1 / 49

Zucker

Zucker. „Hydrate“ des Kohlenstoffs Experimentalvortrag: Kay Heger. Übersicht. Einführung Chiralität und Optische Aktivität 2. Monosaccharide 2.1 Struktur 2.2 Chemie 2.3 Disaccharide Kleiner Ausblick: Polysaccharide Schulrelevanz. 1. Einführung. Einführung.

urbain
Download Presentation

Zucker

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Zucker „Hydrate“ des Kohlenstoffs Experimentalvortrag: Kay Heger

  2. Übersicht • Einführung • Chiralität und Optische Aktivität 2. Monosaccharide 2.1 Struktur 2.2 Chemie 2.3 • Disaccharide • Kleiner Ausblick: Polysaccharide • Schulrelevanz

  3. 1. Einführung Einführung • Elementaranalyse: Summenformel Cn(H2O)m • Bezeichnung daher auch Kohlenhydrate • Häufige Endung: -ose • Zucker/Kohlenhydrate im Alltag: Traubenzucker, Haushaltszucker, Stärke, Cellulose

  4. 1. Einführung Natürliche Entstehung und Vorkommen • Traubenzucker oder Glucose: Primärprodukt der Photosynthese • Vereinfacht: • Fruchtzucker oder Fructose in Honig und Früchten • Zellwände der Pflanzen aus Cellulose • Stärke/Amylose in Kartoffeln und Getreidearten

  5. 1. Einführung Allgemeines • Monosaccharide (lat.: mono: ein(-fach); saccharum: Zucker), Einfachzucker Bezeichnung nach Anzahl der C-Atome: • Triosen (C3-Körper) • Tetrosen (C4-Körper) • Pentosen (C5-Körper) • Hexosen (C6-Körper) • usw. • Oligo- und Polysaccharide

  6. 1. Einführung Versuch 1 „Nachweis“ von OH-Gruppen

  7. 1. Einführung - Versuch 1 Ammoniumcer(IV)nitrat – Probe Ligandenaustausch +4 [Ce(NO3)6]2-(aq) + R-OH(aq) + H2O  gelb +4 [Ce(OR)(NO3)5]2-(aq) + NO3-(aq) + H3O+(aq)rot

  8. 1. Einführung Formale Entstehung der Einfachzucker Oxidation mehrwertiger Alkohole zu 1. Polyhydroxy-aldehyde (Aldosen) oder 2. Polyhydroxy-ketone (Ketosen)

  9. 1. Einführung Beispiel („vereinfacht“)

  10. 1. Einführung Emil Fischer (1852-1919) • vor 1888: nur wenige Zucker bekannt • um 1890: Meilensteine in der Zucker-Chemie • 1902: Nobelpreis

  11. 1. Einführung Ziel Fischers, ca. 1888 • Aufklärung der räumlichen Orientierung der Atome im Glucose-Molekül • Glucose, (Mannose, Arabinose) • als Polyhydroxyaldehyde identifiziert • Optische Aktivität gut erforscht

  12. 2. Chiralität und optische Aktivität 2. Chiralität und Optische Aktivität Chiralität („Händigkeit“) Chemische Verbindungen mit zwei verschiedenen Formen, die sich wie Bild und Spiegelbild verhalten, sind chiral. Spiegelbildisomere oder Enantiomere

  13. 2. Chiralität und optische Aktivität Chiralitätzentrum • Am C-Atom: Tetraedrische Anordnung von vier verschiedenen Substituenten  Asymmetrisches C-Atom Chiralitätszentrum wird mit „*“ gekennzeichnet

  14. 2. Chiralität und optische Aktivität Optische Aktivität Optische Aktivität: Eigenschaft von Substanzen, die Schwingungsebene des in sie eingestrahlten, linear polarisierten Lichts um einen bestimmten Betrag zu drehen. • Chirale Verbindungen sind optisch aktiv. • Drehwinkel und Drehrichtung können mit Hilfe eines Polarimeters gemessen werden.

  15. 2. Chiralität und optische Aktivität Polarimeter: Funktionsweise und Aufbau

  16. 2. Chiralität und optische Aktivität Drehwinkel • Drehwinkel  proportional zur Konzentration c und der Schichtdicke l  = []T · c · l [] : spezifische Drehung in [grd · mL · g-1 · dm-1] • D.h.: Drehwinkel abhängig von • Temperatur • Schichtdicke • Konzentration • Wellenlänge

  17. 2. Chiralität und optische Aktivität Demonstration 1 Optische Aktivität von Zuckern Hypothese: Zucker sind meist optisch aktive Substanzen und besitzen somit mindestens ein Chiralitätszentrum.

  18. 3. Chemie der Monosaccharide 3. Chemie der Monosaccharide • Glucose

  19. 3. Chemie der Monosaccharide Vorgehensweise & Erkenntnisse Fischers • Aldohexose mit ihren 4 chiralen C-Atomen:  8 Paare von Enantiomeren = 16 Formen • Oxidation zu Carbonsäuren/Dicarbonsäuren • Verkürzung der Kohlenstoffkette • Darstellung von „Zuckern“ aus Glycerin • Bildung von Osazonen mit Hilfe von Phenylhydrazin (von ihm 1875 entdeckt)  Aldehydformder Glucose

  20. 3. Chemie der Monosaccharide Fischer-Projektion • Längste C-Kette senkrecht in der Ebene • am höchsten oxidierte C-Atom steht oben • Waagrechte Bindungen: zum Betrachter hin Senkrechte Bindungen: vom Betrachter weg • R,S-Nomenklatur möglich  doch ältere Modell der D- und L-Reihe üblich • Zeigt OH-Gruppe am untenstehenden chiralen C-Atom: • nach rechts: D (lat.: dexter) • nach links: L (lat.: laevus)

  21. 3. Chemie der Monosaccharide D-Reihe der Aldosen

  22. 3. Chemie der Monosaccharide Versuch 2 • Fehling´sche Probe • Glucose • Fructose

  23. 3. Chemie der Monosaccharide – Versuch 2 Fehling´sche Probe Reaktionsgleichungen: Komplexbildung: [Cu(H2O)6]2+(aq) + 2 C4H4O62-(aq) + 2 OH-(aq) hellblau „Cu[(C4H3O6)2]4-“(aq) + 2 H2O blau Redoxreaktion: +2 +1 +1 +3 2 „Cu2+“(aq) + R-CHO(aq) + 4 OH-(aq) Cu2O(s) + R-COOH(aq) rotbraun + 2 H2O Formal wird die Glucose zu Gluconsäure oxidiert.

  24. 3. Chemie der Monosaccharide – Versuch 2 Keto-Enol-Tautomerie

  25. 3. Chemie der Monosaccharide – Versuch 2 Eigentliche Reaktion bei Fehling • g

  26. 3. Chemie der Monosaccharide Versuch 3 Schiff´sche-Probe

  27. 3. Chemie der Monosaccharide – Versuch 3 Schiff´sche Probe • Frage: Warum reagiert Glucose nicht mit der fuchsinschwefligen Säure?

  28. 3. Chemie der Monosaccharide Intramolekulare Halbacetalbildung Antwort: Aldehydform <0,1% in wässriger Lösung • Monosaccharide bilden intramolekulare Halbacetale • Aldolkondensation:

  29. 3. Chemie der Monosaccharide Halbacetal

  30. 2. Monosaccharide Konformationisomerie • Monosaccharide, die als • 6-Ring vorliegen  Pyranosen • 5-Ring vorliegen  Furanosen

  31. 3. Chemie der Monosaccharide Demonstration 2 Mutarotation

  32. 3. Chemie der Monosaccharide – Demonstration 2 Fructoseformen im Gleichgewicht

  33. 3. Chemie der Monosaccharide #### • g

  34. Demonstration 2 Fructoseformen (im Gleichgewicht)

  35. Versuch 4 Reaktion von Fructose mit Säure

  36. Versuch 4 Reaktion von Resorcin mit Hydroxymethylfurfural

  37. Versuch 4

  38. 3. Disaccharide 3. Disaccharide Reaktion der anomeren Hydroxylgruppe im Monosaccharid mit R-OH, Kondensationreaktion  Glycosid Alkohol = Zucker  Disaccharid Zwei Monosaccharide über Acetalbrücke miteinander verbunden. Unterscheidung von  und  bei der Glycosidbindung

  39. 3. Disaccharide • Verschiedene Arten der Verknüpfung: z.B.:C1 des 1. Zuckers und C4 des 2. Zuckers: Bezeichnung: (1,4)-Verknüpfung Beispiele: Maltose Cellubiose

  40. 3. Disaccharide • Cellubiose und Maltose bestehen aus jeweils zwei Glucose-Molekülen • UNTERSCHIED in der Art der Verknüpfung • Cellubiose: -(1,4)-glycosidische Verbindung • Maltose: -(1,4)-glycosidische Verbindung

  41. 3. Disaccharide • Saccharose (Haushaltszucker) • Pro Kopf-Verbrauch in D: 35 kg/Jahr • Weltweite Jahresproduktion: 100 Mio. Tonnen • Wichtiger nachwachsender Rohstoff • Aus Glucose- und Fructose-Molekül • Nicht reduzierend  Fehling-Probe negativ! • Keine Mutarotation  da beide Monosaccharid-Reste Acetale

  42. 3. Disaccharide Versuch 5 Hydrolyse von Saccharose

  43. 3. Disaccharide – Versuch 5

  44. 4. Ausblick Polysaccharide 4. Ausblick Polysaccharide • Polymere der Monosaccharide • Cellulose • Baumaterial der Pflanzen • Verseifung der Zellwände • Bildung von Fasern und Verfestigung des Holzgewebes • Amylose oder Stärke • Reservekohlenhydrat • Energie und Rohstoffspeicher • Chitin und Glycogen

  45. 4. Ausblick Polysaccharide • Cellulose • (1,4)--Glycosidbindung der Glycopyranose • 3000 Monomereinheiten, M = 500000

  46. 4. Ausblick Polysaccharide • Stärke (1,4)-- Glycosidbindung der Glycopyranose

  47. 5. Schulrelevanz LK 12.2: Kohlenstoffchemie II: Technisch und biologisch wichtige Kohlenstoffverbindungen 1.Naturstoffe: Kohlenhydrate • Mono-, Di- und Polysaccharide: Vorkommen, Eigenschaften und Strukturen • Optische Aktivität und Stereoisomerie • Reaktionen / Nachweisreaktionen • Bedeutung und Verwendung Fakultativ: Industrielle Gewinnung von Saccharose aus Zuckerrüben • Energiespeicher und Gerüstsubstanz • Energiestoffwechsel (Photosynthese und Zellatmung) • Nachwachsende Rohstoffe

More Related