A) Vorlesung: "Organische Chemie der Fette und Öle"

OC-Training zur Chemie-Olympiade, Bernd Goldfuß, Univ. Köln, www.uni-koeln.de/goldfuss, 17.05.2014
A) Vorlesung: "Organische Chemie der Fette und Öle"
Triacylglycerine: Öl
gr.: λίπος lípos „Fett“
Lipide
hydrolysierbare Lipide
(Lipophile)
-Fettsäureester:
Fette, Öle (Fettsäure + Glycerin)
Wachse (Fettsäure + Alkohol)
Steroidester (Fettsäure + Cholesterin)
flüssig 20°C fest
Fett
nicht-hydrolysierbare Lipide
-Fettsäuren & Derivate (Prostaglandine, Alkohole)
-Terpene: Carotinoide (Retinol), Tocopherole,
Phyllo- & Ubichinone
-Steroide: Cholesterin, Gallensäuren, Cholecalciferol
Isoprenoide
Isopren
-Phospholipide (Phosphatide, -Säuren)
(Phosphat + Glycerin + Fettsäure)
Terpene
z.B.
Steroide
z.B.
-Glycolipide (Cerebroside, Ganglioside)
(Zucker + Fettsäure +
Sphingosin, + Neuraminsäure)
H
HO
Cholesterin (Cholesterol)
Squalen O
Na
O
H2O
O
R
OH
O
O
OH R-CO2H
C
O C(O)-R 3 NaOH (H2O)
R
OH + 3 Na O
hydrophil
OH (Fettsäure)
O C(O)-R
OH
"Seife", z.B.
OH
lipophil
Veresterung
"Verseifung"
Glycerin Na-Stearat
Glycerin
Fett, Öl
- 3 H2O
Fett
Ester-Hydrolyse
Propantriol
Triacylglycerin
R= -(CH2)16-CH3 (Schmutz)
Triacylglycerine,
Veresterung und
Verseifung:
O
R
Säure
OH
kat.
+ R'-OH
+H
OH elektrophiles C-Atom
C
R OH nukleophiles O-Atom
R'OH
gesättigte Fettsäuren: C4, C6, C8, C10, C12: Milch-, Kokos-, Palmkernfett
CO2H Myristinsäure (14 : 0)
Add.
HO OH
+ H 2O
EsterHydrolyse
(Verseifung)
Buttersäure
Add. & El.
ω9
OR'
-H2O
O
R
El.
- H 2O
Veresterung
ω6
H
OR'
O
CO2H Ölsäure (18 : 1 9)
Z-En: Deaggregation, Fluidität
CO2H Linolsäure (18 : 2 9,12)
CO2H Linolensäure (18 : 3 9,12,15)
cis
ω6
nicht konjugiert
Eicosanoide C20
5, 8, 11, 14
)
CO2H Arachidonsäure (20 : 4
O-R'
Ester
Lipide als Zell-Baustein:
Fettsäuren
lipophil
O Glycerin-3-Phosphat
O
O
cis
O
Phosphatid
(= Phosphorsäuremonoester)
lipophil
O
O
P O
O
Cholin
Me
N Me
Me
hydrophil
Phospholipide:
Phosphatidyl-cholin -CH2CH2NMe3
-ethanolamin -CH2CH2NH2
-serin -CH2CH(NH2)CO2H
hydrophil
cis-Alkene: geringere van der Waals- Kontakte, höhere Fluidität der Zellmembran
Lipide als
Energiespeicher
im Körper:
Capronsäure
capra: Ziege
essentiell aus Nahrung ω3, ω6
3
ω
kat.
cis
-H
R
CO2H
CO2H Stearinsäure (18 : 0)
Substitution
HO OH2
R
CO2H
CO2H Palmitinsäure (16 : 0)
H
O
R'
R
z.B.:
1g
Fett (~10-15%)
EtOH
Protein
Kohlenhydrat (max. ~400g)
Energie (kcal)
9.5
7.1
4.4
4.2
OC-Training zur Chemie-Olympiade, Bernd Goldfuß, Univ. Köln, www.uni-koeln.de/goldfuss, 17.05.2014
B) Aufgaben
allgemeine Organische Chemie
1) Wie viele kovalente Bindungen bilden C-, H- und O-Atome im Allgemeinen aus? Zeichnen Sie jeweils
eine Lewis-Struktur als Beispiel.
2) Zeichnen Sie Strukturen der "homologen Reihe" der Kohlenwasserstoffe (C1-C6) und benennen Sie
diese.
3) Zeichnen und benennen Sie konkret jeweils ein Alkanol (Alkohol) und ein Alkandiol (zweiwertiger
Alkohol).
4) Zeichnen und benennen Sie zwei Alkansäuren (Carbonsäuren).
5) Welche neue Verbindungsklasse bildet sich durch Kondensation aus einer Carbonsäure und einem
Alkohol? Geben Sie ein Beispiel.
Lipide
6) Lösen sich Lipide besser in Wasser oder in organischen Lösungsmitteln wie Diethylether, Hexan oder
Chloroform?
7) Wie lassen sich Lipide weiter unterteilen?
8) Wie ist "chemisch" ein Fett oder Öl definiert? Zeichnen Sie die allgemeine Struktur eines solchen FettMoleküls.
9) Welchen Namen trägt die charakteristische funktionelle Gruppe eines Fettmoleküls?
10) Zeichnen und benennen Sie Strukturen der Moleküle, die sich bei der Hydrolyse eines Fett-Moleküls
ergeben.
11) Zeichnen Sie die Strukturen von Buttersäure und Capronsäure. Welche charakteristische Anzahl von
C-Atomen weisen diese natürlichen Fettsäuren auf? Was ist hierfür die Ursache?
12) Zeichnen Sie die Struktur der Ölsäure (18:19). Welche besondere Doppelbindungs-Konfiguration ist
hier erkennbar?
13) Zeichnen Sie die Struktur einer essentiellen ω3-Fettsäure. Welche strukturellen Besonderheiten
weisen die Doppelbindungen auf?
14) Wie können Sie aus einem Fett eine Seife erhalten? Weshalb wirken solche Seifen säubernd?
15) Erklären Sie mechanistisch die Bildung eines Esters aus einer Carbonsäure und einem Alkohol
(Säure-katalysiert). Erklären Sie die alkalische Hydrolyse (Verseifung) eines Esters mechanistisch.