Organische Chemie LMW Praktikum

Cracken (engl. crack „spalten“), selten auch Kracken, ist ein Verfahren zur Stoffumwandlung (Konversion)^[1] in der Erdölverarbeitung, mit dem mittel- und langkettigeKohlenwasserstoffe in kurzkettige Kohlenwasserstoffe gespalten werden. Dies ist notwendig, da der Markt mehr kurzkettige Kohlenwasserstoffe (Benzin, Diesel, leichtes Heizöl) fordert als im Erdöl enthalten sind, während langkettige Kohlenwasserstoffe (schweres Heizöl) abnehmend Verwendung finden. Die Nachfrage nachEthen und Propen zur Herstellung von Polymeren hat dazu geführt, dass auch kurzkettige Alkane wie Ethan, Propan, Butan, hauptsächlich aber Naphthafraktionen, alsEdukte für thermische Crackverfahren verwendet werden.

Unter Reformierung oder reforming versteht man in der chemischen Technik folgende Prozesse:

• Dampfreformierung, die Umwandlung eines Kohlenwasserstoffs unter Zugabe von Luft und/oder Wasserdampf zu einem Gasgemisch
• Katalytisches Reforming, ein Raffinerieprozess zur Erhöhung der Oktanzahl von Naphtha

Druck und Temperatur sind abhängig voneinander. Das heisst, dass wenn der Druck erhöht wird,
dann steigt auch die Siedetemperatur. Mit abnehmende Druck sinkt diese. Somit können
hochsiedende Stoffe durch verminderten Druck bei tieferer Siedetemperatur destilliert werden.
In der Praxis führt man Vakuumdestillationen (unter reduziertem Druck), damit der Siedepunkt
sinkt und temperaturempfindliche Substanzen keinen Schaden nehmen.
Überdruckdestillationen werden zur Verbesserung des Reinigungseffektes benötigt. Bei eng
aneinander liegenden Siedetemperaturen eines Flüssigkeitsgemisches wird der Aussendruck
erhöht. Somit erhöht sich auch die Temperaturdifferenz der Siedepunkte und es wird durch den
Überdruck eine höhere Destillationstemperatur erreicht, wodurch sich die Löslichkeit der
Flüssigkeit verbessert.

Dies Siedetemperatur hängt von den intermolekularen Kräften eines Stoffes ab (Van der Waals-,
Dipol-Dipol- Kräfte und Wasserstoffbrücken.
Betrachtet man die beiden Substanzen Wasser und Ethanol, ist festzustellen, dass Wasser 2
Wasserstoffbrücken ausbilden kann und Ethanol und eine. Daher sind die Wasserstoffbrücken
beim Wassermolekül stabiler und es können sich wesentlich mehr Moleküle über
Wasserstoffbrücken zusammenlagern, als bei Alkoholen der Fall ist. Deshalb ist der Siedepunkt
bei Wasser höher.

Es handelt sich bei diesem Fachausdruck um ein Stoffgemisch, das durch gewöhnliche Destillation
nicht getrennt werden kann. Ein Azeotrop verhält sich wie ein Reinstoff: Die Intermolekularen
Kräfte sind sehr ähnlich. Beim Phasenübergang flüssig zu gasförmig bleibt die Gemisch
Zusammensetzung gleich.
Wasser und Ethanol lässt sich aufgrund dieser Eigenschaften nie vollständig trennen.

Stärke ist ein Polysaccharid genannt Amylase. Diese ist aus α-1,4-D-Glucose-Einheiten aufgebaut, das heisst die glykosidische Bindung besteht jeweils zwischen dem ersten und vierten C-Atom der Glucose Einheiten.

Stärke lässt sich dabei chemisch durch Hydrolyse mit verdünnten Mineralsäuren zu einzelnen α-D-Glucose-Einheiten abbauen, während der enzymatische Abbau, bspw. mittels Amylasen aus dem Speichel, das Disaccharid Maltose liefert, welche anschliessend von der Maltase zu Glucose abgebaut werden kann.

In der natur kommt ausschlieslich D vor.

D-Glucose (links) und L-Glucose (rechts)

Der Stärkenachweis Erfolg durch eine Iod-Reaktion. Dabei lagerten sich Iod-Moleküle in die Spiralstruktur der Stärkemoleküle ein. Die Lösung färbt sich dunkelblau. Pro Windung wird je 1 Iod-Molekül eingeschlossen, dies wird als Einschlussverbindung bezeichnet. Durch Zugabe von Hitze entfärbt sich die Lösung wider, da die Spiralstruktur sich ausdehnt und die Iod-Moleküle sich wieder freier bewegen können

Hierbei handelt es sich um eine Redoxreaktion. In Gegenwart von Cu²⁺ (Fehling I – Lösung) und OH^- (Fehling II – Lösung) werden die Aldehyde zu Stärke oxidiert. Cu²⁺ wird zu Cu¹⁺ reduziert. Dabei fällt das Kupfer als ziegelrotes Kupfer(I)Oxid aus. Dies ist der Aldehyd Nachweis. Dieser bestätigt, dass keine Stärke mehr vorhanden ist.

Wichtig ist dabei die Rolle des Tartat. Dieser bildet mit dem Cu²⁺ einen Komplex und verhindert somit dessen Ausfällen zu Kupfer(II)-hydroxid.

Die Einteilung der Kohlenhydrate erfolgt in Mono-, Di-, Oligo- und Polysaccharide, je nach dem wie viele Bausteine miteinander verknüpft sind.

Kohlenhydrate sind für Tiere und Pflanzen eine wichtige Stoffklasse mit vielfältigen Funktionen für den Stoffwechsel. Der Abbau liefert direkt nutzbare Energie und speicherbare Energie. Die Speicherform ist dabei die der Polysaccharide, die aus Glucose-Einheiten bestehen. Bei Tieren werden diese Speicher Glykogen, bei Pflanzen Stärke genannt.

Schlussendlich werden bei Tieren praktisch alle mit der Nahrung aufgenommenen komplexen Kohlenhydrate zu Glucose abgebaut. In dieser Form gelangt diese dann über die Blutbahn zu den Organen.

Der Stärke-Abbau erfolgt dabei über Enzyme. Bei vielen Wirbeltieren beginnt der Stärkeabbau mit der Amylase aus dem Speichel. Auch dieser Abbau wird in der folgenden Versuchsanordnung untersucht.

Das in der Analysesubstanz enthaltene Phosphor wird mittels Nassveraschung mit Perchlorsäure und Salpetersäure aus unlöslichem organischem in lösliches anorganisches Phosphor überführt. Zudem werden die organischen Bestandteile verkohlt, sodass nur noch Mineralien vorhanden sind.

Diese Flüssigkeit wird mit Farbreagenzien versehen, wodurch sich ein Komplex bildet der Farbe absorbiert.

Im Spektralphotometer wird dann gemessen, wie viel Licht von der Substanz absorbiert wird.

Um unlösliches, organisches Phosphor in lösliches, anorganisches zu überführen.

Nur in gebundener Form ( z.B. Apatite, Wavellit etc).

Ein im Spektralphotometer eingebautes Prisma spaltet das weisse Licht in seine Spektralfarben auf, die alle eine unterschiedliche Wellenlänge haben.

Jeder Stoff absorbiert eine andere Art von Wellenlänge. Mit dem Monochromator kann die Wellenlänge eingestellt werden.

Die Phosphationen der Lösung bilden mit der Farbreagenz ein Komplex. Ein Lichtstrahl bestimmter Wellenlänge wird durch die Lösung hindurchgelassen. Je mehr Phosphat in der Lösung ist, desto stärker wird das Licht absorbiert. Die nicht absorbierte Strahlung wird in einer Photozelle gemessen.

Licht bestimmter Spektralfarbe(Wellenlänge)

Jeder Körper absorbiert eine bestimmte Art von Spektralfarbe. Die nichtabsorbierte Strahlung wird reflektiert und von unseren Sinneszellen wahrgenommen. Unser Sinneseindruck ist somit die Komplementärfarbe der absorbierten Farbe.

Zwischen 380 bis 780 Nm

Ziel des Versuchs ist es, die Methode der Dünnschichtchromatographie zum Nachweis von Farbstoffen kennen zu lernen und sie anwenden zu können. Der Begriff der Chromatographie soll erklärt und verschiedene Arten der Chromatographie gekannt und unterschieden werden können. 

Chromatographie: Chromatographie ist ein physikalisch-chemisches Verfahren zur Auftrennung eines Stoffgemischs durch unterschiedliche Verteilung seiner Bestandteile zwischen einer stationären und einer mobilen Phase.

Stationäre Phase: Die stationäre Phase bezeichnet die Phase, welche sich während der Durchführung nicht bewegt. Sie kann fest oder flüssig sein. Im vorliegenden Versuch handelt es sich um eine Kieselgel-Platte.

Mobile Phase: Die mobile Phase bzw. das Laufmittel bezeichnet diejenige Phase, in welche das zu analysierende Substanzgemisch eingebracht wird und worin es die stationäre Phase durchläuft.

Die Wandergeschwindigkeit ist abhängig von den Wechselwirkungen zwischen der Probensubstanz und den beiden Phasen. Bei einem polaren Laufmittel wandern polare Substanzen schneller, während unpolare sich langsamer bewegen und umgekehrt.

Als R_F-Wert bezeichnet man den Retentionsfaktor. Dieser charakterisiert das Laufverhalten der einzelnen Substanzen. Durch seine Berechnung können die zu identifizierenden Proben auch ohne bildliche Darstellung mit den Referenzproben verglichen werden (sofern das gleiche Laufmittel verwendet wurde). Er berechnet sich wie folgt:

Da die Probensubstanz nicht weiter wandern kann als die Lösungsmittelfront, gilt: 0 ≥ R_F ≤ 1. Der Wert hängt immer von den Versuchsbedingungen ab, weshalb er bloss als Orientierungswert gilt und nicht als absoluter Wert betrachtet werden darf (Referenzproben als Vergleich immer zwingend).

Die Auftrennung der Proben ist abhängig von der jeweiligen Polarität. Die im vorliegenden Versuch eingesetzten Farbstoffe weisen folgende Polaritäten auf:
E104 (gelb): schwach polar
E110 (orange): polar
E124 (rot): stark polar
E131 (blau): unpolar
Da es sich bei der stationären Phase um ein unpolares Material und beim Laufmittel um eine polare Substanz handelt ist die zu erwartende Reihenfolge also: E124 (rot), E110 (orange), E104 (gelb), E131 (blau).

Das Polyamidgel dient dazu, die Farbstoffe von den anderen Bestandteilen des Fruchtgummis zu lösen. Durch die Ansäuerung protonieren die Farbstoff-Moleküle und adsorbieren an das Polyamid-Gel. Durch das anschliessende Waschen mit Ammoniak kann diese Verbindung wieder gelöst und der reine Farbstoff gewonnen werden. 

Bei Fetten handelt es sich um Triester des dreifachen Alkohols Glycerin und drei verschiedener Fettsäuren. Die Eigenschaften eines Fettes verändern sich je nach Kettenlänge der Fettsäuremolekülen und der Anzahl von C-Doppelbindungen.

Fette können entweder aus tierischer oder pflanzlicher Herkunft stammen.  Tierische Fette werden meist entweder direkt aus Fettgewebe von Tieren gewonnen oder aus Milch. Pflanzliche Fette und Öle werden aus Ölpflanzen oder Ölsaat durch Extraktion oder Pressung gewonnen.

Pflanzliche Fette:

• Enthalten überwiegend ein- und mehrfach ungesättigte Fettsäuren
• Besitzen niedrigere Schmelzpunkte als tierische Fette
• Sind eher leicht verdaulich
• Werden aufgrund der Doppelbindungen schneller ranzig
• Enthalten essentielle Fettsäuren

Tierische Fette:

• Enthalten einen geringeren Anteil an ungesättigten Fettsäuren
• Besitzen höhere Schmelzpunkte als pflanzliche Fette
• Sind schwerer verdaulich

Extraktion ist das herauslösen eines oder mehreren Stoffen aus festen oder flüssigen Substanzgemischen mit Hilfe eines Lösungsmittels. Zwischen Lösungsmittel und dem gelösten Stoff soll keine chemische Reaktion stattfinden. 

Damit der Anteil an Stickstoff bestimmt werden kann, muss die Analysesubstanz so stark zerstört werden dass der gebundene Stickstoff zugänglich wird und somit extrahiert werden kann. Der Aufschluss erfolgt durch die Nassveraschung (mit kochender, konzentrierter Salzsäure). Dabei entstehen schädliche Dämpfe, welche durch den Scrubber (Natriumcarbonat-Lösung) entfernt werden und dort zu Wasser und Kohlendioxid neutralisiert werden.

Zur Analysesubstanz wird eine Kjehldahl-Tablette dazugegeben. Diese besteht aus schwer flüchtigen Verbindungen (Schwermetalle) und dient als Katalysator. Dieser Katalysator setzt den Siedepunkt herab.

6,25

Prinzip

Der Stickstoffgehalt der Proteine beträgt durchschnittlich 16%. Zur analytischen Erfassung des Gesamtproteins wird in der Regel der Stickstoffgehalt  nach dem Aufschluss der organischen Substanz mit H₂SO₄ und Zusatz eines Katalysators bestimmt und anschließend mit dem Faktor 6,25 der „Rohproteingehalt“ berechnet.

Beim Aufschluss wird der Stickstoff gelöst und Ammoniumsulfat gebildet. Durch anschließender Destillation und Säure-Basen-Titration, wird durch den Überschuss an H₂SO₄ der Stickstoffgehalt der Probe berechnet.

Beim Kjeldahl-Aufschluss von LM werden aber nicht nur Proteine und freie Aminosäuren erfasst, sondern auch Nucleinsäuren, Ammoniumsalze und organisch gebundener Stickstoff von Aromastoffen und Vitaminen, was ein Nachteil der Methode ist.

Bespiel Rübli

t NaOH = 0.9847                  c H₂SO₄ = 0.05 mol/L

t H₂SO₄ = 0.9680                 c NaOH = 0.1 mol/L

(0.9680 x 0.025ml x 0.05mol/L-0.5 x 0.9847 x 0.00595ml x 0.1 mol/L) x 132.14g/mol = 0.122g

Es wurden 0.123g eingewogen somit beträgt die Abweichung: (0.123 x 100)/ 0.122 = 100.81%.

400 nm

Die Ergebnise werden folgender Massen ausgewertet:

Eichgrade bestimmen,
das Resultat mit 4 multiplivieren (wegen der Verdünung)

auf 100 g Frische Substanz umrechnen