Chemie für Mediziner Arbeitsheft. Woche 14.

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1 Chemie für Mediziner Arbeitsheft Woche 14. Experimente mit organischen Verbindungen III. (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. Schreiben Sie die Oxidation von Methanol im menschlichen Organismus mit Strukturformeln auf! Welcher Reaktand wird benötigt? Warum ist Methanol giftig? 2. Schreiben Sie die Reaktion von Ethanol mit Phosphoräure mit Strukturformeln auf! Was für eine Verbindung entsteht? 3. Geben Sie die Strukturformeln von Glycerintrinitrat an! Was für eine Verbindung ist es? Wie funktioniert es bei der Behandlung von kardiovaskularen Krankheiten? (siehe S. 67.) 4. Geben sie eine Darstellung der Carbonylgruppe, die ihre innere Elektronenverteilung spiegelt. Welche sind die charakteristische Reaktionen der Oxo-Gruppen? 5. Vergleichen Sie das Verhalten des Propanals und des Propanons gegen eines Oxidationsmittels, schreiben Sie Reaktionsgleichungen mit Strukturformeln auf! 6. Schreiben Sie die Gleichung der Reaktion von Aceton mit Hydroxylamin mit Strukturformeln auf! Was für eine Reaktion (gemäss ihremtyp) findet statt? 7. Was bedeutet der Begriff Schiff-Base? Als Beispiel geben Sie die Reaktionsgleichung der Bildung von einer Schiff-Base mit Strukturformeln an! 8. Schreiben Sie die Reaktion von Aceton mit Wasser mit Strukturformeln auf! Um was für einen Reaktionstyp handelt es sich da? 9. Schreiben Sie die Strukturformel eines Aldols auf! Aus welchen Ausgangsmeterialien und in was für einem Reaktionstyp bildet sich das Produkt? 10. Schreiben Sie die Reaktionsgleichung der Keto-Enol-Tautomerie von Aceton mit Strukturformeln auf! Markieren Sie den stabileren Stoff! 11. Schreiben Sie die Reaktionsgleichung von Acetaldehyd mit 1 mol Ethanol mit Strukturformeln auf! Was für eine Verbindung (ihrem Typ gemäss) entsteht? 12. Schreiben Sie die Reaktionsgleichung von Acetaldehyd mit 2 mol Ethanol mit Strukturformeln auf! Was für eine Verbindung (ihrem Typ gemäss) entsteht? 13. Schreiben Sie die Strukturformeln eines primären, sekundären und tertiären Amins und eines quartären Ammoniumsalzes auf und geben Sie auch die Namen der Verbindungen an! 14. Schreiben Sie die Reaktion von Anilin mit Salzsäure mit Strukturformeln auf und vergleichen Sie die Wasserlöslichkeit des Anilins und des Produktes. 15. Malen Sie die Carboxylgruppe und die Carboxylatgruppe mit solchen Strukturformeln auf, die die eigentliche Elektronenverteilung der Gruppen zeigt. 16. Zeichnen Sie mit Strukturformeln, wo starke Wasserstoffbrückenbindungen sich zwischen zwei Carbonsäuremolekülen bilden! 17. Geben Sie die Reaktionsgleichung mit Strukturformeln zur Decarboxylierung von Buttersäure auf! 18. Zeigen Sie mit Strukturformeln, wie der negative induktive Effekt die Säurestärke (Acidität) von Carbonsäuren beeinflusst! 19. Geben Sie die Reaktionsgleichung der Reaktion von Essigsäure und Ethanol mit Strukturformeln an! Welche Verbindungstyp entsteht? 2

3 20. Schreiben Sie die Reaktionsgleichung der alkalischen Hydrolyse des Acetamids mit Strukturformeln auf! 21. Schreiben Sie die Reaktionsgleichung der alkalischen Hydrolyse des Ethyl-butyrats mit Strukturformeln auf! 22. Schreiben sie die Reaktionsgleichung der Bildung von γ-butyrolacton aus γ-hydroxy-buttersäure mit Strukturformeln auf! 23. Schreiben sie die Reaktionsgleichung der Bildung von γ-butyrolactam aus γ-amino-buttersäure mit Strukturformeln auf! 24. Schreiben Sie die Strukturformel der Weinsäure und des Tartarat-Ions auf! Welches Reagens enthält Tartarat-Salz? Für die Antworten siehe Praktikumskript Seiten , und Vorlesungen No. 34-Alkohole, 36-Aldehyde und Ketone, Carbonsäuren und ihre Derivate, 39-Aminen und ihre Derivate Für die Bonuspunkte: aus dem Praktikumskript Seiten , und Vorlesungen No. 34-Alkohole, 36-Aldehyde und Ketone, Carbonsäuren und ihre Derivate, 39-Aminen und ihre Derivate 3

4 Experimente Reaktionen von Oxoverbindungen Kondensationsreaktion 2,4-Dinitrophenyl-hydrazin Materialien: 2,4-Dinitrophenyl-hydrazin H 2SO 4-Lösung, Benzaldehyd Benzaldehyd Durchführung: Gießen Sie in ein Reagenzglas je eine fingerbreite Menge von 2,4-Dinitrophenyl-hydrazin H 2SO 4-Lösung. Geben Sie zu der erste Lösung 2-3 Tropfen Benzaldehyd. Schütteln Sie das Gemisch kräftig und lassen Sie es 5 bis 10 Minuten stehen. Was werden Sie erfahren? Schreiben Sie die Reaktionsgleichung auf und benennen Sie die Produkte! Bemerkung: Die Oxoverbindungen können mit Hilfe ihrer, mit Hydrazinderivaten bildeten kristallinen Kondensationsprodukten identifiziert werden, die scharfe Schmelzpunkte haben. Die Kondensationsprodukte von verschiedenen Oxoverbindungen können leicht voneinender getrennt werden. Oxidation eines Aldehyds auf der Luft Benzaldehyd Material: Benzaldehyd Durchführung: Tropfen Sie Benzaldehyd auf ein Uhrglas. Beobachten Sie das System etwa eine halbe Stunde später! Beobachtungen: Schreiben Sie die Reaktionsgleichung auf! 4

5 Reduzierende Wirkung von Aldehyden Ammoniak-Silbernitrat Probe (Tollens-Probe) Materialien: Silbernitrat-Lösung, Ammoniak-Lösung, Formalin (wässrige Lösung von Formaldehyd), Acetaldehyd Silbernitrat-Lösung Ammoniak-Lösung Formalin Acetaldehyd Durchführung: a. In ein reines Reagenzglas geben Sie zu einer 2 ml von AgNO 3-Lösung in gleicher Menge Ammoniak- Lösung! Geben Sie einige Tropfen Formalin dazu, dann stellen Sie das Reagenzglas in ein warmes Wasserbad! Was werden Sie erfahren innerhalb in einigen Minuten? Die Reaktionsgleichung: HCHO + 4 [Ag(NH 3) 2] OH = CO Ag + 3 H 2O + 8 NH 3 Was für eine Rolle spielt Ammoniak in dieser Reaktion? Formalin ist die wässrige Lösung von Formaldehyd. Es ist sehr giftig und verursacht die Denaturierung von Proteinen. Wie kann Formaldehyd im menschlichen Organismus entstehen? Schreiben Sie eine Reaktionsgleichung! c. Wiederholen Sie den Versuch mit Acetaldehyd anstatt Formalin. Was erfahren Sie? Was ist der Grund für diesen Unterschied? Schreiben Sie eine Reaktionsgleichung! 5

6 Fehling-Reaktion Materialien: Kupfer(II)-sulfat-Lösung, K-Na-Tartrat-Lösung, Formalin, Aceton CuSO 4-Lsg. Formalin Aceton Durchführung: a. In einem Reagenzglas mischen Sie 2 ml CuSO 4 (Fehling I)-Lösung und die gleiche Menge einer K-Na-tartrat (Fehling II)-Lösung! Beobachtung: Was ist die Erklärung der Erfahrung? Schreiben Sie die Reaktionsgleichung auf! b. Zu diesem Gemisch geben Sie etwa 0,5 cm 3 Acetaldehyd, dann stellen Sie es in ein siedendes Wasserbad! Beobachtungen nach einigen Minuten: Schreiben sie die Reaktionsgleichung auf! c. Wiederholen SIe den Versuch mit Aceton anstatt Acetaldehyd. Was erfahren Sie? Wie kann man es erläutern? Geben Sie die Srukturformel des Acetons. Bemerkung: Die Aldehyde haben nur in basischem Medium eine reduzierende Wirkung. In diesem Fall muss man die Schwermetallionen (Ag +, Cu 2+ ) der Reagenz als Komplex in Lösung halten, ansonsten würden die entsprechenden Metallhydroxide ausfallen. Aus diesem Zweck haben wir im vorherigen Versuch NH 3, und in diesem Versuch das Weinsäuresalz verwendet. Das Aceton gehört zu den sogenannten Ketonkörpern, das zum Beispiel unbehandelter Diabetes bei höheren Konzentrationen im Blut auftritt. Ein charakteristischer Duft ist im Atem eines diabetischen Patienten zu spüren. 6

7 Legal-Probe, Nachweisung von Ketonkörpern Materialien: Aceton, NaOH-Lösung, Nitroprussid-natrium (Natrium-pentaciano-nitrozo-ferrat(III))-Lösung, Essigsäure Aceton NaOH-Lösung Durchführung: In einem Reagenzglas tropfen Sie zu einer Na 2[Fe(CN) 5NO fingerbreite Menge von destilliertem Wasser einige Tropfen Aceton. Geben Sie dazu eine fingerbreite Menge NaOH-Lösung, Essigsäure dann 1-2 Tropfen Nitroprussid-natrium-Lösung! Nach der Zugabe von einigen Tropfen konzentrierter Essigsäure ist die Veränderung besser auffallend. Beobachtung: Bemerkung: Mit Hilfe des Indikatorpapiers Ketostix können wir die im Harn vorkommenden Ketonkörper aufgrund eines ähnlichen Prinzip nachweisen. Experimente mit Carbonsäuren Trichloressigsäure-Lsg. Materialien: Essigsäure-Lösung, Trichloressigsäure-Lösung, Benzoesäure-Lösung, 3,5-Dinitro-benzoesäure-Lösung, Benzoesäure Universal- Indikatorpapier 3,5-Dinitro-benzoesäure Durchführung: Legen Sie auf ein Uhrglas vier Stück Indikatorpapier-Streifen, dann tropfen Sie an die Papiere Essigsäure-, Trichloressigsäure-, Benzoesäure- und 3,5-Dinitrobenzoesäure-Lösungen. Schreiben Sie die Strukturformeln der untersuchten Verbindungen auf! Vergleichen Sie paarweise die Acidität der Essigsäure und Trichloressigsäure bzw. der Benzoesäure und 3,5-Dinitro-benzoesäure! Was ist die Erklärung für den Unterschied? 7

8 Reaktionen von Aminen Methylamin HCl Probe mit Salpetriger Säure NaNO 2-Lsg. Die Reagenz wird regelmässig aus NaNO 2 in dem Reaktionsgemisch, in situ hergestellt. Anilin Materialien: Methylamin HCl-Lösung, Anilin, NaOH-Lösung, β-naphthol Natriumnitrit-Lösung, HCl-Lösung, kristallines β-naphtol Durchführung: NaOH-Lsg. a. Mit einem primären aliphatischen Amin: In einem Reagenzglas geben Sie zu einer Methylamin HCl-Lösung (etwa 0,5 cm 3 ) 2 ml NaNO 2-Lösung! Beobachtungen: Neben der Entwicklung von N 2-Gas entsteht ein Alkohol. Beenden Sie und vervollständigen Sie die Reaktionsgleichung: CH 3-NH 2 + HNO 2 = Schreiben Sie die Gleichung der Entstehung von Salpetrigen Säure in diesem Versuch! Was für ein Reaktionstyp war die Entstehung der Salpetrigen Säure? b. Mit einem primären aromatischen Amin: In einem Reagenzglas geben Sie zu 1 ml Anilin eine doppelte Menge von 20%-igen Salzsäure-Lösung. Warten sie bis zur Auflösung, dann kühlen Sie das Reaktionsgemisch in einem Eis-Wasser Gemisch ab. Während dieser Zeit lösen Sie auf in einem anderen Reagenzglas eine messerspitze β-naphtol in der notwendigen Menge von NaOH-Lösung und stellen Sie auch diese Lösung in das Eis-Wasser Gemisch. Zu der abgekühlten Anilin-HCl-Lösung geben Sie 2 ml NaNO 2-Lösung. Dann giessen Sie zu dieser eiskalten Lösung die kalte β-naphtol-lösung. Wenn Sie den Versuch bei etwa 0 C durchführen, werden Sie keine Gasentwicklung erfahren, weil aus dem aromatischen Amin auf Wirkung von salpetrigen Säure das entsprechende Diazoniumsalz entsteht, welches mit dem -Naphtol einen farbigen Azofarbstoff bildet: Beobachtungen: Warum ist die entstehende Verbindung farbig? Bemerkung: Die Azofarbstoffe sind sehr verbreitet für die Färbung von Lebensmitteln. Einige Azofarbstoffe erwiesen sich als schädlich und sind mittlerweile in mehreren EU-Ländern verboten. Im Umlauf befindliche Azofarbstoffe sind größtenteils harmlos, ihre Verwendung 8

9 ist jedoch nicht gerechtfertigt (oft verbessern sie das Aussehen und die Verkaufsfähigkeit von Produkten schlechter Qualität). ph-abhängigkeit der Komplexbildung von Aminen Materialien: Silbernitrat-Lösung, NaCl-Lösung, Salpetersäure, NaOH-Lösung, Ethylendiamin-Lösung (en) Durchführung: a. Geben Sie in einem Reagenzglas zu 4 ml Silbernitrat-Lösung 3 ml NaCl-Lösung! Silbernitrat-Lsg. en-lösung NaOH-Lösung Beobachtungen: Schreiben sie die Reaktionsgleichung auf! b. Schütteln Sie das Gemisch gründlich durch, dann verteilen sie es in 3 Reagenzgläser! Geben sie in das erste Reagenzglas 2 ml Salpetersäure-Lösung, in das Zweite 2 ml dest. Wasser, in das Dritte 2 ml NaOH-Lösung! Versetzen Sie alle drei Lösungen mit 3 ml Ethylendiamin-Lösung und schütteln Sie die Lösung gründlich durch! Beobachtungen: 1. mit Salpetersäure: 2. mit Wasser: 3. mit NaOH: Schreiben Sie die Strukturformel des Ethylendiamins! Erklärung (Reaktionsgleichungen): Welche Komplexe entstehen? Bestimmen Sie das Donoratom des Ligandums! Halogenhaltige organische Verbindungen 9

10 Herstellung des Jodoforms Jod Reagenzien: Jod, 5%-ige NaOH Lösung, Aceton Aceton NaOH-Lösung Durchführung: Geben Sie in ein Reagenzglas etwa ein viertel Spatelspitze Jod und lösen Sie es in 1 cm 3 Aceton auf. Legen Sie das Reagenzglas in Eisbad und fügen Sie 3 ml 5%-ige NaOH Lösung zu. Während der Zufügung schütteln Sie das Gehalt des Reagenzglases wohl. Das Produkt scheidet sich als ein gelber Niederschlag aus, während sich das Iod vollständig auflöst. 5 Minuten nach der Zufügung der NaOH Lösung filtrieren Sie das Produkt aus. Zeiche man die Formel des Jodoforms. Welche medizinische Bedeutung hat es? Bemerkung: Die Reaktion verläuft sich gemäss den folgenden Gleichungen: 2 NaOH + I 2 = NaI + NaOI + H 2O CH 3-CO-CH NaOI = CHI 3 + CH 3COONa + 2 NaOH 10

11 Think!! Think! Theoretische Fragen und Übungen 1. Brenztraubensäure ist das Endprodukt Der Abbau von Glucose (Glykolyse) im lebenden Organismus. In der Muskulatur unter anaeroben Bedingungen gibt Brenztraubensäure Milchsäure, während in bestimmten Hefen Acetaldehyd und Ethanol entstehen. Geben Sie diese Reaktionsgleichungen mit Strukturformeln an! Bestimmen Sie den Typ jeder der Reaktion! 2. Der letzte Schritt der Glykolyse ist die Hydrolyse der Phosphoenolbrenztraubensäure. Geben Sie diese Reaktionsgleichung mit Strukturformeln an! Zeichnen Sie das Tautomer des Produktes! Welches Produkt überwiegt im obigen Gleichgewicht? Erläutern Sie es! 11

12 Die Entstehung von ATP aus ADP (Pyrophosphorsäure Triphosphorsäure) wird mit grosser Freien Enthalphieänderung begleitet. Warum läuft diese Reaktion trotzdem ab? Was ist die Treibkraft der Reaktion (warum ist sie exergonisch)? 12