Chemie für Biologen Praktikum und Theorie
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Stuttgart [u.a.]
Teubner
1999
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Schriftenreihe: | Teubner Studienbücher : Chemie
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adam_text | Titel: Chemie für Biologen
Autor: Follmann, Hartmut
Jahr: 1999
Inhaltsverzeichnis
Wozu Chemie für Biologen ? 5
1 Allgemeine Chemie 15
1.1 Arbeiten im Chemischen Laboratorium 15
Sicherheitsvorschriften 15
Entsorgung 18
Laboratoriumspraxis 18
Versuche:
1.1.1 Bunsenbrenner 20
1.1.2 Glasbearbeitung 21
1.2 Stoffe, Lösungen und Mischungen 23
Definition der Stoffinenge und Konzentration 23
Ursache chemischer Reaktionen und Zustandsänderungen 25
Intermolekulare Kräfte 27
Lösungen und Mischungen 30
Löslichkeitsprodukt 34
Verteilungsgleichgewichte 37
Versuche:
1.2.1 Lösen von Salzen unter Wärmeumsatz 31
1.2.2 Umkristallisieren von Kaliumperchlorat 31
1.2.3 Löslichkeit von polaren und unpolaren Substanzen 32
1.2.4 Biomoleküle in Lösung 33
1.2.5 Verschiebimg der Löslichkeit durch gleichionigen Zusatz 36
1.2.6 Kalkgleichgewicht 36
1.2.7 Diffusion und Dialyse 37
1.2.8 Verteilung von Iod zwischen zwei Phasen 38
1.3 Säuren, Basen und Puffer 41
Das Massenwirkungsgesetz 41
Protonenübertragungen 42
Starke und schwache Säuren und Basen 44
Pufferlösungen 46
Säure-Base-Titrationen, Titrationskurven 47
Versuche:
1.3.1 Herstellung und Titration von 1 N NaOH und 1 N Essigsäure 49
1.3.2 Titrationskurve 51
1.3.3 Herstellen von Puffern 51
1.3.4 Abhängigkeit einer Enzymreaktion vom pH-Wert 53
10 Inhaltsverzeichnis
1.4 Redoxreaktionen 55
Oxidationszahlen 56
Aufstellen von Redoxgleichungen 57
Galvanische Elemente und Elektrolyse 58
Spannungsreihe, Standard-Reduktionspotentiale 61
Nernstsche Gleichung 64
Versuche:
1.4.1 Spannungsreihe der Metalle 62
1.4.2 Lokalelement 63
1.4.3 pH-Abhängigkeit des Redoxpotentials 66
1.4.4 Wasserstoflperoxid als redoxamphoteres System 66
1.4.5 Redoxreaktionen in der Maßanalyse: Iodometrie 67
2 Anorganische Chemie 71
Periodensystem der Elemente 70
Biologisches Vorkommen der Elemente 73
2.1 Nichtmetalle 75
Halogene 75
Schwefel 79
Stickstoff 81
Phosphor 84
Kohlenstoff 85
Versuche
2.1.1 Halogenfreisetzung aus Halogeniden 76
2.1.2 Hypochlorit-Bildung durch Disproportionierung 77
2.1.3 Silberhalogenidfällungen 77
2.1.4 Nachweis von Fluorid 78
2.1.5 Analytik der Halogenide nebeneinander 79
2.1.6 Schwefelverbindungen 80
2.1.7 Eigenschanen von Ammoniumsalzen 81
2.1.8 Reaktionen von Nitrat und Nitrit 82
2.1.9 Phosphatnachweis 84
2.1.10 Carbonat und Hydrogencarbonat 85
2.2 Metalle der Hauptgruppen
Alkalimetalle 87
Erdalkalimetalle 91
Aluminium 93
Blei 96
Inhaltsverzeichnis 11
Versuche:
2.2.1 Metallisches Natrium und Magnesium 88
2.2.2 Flammenfärbung der Alkali- und Erdalkalimetalle 89
2.2.2 Schwerlösliche Kaliumsalze 90
2.2.4 Schwerlösliche Verbindungen der Erdalkalimetalle 91
2.2.5 Kalk und Gips 92
2.2.6 Löslichkeitsverhalten von Aluminiumverbindungen 94
2.2.7 Aluminium-Nachweis 95
2.2.8 Alaunbildung 96
2.2.9 Fällung von Bleisulfid und Bleifarben 97
2.2.10 Redoxreaktionen von Blei - Prinzip des Bleiakkumulators 98
2.3 Übergangsmetalle und Komplexverbindungen 100
Komplex- oder Koordinationsverbindungen 100
Geometrie und Isomerie von Komplexen 103
Stabilität von Komplexen 109
Chemische Bindung in Komplexen 111
Farbigkeit von Komplexen 114
Chelatkomplexe 114
Weitere Eigenschaften von Übergangsmetallen 118
Versuche:
2.3.1 Komplexe und Reaktionen des Kupfers 104
2.3.2 Komplexe des Eisens 106
2.3.3 Cobaltkomplexe als Feuchtigkeitsindikator 107
2.3.4 Herstellung von Chloropentammincobalt(III)chlorid 108
2.3.5 Acetylaceton als Chelatligand 115
2.3.6 Chlorophyll als Magnesium-Komplex 116
2.3.7 Löslichkeit und Reaktionen von Mangan, Eisen und Zink 119
2.3.8 Reaktionen und Komplexe des Silbers 121
3 Organische Chemie 125
Kohlenstoffgerüste und funktionelle Gruppen 126
Namen organischer Verbindungen 128
Bindungsarten und räumliche Struktur 130
Stereoisomerie in organischen Molekülen 133
Übungsaufgaben 138
3.1 Methoden der Organischen Chemie 141
Destillieren 142
Verhalten von Stoffgemischen 143
Praxis des Destillierens 145
Extrahieren 149
Umkristallisieren 150
12 Inhaltsverzeichnis
Versuche:
3.1.1 Destillation von Wein, Bestimmung des Ethanolgehaltes 146
3.1.2 Trocknung und Destillation von Methanol 147
3.1.3 Isolierung von (+)-Limonen aus Apfelsinenschalen 148
3.1.4 Extraktion von Trimyristin aus Muskatnuß 149
3.1.5 Reinigung gefärbter Benzoesäure durch Umkristallisieren 151
3.2 Reaktionskinetik und Katalyse 153
Reaktionskinetik 153
Katalyse 158
Versuche:
3.2.1 Kinetik der alkalischen Esterhydrolyse 155
3.2.2 Säurekatalyse der Esterbildung 159
3.2.3 Stärkeverzuckerung 160
3.2.4 Wasserstoffperoxid-Zersetzung 161
3.2.5 Vergiftung und Reaktivierung eines Enzyms 161
3.3 Reaktionen gesättigter und ungesättigter Verbindungen 164
Substitutionsreaktionen 165
Eliminierung 170
Additionsreaktionen 171
Radikalische Prozesse 173
Versuche:
3.3.1 SN1-Reaktionen. tert-Butyichlorid 166
3.3.2 SN1-Reaktionen. Tri-p-tolylmethanol 167
3.3.3 SN2-Bromid-Alkohol-Austauschreaktionen 168
3.3.4 Alkylierung von Ammoniak und Aminen 169
3.3.5 Cyclohexen durch Dehydratisierung von Cyclohexanol 170
3.3.6 Additionen an Cyclohexen 172
3.3.7 Radikalische Polymerisation von Styrol 173
3.4 Ketone und Aldehyde 176
Derivate und Identifizierung von Aldehyden und Ketonen 177
Kondensationsreaktionen 180
Redoxreaktionen 184
Versuche:
3.4.1 Dintrophenylhydrazone und Semkarbazone 178
3.4.2 Azomethin- (Schiff-Basen-) und Oximbildung 179
3.4.3 Bisulfitaddukt-Bildung 180
3.4.4 Sorbinsäure aus Crotonaldehyd und Malonsäure 181
3.4.5 Darstellung von Acetessigsäureethylester 182
3.4.6 Zimtsäure-Synthesen 182
3.4.7 Dehydrierung und Hydrierung 185
3.4.8 Redoxdisproportionierung durch Cannizzaro-Reaktion 186
3.4.9 Chinon und Hydrochinon 187
Inhaltsverzeichnis________________________________________________13_
3.5 Aromatische Verbindungen 190
Elektrophile Substitution 192
Gesundheitsgefährdende aromatische Substanzen 192
Versuche:
3.5.1 Bromierung und Nitrierung von Toluol 194
3.5.2 Friedel-Crafts-Acylierung von Anisol 195
3.5.3 Darstellung von Tri-p-tolylchlormethan 196
3.5.4 Pyridin/Dihydropyridin - Ein Coenzymmodell 197
3.6 Organische Säuren und Basen 200
Natürlich vorkommende organische Säuren und Basen 200
Acidität 201
Keto-Enol-Tautomerie 205
Reaktionen der Carbonsäuren: Ester, Anhydride, Decarboxylierung 206
Basizität organischer Verbindungen 213
Versuche:
3.6.1 Löslichkeit organischer Säuren und Basen 202
3.6.2 Säurestärke organischer Verbindungen 203
3.6.3 Bestimmung der Dissoziationskonstanten von p-Nitrophenol 204
3.6.4 Enol- und Komplexbildung bei 1,3-Diketonen 206
3.6.5 Säurechloride und Säureanhydride 206
3.6.6 Darstellung von Estern 207
3.6.7 Fettverseifung 210
3.6.8 Decarboxylierung und oxidative Decarboxylierung 212
3.6.9 Unterscheidung von Aminen als Benzamide 214
3.7 Synthetische und natürliche Farbstoffe 217
Wechselwirkung von Licht mit Molekülen 218
Farbe und Molekülstruktur 220
Lichtabsorption und Spektren als Informationsquelle 222
Versuche:
3.7.1 Synthese eines Trimethincyanins 224
3.7.2 Azofarbstoffe - Synthese des Indikators Methylorange 225
3.7.3 Herstellung von Indigo - Farben von Baumwolle 227
3.7.4 Methylenblau und Leukomethylenblau 229
3.7.5 Isolierung des Polyenfarbstoffs Lycopin aus Tomaten 229
3.7.6 Anthocyane aus Blüten und Früchten 230
3.7.7 Chemilumineszens von Chlorophyll 233
3.7.8 Chromatographie von Lebensmittel-und anderen Farbstoffen 234
3.8 Aminosäuren und Proteine 239
Aminosäuren 240
Isoelektrischer Punkt 241
Peptide und Proteine 244
14 Inhaltsverzeichnis
Versuche:
3.8.1 Nachweis von Aminosäuren mit Ninhydrin 240
3.8.2 Titration von Glycin 242
3.8.3 Darstellung von Hippursäure 243
3.8.4 Analyse eines Proteinhydrolysats 245
3.8.S Proteinbestimmung 247
3.8.6 Isoelektrischer Punkt. Löslichkeit von Casein 248
3.8.7 Isolierung von L-Tyrosin aus biologischem Material 250
4 Quantitative Analyse - Chemie in Alltag und Umwelt 253
4.1 Methoden der quantitativen Analyse 253
Gravimetrie und Volumetrie 254
Komplexometrie 254
Ionenaustausch 257
Kolorimetrie, Photometrie 259
Versuche:
4.1.1 Komplexometrische Magnesiumbestimmung 256
4.1.2 Bestimmung des Calciumcarbonatgehaltes von Zahnpasta 256
4.1.3 Konzentrieren einer verdünnten Kupferlösung 258
4.1.4 Bestimmung von NaCl und CaCl2 durch Ionenaustausch 259
4.1.5 Gültigkeit des Lambert-Beerschen Gesetzes 262
4.1.6 Eisenbestimmung mit Phenanthrolin 262
Übungsaufgaben zur Quantitativen Analyse 263
4.2 Chemische Stoffe in Alltag und Umwelt 265
Versuche:
4.2.1 Bleibestimmung in Bodenproben 265
4.2.2 Nitratbestimmung in Wasser 266
4.2.3 Wasserhärte und Enthärtung 268
4.2.4 Phosphat überall. Phosphatbestimmung 270
4.2.5 Ameisensäure als Konservierungsstoff 271
4.2.6 Phenole im Wasser 272
4.2.7 Anionische Tenside im Wasser 275
4.2.8 Chemischer Sauerstoffbedarf 277
5 Anhang 279
Physikalische Konstanten 279
Stoffeigenschaften 280
CIP-Regeln zur Konfigurationsbestimmung 284
Literaturhinweise 285
Sachverzeichnis 287
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