Kohlenhydrate – Einführung

in nur 12 Minuten? Du willst ganz einfach ein neues
Thema lernen in nur 12 Minuten?
-
5 Minuten verstehen
Unsere Videos erklären Ihrem Kind Themen anschaulich und verständlich.
92%der Schüler*innen hilft sofatutor beim selbstständigen Lernen. -
5 Minuten üben
Mit Übungen und Lernspielen festigt Ihr Kind das neue Wissen spielerisch.
93%der Schüler*innen haben ihre Noten in mindestens einem Fach verbessert. -
2 Minuten Fragen stellen
Hat Ihr Kind Fragen, kann es diese im Chat oder in der Fragenbox stellen.
94%der Schüler*innen hilft sofatutor beim Verstehen von Unterrichtsinhalten.
Grundlagen zum Thema Kohlenhydrate – Einführung
Dieses Video gibt einen allgemeinen Ein- und Überblick über das Thema Kohlenhydrate. Es wird u.a. geklärt, wo der Name herkommt, welche Rolle sie für die Photosynthese spielen und wie sie als Energielieferant dienen.
Transkript Kohlenhydrate – Einführung
Guten Tag und herzlich willkommen. In diesem Video geht es um Kohlenhydrate. Allgemeines: Als Vorkenntnisse solltet ihr die Grundlagen der organischen Chemie bereits beherrschen. Ihr solltet klare Vorstellungen darüber haben, was Alkohole, Aldehyde und Ketone sind. Das Ziel dieses Videos ist es, euch einen Überblick über die Kohlenhydrate zu verschaffen. Das Video ist in neun Abschnitte gegliedert. 1. Woher kommt der Name? 2. Photosynthese 3. Cellulose 4. Rohstoffe und Nahrungsbestandteil 5. Energielieferant 6. Nachwachsende Rohstoffe 7. Dreifachfunktion 8. Allgemeine Klassifikation 9. Zusammenfassung 1. Woher kommt der Name? Es gibt einen klassischen Versuch mit Zucker, den ich hier kurz beschreiben möchte. Man lässt auf Zuckerkristalle konzentrierte Schwefelsäure einwirken und erwärmt. Die Schwefelsäure in ihrer konzentrierten Form zeigt hier eine Eigenschaft, an die wir gewöhnlich nicht denken. Es ist nicht das saure Verhalten der Verbindung. Auch hat es nichts damit zu tun, dass Schwefelsäure ätzend ist. Und auch die Giftigkeit spielt hier seltsamerweise keine Rolle. Es handelt sich um eine Eigenschaft, die nur auftritt, wenn Schwefelsäure konzentriert ist. Sie ist dann nämlich hygroskopisch. Sie möchte Wasser binden. Die Schwefelsäure entzieht dem Zucker Wasser, es entsteht eine feste schwarze Substanz, Kohle. Kohle ist leicht zu unterscheiden von der weißen Ausgangssubstanz, die Reaktion hat stattgefunden. Formal gesehen besteht Zucker aus Kohle und Wasser. Es ist gewissermaßen ein Kohlenhydrat. Daher schreibt man die Kohlenhydrate mitunter als Cn(H2O) n mal. Ich setze diese Formel in eine Klammer, denn eigentlich ist sie falsch. 2. Photosynthese Ohne Kohlenhydrate ist das Leben auf der Erde nicht möglich. Grüne Pflanzen sind in der Lage die Photosynthese durchzuführen. Kohlenstoffdioxid reagiert mit Wasser unter Einwirkung von Sonnenlicht in Anwesenheit des Katalysators Chlorophyll. Es entstehen Kohlenhydrate. Außerdem wird Sauerstoff gebildet. Kohlenhydrate sind ein wichtiger Energielieferant. Sauerstoff benötigen wir zur Atmung. 3. Cellulose Cellulose ist ein Kohlenhydrat und ein wichtiges Biopolymer. Sie ist für die Festigkeit, Form und das Wachstum von Pflanzen verantwortlich. Aber auch nach dem Tod der Pflanze behält die Cellulose ihre Bedeutung. Sie wird umgewandelt in Humus und garantiert Wachstum und Fruchtbarkeit neuer Pflanzengenerationen. Als 4. möchte ich die Kohlenhydrate als Rohstoffe und Nahrungsbestandteil kurz besprechen. Kohlenhydrate mit der allgemeinen Formel Cn(H2O) n mal kommen als Rohstoff in Holz und Baumwolle vor. Als Nahrungsbestandteil treffen wir die Kohlenhydrate in Zucker und Mehl an. Kohlenhydrate sind 5. ein wichtiger Energielieferant. Für alle Lebensfunktionen und natürlich besonders bei Sport und Spiel, benötigen wir Energie. Der Energiegehalt der Kohlenhydrate ist groß. Er trägt im Mittel etwa 16 kJ/g. Entsprechend kann man eine Rechnung aufstellen. 3 g eines Kohlenhydrates sind ausreichend für das Kochen von einer Tasse Kaffee. Bei der Überschlagsrechnung bin ich davon ausgegangen, dass Wasser von 10 Grad Celsius bis zur Siedetemperatur erwärmt werden muss. 6. Nachwachsende Rohstoffe Aus wirtschaftlichen Gründen und vom Gesichtspunkt des Umweltschutzes her, rücken nachwachsende Rohstoffe immer mehr in den Mittelpunkt des Interesses. Eine Möglichkeit der Veredelung des Kohlenhydrates ist die Umwandlung von Stroh in Ethanol. Eine weitere Möglichkeit ist die Verwandlung von Stärke in Polymere mit veränderten Eigenschaften. Die Polymere sollen dabei formbar und abbaubar sein. Es lassen sich noch viele weitere Beispiele aufzählen. Es ist daher nicht verwunderlich, dass nachwachsende Kohlenhydrate immer mehr in den Blickpunkt von Chemie und Biotechnologie gelangen. 7. Dreifachfunktion In der lebenden Zelle erfüllen Kohlenhydrate eine dreifache Funktion. Zum einen sind Kohlenhydrate am Bau der Zelle entscheidend beteiligt. Sie sind gewissermaßen ein Gerüstbaustein. Kohlenhydrate sind eine wichtige Energiequelle, die alle Lebensprozesse überhaupt erst möglich macht. Außerdem sind Kohlenhydrate Ausgangsstoffe für die Biosynthese verschiedener Verbindungen. Wir wollen nun im Punkt 8 zur allgemeinen Klassifizierung von Kohlenhydraten kommen. Ein Teil der Kohlenhydrate sind die sogenannten Aldosen. Aldosen sind, korrekter, Polyhydroxyaldehyde. Diese Verbindungen enthalten Aldehydgruppen. Die zweite Gruppe sind die sogenannten Ketosen. Genauer gesprochen die Polyhydroxyketone. Diese Verbindungen enthalten Ketogruppen. Die Bezeichnung Polyhydroxy bedeutet, dass es sich, sowohl bei Aldosen als auch bei Ketosen, um Polyalkohole handelt. Eine zweite Möglichkeit der Klassifizierung der Kohlenhydrate besteht darin, die Zahl der Bausteine, die in das Molekül eingehen, zu benennen. Ich möchte hier die Zahl der Bausteine, die jeweilige Substanzklasse und einige wichtige Beispiele gegenüberstellen. Kohlenhydrate, die nur aus einem einzigen Baustein bestehen, bezeichnet man als Monosaccharide. Beispiele für Monosaccharide sind D-Glucose und D-Fructose. Bei zwei Bausteinen spricht man von Disacchariden. Beispiele für Disaccharide sind Saccharose und Maltose. Bei 3 Bausteinen spricht man von Trisacchariden. Ein Trisaccharid ist Streptomycin. Für die ganz Genauen, es handelt sich hier um ein Pseudotrisaccharid. Bei 4 - 10 Kohlenhydtratbausteinen spricht man von Oligosacchariden. Die Blutgruppendeterminanten zählen zu den Oligosacchariden. Wenn das Kohlenhydratmolekül aus mehr als 10 Bausteinen besteht, so nennt man es Polysaccharid. Wichtige Polysaccharide sind Cellulose, Stärke und Glykogen. 9. Zusammenfassung Die Moleküle der Kohlenhydrate bestehen formal aus den beiden Bestandteilen Kohle und Wasser, daher der Name Kohlenhydrate. Kohlenhydrate werden aus Kohlenstoffdioxid und Wasser in Anwesenheit von Chlorophyll synthetisiert. Diese Synthese bezeichnet man als Photosynthese. Die Verbrennung von Kohlenhydraten liefert im Mittel 16 kJ/g an Energie. Kohlenhydrate sind wichtige Rohstoffe. Sie sind enthalten in Holz und Baumwolle. Sie sind Nahrungsbestandteil und treten in Stärke und Zucker auf. Mehr und mehr ist man bestrebt, nachwachsende Kohlenhydrate chemisch und biochemisch zu veredeln. Aus Stroh gewinnt man Ethanol, aus Stärke entsteht ein modifiziertes Polymer. Dieses ist formbar und biologisch abbaubar. In der lebenden Zelle üben Kohlenhydrate drei wichtige Funktionen aus. Sie sind Gerüstbaustein, Energiequelle und dienen der Biosynthese. Kohlenhydrate mit Aldehydgruppen bezeichnet man als Aldosen. Enthalten sie Ketogruppen, so spricht man von Ketosen. Sowohl bei Aldosen als auch bei Ketosen handelt es sich um Polyalkohole. Man kann die Kohlenhydrate auch hinsichtlich der Zahl ihrer Bausteine entklassifizieren. Bei einem Baustein spricht man von Monosacchariden. Beispiele dafür sind Glucose und Fructose. Bei zwei Bausteinen sind es Disaccharide. Beispiele dafür sind Saccharose und Mannose. Ein Trisaccharid besteht aus drei Bausteinen, ist Streptomycin. Ein Kohlenhydrat, das 4 - 10 Bausteine enthält, bezeichnet man als Oligosaccharid. Ein Beispiel dafür sind die Blutgruppendeterminanten. Bei mehr als 10 Bausteinen spricht man von Polysacchariden. Wichtige Polysaccharide sind Cellulose, Stärke und Glykogen. Ich danke für die Aufmerksamkeit, alles Gute, auf Wiedersehen.
Kohlenhydrate – Einführung Übung
-
Bestimme die organischen Stoffklassen zu den allgemeinen Formeln.
TippsAldehyde besitzen im Vergleich zu den Alkoholen alle ein Kohlenstoffatom in ihrer funktionellen Gruppe.
LösungUm Kohlenhydrate klassifizieren und ihre Chemie verstehen zu können, ist es wichtig, alle Strukturmerkmale benennen zu können.
- Kohlenhydrate sind Polyalkohole. Die funktionelle Gruppe der Alkohole ist die Hydroxygruppe $-OH$.
- Einige Kohlenhydrate sind Aldosen, sie besitzen also eine Aldehydgruppe. Die Aldehydgruppe $-CHO$ ist eine Carbonylgruppe, die sich endständig am Molekül befindet.
- Außerdem gibt es auch Ketosen. Ketone besitzen im Vergleich zu den Aldehyden keine endständige Carbonylgruppe, sondern eine mittelständige, die an beiden Seiten mit dem Kohlenstoffgerüst verbunden ist. Sie wird auch Ketogruppe $-C=O-$ genannt.
-
Erkläre die Fotosynthese.
TippsDer Katalysator nutzt nicht nur die Lichtenergie, sondern lässt die Pflanzen grün erscheinen.
LösungDer Katalysator Chlorophyll absorbiert einen großen Bereich des sichtbaren Lichts und reflektiert den Bereich des Lichts, der uns die Pflanzen grün erscheinen lässt. Die aufgenommene Energie genügt, um über Teilprozesse das aus der Luft aufgenommene Kohlenstoffdioxid mit Wasser in Kohlenhydrate und Sauerstoff umzuwandeln. Erstere dienen den Pflanzen und Pflanzenfressern als Energielieferant. Pflanzen sind in der Lage, diesen Stoff auch in einige Organen einzulagern (Kartoffelknollen), um sie später zu nutzen. Der gebildete Sauerstoff wird abgegeben und von Menschen und Tieren für die Atmung benötigt.
-
Identifiziere die Lebensmittel mit hohem Stärkeanteil.
TippsStärke kann in verschiedenen Pflanzenorganen gespeichert werden.
LösungStärke gehört zu den Polysacchariden, da sie sich aus mehreren D-Glucose-Monomeren zusammensetzt. Diese sind meistens über $\alpha$-1,4-gycosidische Bindungen miteinander verknüpft und bilden so lange Ketten, was es den Pflanzen ermöglicht, überschüssige Energie, die durch Fotosynthese gewonnen wurde, abzuspeichern. Wichtig ist dabei, dass Stärke im Vergleich zur Glucose nicht osmotisch wirksam ist, d.h. sie benötigt anders als das Monosaccharid keine zusätzlichen Wassermengen bei der Speicherung.
Formen der Stärkespeicherung sind auch für uns Menschen wichtig, da wir diese für unsere Ernährung nutzen. Kartoffeln und die verschiedenen Getreidearten sind wichtig für unsere Nahrungsaufnahme und weisen einen sehr hohen Stärkeanteil auf. Das Getreide wird aufbereitet und von uns als Brot gegessen. In Salaten oder beim Grillen findet sich Mais wieder. Hier ist die Stärke in den einzelnen Körnern zu finden.
-
Klassifiziere die Kohlenhydrate.
TippsGlucose hat die Summenformel $C_6H_{12}O_6$.
LösungGlucose und Fructose haben die gleiche Summenformel und können beide in die Substanzklasse der Monosaccharide eingeordnet werden. Sie unterscheiden sich in ihrem Aufbau: D-Glucose bildet einen Sechsring aus und D-Fructose einen Fünfring. Die Maltose setzt sich aus zwei D-Glucose-Molekülen zusammen und ist somit den Disacchariden zuzuordnen. Ebenfalls aus D-Glucose-Molekülen aufgebaut ist die Cellulose. Um diesen Hauptbestandteil pflanzlicher Zellwände aufzubauen, werden die Moleküle $\beta$-1,4-glykosidisch verknüpft. Streptomycin bildet sich ebenfalls aus Glucose-Einheiten, Sie werden so modifiziert, dass erst eine Bildung von Disacchariden erfolgt und anschließend die Verknüpfung zum Trisaccharid. An der Bildung dieses unter anderem als Antibiotikum verwendeten Saccharids sind viele Enzyme beteiligt.
-
Nenne Vorkommen und Bedeutung von Kohlenhydraten.
TippsAls Rohstoff müssen die Kohlenhydrate für ihre Weiterverarbeitung oft eine hohe Festigkeit aufweisen.
LösungKohlenhydrate kommen, je nach Verknüpfung der Bausteine, in verschieden festen Formen vor. Cellulose zum Beispiel ist ein stark verzweigtes Polymer und für die Form und Festigkeit von Pflanzen von großer Bedeutung. Als Rohstoffe kommen Kohlenhydrate somit in Holz oder in Baumwolle vor.
In unserer Nahrung kommen Kohlenhydrate in Zucker oder Mehl vor. Zucker besteht aus dem Disaccharid Saccharose und Mehl enthält das Polysaccharid Stärke.
In der Zelle haben die Kohlenhydrate eine Dreifachbedeutung. Sie sind ein wichtiger Baustein für das Gerüst der Zelle, liefern Energie und dienen der Biosynthese anderer Bestandteile.
-
Beschreibe das Experiment und erläutere das Ergebnis.
TippsAmylose macht von Stärke nur 25% aus.
LösungDa der Amylopektingehalt der Stärke bei 75% liegt, löst sich das Pulver zunächst nicht. Beim Erhitzen des Gemisches wird nach und nach die Kristallstruktur der Stärke aufgebrochen und Wasser wird aufgenommen. Dadurch entsteht beim Kochen eine gleichmäßige, blau gefärbte, zähflüssige Kleistermasse. Wenn diese abkühlt, wird sie hart und verformbar. Letzteres ist auf die Zugabe von Glycerin (siehe Bild) zurückzuführen, Dieses setzt sich zwischen die Stärkebausteine und bildet Wasserstoffbrückenbindungen zu den Einheiten aus. Dadurch kristallisiert die Stärke nicht wieder aus.
Auf dem Markt konnten sich solche Stärkefolien bereits etablieren und werden als Verpackungsmaterial, bei Einkaufstüten oder essbarem Geschirr benutzt. Ihr Vorteil besteht in der biologischen Abbaubarkeit und man ist bei der Herstellung nicht auf die bald sehr knappe Komponente Rohöl angewiesen.

Grundbaustoffe der Nahrung – Kohlenhydrate, Eiweiße und Fette

Kohlenhydrate – Einführung

Bestandteile unserer Nahrung – Kohlenhydrate

Monosaccharide

Monosaccharide und Zuckeralkohole

Glucose und Fructose

Glucose – Kette oder Ring?

Monosaccharide mit 3 bis 6 C-Atomen

Monosaccharide – Nomenklatur und Stereochemie

Monosaccharide – Eigenschaften und Reaktionen

Pyranosen und Furanosen

D-Ribopyranose und D-Ribofuranose

Sesselform-Schreibweise der Pyranosen

Halbacetal- und Acetalbildung

Dissaccharide in unserer Nahrung

Disaccharide

Disaccharide – Besondere Glykoside

Reduzierende und nichtreduzierende Disaccharide

Saccharose und Maltose

Polysaccharide

Polysaccharide – Cellulose, Stärke, Glykogen

Stärke und Cellulose

Nachweis von Kohlenhydraten

Moleküldarstellungen von Kohlenhydraten

Vitamin C – Zuckerderivat

Rhamnose, Fucose, D-Glucosamin, Sialinsäure

Glykoside – Bildung und Eigenschaften

Glykoside – Beispiele und Wirkung

Glykolipide und Glykoproteine

Hyaluronsäure, Heparin, Chitin

Dextrose – Wirkung auf den Körper
6.316
sofaheld-Level
6.573
vorgefertigte
Vokabeln
9.067
Lernvideos
39.137
Übungen
35.302
Arbeitsblätter
24h
Hilfe von Lehrer*
innen

Inhalte für alle Fächer und Klassenstufen.
Von Expert*innen erstellt und angepasst an die Lehrpläne der Bundesländer.
Testphase jederzeit online beenden
Beliebteste Themen in Chemie
- Periodensystem
- Ammoniak Verwendung
- Entropie
- Salzsäure Steckbrief
- Kupfer
- Stickstoff
- Glucose und Fructose
- Salpetersäure
- Redoxreaktion
- Schwefelsäure
- Natronlauge
- Graphit
- Legierungen
- Dipol
- Molare Masse, Stoffmenge
- Sauerstoff
- Elektrolyse
- Bor
- Alkane
- Chlor
- Elektronegativität
- Tenside
- Toluol, Toluol Herstellung
- Wasserstoffbrückenbindung
- Fraktionierte Destillation von Erdöl
- Carbonsäure
- Ester
- Harnstoff, Kohlensäure
- Reaktionsgleichung aufstellen
- Cellulose und Stärke Chemie
- Süßwasser und Salzwasser
- Katalysator
- Ether
- Primärer Alkohol, sekundärer Alkohol, tertiärer Alkohol
- Van-der-Waals-Kräfte
- Oktettregel
- Kohlenstoffdioxid, Kohlenstoffmonoxid, Oxide
- Alfred Nobel und die Dynamit Entdeckung
- Wassermolekül
- Ionenbindung
- Phosphor
- Saccharose und Maltose
- Kohlenwasserstoff
- Kovalente Bindungen
- Wasserhärte
- Peptidbindung
- Fermentation
- Nernst-Gleichung, Konzentrationsabhängigkeit des Elektrodenpotentials
- Ethanol als Lösungsmittel
- Kohlenstoff
Sehr Hilfreich :) Danke
Einfach klasse
Dankeschön. In Anlehnung an die Verbrennung mit Feuer und Flamme wird in der Biochemie dieser Begriff auch benutzt. Hier ist es vielleicht besser einfach von Oxidation zu sprechen, die katalytisch (enzymatisch) erfolgt. Das Ergebnis ist das gleiche: Aus energiereichen Verbindungen wie Glucoe werden die energiearmen Verbindungen Kohlenstoffdioxid und Wasser produziert, wobei Energie frei wird (exotherme Reaktion). Diese Energie dient nicht nur zu unserer Erwärmung, sondern sie ist häufig mit anderen biochemischen Reaktionen gekoppelt, die endotherm sind. So können Stoffe im Organismus aufgebaut werden.
Alles Gute
André
Dankeschön. In Anlehnung an die Verbrennung mit Feuer und Flamme wird in der Biochemie dieser Begriff auch benutzt. Hier ist es vielleicht besser einfach von Oxidation zu sprechen, die katalytisch (enzymatisch) erfolgt. Das Ergebnis ist das gleiche: Aus energiereichen Verbindungen wie Glucoe werden die energiearmen Verbindungen Kohlenstoffdioxid und Wasser produziert, wobei Energie frei wird (exotherme Reaktion). Diese Energie dient nicht nur zu unserer Erwärmung, sondern sie ist häufig mit anderen biochemischen Reaktionen gekoppelt, die endotherm sind. So können Stoffe im Organismus aufgebaut werden.
Alles Gute
André
Richtig gutes Video, super Aufbau, super Inhalt! Ich habe jedoch ein Frage: man redet immter von Energiequellen. Was bedeutet es eigentlich, dass die fette/ kohlenhydrate (?) verbrannt werden und in energie umgewandelt werden?
Vielen Dank