Schwefel hat viele Funktionen

Schwefel hat viele Funktionen Übung

• Entscheide, welche Elemente zu den Grundelemente der organischen Chemie gehören.

  Tipps

  Grundelemente sind Elemente, die lebensnotwendig für den Menschen sind.

  Lösung

  Schwefel ist eines der fünf Grundelemente, die lebenswichtig sind. Dazu gehören Sauerstoff, Kohlenstoff, Stickstoff, Wasserstoff und Schwefel. Illustriert kann dies am Beispiel der Aminosäuren werden, welche alle dieser fünf Elemente enthalten können.

• Beschreibe die Eigenschaften von Schwefel.

  Tipps

  Abbauprozesse im Körper enden oft mit dem Ausscheiden von Schwefelwasserstoff.

  Schwefel ist ein Grundelement, was bedeutet, dass es wichtig für zahlreiche biologische Prozesse und Funktionen ist.

  Lösung

  Schwefel ist ein Grundelement, zu denen auch Stickstoff, Wasserstoff, Kohlenstoff und Sauerstoff zählen. Schwefel wirkt strukturbildend unter anderem für Proteine und verleiht Biomolekülen Stabilität. Dies wird durch die Disulfidbrücken erreicht. So können sich beispielsweise große Moleküle, wie der Eisen-Schwefel-Cluster, bilden.

  Reduzierter Schwefel bildet kovalente Bindungen, die jedoch nicht sehr fest sind. Beim Abbau dieser Schwefelverbindungen etwa durch Hitze entsteht oftmals Schwefelwasserstoff. Dieser stinkt nach faulen Eiern und ist in größeren Mengen giftig.

• Benenne die Verbindungen des Schwefels.

  Tipps

  Aminosäuren können an ihrer Carboxygruppe (-COOH) und mindestens einer Aminogruppe (${ NH }_{ 2 }$) erkannt werden. Fehlt diese Aminogruppe, kann dies auch ein Baustein einer Aminosäure sein.

  Lösung

  Schwefel geht zahlreiche wichtige Verbindungen ein. Einige organische Beispiele sind hier aufgelistet:

  • Cystein und Methionin sind schwefelhaltige Aminosäuren. Du erkennst Aminosäuren an der Carboxy- und an der Aminogruppe.
  • Die Schwefelsäure ist als Laborreagenz bekannt und wird in vielen Synthesen eingesetzt.
  • Die Liponsäure ist ein Naturstoff, welcher zum Beispiel gegen grauen Star eingesetzt wird.
  • Zuletzt findest du hier das Allicin, welches im Knoblauch vorkommt. Auch dieses hat zahlreiche Aufgaben, es wirkt unter anderem antibakteriell.

• Erkläre das Wesen von Disulfidbrücken.

  Tipps

  Thiol-Gruppen sind -SH Gruppen.

  R bezeichnet den organischen Rest des Moleküls.

  Lösung

  Schwefel bildet Disulfidgruppen. Diese Bindungen spielen in der Naturstoffchemie eine große Rolle, da diese Proteine stabilisieren und strukturbildend sind.

  Eine Disulfidbrücke bezeichnet eine kovalente Bindung zwischen zwei Schwefelatomen. Wenn z.B. zwei Cystein-Moleküle miteinander zu einem Cystin-Molekül verknüpft werden, bezeichnet man dies auch als „Cystein-Brücke“.

  Disulfidbrücken entstehen bei der Oxidation zweier Thiol-(-SH)-Gruppen:

  $R-SH+ HS-R \rightarrow R-S-S-R + 2~H^+ + 2~e^-$

• Beschreibe die Eigenschaften von Sulfidverbindungen.

  Tipps

  Schwefel als Nichtmetall reagiert ähnlich wie Stickstoff, Halogene oder Sauerstoff mit Metallen.

  Lösung

  Schwefel als Nichtmetall reagiert analog zu den Halogenen Stickstoff und Sauerstoff mit Metallen zu Salzen. Schwefel liegt als zweifach negativ geladenes Sulfid-Ion $S^{2-}$ vor.

  Die Sulfide von Blei, Cadmium und Quecksilber sind allesamt sehr stabil. Diese Stabilität sorgt dafür, dass die Einnahme dieser Schwermetalle schwefelhaltige Proteinverbindungen zerstört, was ihre Giftigkeit auf den menschlichen Organismus erklärt. Die Metalle bilden im Salz zweiwertig positive Kationen.

• Bestimme die Oxidationsstufen des Schwefels.

  Tipps

  Schwefel besitzt 6 Außenelektronen, er kann also maximal 6 Elektronen abgeben oder 2 Elektronen aufnehmen.

  Schwefel kann die Oxidationsstufen von -2 bis +6 annehmen.

  Lösung

  Schwefel steht in der 6. Hauptgruppe und besitzt damit 6 Außenelektronen. In Verbindungen streben Elemente nun immer eine stabile Achterschale an. Diese kann erreicht werden, wenn entweder 6 Elektronen abgeben werden, dann ergibt sich die Oxidationsstufe von +6, oder wenn 2 Elektronen aufgenommen werden. Dann ergibt sich die Oxidationsstufe -2. Aber auch Oxidationszahlen dazwischen sind möglich.

  • Die Oxidationsstufe -2 nimmt der Schwefel in Kombination mit Metallen wie etwa Eisen, Cadmium oder Zink an. Die Metalle sind elektropositiver als der Schwefel, sodass dieser die Bindungselektronen zu sich zieht und eine negative Oxidationszahl erhält. Ebenso hat Schwefel im giftigen Schwefelwasserstoff die Oxidationsstufe -2.

  • Die Oxidationsstufe +6 tritt meist in den Sauerstoffverbindungen, wie etwa Schwefelsäure oder Schwefeltrioxid, auf, aber auch beim Schwefelhexafluorid, welches in der Technik zur Isolation benutzt wird. Entscheidend ist, dass der Reaktionspartner ein elektronegativeres Element ist, so wie Sauerstoff und Fluor.

  • Die Oxidationsstufe +4 findet man im Taurinmolekül, welches von einschlägigen Energy-Drinks bekannt ist. Ebenso hat Schwefel in Schwefeldioxid die Oxidationsstufe +4.