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Verknüpfungsprinzip bei Di- und Polysacchariden

Link-Ebene

a) Disaccharide

Überlegungen zur Umsetzung des Lehrplans


Vorschläge zu Inhalten und Niveau

  • Nomenklatur: Trivialnamen genügen, Art der Verknüpfung muss benannt werden können (s. u.)
  • Verknüpfungsprinzip: Ausbildung von glycosidischen Bindungen durch Kondensations¬reaktionen; mindestens ein anomeres Kohlenstoff-Atom ist stets beteiligt, da hier hohe Reaktivität vorliegt; Aufstellen der Reaktionsgleichungen von Kondensation und Hydrolyse
  • Haworth-Projektionsformeln: Zeichnung der glycosidischen Bindung in winkeltreuer Darstellung: Maltose (2 Glucosemoleküle sind α-1,4-glykosidisch verknüpft), Cellobiose (2 Glucosemoleküle sind β-1,4-glykosidisch verknüpft), Saccharose (1 Glucose- und 1 Fructose¬molekül sind α,β-1,2-glykosidisch verknüpft)
  • Monomere aus den Dimeren ableiten und umgekehrt
  • Fehling- und Silberspiegel-Probe: Ermittlung von Teil- und Gesamtgleichungen der Redoxreaktionen, Unterscheidung reduzierende und nicht-reduzierende Zucker

Vorschläge für Experimente

  • Überprüfung auf positive Fehling-Probe bei Glucose, Fructose, Galactose, Maltose, Saccharose und zerriebenen Früchten (S)
  • Messungen mit dem Polarimeter: Saccharose vor und nach Erhitzen mit verd. Salzsäure

b) Polysaccharide

Überlegungen zur Umsetzung des Lehrplans

 

Grundlagen in den Lehrplänen der Jgst. 8-11

  • CNTG 10.3 Biomoleküle: Kohlenhydrate
  • C 10.4: Sauerstoffhaltige organische Verbindungen: Kohlenhydrate als mehrfunktionelle Verbindungen
  • B 10.1 Stoffwechsel des Menschen: Nährstoffe


Vorschläge zu Inhalten und Niveau

  • Verknüpfungsvarianten der Zuckerbausteine in Polysacchariden: α-1,4-glykosidisch (Amylose), α-1,4-glykosidisch und α-1,6-glykosidisch (Amylopektin), β-1,4-glykosidisch (Cellulose); zeichnerische, winkelgetreue Darstellung von Ausschnitten dieser Polysaccharide; Raumstrukturen von Amylose (Spirale) und Cellulose (lineares Molekül)
  • Monomere aus Polymeren ableiten und umgekehrt
  • Zusammenhänge zwischen Molekülstruktur und Stoffeigenschaften: z. B.
    • physikalische Eigenschaften: Einfluss der Wasserstoffbrücken; Löslichkeit, Quellung, Verhalten beim Erhitzen
    • chemische Eigenschaften: Iod-Nachweis, Anfärbbarkeit (z. B. Färben von Baumwolle), saure und enzymatische Hydrolyse liefert Monosaccharide
  • Bedeutung als Speicher- und Gerüststoffe: Stärke wird aus bei der Photosynthese gebildeter Glucose aufgebaut, Energiespeicher von Pflanzen (Amylose als Langzeitspeicher, Amylopektin als Kurzzeitspeicher der Zelle); Zusammenlagerung von Cellulosemolekülen zu seilähnlichen Bündeln, stabilisierende Strukturen von Pflanzen
  • Beispiele für die Verwendung als nachwachsende pflanzliche Rohstoffe:
    • Stärke: Möglichkeit zur Vergärung zu Bioethanol und Biogas, Erzeugung von Folien und Verpackungen, gentechnisch veränderte Kartoffelpflanzen (Amflora®)
    • Cellulose: Herstellung von Papier und Textilien, Verbrennung von Holz und Biogas, Baumaterial
    • Diskussion ökologischer Aspekte: z. B. Monokulturen, Verbrauch von Nahrungsmitteln, Abbaubarkeit der Produkte


Basiskonzepte und Kompetenzorientierung

  • Raumstrukturen von Amylose (Spirale) und Cellulose (lineares Molekül) (Struktur-Eigenschafts-Konzept)

 

Kompetenzbereich Reflexion (EPA):

  • … erörtern und bewerten Verfahren zur Gewinnung und Verarbeitung wichtiger Rohstoffe vor dem Hintergrund knapper werdender Ressourcen,
  • … beurteilen Technikfolgen, wirtschaftliche Aspekte und Stoffkreisläufe im Sinne der Nachhaltigkeit.

 

Diese Aspekte können in Diskussionen zu oben angebenden Themen im Unterricht aufgegriffen werden.

Vorschläge für Experimente

  • Tyndalleffekt einer Stärke-„Lösung“ mithilfe eines Laserpointers untersuchen
  • Nachweis von Stärke mit Iod in Suspensionen von Stärkepulver und Mehl, in Nudelwasser, auf der Schnittfläche einer Kartoffel, im Weißbrot (S)
  • Erwärmen einer mit Iod versetzten Stärke-Suspension (S)
  • Hydrolyse von Stärke durch Salzsäure (S)
  • enzymatische Hydrolyse durch Speichel (S)
  • Stärkefolie (S)
  • Säure- und Laugenbeständigkeit von Cellulose
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