„Die Chemie der Orange“
Meike Griesel
WS 2009/2010
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
Der Orangenbaum
- wissenschaftlicher Name: Citrus sinensis - Baum ist 8 – 15 m hoch
- immergrün
- weiße, stark duftende Blüten - Früchte haben runde oder breit-ovale Formen
- wichtigste Sorten: Blondorange, Navelorange, Blutorange
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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
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 - Geschmack:
aromatisch süß bis säuerlich süß
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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: 1,6 g Vitamin C: 49,4 mg
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Demonstration 1:
Isolation von Limonen aus
Orangenschalen
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Durchführung
Auswertung
- Limonen siedet bei 177°C
- Limonen ist hydrophob und löst sich gut in Petrolether
- Limonen ist ein Terpen
- in der Orangenschale kommt nur (R)-(+)-Limonen vor
CH3
C
H3 CH2 (R)-(+)-Limonen
C H3
C
H2 CH2
Isopreneinheit in Terpenen
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Versuch 1:
Mischverhalten von
Limonen
Auswertung
- „Ähnliches löst Ähnliches“
- Limonen ist lipophil und unpolar
- Limonen ist mischbar mit unpolaren,
lipophilen Substanzen wie Speiseöl oder Fette
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Alltagsbezug
- Reinigungswirkung beruht auf lipophilen Eigenschaften des Limonens
- außerdem schützen die
Terpene in den Orangenschalen
die Frucht vor Pilzen und Bakterien
==> desinfizierende Wirkung von Limonen
www.frosch.deVersuch 2:
Bromierung von Limonen
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Auswertung
CH3
CH2 C
H3
+ Br Br
CH3
CH2 C
H3
Br
Br
CH3
C H3
Br+
Br-
CH3
C H3
Br
Br
Citronensäure
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Allgemeines
Fruchtsäuren: Sammelbegriff für organische
Hydroxycarbonsäuren und Dicarbonsäuren in Obst
- einige Fruchtsäuren:
- Äpfelsäure - Citronensäure
- Milchsäure
- Oxalsäure - Weinsäure
O
O H
O O
H OH
C H3
OH
O
OH
O OH
OH
OH O
OH O
OH O
OH
O O H
OH O
OH
O OH
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
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Demonstation 2:
Isolierung von
Citronensäure aus Orangen
Durchführung
1. mit Ammoniak versetzen +
Calciumchloridlösung 2. Niederschlag
abfiltrieren 3. mit saurem
Ionenaustauscherharz versetzen
4. Harz abfiltieren
5. Auskristallisieren + Umkristallisieren
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Auswertung
Dicitratocalcium(II) - Komplex Dicitratocalcium(II) - Komplex
- Calciumkationen werden durch Protonen des stark sauren Ionenaustauscherharzes
ausgetauscht
- es entsteht Citronensäure
Ca2+
-OOC
-OOC
-OOC
CH2 C CH2
OH
-OOC CH2
C CH2 HO
COO- COO- COO-
Ca2+(aq)
+
2 CitH3 (aq) [Ca(Cit)2]4-(aq)+
6 H+ (aq)Ca2+
[Ca(Cit)2]4- (aq)
(aq)
+
2
Ca3(Cit)2(s)Versuch 3:
Nachweisreaktionen zur Identifizierung von
Citronensäure
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Auswertung
Nachweis auf Alkohole mit Hilfe von Cer(IV)nitratreagenz
- es kommt zur Entfärbung wegen einer Redoxreaktion
Citronensäure roter Komplexroter Komplex
2 NH4+ (aq)
+ +
NO3-
(aq)
+
H+ (aq)2 NH4+ (aq) [Ce(NO3)6]2- (aq)
+
HO R3 (aq) [Ce(NO3)5(O-R3)]2- (aq)CH2 C CH2
COOH COOH
COOH
HO C
COOH
CH2 COOH CH2
O
+
CO2+
2 H++
2 e-Ce4+
+
1 e- Ce3+ * 2Auswertung (2)
Nachweis auf Carbonsäuren durch Bromthymolblau
Basisches Milieu Basisches Milieu Saures Milieu
Saures Milieu
S O O
O- CH3 CH3
C
H3 O-
Br CH3 C
H3 C H3
Br OH S
O O
O H3C
CH3
OH Br
C H3
C H3
C
H3 OH
Br CH3
+ 2 H+ - 2 H+
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Demonstration 3:
DC von Fruchtsäuren zur Identifizierung der
Citronensäure
Beobachtung
O-Saft
Weinsäure
Äpfelsäure
Citronensäure
Milchsäure
Probe
O-Saft
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Auswertung
R
f– Werte der Fruchtsäuren:
Saures Milieu
Saures Milieu Basisches MilieuBasisches Milieu
Citronensäure: 0,49 Weinsäure: 0,35 Milchsäure: 0,76 Probe: 0,47
Äpfelsäure: 0,53
S
O O
O
OH Br
OH Br
Br CH3
Br C H3
S O O
O-
O- Br
Br OH
CH3 Br
Br C H3
- 2 H+
+ 2 H+
Versuch 4:
Herstellung eines Polyesters
aus Citronensäure
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Auswertung
O CH2 CH O
CH2 COO
CH2
HO C COO CH2 CH O
CH2 COO
CH2 C OH
CH2 CO CH COO
CH2 O
CH2 COO
CH2
Glycerin Citronensäure
Citronensäureglycerinester
OH
OH OH H H
H H
H
+
HO - n H2OO O
H O
OH
O O H
Auswertung (2)
Mechanismus
R
O
O H
+ H+
R
O+
O H
H
R C+ O
O H
H
R
O
O+ H
H
R O+
O H
H + R1 OH
O
O O+ R
R1 H H
H
- H+
R O
O O R1
H
H
+ H+
R O
O+ O
H
H
H - H2O
R
O+ H
O R1
- H+
R O R1
O
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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 Singulett- Sauerstoff
- Cofaktor bei der Hydoxylierung von Lysin- und Prolin-Resten bei der Biosynthese des
Kollagens
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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
Versuch 5:
Gehaltsbestimmung von
Vitamin C in Orangen
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Auswertung
O Cl
Cl N
OH
+
O
OH O
H
O O
H OH
O H
Cl
Cl NH
OH
O
O O
O O
H OH
+
2,6 Dichlorphenolindophenol Ascorbinsäure Leuko -Form 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
Versuch 6:
Reduktionsmittel
Ascorbinsäure
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Auswertung
Oxidation:
Reduktion:
Gesamt:
KMnO+VII 4+
8 H++
5 e- Mn2++
K++
4 H2O *2O O H
O
H O
OH O
H H
H H
O O
O O
OH O
H H
H H
+ 2 H+ + 2 e- * 5
+I +I
+II
+II
O O H
O
H O
OH O
H H
H H
O O
O O
OH O
H H
H H
KMnO4
+ + 4 H+ + 2 Mn2+ + 2 K+ + 6 H2O
5 2 5 + 2 OH-
Auswertung (2)
- der Lactonring der Ascorbinsäure ist im sauren stabil
- die Oxidation von Ascorbinsäure zu Dehydroxy- Ascorbinsäure ist reversibel
- Dehydroxy-Ascorbinsäure wird jedoch im
neutralen oder basischen leicht hydrolytisch gespalten
- Mechanismus ist nicht gesichert
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Chemikalien
Versuch: Einstufung:
D 1: Isolation von Limonen S 1
V 1: Limonen als Lösemittel S 1
V 2: Bromierung von Limonen S 1
D 2: Isolation von Citronensäure S 1 V 3: Nachweisreaktionen: Citronensäure S 1
D 3: DC von Fruchtsäuren S 1
V 4: Herstellung eines Polyesters S 1 V 5: Gehaltsbestimmung von Vitamin C S 1 V 6: Reduktionsmittel Ascorbinsäure S 1
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Themen
Klassenstufe: Thema: Versuch:
11.1 Esterbildung V 4
Redoxgleichungen mit organischen Stoffen
V 6
Duftstoffe; Lösungsmittel D 1, V 1 Alkansäuren im Alltag D 2, D 3
11.2 Identifizierung von
Kohlenstoffverbindungen V 2, V 3 Polymere mit besonderen
Eigenschaften V 4
12.2 Nahrungsmittel D 3, V 5, V 6,
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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.
