Die Iodzahl von Speiseölen
AFB I–IIDie Iodzahl gibt an, wie viel Gramm Iod 100 g eines Fettes addieren. Im Labor setzt man dazu Iodmonochlorid (I–Cl, Wijs-Lösung) ein, das schneller addiert als Iod; das Ergebnis wird auf Iod umgerechnet. Olivenöl besteht zum großen Teil aus Triolein (M = 885 g/mol), einem Triglycerid mit drei Ölsäureresten und damit drei C=C-Bindungen.
| Fett / Öl | Kokosfett | Olivenöl | Sonnenblumenöl | Leinöl |
|---|---|---|---|---|
| Iodzahl | 8–10 | 75–94 | 118–144 | 170–204 |
- Erklären Sie, welches Atom in I–Cl als Elektrophil angreift (EN: I 2,7; Cl 3,2).
- Formulieren Sie die Reaktionsgleichung für die Addition von I–Cl an eine Doppelbindung R–CH=CH–R′ und nennen Sie die Zwischenstufe.
- Berechnen Sie die theoretische Iodzahl von reinem Triolein (M(I₂) = 253,8 g/mol).
- Beurteilen Sie, welches Öl nach der Tabelle am meisten ungesättigte Fettsäurereste enthält und für einen Holzfirnis geeignet ist, der an der Luft „trocknet“.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Cl ist elektronegativer und trägt δ−, I trägt δ+. Das I-Atom wird von den π-Elektronen angegriffen und wirkt als Elektrophil; Cl⁻ verlässt das Molekül und greift danach als Nucleophil an.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
\(\ce{R-CH=CH-R' + I-Cl -> R-CHI-CHCl-R'}\). Zwischenstufe: cyclisches Iodonium-Ion, das von Cl⁻ von der Rückseite geöffnet wird (anti-Addition).
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
n(Triolein) in 100 g: 100 g : 885 g/mol = 0,113 mol; addiert werden 3 · 0,113 mol = 0,339 mol I₂; m = 0,339 mol · 253,8 g/mol ≈ 86 g. Iodzahl ≈ 86 — passend zum Messbereich von Olivenöl.
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Leinöl hat die höchste Iodzahl, also die meisten C=C-Bindungen pro Masse (vor allem Linolensäure mit drei C=C). Viele Doppelbindungen reagieren mit Luftsauerstoff und vernetzen zu einem festen Film — Leinöl eignet sich als Firnis; Kokosfett (fast gesättigt) nicht.
Ethanol aus Ethen
AFB II–IIITechnisch wird Ethanol auch durch Hydratisierung von Ethen hergestellt: Ethen und Wasserdampf reagieren bei etwa 300 °C und 60–70 bar an Phosphorsäure auf einem Trägermaterial. Pro Durchgang durch den Reaktor werden nur rund 5 % des Ethens umgesetzt; das nicht umgesetzte Ethen wird abgetrennt und zurückgeführt, sodass insgesamt etwa 95 % des Ethens zu Ethanol werden.
\(\ce{CH2=CH2 + H2O <=> CH3-CH2OH}\) \(\Delta_rH = -45\,\text{kJ/mol}\)
- Formulieren Sie den Mechanismus der säurekatalysierten Hydratisierung in drei Schritten.
- Erläutern Sie die Rolle der Phosphorsäure.
- Berechnen Sie die Masse Ethanol, die aus 1,0 t Ethen bei 95 % Gesamtausbeute entsteht (M: Ethen 28,1 g/mol; Ethanol 46,1 g/mol).
- Beurteilen Sie die Reaktionsbedingungen (Temperatur, Druck, Rückführung) mit Blick auf Geschwindigkeit und Gleichgewichtslage.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
1) Die π-Elektronen binden ein H⁺ (aus H₃O⁺): Carbokation CH₃–CH₂⁺. 2) H₂O greift mit einem freien Elektronenpaar als Nucleophil das positive C-Atom an: CH₃–CH₂–OH₂⁺. 3) Abgabe von H⁺ an ein Wassermolekül: Ethanol, H₃O⁺ zurückgebildet.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Sie liefert das Elektrophil H⁺ und wird im letzten Schritt zurückgebildet — sie ist ein Katalysator, verändert die Lage des Gleichgewichts nicht, beschleunigt aber die Einstellung.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
n(Ethen) = 1,0·10⁶ g : 28,1 g/mol = 3,56·10⁴ mol; n(Ethanol) = 0,95 · 3,56·10⁴ mol = 3,38·10⁴ mol; m = 3,38·10⁴ mol · 46,1 g/mol ≈ 1,56·10⁶ g ≈ 1,56 t.
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Hoher Druck verschiebt das Gleichgewicht zum Ethanol (2 Gasteilchen → 1). Die Reaktion ist exotherm, hohe Temperatur verschlechtert daher die Gleichgewichtslage, ist aber für eine ausreichende Geschwindigkeit nötig — ein Kompromiss. Der geringe Umsatz pro Durchgang wird durch die Rückführung ausgeglichen, sodass kaum Ethen verloren geht.