a) Disaccharide

Überlegungen zur Umsetzung des Lehrplans

Vorschläge zu Inhalten und Niveau

• Nomenklatur: Trivialnamen genügen, Art der Verknüpfung muss benannt werden können (s. u.)
• Verknüpfungsprinzip: Ausbildung von glycosidischen Bindungen durch Kondensations¬reaktionen; mindestens ein anomeres Kohlenstoff-Atom ist stets beteiligt, da hier hohe Reaktivität vorliegt; Aufstellen der Reaktionsgleichungen von Kondensation und Hydrolyse
• Haworth-Projektionsformeln: Zeichnung der glycosidischen Bindung in winkeltreuer Darstellung: Maltose (2 Glucosemoleküle sind α-1,4-glykosidisch verknüpft), Cellobiose (2 Glucosemoleküle sind β-1,4-glykosidisch verknüpft), Saccharose (1 Glucose- und 1 Fructose¬molekül sind α,β-1,2-glykosidisch verknüpft)
• Monomere aus den Dimeren ableiten und umgekehrt
• Fehling- und Silberspiegel-Probe: Ermittlung von Teil- und Gesamtgleichungen der Redoxreaktionen, Unterscheidung reduzierende und nicht-reduzierende Zucker

Vorschläge für Experimente

• Überprüfung auf positive Fehling-Probe bei Glucose, Fructose, Galactose, Maltose, Saccharose und zerriebenen Früchten (S)
• Messungen mit dem Polarimeter: Saccharose vor und nach Erhitzen mit verd. Salzsäure

b) Polysaccharide

Überlegungen zur Umsetzung des Lehrplans

Grundlagen in den Lehrplänen der Jgst. 8-11

• C_NTG 10.3 Biomoleküle: Kohlenhydrate
• C 10.4: Sauerstoffhaltige organische Verbindungen: Kohlenhydrate als mehrfunktionelle Verbindungen
• B 10.1 Stoffwechsel des Menschen: Nährstoffe

Vorschläge zu Inhalten und Niveau

• Verknüpfungsvarianten der Zuckerbausteine in Polysacchariden: α-1,4-glykosidisch (Amylose), α-1,4-glykosidisch und α-1,6-glykosidisch (Amylopektin), β-1,4-glykosidisch (Cellulose); zeichnerische, winkelgetreue Darstellung von Ausschnitten dieser Polysaccharide; Raumstrukturen von Amylose (Spirale) und Cellulose (lineares Molekül)
• Monomere aus Polymeren ableiten und umgekehrt
• Zusammenhänge zwischen Molekülstruktur und Stoffeigenschaften: z. B.
  
  • physikalische Eigenschaften: Einfluss der Wasserstoffbrücken; Löslichkeit, Quellung, Verhalten beim Erhitzen
  • chemische Eigenschaften: Iod-Nachweis, Anfärbbarkeit (z. B. Färben von Baumwolle), saure und enzymatische Hydrolyse liefert Monosaccharide
    
• Bedeutung als Speicher- und Gerüststoffe: Stärke wird aus bei der Photosynthese gebildeter Glucose aufgebaut, Energiespeicher von Pflanzen (Amylose als Langzeitspeicher, Amylopektin als Kurzzeitspeicher der Zelle); Zusammenlagerung von Cellulosemolekülen zu seilähnlichen Bündeln, stabilisierende Strukturen von Pflanzen
• Beispiele für die Verwendung als nachwachsende pflanzliche Rohstoffe:
  
  • Stärke: Möglichkeit zur Vergärung zu Bioethanol und Biogas, Erzeugung von Folien und Verpackungen, gentechnisch veränderte Kartoffelpflanzen (Amflora®)
  • Cellulose: Herstellung von Papier und Textilien, Verbrennung von Holz und Biogas, Baumaterial
  • Diskussion ökologischer Aspekte: z. B. Monokulturen, Verbrauch von Nahrungsmitteln, Abbaubarkeit der Produkte

Basiskonzepte und Kompetenzorientierung

• Raumstrukturen von Amylose (Spirale) und Cellulose (lineares Molekül) (Struktur-Eigenschafts-Konzept)

Kompetenzbereich Reflexion (EPA):

• … erörtern und bewerten Verfahren zur Gewinnung und Verarbeitung wichtiger Rohstoffe vor dem Hintergrund knapper werdender Ressourcen,
• … beurteilen Technikfolgen, wirtschaftliche Aspekte und Stoffkreisläufe im Sinne der Nachhaltigkeit.

Diese Aspekte können in Diskussionen zu oben angebenden Themen im Unterricht aufgegriffen werden.

Vorschläge für Experimente

• Tyndalleffekt einer Stärke-„Lösung“ mithilfe eines Laserpointers untersuchen
• Nachweis von Stärke mit Iod in Suspensionen von Stärkepulver und Mehl, in Nudelwasser, auf der Schnittfläche einer Kartoffel, im Weißbrot (S)
• Erwärmen einer mit Iod versetzten Stärke-Suspension (S)
• Hydrolyse von Stärke durch Salzsäure (S)
• enzymatische Hydrolyse durch Speichel (S)
• Stärkefolie (S)
• Säure- und Laugenbeständigkeit von Cellulose