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

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1 K o h l e n h y d r a t e. Spiegelbildisomerie.. ptische Aktivität.. FISER-Projektion.. Racemat AB: hiralität / Polarimeter AB: hiralität / Polarimeter AB: ptische Aktivität. Glucose.. Strukturaufklärung.. albacetalbildung 7.. Die AWRT-Projektion 7.. Nachweisreaktionen 7.. Die Aldohexosen 7 Folie: Links: Wichtige hemiker 8 AB: Eigenschaften und Nachweisreaktionen 9 AB: Nachweisreaktionen 0 AB: Die Aldohexosen. Fructose.. Nachweis.. Struktur.. Keto-Enol-Tautomerie. Allgemeines zu den.. Aufbau und Abbau der Nährstoffe.. Einteilung der AB: Allgemeines / Biosynthese / Einteilung Folie: Aufbau und Abbau der Nährstoffe. Die glykosidische Bindung (Acetalbildung).. Reduzierende Zucker.. Nichtreduzierende Zucker. Disaccharide 7.. Saccharose (Rohr- oder Rübenzucker) 7.. Maltose (Malzzucker) 7.. Lactose (Milchzucker) 7.. ydrolyse 7 Folie: Alles aus Zucker 8 AB: Zuckergewinnung 9 AB: Übungsfragen 0 AB: Süßungsmittel Folie: Xylit AB: Isomalt AB: Übungen zur AWRT-Projektion 7. Polysaccharide 7.. Stärkenachweis und Aufbau der Stärke 7.. Stärke 7.. ellulose AB: Nachweisreaktionen / Aufbau von Stärke AB: Nachw. u. ydrolyse v. Saccharose u. Stärke 7 AB: Stärke 8 AB: ellulose 9 Folie: Amylopektin und ellulose 0 AB: Von der Baumwollfaser zum Stoff AB: Veredelung von Baumwolle 7.. ellulosische hemiefasern AB: ydrolyse und Nitrierung von ellulose AB: Quiz Folie: Quiz Folie: Anhang: Isomerien 7 AB: Überprüfung 8 Folie: Übungen: Lewis-Schreibweise 9 Folie: Übungen: Lewis-Schreibweise 0 Folie: Übungen: Lewis-Schreibweise 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.

2 Themen/Lernziele: Spiegelbildisomerie / optische Aktivität FISER-Projektion A. AA Modelle bauen chiral von griech. cheir, die and. Spiegelbildisomerie Viele Moleküle in der org. hemie lassen sich mit ihrem Spiegelbild nicht zur Deckung bringen (= chiral). Voraussetzung für die hiralität ist ein asymmetrisches Kohlenstoff-Atom im Molekül (*-Atom mit verschiedenen Gruppen). Die beiden Moleküle, die sich wie Bild und Spiegelbild verhalten heißen: Spiegelbildisomere oder Enantiomere. V.. ptische Aktivität Viele chirale Verbindungen drehen die Schwingungsebene des polarisierten Lichtes nach links ( ) oder nach rechts (+). Der Drehwinkel α und die Drehrichtung sind Stoffkonstanten. zu FISER und AWRT siehe >>..>>.. FISER-Projektion - vertikale Anordnung der -Atome - -Atom mit der höchsten xidationszahl steht oben - jeweils das -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 * * D ( )-Milchsäure L (+)-Milchsäure - Steht die -Gruppe rechts am asymetrischen *-Atom, so liegt die D-Form vor (lat. dexter: rechts). - Steht die -Gruppe links am asymetrischen *-Atom, so liegt die L-Form vor (lat. laevis: links). AA FISER-Projektion von weiteren Molekülen.. Racemat Eine : -Mischung der D- und der L-Form, bzw. von rechtsdrehender und linksdrehender Form, nennt man Racemat. Solche racemischen Gemische drehen das polarisierte Licht nicht.

3 hemie AB: hiralität / Polarimeter Linear polarisiertes Licht. Bei gewöhnlichem Licht treten alle möglichen Abb. 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. ). 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. a). Wird ein zweites Polarisationsfilter, der Analysator, so in den Lichtstrahl gestellt, dass er nur linear polarisiertes Licht durchlässt, welches in einer vertikalen Ebene schwingt, so entsteht auf einem Bildschirm völlige Dunkelheit (Abb. b). Bringt man nun ein Probenrohr mit L- bzw. D-Milchsäure in den Strahlengang zwischen Polarisator und Analysator, so tritt auf dem Bildschirm eine Aufhellung ein, und der Analysator muss um einen bestimmten Winkel gedreht werden, um wieder Dunkelheit hervorzurufen (Abb. c u. d). 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 Massenkonzentration β der optisch aktiven Substanz und der Länge d des Probenrohrs direkt proportional: α = [α] d β Üblicherweise 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] D = +,8 ml g dm D( )-Milchsäure: [α] D =,8 ml g dm. ier bedeutet die Zahl die bei der Messung vorliegende Temperatur in, und D ist ein inweis auf die Wellenlänge des verwendeten Lichtes; die D-Linie einer Natriumdampflampe liegt bei λ = 89, nm. Enantiomere. Welche strukturellen Unterschiede liegen den beiden Arten von Milchsäure mit der Formel -()- zugrunde? Dazu ist es zweckmäßig, sich das M o d e l l e i n e s Milchs äuremo - Abb. a d leküls zu bauen. Man stellt fest, dass es zwei Modelle gibt, die wie Bild und Spiegelbild aussehen (Abb. ). 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 feststellen, 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, entgegengesetzt). Abb. Lit.: Elemente hemie II (Klett), S. ff

4 hemie AB: hiralität / Polarimeter bjekte, die mit ihrem Spiegelbild nicht identisch sind, nennt man chiral (von griech. cheir, die and), z.b. D- und L-Milchsäure. hiralität ist die Bedingung für die Existenz von Enantiomeren. Milchsäure verdankt ihre hiralität der Tatsache, dass das mittlere Kohlenstoffatom (*) vier verschiedene Atome bzw. Atomgruppen trägt. Man spricht von einem hiralitätszentrum 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 hiralitätszentrum 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 -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 hiralitätszentrum wiederzugeben, benutzt man die von EMIL FISER (89) vorgeschlagenen Projektionsformeln. Kohlenstoffkette vertikal, Kohlenstoffatom mit der höchsten xidationszahl nach oben. Denkt man sich nun das hiralitätszentrum * 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 hiralitätszentrum ist hiermit eindeutig festgelegt (Abb. ). In den Molekülmodellen steht die -Gruppe rechts oder links von der vertikalen Kohlenstoffkette. 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 hiralitätszentren. Besitzt ein Molekül n hiralitätszentren, so Abb. können maximal n Stereoisomere vorkommen; bei zwei hiralitätszentren also vier Isomere. Beispielsweise gibt es zu,,-trihydroxybutanal zwei Paare von Enantiomeren, deren Moleküle sich jeweils wie Bild und Spiegelbild verhalten (Abb. ). 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,,-Dihydroxybutan-,-dicarbonsäure, besitzt zwei hiralitätszentren, 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. ). Man kann ein Modell durch Drehung um 80 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 hiralitätszentren besitzen. ffenbar heben sich die beiden durch die Spiegelebene getrennten Molekülhälften in ihrer Wirkung auf die Polarisationsebene des Lichtes gegenseitig auf (innermolekulare Kompensation). Bei einem Racemat spricht man von der zwischenmolekularen Kompensation, die bei Traubensäure, der (±)-Weinsäure, schon von PASTEUR beobachtet wurde. Abb. [α] Lit.: Elemente hemie II (Klett), S. ff

5 AB: hemie ptische Aktivität Versuch A: Drehwinkel verschiedener Zuckerlösungen Geräte: Polarimeter, -Projektor hemikalien: 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 Disacchariden werden jeweils -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 Saccharose Geräte: Polarimeter, -Projektor hemikalien: Saccharoselösung aus Versuch A, Salzsäure (konz.) Durchführung: Bestimmung des Drehwinkels einer Saccharose-Lösung vor und nach der ydrolyse mit l: Zu der Saccharoselösung werden 0 ml Salzsäure gegeben. Die Lösung wird sofort wieder in den Polarimeter gestellt. Der Drehwinkel wird in folgenden Zeitabständen gemessen: Zeit t [min] Drehwinkel α(t) [ ] Auswertung: Bitte erstelle ein genaues Versuchsprotokoll. Trage die Werte aus Versuch B grafisch auf. Wie lautet die Reaktionsgleichung für die ydrolyse?

6 Themen/Lernziele: Glucose: Strukturaufklärung mögliche funktionelle Gruppen. Glucose.. Strukturaufklärung Verbrennungsanalyse: 0 g Glucose ergeben g und 8 g => Elemente,, im Verhältnis :: Siedepunktserhöhung: => molare Masse von 80 g/mol => Summenformel Wdh. funktionelle Gruppen mögliche funktionelle Gruppen: Gruppe Name Reaktion / Eigenschaft in Glucose möglich? Ether unpolar nein arboxyl- arbonsäure saure Reaktion nein Ester lässt sich in Alkohol und Säure spalten nein Modelle Keton arbonyl- -on Aldehyd -al nicht oxidierbar (keine reduzierende Eigenschaften) polar, oxidierbar (reduzierend) nein (?) ja Alken -en kann Brom addieren nein Alkohol ydroxyl- -ol polar, lässt sich mit Säuren verestern ja x => Glucose enthält eine Aldehyd-Funktion und ydroxyl-gruppen

7 Themen/Lernziele: Struktur von Glucose FISER- und AWRT-Projektion! Keine -Gruppen an einem -Atom möglich (ERLENMEYER- Regel) Modelle Struktur: Wdh. FISER-Projektion: - vertikale Anordnung der -Atome - -Atom mit der höchsten xidationszahl oben - das betrachtete -Atom ist in der Zeichenebene - oberer u. unterer Rest hinter, linker und rechter Rest vor der Zeichenebene... albacetalbildung δ δ + FISER-Projektion: R R' δ + δ R R' Aldehyd Alkohol albacetal bei Glucose sogenannte innere (innermolekulare) albacetalbildung offene Kettenform der D-Glucose AWRT-Projektion: α Anomere: α-d-glucose β β-d-glucose anomeres -Atom FISER, Emil (8 99), Prof. für rg. hemie, Univ. Erlangen, Würzburg u. Berlin. 90 Nobelpreis. AWRT, Sir Walter Norman (88 90), Prof. für hemie, Birmingham. 97 Nobelpreis. FELING, ermann h. von (8 88), Prof. für hemie, T Stuttgart. Zuckernachweis (FELINGsche Lösung). TLLENS, Bernhard (8 98), Agrikulturchemiker, hemie u. Struktur der Zuckermoleküle. SELIWANW, Theodor von. SIFF, ugo (8 9), Prof. für hemie, Univ. Turin u. Florenz. Aldehydnachweis (SIFFs Reagenz = Fuchsin/Schweflige Säure). Arbeits- Blatt AB Kopie.. Die AWRT-Projektion - waagerecht liegendes Sechseck - Ring-: hinten rechts - perspektivisch: schräg von oben - -Gruppe zur albacetalbildung (bei Glucose am Atom Nr. ) muss in Richtung auf das arbonyl- gedreht werden... Nachweisreaktionen FELING, TLLENS (= Silberspiegel), GD (Glucose-xidase) (siehe Arbeitsblatt).. Die Aldohexosen (siehe Arbeitsblatt) 7

8 Links: Wichtige hemiker zur FISER-Projektion und Emil FISER: zur AWRT-Projektion und Walter AWRT: zur FELING-Probe und ermann FELING: zur TLLENS-Probe und Bernhard TLLENS: (Silberspiegelprobe) zur SELIWANW-Probe, nach Theodor von SELIWANW: zur SIFFschen-Probe und ugo SIFF: Quellen: 8

9 AB: hemie Eigenschaften und Nachweisreaktionen Versuch A: Eigenschaften der Geräte: Reagenzgläser, Reagenzglasklammer, Spatel, Gasbrenner hemikalien: Glucose (Traubenzucker), Saccharose (Rohrzucker), ellulose Durchführung: Erhitzen verschiedener : In Alle Reagenzgläsern Stoffe verkohlen werden unter drei verschiedene mehr oder weniger starker (Glucose, Rauchbildung. Saccharose, Die ellulose) Kohlen hydrate bis zur Verkohlung lassen sich erhitzt. nicht Zu wieder dem Verkohlungsrückstand zurückbilden. gibt man demineralisiertes Wasser. Welche Elemente enthalten die? Lassen sich die zurückbilden? Versuche B,, D, E u. F: Nachweisreaktionen Geräte: Reagenzgläser, Reagenzglasklammer, Spatel, Gasbrenner hemikalien: Glucose (Traubenzucker), Fructose (Fruchtzucker) dem. Wasser, FELING I (Kupfer(II)sulfat-Lsg.), FELING II (alkalische Natrium-Kalium- Tartrat-Lsg.), Ammoniak (konz.), Silbernitratlösung, Salzsäure (0%ig), Resorcin, fuchsinschweflige Säure, GD-Teststäbchen, versch. Früchte. Durchführung B: FELINGsche Probe auf Glucose bzw. Fructose Beim Erwärmen verfärbt sich die (nach In zwei Reagenzgläsern werden FELING I und FELING II jeweils im dem Mischen) dunkelblaue Lösung zuerst Verhältnis : vermischt. Anschließend xidation wird zu dem einen Reagenzglas Reine Spatelspitze + u + - grünlich, dann gelb, orange und schließlich bildet sich ein ziegelroter Nieder- + Glucose zugegeben, R durchgeschüttelt und leicht erwärmt. Gleiches wird mit Fructose wiederholt. + Bitte u die + Farbveränderung genau beobachten. Was passiert mit dem Kupfer-Ion? ). schlag (u Reduktion Bei der FELING-Probe werden die u + -Ionen zu u + -Ionen reduziert. Diese fallen Durchführung : TLLENS-Probe (Silberspiegelprobe) als (rotbraunes) Kupfer(I)oxid aus. Zu ml Silbernitratlösung gibt man einige Tropfen Ammoniak. Es entsteht eine xidation weißliche Trübung. Nun gibt man noch genau soviel Durch die reduzierende Wirkung des R + Ag Ammoniak dazu, Rbis die Trübung gerade wieder verschwindet (Vorsichtig). Aldehydes bildet sich aus den Silberionen + Ag Dann + kommen elementares Silber. Dieses schlägt sich als ca. ml Glucose-Lösung dazu. Nach Reduktion kurzem Silberspiegel nieder (Silberspiegelprobe) Schütteln stellt man das Reagenzglas (ohne weitere Bei der Erschütterungen) FELING- und der in TLLENS-Probe ein Becherglas mit sehr heißem Wasser (Achtung: muss vorher schon mit dem Brenner heißgemacht werden). wird die reduzierende Wirkung der Aldehyde Beobachtung? ausgenutzt. Durchführung D: Reaktion nach SELIWANW mit Glucose und Fructose Bei Zu einer Fructose Spatelspitze bildet sich Glucose sehr gibt schnell man ein ml roter 0%ige Farbstoff Salzsäure (z.t. und sog. eine als kleine Niederschlag. Spatelspitze Diese Resorcin. Reaktion Unter Schütteln verläuft wird bei Glucose vorsichtig nicht erwärmt. bzw. (Bitte sehr nur viel sehr langsamer wenig Resorcin und schwächer. verwenden). Gleiches wird mit Fructose wiederholt. Beobachtung? Durchführung E: SIFFsche Probe auf Glucose mit fuchsinschwefliger Säure Zu ca. ml der schwach gelblich gefärbten fuchsinschwefligen Säure gibt man etwas konzentrierte (!) Glucose- Lösung. Eventuell muss leicht erwärmt werden. Beobachtung? Durchführung F: GD-Test auf Glucose (Bsp.: Nachweis von Glucose in Früchten) Apfel-, Kiwistücke, Rosinen, werden jeweils mit etwas Wasser in Reagenzgläsern einige Zeit ausgekocht und mit GD-(Glucose-xidase)-Teststäbchen auf Glucose geprüft. Auswertung: Bitte erstelle ein genaues Versuchsprotokoll. Bearbeite die Fragen. 9

10 AB: hemie Nachweisreaktionen Nachweisreaktionen auf Glucose und Fructose Geräte: Reagenzgläser, Reagenzglasklammer, Spatel, Gasbrenner hemikalien: Glucose (Traubenzucker), Fructose (Fruchtzucker), beide in Wasser gelöst; dest. Wasser, FELING I (Kupfer(II)sulfat-Lsg.), FELING II (alkalische Natrium- Kalium-Tartrat-Lsg.), Ammoniak (konz.), Silbernitratlösung, Salzsäure (0%ig), Resorcin, GD-Teststäbchen, versch. Früchte. Durchführung A: FELINGsche Probe auf Glucose bzw. Fructose In zwei Reagenzgläsern werden FELING I und FELING II jeweils im Verhältnis : xidation vermischt (jew. ca ml). Anschließend wird zu dem einen Reagenzglas ca. ml R + u Glucose-Lösung R zugegeben, durchgeschüttelt und + u über + dem Brenner leicht erwärmt. Gleiches Reduktionwird mit Fructose-Lösung wiederholt. Bitte die Beim Erwärmen verfärbt sich die (nach Farbveränderung genau beobachten. Was passiert mit dem Kupfer-Ion? dem Mischen) dunkelblaue Lösung zuerst grünlich, dann gelb, orange und schließlich bildet sich ein ziegelroter Niederschlag (u ). Durchführung B: TLLENS-Probe (Silberspiegelprobe) Zu ml Silbernitratlösung gibt man einige Tropfen Ammoniak. Es Bei der FELING-Probe werden die u + -Ionen zu u + -Ionen reduziert. Diese fallen xidation entsteht eine weißliche z.t. auch bräunliche Trübung. Nun gibt man R + Ag noch genau soviel R als (rotbraunes) Kupfer(I)oxid aus. Ammoniak dazu, bis die Trübung + Ag gerade + wieder verschwindet (vorsichtig). Dann kommen ca. ml Glucose-Lösung Durch die reduzierende Wirkung des Reduktion Aldehydes bildet sich aus den Silberionen dazu. Nach kurzem Schütteln stellt man das Reagenzglas (ohne weitere elementares Silber. Dieses schlägt sich als Erschütterungen) in ein Becherglas mit sehr heißem Wasser (Achtung: Silberspiegel nieder (Silberspiegelprobe) muss vorher schon mit dem Brenner heißgemacht Bei der FELING- und der TLLENS-Probe werden). Beobachtung? wird die reduzierende Wirkung der Aldehyde ausgenutzt. Durchführung : Reaktion nach SELIWANW mit Glucose und Fructose Bei Zu Fructose ca. ml Glucose-Lösung bildet sich sehr gibt schnell man ein ca roter ml SELIWANW-Reagenz Farbstoff (z.t. sog. (0%ige als Niederschlag. Salzsäure und Diese eine kleine Reaktion Spatelspitze verläuft Resorcin). bei Glucose Unter nicht Schütteln bzw. wird sehr vorsichtig viel langsamer erwärmt. und Der schwächer. Versuch wird auch mit Fructose-Lösung gemacht (zum besseren Vergleich ist es sinnvoll, gleiche beide Versuche genau gleichzeitig durchzuführen). Beobachtung? Durchführung D: GD-Test auf Glucose (Bsp.: Nachweis von Glucose in Früchten) Apfel-, Kiwistücke, Rosinen, werden jeweils mit wenig Wasser in Reagenzgläsern einige Zeit ausgekocht und mit GD-(Glucose-xidase)-Teststäbchen auf Glucose geprüft. Auswertung: Bitte erstelle ein genaues Versuchsprotokoll. Bearbeite die Fragen. 0

11 AB: Die Aldohexosen hemie 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)

12 Themen/Lernziele: Kennenlernen eines weiteren Monosaccharides: Fructose FISER-Projektion, Ringbildung, AWRT-Projektion, Keto-Enol-Tautomerie Modelle Wdh.. Fructose Auch die Fructose (Fruchtzucker) ist ein Monosaccharid (Einfachzucker) sie kommt wie die Glucose in Früchten und z.b. auch in onig vor. Summenformel: (= Isomer zu Glucose) FISER-Projektion Arbeits- Blatt AB.. Nachweis SELIWANW-Reaktion (Resorcin/Salzsäure => Rotfärbung) (siehe Arbeitsblatt) AA Wdh. Modelle anomeres -Atom.. Struktur Fructose kommt auch in der Ringform vor. Neben der Sechsringform (Sauerstoffbrücke zwischen dem --Atom und dem -- Atom/Pyranose) liegt Fructose auch als Fünfring (Sauerstoffbrücke zwischen dem --Atom und dem --Atom/Furanose) vor. Bei beiden Formen unterscheidet man wieder zwischen α- und β-fructose. α β AWRT-Projektion Anomere: α-d-fructose β-d-fructose Wdh. Aldose Ketose exose Pyranose Furanose.. Keto-Enol-Tautomerie bwohl Fructose auch in der offenkettigen Form keine Aldehydgruppe enthält wirkt sie doch reduzierend (positive FELING- Probe). Die Keto-Gruppe kann sich hier in eine Aldehydgruppe umwandeln: R ( ) ( ) R D-Fructose Enolform D-Glucose R

13 Themen/Lernziele: Allgemeines, Bedeutung, Eigenschaften, Biosynthese Mono-, Di- und Polysaccharide Kopie. Allgemeines zu den werden aus Kohlenstoffdioxid und Wasser bei der Fotosynthese aufgebaut. Der Name für diese Stoffgruppe leitet sich von der allgemeinen Summenformel m ( ) n ab. Namen für haben oft die Endung -ose. Beispiele: Glucose, Fructose, Saccharose, ellulose. können aus kleinen Molekülen bestehen, aber auch aus vielen Bausteinen aufgebaut sein. Niedermolekulare nennt man auch Zucker. Mehr als 0% des organischen Kohlenstoffes der Erde liegt in Form von ellulose vor! Bedeutung: sind wichtige Speicher-, Gerüst- und Nährstoffe. Eigenschaften: hydrophil, lipophob; zersetzen sich beim Erhitzen zu Kohlenstoff und Wasser; haben z. T. reduzierende Wirkung (FELING-Nachweis)... Aufbau und Abbau der Nährstoffe Folie Pflanzen Fette Eiweiße Atmung Tiere Pflanzen Fotosynthese Sonnenenergie Wärme Muskelarbeit Mg P S N Abfallstoffe Fe a Mit ilfe des Blattgrüns werden in den Pflanzen unter Ausnutzung der Sonnenenergie aus Wasser und dem Kohlenstoffdioxid der Luft energiereiche Verbindungen, die aufgebaut. Sie sind auch die Ausgangsstoffe für den Aufbau von Fett und Eiweiß in den Pflanzen., Fett und Eiweiß bilden die Grundlage für alle Lebensvorgänge bei Pflanzen, Tieren und Menschen. Durch den Stoffwechsel werden sie unter Rückgewinnung von Energie wieder abgebaut... Einteilung der Die werden nach Anzahl ihrer Bausteine in verschiedene Gruppen eingeteilt: Monosaccharide: aus einem einzelnen Molekül aufgebaute Zucker (Glucose, Fructose, Mannose, Galactose, Ribose, Threose, ) allg. Formel: n n n Disaccharide: aus zwei Molekülen durch eine Kondensationsreaktion ( -Abspaltung) entstandener Doppelzucker (Saccharose, Maltose, Lactose, ellobiose, ) allg. Formel: n (n-) (n-) ligosaccharide: Drei bis zehn verknüpfte Monosaccharide Polysaccharide: aus vielen Molekülen durch Kondensationsreaktionen entstandenes Makromolekül (Stärke = Amylose u. Amylopektin, Glykogen, ellulose)

14 AB: hemie Allgemeines / Biosynthese / Einteilung. Allgemeines zu den werden aus Kohlenstoffdioxid und Wasser bei der Fotosynthese aufgebaut. Der Name für diese Stoffgruppe leitet sich von der allgemeinen Summenformel m ( ) n ab. Namen für haben oft die Endung -ose. Beispiele: Glucose, Fructose, Saccharose, ellulose. können aus kleinen Molekülen bestehen, aber auch aus vielen Bausteinen aufgebaut sein. Niedermolekulare nennt man auch Zucker. Mehr als 0% des organischen Kohlenstoffes der Erde liegt in Form von ellulose vor! Bedeutung: sind wichtige Speicher-, Gerüst- und Nährstoffe. Eigenschaften: hydrophil, lipophob; zersetzen sich beim Erhitzen zu Kohlenstoff und Wasser; haben z. T. reduzierende Wirkung (FELING-Nachweis)... Aufbau und Abbau der Nährstoffe Pflanzen Mg P S N Fe a Fette Eiweiße Atmung Tiere Pflanzen Abfallstoffe Fotosynthese Sonnenenergie Wärme Muskelarbeit Mit ilfe des Blattgrüns werden in den Pflanzen unter Ausnutzung der Sonnenenergie aus Wasser und dem Kohlenstoffdioxid der Luft energiereiche Verbindungen, die aufgebaut. Sie sind auch die Ausgangsstoffe für den Aufbau von Fett und Eiweiß in den Pflanzen., Fett und Eiweiß bilden die Grundlage für alle Lebensvorgänge bei Pflanzen, Tieren und Menschen. Durch den Stoffwechsel werden sie unter Rückgewinnung von Energie wieder abgebaut... Einteilung der Die werden nach Anzahl ihrer Bausteine in verschiedene Gruppen eingeteilt: Monosaccharide: aus einem einzelnen Molekül aufgebaute Zucker (Glucose, Fructose, Mannose, Galactose, Ribose, Threose, ) allg. Formel: n n n ; Disaccharide: aus zwei Molekülen durch eine Kondensationsreaktion ( -Abspaltung) entstandener Doppelzucker (Saccharose, Maltose, Lactose, ellobiose, ) allg. Formel: n (n-) (n-) ; ligosaccharide: Drei bis zehn verknüpfte Monosaccharide; Polysaccharide: aus vielen Molekülen durch Kondensationsreaktionen entstandenes Makromolekül (Stärke = Amylose u. Amylopektin, Glykogen, ellulose).

15 Aufbau und Abbau der Nährstoffe Pflanzen Fette Eiweiße Atmung Tiere Pflanzen Fotosynthese Sonnenenergie Wärme Muskelarbeit Mg P S N Fe a Abfallstoffe Mit ilfe des Blattgrüns werden in den Pflanzen unter Ausnutzung der Sonnenenergie aus Wasser und dem Kohlenstoffdioxid der Luft energiereiche Verbindungen, die aufgebaut. Sie sind auch die Ausgangsstoffe für den Aufbau von Fett und Eiweiß in den Pflanzen., Fett und Eiweiß bilden die Grundlage für alle Lebensvorgänge bei Pflanzen, Tieren und Menschen. Durch den Stoffwechsel werden sie unter Rückgewinnung von Energie wieder abgebaut.

16 Themen/Lernziele: glykosidische Bindung / Acetale reduzierende und nichtreduzierende Zucker Modelle. Die glykosidische Bindung (Acetalbildung) Kommt es zwischen einer halbacetalischen -Gruppe und einer alkoholischen -Gruppe zu einer Kondensationsreaktion, so sprechen wir von einer Acetalbildung. andelt es sich bei den reagierenden Molekülen um Zuckermoleküle heißt diese Verknüpfung: glykosidische Bindung. Die entstehenden Zucker heißen Glykoside. R R'' R R'' R' R''' R' R''' Da bei Zuckern mehrere ydroxylgruppen vorhanden sind, bestehen mehrere Möglichkeiten der Verknüpfung... Reduzierende Zucker Wird zur Acetalbildung nur eine halbacetalische ydroxylgruppe und irgendeine andere -Gruppe verwendet, so besitzt das entstehende Molekül immer noch eine halbacetalische -Gruppe, die reduzierend wirken kann (Ringöffnung zum Aldehyd). Die entstehenden Zucker sind sog. reduzierende Zucker. Beispiele: Lactose, Maltose (aus Glucosemolekülen): Modelle α β β-maltose α-(,)-glykosidische Bindung? zur Übung: ist dieser Zucker reduzierend oder nicht? β-ellobiose β β-(,)-glykosidische Bindung.. Nichtreduzierende Zucker Werden zur Acetalbildung von beiden Zuckermolekülen die halbacetalischen -Gruppen verwendet, so hat das entstehende Acetal-Molekül keine reduzierende Wirkung mehr, da diese direkt von der halbacetalischen -Gruppe abhängt. Die entstehenden Zucker sind sog. nichtreduzierende Zucker. Beispiel: Saccharose (aus einem Glucose- und einem Fructosemolekül). Saccharose α β (,)-glykosidische Bindung β-d-fructofuranosyl-α-d-glucopyranosid

17 Themen/Lernziele: Saccharose, Maltose, Lactose Wiederholung. Disaccharide.. Saccharose (Rohr- oder Rübenzucker) (süßer Geschmack, sehr gut wasserlöslich, unlöslich in Benzin) Aufbau: Saccharose wird beim Erhitzen mit Säure in Glucose und Fructose gespalten. Summenformel: Verwendung: wichtiger Energiespender (Welterzeugung 00: Mio. t; in D,8 Mio t Erzeugung u.,8 Mio t Verbrauch) Vergärung: Ethanolgewinnung Konservierungsmittel: Gärungserreger sind bei hoher Zuckerkonzentration nicht mehr lebensfähig, ydrierung zu Sorbit ( ): Zuckerersatz f. Zuckerkranke erstellung von Vitamin (über Sorbit) Zuckerfarbstoff (Zuckercouleur, Karamelzucker).. Maltose (Malzzucker) aus Glucosemolekülen Wdh. α α Modelle α-maltose α-(,)-glykosidische Bindung.. Lactose (Milchzucker) aus β-d-galactose und D-Glucose β, α- oder β-lactose β-(,)-glykosidische Bindung α Nachweisreaktionen für Glucose und Fructose reduzierende Wirkung albacetalbildung Acetal-Bildung (glykosidische Bindung) FISER-Projektion AWRT-Projektion Wdh... ydrolyse Alle Disaccharide lassen sich unter katalytischer Wirkung von + -Ionen durch Anlagerung von Wasser in die entsprechenden Monosaccharide spalten (saure ydrolyse). Auch Enzyme können die Disaccharide spalten. 7

18 Alles aus Zucker Kunsthonig. Ein aus mehr oder weniger stark invertierter Saccharose mit oder ohne Verwendung von Stärke-Sirup oder Stärke-Zucker hergestelltes, aromatisiertes, dem onig in Aussehen, Geruch und Geschmack ähnliches Erzeugnis. Je nach erstellung enthält Kunsthonig organische Nichtzuckerstoffe, Mineralstoffe, Saccharose und ydroxymethylfurfural (0,08 0,%). Der Zusatz von Lebensmittelfarbstoffen ist üblich. Zur erstellung von Kunsthonig wird eine 7%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 Natriumoder alciumcarbonat u. a. neutralisiert und der invertierte Sirup aromatisiert. Aromaträger sind vor allem Phenylessigsäureester. Während der Inversion entsteht durch Zersetzung von Fructose und Glucose eine merkliche Menge an ydroxymethylfurfural, das durch den FIEE-Test nachweisbar ist und zur Unterscheidung von Kunsthonig und onig dient. Verwendung: Als Brotaufstrich sowie zur erstellung von Backwaren. - E artifical honey - F miel artificiel - I miele artificiale - S miel artificial. Lit.: RÖMPP - hemie-lexikon, Thieme-Verlag Stuttgart 8

19 AB: hemie Zuckergewinnung Bitte lies die Texte durch und erstelle eine Grafik zur Zuckergewinnung, die alle wesentlichen Produktionsschritte enthält. Im Altertum war im europäischen Raum onig der marktbeherrschende Süßstoff. In Indien dagegen hatte man schon um 00 v. hr. mit der Zuckergewinnung aus Zuckerrohr begonnen. Im heutigen Libanon trafen um 00 n. hr. die Kreuzritter auf Zuckerrohrkulturen. Sie beschrieben die Zuckergewinnung wie folgt: In den Feldern der Ebene bei Tripolis fand man ein onigschilf, 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 Westindien nahm 9 LUMBUS Zuckerrohrpflanzen von den Kanarischen Inseln mit. Auf aiti 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 europäischen Ländern ohne Kolonialbesitz suchte man nach einheimischen Pflanzen, aus denen sich Zucker gewinnen ließ. Im Jahr 77 isolierte der an der Königlichen Akademie der Wissenschaften in Berlin arbeitende hemiker MARGGRAF aus der Runkelrübe Kristalle, die Zuckerkristallen aus Zuckerrohr völlig entsprachen. Nachfolger MARGGRAFs als Akademiedirektor wurde AARD, der Rüben mit höherem Zuckergehalt züchtete. Er errichtete 80 in Schlesien die erste Rübenzuckerfabrik der Welt, in der täglich aus 000 Kilogramm Rüben 00 Kilogramm Rohzucker gewonnen wurde. Im Jahre 98 wurden in der Bundesrepublik Deutschland, Millionen Tonnen Rübenzucker erzeugt. Technologie der Zuckergewinnung. In Mitteleuropa werden heute hochgezüchtete Zuckerrüben angebaut, die in ihrer Wurzel Zucker bis zu einem Gehalt von 0% 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 0 m hohe und 8, m breite, zylindrische Stahltürme, in denen die Schnitzel von unten nach oben transportiert werden. Extrahiert wird mit 70 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 itronensäure, xalsäure und Äpfelsäure, Eiweiße und Melanine. Die ausgelaugten Rübenschnitzel enthalten noch Restzucker, ellulose und Eiweiße; getrocknet sind sie ein wertvolles Viehfutter. Die Reinigung des Rohsaftes erfolgt in mehreren Stufen. Zunächst wird dem Saft Kalkmilch (a() ) zugegeben, die in der Fabrik durch Brennen von Kalkstein und Ablöschen mit Wasser selbst hergestellt wird. Es fallen schwerlösliche alcium-salze aus, und durch die p-verschiebung laufen verschiedene Abbaureaktionen ab. In der sich anschließenden arbonatation leitet man Kohlenstoffdioxid ein, das ebenfalls beim Kalkbrennen anfällt. Überschüssige alcium-lonen werden als alciumcarbonat gefällt, das zugleich als Adsorptionsmittel für Verunreinigungen dient. Nach zweimaligem Filtrieren bleibt der klare, hellgelbe Dünnsaft zurück, der etwa % Zucker enthält. In einer mehrstufigen Verdampfungsanlage wird der Dünnsaft auf einen Zuckergehalt von % bis 70% eingedickt. Der Wasserentzug erfolgt dabei unter Vakuum bei Temperaturen unter 80, 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 % Zuckerkristallen und % β-d-fructofuranosyl-α-d-glucopyranosid Zuckersirup besteht. Die Kristalle werden durch Zentrifugieren abgetrennt, 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 (). Die im aushalt gebräuchliche Raffinade ist ein besonders reiner Zucker, den man durch Umkristallisieren von Weißzucker gewinnt. Beim Zentrifugieren verbleibt ein ablaufender Rübensaftrest, aus dem sich eine weitere Zuckergewinnung nicht lohnt. Diese dunkelbraune Melasse (7) enthält noch bis zu 0% 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 werden zunächst geschnetzelt und in Auslaugtürmen mit 80 warmem Wasser im Gegenstromprinzip bis, Stunden lang ausgelaugt. Der schwach sauer reagierende Diffusionssaft wird mit alciumoxid versetzt. Dadurch werden Pflanzensäuren wie xalsäure, Weinsäure und andere ydroxysäuren als alciumsalze ausgefällt. Außerdem bilden sich aus Magnesium und Eisensalzen schwerlösliche ydroxide, und gelöste Eiweißstoffe werden abgeschieden. Um überschüssiges alciumhydroxid wieder als alciumcarbonat 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 0% eingedickt. Der auskristallisierte Rohzucker wird in Zentrifugen weitgehend vom Sirup getrennt, ist aber gelbbraun gefärbt und leicht klebrig. Zur erstellung des handelsüblichen 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 andel. In der Zuckerfabrik werden die Zuckerrüben zunächst gereinigt und geschnitzelt. Aus den Schnitzeln laugt man den Zucker mit Wasser von etwa 70 heraus. Das geschieht in den rund 0 m hohen Extraktionstürmen. 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 0% davon aus Zuckerrohr, 0% aus Zuckerrüben. Weitaus die größte Menge wird als Nahrungsmittel verwendet. Darüber hinaus dient Zucker als Rohstoff. Durch Vergären gewinnt man aus ihm Ethanol, durch ydrieren den Sorbit, eine Verbindung mit sechs ydroxylgruppen, die als Zuckerersatz für Diabetiker und zur erstellung von Vitamin verwendet wird. Lit.: hemie heute SII (Schroedel) / Elemente hemie II (Klett) / hemie II (Diesterweg) 9

20 AB: hemie Übungsfragen Aufgaben:.. Was sind? (Allg. Formel/Beispiele).. Mono- und Disaccharide? (Beispiele/Einteilung/Unterschiede).. Wie entstehen?. Was bedeutet:. Aldose. Ketose. Triose. Pentose. exose. Matrose.. Was ist die FISER-Projektion?.. Zeichne die FISER-Projektionen von allen möglichen Aldotetrosen! ( Stück).. Bezeichne die asymetrischen *-Atome. Welches sind die Enantiomerenpaare? 0

21 AB: hemie Süßungsmittel Lit.: hemie heute SII (Schroedel) / Lehrerband S. 7

22 Xylit

23 AB: hemie Isomalt Durch die Strukturänderung können die Enzym-Moleküle die ydrolyse kaum noch katalysieren. Deshalb wird Isomalt: a) durch Mundbakterien nicht angegriffen; es entstehen keine Karies fördernden Säuren, b) durch die Verdauungsenzyme im Dünndarm etwa mal langsamer hydrolysiert als Saccharose, so dass der Blutzuckerspiegel nur langsam ansteigt. Isomalt ist daher für Zuckerkranke geeignet. c) Durch die verlangsamte ydrolyse 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. Lit.: hemie heute SII (Schroedel) / Lehrerband S. 7

24 AB: hemie Übungen zur AWRT-Projektion D-Glucose α-d-glucose β-d-glucose β-d-glucose D-Fructose α-d-fructose β-d-fructose β-d-fructose α-d-glucose β-d-fructose α-d-glucose α-d-glucose β-maltose. Kennzeichne jeweils das anomere -Atom.. Nummeriere jeweils die -Atome.. Um welche Mono- bzw. Disaccharide handelt es sich (bzw. aus welchen Monosacchariden sind die Disaccharide aufgebaut)?. Welche Disaccharide sind reduzierende Zucker? β-d-glucose α-d-glucose Red. β-d-glucose β-d-galactose β-ellobiose Trehalose,-α-αα-Lactose Saccharose β-d-glucose α-d-glucose Red. Red.

25 Themen/Lernziele: Aufbau von Stärke ellulose 7. Polysaccharide 7.. Stärkenachweis und Aufbau der Stärke (siehe Arbeitsblatt) Arbeits- Blatt AB 7.. Stärke (siehe Arbeitsblatt) Kopie 7.. ellulose (siehe Arbeitsblatt) Kopie

26 AB: hemie Nachweisreaktionen / Aufbau von Stärke Achtung: bei allen Versuchen Schutzbrille aufsetzen! Saccharose und Stärke / Aufbau und Nachweisreaktionen Bei den Versuchen geht es darum nachzuweisen, dass Saccharose und Stärke aus Monosacchariden aufgebaut sind. Folgende Versuche werden durchgeführt:. FELINGsche Probe mit Saccharose und Stärke.. Iod-Stärke-Reaktion.. Säurekatalysierte ydrolyse von Saccharose und FELINGsche Probe mit den ydrolyseprodukten.. Säurekatalysierte ydrolyse von Stärke, dabei ständig Iod-Stärke-Reaktion und Fehlingsche Probe mit dem ydrolyseprodukt. Achtung: Manche Reaktionen werden im sauren, manche im alkalischen Milieau durchgeführt! Geräte: viele Reagenzgläser, Reagenzglasklammer, Reagenzglasständer, Spatel, Gasbrenner, Becherglas, Dreifuß, Drahtnetz, Pipette hemikalien: Saccharose, lösliche Stärke, dest. Wasser, Iod-Kaliumiodidlösung (I u. KI in Wasser gelöst) dest. Wasser, FELING I, FELING II, Salzsäure (%ig u. konz.), Natronlauge (0%ig) Durchführung und Fragen:. FELINGsche Probe wurde schon beschrieben (Arbeitsblatt: Eigenschaften und Nachweisreaktionen).. Iodstärkereaktion: 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. Beobachtung?. ydrolyse einer Saccharoselösung: In einem Erlenmeyerkolben versetzt man 0 ml einer %igen Saccharoselösung mit ml konz. Salzsäure (Vorsicht!) und kocht einige Minuten. Einige ml gibt man in ein Reagenzglas und neutralisiert mit Natronlauge (mit Indikatorpapier prüfen).. Aufbau von Stärke: Fülle 0 Reagenzgläser jeweils mit ml FELING I, ml FELING II und ml 0%iger Natronlauge. In 0 weitere Reagenzgläser gibst du - Tropfen Iod-Kaliumiodidlösung. Erhitze g Kartoffelstärke mit 0 ml l (%ig) vorsichtig bis zum Kochen. Gib dann die ersten Proben (jeweils ml) in die ersten Reagenzgläser der beiden Reihen. Nach jeweils min kommen in die nächsten Reagenzgläser wieder jew. ml. Bitte schreibe (oder male) deine Beobachtungen genau auf. Auswertung: Bitte erstelle ein Versuchsprotokoll. Wie lassen sich deine Ergebnisse interpretieren? jew. ml FELING I, ml FELING II und ml 0%ige Natronlauge jew. - Tropfen Iod-Kaliumiodidlösung Nach einigen Minuten der Reaktion klappt Fehling immer besser, dafür wird der Iod-Stärke- Nachweis immer schwächer: Die Stärke wird im Lauf der Zeit vollständig zu Glucose hydrolysiert!

27 AB: hemie Nachw. u. ydrolyse v. Saccharose u. Stärke Saccharose und Stärke / Aufbau und Nachweisreaktionen Bei den Versuchen geht es darum nachzuweisen, dass Saccharose und Stärke aus Monosacchariden aufgebaut sind. Folgende Versuche werden durchgeführt:. FELINGsche Probe mit Saccharose und Stärke.. Iod-Stärke-Reaktion.. Säurekatalysierte ydrolyse von Saccharose, FELINGsche Probe u. SELIWANW mit den ydrolyseprodukten.. Säurekatalysierte ydrolyse von Stärke, danach FELINGsche Probe mit dem ydrolyseprodukt. Achtung: Manche Reaktionen werden im sauren, manche im alkalischen Milieau durchgeführt! Geräte: Reagenzgläser, Reagenzglasklammer, Reagenzglasständer, Spatel, Gasbrenner, Becherglas, Dreifuß, Drahtnetz, Pipette hemikalien: Saccharose, lösliche Stärke, dest. Wasser, Iod-Kaliumiodidlösung (I u. KI in Wasser gelöst) dest. Wasser, FELING I, FELING II, Salzsäure (%ig u. konz.), Natronlauge (0%ig) Durchführung und Fragen:. FELINGsche Probe wurde schon beschrieben (Arbeitsblatt: Nachweisreaktionen). Dazu werden von den beiden Stoffen nicht zu konzentrierte Lösungen hergestellt (Achtung: Stärke löst sich besser in heißem Wasser - vgl. Versuch Nr. ).. Iodstärkereaktion: 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. Beobachtung?. ydrolyse einer Saccharoselösung: In einem Erlenmeyerkolben versetzt man 0 ml einer %igen Saccharoselösung mit ml konz. Salzsäure (Vorsicht!) und kocht einige Minuten. Einige ml gibt man in ein Reagenzglas und neutralisiert mit Natronlauge (mit Indikatorpapier prüfen). Danach FELINGsche Probe und SELIWANW.. Aufbau von Stärke: Erhitze g Kartoffelstärke mit 0 ml l (%ig) vorsichtig bis zum Kochen. Neutralisation und FELINGsche Probe. Auswertung: Bitte erstelle ein Versuchsprotokoll. Wie lassen sich deine Ergebnisse interpretieren? Die Stärke wird im Lauf der Zeit vollständig zu Glucose hydrolysiert! Achtung: bei allen Versuchen Schutzbrille aufsetzen! 7

28 AB: hemie 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,,. Stärke löst sich teilweise in warmem Wasser auf. Aufbau von Stärke: FELING-Reaktion ist bei einer Stärkelösung negativ: Stärke besitzt keine reduzierende Wirkung. Erhitzen mit Säure führt zum Abbau der Stärke bis zur Glucose (dann ist die FELING-Reaktion positiv und die Iod- Stärke-Reaktion negativ). Stärke (lat. = amylum) ist ein hochmolekulares, unter Wasserabspaltung aus vielen α-d-glucosemolekülen entstandenes Polysaccharid (Vielfachzucker). Sie besteht also aus Makromolekülen. Die Glucosemoleküle sind mit sog.,-α-glykosidischen Bindungen verknüpft (Vollacetale). An den Verzweigungsstellen sind die Glucosemoleküle,-verknüpft. α α α α α,-verknüpfung,-verknüpfung Formelausschnitt: Amylopektin Amylose (ca. 0 %): in heißem Wasser löslich: unverzweigte, schraubenförmig angeordnete Makromoleküle (aus Glucosemolekülen) Amylopektin (ca. 80 %): verzweigte, schraubenförmig angeordnete Makromoleküle (aus 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 Glucose. In der Leber: Aufbau von sogenannter tierischer Stärke = Glykogen als wichtiger Reservestoff im tierischen und menschlichen rganismus. 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 Blutzuckerspiegels durch Muskelarbeit). Lit.: hemie heute SII (Schroedel), S. 0 und Elemente hemie II 8

29 AB: hemie ellulose ellulose: Die mengenmäßig wichtigste organische Verbindung ist das Polysaccharid ellulose (Zellstoff). Im pflanzlichen Stoffwechsel werden jährlich etwa 0 Billionen Tonnen dieser wasserunlöslichen Verbindung synthetisiert. ellulose ist die wichtigste Gerüst- und Stützsubstanz der Pflanzen. Baumwolle, Flachs und anf enthalten einen besonders hohen ellulose-anteil. olz ca. 0 %, Stroh ca. 0 % ellulose. Eigenschaften: farbloser Feststoff, enthält die Elemente,, (Kohlenhydrat). Struktur: Die ydrolyse von ellulose ergibt wie bei Stärke als Einzelbausteine Glucose. Jedoch sind die Glucose-Bausteine hier durch β-,-glykosidische Bindungen zu langen unverzweigten Ketten aus mehreren ellulose: Molekülausschnitt mit intermolekularen Wasserstoffbrücken ( ) Tausend Monomeren verknüpft. Die β-glykosidische Bindung kann von den Verdauungsenzymen der meisten rganismen nicht gespalten werden. Nur einige Mikroorganismen wie etwa symbiotische Bewohner des Wiederkäuermagens und holzzerstörende Pilze besitzen celluloseabbauende Enzyme und können daher ellulose als Nährstoff nutzen. Im Unterschied zur Stärke ist ellulose ein Polysaccharid, das nicht der Energiespeicherung sondern als Gerüststoff dient. ellulose ist in jeder pflanzlichen Zellwand enthalten. Die Trockenmasse von olz besteht zu 0% bis 0% aus dieser Substanz. Einzelne ellulosemoleküle können bis zu, µm lang werden. In der Zellwand liegt ellulose in kristallähnlichen Molekülaggregaten vor, die man Mikrofibrillen nennt. In einer Mikrofibrille sind 0 bis 70 der bandförmigen ellulose-moleküle parallel ausgerichtet, wobei intermolekulare Wasserstoffbrückenbindung zwischen den Sauerstoffbrücken (glykosidische -Atome) einerseits und den -Gruppen am --Kohlenstoffatom andererseits diese Anordnung stabilisieren. Die spezifische Anordnung der ellulose-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 ellulose: ellulose dient zur erstellung von: Papier und Pergamentpapier; Kunstfasern auf ellulosebasis: elluloseacetat ( Acetatseide ), regenerierte ellulose (Reyon- und Zellwolle); ellulosetrinitrat (sog. Schießbaumwolle wird als rauchloses Schießpulver verwendet). Lit.: hemie heute SII (Schroedel), S. und Elemente hemie II 9

30 Amylopektin und ellulose α-d-glucose α-,-glycosidische Verknüpfung α-,-glycosidische Verknüpfung Amylopektin α-d-glucose. Kennzeichne jeweils das anomere -Atom.. Nummeriere jeweils die -Atome.. Um welche Verknüpfungen handelt es sich?. Aus welchen Monosacchariden sind diese Polysaccharide aufgebaut? β-d-glucose β-,-glycosidische Verknüpfung β-d-glucose ellulose 0