Organische Verbindungen und Ernährung 1. Kohlenhydrate (Kl. 9/10) Zucker hat s in sich! Kohlenhydrate genauer betrachtet

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1 1 von 30 Zucker hat s in sich! Kohlenhydrate genauer betrachtet Ein Beitrag von Mathias Ebel, Aachen Kohlenhydrate zählen zu den vielseitigsten Bausteinen des Lebens. Sie dienen als Energiewandler und -speicher, erkennen und sortieren zelluläre Strukturen und liefern mechanische Stütz- und Schutzstrukturen für Zellen, Gewebe oder ganze Organismen. Die vielfältigen biologischen Anknüpfungspunkte dieser Selbstlernmaterialien erleichtern es Ihren Schülern, sich die Grundlagen der Zuckerchemie anzueignen. Zahlreiche, einfach durchzuführende Versuche machen außerdem Spaß und neugierig auf die chemischen Hintergründe. Arbeiten mit dem Molekülbaukasten! Hauptbestandteil von Schokolade sind Kohlenhydrate.Wiesinddie süßenmoleküle wohlaufgebaut? Foto:Thinkstock/iStock Das Wichtigste auf einen Blick Klasse: 9/10 Dauer: 9 Stunden (Minimalplan: 4) Kompetenzen: Die Schüler teilen die Stoffklasse der Kohlenhydrate sinnvoll ein. nennenwichtigevertreterderzuckerund beschreiben deren Bedeutung, Vorkommen und chemischen Aufbau. führen chemische Nachweisreaktionen durch, werten diese aus und stellen deren Reaktionsgleichungen auf. beschreibendiestärkeverdauung. Versuche: DemZuckeraufderSpur! Wiruntersuchen Limonade (SV) WirweisenKohlenhydratenach(SV) WiruntersuchenLebensmittel,dieStärke enthalten (SV) Übungsmaterial: WANTED! SüßeMolekülegesucht! Jetztweißich s! Kohlenhydrate

2 5 von 30 Die Einheit im Überblick V = Vorbereitung FO = Folie AB = Arbeitsblatt D = Durchführung SV = Schülerversuch LEK = Lernerfolgskontrolle VP=Versuchsprotokoll LV=Lehrerversuch TK=Tippkarte = Zusatzmaterial auf CD Stunde 1: M 1 (FO) M 2 (AB) Einführung in das Themengebiet Kohlenhydrate Kohlenhydrate Power nicht nur für Radrennprofis! evtl. 1 Flasche Cola evtl. 1 Müsliriegel evtl.1packungnudeln Die ganze Welt der Kohlenhydrate Stunden 2 3: Experimentelle Einführung in die Chemie der Kohlenhydrate M 3 (SV) V: 5 min D: 10 min * Exemplar(e) pro Gruppe M 4 (AB) Dem Zucker auf der Spur! Wir untersuchen Limonade 1 Schutzbrille (pro Schüler) 1 Reagenzglasklammer* 1Waage 6 Reagenzgläser* 1 Reagenzglasständer* 1 Messzylinder (10 ml)* 1Trichter 1 Spatel* 1 Gasbrenner* 4 Siedesteinchen* Rohrzucker 10 ml Limonade* Funktionelle Gruppen und Formelschreibweise Grundlagen der Zuckerchemie M 5 (AB) Informationskarten Grundlagen der Zuckerchemie (zu M 4) Stunden 4 5: Weiterführende Versuche zur Chemie der Kohlenhydrate M 6 (SV/LK) V: 5 min D: 15 min * Exemplar(e) pro Gruppe Wir weisen Kohlenhydrate nach 1 Schutzbrille (pro Schüler) Salzsäure (10 %) 1 Paar Schutzhandschuhe (pro Schüler) permanganatlösung* 1TropflascheKalium- Rohrzuckerlösung n-propanol Glucoselösung Limonade 1Tropflasche Benedict-Lösung* 7 Reagenzgläser M 7 (AB/LK) Informationskarten Kohlenhydrate Versuch 1 (zu M 6)/ Lösungskarten Kohlenhydrate Versuch 1 (zu M 6) M 8 (AB) Informationskarten Kohlenhydrate Versuch 2 (zu M 6) 1 Reagenzglasständer 1 Reagenzglasklammer* 1 Gasbrenner* 1 Packung Streichhölzer 2 Siedesteinchen* 1 Pasteurpipette

3 6 von Kohlenhydrate (Kl. 9/10) Organische Verbindungen und Ernährung VII/B Stunde 6: Chemie der Mono- und Disaccharide M 9 (AB/TK) WANTED! Süße Moleküle gesucht M 10 (AB) Informationskarten süße Moleküle gesucht (zu M 9) TK Tippkarten süße Moleküle gesucht (zu M 9) Stunden 7 8: Chemie der Polysaccharide Stärke und Cellulose M 11 (SV) V: 5 min D: 15 min * Exemplar(e) pro Gruppe Minimalplan Wir untersuchen Lebensmittel, die Stärke enthalten 1 Schutzbrille weitere Lebensmittel (pro Schüler) verschiedene Brotsorten Nudeln,Reis,Kartoffeln 1TropflascheLugolsche Lösung* 1Waage 3 5Reagenzgläser* 1 Reagenzglasständer* 1 Mörser und Pistill* 1 Messzylinder (100 ml)* M 12 (VP) Protokollbogen Lebensmittel, die Stärke enthalten (zu M 11) M 13 (AB) Informationskarten Lebensmittel, die Stärke enthalten (zu M 11) LK Lösungskarten Lebensmittel, die Stärke enthalten (zu M 11) Stunde 9: M 14 (LEK) (LEK) Lernerfolgskontrolle Jetzt weiß ich s Kohlenhydrate (Multiple Choice) Jetzt weiß ich s Kohlenhydrate (Offene Fragen) Eine Kurzversion der Reihe mit geringem chemischem Anspruch kann mit den Materialien M 1 bis M 6 durchgeführt werden. Alternativ könnten auch Versuch und Auswertung von Schülerversuch M 6 gekürzt werden.

4 7 von 30 Kohlenhydrate Power nicht nur für Radrennprofis! M 1 Spaghetti und Cola bei der Tour de France? Das ist kein Witz! Auch wenn die Sportler natürlich nicht auf dem Sattel Nudeln essen Cola trinken sie sehr wohl! Foto: istock Foto: Foto:Thinkstockphotos/DigitalVision Foto: Wusstest du schon,...dassradproisundandereleistungssportlermehreretausendkilokalorienprotagverbrauchen?... dass sie deshalb gern nach dem Frühstück noch einen zweitenganginformvonnudeln ambestenmitzucker verspeisen?...dass Nudeln ausgezeichnete Energieträger sind und den idealentreibstofffürunseremuskelnliefern?

5 21 von 30 WANTED! Süße Moleküle gesucht M 9 Hier erfahrt ihr die wichtigsten Infos, um Kohlenhydrate mit dem Molekülbaukasten zu konstruieren. Und ihr lernt nebenbei vieles über die Grundlagen der organischen Chemie. Gruppenarbeitfürjeweils4 5Schüler So geht ihr vor 1. Einer von euch holt einen Molekülbaukasten an den Platz. 2. Beantwortet mithilfe der Informationskarten folgende Fragen: Welche Summenformel hat ein Zucker mit 36 Kohlenstoffatomen? Aus wie vielen Ringen könnte er bestehen? 3. Zeichnet die Strukturformel eines der in Haworth-Projektion dargestellten Zucker a) bis e). BautdiesenZuckermitdemMolekülbaukastennach.TauschteuerZuckermodellmitdem einer anderen Gruppe und ordnet es den Zuckern a) bis e) zu. a) b) c) d) e) GLUCOSE FRUCTOSE GALACTOSE LACTOSE SACCHAROSE Bild:Thinkstock/liquidlibrary 4. Sucht mithilfe der Informationskarten die gesuchten Zucker. Tipp Ihr müsst aus allen Informationen logische Schlüsse ziehen, um diese Aufgabe zu meistern. 5. Baut mit einem Molekülbaukasten Glucose und Galactose und erklärt, wie sich die beiden Molekülevoneinanderunterscheiden.NummeriertderenC-AtomeundnenntdieC-Atome, die die beiden Moleküle miteinander verbinden können. Begründet das treppenstufenförmige Aussehen des Lactosemoleküls, welches aus Glucose und Galactose besteht. KeineIdee,wieihrdieAufgabenlösensollt?DannhelfeneuchsicherdieTippkarten weiter.

6 25 von 30 Wir untersuchen Lebensmittel, die Stärke enthalten M 11 Pflanzliche Stärke ist ein Hauptbestandteil unserer Nahrung. Wir nehmen sie z. B. mit Brot, Müsli und Nudeln auf. Aber können wir die Stärke auch nachweisen? Schülerversuch in Zweiergruppen Aufgabe Führt den folgenden Versuch durch. Vorbereitung: 5 min Durchführung: 15 min So führt ihr den Versuch durch 1. Einer von euch holt die folgenden Materialien an den Platz. 2 Schutzbrillen verschiedene Brotsorten Nudeln,Reis,Kartoffeln weitere Lebensmittel 1Tropflasche Lugolsche Lösung 1Waage 1 Mörser und Pistill A.WelcheLebensmittelenthaltenStärke? 3 5Reagenzgläser 1 Reagenzglasständer 1 Messzylinder (100 ml) 1. Setzt eure Schutzbrillen auf. Zerkleinert und mörsert die Lebensmittelproben. Verwendet mindestensdreiverschiedenebrotproben,z.b.weißbrot,mischbrotundschwarzbrot. 2.Wiegtgenau0,5gjederLebensmittelprobeab. 3.VermischtdieLebensmittelprobeineinemReagenzglasmit10mlWasser. 4.GebtschließlichzujedemReagenzglasfünfTropfenLugolscheLösunghinzu. 5.NotierteureBeobachtungenaufdemProtokollbogen. B.WasgeschiehtmitderStärkeimMund? 1. Kaut fünf Minuten auf einem Bissen Brot und achtet genau auf Veränderungen des Geschmacks. 2.Stellt,wieinVersuchA,einestärkehaltigeProbemitWasserundLugolscherLösungher. 3. Gebt etwas Speichel zur Probe, schüttelt und beobachtet über fünf Minuten Veränderungen der Farbintensität. Beobachten und Dokumentieren 1.WerteteureUntersuchungsergebnissevonVersuchAaus:BegründetmitdenInformationskarten, welche Lebensmittel viel Stärke enthalten. Aufgaben 2.Deutet eure Beobachtungen ausversuch B:Worauf lassen dieveränderungen des GeschmacksundderFarbintensitätschließen? 1.ErklärtmithilfederInformationskarten,weshalbbestimmteNahrungsmittelStärkeenthalten und andere nicht. 2. Vergleicht mithilfe der Informationskarten die Struktur der Stärkemoleküle mit den Cellulosemolekülen und begründet, weshalb Cellulose sich nicht mit Lugolscher Lösung anfärben lässt. 3. Skizziert die enzymatische Stärkeverdauung, indem ihr die Stärkemoleküle als Ketten mit gleichen Gliedern (z. B. Kreise) darstellt.

7 29 von 30 Jetzt weiß ich s Kohlenhydrate M 14 Was hast du über Kohlenhydrate gelernt? Teste dein Wissen. Name: Aufgabe Kreuze alle richtigen Antworten an. Hinweis Klasse: WerdenalleLösungenangekreuzt,wirddieFragemit0Punktenbewertet.Wurde eine richtige Antwort vergessen oder eine falsche angekreuzt, wird nur die Hälfte der angegebenen Punkte vergeben. 1 Man unterteilt die Kohlenhydrate (10 Pkt.) nach der Anzahl ihrer Hydroxylgruppen in beispielsweise Mono- und Dihydroxylide. in Polysaccharide und Zucker, die süß schmecken. in ketten- und ringförmige Moleküle, wie Stärke und Cellulose. nach der Anzahl der enthaltenen Moleküle, beispielsweise in Mono- und Disaccharide. 2 Wo kommt Fructose vor? (5 Pkt.) In Honig und süßen Früchten. In Limonaden. In Brot. 3 Was ist ein Kohlenhydrat? (5 Pkt.) Ein Lebensmittel, das Zucker enthält, wie zum Beispiel Brot. Eine organische Verbindung mit der allgemeinen Molekülformel C n (H 2 O) n. Saccharose 4 Welche funktionellen Gruppen enthält ringförmige Glucose? (10 Pkt.) einecarboxylgruppe( COOH) Hydroxylgruppen( OH) einecarbonylgruppe( CO) eineethergruppe(r O R) 5 Das ringförmige Zuckermolekül mit der Molekülformel C 6 H 12 O 6 (10 Pkt.)... könnte Glucose sein. könnte als Zucker sechs Hydroxylgruppen enthalten. könnte als Zucker fünf Hydroxylgruppen enthalten. ist ein Disaccharid. 6 Saccharose ist ein Disaccharid aus (10 Pkt.) zwei Glucosemolekülen. Maltose. Fructose und Glucose. Lactose. 7 Stärke und Cellulose (10 Pkt.) enthalten Glucose. lassen sich mit Lugolscher Lösung nachweisen. sind Polysaccharide aus Glucose. sind Polysaccharide aus Glucose und Fructose. 8 Das Enzym Amylase spaltet Stärke in (5 Pkt.)... Maltose... Lactose... Galactose 9 Lugolsche Lösung (5 Pkt.) enthält Stärke. enthält Iodmoleküle, die sich in die spiralförmigen Stärkemoleküle einlagern. isteinnachweismittelfürcellulose. 10 Bei der Reaktion von Fructose mit Kaliumpermanganat (10 Pkt.) entstehteinziegelroterniederschlag. entsteht zunächst eine gelb-grünliche Lösung. reagieren Hydroxylgruppen zu Carbonylgruppen. entsteht Braunstein.