?Die Chemie der Orange? - ChidS

Experimentalvortrag „Die Chemie der Orange“– Meike Griesel
Philipps-Universität Marburg
Fachbereich 15 – Chemie
Übungen zum Experimentalvortrag
Leitung: Prof. Bernhard Neumüller, Dr. Philipp Reiß
Protokoll zum
Experimentalvortrag OC
„Die Chemie der
Orange“
von Meike Griesel
meikegriesel@gmx.de
Sylvester-Jordanstraße 18
35039 Marburg
vom Vortrag am 09.12.2009
im Wintersemester 2009/2010
1

Experimentalvortrag „Die Chemie der Orange“– Meike Griesel
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung Seite 3
2. Inhaltsstoffe Seite 4
2.1. Limonen Seite 5
2.1.1. Demo 1: Isolation von Limonen Seite 6
2.1.2. Versuch 1: Mischverhalten von Limonen Seite 7
2.1.3. Versuch 2: Bromierung von Limonen Seite 9
2.2. Fruchtsäuren: Citronensäure Seite 11
2.2.1. Demo 2: Isolation von Citronensäure Seite 12
2.2.2. Versuch 3: Nachweisreaktionen für Citronensäure Seite 14
2.2.3. Demo 3: DC von Fruchtsäuren Seite 17
2.2.4. Versuch 4: Polyester aus Citronensäure Seite 20
2.3. Vitamin C Seite 22
2.3.1. Versuch 5: Gehaltsbestimmung von Vitamin C Seite 23
2.3.2. Versuch 6: Reduktionsmittel Ascorbinsäure Seite 26
3. Schulrelevanz Seite 28
4. Literaturverzeichnis Seite 30
5. Bildquellennachweis Seite 31
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Experimentalvortrag „Die Chemie der Orange“– Meike Griesel
1. Einleitung
Der Orangenbaum hat den lateinischen Namen „Citrus sinensis“ und ist ein Baum, der acht
bis fünfzehn Meter hoch werden kann. Der Orangenbaum ist eine immergrüne Pflanze, dessen
Blätter oval zugespitzt und ledrig sind. Die Blüten des Baumes sind weiß und duften stark. Sie
können einzeln oder in Dolden an den Ästen hängen. Die Blüten bestehen aus fünf
miteinander verwachsenen Kelchblättern und fünf weißen Blütenblättern. In der Regel blüht
der Orangenbaum das ganze Jahr und ist vom Nährstoffbedarf sehr anspruchslos. Der
Orangenbaum ist in der Lage ohne Fremdbestäubung Früchte zu bilden. Die Früchte sind rund
oder breit-oval (Nowak, 113).
Es gibt drei Hauptsorten des Orangenbaumes. Die Blondorange ist
die wichtigste Art der Orange. Blondorangen werden hauptsächlich
im Mittelmeerraum und in den USA angebaut. Navalorangen sind
ursprünglich in Brasilien gezüchtet worden und zeichnen sich durch
die Ausstülpung an der Spitze aus. Bei der Blutorange ist das
Fruchtfleisch rot gefärbt und bei einigen Sorten ist außerdem auch
die Schale rötlich gefärbt (113). 4
Die Herkunft des Orangenbaumes wird in Südchina und Indochina
vermutet. Die ursprüngliche Herkunft konnte nicht so leicht
festgestellt werden, da der Orangenbaum schon in vorchristlicher Zeit bis in den Vorderen
Orient bekannt war und angebaut wurde. In Europa hielt der Orangenbaum Einzug an die
europäischen Adelshöfe im 15. und 16. Jahrhundert. In Europa galt er lange Zeit als
Zierpflanze und es kam zum Bau von Orangerien. Heute ist der Orangenbaum eine weltweit
bedeutende Nutzpflanze in warmen Ländern. Der Orangenbaum wird auf allen fünf
Kontinenten angebaut. Die heutigen Hauptanbaugebiete sind Brasilien, die USA, Mexiko und
Indien (114).
Die Frucht des Orangenbaumes ist von einer etwa fünf
Millimeter dicken Schale umgeben, die in warmen Regionen der
Erde eine eher grünliche oder gelbliche Farbe hat, in kalten
Regionen färbt sich die Schale der Frucht orange. Die weiße
Albedo, die die Frucht unter der Schale umhüllt, ist dünn und 5
4 www.schulbilder.org
5 www.food.foto24.de
3

Experimentalvortrag „Die Chemie der Orange“– Meike Griesel
schwer vom Fruchtfleisch zu trennen. Das Fruchtfleisch ist in der Frucht in zehn bis vierzehn
Segmente unterteilt, die so genannten Spalten. In jeder Spalte können sich bis zu vier Kerne
befinden. De Kerne sind weiß und haben eine länglich ovale Form. Der Geschmack der
Frucht reicht von aromatisch süß bis säuerlich süß (114).
2. Inhaltsstoffe der Orange
Der Hauptbestandteil des Fruchtfleisches der Orangen ist Wasser. In 100 g Fruchtfleisch sind
85,7 g Wasser enthalten. Dieser hohe Wassergehalt ist der Grund dafür, dass sich aus Orangen
einfach Saft pressen lässt (Fachdidaktik Biologie, HHUD, 15.12.09). Die Orange hat den
zweitgrößten Vitamin C Anteil unter den Citrusfrüchten. So enthalten 100 g Fruchtfleisch
durchschnittlich etwa 49 mg Vitamin C. Zwei Orangen decken den Tagesbedarf an Vitamin
C, der bei Erwachsenen zwischen 75 und 100 mg liegt (Nuhn, 60). Andere Vitamine in der
Orange sind die Vitamine B1 und B2. Ein geringer Bestandteil in der Orange sind Minerale,
wie Kalium, Calcium oder Phosphor. In 100 g Fruchtfleisch sind außerdem etwa 1,6 g
Ballaststoffe enthalten, die verdauungsförderend wirken (Christian Stobitzer, 15.12.09). Den
zweitgrößten Bestandteil in der Orange bilden die Kohlenhydrate. Zu den Kohlenhydraten in
einer Orange zählt neben der Fructose auch die Stärke. Außerdem sind in der Orange Eiweiße
und Fette enthalten (Fachdidaktik Biologie, HHUD, 15.12.09).
Wasser: 85,7 g Mineralstoffe: 0,48 g
Eiweiß: 1,0 g Fruchtsäuren: 1,13 g
Fett: 0,2 g Vitamin B1: 0,079 mg
Kohlenhydrate: 8,25 g Vitamin B2: 0.042 mg
Ballaststoffe: 1,6 g Vitamin C: 49,4 mg
Die Orange hat durch ihre Inhaltsstoffe Einfluss auf das Wohlbefinden des Menschen. Die
Orange soll das Immunsystem stärken und den Stoffwechsel ankurbeln. Vitamin C sorgt für
gutes Bindegewebe und erhöht die Aufnahmefähigkeit von Eisen aus der Nahrung. Bei
Erkältung und im Winter wird gerne heißer Orangensaft getrunken, er lindert die
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Experimentalvortrag „Die Chemie der Orange“– Meike Griesel
Beschwerden und sorgt dafür, dass der Körper schwitzen kann. Die Orange hat einen
Nährwert von etwa 40 Kilokalorien und ist somit ein Nahrungsmittel, was bei Diäten
bedenkenlos gegessen werden kann. Für Menschen mit einem säureempfindlichen Magen ist
der übermäßige Verzehr von Orangen nicht zu empfehlen. Menschen, die an Neurodermitis
erkrankt sind, sollten auf den Verzehr ebenfalls verzichten, da sich die Symptome durch
Verzehr von Orangen verschlimmern können (Christian Stobitzer, 15.12.09).
In meinem Experimentalvortrag bin ich auf drei Bestandteile der Orangenfrucht näher
eingegangen. Im Fruchtfleisch habe ich mich auf die Bestandteile Fruchtsäuren, im
Besonderen Citronensäure, und Vitamin C konzentriert. Außerdem habe ich einen Bestandteil
der Schale näher beleuchtet – das Limonen.
2.1. Limonen
Limonen gehört zu der Naturstoffklasse der Terpene. Terpene sind aus Isopren-Einheiten
aufgebaut und können acyclisch, cyclisch oder bicyclisch sein. Monoterpene bestehen aus
zehn Kohlenstoffatomen, Sesquiterpene sind aus 15 Kohlenstoffatomen aufgebaut und
Diterpene aus 20.
Limonen ist ein cyclisches Monoterpen mit zwei Enantiomeren. (R)-(+)-Limonen kommt in
H3C Orangenöl und Zitronenöl vor und riecht nach Apfelsine, das zweite
Enantiomer kommt in Edeltannenöl und Pfefferminzöl vor; die
Muskanuss enthält das racemische Gemisch beider Enantiomere.
(Vollhardt, 167).
C
H 3
CH 3
(R)-(+)-Limonen
CH 2
CH 3
H3C CH2 (S)-(-)-Limonen
CH 2
H2C Isopreneinheit in Terpenen
Monoterpene bilden die mit Wasserdampf flüchtigen Hauptbestandteile der ätherischen Öle.
Ätherische Öle sind definiert als komplexe Mischungen „acyclischer, alicyclischer,
aromatischer und seltener auch heterocyclischer Verbindungen“ (Nuhn, 183). Der
überwiegende Teil der Komponenten der ätherischen Öle gehört der Naturstoffklasse der
Terpene an, allerdings können ätherische Öle auch aromatische Verbindungen enthalten.
Ätherische Öle werden mit Hilfe von Wasserdampfdestillation, Extraktion mit organischen
Lösungsmitteln oder Pressen gewonnen. Ätherische Öle haben eine sehr breite Anwendung:
5

Experimentalvortrag „Die Chemie der Orange“– Meike Griesel
als Zusätze in Kosmetika, als Aromastoffe in Lebensmitteln und als Bestandteil von
Arzneimitteln (183).
Eine Art der Gewinnung der ätherischen Öle – die Wasserdampfdestillation – habe ich in
meiner ersten Demonstration nachvollzogen. Dazu habe ich aus Orangenschalen Limonen
isoliert.
2.1.1 Demo 1: Isolation von Limonen
Protokoll zu Demonstration 1
Chemikalien:
Chemikalie R-Sätze S-Sätze Gefahrensymbol
Petrolether 11, 52/53, 65 9, 16, 23, 24, 33, 62 F, Xn
(R)-(+)-Limonen 10, 38, 43, 50/53 24, 37, 60, 61 Xi, N
Geräte und Versuchsaufbau:
- 2 L Dreihalsrundkolben mit Schliff
- Claisen-Destillationsbrücken
- 2 L Rundkolben mit Schliff
- 1 L Scheidetrichter
- Magnetrührer mit Fisch
- Schliff Thermometer
- Heizpilz
- Wasserdampfgenerator
- Hebebühne
- Eisbad
Versuchsdurchführung:
Die Schalen von drei bis vier Orangen werden zerkleinert und mit 1 L Wasser in einen 2 L
Dreihalsrundkolben gegeben. Zunächst wird der Dreihalskolben mit Hilfe des Heizpilzes
erwärmt und dann der Wasserdampfgenerator angeschaltet, kurz bevor das Wasser im
Rundkolben anfängt zu sieden. Die Destillation beginnt und man wartet bis der 2 L
Rundkolben bis etwa zur Hälfte gefüllt ist. Danach extrahiert man das Destillat in einem
6

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Scheidetrichter drei Mal mit Petrolether. Der Petrolether wird anschließend verdampft und
das Produkt bleibt zurück.
Entsorgung:
Der Überstand an Apfelsinenschalen und Wasser nach der ersten Destillation wird im Abguss
entsorgt. Die wässrige, abgeschiedene Phase aus dem Scheidetrichter wird im Abguss
entsorgt. Der Petrolether verdampft und das Produkt kommt in den Lösungsmittelabfall.
Beobachtung:
Nachdem das Gemisch im Rundkolben angefangen hat zu sieden, füllt sich das Destillatgefäß
rasch mit einer Flüssigkeit, die stark nach Orange riecht. Nach etwa einer Stunde ist der
Rundkolben halb gefüllt. Beim Ausschütteln mit Petrolether bilden sich zwei Phasen, im
Destillat sind keine zwei Phasen zu erkennen. Nachdem der Petrolether verdampft ist, bleibt
eine Flüssigkeit über, die leicht viskos ist und intensiv nach Orange riecht.
Auswertung:
Bei der Destillation gehen alle Stoffe über, die bei einer Temperatur sieden, die durch den
Wasserdampfgenerator erreicht werden kann. Hier wurde eine Gradzahl von ca. 200 °C
erreicht. Da Limonen bei 177 °C siedet und geht neben Wasser auch dieser Stoff über. Es
waren keine zwei Phasen erkennbar, obwohl Limonen hydrophob ist, weil Limonen fein
verteilt in der Flüssigkeit vorlag. Da der Rundkolben, indem die Flüssigkeit gesammelt
wurde, nicht geschüttelt wurde, konnten sich keine zwei Phasen bilden. Wird nun der
Petrolether hinzu gegeben, der genauso wie Limonen hydrophob ist, löst sich Limonen in
Petrolether und geht in die organische Phase über. Es wurde mit Petrolether drei Mal
ausgeschüttelt, damit sich alles Limonen lösen kann. Petrolether beginnt bei etwa 40 °C an zu
sieden und daher sehr leicht vom Limonen abgeschieden werden, was erst bei 177 °C siedet.
Limonen ist ein Terpen, wie oben schon beschrieben. In der Oragnenschale kommt nur ein
Enantiomer vor – das (R)-(+)-Limonen.
2.1.2. Versuch 1: Mischverhalten von Limonen
Protokoll zu Versuch 1
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Chemikalien:
Chemikalie R-Sätze S-Sätze Gefahrensysmbol
Wasser --- --- ---
Speiseöl --- --- ---
Limonen 10, 38, 43, 50/53 24, 37, 60, 61 Xi, N
Geräte:
- drei Reagenzglaständer
- Reagenzglashalter
- drei Bechergläser
Versuchsdurchführung:
Man gibt in das erste Reagenzglas einige Milliliter Wasser und gibt dann einige Milliliter
Limonen hinzu. In das zweite Reagenzglas gibt man ebenfalls die gleiche Menge Wasser und
fügt anstatt Limonen Speiseöl hinzu. Im dritten Reagenzglas gibt man einige Milliliter
Limonen und die gleiche Menge Speiseöl zusammen.
Entsorgung:
Die Inhalte aller drei Reagenzgläser können im Abguss entsorgt werden.
Beobachtung:
Das Reagenzglas, indem sich Limonen und Wasser befinden, kommt es zu einer zwei
Phasenbildung. Die gleiche Beobachtung macht man im Reagenzglas, dass mit Wasser und
Speiseöl befüllt ist. Eine homogene Mischung beobachtet man im Reagenzglas, in das man
Limonen und Speiseöl gegeben hat.
Auswertung:
Limonen kann sich mit Wasser nicht vermischen, da Limonen lipophil und unpolar ist,
Wasser allerdings lipophob und polar. Da Ähnliches sich in Ähnlichem löst, sind die
Eigenschaften einer Substanz entscheidend für ihr Mischverhalten. Speiseöl besteht aus
Triglyceriden, die ebenfalls lipophil und unpolar sind. Daher können sich Limonen und das
Speiseöl gut vermischen, da es zur Ausbildung von Van-der-Waals-Kräften kommt.
Das gute Mischverhalten des Limonens mit anderen unpolaren Substanzen wird
in einigen Reinigungsmitteln ausgenutzt. Dabei soll die fettlösende
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Wirkung von Limonen ausgenutzt werden um Fettflecken oder
Ölverschmutzungen von Oberflächen zu entfernen. Darüber hinaus wirken die
Terpene in der Orangenschale – also auch Limonen – desinfizierend, da sie
Bakterien und Pilze von der Frucht fernhalten. Diese Eigenschaft ist ebenfalls
für die Reinigungsmittel von Vorteil (Gessner, 22). 6
2.1.3 Versuch 2: Bromierung von Limonen
Protokoll zu Versuch 2:
Chemikalien:
Chemikalie R-Sätze S-Sätze Gefahrensymbol
Br2 (aq) 23, 24, 26/38 1/2, 7/9, 26 T, Xi
Limonen 10, 38, 43, 50/53 24, 37, 60, 61 Xi, N
Natriumthiosulfat
(gesättigte Lösung)
Geräte:
- Reagenzglas mit Stopfen
- Reagenzglasständer
- Pipette
Versuchsdurchführung:
--- --- ---
In das Reagenzglas werden einige Milliliter Limonen gegeben. Mit einer Pipette werden
einige Tropfen Bromwasser gegeben. Man verschließt das Reagenzglas mit einem Stopfen
und schüttelt leicht. Die Reaktion ist nur im Abzug durchzuführen und falls Bromwasser
verschüttet wird, wird dies mit Natriumthiosulfat übergossen (Espel, 18).
Entsorgung:
Nach der vollständigen Reaktion kann die Lösung in den organischen Lösungsmittelabfall
gegeben werden.
6 www.frosch.de
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Beobachtung:
Zunächst bilden sich zwei Phasen, die untere Phase ist braun gefärbt, die obere ist farblos.
Beim schütteln entfärbt sich die untere Phase langsam, bis keine braune Färbung mehr zu
sehen ist.
Auswertung:
Es bilden sich zwei Phasen im Reagenzglas, weil Limonen lipophil ist und sich nicht in
Wasser löst. Brom hingegen ist in Wasser löslich, wodurch es zur Phasentrennung kommt.
Schüttelt man das Reaktionsgemisch, kommt es zur Reaktion zwischen Brom und Limonen.
Dabei handelt es sich um eine elektrophile Addition an die Doppelbindungen des Limonens
durch das Brommolekül. Beide Doppelbindungen des Limonens werden bromiert, allerdings
ist die Wahrscheinlichkeit für die Bromierung der Doppelbindung im Ring etwas herabgesetzt
gegenüber der Doppelbindung an der Seitenkette, da die Doppelbindung im Ring höher
substituiert und damit stabilisiert wird, aber auch weil sie etwas mehr sterisch gehemmt ist.
Da die Doppelbindung eine hohe Elektronendichte aufweist, wird das Brommolekül, kommt
es in die Nähe der Doppelbindung, polarisiert. Das Bromatom, das der Doppelbindung am
nächsten ist, wird positiv polarisiert, das andere Bromatom wird negativ polarisiert. Es kommt
zum elektrophilen Angriff auf die Doppelbindung des Limonens durch das Brommolekül.
C
H 3
CH 3
CH 2
+ Br Br
H3C
Dabei entsteht ein cyclisches Bromoniumion und ein freies Bromid, das durch
Rückseitenangriff den tertiären Kohlenstoff an der Seitenkette angreift. Die Bindungen des
Bromoniumions an das Limonen sind nicht gleichlang. Die Bindung an das primäre
Kohlenstoffatom ist kürzer und damit stabiler als die Bindung an das tertiäre
Kohlenstoffatom. Dies hat zwei Gründe; zum Einen ist die Bindung etwas geschwächt, da
durch die Methylgruppe und den Ring die Bindung sterisch gehemmt ist. Zum anderen ist der
tertiäre Kohlenstoff durch Hyperkonjugation der Methylgruppe und des sekundären
Kohlenstoffs im Ring stabilisiert, sodass die Bindung zum Bromoniumion nicht so
CH 3
Br
CH 2
Br
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energetisch nicht so günstig ist, wie die Bindung des Bromoniumions zum primären
Kohlenstoff.
C
H 3
CH 3
Br -
Br +
C
H 3
CH 3
Limonen hat den strukturellen Namen 1-Methyl-4-(1-methylethenyl)cyclohexen. Das
entstehende Produkt heißt 1-Methyl-4-(1,2-Dibromethyl-1-methyl)cyclohexen. Kommt es zur
Bromierung am Ring heißt das entstehende Produkt 1,6-Dibrom-1-Methyl-4-(1-
methylethenyl)cyclohexan.
2.2. Fruchtsäuren: Citronensäure
Fruchtsäuren sind definiert als organische Hydroxycarbonsäuren und Dicarbonsäuren, die in
Obst zu finden sind. Die Fruchtsäuren sind in den Früchten für den charakteristischen
Geschmack zuständig. Als Lebensmittelzusatzstoff werden die Fruchtsäuren als
Säurerungsmittel eingesetzt. Die wichtigsten Fruchtsäuren sind die Citronensäure, die
Äpfelsäure, die Milchsäure, Weinsäure oder die Mandelsäure.
In der Orange sind 1,13 g Fruchtsäuren in 100 g Fruchtfleisch enthalten. Die Citronensäure
hat den größten Anteil an den Fruchtsäuren in der Orange. Bei 1,13 g Fruchtsäuren ist 1,06 g
Citronensäure enthalten. Der große Anteil der Citronensäure in der Orange spiegelt das
Vorkommen der Citronensäure im Pflanzenreich wider. Die Citronensäure ist nämlich die am
weitesten verbreitete Fruchtsäure im Pflanzenreich. Außerdem ist die Citronensäure ein
Stoffwechselprodukt aller Organismen im Citratzyclus (T Seilnacht, 20.12.09).
Br
Br
11

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2.2.1 Demo 2: Isolation von Citronensäure
Protokoll zur Demonstration 2: Isolation von Citronensäure
Chemikalien:
Chemikalie R-Sätze S-Sätze Gefahrensymbole
Orangensaft --- --- ---
Calciumchloridlösung 36 2, 22, 24 Xi
Ammoniaklösung 10, 23, 34, 50 1/2, 9, 16, 36/37/39,
stark sauerer
Kationenaustauscher
Geräte:
- Saftpresse
- Bechergläser
- Kristallisierschale
- Messzylinder
- Nutsche
- Saugflasche
- Pumpe
- Magnetrührer
Versuchsdurchführung:
45, 61
T, N
--- --- ---
Etwa 100 mL frisch gepresster O-Saft werden zunächst abfiltriert. Anschließend wird der Saft
mit soviel 25%iger Ammoniaklösung versetzt, bis die Lösung alkalisch reagiert.
Anschließend gibt man 70 mL einer ein molaren Calciumchloridlösung hinzu. Dieses
Gemisch wird bis zum Sieden erhitzt und anschließend lässt man die Lösung langsam
abkühlen, wobei ein Niederschlag ausfällt. Der Niederschlag wird noch warm abfiltriert und
mit warmem Wasser zwei Mal gewaschen. Der Niederschlag wird in ein Becherglas gegeben
und mit Wasser versetzt. Anschließend gibt man 10 mL eines stark sauren
Kationenaustauscherharzes hinzu und lässt das Gemisch rühren, bis sich der Niederschlag
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aufgelöst hat. Der Ionenausauscher wird abfiltriert und die Lösung in eine Kristallisierschale
gegeben.
Entsorgung:
Das Filtrat wird neutral in den Ausguss gegeben. Der abgesaugte Kationenaustauscher wird
neutral in den organischen Lösungsmittelabfall gegeben.
Beobachtung:
Gibt man zum O-Saft Ammoniaklösung färbt sich der Saft dunkel-
gelb. Nach der Zugabe von Calciumchloridlösung und
anschließendem Kochen fällt ein weißer, voluminöser Niederschlag
aus. Dieser löst sich nach 15 bis 20 Minuten nach der Zugabe des
Kationenaustauschers wieder auf. Gibt man die Lösung in eine
Kristallisierschale so kristallisiert nach zwei bis drei Tagen durchsichtige Kristalle aus (Prof.
Blumes Bildungsserver für Chemie, 20. 12.09) 7
Versuchsauswertung:
Gibt man Caliumchlorid zum leicht alkalischen Orangensaft, so bildet sich aus den
Caliumkationen und der Citronensäure ein Dicitratocalium(II)-Komplex. Die Citronensäure
ist ein Chelatkomplex, der dreizähnig ist.
Ca 2+
HO
+ 2 CitH3 [Ca(Cit) 2 ] 4-
(aq) (aq) (aq) + 6 H +
CH 2
C
CH 2
Ca 2+
- OOC
- OOC
-
OOC
Wird Calciumchlorid im Überschuss zugegeben und erhitzt, so entsteht aus dem
wasserlöslichen Dicitratocalcium(II)-Komplex ein schwerlösliches Salz, das als weißer,
voluminöser Niederschlag ausfällt.
[Ca(Cit) 2 ] 4-
COO -
COO -
COO -
Ca 2+
(aq) + (aq)
2
CH 2
Gibt man zu dem schwerlöslichen Salz einen stark sauren Kationenaustauscher, so werden die
Caliumkationen des Salzes gegen Protonen ausgetauscht und es entsteht Citronensäure. Ist der
7 Versuchsvorschrift der Quelle wurde wegen Optimierung abgeändert
C
CH 2
OH
Ca 3 (Cit) 2 (s)
(aq)
13

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Kationenaustauscher nicht sauer genug, so werden die Calcumkationen nicht ausgetauscht
und es kristallisiert nicht die Citronensäure aus, sondern das schwerlösliche Calciumcitratsalz
aus. Dann muss der Niederschlag erneut mit einem Kationenaustauscher versetzt werden.
Citronensäure bildet farblose rhombische Kristalle. Sie löst sich gut in Wasser und Ethanol
und schmeckt leicht säuerlich. In geringen Mengen eingenommen fördert die Citronensäure
das Knochenwachstum, in zu großen Dosen wirkt sie toxisch (T.Seilnacht, 20.12.09).
2.2.2 Versuch 3: Nachweisreaktionen zur Identifizierung von
Citronensäure
Zur Identifizierung des Isolationsproduktes habe ich zwei Nachweisreaktionen durchgeführt,
um mein Isolationsprodukt als Citronensäure identifizieren zu können. Der Cernitrattest weist
Alkohole in organischen Substanzen nach. Dadurch kann die Hydroxylgruppe in der
Citronensäure identifiziert werden. Der BTB Test ist ein Nachweis auf Säuregruppen in einem
organischen Molekül, dadurch können die drei Carboxylgruppen der Citronensäure
nachgewiesen werden.
Protokoll zu Versuch 3: Nachweisreaktionen zur Identifizierung von
Citronensäure
Chemikalien:
Chemikalie R-Sätze S-Sätze Gefahrensymbol
Cer(VI)ammoniumnitrat 8, 41 17, 26, 39 Xi, O
2 molare Salpetersäure 35 23, 26, 36/37/39, 45 C
Wasser --- --- ---
Citronensäure 36 26 Xi
Bromthymolblau --- --- ---
Natronlauge 35 1/2, 26, 37/39, 45 C
Ethanol 11 2,7,16 F
Geräte:
- Reagenzgläser
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- Schliffflaschen für Reagenzien
- Bechergläser
- Spatel
- Spritzflasche
Versuchsdurchführung:
Herstellung des Cernitratreagenzes:
20 g Cer(IV)ammoniumnitrat werden in 50 mL zwei molarer Salpetersäure gelöst.
Herstellung des Bromthymolblaureagenzes:
0,02 g Bromthymolblau werden mit 0,6 g NaOH in 100 mL vergälltem Ethanol gelöst.
Bei dem Cernitratreagenz gibt man in ein Reagenzglas 1 mL Cernitratreagenz und gibt 2 mL
Wasser hinzu. Anschließend gibt man einige Kristalle der isolierten Zitronensäure hinzu und
schüttelt gut durch. Es wird außerdem eine Blindprobe mit reiner Citronensäure durchgeführt.
Der BTB Test wird so durchgeführt, dass man 1 mL Bromthymolblau in ein Reagnzglas gibt
und einige Kristalle der isolierten Citronensäure. Dies wird gut geschüttelt und es wird
ebenfalls eine Bindprobe durchgeführt (Heimann, 28) 8 .
Entsorgung:
Die Cernitratlösung wird neutral in den Schwermetallabfall entsorgt. Das Bromthymolreagenz
gibt man neutral in den Lösungsmittelabfall.
Beobachtung:
Gibt man zum Cer(IV)ammoniumnitrat Citronensäure so färbt sich die vorher orange Lösung
dunkel rot und nach wenigen Sekunden entfärbt sich die Lösung.
Die tiefblaue Bromthymollösung wird mit Citronensäure versetzt und die Lösung färbt sich
gelb.
Versuchsauswertung:
Der Cernitratnachweis ist ein Nachweis auf Alkohole in einer organischen Verbindung. Der
Hexanitratocer(IV)-komplex reagiert mit der Hydroxylgruppe der Citronensäure unter
Bildung eines roten Komplexes. Es wird ein Nitrat gegen ein Alkoholat ausgetauscht.
8 Die Versuchsvorschrift der Quelle wurde wegen Optimierung etwas abgeändert
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+
2 NH4 (aq) [Ce(NO3 ) 6 ]2- (aq) + HO R3 (aq) [Ce(NO3 ) 5 (O-R3 )] 2-
(aq)
Die Entfärbung kommt durch eine Redoxreaktion zwischen der Citronensäure und dem Cer
zustande. Citronensäure ist ein gutes Reduktionsmittel, wodurch der rote Komplex zerfällt.
Oxidation:
CH 2
HO C COOH
C
CH 2
Reduktion:
Ce 4+ + 1 e -
COOH
COOH
Ce 3+
CH 2
CH 2
COOH
O + CO 2 +
COOH
2 H+ + 1 e -
Durch diesen Nachweis konnte eine Hydroxylgruppe in der isolierten Substanz nachgewiesen
werden.
Bromthymolblau ist ein Säure-Base Indikator und schlägt bei einem pH – Wert von 5,8 bis 7
im Basischen nach blau um und im Sauren nach gelb. Da Citronensäure eine Tricarbonsäure
ist, liegt ihr pH – Wert im Sauren. Das basisch eingestellte Bromthymolblau schlägt somit in
den sauren Bereich um und färbt sich von blau zu gelb (Müller, 21.12.09).
C
H 3
C
H 3
HO
O
S
C
H 3
Br
O
CH 3
O
Br
C
H 3
OH
CH 3
+
+ 2 NH4 (aq) + NO3 - 2 H +
+ 2 H +
Damit wurde nachgewiesen, dass die isolierte Substanz Carboxylgruppen enthält. Allerdings
C
H 3
C
H 3
konnte mit Hilfe dieser beiden Nachweisreaktionen die Citronensäure nicht eindeutig
O
S
C
H 3
identifiziert werden, da einige Fruchtsäuren sowohl eine Hydroxylgruppe als auch
HO
Br
-
O -
O
CH 3
(aq) + H +
(aq)
Br
CH 3
O -
CH 3
16

Experimentalvortrag „Die Chemie der Orange“– Meike Griesel
Carboxylgruppen aufweisen. Daher habe ich im Anschluss noch eine DC durchgeführt, um an
Hand der Rf Werte das isolierte Produkt eindeutig bestimmen zu können.
2.2.3 Demo 3: DC von Fruchtsäuren
Protokoll zu Demonstration 3: DC von Fruchtsäuren
Chemikalien:
Chemikalie R-Sätze S-Sätze Gefahrensymbol
Äpfelsäure --- --- ---
Citronensäure 36 26 Xi
Weinsäure --- --- ---
Milchsäure 38, 41 26, 39 Xi
Bromkresolgrün --- --- ---
Ethanol 11 7, 16 Xi
Natronlauge c = 0,1
mol/L
--- --- ---
n-Butanol 10, 22, 37/38, 41, 67 7/9, 13, 26, 37/39, 46 Xn
Ameisensäure 35 23, 26, 45 C
Wasser --- --- ---
Geräte:
- Kapillaren
- DC Kammer
- Sprühflasche
- Messpipetten
- Spatel
- Erlenmeyerkolben
- Fön
- Karton
- Bleistift
- Lineal
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Versuchsdurchführung
Sprühreagenz:
Eine 0,05 g Bromkresolgrün werden in reinem Ethanol gelöst und mit 0,1 molarer
Natronlauge bis zur Blaufärbung versetzt.
Fließmittel:
Es wird ein Gemisch aus n-Butanol, Ameisensäure und Wasser, im Verhältnis 75:15.10,
hergestellt.
Auf die DC Karte wird zunächst mit Hilfe von Lineal und Bleistift die Startlinie
aufgezeichnet, die etwa 1 cm vom Boden der DC Karte entfernt sein sollte. Dann werden die
Startlinien für die Vergleichslösungen und die Proben aufgetragen. Diese sollten einen
Abstand von etwa 1 cm zueinander haben, sowie vom Rand. Je 3 Tropfen der
Vergleichslösungen und der Proben werden auf die entsprechenden Markierungen getropft
und gut getrocknet. Die DC Karte wird in die DC Kammer gestellt, in der sich das Fließmittel
schon befindet und mit einem Deckel verschlossen. Nach 50 bis 60 Minuten wird die Karte
entnommen und die Fließmittelfront mit dem Bleistift markiert. Die DC Karte wird mit dem
Fön langsam und gründlich getrocknet. Nach dem Trocknen wird die DC Karte im Karton
befestigt und mehrmals mit dem Sprühreagenz besprüht, wobei die Karte nach jedem
besprühen gut getrocknet werden sollte. Die gelben Flecken auf blauem Grund werden mit
Bleistift markiert und die Rf Werte der Vergleichslösungen und Proben bestimmt.
Entsorgung:
Das Sprühreagenz kann neutral in den Lösungsmittelabfall gegeben werden, genauso wie das
Fließmittel. Die DC Karte wird im Feststoffabfall entsorgt.
Beobachtung:
18

Experimentalvortrag „Die Chemie der Orange“– Meike Griesel
Versuchsauswertung:
Bromkresolgrün ist ein Säure-Base Indikator, der im Alkalischen blau, im Sauren gelb ist.
Bromkresolgrün wurde basisch eingestellt und auf der DC Karte werden die gelben
Säureflecken der Proben und Vergleichslösungen auf blauem Grund deutlich sichtbar.
Der Indikator reagiert wie folgt:
C
H 3
Br
HO
O
S
Br
O
O
CH 3
Br
Br
OH
Die Rf Werte der Vergleichslösungen und Proben werden bestimmt, indem man die Länge bis
zum Mittelpunkt des Fleckes der einzelnen Vergleichslösungen und Proben misst und diese
durch die Länge der Fließmittelfront teilt.
Es ergaben sich folgende Rf Werte:
Weinsäure: 0,35
Äpfelsäure: 0,53
Citronensäure: 0,49
Milchsäure: 0,76
Probe der isolierten Substanz: 0,47
O-Saft: 0,37, 0,50, 0,54
Durch die Rf Werte kann eindeutig nachgewiesen werden, dass die isolierte Substanz
Citronensäure ist. Die Abweichung der Rf Werte beträgt etwa 4 % und ist auf
Verunreinigungen in der isolierten Citronensäure zurückzuführen.
Im O-Saft befindet sich neben der Citronensäure auch Weinsäure und Äpfelsäure. Auch hier
weichen die Rf-Werte leicht ab, dies könnte dran liegen, dass die Fruchtsäuren nur einen
geringen Anteil im Orangensaft haben und andere Substanzen das Nach-oben-fließen
behindern.
- 2 H +
+ 2 H +
C
H 3
Br
HO
O
S
Br
O -
O
CH 3
Br
Br
O -
19

Experimentalvortrag „Die Chemie der Orange“– Meike Griesel
2.2.4. Versuch 4: Herstellung eines Polyesters aus Citronensäure
Protokoll zu Versuch 4: Herstellung eines Polyesters aus Citronensäure
Chemikalien:
Chemikalien R-Sätze S-Sätze Gefahrensymbol
Citronensäure 36 26 Xi
Glycerin --- --- ---
Geräte:
- Reagenzglashalter
- Reagenzglas
- Bunsenbrenner
- Reagenzglasständer
Versuchsdurchführung:
- Feuerzeug
- Petrischale
- 2 Urgläser
Man gibt in ein Reagenzglas 6 g Citronensäure und füllt dies mit 3 g Glycerin auf.
Anschließend hält man das Reagenzglas mit dem Gemisch vorsichtig über die
Bunsenbrennerflamme und wartet, bis die Citronensäure flüssig ist. Anschließend kann die
Lösung langsam bis zum Sieden erhitzt werden und sollte etwa eine Minute gut durchsieden.
Dann gibt man einen Tropfen der zähen Masse auf ein Urglas und legt ein zweites darüber. In
eine Petrischale gibt man den Rest und lässt es langsam abkühlen (Arndt, 42) 6 .
Entsorgung:
Der Polyester kann mit viel Wasser abgespült werden, wobei er sich auflöst und in den
Abguss gegeben werden.
Beobachtung:
Zunächst verflüssigt sich die Citronensäure und beim anschließenden Sieden ist die
Flüssigkeit zunächst farblos und wird dann ganz leicht gelblich. Gibt man einen Tropfen des
Produktes auf ein Urglas und ein zweites legt man darüber, so kleben die Urgläser aneinander.
6 Die Versuchsvorschrift wurde etwas abgeändert, um sie für den Experimentalvortrag nutzbar zu machen
20

Experimentalvortrag „Die Chemie der Orange“– Meike Griesel
Lässt man das Produkt gut abkühlen, so wird es schwierig, die beiden Urgläser voneinander
zu trennen. In der Petrischale kann man mit Hilfe eines Spatels oder Holzstabes die Viskosität
überprüfen. Man kann aus dem Produkt Fäden ziehen.
Versuchsauswertung:
Es bildet sich aus Citronensäure und Glycerin ein Polyester durch eine Polykondensation,
wobei Wasser entweicht.
O CH2 CH O
H
H
H
OH
H
Es entsteht der Citronensäureglycerinester, der ein gewisses Maß an Vernetzung zeigt, jedoch
ein Thermoplast ist. Thermoplasten haben im Gegensatz zu Duroplasten keine
Quervernetzungen zwischen den einzelnen Molekülketten in Form von chemischen
Bindungen, sondern die Ketten sind nur durch zwischenmolekulare Wechselwirkungen
miteinander verknüpft. Thermoplasten sind daher formbar, was sich durch Wärme noch
verstärkt, allerdings schmelzen sie bei zu großer Wärmezufuhr. Diese Verformbarkeit kommt
dadurch zu Stande, dass sie die unterschiedlichen Molekülketten gegeneinander verschieben
lassen.
H
OH
OH
+
HO
HO
HO
Thermoplasten sind allerdings nicht immer formbar, es gibt für jeden Thermoplasten
individuell eine Temperatur unterhalb derer er hart und unverformbar ist, oberhalb allerdings
weich und unverformbar. Diese Temperatur nennt man Glasübergangstemperatur (Institut für
Chemie und Biochemie der Freien Universität Berlin, 21.12.09).
Der Mechanismus der Reaktion ist der einer säurekatalysierten Veresterung. Dabei handelt es
sich um eine Autokatalyse, da die Eigendissoziation der Citronensäure ausreicht, um
katalytische Mengen Protonen zur Reaktion beizusteuern. Der Mechanismus wird im
Folgenden beschrieben:
O
O
O
OH
- n H 2 O
COO
CH 2
CH 2
HO C COO CH2 CH
CH 2
COO
O
CH 2
CH
CH 2
COO
O
COO
CH 2
CH 2
C OH
CH 2
CO
23

R
Experimentalvortrag „Die Chemie der Orange“– Meike Griesel
R
O
O H
O +
R
R 1
H
O
O
O
+ H +
Der Citronensäureglycerinester zeichnet sich dadurch aus, dass er hydroskopisch und
wasserlöslich ist. Dies macht ihn für die industrielle Verarbeitung unbrauchbar, allerdings
kann man in der Schule die Eigenschaften eines Thermoplasten mit diesem Polyester gut
verdeutlichen und braucht sich keine Sorgen um die Entsorgung zu machen.
2.3. Vitamin C
R
H + R 1 OH
H
O +
O +
O
H - H 2 O
H
H
H
R
R
R 1
R C +
Vitamine sind laut Hofmeister definiert als im Pflanzen- und Tierreich verbreitete Stoffe, die
in der Nahrung nur in kleinen Mengen vorhanden sind und für das Wachstum und die
Erhaltung des tierischen Körpers unerlässlich sind (Nuhn, 86). Menschen müssen fast alle
Vitamine mit der Nahrung aufnehmen, da sie vom Körper nicht gebildet werden können, eine
Ausnahme bildet dabei Vitamin D, das vom Körper selbst produziert werden kann. Vitamine
führen dem Körper keine Energie zu, sind dennoch unerlässlich für den Stoffwechsel und
somit zur Gesunderhaltung unseres Körpers. Es gibt insgesamt 13 Vitamine, einige davon
sind wasserlöslich, die anderen sind fettlöslich. Die fettlöslichen Vitamine sind Vitamin A, D,
E und K. Ihre Trivialnamen sind: Retinol (Vitamin A), Calciferol (Vitamin D), Tocopherol
(Vitamin E) und Phyllochion (Vitamin K). Zu den wasserlöslichen Vitaminen gehören
O
O +
H
H
H
+
O
O
O
O
H
H
H
O R 1
- H +
- H +
R
R
R 1
O
O +
O
O
H
H
H
O
O
H
R O R 1
+ H +
24

Experimentalvortrag „Die Chemie der Orange“– Meike Griesel
Thiamin (Vitamin B1), Riboflavin (Vitamin B2), Nicain, Pyridoxin (Vitamin B6) und andere,
sowie Ascorbinsäure (Vitamin C) (Wehner, 21.12.09).
Vitamin C kann dem Körper unter anderem über Sojabohnen, rohes Obst und Gemüse
zugeführt werden. Vitamin C dient im Körper als Quencher für Singulett-Sauerstoff.
Ascorbinsäure löscht den angeregten Zustand des Siguett-Sauerstoffs und überführt ihn in den
Triplett-Zustand. Dies ist wichtig, da Singulett-Sauerstoff im Körper toxisch ist. Außerdem ist
Ascorbinsäure ein Cofaktor zu Hydroxylierung von Prolin- und Lysinresten bei der
Biosynthese des Kollagens. Kollagen ist ein Strukturprotein im Bindegewebe des
menschlichen Körpers (Nuhn, 183).
Manche Tier- und Pflanzenarten sind in der Lage Vitamin C selbstständig zu bilden. Die
Biosynthese von Ascorbinsäure kann auf unterschiedlichen Wegen stattfinden, geht aber
immer von Glucose als Edukt aus. Da der Mensch Vitamin C nicht selbstständig bilden kann,
muss Vitamin C über die Nahrung aufgenommen werden. Ein Erwachsener hat einen
Tagesbedarf von 75 – 100 mg (184).
Bekommt ein Mensch nicht genügend Vitamin C durch die Nahrung und hält dieser Zustand
über längere Zeit an, so kann dies zu Skorbut führen. Skorbut ist eine Krankheit die vor allem
den Seefahrern vergangener Jahrhunderte schwer zu schaffen gemacht hat. Symptome können
sein, dass es zum Muskelschwund kommt, zu Zahnfleischbluten und zu erhöhter Anfälligkeit
gegenüber Infektionskrankheiten. Diese und weitere Symptome sind auf das Fehlen des
Bindegwebeproteins Kollagen zurückzuführen.
Heutzutage wird Vitamin C nicht nur wegen seines gesundheitsfördernden Verhaltens
genutzt, es dient in der Lebensmittelindustrie als Antioxidans. Mit Hilfe von Vitamin C
werden Lebensmittel haltbar gemacht. Orangensaft zum Beispiel wird durch die
Haltbarmachung Vitamin C entzogen. Um ihn für längere Zeit haltbar zu machen, wird jedoch
Vitamin C wieder hinzu gegeben.
2.3.1. Versuch 5: Gehaltsbestimmung von Vitamin C
Citrusfrüchte, Johannisbeeren, Paprika und Kartoffeln sind Vitamin C reiche Nahrungsmittel.
Die Endiol-Struktur der L(+)-Ascorbinsäure besitzt ein Redoxpotential, was für den Ablauf
von physiologischen Reduktions- und Oxidationsprozessen wichtig ist. Mit Hilfe von
Redoxindikatoren wie 2,6-Dichlorphenolindophenol kann der Gehalt der Ascorbinsäure in
Lebensmitteln bestimmt werden.
25

Experimentalvortrag „Die Chemie der Orange“– Meike Griesel
Protokoll zu Versuch 5: Gehaltsbestimmung von Vitamin C in Orangen
Chemikalien:
Chemikalien: R-Sätze S-Sätze Gefahrensymbol
2,6-Dichlorphenolindophenol --- --- ---
Wasser --- --- ---
Ascorbinsäure --- --- ---
Oxalsäure 21/22 24/25 Xn
O-Saft --- --- ---
Geräte:
- Bürette
- 100 mL Erlenmeyerkolben
- 500 mL Messkolben
- 100 mL Messkolben
- 600 mL Becherglas
- 100 mL Becherglas
- Eppendorfpipette (0,2 -1,0 mL)
- 25 mL Messpipette
Versuchsdurchführung:
Redoxindikator Herstellung:
- Glastrichter
- Faltenfilter
- Peleusball
- Spatel
- Rührfische
- Magnetrührer
- Stativ
- Bürettenklammer
Es werden 200 mg 2,6-Dichlorphenolindophenol in ein Becherglas eingewogen und etwa 80
mL entionisiertes Wasser hinzugegeben. Das Gemisch wird mit Hilfe des Magnetrührers
unter Rühren auf 50°C erwärmt. Nach dem Abkühlen wird die tiefblaue Lösung mit Hilfe
eines Faltenfilters in einen 500 mL Messkolben abfiltriert. Mit Wasser wird der Messkolben
anschließend bis zur Eichmarke aufgefüllt.
Titerbestimmung:
Zunächst werden 600 mL einer wässrigen Oxalsäurelösung w = 0,02 hergestellt.
Anschließend werden genau 200 mg Ascorbinsäure in einen 100 mL Messkolben eingewogen
und mit der Oxalsäurelösung bis zur Eichmarke aufgefüllt.
20 mL der Oxalsäurelösung und 0,2 mL Ascorbinsäurelösung werden in einen 100 mL
Erlenmeyerkolben pipettiert und mit dem Redoxindikator, der in die Bürette gefüllt worden
26

Experimentalvortrag „Die Chemie der Orange“– Meike Griesel
ist, unter Rühren bis zur deutlichen rosanen Färbung titriert, bis die Färbung etwa 15 s
beständig bleibt. Die Titerbestimmung sollte mindestens drei Mal wiederholt werden.
Außerdem muss ein Blindwert berücksichtigt werden. Bei der Bestimmung des Blindwertes
wird anstatt der 0,2 mL Ascorbinsäure, 0,2 mL entionisiertes Wasser zur Oxalsäurelösung
gegeben.
Der Titer wird wie Folgt berechnet:
FDI [mg AS/ mL DI] = Z/ (a-b)
Z – ist der Ascorbinsäurezusatz in mg pro 0,2 mL Ascorbinsäure Standardlösung
a – Verbrauch der DI Lösung für Ascorbinsäure Standardlösung in mL
b – Verbrauch der DI Lösung für den Blindwert in mL
Gehaltsbestimmung:
20 mL Oxalsäurelösung und 0,2 mL Orangensaft werden in einen Erlenmeyerkolben pipettiert
und mit DI-Lösung bis zur deutlichen rosanen Färbung titriert. Auch hier muss der Blindwert
berücksichtigt werden.
Die Berechnung des Gehaltes an Vitamin C in Orangen wird nach folgender Formel
berechnet:
m (AS) = [V (DI-Lösung/Probe) – V (DI-Lösung/Blindwert) * FDI * 500
Der aliquote Teil ist 500 weil man nur 0,2 mL Orangensaft einsetzt, aber einen
Vergleichswert in 100 mL haben möchte (Schwendt, 381).
Entsorgung:
Die titrierten Lösungen werden neutral in den organischen Lösungsmittelabfall entsorgt.
Beobachtung:
Titriert man zu der Orangensaft-, Oxalsäurelösung den Redoxindikator 2,6-
Dichlorphenolindophenol, so entfärbt sich dieser von tiefblau nach farblos. Nach Zugabe von
einigen mL kommt es zu einer leichten Rosafärbung, die sich zunächst aber wieder entfärbt.
Nach 10,9 mL kommt es zu einer Rosafärbung, die beständig bleibt.
Versuchsauswertung:
Ascorbinsäure wird zur Dehydroxy-Ascorbinsäure durch den Redoxindikator 2,6-
Dichlorphenolindophenol oxidiert. 2,6-Dichlorphenolindophenol wird dabei von der blauen
Form zur Leukoform reduziert.
13

Experimentalvortrag „Die Chemie der Orange“– Meike Griesel
Cl
O
Cl
Der Blindwert betrug 1,9 mL. Bei der Titerbestimmung kam ein Wert von 0,0103 heraus.
Dies wird in die Gleichung eingesetzt und der Wert der Gehaltsbestimmung von 10,9 mL
ebenfalls.
N
m (AS) = [V (mL der DI Lösung) – V (Blindwert)] * Titer * 500
m (AS) = (10,9 – 1,9 mL) * 0,0103 mg/mL * 500
m (AS) = 46,35 mg
Dieser Wert ist allerdings nicht ganz genau, da durch Messfehler ein geringer Unterschied
entstehen kann, daher kann man verallgemeinernd sagen, dass der Gehalt von Vitamin C bei
der untersuchten Orange bei 46 mg pro 100 mL beträgt. Dieses Ergebnis stimmt in etwa mit
der theoretischen Angabe überein, dass in der Orange etwa 49,1 mg Vitamin C enthalten sind.
Es ergab sich eine Abweichung von 6,4 %.
2.3.2 Versuch 6: Reduktionsmittel Ascorbinsäure
Ascorbinsäure wird in der Nahrungsmittelindustrie als Antioxidans verwendet. Aber auch im
Körper wirkt es als wichtiges Reduktionsmittel. Daher ist es wichtig genügend Vitamin C zu
sich zu nehmen. Allerdings beeinflusst der Luftsauerstoff den Gehalt an Vitamin C in
Orangen und anderen Lebensmitteln. Daher ist es wichtig die Früchte oder frisch gepressten
Säfte möglichst frisch zu sich zu nehmen. Warum dies so ist, soll mit dem folgenden Versuch
verdeutlicht werden.
Protokoll zu Versuch 6: Reduktionsmittel Ascorbinsäure
Chemikalien:
OH
+
HO
HO
O
OH
O
OH
Chemikalie R-Sätze S-Sätze Gefahrensymbol
Cl
HO
Cl
NH
OH
HO
+
O
O
14
OH
O
O

Experimentalvortrag „Die Chemie der Orange“– Meike Griesel
0,1 % Ascorbinsäurelösung --- --- ---
1 % Kaliumpermaganatlösung 22 2 Xn
1 M Schwefelsäure 35 26, 36/37/39 C
Geräte:
- mehrere Erlenmeyerkolben oder Bechergläser
- Pipetten
- Magnetrührer mit Fisch
Versuchsdurchführung:
In zwei Erlenmeyerkolben werden jeweils 100mL dest. Wasser gegeben und 2 mL 1%ige
Kaliumpermanganat – Lösung. Dies wird mit 1 molarer Schwefelsäure etwas angesäuert. Es
wird eine frische 0,1% Ascorbinsäurelösung angesetzt. 50 mL werden sofort zum ersten
Becherglas mit Kaliumpermangantlösung versetzten Erlenmeyerkolben gegeben. Nochmals
50 mL werden für 10 Minuten gekocht und dann zum zweiten Erlenmeyerkolben gegeben.
Entsorgung:
Die Kaliumpermangant-haltigen Lösungen werden im Schwermetallabfall entsorgt.
Beobachtung:
Gibt man zu der frischen Ascorbinsäurelösung Kaliumpermanganat so entfärbt sich diese
sofort. Gibt man zu der gekochten Ascorbinsäurelösung die Kaliumpermaganatlösung, so
entfärbt sich die Lösung zunächst nicht. Es dauert etwa eine halbe Minute, bis sich auch diese
Lösung anfängt zu entfärben. Allerdings wird die Lösung nicht ganz farblos, sondern es bleibt
ein leichter violett-brauner Farbton zurück.
Versuchsauswertung:
Bei der Reaktion von Kaliumpermanganat und Ascorbinsäure findet eine Redoxreaktion statt.
Dabei wird die Ascorbinsäure oxidiert und das Permanganat reduziert.
Oxidation
HO
HO
H
+I
+I
H
O
H
OH
HO O
HO
O
H
+II
H
O
H
OH
+II
O O
+ 2 H +
+ 2 e-
* 5
15

Experimentalvortrag „Die Chemie der Orange“– Meike Griesel
Reduktion:
+VII
KMnO 4
Gesamtreaktion:
HO
H
+ 8 H +
H
H
HO O
Die Protonen in der Gesamtgleichung können durch den Zusatz von Schwefelsäure bei der
Reaktion in die Gesamtgleichung einfließen, um diese auszugleichen.
Die Oxidation von Ascorbinsäure zur Dehydroascorbinsäure ist reversibel. Kocht man
Ascorbinsäure allerdings für mehrere Minuten bei Luftzufuhr kann die Ascorbinsäure über die
Dehydroascorbinsäure irreversibel weiter oxidiert werden, sodass die Ascorbinsäure nicht
mehr als Reduktionsmittel fungieren kann. Es entstehen mehrere Produkte, wobei der
Mechanismus nicht gesichert ist.
Der Lactonring der Ascorbinsäure ist im Sauren stabil und die Oxidation der Ascorbinsäure
zur Dehydroxyascorbinsäure ist reversibel. Im Neutralen oder Basischen allerdings wird die
Dehydroxyascorbinsäure leicht hydrolytisch gespalten. Daher steht das Redoxpotential der
Ascorbinsäure nicht länger zur Verfügung. Aus diesem Grund ist es wichtig, dass man
Orangensaft oder andere Vitamin C reiche Lebensmittel frisch verzehrt, da sich der Vitamin C
Gehalt unter Einfluss von Luftsauerstoff verringert.
3. Schulrelevanz
Das Thema des Experimentalvortrages ist so im Lehrplan Hessen nicht vorgesehen.
Allerdings können die einzelnen Versuche und Demonstrationen in einzelne Themen in der
Oberstufe im hessischen Lehrplan nach G8 eingebaut werden. Sie sind dann nicht mehr als
einheitliches Thema zu sehen, sondern sollen die einzelnen im Lehrplan behandelten Themen
verdeutlichen.
OH
+ 5 e -
Mn 2+ + K + +
4 H 2 O *2
HO
O
5 O 2 5 O
+ 2 OH -
+ KMnO4 + 4 H +
HO
H
H
H
O O
OH
+ 2 Mn 2+ + 2 K +
+ 6 H 2 O
16

Experimentalvortrag „Die Chemie der Orange“– Meike Griesel
Von den Chemikalien her können alle Versuche in der Schule durchgeführt werden. Alle
Chemikalien sind ab Sekundarstufe I zugelassen. Es gibt allerdings einige Einschränkungen.
Die Isolationen von Citronensäure und Limonen dauern mehrere Tage und die Ausbeute ist
nur sehr gering. Als Alternative zur Wasserdampfdestillation zur Isolierung von Limonen
könnte man durch Kaltpressen ersetzten. Das Produkt wäre nicht so rein, würde aber
wahrscheinlich für schulische Zwecke ausreichen. Ein weiterer Versuch, der nur unter
bestimmten Voraussetzungen durchgeführt werden kann, ist die Bromierung von Limonen.
Da dieser Versuch nur im Abzug durchgeführt werden kann, beschränkt die Anzahl der
Abzüge die Durchführbarkeit als Schülerversuch.
Die Themen zu denen die unterschiedlichen Versuche und Demonstrationen durchgeführt
werden können finden sich in den Jahrgangsstufen 11 und 12 nach dem hessischen Lehrplan
G8. Im ersten Halbjahr der Klasse 11 sollen unter anderem die Esterbildung,
Redoxgleichungen mit organischen Stoffen, Alkansäuren im Alltag und fakultativ im
Leistungskurs Duftstoffe und Lösungsmittel behandelt werden. Bei dem Thema
„Esterbildung“ könnte der Citronensäureglycerinester (Versuch 4) durchgeführt werden.
Dabei könnte man auf die Eigenschaften von Polyestern näher eingehen und der Versuch ist
gut für die Schule geeignet, da der Polyester wasserlöslich ist und leicht entsorgt werden
kann. Versuch 6 – Reduktionsmittel Ascorbinsäure – könnte bei dem Thema
„Redoxgleichungen mit organischen Stoffen durchgeführt werden. Da dieser Versuch einen
Alltagsbezug hat, können Schüler sich leichter mit dem Thema identifizieren. Zu dem Thema
„Alkansäuren im Alltag“ kann auf die Fruchtsäuren eingegangen werden. Als Versuche bieten
sich hier die Isolation von Citronensäure aus der Orange (Demo 2) oder anderen
Citrusfrüchten an, genauso wie deren Nachweise(Versuch 3), aber auch die Untersuchung
welche Fruchtsäuren in einzelnen Früchten enthalten sind (Demo 3). Zum Thema Duftstoffe
im Leistungskurs kann auf Limonen eingegangen werden. Dabei bietet sich Demonstration 1
an, die Isolation von Limonen und Versuch 1 – die Mischbarkeit von Limonen mit
unterschiedlichen Stoffen, um die Eigenschaften der Duftstoffe näher beleuchten zu können.
Im zweiten Halbjahr der Klasse 11 kommen Themen wie die Identifizierung von
Kohlenwasserstoffverbindungen und Polymere mit besonderen Eigenschaften im Lehrplan
vor. Zu dem Thema „Identifizierung von Kohlenwasserstoffverbindungen“ passen die
Versuche 2 – Bromierung von Limonen – und Versuch 3 – Nachweisreaktionen für Alkohole
und Carboxylgruppen. Diese Versuche können zur Strukturaufklärung unterschiedlicher
Stoffe beitragen. Im zweiten Halbjahr der Klasse 12 ist ein fakultatives Thema
17

Experimentalvortrag „Die Chemie der Orange“– Meike Griesel
„Nahrungsmittel“, dabei könnte man die Gehaltsbestimmung von Vitamin C in Orangen oder
anderen Früchten durchführen (www.kultusministerium.hessen.de , 22.12.09).
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duesseldorf.de/MathNat/Biologie/Didaktik/Exoten/zitrus/orange/Dateien/startframe.ht
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http://www.chempage.de/lexi/bromthymolblau.htm, im Dezember 2009.
Nowak, Bernd; Schulz, Bettina. Tropische Früchte: Biologie, Verwendung, Anbau und Ernte.
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Schwedt, Georg. Experimente mit Supermarktprodukten. Weinheim, Wiley-VCH GmbH &
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Seilnacht, Thomas. Chemielexikon. „Citronensäure“.
http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_citro.htm, im Dezember 2009.
Stobitzer, Christian. Orange: Frucht. http://www.orange-frucht.de/kon.html, im Dezember
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VCH GmbH & Co KGaA, 2005.
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http://www.frosch.de/de/produkte/putzen/universal/orangen_universal-reiniger, im
Dezember 2009.
19