Rekorde in der Organischen ChemieVortrag von Maritta Merkhofer, Anna Rädlein und Franz Hildebrand im Rahmen der "Übungen im Vortragen mit Demonstrationen - Organische Chemie", SS 04, SS 07 und SS 09 Gliederung:
1 Die stärksten Gifte1.1 Stärkstes synthetisches GiftDas toxischste künstliche Gift ist 2,3,7,8-Tetrachlordibenzodioxin (TCDD):
Der LD50-Wert für die orale Aufnahme bei Ratten beträgt 22 mikrog·kg-1. Es verursacht beim Menschen Chlorakne (= eine chronische Hautkrankheit mit Akne-artiger Manifestation, Symptome: Hautausschlag mit Lichtempfindlichkeit) und hat im Tierversuch zu Krebs geführt. Auch beim Menschen wird vermutet, dass Dioxine Krebs auslösen können. Es ist sehr stabil und entsteht immer bei der Verbrennung von organischem Material mit Chlor. Dioxine entstehen beim Erhitzen von chlorierten Benzolen, Biphenylen oder Diphenylether auf mehr als 180° in alkalischen Mittel, sowie beim Bleichen von Zellstoff-Rohstoffen mit Chlor und Natronlauge im Zuge der Papierherstellung, bei der Herstellung von Metallen, z.B. Stahl, Magnesium, Nickel und bei dem Aluminium-Recycling und bei der Müllverbrennung (Rauchgase aus der Müllverbrennung enthalten Dioxine). Öffentlich bekannt wurde das TCDD nach einem folgenschweren Unfall im italienischen Seveso am 10. Juli 1976. Aus einem Reaktor der Firma ICMESA wurde bei der Herstellung von Trichlorphenol durch Überhitzung TCDD freigesetzt. Das Trichlorphenol ist Ausgangsprodukt für Hexachlorophen (Verw.: zur Desinfektion, als Antimykotikum) und 1,2,4,5, Tetrachlorbenzol (Verwendung als Pflanzenschutzmittel, in Deutschland verboten).
1.2 Stärkstes natürliches GiftDas stärkste natürliche Gift ist das Botulinum Toxin. Dies ist ein hochmolekulares Protein aus Bakterien. LD50 - Wert ( Maus): 0,0003-0,00003. Es ist 100 000 mal giftiger als das TCDD. Das stärkste Schimmelpilzgift ist das Aflatoxin B1 ( B steht für die blaue Fluoreszenz im UV-Licht), welches in der Schimmelpilzart Aspergillus flavus gebildet wird. Bei dem Mycotoxin Aflatoxin B1 handelt es sich um ein toxisches Stoffwechselprodukt.
Es hat einen LD50-Wert bei der oralen Aufnahme von Ratten von 7200mikrog·kg-1. Die Giftigkeit hängt von den individuellen Voraussetzungen des einzelnen Organismus ab, jedoch wird stets die Leber angegriffen. Es verursacht Leberkrebs, diese Wirkung wird durch eine Verknüpfung mit der DNA des Zellkerns und eine dadurch bedingte Hemmung der RNA-Polymerase erklärt, außerdem hemmt es das Immunsystem. Es hat auch eine akut toxische Wirkung. 2 Die stärksten Säuren2.1 Stärkste synthetische SäureStärkste organische Säure ist das Pentacyanocyclopentadien. Die Stärke der Säure lässt sich durch die Stabilität des durch Deprotonierung entstehenden Carbanions und durch die elektronenziehende Kraft der Cyanogruppe erklären. Eine Cyanogruppe stabilisiert eine negative Ladung am Kohlenwasserstoff. Je mehr Cyanogruppen an einem Molekül (hochsubstituiertes Derivat), desto stärker ist die Säure. Es hat einen pKa-Wert kleiner als minus 11.
2.2 Acidester NaturstoffDer acideste Naturstoff, die Semiquadratsäure (Moniliformin), kommt in der Schimmelpilzart Fusarium moniliforme vor. Sie liegt dort als Natrium-Salz vor und besitzt einen pka-Wert von 0,88. Die Semiquadratsäure ist mesomeriestabilisiert. Sie wird von dem häufig in Maisfutter vorkommenden Fusarium moniliforme in sehr hohen Konzentrationen von bis zu 33g/kg Mais gebildet.
Abb. 9: Biosynthese von Moniliformin Die Biosynthese von der Semiquadratsäure aus Acetat verläuft wahrscheinlich über das Malonyl-Coenzym A und 1,3-Butandion. Durch Oxidation an den reaktiven Methylengruppen würde eine durch die Tautomeren zu beschreibenden Zwischenstufe gebildet, deren Dehydratisierung zu der Semiquadratsäure führt. 3 Bereich "Schmecken" - die schärfste VerbindungDie schärfste Verbindung ist das Capsaicin, der würzige Inhaltsstoff des Paprika, des Cayenne-Pfeffers und der Chillischote. Es wurde bereits1876 isoliert. Das Capsaicin schützt die, für die Fortpflanzung lebenswichtigen Schoten, vor Fraßfeinden. Capsaicin:
Capsaicin ist farblos und - bis eben auf die Schärfe - geschmacklos. Es ist außerdem ziemlich beständig, es wird weder durch das Erhitzen beim Kochen noch durch Einfrieren zerstört. Isoliert präsentiert es sich als weißes Pulver, das in Alkohol und Fett, nicht aber in Wasser löslich ist.
Die Pfeile deuten an, wo die Schärfe-Substanz sitzt. Sie wird in der Plazenta -Wand sowie in den Scheidewänden produziert; daher sind vor allem die diversen Innenwände wesentlich capsaicinhaltiger ( und somit erheblich schärfer) als das Fruchtfleisch selbst. Samenkörner enthalten weder viel Aroma noch Schärfe. Jede Chili-Schote lässt sich daher „entschärfen", indem man vor der weiteren Verarbeitung ihr Innenleben entfernt; die Aromastoffe befinden sich ohnehin im Fruchtfleisch. Das „Brennen" beim Kontakt mit Capsaicin ist sozusagen eine „Thermische Täuschung": Es kommt durch Einwirkung auf jene Nervenenden zustande, die normalerweise den Wärmereiz aufnehmen. Da Capsaicin - im Gegensatz zu den scharfen Verbindungen von schwarzem Pfeffer und Ingwer – zu einer relativ langen Desensibilisierung dieser Nerven (nicht der Geschmacksnerven!) führt, vertragen regelmäßige Chili-Pepper-Konsumenten schärfere Speisen als ungewohnte. Der Capsaicin-Gehalt der verschiedenen Pepper-Sorten ist sehr unterschiedlich, und damit ihre Schärfe. Die Paprika wurde speziell so gezüchtet, dass sie kein Capsaicin enthält. Wer die nach anfänglichem Schmerz eintretende betäubende Wirkung eines Tropfens Tabasco auf der Zunge noch in tränentreibender Erinnerung hat, ist über die Bestrebung, Capsaicin als lokales schmerzstillendes Mittel einzusetzen, nicht sonderlich überrascht. Capsaicin wurde schon bei Ankunft der Europäer als Schmerzmittel verwendet. Abgesehen von der einfach Durchblutung fördernden Wirkung wirkt Capsaicin direkt auf die Nervenzellen. Nervenzellen stoßen nach Einwirkung von Capsaicin Neurotransmitter aus. Wiederholtes Auftragen von Capsaicin erschöpft den Vorrat der Zellen an Neurotransmitter und der Schmerz lässt nach. Capsaicin wird als alkoholische Lösung gegen Frostbeulen, Gliederreißen und Rheuma verwendet. Außerdem erhöht Capsaicin die Stoffwechselrate und regt den Kreislauf an. 4 Bereich "Sehen"4.1 Der älteste FarbstoffDer vielleicht älteste Farbstoff kam schon rasch nach der Entdeckung des Feuers zum Einsatz: Ruß wird seit ca. 20 000 v. Chr. als färbendes Medium verwendet. Beispiele: schwarze Druckfarbe auf Zeitungen, Höhlenmalerei4.2 Der Farbstoff, der auch schmecktSafran ist heutzutage das teuerste gebräuchliche Gewürz (4-14 Euro pro Gramm).Die Safran-Pflanze heißt Crocus sativus. Jede Blüte enthält einen sich in drei Narben verzweigenden Griffel. Nur diese süß-aromatisch duftenden Stempelfäden werden getrocknet als Gewürz verwendet. Um ein Kilogramm von ihnen zu gewinnen, benötigt man etwa 80.000 bis 150.000 Blüten aus einer Anbaufläche von ca. 1000 Quadratmetern; die Ernte ist reine Handarbeit. Deshalb zählt Safran zu den teuersten Gewürzen. Im Handel zahlt man zwischen 4 und 14 € pro Gramm.
Safran schmeckt bitter-scharf, was bei normaler Dosierung – anders als der typische Duft – nicht zum Tragen kommt, und enthält Carotinoide, vor allem Crocin, die dafür verantwortlich sind, dass mit Safran gewürzte Gerichte sich intensiv goldgelb färben („Safran macht den Kuchen gel...“ (veraltet für gelb)).
Weiter enthält er den Bitterstoff Safranbitter (Picrocrocin), aus dem sich beim Trocknen teilweise der für das Safranaroma verantwortliche Aldehyd Safranal bildet.
Safran muss vor Licht und Feuchtigkeit geschützt in fest schließenden Metall- oder Glasgefäßen aufbewahrt werden, da das Gewürz am Licht schnell ausbleicht und sich das ätherische Öl relativ leicht verflüchtigt. Trotz des hohen Preises wurde Safran auch in der Textilfärberei als Farbmittel eingesetzt. Auf molekularer Ebene ist die gelbe Farbe auf das Polyengerüst des Crocin zurückzuführen. Früher wurde es auch eingesetzt um Goldschriften zu imitieren oder um Zinn oder Silber wie Gold erscheinen lassen. Aufgrund mangelnder Lichtechtheit, dem raschen Auswaschen und dem hohen Preis wird Safran heute nicht mehr als Faserfarbstoff verwendet. Bei Dosierungen ab etwa 5 Gramm wirkt Safran toxisch, noch höhere Mengen können zum Tod führen. Die letale Dosis liegt bei ca. 20 Gramm. 5 Bereich "Riechen"- Stoffe von WeinViele Menschen sind Weinliebhaber und -kenner... Nicht ohne Grund, denn einige der selbst in niedrigsten Konzentrationen noch wahrnehmbaren Verbindungen kann man im Wein finden. Die Verbindung 2,4,6-Trichloranisol sollte jedoch nicht vorkommen.
2,4,6-Trichloranisol ist die Substanz, die schlechten Weinen den typischen Korkgeruch verleiht. Sie bildet farblose Kristallnadeln und ist in Wasser sehr schwer löslich. Außerdem ist es geschmacklich selbst in geringsten Konzentrationen feststellbar, die Wahrnehmbarkeit (sensorische Grenze) liegt individuell verschieden zwischen etwa 5 und 15 ng/l. Die Geruchsschwelle in der Raumluft wird mit 2 ng·m-3 angegeben. Man vermutet, dass Verbindungen wie Trichloranisol mikrobiell durch den biologischen Abbau von chlorphenolhaltigen Fungiziden direkt im Korken erzeugt werden oder dass chlorhaltige Insektizide, die bei der Behandlung des Holzes in Weinkellern verwendet werden, durch den Korken den Wein kontaminieren können. Chlorphenolderivate wurden oft als Holzschutzmittel und Herbizide/Insektizide angewandt, so auch in Korkeichenwäldern. Die Chlorphenole werden von einigen Pilzen auf Korken oder in Weinfässern in 2,4,6-Trichloranisol umgewandelt. Trichloranisol findet man auch in Rosinen, essentiellen Ölen, Trinkwasser, Mineralwasser in Flaschen und Bier vorkommen. Ein anderer Inhaltsstoff des Weins dagegen ist ein gern gerochener Gast in Weiß – und Rotweinen – das sogenannte Weinlacton. Lactone sind ringförmige Ester. Sie entstehen, wenn eine Hydroxy- und Carboxygruppe desselben Moleküls miteinander reagieren.
Es verleiht den Weinen ein kokosnussartiges, süßes und leicht holziges Bukett und ist durch seinen niedrigen Geruchsschwellenwert Weltrekordhalter. Es kann bei einer Konzentration von lediglich 10-14 g/l Luft gerochen werden. 6 Literatur:
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