Chemie für Zahnmediziner Arbeitsheft. Woche 12.

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1 Chemie für Zahnmediziner Arbeitsheft Woche 12. Experimente mit organischen Verbindungen (S ) Verfasser: Attila Agócs, Zoltán Berente, Gergely Gulyás, Péter Jakus, Tamás Lóránd, Veronika Nagy, Erika Radó- Turcsi, Anikó Takátsy Name: Gruppe: Datum: Redakteurin: Veronika Nagy Die folgenden Piktogramme bezeichnen die schädlichen oder gefährlichen Substanzen: irritierend ätzend leicht entzündlich explosiv giftig oxidierend umweltschädlich

2 Fragen, Übungsaufgaben 1. Was bedeutet die Ähnliches freut über ähnliches Regel ( similis simili gaudet ) und wie kann man es erklären? (siehe Praktikumskript S. 26.) 2. Zeichnen Sie Strukturformeln der folgenden Verbindungen und bestimmen Sie, ob sie polar oder unpolar sind: Ethanol, Hexan, Chloroform, Naphthalin. 3. Zeichnen Sie Strukturformeln der folgenden Verbindungen und bestimmen Sie die stärksten Wechselwirkung zwischen den Molekülen im festen Zustand: Glycerin, Toluol, Dichlormethan, Ethanthiol. 4. Welches Lösungsmittel, Wasser oder Hexan, kann die folgende Substanze gut lösen: Octanol, Cyclohexan, Ethylenglycol? Begründen Sie Ihre Antwort und schreiben Sie auch die Strukturformeln auf! 5. Charakterisieren Sie die sekundären Wechselwirkungen, füllen Sie die Tabelle aus (siehe Vorlesungen). Zwischen was für einen Teilchen wirkt es? Wie gross ist ihre Energie im Vergleich zu anderen? (Geben Sie eine Reihe!) Beispiel Wasserstoffbrückenbindung Dispersionskräfte Dipol-Dipol- Wechselwirkungen 6. Zeichnen Sie Strukturformeln der folgenden Substanzen, ordnen Sie die Verbindungen in eine Reihe nach steigendem Siedepunkt: Schwefelwasserstoff, Methanol, Ethan, Methan (Überlegen Sie die intermolekulare Kräfte!) 7. Definieren Sie den logp! Was drückt logp aus? (siehe S. 164.) 8. Welche Produkte ergibt die Verbrennung der Alkane mit Überschuss von Sauerstoff? Schreiben Sie die ausgeglichene Gleichung zu der Verbrennung des Hexans! 9. Was ist die typische Reaktion von Alkanen? Schreiben Sie ein Beispiel mit ausgeglichener Gleichung. 10. Zeichnen Sie mit Strukturformeln alle Strukturisomere des Pentans auf und benennen Sie sie! 11. Zeichnen Sie die Strukturformel von 3-Ethyl-2,3-dimethylhexan und bezeichnen Sie die Kohlenstoffatome als primär, sekundär usw.! 12. Klassifizieren Sie die Diene und geben Sie ein Beispiel mit Strukturformel für jede Gruppe! 13. Listen Sie die Voraussetzungen der Aromatizität (Hückel-Regel) auf! 14. Schreiben Sie die Strukturformel von Maleinsäure und Fumarsäure! Was für ein Verhältnis haben die zwei Moleküle miteinander? 15. Schreiben Sie die Gleichung der Salzsäure Addition des 1-Butens mit Strukturformeln auf! Benennen Sie das Produkt! 16. Schreiben Sie die Gleichung der Wasserstoffaddition des 2-Butens mit Strukturformeln auf! Welche Verbindung liefert den Wasserstoff zur Reduktion der C=C-Bindung in lebenden Organismen? (zb: die Fettsäuresynthese) 17. Schreiben Sie die Gleichung der Wasseraddition des Fumarsäure mit Strukturformeln auf! Benennen Sie das Produkt! 18. ph-berechnung der Gesamtlösung, welche durch Vermischen einer schwachen Säure- oder Basenlösung mit einer entsprechenden Salzlösung zustande gekommen ist (Puffersystem) (zb. Übungsaufgaben 70 und 76.) 19. ph-berechnung der Gesamtlösung, welche durch Vermischen einer Pufferlösung mit einer starken Säure- oder Basenlösung zustande gekommen ist. (zb. Übungsaufgaben 78 und 81.) Für die Antworten siehe Praktikumskript Seiten , und Vorlesungen No und 28a, 28b, 29. Für die Berechnung: Übungsaufgaben-pH, Pufferlösung, Übungsaufgaben-pH, Pufferlösung-"P" Fähigkeitstestat. 2

3 Experimente Löslichkeitsproben Die Polarität einer Verbindung bestimmt grundlegend ihre biologische Rolle. Wir benutzen zwei differenzierende Lösungsmitteln, Wasser und Diethylether, um die Polarität der Probe festzustellen. Das Wasser ist polar, jedoch das Diethylether ist ein typisch apolares Lösungsmittel. Wir können die Substanzen folgendermaßen klassifizieren: 1. Verbindungen, die sich nur im Wasser lösen, sie sind ionische oder stark polare Verbindungen mit niedriger molarer Masse (Salze, Kohlenhydrate, Polyalkohole, mehrwertige Säuren, Amine, usw.) 2. Verbindungen, die sich sowohl im Wasser, als auch im Diethylether lösen: niedermolekulare, polare Substanzen (Alkohole, Aldehyde, Ketone, Amine, Säuren, Nitrile). 3. Verbindungen, die sich im Wasser nicht aber im Diethylether lösen: typische unpolare Verbindungen und solche Substanzen, die eine lange Kohlenstoffkette oder einen hydrophoben Ring als dominanten Strukturbestandteil enthalten. Die Löslichkeitsproben werden als positiv angenommen, wenn sich etwa 3-4 Tropfen oder eine Spatelspitze der Probe in etwa 2 cm 3 Lösungsmittel unter Schütteln innerhalb von einigen Minuten auflöst. Das Auflösen der farblosen Substanzen wird durch die Verschwindung der Grenzflächen indiziert. Wenn sich eine Verbindung unter Schütteln innerhalb von 2-3 Minuten nicht vollständig auflöst, sie wird als unlöslich bezeichnet. Reagenzien: Die Verbindungen in der Tabelle, Wasser und Diethylether Durchführung: Die folgenden Verbindungen werden nach der Tabelle geprüft und in Löslichkeitsgruppen geordnet. Gebe man in ein Reagenzglas eine Spatelspitze Feststoff oder bei Flüssigkeiten 3 Tropfen der Probe und gebe man 1-2 ml Wasser zu. In einem anderen Reagenzglas gebe man zu dieselber Menge Testsubstanz 1 ml Diethylether. Wenn sich die Substanz auflöst, dann schreibt man + Zeichen in die Tabelle, sonst ein - Zeichen. Die Löslichkeitsklasse wird nach den oberen Regeln bestimmt! ether Testsubstanz Wasser Diethylether Klasse Hexan Dichlormethan Glycerin β-naphthol Resorcin Anilin Harnstoff Ethylacetat Aceton Benzoesäure Natriumbenzoat 3

4 Erklären Sie Ihre Beobachtungen! Testsubstanz, Formel Hexan Erklärung Dichlormethan Glycerin β-naphthol Resorcin Anilin Harnstoff Ethylacetat Aceton Benzoesäure Natriumbenzoat 4

5 Vergleichen Sie das Verhalten des β-naphthols, des Anilins und der Benzoesäure mit dem des Resorzins! Was ist der Grund des Unterschiedes? Vergleichen Sie das Verhalten des Acetons mit dem des Harnstoffes! Was ist der Grund des Unterschiedes? Vergleichen Sie das Verhalten der Benzoesäure mit dem des Natriumbenzoats. Was ist der Grund des Unterschiedes? Aufgrund der Experimente welche strukturelle Merkmale werden zur guten Wasserlöslichkeit benötigt? 5

6 Das logp Die Hydrophobizität der Substanzen wird durch den Logarithmus der Octanol-Wasser-Verteilungskonstante (logp) bezeichnet, die die Affinität der Substanz zu unpolarer (lipophiler) Umgebung angibt. Es ist eine wichtige Information in der Medizin, weil sie zeigt, mit welcher Wahrscheinlichkeit eine Substanz durch die Zellenmembrane durchgeht, mit welcher Wahrscheinlichkeit wird sie absorbiert und im Organismus verteilt und wie schnell sie metabolisiert und aus dem Organismus ausgeschieden wird. Der logp Wert wird durch dieselben Wechselwirkungen bestimmt, die zwischen dem Molekül und seiner biologischen Umgebung vorhanden sind. Geben Sie die Definition von logp mit der Erklärung der Bezeichnungen an! Was für einen logp-wert (hoch/niedrig) hat ein hydrophober Stoff? Auf der folgenden Abbildung werden Vitamin C, Vitamin A und Aspirin dargestellt: Ascorbinsäure (Vitamin C) Retinol (Vitamin A) Acetylsalicylsäure (Aspirin) Bestimmen Sie welcher logp-wert zu welcher Verbindung gehört: logp: Verbindung: Begründung: 5,68 1,19 1,85 Was für eine physiologische Konzequenz können diese Werte haben? Bemerkung: In der medizinischen Praxis mögliche Pharmawirkstoffe müssen einen logp-wert zwischen 0 und 5 besitzen. Verbindungen mit niedrigen logps sind im Allgemeinen ionisch und können so nicht gut aufgenommen werden (sofern sie kein spezielles Transportsystem haben). Bei logp-werten über 5 werden die Verbindungen in der Fettgewebe geschpeichert und nur langsam ausgeschieden. 6

7 Nachweis von Aromaten Benötigte Materialien: methanolische Aminosäure-Lösungen (Phenylalanin, Tryptophan, Metanol Prolin, Alanin, Tyrosin), fluoreszente DC-Platte Durchführung: Auf einer Dünschichtplatte markieren Sie 5 Punkte mit Bleistift! Mit Kapillaren tropfen Sie je ein Tropfen der Aminosäure-Lösungen auf die Punkte. Nachdem die Punkte trocknen, beobachten Sie die Platte unter UV-Lampe (254 nm). Füllen Sie die untere Tabelle aus (UV-aktiv / nicht UV-aktiv)! Markieren Sie das Molekülteil in der Formel, der für die UV- Aktivität verantwortlich ist! Geben Sie an, ob die Ringe carbozyklisch, heterozyklisch, aromatisch oder nicht aromatisch sind! Aminosäure: Beobachtung: Aminosäure: Beobachtung: Phenylalanin Alanin Tryptophan Tyrosin Prolin Bemerkung: Zahlreiche analytische analytische und biochemische Verfahren beruhen auf die UV-Absorbanz der Aromaten (zb. Warburg-Test, Enzymaktivitätsmessung, Konzentrationsbestimmung der Proteine usw.). 7