Versuchsprotokoll:Stärkespaltung

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1 Versuchsprotokoll:Stärkespaltung Zeitaufwand: Aufbau: 5 Minuten Durchführung: 20 Minuten Abbau/Entsorgung:: 5 Minuten Chemikalien: Chemikalie Menge R-Sätze S-Sätze Gefahrensymbol Schuleinsatz Pentahydrat CuS 4 *5H 2 3,5 g Kupfersulfat /38-50/ SI SII Kalium-Natrium- Tartrat 17,5 g /25 - SI SII K /Na [C 4 H 4 6 ] 2- Natriumhydroxid Na 6 g /39-45 SI SII Salzsäure HCl 41,2 ml SI SII Iod I 2 g 20/21-50 SI SII Kaliumiodid KI Stärke (löslich) 4 g SI SII 1 g

2 Herstellung der Lösungen: Fehling-Lösung 1: 3,5 g CuS 4 *5 H 2 werden in 50 ml Wasser gelöst Fehling-Lösung 2: 17,5 g K- Na- Tartrat und 6,0 g Na werden in 50 ml Wasser gelöst Vor der Durchführung des Versuchs müssen Fehling-1-Lösung und Fehling-2-Lösung im Verhältnis 1:1 gemischt werden. Herstellung der I/KI-Lösung: Zur Herstellung von Lugolscher Lösung gibt es verschiedene Angaben in der Literatur. Allen Anleitungen ist jedoch gemein, dass Kaliumiodid und Iod stets im Verhältnis 2:1 gemischt werden. Iod löst sich wesentlich besser in Kaliumiodidlösungen, weshalb immer erst das Kaliumiodid gelöst werden sollte. Dabei geht man so vor, dass man zunächst das Kaliumiodid in wenig Wasser auflöst und anschließend das Iod hinzugibt und dieses Gemisch so lange rührt, bis sich das gesamte Iod aufgelöst hat. Die bessere Lösung des Iods in Kaliumiodid- Lösungen ist auf die Reaktion des Iods mit Iodid-Ionen zu Polyiodid-Ionen zurückzuführen. 1 In diesem Versuch wird eine 2%ige Iod/Kaliumiodid-Lösung verwendet. Zur Herstellung dieser Lösung werden ein Massenprozent Kaliumiodid und zwei Massenprozent Iod in 94 Massenprozent Wasser gelöst. HCl (5 mol/l): 41,2 ml konzentrierte Salzsäure mit entionisiertem Wasser auf 100 ml auffüllen. Na (5 mol/l): 20 g Natriumhydroxid einwiegen und dann mit entionisiertem Wasser auf 100 ml auffüllen. 1 Siehe Versuchsprotokoll: Stärkenachweis 2

3 Materialien: - Reagenzgläser (4x) - Reagenzglasständer - Messpipette - Pasteurpipette mit Pipettenhütchen - Becherglas - Magnetrührer mit Heizplatte - Heißes Wasserbad Versuchsaufbau: 4. Proben Einfüllen 3. Zugabe Salzsäure 1. Proben Einfüllen Substanz HCl I/K Fehling Stärkelösung 2.5. Proben mit I/KI-Lösung und Fehling-Lösung untersuchen Abb.1 Versuchsaufbau 3

4 Durchführung: ml einer Stärkelösung (w= 0,01) werden auf dem Magnetrührer gerührt. 2. Von dieser Stärkelösung werden zwei Proben entnommen, wobei eine der beiden Proben mit Fehling-Lösung und die andere Probe mit einer Iod-/Kaliumiodid-Lösung untersucht werden. 3. Jetzt wird zur Stärkelösung 3 ml einer 5 molaren Salzsäure gegeben und die Lösung unter weiterem Rühren etwa 15 Minuten stehen gelassen. 4. Nach diesen 15 Minuten werden der Lösung 3 ml einer 5 molaren Natronlauge zugegeben. 5. Nun kann die Lösung in zwei weitere Reagenzgläser gegeben werden und erneut mit der Fehling- bzw. der Iod-/Kaliumiodid-Lösung untersucht werden. Entsorgung: Die Lösungen der Fehling-Probe sowie die mit Iod-/Kaliumiodid-Lösung untersuchten Lösungen werden neutral in den anorganischen Abfall entsorgt. Beobachtung: Abb.2 Versuchsbeobachtung 4

5 Bei der ersten Untersuchung der Stärkelösung blieb die Farbe der Fehling-Lösung in der ersten Probe unverändert blau. In der zweiten Probe, die mit einer Iod-/Kaliumiodid-Lösung untersucht wurde, entstand eine tiefblaue Färbung der Lösung. Bei der zweiten Untersuchung, nach dem Hinzufügen der Salzsäure und Natronlauge, entstand bei der Zugabe von Fehling-Lösung nach einigen Minuten ein dunkelroter Niederschlag. Bei der Zugabe der Iod-/Kaliumiodid-Lösung änderte sich die Farbe der Lösung nicht. Auswertung: 1. Stärke und Stärkenachweis s. Versuchsprotokoll: Stärkenachweis 2. Auswertung des Versuchs Im Versuch wurde lösliche Stärke verwendet. Diese Stärke zeigt, wie oben beschrieben, eine tiefblaue Färbung nach der Zugabe einer Iod-/Kaliumiodid-Lösung. Der Nachweis auf reduzierende Zucker mit Fehling-Lösung fällt dagegen negativ aus, da die Glucosemoleküle in der Stärke über ihre anomeren Kohlenstoffatome verknüpft sind. Dadurch können bei den Glucosemolekülen keine Ringöffnungen stattfinden, wodurch sie keine Aldehydfunktion mehr besitzen. Da die Ringöffnung und die damit verbundene offenkettige Aldehydfunktion jedoch Voraussetzung für die xidation der Kupfer-Ionen in der Fehling-Lösung sind, fällt die Fehling-Probe negativ aus. Mit Iod-/Kaliumiodid.Lösung hingegen zeigt die Stärkelösung die typische blaue Farbreaktion. 2 Durch die Zugabe von Säure zur Stärkelösung werden die glykosidischen Bindungen der Stärke hydrolysiert (Abb.3). 3 2 Vgl. hierzu Versuchsprotokoll: Stärkenachweis 3 Breitmaier, E. & Jung, G. (2009) S.874 5

6 H H H H H H H H H H 2 H H H H H -H H H H Abb. 3 Mechanismus der Stärkehydrolyse Wie an der Reaktionsgleichung zu sehen ist (Abb.3), werden die Amylosemoleküle durch die Protonen der Säure hydrolysiert. Das Produkt dieser Hydrolyse sind Glucose-Moleküle, die für einen positiven Fehling-Nachweis sorgen. 4 Da durch die Hydrolyse die Glucoseketten der Amylose getrennt wurden, kann sich keine Helix mehr ausbilden. Aus diesem Grund können auch kein Iod/Iodid- Moleküle eingelagert werden, wodurch eine Blaufärbung der Lösung ausbleibt. Didaktische Betrachtung: Einordnung in den Lehrplan: Im Lehrplan ist dieser Versuch in der Qualifikationsphase im Bereich Kohlenstoffchemie II: Technisch und biologisch wichtige Kohlenstoffverbindungen einzuordnen. In diesem Bereich ist das Thema Kohlenhydrate ein genannter Schwerpunkt. Unter anderem sollen auch die Nachweisreaktionen der Kohlenhydrate behandelt werden. Einordnung des Versuchs: Der apparative Aufwand dieses Versuchs ist relativ gering und auch alle verwendeten Chemikalien sollten an der Schule vorhanden sein. Die verwendeten Chemikalien dürfen laut 4 Vgl. hierzu: Protokoll: Fehling-Glucose 6

7 HessGiss -Datenbank von Schülern der Sekundarstufe I und II uneingeschränkt verwendet werden, weshalb sich dieser Versuch sowohl als Lehrerdemonstration als auch als Schülerversuch eignet. Voraussetzung zum Verständnis dieses Versuchs ist die Kenntnis sowohl der Fehling-Probe, als auch der Stärkenachweis mit Lugolscher Lösung. 5 Sind diese beiden Nachweisreaktionen bekannt, so kann es den Schülern gelingen, die Versuchsereignisse richtig zu interpretieren. Das Spalten von glykosidischen Bindungen ist ein wichtiger Bestandteil zum Verständnis der Chemie der Kohlenhydrate. In Verbindung mit andern Versuchen kann dieser Versuch zum besseren strukturellen Verständnis der Stärke und von Kohlenhydraten führen. Literaturangaben: Vollhardt, K.P.C. & Schore N.E. (2005). rganische Chemie (4. Auflage). Weinheim: Wiley- VCH GmbH & Co KGaA. Breitmaier E. & Jung G. (2009). rganische Chemie Grundlagen, Verbindungsklassen, Reaktionen, Konzepte, Molekülstruktur, Naturstoffe (6. Auflage). Stuttgart: Georg Thieme Verlag. Elektronische Quellen: Hessisches Gefahrstoffinfomationssystem Schule HessGISS /2009, Version 13.0 Abbildungsverzeichnis: Alle Abbildungen wurden selbst angefertigt. 5 Vgl hierzu Protokoll: Versuchsprotokoll: Stärkenachweis 7