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Wiederholung für das Abitur: wichtigste Reaktionen in Chemie

1) elektrophile Addition mit einem Alken

z.B. Ethen und Brom

\        /                                I      I
C = C +   Br₂  →       Br – C – C – Br
/       \                                 I      I

heterolytische Spaltung
Nachweisreaktion für Doppelbindung
Mechanismus

2) nukleophile Addition

(H⁺)
Alkanal + Alkohol → Halbacetal (H⁺)
z.B. Aldehydgruppe Glucose + Alkoholgruppe Glucose → Ringbildung der Glucose

                                                         (H⁺)
Halbacetal    +          Alkohol         →        Vollacetal     +          Wasser
z.B. Glucosering + Glucose-OH   →        Maltose          +          Wasser

kein Mechanismus

3) Oxidierbarkeit der Alkohole

*primärer Alkohol + CuO → Alkanal (Aldehyd) + Cu + Wasser → Oxidation zu Säure möglich
*sekundärer Alkohol + CuO → Alkanon (Keton) + Cu + Wasser
*tertiärer Alkohol + CuO → keine Reaktion
vollständige Oxidation → CO₂ und H₂O
Oxidationszahlen

4) Protolyse der Säuren

z.B. Ethansäure + Wasser
H₃C – COOH + H₂O → H₃C – COO^- + H₃O⁺
Säure I Base II Base I Säure II
Säurestärke: pKs → starke Säure → niedriger pKs
abhängig von: I-Effekt durch Verzweigung, Kettenlänge, Substituenten, weitere Carboxylgruppe

5) Salzbildung

Säure             +          Lauge          →        Salz    +          Wasser
Ethanol          +         NaOH           →        Natriumethanolat    + Wasser
Ethansäure +         NaOH           →        Natriumetanoat (-acetat)    + Wasser

6) Esterbildung

Säure + Alkohol ⇆ Ester + Wasser umkehrbare Reaktion, Massenwirkungsgesetz
z.B. Ethansäure + Methanol ⇆ Ethansäuremethylester + Wasser
Reaktionsmechanismus, Reaktionstyp: Kondensation bzw. nukleophile Substitution
keine Berechnung

7) Esterspaltung

säurekatalysiert: → Umkehrreaktion Esterbildung → Säure und Alkohol (Esterhydrolyse)
>in alkalischer Lösung (alkalische Verseifung):
Ester + Lauge → Salz der Säure + Alkohol (irreversibel)
z.B. Essigsäuremethylester + NaOH → Natriumethanoat + Methanol

8) Physikalische Eigenschaften

Schmelz- und Siedetemp. abhängig von: Kettenlänge, funktioneller Gruppe, Verzweigung
Wasserlöslichkeit abhängig von: Kettenlänge, funktioneller Gruppe

9) Isomerie-Arten

* Strukturisomere: unterschiedliche Art und Reihenfolge der Atombindung
* Stereoisomere: unterschiedliche räumliche Anordnung
1) cis-trans-Isomerie: bei Doppelbindungen
2) optische Isomerie: verhalten sich wie Bild und Spiegelbild: D- und L-Form der Glucose (Enantiomere)
3) Diastereomerie: verhalten sich nicht wie Bild und Spiegelbild: D-Glucose/D-Galactose

optische Aktivität: Fähigkeit eines Stoffes, die Schwingungsebene von polarisiertem Licht zu drehen.
Voraussetzung: mindestens ein asymmetrisches C-Atom (Chiralitätszentrum)
Enantiomerenpaar: dreht das Licht um den gleichen Betrag aber in die andere Richtung z. B. D- und L-Glucose
Racemat: Mischung aus gleichen Stoffmengen D- und L-Form → optisch inaktiv
Anomere: z. B. α-D-Glucose und β-D-Glucose
Mutarotation: Umwandlung eines Anomers über die offene Form in das andere Anomer → GG

10) Nachweis von KH

A) Nachweis auf reduzierende Eigenschaften (siehe Oxidationszahlen ; CHO reduziert Cu²⁺ Ag⁺ und wird selber oxidiert)
alkalisches Milieu → Verschiebung des GG auf die Seite der offenen Form (Mutarotation)

Fehling:

+I +II +III +I
R - CHO + 2 Cu²⁺+ 4 OH^- → R – COOH + Cu₂O + 2 H₂O

Silberspiegel (Tollens-Reagenz):

+I +I +III 0
R – CHO + 2 Ag⁺+ 2 OH^- → R – COOH + 2 Ag + H₂O

Voraussetzung bei Disacchariden: freie halbacetalische Gruppe → reduzierender Zucker z. B. Maltose nicht: Saccharose

B) Nachweis der Aldehydgruppe durch Farbreaktion (keine Reaktionsgleichung)
saures Milieu → fuchsinschweflige Säure → Verschiebung des GG auf Seite des Rings

Schiffs-Reagenz:

keine Rotfärbung → Verschiebung des GG auf Seite des Rings → keine Aldehydgruppe

C) Seliwanoff-Probe: Unterscheidung Glucose: farblos – Fructose: rosa

11) Keto-Endiol-Tautomerie

Umwandlung von D-Fructose in D-Glucose im alkalischen Milieu
→ Fehling, Silberspiegel mit Fructose: positiv

12) Reduktion der KH

→ Zuckeralkohole z. B. D-Glucose → D-Sorbit

13) säurekatalysierte Hydrolyse (saure Hydrolyse → Inversion)

(H⁺)

z,B. Saccharose + H₂O → Glucose + Fructose (Gemisch = Invertzucker)
→ Änderung des Drehwinkels des polarisierten Lichtes

14) Nachweis Polysaccharide

mit I₂/KI₂→ violette Färbung

15) Triglyceride: Esterbildung

                                    O
       I                                                       I          //
R - C – O H + HOOC – R D        R – C – O – C – R
       I                                                     I

Glycerin + 3 FS ↔ Triglycerid (Trifettsäureglycerintriester) + 3 H₂O

natürliches Fett: Gemisch von TG mit unterschiedlichen FS
alkalische Verseifung, Estergleichgewicht: siehe Punkt 6 und 7

16) Schmelzbereich

abhängig von: Kettenlänge der FS im TG → kurze FS-Reste → niedriger Schmelzbereich
Doppelbindung in den FS der TG → Knick → niedriger Schmelzbereich

17) Fettverderb

hohe Temperaturen → Spaltung der TG in Glycerin und FS
* FS z. B. Buttersäure stinkt

* Glycerin → Acrolein (Propenal) + 2 H₂O
Autoxidation:
FS-Peroxidradikal:   - CH = CH – CH – CH = CH -
                                                           I
                                                           O – O •
→ Polymerisation → Öl trocknet (Ölbilder)
→ Aldehydbildung → giftig

18) Fetthärtung

→ Hydrierung → Anlagerung von Wasserstoff an die Doppelbindung der FS (elektrophile Addition)
→Fetthärtung → Knick fehlt
→Umesterung: Austausch von FS

19) Emulgator

z.B. Monoglyceride, Diglyceride, Lecithin, FS
→ polares und unpolares Ende im Molekül

20) Amine (Brönsted-Basen)

→ freies Elektronenpaar
z.B. HC- NH₂ + H₂O → HC- NH₃⁺+ OH^-

21) Aminosäuren

→ optisch aktiv: natürlich: L-Form
→ Zwitterionenform : hohe Schmelztemperatur bzw. Zersetzung bei höheren Temperatur
→ amphoteres Teilchen (Ampholyte): reagieren als Säure oder Base → gute Puffer
saure Lösung: Kation basische Lösung: Anion

22) isoelektrischer Punkt

IEP = pH-Wert, bei dem die größtmögliche Zahl AS-Teilchen als Zwitterion auftritt
Löslichkeit: Minimum
elektrische Leitfähigkeit: keine
→ keine Wanderung im elektrischen Feld → Elektrophorese

23) Chromatografie

Trennung von Stoffgemischen
Grund: unterschiedliche Löslichkeit in der mobilen Phase
unterschiedliche Größe der Teilchen
Identifikation: Vergleich mit bekannten Stoffen, Rf-Wert

24) Peptidbindung

                                                       O
                                                                                           //
R – COOH    +          NH₂ – CH – R         →        R – C – NH – R      +    H₂O

Reaktionstyp: Kondensation

25) Proteine (Eiweißstoffe)

Primärstruktur: AS-Sequenz: Peptidbindung
Sekundärstruktur: α-Helix, β-Faltblatt: Wasserstoffbrücken
Tertiärstruktur: gefaltete Helix bzw. Faltblatt: Wasserstoff-Brücken, Ionenverbindung, Disulfidbrücken, VdW
Quartärstruktur: mehrere Proteinketten zusammen

26) Denaturierung (Gerinnung)

Zerstörung der Tertiärstruktur und meist auch der Sekundärstruktur → Koagulatbildung
→ Verlust der biologischen Wirksamkeit und der Wasserlöslichkeit durch: Hitze, Säure, Alkohol, Schwermetalle

27) Nachweis von Proteinen

* Biuret-Reaktion: + NaOH und Kupfersulfatlösung
→ violette Färbung → Komplexverbindung
→ Nachweis der Peptidbindung
* Xanthoprotein-Reaktion: + konzentrierte Salpetersäure
→ gelbe Färbung
→ Nachweis für aromatischen Rest (Phenylrest) meist in natürlichen EW vorkommend

28) pH-Wert

starke Säuren pH = -log c(H₃O⁺)

29) Puffer

= hält bei Zugabe kleiner Säure- bzw. Baseportionen einen pH-Wert nahezu konstant
= meist schwache Säure und deren Salz
Basenzugabe: HA +        OH^-→ A^-      +       H₂O
Säurezugabe: A^-      +         H₃O⁺→ HA     +       H₂O
optimale Pufferkapazität: pH = pKs         gute Pufferkapazität: pKs ± 1
pH-Wert einer Pufferlösung: siehe ABI-Hilfsmittelblatt Puffergleichung

30) Stoffwechselwege

KH:
Glycolyse: Glycolyse → oxidative Decarboxylierung → Citratcyclus → Endoxidation
Gluconeogenese aus Milchsäure, Glycerin, AS (Ketocarbonsäuren)
anaerob: Brenztraubensäure → Milchsäure und umgekehrt

Fett:

Lipolyse: Glycerin → Glycolyse, FS → ß-Oxidation → Citratcyclus → Endoxidation
Lipogenese : Acetyl-CoA → Malonyl-CoA → Umkehr ß-Oxidation

EW:
Proteolyse: oxidative Desaminierung und Transaminierung → Citratcyclus, Harnstoffsynthese
Proteogenese: AS-Aufbau → Umkehr Proteolyse und essentielle AS → Proteinaufbau
Ketogenese: Anhäufung aktivierter Essigsäure → Ketonkörperbildung
Alkohol: Ethanol → Ethanal → Ethansäure → aktivierte Essigsäure

Vorteile der Verzahnung:

* Fehlernährung kann in Grenzen ausgeglichen werden
* ökonomisch und besser regulierbar

katabole Hormone: Glucagon, Adrenalin anaboles Hormon: Insulin