Neue experimentelle Designs zum Thema Naturstoffe im Chemieunterricht: Chemie mit Pilzen DISS,RTATI.N 0ur ,rlangung des akademischen Grades doctor rerum naturalium 1Dr. rer. nat.2 vorgelegt dem Rat der Chemisch -Geowissenschaftlichen Fakultt der Friedrich-Schiller-Universitt Jena von Jan-Markus Teuscher ge oren am 11.08.1972 in (arl-Mar)-Stadt Gutachter: 1: Prof. Dr. Volker Woest, Arbeitsgruppe Chemiedidaktik 2: Dr. Dieter Weiß, Institut für Organische und Makromolekulare Chemie Tag der öffentlichen Verteidigung: 25.05.2011 Inhaltsverzeichnis S e i t e 3 Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis ............................................................................................................. 5 Tabellenverzeichnis .................................................................................................................. 5 1 Einleitung und Zielsetzung ................................................................................................. 7 2 Biologische Grundlage ....................................................................................................... 9 2.1 Betrachtung der Pilze im Wandel der Zeit .................................................................. 9 2.1.1 Vorgeschichtliche Zeit ......................................................................................... 9 2.1.2 Europäisches Altertum – Anfänge der Naturwissenschaft ................................... 9 2.1.3 Mittelalterliche Scholastik .................................................................................. 11 2.1.4 Kräuterbücher der Renaissance .......................................................................... 11 2.1.5 Anfänge der Mikroskopie ................................................................................... 12 2.1.6 Systematik, Morphologie, Entdeckung der pflanzlichen Sexualität .................. 13 2.1.7 Beginn der modernen biologischen Nomenklatur .............................................. 14 2.1.8 Tafelwerke des 18. Jahrhunderts ........................................................................ 14 2.1.9 Begründung der Mykologie ............................................................................... 15 2.1.10 Romantische Naturphilosophie .......................................................................... 15 2.1.11 Zunehmende Spezialisierung ............................................................................. 16 2.1.12 Entwicklungsbiologie, Entdeckung der Symbiose ............................................. 17 2.1.13 Jüngste Vergangenheit und Gegenwart .............................................................. 18 2.2 Einordnung und Definition der Pilze ......................................................................... 18 2.3 Morphologie .............................................................................................................. 19 2.4 Fortpflanzung und Verbreitung ................................................................................. 20 2.5 Ernährung .................................................................................................................. 21 2.6 Systematik ................................................................................................................. 22 3 Chemie der Pilze .............................................................................................................. 27 3.1 Erste chemische Pilzanalysen .................................................................................... 27 3.2 Inhaltsstoffe der Pilze ................................................................................................ 33 3.2.1 Mineralstoffe ...................................................................................................... 34 3.2.2 Kohlenhydrate und deren Derivate .................................................................... 35 3.2.3 Proteine, Aminosäuren und andere Stickstoffverbindungen .............................. 37 3.2.4 Lipide, Fette, Fettsäuren ..................................................................................... 39 3.2.5 Giftstoffe ............................................................................................................ 42 3.2.6 Aromastoffe ........................................................................................................ 52 3.2.7 Farbstoffe ........................................................................................................... 53 3.3 Abbau von Biopolymeren durch Pilze....................................................................... 63 4 Pilze im Unterricht ........................................................................................................... 67 4.1 Pilze im Biologieunterricht ........................................................................................ 67 4.1.1 Behandlung der Pilze im Lehrplan Biologie ...................................................... 67 4.1.2 Weiterführende Ansätze zur Behandlung der Pilze im Biologieunterricht ........ 69 4.2 Pilze im Chemieunterricht ......................................................................................... 72 4.2.1 Behandlung der Pilze im Lehrplan Chemie ....................................................... 72 4.2.2 Ansätze zur Behandlung der Pilze im Chemieunterricht ................................... 72 5 Schulexperimente mit Pilzen ............................................................................................ 81 5.1 Nachweis von allgemeinen Grund- und Nährstoffen in Pilzen ................................. 85 5.1.1 Stärkenachweis ................................................................................................... 85 5.1.2 Cellulosenachweis .............................................................................................. 85 5.1.3 Glucosenachweis ................................................................................................ 86 5.1.4 Proteinnachweis ................................................................................................. 87 5.1.5 Nachweis der Aminosäuren durch Dünnschichtchromatographie ..................... 88 5.1.6 Fettextraktion ..................................................................................................... 90 S e i t e 4 Inhaltsverzeichnis 5.1.7 Nachweis ungesättigter Fettsäuren in Pilzfett .................................................... 91 5.1.8 Nachweis von Vitamin C ................................................................................... 92 5.1.9 Wassernachweis ................................................................................................. 92 5.1.10 Bestimmung des Wasser- beziehungsweise Trockensubstanzgehaltes .............. 93 5.1.11 Bestimmung des Aschegehaltes ......................................................................... 94 5.1.12 Nachweis von Mineralstoffen mittels Flammprobe ........................................... 95 5.2 Farbreaktionen ........................................................................................................... 96 5.2.1 Nachweis von Anthrachinonen in Hautköpfen .................................................. 98 5.2.2 Nachweis von Polyporsäure im Zimtfarbenen Weichporling ............................ 99 5.2.3 Darstellung von Terphenylchinonen .................................................................. 99 5.2.4 Nachweis von Fomentariol im Zunderschwamm ............................................. 100 5.2.5 Blauende Röhrlinge – Pulvinsäure-Derivate .................................................... 101 5.2.6 Malen mit Pilzen .............................................................................................. 102 5.2.7 Wielandscher Zeitungstest ............................................................................... 103 5.3 Tintlingstinte ............................................................................................................ 104 5.4 Porlingspapier .......................................................................................................... 105 5.5 Färben mit Pilzen ..................................................................................................... 108 5.5.1 Begriffsklärungen ............................................................................................. 108 5.5.2 Wie hält der Farbstoff auf der Faser? ............................................................... 109 5.5.3 Beizen der Wolle .............................................................................................. 110 5.5.4 Der Färbeprozess .............................................................................................. 112 5.5.5 Färbepilze ......................................................................................................... 113 5.5.6 Zur Giftigkeit von Färbepilzen ......................................................................... 117 5.5.7 Pilotstudie zum Färben mit Pilzen ................................................................... 117 5.6 Zunder aus Zunderschwamm................................................................................... 120 5.6.1 Der Zunderschwamm ....................................................................................... 122 5.6.2 Zunderherstellung ............................................................................................. 122 5.6.3 Feuermachen mit Stahl, Stein und Zunder ....................................................... 123 5.6.4 Chemisch-Physikalischer Hintergrund