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Kohlenhydrate in der Chemie

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sofatutor Team
Kohlenhydrate in der Chemie
lernst du in der 8. Klasse - 9. Klasse - 10. Klasse - 11. Klasse - 12. Klasse - 13. Klasse

Kohlenhydrate in der Chemie Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Lerntext Kohlenhydrate in der Chemie kannst du es wiederholen und üben.
  • Bestimme die organischen Stoffklassen zu den allgemeinen Formeln.

    Tipps

    Aldehyde besitzen im Vergleich zu den Alkoholen alle ein Kohlenstoffatom in ihrer funktionellen Gruppe.

    Lösung

    Um 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.
    Die Beobachtungen zur Reaktion zwischen Zucker und Schwefelsäure wurden bereits 1819 gemacht. Festgestellt wurde dabei, dass Kohlenhydrate aus Kohle und Wasser bestehen, wodurch sie ihren Namen und die allgemeine Schreibweise $C_n(H_2O)_n$ erhielten.

  • Erkläre die Fotosynthese.

    Tipps

    Der Katalysator nutzt nicht nur die Lichtenergie, sondern lässt die Pflanzen grün erscheinen.

    Lösung

    Der 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.

    Tipps

    Stärke kann in verschiedenen Pflanzenorganen gespeichert werden.

    Lösung

    Stärke 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.

    Tipps

    Glucose hat die Summenformel $C_6H_{12}O_6$.

    Lösung

    Glucose 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.

    Tipps

    Als Rohstoff müssen die Kohlenhydrate für ihre Weiterverarbeitung oft eine hohe Festigkeit aufweisen.

    Lösung

    Kohlenhydrate 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.

    Tipps

    Amylose macht von Stärke nur 25% aus.

    Lösung

    Da 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.