Fruchtsäuren

Fruchtsäuren Übung

• Definiere den Begriff Fruchtsäure.

  Tipps

  Dies ist die Carboxyl-Gruppe, eine funktionelle Gruppe von der sich leicht ein Proton löst.

  Die funktionellen Gruppen von Fruchtsäuren enthalten alle Sauerstoff, aber keinen Stickstoff.

  Lösung

  Fruchtsäuren sind spezielle Vertreter der Carbonsäuren. Sie gehören daher in die organische Chemie.

  Ihre funktionellen Gruppen ($-COOH$ und /oder $-OH$) haben große Auswirkungen auf die Eigenschaften dieser Stoffe. Sie führen zum Beispiel zur guten Wasserlöslichkeit. Auch die höheren Siede- und Schmelztemperaturen, im Vergleich zu den analogen Alkanen, lassen sich durch die von ihnen gebildeten Wasserstoffbrückenbindungen erklären.

  Fruchtsäuren sind auch am Geschmack unserer Lebensmittel maßgeblich beteiligt.

• Bestimme, worin Fruchtsäuren enthalten sind.

  Tipps

  Fruchtsäuren sind auch in Produkten aus Obst enthalten.

  Salzkristalle bestehen aus Kationen und Anionen. Alle Bestandteile sind also anorganisch.

  Lösung

  Fruchtsäuren sind natürlich in Früchten wie Äpfeln, Ananas und Weintrauben enthalten. Aber auch in anderen Lebensmitteln finden wir sie, z. B. in Gemüse, in Bier und auch im Brot.

  In unseren Muskeln produzieren wir als Stoffwechselprodukt sogar Milchsäure. Diese Säure wird auch verwendet, um Weißkohl haltbar zu machen. Das Produkt nennt man dann Sauerkraut.

• Benenne die gezeigten Fruchtsäuren.

  Tipps

  Du siehst hier die Skelettschreibweise. Jeder Knick in der schwarzen Kette entspricht einem Kohlenstoffatom.

  Zitronensäure besitzt insgesamt 6 C-Atome.

  Oxalsäure besteht nur aus 2 Carboxyl-Gruppen.

  Lösung

  Du siehst hier vier wichtige Vertreter der Stoffklasse der Fruchtsäuren. Präge dir den strukturellen Aufbau ein, aus ihm kannst du vieles über den jeweiligen Stoff ableiten, z. B. wie viele Wasserstoffbrückenbindungen theoretisch ausgebildet werden können. Dadurch kannst du Siede- und Schmelztemperaturen im Vergleich zu anderen Verbindungen einordnen.

  Zitronensäure ist ein gutes Putzmittel für den Haushalt. Es löst Kalk viel besser als Essigsäure und greift dabei Gummi nicht an. Oxalsäure ist in vielen Früchten enthalten, wie z. B. dem Rhabarber. Die Milchsäure ist in vielen Lebensmitteln enthalten und wird von unseren Muskeln produziert.

• Formuliere die Protolysereaktion von Oxalsäure mit Wasser.

  Tipps

  Auf der Seite der Edukte müssen genauso viele Atome einer Sorte sein wie auf der Seite der Produkte.

  Es gilt auch der Ladungserhalt. Wenn die eine Seite neutral ist, muss es auch die andere sein.

  Lösung

  Carboxyl-Gruppen besitzen ein acides Wasserstoffatom. Das heißt, dass das Wasserstoffatom sich leicht durch eine Base abspalten lässt. Das liegt an der elektronenziehenden Wirkung des doppelt gebundenen Sauerstoffs.

  Nach Brönsted ist eine Säure ein Protonendonator. Die Oxalsäure gibt also ein Proton ab. Das Proton wird auf das Wassermolekül übertragen. Wasser reagiert in dieser Reaktion als Base. Es bildet sich das positiv geladene Oxoniumion und das negativ geladene Säurerestion. Dieses Hydrogenoxalat-Ion besitzt nun noch eine weitere Carboxyl-Gruppe. Auch von dieser kann sich in Reaktion mit einem weiteren Wassermolekül ein Proton abspalten und ein weiteres Oxoniumion (Hydroniumion) bilden. Das dann entstandene Säurerestion ist das zweifach negativ geladene Oxalat-Ion.

• Nenne Verwendungsmöglichkeiten für Fruchtsäuren.

  Tipps

  Fruchtsäuren lösen Calcium-Ionen aus festen Belägen.

  Fruchtsäuren sind kristalline Stoffe. Sie bilden keine großen Makromoleküle wie z. B. Vinylchlorid.

  Lösung

  Die breite Anwendung der Fruchtsäuren ist erstaunlich.

  • Zitronensäure zum Beispiel löst Kalk viel besser als Essigsäure. Das liegt daran, dass Zitronensäure die Calcium-Ionen zusätzlich noch komplexiert, was die Essigsäure nicht vermag. Fruchtsäuren werden daher oft in Reinigungsmitteln zugesetzt.
  • Auch zur Rostentfernung sind Fruchtsäuren geeignet.
  • Einige Fruchtsäuren haben auch wohltuende Eigenschaften für die Haut. Daher werden sie in Masken und Hautcremes gemischt und auch in der Veredlung von Stahl kommen diese Säuren zum Einsatz.

• Erkläre, wie es bei hoher Muskelbeanspruchung zu erhöhten Lactat-Werten kommt.

  Tipps

  Für eine vollständige Verbrennung von Kohlenwasserstoffen wird ausreichend Sauerstoff benötigt.

  Dabei entstehen ausschließlich $CO_2$ und $H_2O$.

  Glucose steht in der Leber, in den Muskeln und im Blut als Energiespeicher bereit.

  Lösung

  Die Glycolyse ist die wichtigste Form der Energiebereitstellung in unserem Körper. Durch die Schaffung neuer Bindungen in stabilen Molekülen wird Energie frei. Diese wird zum Aufbau von ATP verwendet, der kleinsten Energiespeichereinheit unseres Körpers.

  Bei Sauerstoffmangel wird auf die anaerobe Glycolyse zurückgegriffen. Diese kann sehr schnell Energie bereitstellen, aber wie du in der Reaktion sehen kannst, entstehen aus einem Molekül Glucose nur 2 Moleküle ATP.

  Im Vergleich dazu entstehen bei der aeroben Glycolyse 26 Moleküle ATP aus einem Molekül Glucose. Diese Form läuft allerdings langsamer ab, weswegen sie nicht immer ausreichend schnell Energie bereit stellen kann.