Referat Schülerprotokoll

Schülerprotokoll

Aufgabe:           Prüfen Sie Glucose- und Fructoselösung (10%ig) mit Glucoseteststreifen!

Geräte:              3 Bechergläser

1 Rührstab

3 Glucoseteststreifen

1 elektronische Waage

Chemikalien:    Wasser

Glucose

Fructose

Durchführung: Glucoselösung herstellen:

1 g Glucose und 10 ml Wasser in einem Becherglas mit einem Rührstab vermischen

Fructoselösung herstellen:

1 g Fructose und 10 ml Wasser in einem Becherglas mit einem Rührstab vermischen

Teststreifen

10 ml 10%ige 10 ml 10%ige 10 ml Wasser

Glucoselösung           Fructoselösung

Das kürzere weiße Ende unter dem gelben Strich kurz in die Lösungen und das Wasser tauchen.

Nach zwei Minuten die Färbung mit der Farbskala vergleichen

Beobachtung:   Nur der Teststreifen mit der Glucoselösung färbt sich grünlich.

Die Teststreifen mit der Fructoselösung und dem Wasser bleiben gelb

Auswertung:    Das Testpapier enthält Verbindungen, die nur mit der Aldehydgruppe der Glucoselösung

reagieren, und einen Farbumschlag zu grün bewirken. Der Teststreifen kann daher nicht mit

der Fructoselösung und auch nicht mit Wasser reagieren da die beiden Stoffe die benötigte

funktionelle Gruppe (Aldehydgruppe) nich aufweisen können. Fructose hat zwar eine

funktionelle Gruppe aber die ist eine Keto-Gruppe.

Glucose ist ein Zucker der zu den Monosacchariden gehört und die chemische Summenformel C₆H₁₂O₆ hat. Die Glucose kommt im Honig und im Saft vieler Früchte vor, so beispielsweise in den Weintrauben; daher wird sie auch Traubenzucker genannt. Glucose lässt sich durch Hydrolyse natürlicher Glycoside herstellen und ist z. B. im Blut enthalten.

Glucose ist ein weißer, kristalliner Feststoff und schmeckt weniger süß als Rübenzucker. Bestrahlt man eine wässrige Glucoselösung mit polarisiertem Licht, so wird die Polarisationsebene des Lichtes nach rechts gedreht. Diese Eigenschaft gab der Glucose auch den Namen Dextrose (lateinisch dexter: rechts). Glucose kommt in drei verschiedenen Molekülstrukturen vor, die die Polarisationsebene des Lichtes unterschiedlich stark drehen.

Eine besondere Eigenschaft, die man erstmals bei der Glucose beobachtete, ist die Mutarotation. Durch dieses Phänomen ändert sich im Lauf der Zeit der optische Drehwert (Drehung polarisierten Lichtes) einer wässrigen Glucoselösung. Diese Anderung hängt mit der Umwandlung der einen Molekülstruktur in die andere Struktur zusammen. In Lösung stellt sich nämlich zwischen den unterschiedlichen Glucosestrukturen (so genannte Anomere) ein Gleichgewicht ein. Mutarotation lässt sich auch bei anderen optisch aktiven Substanzen beobachten.

Glucose entsteht bei der Hydrolyse vieler Kohlenhydrate, wie z. B. Saccharose, Maltose, Cellulose, Stärke und Glykogen. Die Gärung der Glucose mit Hilfe von Hefe erzeugt Ethylalkohol (auch Ethanol) und Kohlendioxid. Industriell produziert man sie durch Hydrolyse von Stärke unter Einwirkung verdünnter Säure oder (häufiger) von Enzymen. Glucose wird vor allem in der Nahrungsmittelindustrie zum Süßen verwendet. Außerdem benötigt man sie beispielsweise zum Gerben, für Färbebäder und in der Medizin zum Behandeln von Wasserverlust und zur intravenösen Ernährung.

Fructose, auch Fruchtzucker genannt, ist ein Monosaccharid mit der Formel C₆H₁₂O₆, das zusammen mit Glucose in süßem Obst und in Fruchtsäften vorkommt. Fructose entsteht wie Glucose durch die Spaltung von Saccharose sowie bei der Hydrolyse verschiedener Kohlenhydrate; zur künstlichen Herstellung behandelt man am besten das Kohlenhydrat Inulin mit verdünnter Säure. Fructose lässt sich nur schwer kristallisieren. Die Kristalle schmelzen bei 102 bis 104 °C. Die Verbindung ist linksdrehend, d. h. eine Fructoselösung dreht die Ebene polarisierten Lichtes nach links. Hefe vergärt Fructose zu Ethanol und Kohlendioxid.

Amylase kommt im Speichel der Mund- und der Bauchspeicheldrüse vor. Sie spaltet die

Stärke zu Maltose, die dann zu Glucose aufgespalten wird. Enzyme sind Biokatalysatoren,

das heißt sie sind Wirkstoffe, die vom Körper gebildet werden um biochemische

Reaktionen zu beeinflussen. Sie sind Eiweißmoleküle, die einen Zusatz wie ein Metallion

oder ein Vitamin haben können. Nach der Reaktion, liegt ein Enzym wieder in

seinem ursprünglichen Zustand vor. Sie besitzen ein aktives Zentrum, an dem die

Reaktionen statt finden. Dort wird zum Beispiel auch die Stärke gespalten. Sie sind substrat-

und reaktionsspezifisch. Das bedeutet, dass sie nur mit den für sie vorgesehenen Substraten

auf eine ganz bestimmte Art und Weise reagieren können. Bei einer enzymatischen Spaltung

geht ein Substrat eine lockere Verbindung mit einem Enzym ein, wodurch ein Enzym-

Substrat-Komplex entsteht. Nach der Reaktion am aktiven Zentrum liegt das Enzym und ein

Produkt vor.

Schülerprotokoll Nr 7

Aufgabe:          Weisen Sie Stärkelösung mit Lugolscher Lösung nach! Führen Sie die hydrolytische Spaltung

mit einer Enzymlösung (Amylase) durch!

Geräte:         Reagenzgläser

Reagenzglasständer

Chemikalien:    Stärkelösung

Iodkaliumiodidlösung (Lugolsche Lösung)

Amylase in Form von Speichel

Durchführung: 1. Stärkelösung in ein Reagenzglas geben

2. 2 - 3 Tropfen Lugolsche Lösung hinzugeben

3. Reagenzglas schütteln

4. Amylase in Form von Speichel hinzugeben

5. Reagenzglas erneut schütteln

Beobachtung:   Nach Zugabe der Iodkaliumiodidlösung entsteht eine tiefblaue Färbung.

Beim Hinzugeben der Amylase verschwindet diese Verfärbung

Auswertung:     Die Blaufärbung kommt zustande, weil sich die Iodmoleküle in die Helixstruktur der Stärke

einlagern, deshalb reflektiert die Iodstärkeverbindung die blauen Farbteile des Lichtes.

Bei der enzymatischen Spaltung wird die Stärke in Maltose aufgespalten. Dadurch zerfällt die

Helixstruktur der Stärke und die Iodmoleküle werden freigesetzt und dadurch verschwindet die

Blaufärbung. Es handelt sich hierbei um eine hydrolytische Spaltung, bei der Wasser

aufgenommen wird.

Stärke ist die übliche Bezeichnung für ein komplex aufgebautes Kohlenhydrat mit der allgemeinen chemischen Formel (C₆H₁₀O₅)_n. In reinem Zustand ist Stärke eine weiße, körnige oder pulverige, geruch- und geschmacklose Substanz. Sie kommt u. a. in den Samen von Getreidepflanzen sowie in Pflanzenknollen und -zwiebeln vor. Stärkemoleküle enthalten Hunderte oder Tausende von Atomen, d. h. die Zahl n in der obigen Formel liegt zwischen 50 und vielen tausend.

Stärke kommt in zwei Molekülformen vor. Die Amylose macht etwa 20 Prozent der gewöhnlichen Stärke aus. In ihr sind die Glucosemoleküle (C₆H₁₀O₅-Gruppen) zu einer überwiegend unverzweigten Kette miteinander verbunden. Diese Kette bildet eine spiralförmige Helix. Bei der anderen Form, dem Amylopectin, sind zahlreiche, buschartige Kettenverzweigungen vorhanden. Hier sind die Ketten kürzer und enthalten nur 20 bis 25 Glucoseeinheiten.

Stärke entsteht in den Grünpflanzen durch Photosynthese und bildet in den Pflanzen einen Teil der Zellwände und auch der steifen Fasern. Ferner dient sie den Pflanzen als eine Art Energiespeicher, da ihre Oxidation zu Kohlendioxid und Wasser erhebliche Energiemengen freisetzt. Die Form und Größe der Stärkekörnchen sind charakteristisch für die Pflanze, in der die betreffende Stärke entstand.

Stärke ist in kaltem Wasser und in Alkohol fast unlöslich. In kochendem Wasser bildet sich Stärkekleister, der beim Abkühlen zu einer Gallerte werden kann. In heißem Wasser geht die Amylose kolloidal* in Lösung. Sie lässt sich aus dem Filtrat mit Alkohol als lösliche Stärke isolieren. Durch Kochen mit verdünnter Säure wandelt sich die Stärke allmählich in Dextrine um, die aus kleineren Molekülen bestehen. Diese Reaktion ist ein Beispiel für eine Hydrolyse wird beispielsweise auch durch einige Enzyme katalysiert. Dextrine werden u. a. als Klebstoffe und Appreturmittel verwendet. Der gezielte Abbau von Stärke ist auf enzymatischem Weg möglich. Letztlich entsteht dabei das Disaccharid Maltose (Malzzucker, C₁₂H₂₂O₁₁) und das Monosaccharid Glucose (Traubenzucker, C₆H ₁₂O₆).

Bei der Verdauung der Stärke im menschlichen Körper beginnt die Hydrolyse bereits im Mund durch die Einwirkung des Ptyalins im Speichel. Der Körper verbraucht nicht sofort die gesamte bei der Stärkeverdauung entstandene Menge an Glucose, sondern wandelt den größten Teil in Glycogen um, das in der Leber gespeichert wird. Glycogen, auch tierische Stärke genannt, hat eine Struktur, die mit der des Amylopectins nahezu identisch ist. Wenn der Körper später Glucose benötigt, dann wird Glycogen hydrolysiert und dem Blutstrom zugeführt. Somit stellt das Glycogen bei Mensch und Tier eine Energiereserve dar, ähnlich wie die Stärke bei den Pflanzen.

*äusserst fein verteilte Partikel in einer Flüssigkeit oder in einem anderen Stoff

Aufgabe:           Überprüfen Sie verschiedene gegebene Materialien auf Vorhandensein von Cellulose, indem

einige Tropfen Chlorzinklösung hinzu gegeben werden.

Geräte:              4 Schalen

Chemikalien:    Chlorzinklösung

Filterpapier

Ein Stück Baumwollstoff

Papier

Zellstofftaschentuch

Durchführung: Chlorzinklösung wird auf die zu erprobenden Materialien geträufelt.

Beobachtung:   Die getesteten Stoffe weisen eine rot-violette Färbung auf.

Auswertung:    Durch die rot-violett Färbung wird Cellulose nachgewiesen, die in den Zellwänden der Pflanzen

vorhanden ist.

Cellulose (lateinisch cellula: kleine Zelle), komplexe aus Glucoseeinheiten aufgebaute Kohlenhydratverbindung, die Hauptbestandteil der Zellwände von Pflanzenzellen ist. Mit Ausnahme der Manteltiere ist Cellulose in tierischen Geweben nicht zu finden. In den Verdauungssystemen Pflanzen fressender Tiere wird Cellulose biologisch durch Mikroorganismen, die Cellulose abbauende Enzyme besitzen, in verwertbare Produkte bis zur Glucose gespalten. Cellulose ist in Wasser und organischen Lösungsmitteln unlöslich und kann daher leicht von anderen Bestandteilen der Pflanzen getrennt werden. Cellulose ist von großer technischer und wirtschaftlicher Bedeutung. Chemisch wird Cellulose durch Säuren hydrolytisch gespalten. Bei der Verwendung konzentrierter Säure, beispielsweise konzentrierter Schwefelsäure, kann der Abbau bis zur Glucose erfolgen und ist damit industriell für die Holzverzuckerung von Bedeutung. Bei diesem Vorgang kann auch lösliche Stärke oder Amyloid, ein Stärkederivat, entstehen. Wird Cellulose mit Alkalien behandelt und anschließend Kohlendisulfiddämpfen ausgesetzt, entstehen daraus u. a. Chemiefasern und Folien. Reyon und Cellophan werden beispielsweise aus einer solchen Lösung regeneriert. Celluloseacetate werden zur Herstellung von Fasern, Folien, photographischen Filmen, Glasersatz und Lackbindemitteln verwendet. Celluloseether finden in Papierleim, Klebstoffen, Seifen und synthetischen Harzen breite Anwendung.

Durch Veresterung von Cellulose mit Salpetersäure und Schwefelsäure entstehen verschiedene brennbare, explosive Verbindungen, die als Nitrocellulosen, richtiger Cellulosenitrate, bekannt sind. Je nach Stickstoffgehalt unterscheidet man mehrere Cellulosenitrate: Kollodiumwolle wird als Bindemittel für Lacke und zur Herstellung von Celluloid verwendet. Die Schießwolle mit einem geringfügig höheren Stickstoffgehalt dient für Explosivstoffe.