arbonylforbindelser aldehyder og ketoner... xx Isomeri... xx Spejlbilledisomeri og kiralitet... xx Louis Pasteur opdagelsen af kiralitet... xx arbohydrater monosaccharider.... xx disaccharider... xx verblik.......................xx pgaver og aktiviteter... xx 6
Alt det søde carbonylforbindelser og spejlbilledisomeri Den rumlige opbygning af molekyler spiller en vigtig rolle i forståelsen af sukkers og andre sødmestoffers egenskaber.. Alle sukkermolekyler, fx glucose, eksisterer i to former, som er hinandens spejlbilleder, og som ikke er identiske. Vi ser det samme fænomen ved aminosyrer og proteiner. Imidlertid er det kun den ene af to spejlbilledformer, som indgår i opbygningen af levende organismer. På samme måde som en venstre handske kun passer til en venstre hånd, så vil kroppens sukkerstoffer, aminosyrer og proteiner kun vekselvirke med den ene af to spejlbilledformer i fx lægemidler arbohydrater, der i daglig tale kaldes kulhydrater, er næringsstoffer i vores kost. Det vigtigste carbohydrat er glucose, 6 12 6, som også er en byggesten i mange andre carbohydrater. Glucose dannes ved fotosyntese i planter og spiller en vigtig rolle, når kroppen skal omdanne kosten til energi. I det moderne samfund udvikler mange mennesker livsstilssygdomme som fedme og diabetes. Den eftertragtede søde smag i drikkevarer og mad søges derfor opnået i mange lightprodukter ved tilsætning af andre sødemidler, som ikke giver kalorier. ola Light er sødet med aspartam og acesulfamkalium, som begge er syntetiske sødemidler. Mange sødemidler er syntetiske, men et af de nyeste sødemidler, stevia, er et naturligt sødemiddel, som findes i planten Stevia rebaudiana. For diabetikere er det vigtigt at kontrollere og regulere blodsukkerkoncentrationen. Det kan gøres med glucometre. Urin kan også testes for sukkerindhold med glucosesticks, der danner et farvestof med glucose. alt det søde carbonylforbindelser og spejlbilledisomeri 137
Glucometeret viser glucosekoncentrationen i blodet. Test af urinprøver kan afsløre mange sygdomme. vis der er glucose og ketonstoffer i urinen, er der risiko for at patienten har sukkersyge. Begge analysemetoder er baseret på, at glucose er et reducerende sukker med en carbonylgruppe > =, som kan oxideres. arbonylforbindelser arbonylgruppe Aldehydgruppe rganiske forbindelser, som indeholder carbonylgruppen > = kaldes carbonylforbindelser. Når carbonylgruppen sidder i enden af en carbonkæde og derfor er bundet til et -atom, kaldes den funktionelle gruppe en aldehydgruppe. Den tilhørende stofklasse kaldes aldehyder. I stofklassen ketoner er carbonylgruppen placeret inde i en carbonkæde. R 1 R 2 R 1 Keton Aldehyd R 1 og R 2 er alkylgrupper Navngivning arbonylforbindelser navngives som de tilsvarende carbonhydrid (se Kend Kemien 1 kapitel 9), men tilføjes endelsen on for ketoner og endelsen al for aldehyder. For ketoner angives carbonylgruppens placering i carbonkæden med -atomets nummer i kæden. Der anføres ikke et nummer for aldehydgruppens placering, da denne gruppe kun kan sidde i enden af en carbonkæde. 2 3 2 3 3 2 2 3 3 2 3 3 2 3 3 butanal 2-methylpentanal butanon 4-methylhexan-2-on butanal 2-methylpentanal butanon 4-methylhexan-2-on Tænk selv 6-1 Begrund, hvorfor carbonylgruppens placering ikke angives med et nummer i butanon. 138 kend kemien 2
Acetone er en keton, propanon, som kan fjerne neglelak. Da acetone udtørrer huden, bruges der i dag ofte nye neglelakfjernere, som ikke indeholder acetone. Når carbonylgrupper sidder i molekyler, som indeholder en funktionel gruppe med højere prioritet, opfattes = som en sidegruppe og kaldes en oxogruppe. Prioriteringen af funktionelle grupper ses i tabel xxx side xxx. xogruppe 3-oxobutansyre arbonylgruppers egenskaber arbonylgrupper er polære, så ketoner og aldehyder har højere kogepunkter end de tilsvarende upolære alkaner. Men da carbonylgrupper ikke kan danne hydrogenbindinger med hinanden, har ketoner og aldehyder meget lavere kogepunkter end de tilsvarende alkoholer og carboxylsyrer. Tabel 6-1 Kogepunkter for organiske forbindelser med to -atomer Navn Struktur ethan ethanol ethanal ethansyre 3 ( 3 3 ( 2 ( 3 (( 3 (( Kogepunkt/ 88,6 78,29 20,1 117,9 Forklar, hvorfor ethansyre har højere kogepunkt end ethanol. Tænk selv 6-2 arbonylgrupper er hydrofile, da de kan lave hydrogenbindinger med vandmolekyler, så carbonylforbindelser med korte carbonkæder er blandbare med vand. Methanal er giftig og blandbar med vand. Medicinske præparater, som fx hjerner opbevares i en vandig opløsning af methanal, formalin. alt det søde carbonylforbindelser og spejlbilledisomeri 139
Den sure opløsning af 2,4-dinitrophenylhydrazin er svagt gullig. Ved tilsætning af en carbonylforbindelse dannes gul-orange krystaller. Påvisning af carbonylgruppe i aldehyder og ketoner: Bradys test Alle aldehyder og ketoner giver gult-orange bundfald med en sur opløsning af 2,4-dinitrophenylhydrazin. Reaktionen er en kondensationsreaktion, hvor der fraspaltes vand under dannelse af en hydrazon, der udfældes som gule-orange krystaller. 3 N 2 N N 3 + N 2 N N 3 + 2 3 N 2 N 2 2,4-dinitrophenylhydrazin propanon en hydrazon gult bundfald Påvisning af aldehyder: Fehlings test Aldehydgrupper giver rødt bundfald med Fehlings væske. Det røde bundfald er kobber(i)oxid, der dannes ved reduktion af kobber(ii)-ioner, som findes i Fehlings væske. Samtidig oxideres aldehydgruppen til en carboxylgruppe, som afgiver en hydron i det basiske miljø og bliver til carboxylsyrens korresponderende base, carboxylat. 3 2 + u 2+ (aq) + u 3 2 (s) 2 butanal kobber(ii) propanoat kobber(i)oxid rødt bundfald butanal kobber(ii) propanoat kobber(i)oxid Tænk selv 6-3 Gør rede for, hvilke atomer der oxideres, og hvilke atomer der reduceres. Anfør oxidationstal for de atomer, der ændrer oxidationstal. Tænk selv 6-4 Afstem redoxreaktionen. 140 kend kemien 2
Fehlings test Fehlings væske er en mørkeblå opløsning af u(ii)-ioner i basisk væske sammen med et salt af vinsyre. Da u 2+ danner lyseblåt bundfald med hydroxid, beskyttes metalionerne med tartrat som kompleksdanner. Skriv reaktionsskemaet for reaktionen mellem kobber(ii)ioner og hydroxid, hvor der dannes kobber(ii)hydroxid. Kobber(II)ionen binder to tartrationer, hvorved der dannes det mørkeblå kompleks ut 2 4. Kobber(II)tartrat er et kompleks med en kraftig blå farve. ydroxygrupperne binder sig til kobber(ii)ionen med deres ledige elektronpar i en plankvadratisk struktur. Det er nemt at iagttage reduktionen af kobber-(ii)ionen til kobber(i)ion, der ikke danner kompleks med tartrat. Den blå farve forsvinder, og der ses et rødt bundfald af kobber(i)-oxid, u 2 (s). Demo Tænk selv 6-5 u tartrat kobber(ii)ion tartrat Farveskift fra blå til rød ved Fehlings test. Ketoner reagerer ikke med Fehlings væske. vis en prøve giver gul-orange bundfald med Bradys test, kan en efterfølgende Fehlings test således afgøre om carbonylforbindelsen er en aldehyd eller en keton. Isomeri Isomere stoffer har samme molekylformel, men opbygning. De adskiller sig fra hinanden ved at have forskellige strukturformler eller ved at have forskellig rumlig opbygning. Stoffer med samme molekylformel, men forskellige strukturformler er strukturisomerer, mens kemiske forbindelser, der kun adskiller sig fra hinanden ved deres rumlige opbygning er stereoisomerer. I Kend Kemien 1, kapitel 9, er strukturisomeri omtalt. Strukturisomere inddeles i kædeisomerer med forskel i carbonskelettet stillingsisomerer med forskellig placering af den funktionelle gruppe funktionsisomerer med forskellig funktionel gruppe. alt det søde carbonylforbindelser og spejlbilledisomeri 141
Tænk selv 6-6 Tænk selv 6-7 Tænk selv 6-8 Butanal og butanon er isomere forbindelser. Gør rede for isomeriformen. Tegn strukturformlen for et stof, som er stillingsisomer med hexan-3-on. Der findes tre kædeisomerer til pentanal. Skriv navnene på de tre stoffer. I Kend Kemien 1, side 158 er cis/trans-isomeri omkring $-dobbeltbindinger omtalt. Det er en form for stereoisomeri, som opstår, fordi der ikke er fri drejelighed omkring $ -dobbeltbindinger. I mange naturprodukter findes kun den ene af de cis/trans-isomere former. Kanel Jasminte Stevia kanelaldehyd trans-form jasmon cis-form steviol ingen cis- eller trans-form I kanelsyre sidder -atomerne på hver sin side af $-dobbeltbindingen i kæden, så det er en trans-form, mens de i jasmon sidder på samme side af dobbeltbindingen svarende til en cis-form. I steviol sidder der to -atomer på et af -atomerne i $-dobbeltbindingen, derfor er der ikke cis/ trans-isomeri. Tænk selv 6-9 Tænk selv 6-10 Angiv det systematiske navn for kanelsyre. Tegn den stereoisomere cis-form. Det systematiske navn for jasmon er cis-3-methyl-2-(pent-2-en-1-yl)cyclopent-2-en-1-on. Forklar navnet ud fra jasmons struktur. Tegn den stereoisomere trans-form. 142 kend kemien 2
Den anden form for stereoisomeri kaldes spejlbilledisomeri og er omtalt nedenfor. Strukturisomeri Kædeisomeri Stillingsisomeri Figur 6-1 versigt over forskellige isomeriformer. verordnet inddeles de i strukturisomeri og stereoisomeri. Isomeri Funktionsisomeri Stereoisomeri is/trans-isomeri ptisk isomeri Spejlbilledisomeri og kiralitet Mælkesyre findes i to rumligt forskellige former, der er vist med 3D strukturformler i figur 6-2. stereos (gr.): rumlig 3 3 Figur 6-2 Methylgruppen,# 3, peger ud af papirets plan, mens hydrogenatomet ligger bag ved papirets plan. Molekylmodeller af mælkesyre afslører, at de to former er forskel lige og hinandens spejlbilleder. Nederste tegning viser en model af to molekyler, som ikke er ens, men er hinandens spejlbilleder. De to molekyler har forskellig rumlig opbygning, men samme molekylformel. De er hinandens spejlbilleder og dog forskellige, da det ikke er muligt at få alle ens grupper til at dække hinanden. Molekylerne er spejlbilledisomere eller enantiomere former og repræsenterer to forskellige stoffer. Det fænomen, at molekyler optræder som hinandens spejlbilleder ligesom ens venstre og højre hånd, kaldes kiralitet. Begrebet stammer fra det græske ord for hånd. For mælkesyre er forklaringen, at carbonatomet i midten af carbonkæden er bundet til fire forskellige atomer eller atomgrupper. Sådan et -atom kaldes et asymmetrisk carbonatom. Atomet, der er årsag til denne form for isomeri, kan også kaldes et stereogent eller kiralt center. Byg to forskellige molekylmodeller af vinsyre, () 2, og afgør, om de er hinandens enantiomere former. enantios (gr.): modsat kiralitet cheir (gr.): hånd Tænk selv 6-11 alt det søde carbonylforbindelser og spejlbilledisomeri 143
Ting fra hverdagen kan være kirale eller det modsatte, akirale. Tænk selv 6-12 Udpeg de ting, der er kirale, og de, der ikke er kirale på billederne ovenfor. Denne form for rumlig isomeri eller stereoisomeri kaldes spejlbilledisomeri. Enantiomere stoffer har samme opløselighed i vand og samme fysiske egenskaber på nær én. De drejer polarisationsretningen af polariseret lys i hver sin retning og med numerisk lige store vinkler. Stoffer, der drejer retningen af lysets polarisationsplan kaldes optisk aktive. Derfor betegnes den ne form for stereoisomeri også optisk isomeri. Demo ptisk aktivitet Sukker er mere optisk aktivt end mælkesyre. Sender vi planpolarise ret lys gennem en sukkeropløsning, vil vi med en analysator kunne ob servere drejningen af lysets polarisationsplan. Den vinkel, som lysets polarisationsplan drejes ved at passere en sukkeropløsning er større, end hvis opløsningen indeholdt lige så meget mælkesyre pr. ml. Glas med sukkeropløsning på tændt P. vis en strukturformel er identisk med sit spejlbillede, forekommer der ikke optisk isomeri. Vinsyre har to asymmetriske -atomer, idet både -2 og -3 er asymmetriske. Vi tegner dem, så de vandrette bindingsstreger omkring et -atom går ud af papirets plan. Figur 6-3 Vinsyre forekommer i tre former. d- og l-formerne er hinandens spejlbilleder. Bogstaverne hentyder til den latinske betegnelse for højre og venstre. På d-vinsyre sidder den nederste hydroxygruppe på -3 til højre i strukturformlen. Mesovinsyre er ikke et spejlbillede af de to andre former. l-vinsyre smp. 170 d-vinsyre smp. 170 mesovinsyre smp. 140 I mesoformen findes et spejlplan inde i molekylet. Mesovinsyre eksisterer derfor kun på en form og er optisk inaktiv. Bemærk, at mesovinsyre ikke er en spejlbilledisomer af vinsyre. 144 kend kemien 2
vis den eneste forskel mellem to enantiomere former var deres optiske egenskaber med planpolariseret lys, ville denne form for isomeri kun have akademisk interesse. Imidlertid spiller molekylernes rumlige opbygning en meget stor rolle for stoffers biologiske aktivitet. Sukkermolekyler og proteiners byggesten, aminosyrerne, på nær en enkelt, er optisk aktive. Det er imidlertid kun d-formen af sukkerarterne og l-formen af aminosyrerne, der indgår i op bygningen af levende organismer. d, dexter (la.): højre l, laevus (la.): venstre Byg en model af mesovinsyre, og vis, hvor det indre spejlplan ligger. Tænk selv 6-13 vor mange optisk isomerer, dvs. spejlbilledisomere former, findes der af æblesyre, 2? Tænk selv 6-14 Enantiomere former og strukturformler Æblesyre har et asymmetrisk carbonatom. 3D formlen skrives ligesom for vinsyre ved blot at erstatte en af hydroxygrupperne med et hydrogenatom. For nemheds skyld betegner vi gruppen # 2 med X. Formlen er vist som A nederst på siden. Eksempel 6-1 Syren findes i to enantiomere former. vilke af de følgende formler for æblesyre 1, 2, 3 og 4 er det samme molekyle? vilke er identiske med A, og hvilke er spejlbilleder af A? 3 X A X X struktur 1 X struktur 2 struktur 3 struktur 4 X SVAR Strukturerne 1 og 2 er spejlbilleder af hinanden. Drejes struktur 3 med en vinkel på 120, så hydroxygruppen kommer bag ved papi rets plan, fremkommer struktur 2. Så 2 og 3 er ens. Struktur 4 er den samme som struktur 1. Det kan indses ved at dreje struktur 4 om en lodret akse som en højreskrue. erved kommer -grup pen ind på s plads. Det samme sker, hvis vi drejer højre om den akse, der går gennem gruppen X til midten på struktur 1. Struktur 2 og struktur 3, er identiske og lig med A. Struktur 1 og 4 er ens og spejlbilleder af A. Tegn selv spejl billedet af A. alt det søde carbonylforbindelser og spejlbilledisomeri 145
Eksempel 6-2 Specifik drejning Mandelsyre er en a-hydroxysyre, der er optisk aktiv. Den benyttes i behandling mod rynker i huden. Syren findes i to enantiomere former. Vi vil bestemme den specifikke drejning af den venstredrejende mandelsyre. 1,50 g mandelsyre opløses i så meget ethanol, at opløsningen fylder 50,0 ml. Et 5 cm langt prøverør fyldes med opløsningen og anbringes i et polarimeter med tændt natriumlampe. Drejningsvinklen måles til 2,37 ved 20. Den specifikke drejning [a] D 20 for mandelsyre ved 20 beregnes ved hjælp af formlen [a] D 20 = a l c Almindeligt lys Lyskilde Polariseret lys Figur 6-4 Polarimeter. Det elektriske felt fra det gule natriumlys svinger i alle planer vinkelret på lysstrålens udbredelsesretning. Efter passage gennem et polariserende glas, polarisatoren, svinger feltet kun i én retning. Lysets polarisationsretning ændres, når lysstrålen passerer opløsningen af et kiralt stof. Drejningsvinklen måles med analysatoren. Polarisator Prøverør Analysator I praksis drejes analysatoren, indtil en gul skive er ens belyst, og det sorte midterfelt ikke længere ses. 146 kend kemien 2
Størrelsen l er længden af prøverøret målt i decimeter, c er koncentrationen målt i g/ml, 20 angiver opløsningens temperatur og d betegner den gule spektrallinje i natriumlys. Ved indsættelse får vi 2,37 [a] 20 D = 1,50 g 0,5 dm ( 50,0 cm ) = 158 ml dm 1 g 1 3 Mandelsyres systematiske navn er 2-hydroxy-2-phenylethansyre. Tegn strukturformlen og vis, at molekylet indeholder et asymmetrisk carbonatom. Tænk selv 6-15 Fremstilles et optisk aktivt stof i laboratoriet ud fra et optisk inaktivt stof dannes altid en blanding bestående af lige store dele af to enantiomere former. En sådan blanding kaldes en racemisk blanding. Sandsynligheden for, at den ene form dannes, er nemlig den samme som sandsynligheden for dannelsen af den isomere form. Naturen derimod er asymmetrisk. I levende materiale forekommer kun den ene af fx to mulige spejlbilledisomere aminosyrer. Derfor er det oplagt at opfatte naturen som kiral. vorfor det er tilfældet, er der ikke noget endegyldigt svar på. Louis Pasteur opdagelsen af kiralitet Den franske kemiker og mikrobiolog Louis Pasteur (1822-1895) regnes for en af historiens største videnskabsmænd. an var den første, der opdagede, at optisk aktivitet hører sammen med det, vi i dag kalder kiralitet: at nogle molekyler findes som»højrehåndede«og»venstrehåndede«. pdagelsen skete i 1848: Tilsyneladende ens molekyler, der drejer lysets polarisationsplan lige meget, men i mod - sat retning, er hinandens spejlbilleder. er følger, hvordan Pasteur kom frem til sin opdagelse: Pasteur arbejdede i Frankrig, der også dengang var berømt for sine vine. an var klar over, at to isomere syrer danner bundfald i fadene under gæringen. Den ene syre, vinsyre, drejede polarisationsretningen til højre og var altså optisk aktiv. Den anden derimod, som Figur 6-5 To»Ideal«krystaller hemihedral af vinsyresaltet crystals natrium-ammoniumtartrat, of sodium ammonium der er tartrate. udkrystalliseret af druesyre i vin, og som er hinandens spejlbilleder. han kaldte druesyre eller»racemisk syre«, var optisk inaktiv (racemus betyder drueklase på latin). Pasteur fremstillede forskellige salte af vin syre. an observerede, at krystaller af vinsyres natrium-ammoniumsalt ikke er symmetriske. Pasteur undersøgte også krystaller af den optisk inaktive druesyre, som han isolerede ved nedkøling af en opløsning i sit isskab, der var den tids køleskab. Krystallerne af druesyre var heller ikke symmetriske, men forskellige. Med pincet samlede han minutiøst krystaller af den ene slags for sig og den anden slags for sig. Krystallerne i den ene bunke viste sig at være spejlbilleder af krystallerne i den anden! Pasteur opløste krystallerne hver for sig i vand. an blev meget begejstret, da det viste sig, at den ene opløsning gav samme drejning til højre som natrium-ammoniumsaltet af vinsyre, mens Forts. næste side alt det søde carbonylforbindelser og spejlbilledisomeri 147
Louis Pasteur (1822-95) Fransk kemiker og mikrobiolog, professor i kemi i Strasbourg, Lille og Paris. Pasteur er mest kendt for varmebehandling af fødevarer (pasteurisering). Udover sine beskrivelser af krystallers optiske egenskaber arbejdede Pasteur desuden med gærings processer og bidrog væsentligt til at fastslå, at gæringen under alkoholfremstillingen skyldes gærceller. Pasteurs arbejde var rettet mod at løse samfundsmæssige problemstillinger, og han havde også betydelig succes i sit arbejde med udvikling af vacciner og sera mod sygdomme udløst af bakterieinfektioner. den anden opløsning drejede lysets pola risationsplan nøjagtigt lige så meget i modsat retning. Pasteur konkluderede, at druesyre måtte bestå af en blanding af lige store dele højredrejende og venstredrejende syre. Stereokemien var født! Senere viste det sig, at almindelig vinsyre er identisk med den ene af de to enantiomere former af druesyre. Pasteur var klar over, at vinsyres optiske isomeri skyldtes en egenskab ved molekylerne og ikke en egenskab ved krystallerne. Der skulle imidlertid gå 25 år før end en hollandsk kemiker ved navn Jacobus enricus van t off kunne give den fulde forklaring på fænomenet. I 1874 offentliggjorde van t off en afhandling om carbon atomets asymmetri. an påstod, at de fire bindinger fra et carbonatom peger mod hjørnerne af et tetraeder. Når fire forskellige atomgrupper bindes til et -atom, kan de anbringes på to måder. g de to muligheder er spejlbilleder af hinanden. Ti år senere, i 1884, udgav van t off et af den fysiske kemis hovedværker, og da nobelprisen blev indstiftet i 1901, modtog van t off som den første nobelprisen i kemi. Jacobus enricus van t off (1852-1911) ollandsk kemiker. Nobelprisen i kemi 1901. ans forskning i reaktionskinetik, kemisk ligevægt, osmotisk tryk og krystallografi var med til at definere forskningsområdet fysisk kemi, som det kendes i dag. Uafhængigt af van t off fremsatte franskmanden Achille Le Bel (1847-1930) på samme tid, i 1874, også en teori om det asymmetriske carbonatom. Louis Pasteurs opdagelse har haft helt afgørende betydning for at forstå mange biokemiske reaktioner. Pasteurs opdagelse har bidraget med en viden, der udnyttes den dag i dag, bl.a. når medicinalindustrien fremstiller lægemidler, som skal kunne skelne mellem højre- og venstredrejende molekyler. Nobelprisen eksisterede ikke på den tid, da Pasteur levede, men han ville have været en værdig modtager. Louis Pasteur regnes af mange andre grunde for biokemiens grundlægger. 148 kend kemien 2
Når solen skinner på grønne blade, dannes glucose ved fotosyntese. arbohydrater arbohydrater dannes i grønne plantedele under tilførsel af energi fra sollys ved fotosyntesen 6 2 (g) + 6 2 (l) sollys 6 12 6 (aq) + 6 2 (g) Molekylformlen for et carbohydrat passer med en af de generelle formler med ( 2 ) n eller m ( 2 ) n, hvor m og n er hele tal. vilken af de to generelle formler for et carbohydrat passer på henholdsvis glucose og sucrose? arbohydrater inddeles i mono-, di- og polysaccharider. Det er kun mono- og disaccharider, som smager sødt. De kaldes for sukkere. carbohydrater Tænk selv 6-16 monos (gr.): en dis (gr.): dobbelt polys (gr.): mange sakkharon (gr.): sukker sucre (fr.): sukker monosaccharider disaccharider polysaccharider 5 10 5 6 12 6 12 22 11 ( 6 10 5 ) n pentoser hexoser fx sucrose, lactose fx stivelse, cellulose fx ribose fx glucose, fructose Figur 6-6 Inddeling af carbohydrater. For hver slags saccharid er nævnt nogle eksempler på et carbohydrat. alt det søde carbonylforbindelser og spejlbilledisomeri 149
Vi kender sucrose som stødt melis, fremstillet af sukker roer på Lolland eller af sukkerrør fra fx Sydamerika. Planterne bruger carbohydraterne til oplagring og produktion af energi. Inden vi forbrænder sucrose i organismen, spaltes det til glucose og fructose. Da glucose er det vigtigste carbohydrat, begynder vi med at gennemgå netop dette monosaccharid. Sukkerroer indeholder 16-18 % sucrose. Stolform. Tænk selv 6-17 Monosaccharider Monosacchariderne har molekylformlen ( 2 ) n, hvor n er et helt tal mellem 3 og 6. Deres systematiske navne ender på -ose. Er n lig med fem, kaldes stoffet en pentose efter det græske tal ord penta for fem; og indgår der seks -atomer i molekylet, kaldes det en hexose efter det græske talord hexa for seks (se tabel 9-1, Kend Kemien 1, side 153). Glucose er en hexose. Det er et hvidt krystallinsk stof, der er letopløseligt i vand. På figur 6-7 er vist en ringform af et glucosemolekyle. I den seksleddede ring er der fem carbonatomer og et oxygenatom. Det sjette carbonatom sidder i sidegruppen # 2. Den rumlige opbygning kaldes en stolform og skyldes, at vinklerne mellem #-enkeltbindinger er tetraedervinkler på 109,5. Byg kuglepindemodeller af glucosemolekylet som vist i figur 6-7. Undersøg, om glucose som ringform og som åben kæde indeholder asymmetriske carbonatomer. I bekræftende fald, hvor mange? 2 2 Figur 6-7 d-glucose som ringform og som aldoform, dvs. som en åben kæde med en aldehydgruppe, #. a: Glucose, ringform b: Glucose, kædeform www Animationer4arbohydrater4 Glucose fra kæde til ring Når glucose opløses i vand, omdannes nogle af glucoseringene til kæder. Bindingen mellem ringens oxygenatom og carbonatomet yderst til højre brydes, hvorved ringes åbnes. ydroxygruppen på dette carbonatom, der betegnes -1, omdannes samtidig til en aldehydgruppe, #. Monosaccharider, der har en aldehydgruppe i deres kædeform, kaldes aldoser. Som regel forenkler vi strukturformlen for glucose som ringform til en flad sekskant, der ses i perspektiv idet -atomerne i ringen er udeladt. 150 kend kemien 2
2 2 2 Stolformet ring Flad ring Forenklet flad ring Når glucose er opløst i vand, indstiller der sig en ligevægt mellem ringformen og den åbne kædeform. Imidlertid er der to måder, hvorpå kædeformen omdannes til en seksleddet ring. På figur 6-8 vender kædeformens oxogruppe nedad. Under ringslutningen kommer #-gruppen på -1 også til at pege nedad. Glucose med hydroxygruppen nedad på -1 kaldes a-d-glucose. vis oxogruppen i stedet for vender opad, når der sker en ringslutning, vil #-gruppen på -1 også komme til at pege opad. Ringformen med hydroxygruppen opad på -1 kaldes b-d-glucose. På figur 6-8 ser vi tre strukturformler af a-d-glucose. mbyg din model af a-glucose til b-glucose. Kan du gøre det uden at bryde en binding og derved åbne ringen? Figur 6-8 Ringformen af glucose tegnet på tre måder. I de»flade«ringe er -atomerne i ringen udeladt. Tænk selv 6-18 Glucose opløst i vand findes altså i tre strukturer. mdannelsen fra den ene ringstruktur til den anden kræver åbning af ringen. Kædeformen kaldes aldoformen, da den indeholder en aldehydgruppe. Kun 0,003% af glucose opløst i vand findes som aldoform, når ligevægten har indstillet sig. I vandig opløsning findes der næsten dobbelt så meget b-d-glucose som a-d-glucose. Ved inddampning af opløsningen fås imidlertid krystaller, der udelukkende består af a-glucose. 4 6 2 3 2 1 Da alle carbohydrater er kirale og har asymmetriske -atomer foreslog den tyske kemiker Emil Fischer 1891 en standard for at tegne specielle flade strukturformler, der giver information om molekylernes rumlige opbygning. 2 3 4 5 6 1 2 a-d-ring d-aldoform b-d-ring α-ring aldoform β-ring 4 6 2 3 2 1 Figur 6-9 Ligevægten mellem de to ringformer og aldoformen af glucose opløst i vand. ydroxygrupper, der sidder til højre i aldoformen, vender nedad i ringformen, og #-gruppen på -3, der sidder til venstre i aldoformen, vender opad i ringen. Denne»oversættelse«for hydroxygrupper inde i kæden til ringformen forudsætter, at # 2 tegnes over ringens plan. alt det søde carbonylforbindelser og spejlbilledisomeri 151
Formlerne er baseret på projektion af et tetraederisk bundet carbonatom ind på en plan overflade. En sådan formel kaldes en Fischer-projektion. W X W X Y Z Y Z W Z Y X 1 2 3 4 5 6 2 2 d-fructose D-fructose Fischer-projektion Fischer-projektioner er særligt nyttige, når molekylerne indeholder flere asymmetriske -atomer. Fischer-projektion må ikke forveksles med en almindelig strukturformel. I en Fisher-projektion markeres det asymmetriske -atom som et punkt, hvor fire bindinger krydser hinanden. De lodrette bindinger markerer bindinger som peger væk fra læseren, de vandrette bindinger peger ind mod læseren. I en almindelig strukturformel vises ikke den rumlige orientering af bindinger. Fischer-projektionen og den rumlige strukturformel for a-d-glucose på aldoform er vist i figur 6-10. Figur 6-10 d-glucose på kædeform, der også kaldes aldoform, som Fischer-projektion og 3d strukturformlen. 1 2 3 4 5 6 2 2 Fischer-projektion Fischer-projektion 3d-strukturformel 3D-strukturformel keton Tænk selv 6-19 aldehyd Tænk selv 6-20 d-galactose er en aldohexose med en venstrestillet hydroxygruppe på -4, ellers er molekylet det samme som d-glucose. Byg molekylmodeller af galactose på kædeform og som en a-ring. I monosaccharidet fructose, der også er en hexose, sidder oxogruppen på -2 inde i kæden på -2. arbonylgruppen er derfor ikke bundet til et hydrogenatom, men til to carbonatomer, så fructose er en keton. Fructose er en ketohexose, da molekylet indeholder 6 -atomer. Den eneste forskel på d-glucoses og d-fructoses kædestruktur er carbonylgruppens placering. Angiv det systematiske navn for fructose. 152 kend kemien 2
Fructose danner også ringformede molekyler. Men da oxogruppen sidder på -2, fører ringslutningen med -atomet fra hydroxygruppen på -5 til en femleddet ring. Ligesom ved glucose i vand indstiller der sig en ligevægt mellem fructoses to ringstrukturer og den åbne kædeform, når stoffet opløses i vand. Den ringform, hvor hydroxygruppen på -2 vender nedad, hedder a-d-fructose. Brug molekylmodellerne til at bygge modeller af a-d-fructose og b-d-fructose. vilken form for fructose er tegnet i margen? 6 2 a-d-fructose Tænk selv 6-21 1 5 2 4 3 2 fructose Reducerende sukkerarter Alle monosaccharider, der findes som aldoform, kan oxideres til en carboxylsyre. Et oxygenatom fra et oxidationsmiddel er angivet med paren tes om R + () R Glucose i vand findes hovedsageligt på ringform. Alligevel kan stoffet oxideres til en carboxylsyre. vorfor mon? Fehlings test kan bruges til at påvise druesukker, idet aldohexoserne kan reducere sølv(i)ioner og kob ber(ii)ioner. Reduktion af disse metalioner bruges bl.a. til at påvise druesukker. Når et sukkermolekyles aldoform oxideres til en carboxylsyre, virker sukkeret reducerende i Fehlings væske, så der dannes et rødt bundfald af kobber(i)oxid. Til trods for at ketoner ikke reducerer kobber(ii)ioner, giver ketohexosen fructose også rødt bundfald ved Fehlings test. ydroxygruppen på -1 i fructose oxideres ikke direkte, men -ionerne i Fehling væske bevirker i nogle fructosemolekyler, at oxogruppen flytter sig fra -2 til -1. Derved omdannes noget fructose til glucose, og reaktionen med kobber(ii)ionerne er positiv. arbohydrater, der kan reducere kobber(ii)ioner til kobber(i)oxid, kaldes reducerende saccharider. Tænk selv 6-22 ermann von Fehling (1811-85) Tysk kemiker, professor ved Polyteknisk Læreanstalt i Stuttgart. an udviklede en analytisk metode til at bestemme glucose i en opløsning ved at veje det bundfald af kobber(i)oxid, der dannes ved reduktion af kobber(ii)ioner. Eksperimenter K2-6 Påvisning af carbohydrater Bestemmelse af sukker i dessertvin Disaccharider I et disaccharid er stoffets molekyler sammensat af to monosac charid-ringe. Maltose, også kladet maltsukker, dannes som et mel lemprodukt ved nedbrydningen af stivelse, bl.a. i spiret byg, der kaldes malt. Dette disaccharid anvendes ved ølalt det søde carbonylforbindelser og spejlbilledisomeri 153
Figur 6-11 Maltose kan dannes ved en kondensationsreaktion. De to glucoseenheder er bundet sammen af en a. fremstilling. Molekylet er opbygget af to a-glucoseringe. Figur 6-11 viser dannelsen af dette disaccharid. Reaktionen er en kondensationsreaktion, idet de to glucosemolekyler sammenkobles under fraspaltning af vand. 2 2 2 2 a α(1 (1 4)binding a-d-glucose α-glucose a-d-glucose α-glucose a-maltose α-maltose 2 Et sucrosemolekyle er opbygget af to forskellige ringe, nemlig en a-glucosering og en β-fructosering, dvs. en seksleddet og en femleddet ring. Figur 6-12 Sucrosemolekylet er opbygget af en a-glucosering og en β-fructosering. sucrose 6 2 1 5 2 4 1 2 5 3 2 3 4 6 2 Tænk selv 6-23 Tænk selv 6-24 Skriv reaktionsskemaet for spaltningen af sucrose ved reaktion med vand. Når sucrose fra sukkerroer eller sukkerrør er blevet kemisk renset og raffineret, sælges det som»melis«. Det er billigt og produceres i meget store mængder til fødevarer. Find andre handelsnavne end»stødt melis«for raffineret sucrose. Polysaccharider De fleste carbohydrater i naturen forekommer som polysaccharider, der består af lange kæder af hexoseringe. De dannes ved fraspaltning af et molekyle vand pr. sammenkædning n 6 12 6 (aq) ( 6 10 5 ) n (s) + n 1 2 (l) Værdien af n varierer fra nogle hundrede til få tusinde, afhængig af polysaccharid. Stivelse er et polysaccharid med en a-d-glucosering som bygge stensmolekyle. 154 kend kemien 2
Sødemidler kan være en hjælp til at reducere det daglige kalorieindtag. 2 Sødestoffer l l 2 2 l Når sødmen af et sødemiddel skal vurderes, bliver det altid sammenlignet med sucrose. Diabetikere har behov for alternative sødestoffer, men også mange mennesker med vægtproblemer efterspørger sødestoffer, der ikke giver kalorier. En anden fordel ved sødemidlerne er, at de ikke forårsager angreb af karies i tænderne. Når sødmen af et sødemiddel skal vurderes, bliver det altid sammenlignet med sucrose. Sucralose med E-nr. 955 fremstilles ud fra sucrose ved selektivt at substituere tre hydroxygrupper med chloratomer. Selv om sucraloses opbygning således ligner sucroses, har det ca. 720 gange større sødeevne end sucrose. Det syntetiske søde middel anvendes i fx slik, morgenmadsprodukter og soda vand. Undersøgelser viser, at stoffet ikke er giftigt i modsætning til mange andre chlorerede forbindelser. Det ophobes ikke i kroppen, da det ikke er fedtopløseligt, og hovedparten udskilles uændret. sucralose Begrund ud fra sucraloses struktur, at stoffet ikke er fedtopløseligt. De andre syntetiske sødemidler ligner slet ikke sucrose i deres kemiske opbygning. Alligevel har de en sød smag, der kan være flere hundrede gange kraftigere end almindeligt Tænk selv 6-25 Figur 6-13 Syntetiske sødemidler. N Na + S saccharin NS 3 Na + S 3 N K + cyclamat acesulfam-kalium 2 N N aspartam 3 alt det søde carbonylforbindelser og spejlbilledisomeri 155
Tabel 6-2 Sødestoffers sødeevne og ADI Sødestof Sucrose Sucralose Saccharin yclamat Acesulfam-kalium Aspartam Glucose Fructose * mg/kg legemsvægt Sødeevne 1 320 1000 300 30 200 180 0,7 1,2 ADI* 9 5 7 15 40 sukkers sødme. De mest anvendte er saccharin, cyclamat, acesulfam-kalium og aspartam. Saccharins sødeevne er ca. 300 gange sucroses, så 10 g sukker kan erstattes med 0,033 g saccharin. yclamat er det mindst potente af de syntetiske sødestoffer med en sødeevne, der er ti gange svagere end saccharins. verken saccharin, cyclamat eller acesulfam-kalium afgiver energi til kroppen, men de øger alle koncentrationen af insulin i blodet og kan derfor give øget sultfornemmelse. Af den grund kan kaloriefrie sødemidler indirekte medvirke til, at folk tager på i vægt. Både saccharin og cyclamat har været under mistanke for at være kræftfremkaldende. Det er fx påvist, at cyclamat ved hydrolyse kan omdannes i kroppen til cyclohexanamin, der er et kræftfremkaldende stof. N S 3 (aq) + N + 2 (l) 2(aq) S 4 (aq) cyclamat cyclohexanamin ADI blev i 2002 nedsat fra 11 mg/kg til 7 mg/kg på baggrund af ny viden om, hvor meget cyclamat der omdannes i kroppen. Da der fx må tilsættes 250 mg/l til læskedrik, er der en risiko for, at ADI for dette sødemiddel overskrides for børn. I USA har det været forbudt at anvende stoffet i fødevarer siden 1970. I EU må stoffet ikke længere tilsættes i tyggegummi og bolsjer, men det bruges fx fortsat til læskedrikke. Tænk selv 6-26 vor meget læskedrik skal et barn på 40 kg drikke for at overskride ADI, hvis læskedrikken er tilsat den maksimalt tilladte mængde cyclamat? Lightprodukter: For at saft, sodavand eller læskedrikke må kaldes»light«, skal fødevaren indeholde mindst 30 % mindre sukker end i den tilsvarende almindelige saft, sodavand osv. Indholdet af energi (kj) skal samtidig være reduceret med mindst 30 %. Den pågældende vare er altså ikke nødvendigvis sukkerfri (eller uden fedt). Energifordelingen skal fremgå af deklarationen på emballagen. Det er vigtigt at gøre sig klart, hvor meget man kan spare på kalorierne i det enkelte tilfælde. 156 kend kemien 2
Et af de mest anvendte sødemidler, aspartam eller Nutra- Sweet, kom på det danske marked i 1983. Aspartam afgiver energien 17 kj/g, hvilket er det samme, som vi får ved at spise kød og almindeligt sukker. Til gengæld har det ingen indflydelse på blodsukkeret eller koncentrationen af insulin. Da sødeevnen er 180 gange sucroses, behøves kun en meget lille mængde af stoffet for at give fx sodavand en sød smag praktisk talt uden at bidrage til kalorieindholdet. ADI er sat til 40 mg/kg. Lige siden stoffet kom på markedet, har det været diskuteret, om det er farligt. En stor undersøgelse i 2006»frikendte«imidlertid stoffet. Aspartam er ikke varmestabilt og heller ikke særlig holdbart. Det spaltes til en række stoffer, hvoraf nogle anses for at være kræftfremkaldende. Et af nedbrydningsprodukterne fra aspartam er methanol. vilken binding i aspartam brydes, når stoffet fraspalter methanol? Tænk selv 6-27 Acesulfam-kalium har ligesom saccharin og cyclamat en lidt bitter og ubehagelig eftersmag. Ved at blande saccharin og cyclamat samt acesulfam-kalium med aspartam maskeres den bitre eftersmag. Endvidere giver blandingen af aspartam og acesulfam-kalium en større sødmevirkning end summen af de to sødestoffers sødmevirkning. Denne forstærkende virkning kaldes en synergieffekt. I modsætning til aspartam er acesulfamkalium forholdsvist varmestabilt og kan derfor bruges i forbindelse med bagning. Stevia Sødemidlet steviolglycosid med E-nr. 960 er ved kemisk oprensning udvundet af planten Stevia. I PEPSI MAX er sucrose erstattet med aspartam og acesulfam-kalium. stevioglycosid Steviolglycosid hydrolyseres i kroppen til steviol (se Kend Kemien 2, side xx) under fraspaltning af de tre glucoseenheder. stevioglycosid Stevia sødetabletter indeholder steviol glycosid. alt det søde carbonylforbindelser og spejlbilledisomeri 157
Tænk selv 6-28 Tænk selv 6-29 vilke funktionelle grupper indeholder steviol, og hvilke stofklasser tilhører de. Vurder vandopløseligheden af steviol, sammenlignet med steviolglycosid. I 2011 blev steviolglycosid godkendt som tilsætningsstof til nogle fødevarer og i sødetabletter, sødedråber og sødepulver. Steviaplanten har været brugt i århundreder af indianerstammer i Brasilien og Paraguay, og i Japan har stevia været anvendt som sødemiddel i årtier, men selve planten er ikke godkendt som sødemiddel i EU. Steviolglycosid søder op til 400 gange så meget som sucrose. Den søde smag indtræder langsommere og har en længere virkning end sucrose. I høje koncentrationer kan sødemidlet have en eftersmag af lakrids. vordan virker sødestofferne? Vores smagsløg sidder forskellige steder på tungen og er ordnet i små»knuder«. vis et molekyle skal give en sød smag, må det kunne bindes til sødmereceptorerne, der sender signaler til hjernen. Da sødestofferne ikke er identiske med sukker, vil nogle mennesker ud over sødmen fornemme en bismag som fx en metalsmag eller en bitter smag. Man har ikke nogen fyldestgørende model for, hvad der giver nogle stoffer en sød smag og andre ikke. Undersøgelser tyder på, at mindst tre bestemte atomgrupper i et molekyle, der giver sød smag, skal danne en»sødmetrekant«for at passe med et receptormolekyle på tungen. N B Figur 6-13 Sødmetrekanten. vis et molekyle skal give en sød smag, må det passe rumligt med receptorerne på tungen. Tre grupper i molekylet ligger i en trekant som vist på tegningen. Grupperne A og B danner hydrogen bindinger til et receptormolekyle, mens X vekselvirker hydrofobt med receptormolekylet. A X Gruppen A, der kan være eller N, leverer hydrogenatomet til en hydrogenbinding med en polær gruppe i receptormolekylet, mens B danner en hydrogenbinding med et 158 kend kemien 2
hydrogenatom fra et eller N i receptormolekylet. X er en hydrofob gruppe. vilke atomer kan B i figur 6-13 være? Tænk selv 6-30 pdagelsen af kunstige sødestoffer en historie om manglende hygiejne De fleste sødemidler er blevet opdaget af kemikere ved tilfældigheder i forbindelse med laboratoriearbejde. I 1879 arbejdede Ira Ramsen og hans studerende, onstantin Fahlberg, ved det berømte Johns opkins Universitet i Bal timore i USA på fremstilling af et nitrogen- og svovlholdigt organisk stof, der skulle indeholde en aromatisk ring. En formiddag havde onstantin Fahlberg syntetiseret et nyt stof i laboratoriet. Da han havde ryddet op efter sig og derefter spiste frokost, smagte brødet underligt sødt. an sporede kilden til den søde smag på sine hænder. Smagen måtte skyldes det nye stof, han havde frem stillet. Dengang var det helt almin deligt at smage på nye stoffer en følsom, men risikabel laboratorieteknik. Samme aften konstaterede Ira Ramsen, der heller ikke havde vasket sine hænder særligt omhyggeligt, præcis den samme søde smag under middagsmaden. I 1880 offentliggjorde de sammen deres opdagelse. Uden at inddrage sin lærer tog onstantin Fahlberg fire år senere patent på massefremstilling af»deres«stof, der fik navnet saccharin. Patentet gjorde den unge forsker meget velhavende, mens den fortørnede lærer gik glip af pengene og siden hen betegnede sin tidligere studerende som en slyngel. Sødestoffet cyclamat blev også opdaget ved et tilfælde, da Michael Sveda fra firmaet E.I. du Pont de Nemours & o. var i færd med at fremstille et lægemiddel på Illinois Universitet i 1937. Michael var ryger, og på et tidspunkt lagde han sin tændte cigaret på laboratoriebordet. Da han atter tog den i munden, kunne han mærke en usædvanlig sød smag. igaretten var blevet forurenet med et netop fremstillet stof. Søde stoffet cyclamat var blevet opdaget og firmaet tog omgående patent på det indbring ende stof. I 1965 forsøgte Jim Schlatter, der var ansat hos det amerikanske medicinal firma G. D. Searle, at fremstille et tetra peptid (en kæde af fire aminosyreenheder) mod mavesår. Et af mellemprodukterne i syntesen var aspartam. Tilfældigvis fik han noget af stoffet på fingrene og opdagede stoffets søde smag. Da han vidste, at aspartam var opbygget af to naturligt forekommende aminosyreenheder, turde han godt sammen med sin laboratoriepartner arman Lowrie teste stoffet i sort kaffe. De opdagede et søde middel uden den bitre eftersmag, som var kendt fra de andre kunstige sødestoffer. Acesulfam blev opdaget i 1967 af en anden kemiker, Karl lauss fra det tyske firma oechst. En dag slikkede han på sin finger for at tage et stykke papir i laboratoriet og opdagede til sin overras kelse en meget sød smag. Papiret var forurenet med det stof, som han netop havde fremstillet i kolberne. Tate & Lyle, et britisk sukkerfirma, undersøgte i 1970erne muligheder for at bruge sukker som et kemisk mellemprodukt. I samarbejde med King s ollege i London fremstillede de halogenerede sukkerforbindelser med henblik på at teste dem. En udenlandsk studerende misforstod en forespørgsel om at teste en chloreret sukkerforbindelse og troede, at han skulle smage på stoffet (på engelsk»making for testing«og»making for tasting«). Det førte til opdagelsen af, at mange chlorerede sukkerforbindelser har hundreder, ja nogle tusinder gange større sødeevne end sucrose. Et af disse sødestoffer var sucralose, som blev opdaget i 1976. Michael Sveda, opdageren af sødestoffet cyclamat. alt det søde carbonylforbindelser og spejlbilledisomeri 159
verblik carbonylforbindelse Bradys test Fehlings test strukturisomeri stereoisomeri enantiomere former stoffer med atomgruppen 8$. Et aldehyd har en endestillet carbonylgruppe, der kaldes aldehydgruppen, #. En keton har en carbonylgruppe inde i en carbonkæde metode til påvisning af carbonylgrupper i aldehyder og ketoner. Der dannes et gult bundfald ved reaktion med 2,4-dinitrophenylhydrazin metode til påvisning af et aldehyd ved oxidation med kobber(ii)ioner kompleksbundet til tartrationer i basisk væske (Fehlings væske) stoffer, der har samme molekylformel, men som har forskellig kemisk struktur, er strukturisomere stoffer, hvis molekyler har forskellig rumlig placering af atomer, men ellers ens kemisk strukturformel to forskellige stoffer, hvis molekyler er hinandens spejlbilleder asymmetrisk carbonatom et carbonatom, der er bundet til fire forskellige atomer eller atomgrupper kiralt center optisk isomeri optisk aktivitet carbohydrater Fischer-projektion reducerende sukkere et atom, der er årsag til spejlbilledisomeri; kaldes også et stereogent center. Et asymmetrisk carbonatom er et kiralt center det samme som spejlbilledisomeri. To enantiomere former har modsat optisk aktivitet et stof, der drejer retningen af lysets polarisationsplan, er optisk aktivt fælles betegnelse for mono-, di- og polysaccharider. De kaldes også kulhydrater en speciel strukturformel, der viser de kirale centre i to dimensioner. De lodrette bindinger peger væk fra læseren, de vandrette bindinger peger ind mod læseren carbohydrater, som danner rødt bundfald ved Fehling test monosaccharider har molekylformlen ( 2 ) n, hvor n er et helt tal mellem 3 og 6 disaccharider er sammensat af to monosaccharid-ringe polysaccharid er sammensat af lange kæder af hexoseenheder. Molekylformlen er ( 6 10 5 ) n, hvor n er fra flere hundreder til et par tusinder 160 kend kemien 2
Træningsopgaver 1. indbær indeholder omkring 40 forskellige aldehyder og ketoner. Nedenfor er strukturen af nogle af disse forbindelser tegnet. pgaver og aktiviteter 1. 2. 3 3. 3 2 2 2 2 3 2 2 4. 3 5. 3 2 2 3 a. Inddel stofferne i aldehyder og ketoner. b. Navngiv stofferne. 2. Tegn strukturformler for følgende carbonylforbindelser a. heptan-3-on. b. 2,3-dimethylbutanal. c. yclohexanon. d. Phenylethanon. e. 3-hydroxy-2-methylpentanal. f. Phenylmethanal. 3. pvarmet smør afgiver aromastoffer, der betegnes methylketoner. De findes også i blå ost. De omfatter stofferne pentan-2-on, heptan-2-on og nonan-2-on. a. Tegn stregformlerne for disse methylketoner. b. vorfor mon de kaldes methylketoner? 4. Moskus er et sekret fra moskushjorten. Det vigtigste duftstof i sekretet er 3-methylcyclopentadecanon. a. Tegn en stregformel for stoffet. b. Forklar, at stoffet findes i to spejlbilledisomere former. c. Giver stoffet rødt bundfald med Fehlings væske? 5. a. Navngiv stofferne med de viste strukturformler 1. 2. 3. 4. 5. 6. b. Gør rede for observationer, når stofferne hver for sig testes med nedenstående væsker: A: 2,4-dinitrophenylhydrazonopløsning. B: Fehlings væske. c. pskriv strukturformler for de organiske produktmolekyler. alt det søde carbonylforbindelser og spejlbilledisomeri 161
pgaver og aktiviteter 6. a. Gør rede for, hvilke af nedenstående stoffers molekyler, der kan danne hydrogenbinding med ethanalmolekyler. 1. Ethanal 2. Vand 3. Propanon 4. Ethanol 5. Ethansyre 6. Ammoniak b. Tegn skitser, der viser strukturformler og mulige hydrogenbinder mellem molekylerne. 7. Navngiv følgende fem forbindelser, idet det først afgøres, hvilke der er aldehyder og hvilke, der er ketoner. a. 3 ( 2 ) 2 b. 3 2 2 3 c. 3 2 ( 3 )( 2 3 ) d. 3 e. 2 5 8. Marker hvert kiralt center eller asymmetrisk -atom i de følgende molekyler med en stjerne. vor mange stereoisomerer findes der af hvert molekyle? 3 a. 3 b. 3 3 3 c. 2 d. 3 3 3 2 2 e. 9. vilke former for stereoisomeri udviser følgende stoffer? vor mange former er der af hvert molekyle? I c. er cyclohexanringen tegnet på to måder. 2 N 2 eller a. b. c. p-menthan! 10. Kanelaldehyds systematiske navn er trans-3-phenylprop-2-enal eller (E)-3-phenylprop-2-enal, hvor E står for»entgegen«(overfor på tysk). Tegn strukturformlen for kanelaldehyd. arbohydrater 11. Kombiner bogstaverne med romertal, så navnet ud for et bogstav og den valgte formel stemmer overens. Navne: Formler: A. aldohexose I 5 10 5 B. hexose II 2 #() 4 #. ketohexose III 2 #() 3 ## 2 D. pentose IV 6 12 6 E. tetrose V 4 8 4 162 kend kemien 2
12. Der findes 2 4 eller 16 aldohexoser. vor mange ketohexoser findes der? pgaver og aktiviteter 13. d-erythrose har projektionsformlen Tegn projektionsformlerne for de stereoisomere former af syren. Afgør, hvilke strukturer, der er hinandens spejlbilleder. 2 Problemløsning 1. Kamfer er kendt for sin karakteristiske skarpe lugt og hudaktiverende virkning. Det anvendes i massageolie og sportslotion. a. Angiv kamfers molekylformel. b. Karakteriser den funktionelle gruppe i kamfer og gør rede for, hvordan den kan påvises ved kemiske test. c. vervej om kamfer findes i vandfasen eller oliefasen i en lotion d. Marker asymmetriske -atomer i kamfermolekylet. e. Tegn strukturformlen for et stof, som er funktionsisomer med kamfer, og gør rede for, hvordan kamfer kan skelnes fra dette stof ved kemiske test.! 2. Violduft fremkaldes i parfumer, ved at tilsætte en blanding af to isomerer med de viste strukturer. A B a. Gør rede for, hvilken form for isomeri, der er tale om. b. Tegn en struktur, som er funktionsisomer med strukturen til venstre. c. Marker asymmetriske -atomer i molekylerne. d. Gør rede for, at der findes to geometrisk isomerer af strukturen til venstre. Tegn den geometrisk isomere form. Stereoisomeri 3. Tegn spejlbilleder af følgende molekyler. Vi forestiller os, at spejlingen sker i et spejl, der står vinkelret på papirets plan, og som er oprejst, ligesom på side xxx. 3 2 2 N 3 2 2 a. b. c. d. 4. De følgende 3D formler viser rumlige strukturformler af mælkesyre. Brug a. som reference. vilke af formlerne b, c og d er identiske med a og hvilke er spejlbilleder af a? 3 3 3 3 a. b. c. d. vad menes med at 'bytte rundt på to af grupperne'? alt det søde carbonylforbindelser og spejlbilledisomeri 163
pgaver og aktiviteter Diastereomere stoffer 5. Mesovinsyre er stereoisomer med d- og l-vinsyre. Men da mesovinsyre ikke kan fremkomme ved en spejling af hverken d- eller l-vinsyre, er den diastere omer. 2-amino-3-hydroxybutansyre findes i fire stereoisomere former to enantiomere par, der indbyrdes er diastereomere. Tegn 3D formlerne for de to par. N 2 3 2-amino-3-hydroxybutansyre! 6. vordan kan det vises ved et forsøg, om sucrose i en kop te med sukker er blevet hydrolyseret eller ej? 7. Glucose kan oxideres af varm salpetersyre til 2,3,4,5-tetrahydroxyhexandisyre. a. Angiv et reaktionsskema med strukturformler, hvor aldoformen af glucose omdannes til denne disyre, idet der blot skrives oxidation over reaktionspilen. b. vilke atomgrupper i glucose er blevet oxideret? 8. Vil et tænkt disaccharid, der er opbygget af to glucoseringe forbundet med 1,1-binding, være reducerende og kunne reagere med Fehlings væske? 9. Disaccharider kan hydrolyseres til to monosaccharider. a. vor stor en stofmængde glucose kan der fremstilles ved hydrolyse af 5 mol sucrose? b. vad vejer den dannede glucose? Brummende vimgummibamse 10. Kaliumchlorat, Kl 3, er et kraftigt oxidationsmiddel. En smelte af kaliumchlorat oxiderer sukker meget voldsomt til carbondioxid og vand. a. vilken type sukker findes i vingummibamser? b. Skriv formlerne for reaktanterne og produkterne, når det oplyses, at chlorat reduceres til chlorid. c. Afstemt reaktionsskemaet. 11. Forklar, at forbindelsen er kiral, og tegn den spejlbilledisomere form af det viste molekyle 3 3 Sødestoffer 12. Aspartams stabilitet i læskedrik afhænger af p. Ved p 4,3 er stoffets halveringstid 300 dage ved stuetemperatur, mens det ved p 7 har en halveringstid på få dage. Stoffet kan hydrolyseres til to aminosyrer og methanol. Aminosyrer har den generelle formel hvor sidegruppen R er forskellig for forskellige aminosyrer. 2 N R 164 kend kemien 2