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Experimentalvortrag OC
„Die Chemie der Orange“
Meike Griesel
WS 2009/2010
Gliederung
1. Einleitung
2. Inhaltsstoffe der Orange
2.1. Limonen
D1, V1, V2
2.2. Fruchtsäuren: Citronensäure D2, V3, D3, V4
2.3. Vitamin C
V5, V6
3. Schulrelevanz
4. Literatur
2
1. Einleitung
1. Einleitung
Der Orangenbaum
-
wissenschaftlicher Name: Citrus sinensis
-
Baum ist 8 – 15 m hoch
immergrün
weiße, stark duftende Blüten
Früchte haben runde oder
breit-ovale Formen
www.schulbilder.org
-
wichtigste Sorten: Blondorange, Navelorange,
Blutorange
4
1. Einleitung
Verbreitung
-
Herkunft: Südchina und Indochina
-
Verbreitung in vorchristlicher Zeit schon bis in
den vorderen Orient
-
15. – 16. Jahrhundert: Zierpflanze an
europäischen Höfen
-
heute weltweit bedeutende Nutzpflanze in
warmen Ländern
-
heutige Hauptanbaugebiete: Brasilien, USA,
Mexiko, Indien
5
1. Einleitung
Die Frucht
-
Schale kann grün, gelb oder orange sein
-
Schale ist 5 mm dick
-
weiße Albedo ist dünn
-
Fruchtfleisch ist in
10 – 14 Segmente unterteilt
-
pro Spalte bis zu 4 Kerne
-
www.food.foto24.de
Geschmack:
aromatisch süß bis säuerlich süß
6
2. Inhaltsstoffe der
Orange
7
2. Inhaltsstoffe der Orange
Inhaltsstoffe
In 100 g Fruchtfleisch durchschnittlich enthalten:
Wasser:
85,7 g
Mineralstoffe:
0,48 g
Eiweiß:
1,0 g
Fruchtsäuren:
1,13 g
Fett:
0,2 g
Vitamin B1:
0,079 mg
Kohlenhydrate: 8,25 g
Vitamin B2:
0.042 mg
Ballaststoffe:
Vitamin C:
49,4 mg
1,6 g
8
2.1. Limonen
9
2.1. Limonen
Demonstration 1:
Isolation von Limonen aus
Orangenschalen
10
2.1. Limonen
Durchführung
11
2.1. Limonen
Auswertung
-
Limonen siedet bei 177°C
Limonen ist hydrophob und löst sich gut in
Petrolether
H3C
Limonen ist ein Terpen
H2C
CH2
Isopreneinheit in Terpenen
-
CH3
in der Orangenschale kommt
nur (R)-(+)-Limonen vor
H3C
CH2
(R)-(+)-Limonen
12
2.1. Limonen
Versuch 1:
Mischverhalten von
Limonen
13
2.1. Limonen
Auswertung
-
„Ähnliches löst Ähnliches“
-
Limonen ist lipophil und unpolar
-
Limonen ist mischbar mit unpolaren,
lipophilen Substanzen wie Speiseöl oder Fette
14
2.1. Limonen
Alltagsbezug
-
Reinigungswirkung beruht
auf lipophilen Eigenschaften
des Limonens
-
außerdem schützen die
Terpene in den Orangenschalen
die Frucht vor Pilzen und Bakterien
www.frosch.de
==> desinfizierende Wirkung von Limonen
15
2.1. Limonen
Versuch 2:
Bromierung von Limonen
16
2.1. Limonen
Auswertung
CH3
CH3

+
Br
Br



Br
Br
H3C
CH2
H3C
CH2
CH3
CH3
+
Br
Br
Br
H3C
H3C
Br
-
17
2.2. Fruchtsäuren:
Citronensäure
18
2.2. Fruchtsäuren: Citronensäure
Allgemeines
Fruchtsäuren: Sammelbegriff für organische
Hydroxycarbonsäuren und Dicarbonsäuren in
Obst
-
einige Fruchtsäuren:
-
Äpfelsäure
HO
OH
- Citronensäure
O
O
O
HO
-
OH
HO
OH
O
Milchsäure
OH
OH
O
- Oxalsäure
O
OH
H3C
O
O
OH
OH
-
Weinsäure
OH
OH
O
O
OH
OH
19
2.2. Fruchtsäuren: Citronensäure
Allgemeines (2)
-
in der Orange sind in 100 g Fruchtfleisch 1,13 g
Fruchtsäuren enthalten
-
davon etwa 1,06 g Citronensäure
-
Citronensäure ist eine der am weitesten
verbreiteten Fruchtsäuren im Pflanzenreich
-
Citronensäure ist ein Stoffwechselprodukt aller
Organismen im Citratzyklus
20
2.2. Fruchtsäuren: Citronensäure
Demonstation 2:
Isolierung von
Citronensäure aus Orangen
21
2.2. Fruchtsäuren: Citronensäure
Durchführung
1.
mit Ammoniak
versetzen +
Calciumchloridlösung
2.
Niederschlag
abfiltrieren
3.
mit saurem
Ionenaustauscherharz
versetzen
4.
Harz abfiltieren
5.
Auskristallisieren +
Umkristallisieren
22
2.2. Fruchtsäuren: Citronensäure
Auswertung
2+
Ca (aq)
+
[Ca(Cit)2]
2 CitH3 (aq)
HO
4(aq)
-
CH2
COO
C
COO
CH2
COO
-
+
-
2+
Ca
OOC
-
OOC
-
-
+
6H
OOC
(aq)
CH2
C
OH
CH2
Dicitratocalcium(II) - Komplex
[Ca(Cit)2]
-
-
4(aq)
+
2+
(aq)
2 Ca

Ca3(Cit)2
(s)
Calciumkationen werden durch Protonen des stark
sauren Ionenaustauscherharzes ausgetauscht
es entsteht Citronensäure
23
2.2. Fruchtsäuren: Citronensäure
Versuch 3:
Nachweisreaktionen zur
Identifizierung von
Citronensäure
24
2.2. Fruchtsäuren: Citronensäure
Auswertung
Nachweis auf Alkohole mit Hilfe von
Cer(IV)nitratreagenz
+
2 NH4
(aq) [Ce(NO3)6]
2-
(aq) + HO
R3 (aq)
[Ce(NO3)5(O-R3)]
Citronensäure
(aq)
roter Komplex
+ 2 NH4+ (aq) +
-
2-
-
NO3
(aq)
+
+
H
(aq)
es kommt zur Entfärbung wegen einer Redoxreaktion
4+
Ce
+ 1 e-
3+
Ce
CH2 COOH
CH2 COOH
HO
C
CH2
COOH
COOH
*2
O
+
C
CH2
CO2
+
+
2H
+ 2 e-
COOH
25
2.2. Fruchtsäuren: Citronensäure
Auswertung (2)
Nachweis auf Carbonsäuren durch
Bromthymolblau
O
O
O
S
S
H3C
O
O
O
-
CH3
CH3
CH3
+
-2H
H3C
OH
+
+2H
CH3
Br
H3C
OH
Saures Milieu
-
Br
Br
H3C
O
H3C
CH3
H3C
Br
H3C
OH
Basisches Milieu
26
2.2. Fruchtsäuren: Citronensäure
Demonstration 3:
DC von Fruchtsäuren zur
Identifizierung der
Citronensäure
27
2.2. Fruchtsäuren: Citronensäure
Beobachtung
Milchsäure
Citronensäure
Probe
Weinsäure
Äpfelsäure
O-Saft
O-Saft
28
2.2. Fruchtsäuren: Citronensäure
Auswertung
O
O
S
O
S
O
O
OH
H3C
CH3
Br
+
-2H
O
+
+2H
Br
Br
Br
Saures Milieu
-
Br
H3C
Br
OH
-
CH3
Br
Br
O
OH
Basisches Milieu
Rf – Werte der Fruchtsäuren:
Citronensäure: 0,49
Weinsäure: 0,35
Milchsäure: 0,76
Probe: 0,47
Äpfelsäure: 0,53
29
2.2. Fruchtsäuren: Citronensäure
Versuch 4:
Herstellung eines Polyesters
aus Citronensäure
30
2.2. Fruchtsäuren: Citronensäure
Auswertung
O
H
CH
O
OH
H
H
OH
H
OH
COO
HO
+
O
HO
H
O
Glycerin
- n H2O
Citronensäure
O
CH2
CH2
HO C
OH
HO
CH2
O
COO CH2 CH CH2
CH2
COO
COO
CH2
CH
O CH2
CH2
COO C OH
CH2
CO
Citronensäureglycerinester
31
2.2. Fruchtsäuren: Citronensäure
Auswertung (2)
Mechanismus
+
+
O
+H
R
H
O
O
R
O
H
O
O
+
H
R1 OH
R
+
O
+
H
O
H
+
- H2O
O
H
H
+
O
H
H
R1
O
+
O
R
+H
R
O
R1
H
R1
H
O
+
O
O
H
-H
O
R
+
O
H
H
O
+
R
R
C
H
H
O
+
R
O
H
H
-H
O
R1
R
O
R1
32
2.3. Vitamin C
33
2.3. Vitamin C
Allgemeines
Vitamine: im Pflanzen- und Tierreich verbreitete
Stoffe, die in der Nahrung nur in kleinen Mengen
vorhanden sind und für das Wachstum und die
Erhaltung des tierischen Körpers unentbehrlich
sind (Hofmeister)
-
Vitamin C ist in vivo ein Quencher für SingulettSauerstoff
Cofaktor bei der Hydoxylierung von Lysin- und
Prolin-Resten bei der Biosynthese des
Kollagens
34
2.3. Vitamin C
Allgemeines (2)
-
-
-
Die Biosynthese erfolgt bei Tieren und Pflanzen
auf verschiedenen Wegen, geht aber immer von
Glucose aus
Tagesbedarf eines Menschen: 75 – 100 mg
Vitamin C Mangel: Skorbut
- Symptome: Zahnfleischbluten, Anfälligkeit
für Infektionskrankheiten, Muskelschwund
- Symptome gehen auf das Fehlen des
Kollagens zurück
in Nahrungsmittelindustrie dient Ascorbinsäure
als Antioxidans
35
2.3. Vitamin C
Versuch 5:
Gehaltsbestimmung von
Vitamin C in Orangen
36
2.3. Vitamin C
Auswertung
OH
HO
O
N
Cl
O
Cl
OH
OH
Cl
2,6 Dichlorphenolindophenol
Ascorbinsäure
O
OH
HO
HO
O
+
+
O
OH
HO
NH
Cl
Leuko -Form
O
O
Dehydroxy-Ascorbinsäure
Berechnung
m (AS) = [V (mL der DI Lösung) – V (Blindwert)] * Titer * 500
m (AS) = (x – 1,9 mL) * 0,0103 mg/mL * 500
37
2.3. Vitamin C
Versuch 6:
Reduktionsmittel
Ascorbinsäure
38
2.3. Vitamin C
Auswertung
Oxidation:
H
H
HO
H
HO +I
H
H
HO
OH
H
OH
O +II
O
+I
HO
O
2H
+
-
2e
*5
+II
O
O
O
Reduktion:
+VII
KMnO4
+
+
+ 8 H+ + 5 e-
Mn
2+
+ K+ +
4 H2O
*2
Gesamt:
H
H
HO
H
HO
H
OH
H
OH
H
5
HO
HO
O
O
+ 2 KMnO4 +
+
4H
5
O
O
O
O
+ 2 Mn2+ + 2 K++ 2 OH- + 6 H2O
39
2.3. Vitamin C
Auswertung (2)
-
der Lactonring der Ascorbinsäure ist im sauren
stabil
-
die Oxidation von Ascorbinsäure zu DehydroxyAscorbinsäure ist reversibel
-
Dehydroxy-Ascorbinsäure wird jedoch im
neutralen oder basischen leicht hydrolytisch
gespalten
-
Mechanismus ist nicht gesichert
40
3. Schulrelevanz
41
3. Schulrelevanz
Chemikalien
Versuch:
Einstufung:
D 1: Isolation von Limonen
S1
V 1: Limonen als Lösemittel
S1
V 2: Bromierung von Limonen
S1
D 2: Isolation von Citronensäure
S1
V 3: Nachweisreaktionen: Citronensäure
S1
D 3: DC von Fruchtsäuren
S1
V 4: Herstellung eines Polyesters
S1
V 5: Gehaltsbestimmung von Vitamin C
S1
V 6: Reduktionsmittel Ascorbinsäure
S1
42
3. Schulrelevanz
Themen
Klassenstufe: Thema:
Versuch:
11.1
Esterbildung
V4
Redoxgleichungen mit
organischen Stoffen
V6
Duftstoffe; Lösungsmittel
D 1, V 1
Alkansäuren im Alltag
D 2, D 3
Identifizierung von
Kohlenstoffverbindungen
V 2, V 3
11.2
Polymere mit besonderen V 4
Eigenschaften
12.2
Nahrungsmittel
D 3, V 5, V 6,
43
4. Literatur
44
4. Literatur
Literaturverzeichnis
-
-
Arndt, C. et al. „Ester der Zitronensäure“. Praxis der
Naturwissenschaften – Chemie. 2006 (8). 41-44.
Espel, D. „Orangen – eine Erfrischung für den Chemieunterricht“.
Praxis der Naturwissenschaften – Chemie. 1999 (7). 17-22.
Gessner, Sandra. „Fett weg mit Orangenöl?“.
Naturwissenschaften im Unterricht – Chemie. 1999 (53). 21-23.
Heinmann, R. „Einem unbekannten Stoff auf der Spur –“ Praxis
der Naturwissenschaften – Chemie. 1999 (7). 26-29.
Nuhn, Peter. Naturstoffchemie. 4. Aufl. Stuttgart: S. Hirzel Verlag,
2006.
Schwedt, Georg. Experimente mit Supermarktprodukten.
Weinheim, Wiley-VCH GmbH & Co KGaA, 2003.
Vollhardt, Peter, K.C. und Neil E. Schore. Organische Chemie. 4.
Aufl. Weinheim: Wiley-VCH GmbH & Co KGaA, 2005.
45