Wenn Honig fest wird
AFB I–IIHonig besteht (Massenanteile) zu etwa 38 % aus Fructose, 31 % aus Glucose und 17 % aus Wasser; der Rest sind andere Zucker, Säuren und Mineralstoffe. Rapshonig mit höherem Glucoseanteil wird oft schon nach wenigen Tagen fest und cremig, Akazienhonig mit viel Fructose bleibt monatelang flüssig. Löslichkeit bei 20 °C: Glucose ≈ 90 g, Fructose ≈ 375 g in 100 g Wasser.
- Zeichnen Sie D-Glucose und D-Fructose in der Fischer-Projektion und nennen Sie die Isomerieart.
- Berechnen Sie die Stoffmengen an Glucose und Fructose in einem 500-g-Glas Honig.
- Erklären Sie mithilfe der Löslichkeiten, warum Honig mit viel Glucose auskristallisiert.
- Beurteilen Sie die Aussage einer Kundin: „Fest gewordener Honig ist verdorben.“
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
D-Glucose: CHO, dann OH rechts / links / rechts / rechts, unten CH₂OH. D-Fructose: CH₂OH, C=O, dann OH links / rechts / rechts, unten CH₂OH. Gleiche Summenformel, verschiedene Verknüpfung: Konstitutionsisomere (Aldose/Ketose).
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
\(m(\text{Glc}) = 0{,}31 \cdot 500\,\text{g} = 155\,\text{g} \Rightarrow n = 0{,}860\,\text{mol}\); \(m(\text{Fru}) = 190\,\text{g} \Rightarrow n = 1{,}05\,\text{mol}\).
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
500 g Honig enthalten 85 g Wasser. Darin lösen sich bei 20 °C nur etwa \(0{,}90 \cdot 85\,\text{g} \approx 77\,\text{g}\) Glucose — vorhanden sind 155 g: Die Lösung ist übersättigt, Glucose kristallisiert aus. Fructose (löslich bis ≈ 320 g) bleibt gelöst; je mehr Glucose im Verhältnis zu Wasser, desto schneller wird der Honig fest.
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Falsch: Auskristallisieren ist ein physikalischer Vorgang, die Zuckermoleküle bleiben unverändert. Im Wasserbad bei höchstens 40 °C lösen sich die Kristalle wieder. Verdorben wäre Honig erst bei Gärung (zu hoher Wassergehalt).
Mutarotation im Polarimeter
AFB II–IIIReine α-D-Glucopyranose wird in Wasser gelöst und sofort im Polarimeter gemessen. Der spezifische Drehwinkel ändert sich mit der Zeit (25 °C). Reine β-D-Glucopyranose hat den spezifischen Drehwinkel +18,7°.
| t in min | 0 | 10 | 30 | 60 | 120 | 240 | 300 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| [α] in ° | +112,2 | +97 | +78 | +63 | +55 | +52,7 | +52,7 |
- Beschreiben Sie den Verlauf der Messwerte.
- Erläutern Sie die Veränderung auf Teilchenebene.
- Berechnen Sie die Anteile beider Anomere im Gleichgewicht und die Gleichgewichtskonstante \(K = c(\beta) / c(\alpha)\). Die Kettenform wird vernachlässigt.
- Beurteilen Sie mit \(\Delta_r G° = -RT \ln K\) (1.4.3), welches Anomer stabiler ist, und begründen Sie dies strukturell.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Der Drehwinkel sinkt von +112,2° zunächst schnell, dann immer langsamer und bleibt ab etwa 240 min konstant bei +52,7° — es stellt sich ein Gleichgewicht ein.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Der Halbacetal-Ring öffnet sich in Wasser (Rückreaktion der nucleophilen Addition) zur Kettenform mit freier Aldehydgruppe. Beim erneuten Ringschluss greift O5 von beiden Seiten an C1 an: Es entsteht α- oder β-Form. So bildet sich aus reiner α-Form ein Gleichgewichtsgemisch α ⇌ Kette ⇌ β (Mutarotation).
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
\(x \cdot 112{,}2° + (1-x) \cdot 18{,}7° = 52{,}7° \Rightarrow x = \tfrac{34{,}0}{93{,}5} = 0{,}364\): 36,4 % α, 63,6 % β. \(K = \tfrac{63{,}6}{36{,}4} = 1{,}75\).
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
\(\Delta_r G° = -8{,}314\,\tfrac{\text{J}}{\text{mol K}} \cdot 298\,\text{K} \cdot \ln 1{,}75 \approx -1{,}4\,\tfrac{\text{kJ}}{\text{mol}}\) für α → β: Die β-Form ist etwas stabiler, der Unterschied aber klein (beide liegen in nennenswerten Anteilen vor). Strukturell stehen in der β-Form alle großen Substituenten (OH, CH₂OH) abwechselnd oben und unten und damit am weitesten voneinander entfernt; in der α-Form steht die OH-Gruppe an C1 auf derselben Seite wie die an C2 und stößt sie stärker ab.