Sommerblumen wie Disteln oder Dahlien dienen nicht nur dekorativen Zwecken. Sie werden auch zum Färben oder zur Ölgewinnung genutzt und sind wichtige Nahrungsquellen für Bienen, die aus ihrem Nektar Honig herstellen

Aus der Färberdistel (Carthamus tinctorius) wird auch Distelöl gewonnen, das zur Herstellung von Kernseifen verwendet werden kann. In der Tabelle sind verschiedene Fettsäuren, die in Distelöl enthalten sind, sowie der Anteil ihrer Reste in Distelöl angegeben.

Tab.: Verschiedene Fettsäuren und Anteil ihrer Reste in Distelöl¹

Trivialname	systematischer Name	Anteil in %
Myristinsäure	Tetradecansäure
Palmitinsäure	Hexadecansäure
Stearinsäure	Octadecansäure
Ölsäure	(Z)-Octadec-9- ensäure
Linolsäure	(9Z,12Z)-Octadeca- 9,12-diensäure

Die Färberdistel (C. tinctorius) enthält in ihren Blüten den Farbstoff Carthamin. Mit Carthamin gefärbte Textilien bleichen allerdings leicht aus. Deshalb werden inzwischen synthetische Azofarbstoffe, wie z. B. Chrysoidin, verwendet (Abb. 1).

Abb. 1: Strukturformel von Chrysoidin

Die unterirdischen Speicherorgane der Dahlien enthalten als Reservestoff Inulin (Abb. 2). Das Polysaccharid Inulin besteht aus 60 bis 100 Monosaccharid-Bausteinen. Es wird zur Gewinnung von Fructose eingesetzt.

Abb. 2: Strukturformelausschnitt von Inulin

Mit den Kohlenhydraten Inulin und Fructose wird in getrennten Versuchen die Fehling-Probe durchgeführt. Nur in einem Fall verläuft der Nachweis positiv.
Beschreibe die Durchführung der Fehling-Probe und erkläre die unterschiedlichen Ergebnisse.

Durch Fermentation erzeugen Bienen aus dem Nektar von Sommerblumen Honig. Dieser enthält auch organische Säuren und hat daher einen -Wert von ca. Verkauft wird Honig u. a. in Behältern aus Weißblech. Dieses Material besteht aus einem Stahlblech (vereinfacht als Eisen zu betrachten), das mit einer dünnen Deckschicht aus Zinn überzogen ist. Beim Entnehmen von Honig aus dem Behälter kann diese Zinnschicht beschädigt werden (Abb. 3).

Abb. 3: schematische Darstellung von Weißblech mit beschädigter Zinn-Schicht

Beurteile die Beschichtung des Stahlblechs mit einer Zinnschicht als Schutzmaßnahme gegen Korrosion unter Einbezug von Abbildung 3.

Quelle:
¹ Wikipedia-Autoren (2021). Distelöl.
https://de.wikipedia.org/wiki/Distel%C3%B6l, aufgerufen am 28.10.2024.

Strukturformelgleichung der Verseifung

Hinweis: Zur Erreichung der vollen Punktzahl sind beliebige Fettsäuren (samt deren Kombinationen) aus der aufgeführten Tabelle zur Wahl für die Reaktionsgleichung zulässig.

Wieso Kernseife auf Distelöl-Basis flüssig ist
Fette bestehen aus Glycerin, das mit drei Fettsäuren verestert ist. Bei gesättigten Fetten enthalten die Fettsäurereste nur Einfachbindungen, die Ketten sind gerade und können sich dicht anordnen. Dadurch wirken relativ gesehen starke Van-der-Waals-Kräfte und das Fett hat eine hohe Schmelztemperatur.
Bei ungesättigten Fetten enthalten die Fettsäuren eine oder mehrere Doppelbindungen, die die Ketten knicken lassen. Die Moleküle können sich nicht dicht packen, die Van-der-Waals-Kräfte sind schwächer und das Fett hat eine geringere Schmelztemperatur.
Nach der Verseifung trennen sich die Fettsäurereste von dem Glycerin-Grundgerüst, interagieren aber weiterhin über die zwischenmolekularen Van-der-Waals-Kräfte, die den schlussendlichen Aggregatzustand der Seife bestimmen.
Distelöl enthält mit einem Anteil von Linolsäure und Ölsäure, also zu insgesamt ungesättigte Fettsäurereste. Die Kernseife auf Distelöl-Basis besteht somit aus vielen ungesättigten Fettsäuren, wodurch die Schmelztemperatur im Vergleich zu gesättigteren Kernseifen tiefer liegt; tief genug, dass sie bei Raumtemperatur flüssig ist.

Gesättigte Fettsäurereste

Ungesättigte Fettsäurereste

Synthese des Chrysoidins
Schritt 1: Diazotierung

Ablaufende Redoxreaktion bei Bleichung
Reduktion

Durchführung der Fehling-Probe
Zur Durchführung der Fehling-Probe werden gleiche Volumina der beiden Lösungen Fehling A (Kupfersulfatlösung) und Fehling B (alkalische Tartratlösung) gemischt, wodurch sich eine tiefblaue Komplexlösung bildet. Gibt man zu dieser Lösung entweder Fructose oder Inulin und erhitzt das Reagenzglas im Wasserbad, zeigen sich unterschiedliche Reaktionen: Mit Fructose fällt nach kurzer Zeit ein ziegelroter Niederschlag von Kupfer(I)-oxid aus (Nachweis positiv), während die Lösung mit Inulin blau bleibt und keine sichtbare Veränderung auftritt (Nachweis negativ).

Erklärung der Versuchsergebnisse
Fructose liegt, wie andere Monosaccharide, in einem Gleichgewicht zwischen Ringform und offener Kettenform vor. In der offenen Form besitzt die Fructose eine Ketogruppe, die im alkalischen Milieu der Fehling-Probe leicht im Zuge der Keto-Enol-Tautomerie (genauer einer Lobry-de-Bruyn-van-Ekenstein-Umlagerung) umgelagert werden kann und dann als eine Aldehydgruppe reagiert. Im Zuge dieser Umlagerung können aus Fructose Glucose und Mannose entstehen. Dadurch ist Fructose in der Lage, die Kupfer(II)-Ionen der Fehling-Lösung zu reduzieren, wobei rotes Kupfer(I)-oxid ausfällt.
Inulin besteht dagegen aus vielen glykosidisch verknüpften Fructose-Einheiten und einer ebenfalls glykosidisch gebundenen endständigen Glucose-Einheit. Da alle anomeren C-Atome in Acetalbindungen involviert sind, verhindert dies eine Freisetzung der Ketogruppe durch Ringöffnung bzw. die grundsätzliche tautomere Umlagerung zu einer Aldehydgruppe, sodass keine Reduktion möglich ist. Ohne vorherige Hydrolyse verläuft die Fehling-Probe mit Inulin negativ, die Lösung bleibt blau.

Beurteilung der Beschichtung als Korrosionsschutz
Honig besitzt aufgrund seines Gehalts an organischen Säuren einen -Wert von etwa und stellt damit ein saures Elektrolytmedium dar. Weißblech besteht aus Stahlblech, das mit einer dünnen Schicht Zinn überzogen ist. Solange diese Schicht intakt ist, wirkt sie als Barriere und verhindert den Kontakt des Eisens mit dem Elektrolyten, sodass keine Korrosion stattfindet. Wird die Zinnschicht jedoch beschädigt, entsteht zwischen dem edleren Zinn und dem unedleren Eisen ein Lokalelement; in der elektrochemischen Spannungsreihe weist Zinn ein größeres (positiveres) Standardpotenzial als Eisen auf, weswegen es edler als Eisen ist.
Dadurch wird Eisen zur Anode und löst sich bevorzugt auf, während das Zinn kathodisch geschützt bleibt. Im sauren Milieu können die bei der Eisenauflösung freigesetzten Elektronen leicht durch die Reduktion von Protonen des leicht sauren Honigs verbraucht werden, sodass die Korrosion des Stahls besonders stark beschleunigt wird. Die Folge ist eine lokale Auflösung des Eisens unterhalb der Zinnschicht, die zu Unterwanderung und Lochkorrosion führt. Insgesamt schützt die Zinnschicht also nur solange, wie sie unversehrt ist. Wird sie beschädigt, verstärkt die edlere Lage des Zinns in der Spannungsreihe sogar die Korrosionsgefahr für das Eisen.