(Glucose-Oxidase)-Teststäbchen auf Glucose geprüft.

Auswertung: Bitte erstelle ein genaues Versuchsprotokoll. Bearbeite die Fragen.

AB: Nachweisreaktionen


R C

H

O

+ 2 Cu2+ + 4 O H-

2 H2O

C

O

O

HR

+ Cu2O +

Reduktion

Oxidation

R C

H

O

+ 2 Ag+ + 2 O H-

H2O

C

O

O

HR

+ 2 Ag +

Reduktion

Oxidation

Beim Erwärmen verfärbt sich die (nach dem Mischen) dunkelblaue Lösung zuerst grünlich, dann gelb, orange und schließ-lich bildet sich ein ziegelroter Nieder-schlag (Cu2O).Bei der FEHLING-Probe werden die Cu2+-Io-nen zu Cu+-Ionen reduziert. Diese fallen als (rotbraunes) Kupfer(I)oxid aus.Durch die reduzierende Wirkung des Aldehydes bildet sich aus den Silberionen elementares Silber. Dieses schlägt sich als Silberspiegel nieder (Silberspiegelprobe)Bei der FEHLING- und der TOLLENS-Probe wird die reduzierende Wirkung der Alde-hyde ausgenutzt.

Bei Fructose bildet sich sehr schnell ein roter Farbstoff (z.T. sog. als Niederschlag. Diese Reaktion verläuft bei Glucose nicht bzw. sehr viel langsamer und schwä-cher.


AB: Die 16 Aldohexosen


C

C

OH

H O

C

C

C

H O H

O HH

O HH

C

O H

HH

H

C

C

OH

HO

C

C

C

HOH

OH H

OH H

C

O H

HH

H

C

C

OH

OH H

C

C

C

H O H

O HH

O HH

C

O H

HH

C

C

OH

O HH

C

C

C

HOH

OH H

OH H

C

O H

HH

C

C

OH

O HH

C

C

C

HOH

O HH

O HH

C

O H

HH

C

C

OH

OH H

C

C

C

H O H

OH H

OH H

C

O H

HH

C

C

OH

OH H

C

C

C

HOH

O HH

O HH

C

O H

HH

C

C

OH

O HH

C

C

C

H O H

OH H

OH H

C

O H

HH

C

C

OH

O HH

C

C

C

H O H

OH H

O HH

C

O H

HH

C

C

OH

OH H

C

C

C

HOH

O HH

OH H

C

O H

HH

C

C

OH

OH H

C

C

C

H O H

OH H

O HH

C

O H

HH

C

C

OH

O HH

C

C

C

HOH

O HH

OH H

C

O H

HH

C

C

OH

O HH

C

C

C

HOH

OH H

O HH

C

O H

HH

C

C

OH

OH H

C

C

C

H O H

O HH

OH H

C

O H

HH

C

C

OH

O HH

C

C

C

H O H

O HH

OH H

C

O H

HH

C

C

OH

OH H

C

C

C

HOH

OH H

O HH

C

O H

HH

D(+)-Allose (All) L(–)-Allose (All) D(+)-Altrose (Alt) L(–)-Altrose (Alt)

D(+)-Glucose (Glu) L(–)-Glucose (Glu) D(+)-Mannose (Man) L(–)-Mannose (Man)

D(–)-Gulose (Gul) L(+)-Gulose (Gul) D(–)-Idose (Ido) L(+)-Idose (Ido)

D(+)-Galactose (Gal) L(–)-Galactose (Gal) D(+)-Talose (Tal) L(–)-Talose (Tal)

Themen/Lernziele:


3. FructoseAuch die Fructose (Fruchtzucker) ist ein Monosaccharid (Einfachzucker) sie kommt wie die Glucose in Früchten und z.B. auch in Honig vor.Summenformel: C6H12O6

(= Isomer zu Glucose)

FISCHER-Projektion

3.1. NachweisSELIWANOW-Reaktion (Resorcin/Salzsäure => Rotfärbung)

(siehe Arbeitsblatt)

3.2. StrukturFructose kommt auch in der Ringform vor. Neben der Sechsring-form (Sauerstoffbrücke zwischen dem C-2-Atom und dem C-6-Atom/Pyranose) liegt Fructose auch als Fünfring (Sauerstoffbrü-cke zwischen dem C-2-Atom und dem C-5-Atom/Furanose) vor. Bei beiden Formen unterscheidet man wieder zwischen α- und β-Fructose.

O

H

HO

OH

H

H

HOH2C

OH

CH2OH1

2

34

5

6

α

O

H

HO

OH

H

H

HOH2C

CH2OH

OH

1

2

34

5

6

β

HAWORTH-ProjektionAnomere: α-D-Fructose β-D-Fructose

3.3. Keto-Enol-TautomerieObwohl Fructose auch in der offenkettigen Form keine Alde-hydgruppe enthält wirkt sie doch reduzierend (positive FEHLING-Probe). Die Keto-Gruppe kann sich hier in eine Aldehydgruppe umwandeln:

H

C

C

R

H O H

O

C

C

R

H O H

O

C

C

R

H O

OH HH

(OH–) (OH–)

D-Fructose Enolform D-Glucose

– Kennenlernen eines weiteren Monosaccharides: Fructose– FISCHER-Projektion, Ringbildung, HAWORTH-Projektion, Keto-Enol-Tautomerie

Modelle

Wdh.

Arbeits-Blatt

AB

ModelleAA

Wdh.AldoseKetoseHexosePyranoseFuranose

anomeres C-AtomWdh.

C

C O

C

C

C

HOH

O HH

O HH

C

O H

HH

H

H

OH

Themen/Lernziele:


– Allgemeines, Bedeutung, Eigenschaften, Biosynthese– Mono-, Di- und Polysaccharide

4. Allgemeines zu den KohlenhydrateKohlenhydrate werden aus Kohlenstoffdioxid und Wasser bei der Fotosynthese aufgebaut. Der Name für diese Stoffgruppe leitet sich von der allgemeinen Summenformel Cm(H2O)n ab. Namen für Koh-lenhydrate haben oft die Endung -ose. Beispiele: Glucose, Fruc-tose, Saccharose, Cellulose. Kohlenhydrate können aus kleinen Molekülen bestehen, aber auch aus vielen Bausteinen aufgebaut sein. Niedermolekulare Kohlenhydrate nennt man auch Zucker. Mehr als 50% des organischen Kohlenstoffes der Erde liegt in Form von Cellulose vor!Bedeutung: Kohlenhydrate sind wichtige Speicher-, Gerüst- und Nährstoffe.Eigenschaften: hydrophil, lipophob; zersetzen sich beim Erhitzen zu Kohlenstoff und Wasser; haben z. T. reduzierende Wirkung (FEHLING-Nachweis).

4.1. Aufbau und Abbau der Nährstoffe

Mit Hilfe des Blattgrüns werden in den Pflanzen unter Ausnutzung der Sonnenenergie aus Wasser und dem Kohlenstoffdioxid der Luft ener-giereiche Verbindungen, die Kohlenhydrate aufgebaut. Sie sind auch die Ausgangsstoffe für den Aufbau von Fett und Eiweiß in den Pflanzen. Kohlenhydrate, Fett und Eiweiß bilden die Grundlage für alle Lebens-vorgänge bei Pflanzen, Tieren und Menschen. Durch den Stoffwechsel werden sie unter Rückgewinnung von Energie wieder abgebaut.

4.2. Einteilung der KohlenhydrateDie Kohlenhydrate werden nach Anzahl ihrer „Bausteine“ in ver-schiedene Gruppen eingeteilt:Monosaccharide: aus einem einzelnen Molekül aufgebaute Zucker (Glucose, Fructose, Mannose, Galactose, Ribose, Threose,…) allg. Formel: CnH2nOn

Disaccharide: aus zwei Molekülen durch eine Kondensationsreak-tion (H2O-Abspaltung) entstandener Doppelzucker (Saccharose, Maltose, Lactose, Cellobiose,…) allg. Formel: CnH2(n-1)O(n-1)

Oligosaccharide: Drei bis zehn verknüpfte MonosaccharidePolysaccharide: aus vielen Molekülen durch Kondensationsreakti-onen entstandenes Makromolekül (Stärke = Amylose u. Amylopektin, Glykogen, Cellulose)

Kopie

FolieFoto-

syntheseKohlen-hydrate

Atmung

PflanzenFette

Eiweiße

Tiere

Pflanzen

Sonnen-energie

Wärme

Muskel-arbeit

AbfallstoffePH2O SCaFe

MgN

CO2

CO2

O2O2


4. Allgemeines zu den Kohlenhydrate

Kohlenhydrate werden aus Kohlenstoffdioxid und Wasser bei der Fotosynthese aufgebaut. Der Name für diese Stoffgruppe leitet sich von der allgemeinen Summenformel Cm(H2O)n ab.

Namen für Kohlenhydrate haben oft die Endung -ose. Beispiele: Glucose, Fructose, Saccharose, Cellulose. Koh-lenhydrate können aus kleinen Molekülen bestehen, aber auch aus vielen Bausteinen aufgebaut sein. Niedermo-lekulare Kohlenhydrate nennt man auch Zucker.

Mehr als 50% des organischen Kohlenstoffes der Erde liegt in Form von Cellulose vor!

Bedeutung: Kohlenhydrate sind wichtige Speicher-, Gerüst- und Nährstoffe.

Eigenschaften: hydrophil, lipophob; zersetzen sich beim Erhitzen zu Kohlenstoff und Wasser; haben z. T. redu-zierende Wirkung (FEHLING-Nachweis).

4.1. Aufbau und Abbau der Nährstoffe

Mit Hilfe des Blattgrüns werden

in den Pflanzen unter Ausnut-

zung der Sonnenenergie aus

Wasser und dem Kohlenstoff-

dioxid der Luft energiereiche

Verbindungen, die Kohlenhydra-

te aufgebaut. Sie sind auch die

Ausgangsstoffe für den Aufbau

von Fett und Eiweiß in den

Pflanzen. Kohlenhydrate, Fett

und Eiweiß bilden die Grundla-

ge für alle Lebensvorgänge bei

Pflanzen, Tieren und Menschen.

Durch den Stoffwechsel werden

sie unter Rückgewinnung von

Energie wieder abgebaut.

4.2. Einteilung der Kohlenhydrate

Die Kohlenhydrate werden nach Anzahl ihrer „Bausteine“ in verschiedene Gruppen eingeteilt:

Monosaccharide: aus einem einzelnen Molekül aufgebaute Zucker

(Glucose, Fructose, Mannose, Galactose, Ribose, Threose, …) allg. Formel: CnH2nOn;

Disaccharide: aus zwei Molekülen durch eine Kondensationsreaktion (H2O-Abspaltung) entstandener

Doppelzucker (Saccharose, Maltose, Lactose, Cellobiose, …) allg. Formel: CnH2(n-1)O(n-1);

Oligosaccharide: Drei bis zehn verknüpfte Monosaccharide;

Polysaccharide: aus vielen Molekülen durch Kondensationsreaktionen entstandenes Makromolekül

(Stärke = Amylose u. Amylopektin, Glykogen, Cellulose).

AB: Allgemeines / Biosynthese / Einteilung


Foto-synthese

Kohlen-hydrate

Atmung

PflanzenFette

Eiweiße

Tiere

Pflanzen

Sonnen-energie

Wärme

Muskel-arbeit


MgN

CO2

CO2

O2O2


Foto-synthese

Kohlen-hydrate

Atmung

PflanzenFette

Eiweiße

Tiere

Pflanzen

Sonnen-energie

Wärme

Muskel-arbeit


MgN

CO2

CO2

O2O2

Aufbau und Abbau der Nährstoffe

Mit Hilfe des Blattgrüns werden in den Pflanzen unter Ausnutzung der Sonnenener-gie aus Wasser und dem Kohlenstoffdioxid der Luft energiereiche Verbindungen, die Kohlenhydrate aufgebaut.

Sie sind auch die Ausgangsstoffe für den Aufbau von Fett und Eiweiß in den Pflan-zen. Kohlenhydrate, Fett und Eiweiß bilden die Grundlage für alle Lebensvorgänge bei Pflanzen, Tieren und Menschen.

Durch den Stoffwechsel werden sie unter Rückgewinnung von Energie wieder abge-baut.

Themen/Lernziele:


– glykosidische Bindung / Acetale– reduzierende und nichtreduzierende Zucker

5. Die glykosidische Bindung (Acetalbildung)Kommt es zwischen einer halbacetalischen OH-Gruppe und einer alkoholischen OH-Gruppe zu einer Kondensationsreaktion, so sprechen wir von einer Acetalbildung. Handelt es sich bei den reagierenden Molekülen um Zuckermoleküle heißt diese Verknüp-fung: glykosidische Bindung. Die entstehenden Zucker heißen Glykoside.

R OC

R' OH

H

CR''

R'''HO

H R OC

R'

H

CR''

R'''

H

O

Da bei Zuckern mehrere Hydroxylgruppen vorhanden sind, beste-hen mehrere Möglichkeiten der Verknüpfung.

5.1. Reduzierende ZuckerWird zur Acetalbildung nur eine halbacetalische Hydroxylgruppe und irgendeine andere OH-Gruppe verwendet, so besitzt das ent-stehende Molekül immer noch eine halbacetalische OH-Gruppe, die reduzierend wirken kann (Ringöffnung zum Aldehyd).Die entstehenden Zucker sind sog. reduzierende Zucker. Beispie-le: Lactose, Maltose (aus 2 Glucosemolekülen):

H O

OH

H

OHH

OH

CH2OH

HO OH

H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

H H

1

23

4

5

6

1

23

4

5

6

β-Maltose α-(1,4)-glykosidische Bindung

5.2. Nichtreduzierende ZuckerWerden zur Acetalbildung von beiden Zuckermolekülen die halbacetalischen OH-Gruppen verwendet, so hat das entstehende Acetal-Molekül keine reduzierende Wirkung mehr, da diese direkt von der halbacetalischen OH-Gruppe abhängt.Die entstehenden Zucker sind sog. nichtreduzierende Zucker. Beispiel: Saccharose (aus einem Glucose- und einem Fructosemo-lekül).

H O

OH

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

H1

2

3

O

H

OH

OH

H

CH2OH4

51

23

4

5

6

HCH2OH

6

Saccharose (1,2)-glykosidische Bindung β-D-Fructofuranosyl-α-D-Glucopyranosid

H O

OH

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

H

OH

CH2OH

H

H

OHO

H H

1

23

4

5

6

1

23

4

5

6

OH

H

zur Übung:ist dieser Zucker reduzierend oder nicht?

Modelle

Modelle

?

β-Cellobiose β-(1,4)-glykosidische Bindung

α

β

β

β

α

Themen/Lernziele:


– Saccharose, Maltose, Lactose– Wiederholung

6. Disaccharide

6.1. Saccharose (Rohr- oder Rübenzucker)(süßer Geschmack, sehr gut wasserlöslich, unlöslich in Benzin)Aufbau: Saccharose wird beim Erhitzen mit Säure in Glucoseund Fructose gespalten. Summenformel: C12H22O11

H O

OH

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

H1

2

3

O

H

OH

OH

H

CH2OH4

51

23

4

5

6

HCH2OH

6

Verwendung: wichtiger Energiespender (Welterzeugung 2002: 135 Mio. t; in D 3,8 Mio t Erzeugung u. 2,8 Mio t Verbrauch)

• Vergärung: Ethanolgewinnung• Konservierungsmittel: Gärungserreger sind bei hoher Zucker-

konzentration nicht mehr lebensfähig,• Hydrierung zu Sorbit (C6H14O6): Zuckerersatz f. Zuckerkranke• Herstellung von Vitamin C (über Sorbit)• Zuckerfarbstoff (Zuckercouleur, Karamelzucker)

6.2. Maltose (Malzzucker)

H O

OH

H

OHH

OH

CH2OH

HO H

OH

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

H H

1

23

4

5

6

1

23

4

5

6

α α α-Maltose α-(1,4)-glykosidische Bindung

6.3. Lactose (Milchzucker)

OH O

H

H

OHH

OH

CH2OH

HO

H, OHH

OHH

OH

CH2OH

HH

1

23

4

5

6

1

23

4

5

6

O

α

β

α- oder β-Lactose β-(1,4)-glykosidische Bindung

6.4. HydrolyseAlle Disaccharide lassen sich unter katalytischer Wirkung von H3O

+-Ionen durch Anlagerung von Wasser in die entsprechenden Monosaccharide spalten (saure Hydrolyse).Auch Enzyme können die Disaccharide spalten.

Nachweisreaktionen für Glucose und Fructosereduzierende WirkungHalbacetalbildungAcetal-Bildung (glykosidische Bindung)FISCHER-ProjektionHAWORTH-Projektion Wdh.

Wdh.

Modelle

aus 2 Glucosemolekülen

aus β-D-Galactose und D-Glucose


Alles aus Zucker

Kunsthonig. Ein aus mehr oder weniger stark invertierter Saccharose mit oder ohne Verwendung von Stärke-Si-rup oder Stärke-Zucker hergestelltes, aromatisiertes, dem Honig in Aussehen, Geruch und Geschmack ähnliches Erzeugnis. Je nach Herstellung enthält Kunsthonig organische Nichtzuckerstoffe, Mineralstoffe, Saccharose und Hydroxymethylfurfural (0,08 – 0,14%). Der Zusatz von Lebensmittelfarbstoffen ist üblich. Zur Herstellung von Kunsthonig wird eine 75%ige Saccharose-Lösung säurehydrolytisch (z.B. durch Salz-, Schwefel-, Phosphor- oder Ameisensäure) oder seltener enzymatisch in Glucose und Fructose gespalten. Der Säure-Zusatz wird mit Natrium- oder Calciumcarbonat u. a. neutralisiert und der invertierte Sirup aromatisiert. Aromaträger sind vor allem Phenyl-essigsäureester. Während der Inversion entsteht durch Zersetzung von Fructose und Glucose eine merkliche Menge an Hydroxymethylfurfural, das durch den FIEHE-Test nachweisbar ist und zur Unterscheidung von Kunsthonig und Honig dient.Verwendung: Als Brotaufstrich sowie zur Herstellung von Backwaren. - E artifical honey - F miel artificiel - I miele artificiale - S miel artificial.

Lit.: RÖMPP - Chemie-Lexikon, Thieme-Verlag Stuttgart


AB: Zuckergewinnung


Im Altertum war im europäischen Raum Honig der marktbeherrschende Süßstoff. In Indien dagegen hatte man schon um 300 v. Chr. mit der Zuckergewinnung aus Zuckerrohr begonnen. Im heutigen Libanon trafen um 1100 n. Chr. die Kreuzritter auf Zuckerrohrkulturen. Sie beschrieben die Zuckergewinnung wie folgt: „In den Feldern der Ebene bei Tripolis fand man ein Honigschilf, welches sie dort „sucra“ nennen. Dieses Gewächs wird von Einwohnern alljährlich mit großer Mühe angebaut. Zur Erntezeit wird das reife Rohr in Mörsern zerstampft, der filtrierte Saft in tönerne Gefäße gefüllt und stehen gelassen bis er erstarrt und hart wird, weißem Salze oder Schnee ähnlich.“In den folgenden Jahrhunderten war dann Rohrzucker ein teurer Importartikel, der wie andere exotische Gewürze gehandelt wurde. Auf seiner zweiten Reise nach Westin-dien nahm 1493 COLUMBUS Zuckerrohrpflanzen von den Kanarischen Inseln mit. Auf Haiti und anderen westindischen Inseln entstanden große Zuckerrohrplantagen, auf denen zunächst die indianische Urbevölkerung und nach deren Ausrottung aus Afrika verschleppte Negersklaven unter unmenschlichen Bedingungen zur Zwangsarbeit herangezogen wurden.Mit der Zeit wurde Zucker immer mehr zu einer Ware des täglichen Bedarfs. In eu-ropäischen Ländern ohne Kolonialbesitz suchte man nach einheimischen Pflanzen, aus denen sich Zucker gewinnen ließ. Im Jahr 1747 isolierte der an der Königlichen Akademie der Wissenschaften in Berlin arbeitende Chemiker MARGGRAF aus der Run-kelrübe Kristalle, die Zuckerkristallen aus Zuckerrohr völlig entsprachen. Nachfolger MARGGRAFs als Akademiedirektor wurde ACHARD, der Rüben mit höherem Zuckergehalt züchtete. Er errichtete 1801 in Schlesien die erste Rübenzuckerfabrik der Welt, in der täglich aus 5000 Kilogramm Rüben 200 Kilogramm Rohzucker gewonnen wurde. Im Jahre 1985 wurden in der Bundesrepublik Deutschland 3,4 Millionen Tonnen Rübenzucker erzeugt.

Technologie der Zuckergewinnung. In Mitteleuropa werden heute hochgezüchtete Zuckerrüben angebaut, die in ihrer Wurzel Zucker bis zu einem Gehalt von 20% der Trockenmasse speichern. Nach einer Wuchszeit von fünf Monaten werden die Rüben geerntet, entblättert, vorgereinigt und an die Zuckerfabriken geliefert. Dort werden die Rüben gewaschen und in Schneidmaschinen zerkleinert. Die Rübenschnitzel gelangen dann in die Extraktionsanlagen. Das sind bis 20 m hohe und 8,5 m breite, zylindrische Stahltürme, in denen die Schnitzel von unten nach oben transportiert werden. Extrahiert wird mit 70°C heißem Wasser, das im Gegenstrom bis zu 99% des Zuckers herauslöst.Der schwarzgraue Rohsaft enthält neben Zucker anorganische Stoffe wie Phosphate und organische Verbindungen wie Citronensäure, Oxalsäure und Äpfelsäure, Eiweiße und Melanine. Die ausgelaugten Rübenschnitzel enthalten noch Restzucker, Cellulose und Eiweiße; getrocknet sind sie ein wertvolles Viehfutter.Die Reinigung des Rohsaftes erfolgt in mehreren Stufen. Zunächst wird dem Saft Kalkmilch (Ca(OH)2) zugegeben, die in der Fabrik durch Brennen von Kalkstein und Ablöschen mit Wasser selbst hergestellt wird. Es fallen schwerlösliche Calcium-Salze aus, und durch die pH-Verschiebung laufen verschiedene Abbaureaktionen ab. In der sich anschließenden Carbonatation leitet man Kohlenstoffdioxid ein, das ebenfalls beim Kalkbrennen anfällt. Überschüssige Calcium-lonen werden als Calciumcarbonat gefällt, das zugleich als Adsorptionsmittel für Verunreinigungen dient. Nach zweimaligem Filtrieren bleibt der klare, hellgelbe Dünnsaft zurück, der etwa 14% Zucker enthält.In einer mehrstufigen Verdampfungsanlage wird der Dünnsaft auf einen Zuckergehalt von 65% bis 70% eingedickt. Der Wasserentzug erfolgt dabei unter Vakuum bei Tem-peraturen unter 80°C, um ein Verfärben des Zuckers bei zu hohen Temperaturen zu vermeiden. Der Dicksaft wird weiter eingedampft, bis sich die ersten Zuckerkristalle bilden. Meist wird mit Puderzucker „geimpft“, um die Kristallisation einzuleiten. Man erhält die sogenannte Füllmasse, die aus etwa 45% Zuckerkristallen und 55%

Zuckersirup besteht. Die Kristalle werden durch Zentrifugieren abge-trennt, während der ablaufende Sirup einer erneuten Kristallisation unterzogen wird. Der so gewonnene Rohzucker ist durch anhaftende Sirupreste gelblich. Sie werden mit heißem Wasserdampf entfernt, und man erhält so Weißzucker (6). Die im Haushalt gebräuchliche Raffinade ist ein besonders reiner Zucker, den man durch Umkristal-lisieren von Weißzucker gewinnt.Beim Zentrifugieren verbleibt ein ablaufender Rübensaftrest, aus dem sich eine weitere Zuckergewinnung nicht lohnt. Diese dun-kelbraune Melasse (7) enthält noch bis zu 50% Zucker und viele Nichtzuckerstoffe. Melasse wird als Futtermittel verwendet, ist aber auch ein wichtiger Rohstoff zur Gewinnung von Alkohol und anderen Gärungsprodukten.

Gewinnung von Rübenzucker. Die gewaschenen Zuckerrüben wer-den zunächst geschnetzelt und in Auslaugtürmen mit 80 °C warmem Wasser im Gegenstromprinzip 1 bis 1,5 Stunden lang ausgelaugt. Der schwach sauer reagierende „Diffusionssaft“ wird mit Calciumoxid versetzt. Dadurch werden Pflanzensäuren wie Oxalsäure, Weinsäure und andere Hydroxysäuren als Calciumsalze ausgefällt. Außerdem bilden sich aus Magnesium und Eisensalzen schwerlösliche Hydroxide, und gelöste Eiweißstoffe werden abgeschieden. Um überschüssiges Calciumhydroxid wieder als Calciumcarbonat zu entfernen, sättigt man die Lösung anschließend mit Kohlenstoffdioxid.Der Zuckersaft wird nun mehrmals filtriert und im Vakuum zu einem Sirup mit einem Wasseranteil von 40% eingedickt. Der auskristalli-sierte Rohzucker wird in Zentrifugen weitgehend vom Sirup getrennt, ist aber gelbbraun gefärbt und leicht klebrig. Zur Herstellung des han-delsüblichen Weißzuckers wird er noch mehrmals gelöst, die Lösungen werden über Aktivkohle filtriert und immer wieder eingedampft. Man erhält so einen gereinigten („raffinierten“) Zucker, der weiß ist und bis zu 99,9 % Saccharose enthält. Der Rest ist Wasser. So kommt der Zucker in den Handel.

In der Zuckerfabrik werden die Zuckerrüben zunächst gereinigt und geschnitzelt. Aus den Schnitzeln laugt man den Zucker mit Wasser von etwa 70° C heraus. Das geschieht in den rund 20 m hohen Ex-traktionstürmen. Die so erhaltene Zuckerlösung wird mit Kalk versetzt, der die in der Lösung enthaltenen Verunreinigungen ausfällt. Dann filtriert man den Dünnsaft ab und kocht ihn bei Unterdruck. Aus dem Sirup kristallisiert Zucker aus, der durch Zentrifugieren abgetrennt und durch Umkristallisieren gereinigt (raffiniert) werden kann. Zur Zeit werden auf der Erde pro Jahr rund 80 Millionen Tonnen Zucker gewonnen, etwa 60% davon aus Zuckerrohr, 40% aus Zuckerrüben. Weitaus die größte Menge wird als Nahrungsmittel verwendet. Dar-über hinaus dient Zucker als Rohstoff. Durch Vergären gewinnt man aus ihm Ethanol, durch Hydrieren den Sorbit, eine Verbindung mit sechs Hydroxylgruppen, die als Zuckerersatz für Diabetiker und zur Herstellung von Vitamin C verwendet wird.

Lit.: Chemie heute SII (Schroedel) / Elemente Chemie II (Klett) / Chemie II (Diesterweg)

Bitte lies die Texte durch und erstelle eine Grafik zur Zuckergewinnung, die alle wesentlichen Produktionsschritte enthält.

H O

OH

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

H1

2

3

O

H

OH

OH

H

CH2OH4

51

23

4

5

6

HCH2OH

6

β-D-Fructofuranosyl-α-D-Glucopyranosid


Aufgaben:

1.1. Was sind Kohlenhydrate? (Allg. Formel/Beispiele)

1.2. Mono- und Disaccharide? (Beispiele/Einteilung/Unterschiede)

1.3. Wie entstehen Kohlenhydrate?

2. Was bedeutet: 1. Aldose

2. Ketose

3. Triose

4. Pentose

5. Hexose

6. Matrose

3.1. Was ist die FISCHER-Projektion?

3.2. Zeichne die FISCHER-Projektionen von allen möglichen Aldotetrosen! (4 Stück)

3.3. Bezeichne die asymetrischen C*-Atome. Welches sind die Enantiomerenpaare?

AB: Übungsfragen



AB: Süßungsmittel


Lit.: Chemie heute SII (Schroedel) / Lehrerband S. 275


Xylit


AB: Isomalt


Durch die Strukturänderung können die Enzym-Moleküle die Hydrolyse kaum noch katalysieren. Deshalb wird Isomalt:a) durch Mundbakterien nicht angegriffen; es entstehen keine Karies fördernden Säuren,b) durch die Verdauungsenzyme im Dünndarm etwa 12mal langsamer hydrolysiert als Saccharose, so dass der Blut-zuckerspiegel nur langsam ansteigt. Isomalt ist daher für Zuckerkranke geeignet.c) Durch die verlangsamte Hydrolyse wird nur etwa ein Drittel des aufgenommenen Isomalts in Form von Glucose, Mannit und Sorbit im Dünndarm resorbiert. Isomalt ist daher als kalorienreduziertes Süßungsmittel geeignet. Isomalt ist im Vergleich zu Saccharose nur halb so süß.



AB: Übungen zur HAWORTH-Projektion


CHO

C OHH

C

C

C

HHO

OHH

OHH

CH2OH

CH2OH

C O

C

C

C

HHO

OHH

OHH

CH2OH

H C

C

C C

C

O

OH

H

OHH

OH

CH2OH

HH

OH

H C

C

C C

C

O

OH

H

OHH

OH

CH2OH

HOH

H H C

C

C C

C

O

OH

H

OHH

OH

CH2OH

HOH

H

C

CC

O

C

H

HO

OH

H

H

HOH2C

OH

CH2OH

C

CC

O

C

H

HO

OH

H

H

HOH2C

CH2OH

OH

C

CC

O

C

H

HO

OH

H

HO

HOH2C

CH2OH

H

C

CC

O

C

H

HO

OH

H

CH2OH

CH2OH

HH C

C

C C

C

O

OH

H

OHH

OH

CH2OH

HH

O

H C

C

C C

C

O

OH

H

OHH

OH

CH2OH

HH

O

H C

C

C C

C

O

H

OHH

OH

CH2OH

HOH

H

H C

C

C C

C

O

OH

H

OHH

OH

CH2OH

H

H

O

H

C

C

C O

C

C

CH2OH

H

H

OHH

OH

OH

H

H C

C

C C

C

O

OH

H

OHH

OH

CH2OH

HH

OH

C

CC

O

C

H

HO

OH

H

HO

HOH2C

CH2OH

H

H C

C

C C

C

O

OH

H

OHH

OH

CH2OH

HH

O

H C

C

O C

C

C

HOH2C

H

H

OHH

OH

OH

H

HO C

C

C C

C

O

H

H

OHH

OH

CH2OH

H

H

O

H

C

C

C O

C

C

CH2OH

H

H

OHOH

H

OH

H1. Kennzeichne jeweils das anomere C-Atom.2. Nummeriere jeweils die C-Atome.3. Um welche Mono- bzw. Disaccharide handelt es

sich (bzw. aus welchen Monosacchariden sind die Disaccharide aufgebaut)?

4. Welche Disaccharide sind reduzierende Zucker?

D-Fructose

D-Glucose

α-D-Glucose β-D-Glucose β-D-Glucose

α-D-Fructose β-D-Fructose β-D-Fructose

α-D-Glucose β-D-Fructose

Saccharose

β-Maltose β-Cellobiose

Trehalose1,1-α-α-

α-Lactose

α-D-Glucose α-D-Glucose

α-D-Glucose β-D-Glucose

β-D-Glucose β-D-Glucose

α-D-Glucoseβ-D-Galactose

1

23

5

6

4 1

23

5

6

4 1

23

5

6

4

1

2

3

5

6

4

2

3

5

6

4 1

1

2

3 4

5

6

1

23

5

6

4

1

23

5

6

4

1

23

5

6

4 1

23

5

6

4

1

23

5

6

4

1

23

5

6

4

1

23

5

6

4

1

2 3

5

64

1

23

5

6

4

1

23

5

6

4

1

2

3 4

5

6

1

2

3 4

5

6

Red.

Red.

Red.

Themen/Lernziele:


7. Polysaccharide

7.1. Stärkenachweis und Aufbau der Stärke


7.2. Stärke


7.3. Cellulose


– Aufbau von Stärke– Cellulose

Arbeits-Blatt

AB

Kopie

Kopie


AB: Nachweisreaktionen / Aufbau von Stärke


Saccharose und Stärke / Aufbau und NachweisreaktionenBei den Versuchen geht es darum nachzuweisen, dass Saccharose und Stärke aus Monosacchariden aufgebaut sind. Folgende Versuche werden durchgeführt:1. FEHLINGsche Probe mit Saccharose und Stärke.2. Iod-Stärke-Reaktion.3. Säurekatalysierte Hydrolyse von Saccharose und FEHLINGsche Probe mit den Hydrolyseprodukten.4. Säurekatalysierte Hydrolyse von Stärke, dabei ständig Iod-Stärke-Reaktion und Fehlingsche Probe mit dem Hydrolyseprodukt.Achtung: Manche Reaktionen werden im sauren, manche im alkalischen Milieau durchgeführt!

Geräte: viele Reagenzgläser, Reagenzglasklammer, 2 Reagenzglasständer, Spatel, Gasbrenner, Becherglas, Drei-fuß, Drahtnetz, Pipette

Chemikalien: Saccharose, lösliche Stärke, dest. Wasser, Iod-Kaliumiodidlösung (I2 u. KI in Wasser gelöst) dest. Wasser, FEHLING I, FEHLING II, Salzsäure (5%ig u. konz.), Natronlauge (10%ig)

Durchführung und Fragen:1. FEHLINGsche Probe wurde schon beschrieben (Arbeitsblatt: Eigenschaften und Nachweisreaktionen).2. Iodstärkereaktion: 5 mL heißem Wasser setzt man eine Spatelspitze lösliche Stärke zu, schüttelt um und lässt abkühlen. Zu der nun abgekühlten Stärkelösung gibt man einige Tropfen verdünnte Iod-Kaliumiodidlösung. Beob-achtung?3. Hydrolyse einer Saccharoselösung: In einem Erlenmeyerkolben versetzt man 10 mL einer 5%igen Saccharo-selösung mit 1 mL konz. Salzsäure (Vorsicht!) und kocht einige Minuten. Einige mL gibt man in ein Reagenzglas und neutralisiert mit Natronlauge (mit Indikatorpapier prüfen).4. Aufbau von Stärke: Fülle 10 Reagenzgläser jeweils mit 2 mL FEHLING I, 2 mL FEHLING II und 1 mL 10%iger Nat-ronlauge. In 10 weitere Reagenzgläser gibst du 1-2 Tropfen Iod-Kaliumiodidlösung. Erhitze 2 g Kartoffelstärke mit 50 mL HCl (5%ig) vorsichtig bis zum Kochen. Gib dann die ersten Proben (jeweils 2 mL) in die ersten Reagenz-gläser der beiden Reihen. Nach jeweils 1 min kommen in die nächsten Reagenzgläser wieder jew. 2 mL. Bitte schreibe (oder male) deine Beobachtungen genau auf.

Auswertung: Bitte erstelle ein Versuchsprotokoll. Wie lassen sich deine Ergebnisse interpretieren?

Achtung: bei allen Versuchen Schutzbrille aufsetzen!

jew. 2 mL FEHLING I,2 mL FEHLING II und1 mL 10%ige Natron-lauge

jew. 1-2 TropfenIod-Kaliumiodid-lösung

Nach einigen Minuten der Re-aktion klappt Fehling immer besser, dafür wird der Iod-Stärke-Nachweis immer schwächer:Die Stärke wird im Lauf der Zeit vollständig zu Glucose hydro-lysiert!


AB: Nachw. u. Hydrolyse v. Saccharose u. Stärke


Saccharose und Stärke / Aufbau und NachweisreaktionenBei den Versuchen geht es darum nachzuweisen, dass Saccharose und Stärke aus Monosacchariden aufgebaut sind. Folgende Versuche werden durchgeführt:

1. FEHLINGsche Probe mit Saccharose und Stärke.

2. Iod-Stärke-Reaktion.

3. Säurekatalysierte Hydrolyse von Saccharose, FEHLINGsche Probe u. SELIWANOW mit den Hydrolyseprodukten.

4. Säurekatalysierte Hydrolyse von Stärke, danach FEHLINGsche Probe mit dem Hydrolyseprodukt.

Achtung: Manche Reaktionen werden im sauren, manche im alkalischen Milieau durchgeführt!

Geräte: Reagenzgläser, Reagenzglasklammer, Reagenzglasständer, Spatel, Gasbrenner, Becherglas, Dreifuß, Drahtnetz, Pipette

Chemikalien: Saccharose, lösliche Stärke, dest. Wasser, Iod-Kaliumiodidlösung (I2 u. KI in Wasser gelöst) dest. Wasser, FEHLING I, FEHLING II, Salzsäure (5%ig u. konz.), Natronlauge (10%ig)

Durchführung und Fragen:

1. FEHLINGsche Probe wurde schon beschrieben (Arbeitsblatt: Nachweisreaktionen). Dazu werden von den bei-den Stoffen nicht zu konzentrierte Lösungen hergestellt (Achtung: Stärke löst sich besser in heißem Wasser - vgl. Versuch Nr. 2).

2. Iodstärkereaktion: 5 mL heißem Wasser setzt man eine Spatelspitze lösliche Stärke zu, schüttelt um und lässt abkühlen. Zu der nun abgekühlten Stärkelösung gibt man einige Tropfen verdünnte Iod-Kaliumiodidlösung. Beob-achtung?

3. Hydrolyse einer Saccharoselösung: In einem Erlenmeyerkolben versetzt man 10 mL einer 5%igen Saccharoselösung mit 1 mL konz. Salzsäure (Vorsicht!) und kocht einige Minuten. Einige mL gibt man in ein Reagenzglas und neutralisiert mit Natronlauge (mit Indikatorpapier prüfen). Danach FEHLINGsche Probe und SELIWANOW.

4. Aufbau von Stärke: Erhitze 1 g Kartoffelstärke mit 20 mL HCl (5%ig) vorsichtig bis zum Kochen. Neutralisation und FEHLINGsche Probe.

Auswertung: Bitte erstelle ein Versuchsprotokoll. Wie lassen sich deine Ergebnisse interpretieren?

Achtung: bei allen Versuchen Schutzbrille aufsetzen!

Die Stärke wird im Lauf der Zeit vollständig zu Glucose hydrolysiert!


AB: Stärke


Stärke: für unsere Ernährung das wichtigste Kohlenhydrat.

Vorkommen: wichtiger pflanzlicher Reservestoff. In Speicherorganen der Pflanzen, z. B. Blättern, Wurzelknollen, Samen und Früchten: Kartoffeln, Getreide (z. B. Weizen, Reis, Mais).

Nachweis: Iod-Stärke-Reaktion: Stärke bildet mit einer Iod-Kaliumiodidlösung eine tiefblaue Farbe.

Eigenschaften: weiße Farbe, ohne Geschmack (Stärke ist nicht süß!), enthält die Elemente C, H, O. Stärke löst sich teilweise in warmem Wasser auf.

Aufbau von Stärke: FEHLING-Reaktion ist bei einer Stärkelö-sung negativ: Stärke besitzt keine reduzierende Wirkung. Erhitzen mit Säure führt zum Abbau der Stärke bis zur Glucose (dann ist die FEHLING-Reaktion positiv und die Iod-Stärke-Reaktion negativ).Stärke (lat. = amylum) ist ein hochmolekulares, unter Was-serabspaltung aus vielen α-D-Glucosemolekülen entstan-denes Polysaccharid (Vielfachzucker). Sie besteht also aus Makromolekülen. Die Glucosemoleküle sind mit sog. 1,4-α-glykosidischen Bindungen verknüpft (Vollacetale). An den Verzweigungsstellen sind die Glucosemoleküle 1,6-ver-knüpft.

Amylose (ca. 20 %):in heißem Wasser löslich: un-

verzweigte, schraubenförmig an-geordnete Makromoleküle (aus

100 – 1 400 Glucosemolekülen)

Amylopektin (ca. 80 %):verzweigte, schraubenförmig angeordnete Makromoleküle (aus 5 000 – 25 000 Glucosemolekülen)

Stärke als Nährstoff: Verdauung der Stärke beginnt bereits beim Kauen: Enzyme (Amylasen, z.B. Ptyalin, Diastase) bauen Stärke bis zur Maltose ab. Im Dünndarm: Abbau bis zur Glu-cose. In der Leber: Aufbau von sogenannter „tierischer Stär-ke“ = Glykogen als wichtiger Reservestoff im tierischen und menschlichen Organismus.

Glykogen ist aus verzweigten Glucoseketten aufgebaut. Durch die starke Verzweigung enthält Glykogen viele freie Enden. D.h. es lässt sich sehr schnell Glucose bereitstellen, falls dies vom Stoffwechsel gefordert wird (Senkung des Blutzuckerspie-gels durch Muskelarbeit).

Lit.: Chemie heute SII (Schroedel), S. 440 und Elemente Chemie II

��

��

��

��

��

�

� �

�

�

��

��

��

�

�

� �

�

��

�

�

�

�

��

�

�

�

��

�

�

��

��

��

�

� �

�

�

��

��

��

�

�

� �

�

��

�

�

�

�

��

�

�

�

��

�

��

��

��

�

�

�

��

�

�

�

Formelausschnitt:Amylopektin

1,6-Verknüpfung

1,4-Verknüpfung

α α

α α α


AB: Cellulose


Cellulose: Die mengenmäßig wichtigste organische Verbindung ist das Polysaccharid Cellulose (Zellstoff). Im pflanzlichen Stoffwechsel werden jährlich etwa 10 Billionen Tonnen dieser wasserunlöslichen Verbindung synthe-tisiert. Cellulose ist die wichtigste Gerüst- und Stützsubstanz der Pflanzen. Baumwolle, Flachs und Hanf enthalten einen besonders hohen Cellulo-se-Anteil. Holz ca. 50 %, Stroh ca. 30 % Cellulose.

Eigenschaften: farbloser Fest-stoff, enthält die Elemente C, H, O (Kohlenhydrat).

Struktur: Die Hydrolyse von Cellulose ergibt wie bei Stärke als Einzelbausteine Glucose. Je-doch sind die Glucose-Bausteine hier durch β-1,4-glykosidische Bindungen zu langen unver-zweigten Ketten aus mehreren Tausend Monomeren verknüpft. Die β-glykosidische Bindung kann von den Verdauungsenzymen der meisten Organismen nicht gespalten werden. Nur einige Mikroorganis-men wie etwa symbiotische Bewohner des Wiederkäuermagens und holzzerstörende Pilze besitzen celluloseab-bauende Enzyme und können daher Cellulose als Nährstoff nutzen.

Im Unterschied zur Stärke ist Cellulose ein Polysaccharid, das nicht der Ener-giespeicherung sondern als Gerüststoff dient. Cellulose ist in jeder pflanzlichen Zellwand enthalten. Die Trockenmasse von Holz besteht zu 40% bis 60% aus dieser Substanz.Einzelne Cellulosemoleküle können bis zu 1,5 µm lang werden. In der Zellwand liegt Cellulose in kristallähnlichen Molekülaggregaten vor, die man Mikrofibrillen nennt. In einer Mikrofibrille sind 60 bis 70 der bandförmigen Cellulose-Moleküle parallel ausgerichtet, wobei intermolekulare Wasserstoffbrückenbindung zwischen den Sauerstoffbrücken (glykosidische O-Atome) einerseits und den OH-Gruppen am C-6-Kohlenstoffatom andererseits diese Anordnung stabilisieren. Die spe-zifische Anordnung der Cellulose-Moleküle bedingt die hohe Reißfestigkeit der Mikrofibrillen und damit die bemerkenswerte mechanische Belastbarkeit der Zellwände. Die

Mikrofibrillen wiederum sind ebenfalls parallel angeordnet, wobei die Richtung jedoch von Schicht zu Schicht wechselt.

Verwendung von Cellulose: Cellulose dient zur Herstellung von:Papier und Pergamentpapier; Kunstfasern auf Cellulosebasis: Celluloseacetat („Acetatseide“), regenerierte Cellulose (Reyon- und Zellwolle); Cellulosetrinitrat (sog. Schießbaumwolle – wird als rauchloses Schießpulver verwendet).

Lit.: Chemie heute SII (Schroedel), S. 441 und Elemente Chemie II

��

�

�

��

��

��

�

�

�

�

��

�

�

��

�

� �

�

��

�

�

�

�

��

�

�

�

��

�

��

�

��

��

��

�

�

�

�

��

�

�

��

�

� �

�

��

�

�

�

�

��

�

�

�

��

�

�

�

�

�

��

�

�

��

��

��

�

�

�

�

��

�

�

��

�

� �

�

��

�

�

�

�

��

�

�

�

��

�

��

�

��

��

��

�

�

�

�

��

�

�

��

�

� �

�

��

�

�

�

�

��

�

�

�

��

�

�

�

�

�

Cellulose: Molekülausschnitt mit intermolekularen Wasserstoffbrücken ( )


Amylopektin und Cellulose

1. Kennzeichne jeweils das anomere C-Atom.2. Nummeriere jeweils die C-Atome.3. Um welche Verknüpfungen handelt es sich?4. Aus welchen Monosacchariden sind diese Polysaccharide aufgebaut?

Cellulose

Amylopektin

��

��

��

��

��

�

� �

�

�

��

��

��

�

�

� �

��

�

�

��

��

��

�

� �

�

�

��

��

��

�

�

� �

��

�

��

��

��

�

�

��

�

�

��

��

��

�

�

�

�

��

�

�

��

�

� �

��

�

��

�

��

��

��

�

�

�

�

��

�

�

��

�

� �

��

�

�

�

�

�

��

�

�

��

��

��

�

�

�

�

��

�

�

��

�

� �

��

�

��

�

��

��

��

�

�

�

�

��

�

�

��

�

� �

��

�

�

�

�

�

α-D-Glucose

1

23

5

6

4

1

23

5

6

4 1

23

5

6

4

1

23

5

6

4

1

23

5

6

4 1

23

5

6

4 1

23

5

6

4

α-D-Glucose

α-1,4-glycosidische Verknüpfung

α-1,6-glycosidische Verknüpfung

1

23

5

6

4 1

23

5

6

4

1

23

5

6

4

1

23

5

6

41

23

5

6

4

1

23

5

6

4

β-1,4-glycosidische Verknüpfung

β-D-Glucose

β-D-Glucose


AB: Von der Baumwollfaser zum Stoff




AB: Veredelung von Baumwolle



Themen/Lernziele:


7.4. Cellulosische Chemiefasern

Cellulosegewinnung aus Holz:Holzspäne werden mit Calciumhydrogensulfit (Ca(HSO3)2) ge-kocht um Begleitstoffe zu entfernen (Lignin, Harze, …). Es ent-steht kurzfaserige Cellulose.

Viskose-Verfahren:Cellulose + 20%ige NaOH quellen. Zugabe von Schwefelkohlenstoff (CS2) => Cellulosexanthogenat. Zugabe von NaOH(verd.) => zähflüssige Viskose Säure-Bad => Cellulose-Endlosfaser fällt aus (Nassspinnverfahren).Produkte: Viskose-Reyon; Viskose-Seide

Acetat-Verfahren:Cellulose + Essigsäureanhydrid => Veresterung Spaltung => kurze Cellulose-Ester. In Aceton gelöst => Verdunstung (Trockenspinnverfahren)

weitere Produkte:KollodiumwolleCelluloid

„Schießbaumwolle“ durch Veresterung mit Salpetersäure

– Verwendung der Cellulose in der Industrie– Cellulosische Kunstfasern

Warnung vor eigenen Versuchen! !

u. andere Celluloseprodukte


AB: Hydrolyse und Nitrierung von Cellulose


1. Hydrolyse von Cellulose:

2. Nitrierung von Cellulose:

bitte ins Heft!

bitte ins Heft!


AB: Quiz

Chemie Kohlenhydrate / Proteine

A1 GlucoseA2 was ist eine HydrolyseA3 IsomerieA4 NieteA5 AldohexoseA6 GlycinA7 Kohlenhydrate (5 Stck)A8 JOKER

B1 JOKERB2 SekundärstrukturB3 SaccharoseB4 AlaninB5 NieteB6 FehlingB7 KondensationsreaktionB8 Primärstruktur

C1 MaltoseC2 NieteC3 DNAC4 JOKERC5 MesomerieC6 AmylopektinC7 α ⟷ β (Zucker)C8 Eigenschaften von AS

D1 worauf beruht die red. WirkungD2 JOKERD3 DenaturierungD4 CelluloseD5 α-HelixD6 AcetalD7 NieteD8 Tripeptid

E1 ZwitterionE2 AmyloseE3 JOKERE4 PeptidbindungE5 Nachweis für KohlenstoffE6 OligosaccharidE7 asymmetrisches C-AtomE8 Niete

F1 StärkeF2 essentielle ASF3 HAWORTH

F4 NieteF5 JOKERF6 SchwefelbrückenF7 HalbacetalF8 m-RNA

G1 Stärke-NachweisG2 ReplikationG3 NieteG4 TertiärstrukturG5 KetoseG6 glykosidische BindungG7 JOKERG8 genetischer Code

H1 NieteH2 Nachweis von ASH3 VAN-DER-WAALS-KräfteH4 FISCHER

H5 FructoseH6 JOKERH7 β-FaltblattH8 Glycogen


A B C D E F G H

1

2

3

4

5

6

7

8

Quiz


Anhang: Isomerien

IsomereDie Verbindungen besitzen gleiche Summenformeln, unterscheiden sich jedoch in ihrem molekularen Aufbau.

Konstitutionsisomere Stereoisomere

Strukturisomere

Bei Strukturi-someren sind

unterschiedliche funktionelle Grup-pen ausgebildet.

Beispiel:Ethanol

CH3

CH2

OH

Dimethylether

CH3

O

CH3

Stellungsisomere

Die gleichen funk-tionellen Gruppen

sind an unterschied-liche Atome des

Kohlenstoffgerüsts gebunden.

Beispiel:α-Alanin

COOH

CH2N H

CH3

β-Alanin

COOH

CH2

CH2H2N

Konfigurationsisomere

Die Isomere unterscheiden sich in der relativen An-ordnung der Baugruppen zueinander.

Konformationsisomere

Konformere können durch Rotation um C-C-Einfach-

bindungen ineinander umgewandelt werden.

Beispiel:n-Butan in der

gauche-

H3C

CH3

H H

H

H

bzw. anti-Konformation

H

CH3

H H

H

CH3

(NEWMAN-Projektion)

cis-trans- Isomere

Benachbarte Substituen-ten an Doppelbindungen

oder Ringen können zwei verschiedene An-ordnungen aufweisen.

Beispiel:Maleinsäure

C

C

H COOH

H COOH

Fumarsäure

C

C

H COOH

HOOC H

EnantiomereDiastereomere

Besitzt das Molekül ein Chiralitätszentrum, erge-ben sich zwei verschie-

dene Konfigurationen, die sich wie Bild und Spiegel-

bild verhalten (= Enan-tiomere). Sind mehrere Chiralitätszentren vor-handen, kommen noch Diastereomere dazu.

Beispiel: (Enantiomere)D-Alanin

COOH

C NH2H

CH3

L-Alanin

COOH

CH2N H

CH3


1. Welches der drei Moleküle entspricht der FISCHER-Projektion der D-Glucose?

C

C

OH

O HH

C

C

C

HOH

OH H

O HH

C

O H

HH

C

C

OH

OH H

C

C

C

H O H

O HH

OH H

C

O H

HH

C

C

OH

O HH

C

C

C

HOH

O HH

O HH

C

O H

HH

Molekül A Molekül B Molekül C

2. Kennzeichne bei diesen Molekülen die asymmetrischen Kohlenstoffatome (C*). Kennzeichne D-, bzw. L-Monosaccharide.

3. Vervollständige die Moleküle in HAWORTH-Projektion so, dass eine α-D-Glucose und eine β-D-Glucose sowie eine Fructose dargestellt wird.

C

CC

O

C

H

HO

OH

H

H

HOH2C

OH

CH2OHH C

C

C C

C

O

OH

H

OHH

OH

CH2OH

HH

OH

H C

C

C C

C

O

OH

H

OHH

OH

CH2OH

HOH

H

α-D-Fructose α-D-Glucose β-D-Glucose

4. Wie kann man diese 3 Stoffe experimentell unterscheiden?

5. Wie kann man Glucose und Fructose chemisch voneinander unterscheiden?

6. Aus welchen der Moleküle kann man a) Saccharose bzw. b) Maltose bilden?

AB: Überprüfung


Test von Hr. Kemper / Chemie KF

iso-ButanolButansäure DibrommethanPropanon

3-HydroxypropansäureFructose Propanal1-Fluorpropen

Butan-2,3-diol

Argon

2-MethylbutanHeptan

BenzolMethansäure

Cyclohexen

tert.-Butanol

1-Iod-2-methylpropanneo-Pentan PropinKakteen

DiethyletherGlycerin AlaninMethansäureethylester

PolyethenWasser KohlensäureKupferchlorid

2,3-Dimethylbutan

Stickstoff

Lithiumsulfid

Ethanol

Übungen: Lewis-Schreibweise

Zeichne die Strukturformeln in LEWIS-Schreibweise

A

iso-Propanol Pentansäure Dichlormethan Butanon

Glucose 2-Hydroxypropansäure Ethanal 2-Brompropen

Butan-1,3-diol

2,3-Dimethylbutan

2-Methylpropan Hexan

Benzol Essigsäure

Cyclohexen

tert.-Butanol

neo-Pentan 2-Chlor-2-methylpropan Propin Halloween

Dimethylether Glycerin Ethansäuremethylester Glycin

Polypropen Wasser Schwefelsäure Zinkchlorid

Neon

Sauerstoff

Natriumoxid

Methanol



B


iso-ButanolButansäure DibrommethanPropanon

3-HydroxypropansäureAluminiumoxid Propanal1-Fluorpropen

Butan-2,3-diol

Argon

2-MethylbutanHeptan

BenzolMethansäure

Cyclohexen

tert.-Butanol

1-Iod-2-methylpropanneo-Pentan PropinKohlenstoffdioxid

DiethyletherGlycerin WasserstoffperoxidMethansäureethylester

PolyethenWasser KohlensäureKupferchlorid

2,3-Dimethylbutan

Stickstoff

Lithiumsulfid

Ethanol



A

iso-Propanol Pentansäure Dichlormethan Butanon

Calciumnitrid 2-Hydroxypropansäure Ethanal 2-Brompropen

Butan-1,3-diol

2,3-Dimethylbutan

2-Methylpropan Hexan

Benzol Essigsäure

Cyclohexen

tert.-Butanol

neo-Pentan 2-Chlor-2-methylpropan Propin Kohlenstoffdioxid

Dimethylether Glycerin Ethansäuremethylester Wasserstoffperoxid

Polypropen Wasser Schwefelsäure Zinkchlorid

Neon

Sauerstoff

Natriumoxid

Methanol



B

Documents

Kohlenhydrate - · PDF fileKohlenhydrate – 1 Anmerkung: es gibt kaum Quellenangaben, diese Materialien sind ausschließlich zur Nachbereitung meines Unterrichts vorgesehen, nicht