2.1 Abbau natürlich vorkommender Polymere (2) - Stärkeabbau. Aufgaben. Aus welchen Bestandteilen setzt sich Stärke zusammen?

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1 Naturwissenschaften - Chemie - Polymerchemie - 2 Natürliche Polymere (P780200) 2. Abbau natürlich vorkommender Polymere (2) - Stärkeabbau Experiment von: Seb Gedruckt: :43:24 intertess (Version 3.2 B24, Export 2000) Aufgabe Aufgaben Aus welchen Bestandteilen setzt sich Stärke zusammen? Zerlege Stärke durch Hydrolyse in seine Bestandteile. Raum für Notizen Wenn Sie als Lehrer angemeldet sind, finden Sie nachstehend eine Schaltfläche für Zusatzinformationen. - -

2 Zusatzinformationen Lerninhalte Natürlich vorkommende Polymere wie Cellulose oder Stärke lassen sich in Grundbausteine (Monomere) zerlegen. Stärke ist ein Polymer, das aus Glucosemolekülen als Monomeren aufgebaut ist und zu diesen wieder hydrolysiert werden kann. Hinweise zu Aufbau und Durchführung Stellen Sie eine % Stärkelösung bereit. Achten Sie darauf, dass das Becherglas nur soweit gefüllt wird, dass beim Einsetzen des Erlenmeyerkolbens kein Wasser überfließt. Die Mischung der Fehlingschen Lösung I und II sollte erst vor dem Versuch erfolgen. H- und P-Sätze Schwefelsäure %: H290: Kann gegenüber Metallen korrosiv sein. H34: Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden. P280: Schutzhandschuhe/Schutzkleidung/Augenschutz/Gesichtsschutz tragen. P30 + P330 + P33: BEI VERSCHLUCKEN: Mund ausspülen. KEIN Erbrechen herbeiführen. P305 + P35 + P338: BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten behutsam mit Wasser spülen. Vorhandene Kontaktlinsen entfernen. Weiter spülen. P309 + P30: Bei Exposition oder Unwohlsein: GIFTINFORMATIONSZENTRUM oder Arzt anrufen. P50: Inhalt/Behälter einer anerkannten Abfallentsorgungsanlage zuführen

3 Fehling-Lösung I: H4: Giftig für Wasserorganismen, mit langfristiger Wirkung. P273: Freisetzung in die Umwelt vermeiden. P39: Verschüttete Menge aufnehmen. P303 + P36 + P353: BEI KONTAKT MIT DER HAUT (oder dem Haar): Alle beschmutzten, getränkten, Kleidungsstücke sofort ausziehen. Haut mit Wasser abwaschen/duschen. Fehling-Lösung II: H290: Kann gegenüber Metallen korrosiv sein. H34: Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden. P280: Schutzhandschuhe/ Schutzkleidung/ Augenschutz/ Gesichtsschutz tragen. P305 + P35 + P338: BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten behutsam mit Wasser spülen. Vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter spülen. Anmerkungen zu den Schülerversuchen Die Untersuchung der Einzelproben muss zwischen den einzelnen Probeentnahmen erfolgen, da sonst Weiterreaktion das Ergebnis verfälscht. Hier kann Zeit durch Arbeit in Kleingruppen gewonnen werden. Gefahren Konzentrierte Schwefelsäure wirkt stark ätzend. Schutzhandschuhe und Schutzbrille tragen! Jodtinktur und Fehlingsche Lösung sind gesundheitsschädlich. Nicht verschlucken, nicht in Kontakt mit der Haut bringen! Hinweise Stärke ist ein Polysaccharid, das aus 4-glycosidisch verknüpften α-glucose-molekülen besteht. Die beiden pflanzlichen Stärkeformen, Amylose und Amylopektin, unterscheiden sich in ihrer Struktur. Amylose ist unverzweigt, aufgrund des Tetraederwinkels entsteht eine spiralige Struktur, in die sich Iodmoleküle einlagern (Blaufärbung). Amylopektin besitzt eine verzweigte Struktur aufgrund zusätzlicher 6-glykosidischer Bindung, es wird durch Iod rotviolett gefärbt. Der Nachweis mit Fehlingscher Lösung beruht auf der reduzierenden Wirkung der Aldehyd-Gruppe der Glucose. Da auch Fructose diese Reaktion zeigt, ist der Nachweis mit Fehling-Lösung strenggenommen kein Nachweis für Glucose als Monomer, erst recht nicht für α-glucose

4 Die in der Tabelle angeführten Werte sind Beispielsangaben, die je nach Temperatur und Konzentration der Lösungen schwanken. Bei Einhaltung der angeführten Konzentration und Temperatur ist die Stärke nach 30 Minuten weitgehend hydrolysiert. Methodische Bemerkungen Bei diesem Versuch ist die Arbeit in Kleingruppen sehr zu empfehlen, da dann Probeentnahme und Probeuntersuchung von verschiedenen Teilnehmern durchgeführt werden können und so die sonst knappe Zeit der Probedurchführung ausreichend ist. Der Versuch setzt den Stärke- und Glucosenachweis als bekannt voraus. Gegebenenfalls müssen diese Nachweise als Demonstration vorangestellt werden. Der Grad der Komplexität der Auswertung insbesondere bei Frage 3 richtet sich nach dem Kenntnisstand der Schüler/innen. In einem Kurs der Sekundarstufe II lässt sich die Iodentfärbung auch photometrisch verfolgen. Der Versuch ist ebenso in einem Kurs Biochemie einsetzbar. Entsorgung Reste der Fehlingschen Probe abfiltrieren. Kupferoxid recyclen oder als Schwermetallabfall entsorgen

5 Material Material Material aus "TESS Chemie Set Polymerchemie" (Bestellnr ) Position Material Stativfuß, variabel Bestellnr Menge 2 Stativstange Edelstahl 8/8, l = 370 mm, d = 0 mm Drahtnetz mit Keramik 60 x 60 mm Schülerthermometer, C, l = 80 mm Messpipette 5 ml, Teilung 0,05 ml Reagenzglasgestell, 2 Bohrungen; d = 22 mm, Holz Messzylinder (PP), 50 ml, hohe Form Becherglas DURAN, niedrige Form, 400 ml Erlenmeyerkolben 00 ml, Enghals, SB Reagenzglas, d = 8 mm, l = 8 cm, Laborglas, 00 Stück (2) Ring mit Muffe, verzinkt, Innendurchmesser 00 mm Reagenzglasbürste, d = 20 mm, l = 270 mm Schutzbrille, farblose Scheiben Pipettierball, Standardmodell (bis 0 ml), 3 Ventile Gummihandschuhe Größe S (7) Chemikalien, Hilfsmaterial Position Material Bunsenbrenner nach DIN, Erdgas Bestellnr Menge Sicherheits-Gasschlauch, DVGW, lfd. Meter Fehlingsche Lösung I, 250 ml Fehlingsche Lösung II, 250 ml Iod-Kaliumiodid-Lösung (Lugolsche Lösung), 00 ml Schwefelsäure 95-98%, 500 ml Stärke, löslich, reinst, 00 g Für das Experiment benötigte Materialien - 5 -

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7 Aufbau Aufbau Gefahren Schutzhandschuhe tragen! Nach dem Versuch Hände gründlich waschen! Schutzbrille tragen! Aufbau Baue das Stativ nach Abbildung bis 4 mit Stativring und Drahtnetz auf. Abb. Abb. 2 Abb. 3 Abb. 4 Fülle das Becherglas zu einem Drittel mit Wasser, stelle es auf das Drahtnetz (Abb )

8 Abb. 5 Abb. 6 Erwärme das Wasser auf 60 C, reguliere den Brenner so ein, dass diese Temperatur annähernd konstant bleibt (Abb. 7). Abb

9 Durchführung Durchführung Ablauf Gib in den Erlenmeyerkolben 50 ml einer %igen Stärkelösung (Abb. 8). Versetze diese mit 5 ml konz. Schwefelsäure (Abb. 9). Abb. 8 Abb. 9 Stelle den Erlenmeyerkolben in das Wasserbad, warte bis sich eine Temperatur von 60 C eingestellt hat (Abb. 0). Abb. 0 Entnimm mit der Pipette von diesem Zeitpunkt an alle 5 Minuten 2 Proben von jeweils 2 ml, pipettiere diese Proben jeweils in ein Reagenzglas (Abb. + 2)

10 Abb. Abb. 2 Untersuche Probe jeweils mit Fehlingscher Lösung (Abb. 3), Probe 2 mit Iod/Kaliumiodid-Lösung (Abb. 4) und trage das Ergebnis von den 6 Doppelproben in die Tabelle ein. Abb. 3 Abb. 4 Entsorgung Reste der Fehlingschen Probe abfiltern. Kupferoxid recyclen oder als Schwermetallabfall entsorgen

11 Auswertung Auswertung Auswertung : Notiere Deine Beobachtungen. a) Bei der Untersuchung mit der Fehlingschen Lösung: b) Bei der Untersuchung mit Iod/Kaliumiodid-Lösung: zu a: Die tiefblau gefärbte Lösung verfärbt sich nach Erwärmen grünlich, nach einiger Zeit setzt sich ein roter Feststoff ab. Die Feststoffmenge nimmt mit fortschreitender Versuchsdauer zu. zu b: Bei Zusatz von Iod/Kaliumiodid-Lösung färbt sich die Stärkelösung blau. Bei fortschreitender Versuchsdauer nimmt die Blaufärbung ab, bis am Ende die Farbe der Iod/Kaliumiodid-Lösung sich nicht mehr verändert. - -

12 Auswertung 2: Trage die Ergebnisse in die Tabelle ein: (0 kein, + wenig bis sehr viel Niederschlag) Zeitdauer 5 min 0 min 5 min 20 min 25 min 30 min Niederschlagsmenge bei Probe (Fehling) nnnnn nnnnn nnnnn nnnnn nnnnn nnnnn Farbe der Probe 2 (Iod/Kaliumiodid-Lösung) nnnnnnnnnn nnnnnnnnnn nnnnnnnnnn nnnnnnnnnn nnnnnnnnnn nnnnnnnnnn (0 kein, + wenig bis sehr viel Niederschlag) Zeitdauer 5 min 0 min 5 min 20 min 25 min 30 min Niederschlagsmenge bei Probe ( Fehling) Farbe der Probe 2 (Iod/Kaliumiodid-Lösung) tiefblau blau blau rotblau rötlich braun - 2 -

13 Fragen und Aufgaben Fragen und Aufgaben Frage : Welcher Stoff wird mit Felingscher Lösung, welcher mit Iod/Kaliumiodid-Lösung nachgewiesen? Fehlingsche Lösung dient als Nachweismittel für Aldehyd-Gruppen. Durch Reduktion des Kupfer(II)-hydroxids zu unlöslichem roten Kupfer(I)-oxid können also indirekt Zucker (in Form von Aldosen) nachgewiesen werden. Iod färbt als Einschlussverbindung Stärke blau, es dient also zum Stärkenachweis. Frage 2: Ziehe die Schlussfolgerungen aus dem Ergebnis

14 Die Menge an Kupfer(I)-oxid nimmt mit fortschreitender Versuchsdauer zu, die durch Iod hervorgerufene Blaufärbung dagegen in gleichem Maße ab. Offensichtlich wird also während des Versuches Stärke immer mehr abgebaut, während die Konzentration der Zuckermoleküle immer mehr zunimmt. Stärke wird also durch Schwefelsäure zu Zucker abgebaut. Frage 3: Nenne die Bausteine (Monomere), aus denen Stärke zusammengesetzt ist. Wie könnte man sich die Struktur der Stärkemoleküle vorstellen? - 4 -

15 Stärke besteht aus α-glucose-molekülen. Diese enthalten Hydroxylgruppen, die sich unter Wasserabspaltung verbinden können, wobei zunächst als Dimer ein Disaccharid (Maltose) entsteht. Bei weiterer Verknüpfung bildet sich Stärke