Acetaldehyd

Merkmale von Acetaldehyd

Wie der Name schon sagt, stammt diese Verbindung aus einer Gruppe von organischen Stoffen – den Aldehyden. Sie zeichnen sich durch das Vorhandensein einer Aldehydgruppe -CHO in ihrer Struktur aus. In der Praxis handelt es sich bei Acetaldehyd um eine relativ kleine chemische Verbindung, die nur zwei Kohlenstoffatome enthält, von denen eines Teil der funktionellen Gruppe ist.

Die -CHO-Aldehydgruppe ist einwertig, wobei ein Sauerstoffatom direkt über eine Doppelbindung und ein Wasserstoffatom über eine Einfachbindung an das Kohlenstoffatom gebunden ist. Das Vorhandensein einer solchen stark polaren Gruppe, bei der die Ladungen auf zwei Atome verteilt sind – eine negative Ladung am Sauerstoffatom und eine positive Ladung am Kohlenstoffatom – macht Acetaldehyd im Modell der nukleophilen Additionsreaktion sehr reaktiv.

Die Struktur des Acetaldehyds ähnelt der des Ethanolmoleküls, und der Aldehyd selbst ist sowohl an der Alkoholproduktion als auch an den Stoffwechselprozessen beteiligt. Ethanal, das in Tabak und Alkohol enthalten ist, gehört zu den häufigsten Karzinogenen und seine Toxizität ist höher als die von Ethanol allein. Die Erforschung seiner Auswirkungen, insbesondere seiner neurotoxischen Wirkungen, ist noch nicht abgeschlossen.

Physikalisch-chemische Eigenschaften von Acetaldehyd

Acetaldehyd liegt meist als farblose Flüssigkeit vor, die sowohl in Wasser als auch in typischen organischen Lösungsmitteln wie Ethanol löslich ist. In Wasser löst es sich in jedem Verhältnis sehr gut und unbegrenzt auf. Der Verteilungskoeffizient n-Octanol/Wasser beträgt für Acetaldehyd 0,63. Es ist eine leicht flüchtige Flüssigkeit und kann daher bei Raumtemperatur ein farbloses Gas sein, das sich durch seine Entflammbarkeit und geringe Stabilität an der Luft auszeichnet. In jeder Form hat diese Flüssigkeit ein starkes, ausgeprägtes, fruchtiges Aroma nach grünem Apfel.

Ihre molare Masse beträgt 44,05 g/mol und die Dichte bei ^20oC0,78 ^g/cm3. Aufgrund der charakteristischen Schmelz- und Siedetemperaturen von jeweils: –^123oCund ^21oCist es notwendig, Acetaldehyd in Temperaturbedingungen unterhalb der Raumtemperatur zu lagern. Wenn die Substanz unter atmosphärischem Druck auf 140^oCerhitzt wird, kommt es zur Selbstentzündung.

Eine wässrige Lösung von 10 g/l Acetaldehyd bei 20^oC hat einen leicht sauren pH-Wert von etwa 5. Der Dampfdruck beträgt bei 25^oC 1,202 hPa und die Viskosität bei 20^oC wird mit 0,21 mPa-s bestimmt.

Die Substanz, die als kommerzielles Produkt mit einem Gehalt von ca. 99 % Acetaldehyd erhältlich ist, zeigt keine Tendenz zur Bioakkumulation und baut sich nach 14 Tagen zu ca. 80 % ab.

Identifizierung von Risiken

Im Sicherheitsdatenblatt für Acetaldehyd finden wir die Zuordnung zu mehreren Gefahrenklassen. Die genauen Daten sind der Tabelle 1 zu entnehmen.

Tabelle 1 Gefahreneinstufung von Acetaldehyd gemäß der Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 (CLP) Quelle: Sicherheitsdatenblatt unter www.carlroth.de

Aus den Angaben in der obigen Tabelle lässt sich ableiten, dass der Umgang mit Acetaldehyd mit äußerster Vorsicht erfolgen sollte. Sowohl der Verdauungstrakt als auch die Atemwege sind stark gefährdet, so dass besondere Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden müssen.

Vorkommen und Bildung von Acetaldehyd

In der Umwelt findet man Acetaldehyd in Kaffee und reifem Obst. Es wird hauptsächlich auf drei Arten gewonnen: durch katalytische Oxidation von Ethanol, Hydratation von Acetylen und durch Oxidation von Ethylen mit Sauerstoff in Gegenwart einer wässrigen Lösung von Palladium(II)-chlorid und Kupfer(II)-Salzen.

In industriellem Maßstab wird es durch Verbindung von Wasser mit Acetylen hergestellt. Die Reaktion führt zur Bildung eines Zwischenprodukts, der nicht-permanenten Enolform, die dann genau zur Aldehydform tautomerisiert.

Das Vorkommen von Acetaldehyd in Lebensmitteln ist weit verbreitet.  Die größte Gruppe von Produkten, die reich an dieser Verbindung sind, sind Produkte, die durch Gärungsprozesse entstehen, d.h. alkoholische Getränke, Essig, Milchprodukte, Bier und Met, sowie Tabak. Dies liegt daran, dass Acetaldehyd ein Zwischenprodukt der alkoholischen Gärung ist, das von der Hefe produziert wird. Auch in Süßwaren, Fruchtsäften, aromatisierten alkoholischen und alkoholfreien Getränken, Molkereiprodukten und süßen Nachspeisen wird er wegen seines ausgeprägten apfelähnlichen Aromas und Geschmacks häufig verwendet.

Das wichtigste und größte Risiko ist jedoch der Konsum von alkoholischen Getränken und Tabak, die am meisten davon enthalten. Das bei der Gärung entstehende Acetaldehyd wird größtenteils in Ethylalkohol umgewandelt, aber ein Teil des Zwischenprodukts verbleibt im Körper, was sich nach dem Alkoholkonsum in Form von „Kater“-Symptomen bemerkbar macht. Darüber hinaus entsteht Acetaldehyd auch beim hepatischen Metabolismus des aufgenommenen Alkohols, wobei das Ethanolmolekül in der ersten Stufe die Alkoholdehydrogenase durchläuft und unter Verlust von zwei Wasserstoffatomen in Acetaldehyd umgewandelt wird. Es wird auch weiter umgewandelt bis zu den Endprodukten Wasser und Kohlendioxid.

Eine weitere exogene Quelle für Acetaldehyd ist die Verwendung alternativer Fahrzeugkraftstoffe, die die Aldehydemissionen insgesamt erhöhen. Der Grund dafür ist, dass Ethanol in Kraftstoffen ein Oxidationsmittel ist, wodurch sich unter anderem die Menge an Acetaldehyd im Abgas erhöht. Leider ist diese giftige Chemikalie auch in vielen Bereichen der Industrie anzutreffen. Es ist auch in Produkten wie Möbeln, Teppichen, Textilien und Farben enthalten. Auch Kochdämpfe enthalten einen gewissen Anteil an Acetaldehyd, das auch von Holzöfen und Kaminen emittiert wird. Es wird u. a. bei der Herstellung von Alkydharzen verwendet und tritt bei Reaktionsprozessen zur Herstellung von Essigsäure als Abgas aus dem Reaktor aus.

Charakteristische Reaktion bei Anwesenheit von Aldehyden

Im Labor wird eine Methode zum Nachweis von Acetaldehyd mithilfe der Schiffschen Probe verwendet, die eine qualitative Bestimmung des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins von Acetaldehyd (oder auch aller Aldehyde) in einer Probe ermöglicht. Der Test beginnt mit der Vorbereitung der Schiffschen Probe, d. h. mit dem Auflösen einer kleinen Menge Rosanilinhydrochlorid (Fuchsin) in einigen Millilitern destilliertem Wasser. Die vorbereitete Lösung wird tropfenweise mit verdünnter Schwefelsäure (VI) versetzt, bis sie sich verfärbt. Das so vorbereitete Reagenz wird der zu untersuchenden Probe in Form von einigen Tropfen zugesetzt. Wenn eine violette Farbe erscheint, wurde ein Aldehyd nachgewiesen.

Symptome einer Vergiftung durch hohe Konzentrationen von Acetaldehyd

Übermäßige Mengen von Acetaldehyd im Körper führen zu homöostatischen Störungen. Ein starker Anstieg der Werte dieses Metaboliten kann daher nicht nur zu Gefahren und Gesundheitsschäden, sondern sogar zum Tod führen. Denn er ist besonders gefährlich für das Herz-Kreislauf-System. Zu den Symptomen einer Vergiftung durch diese Chemikalie gehören starke Gesichtsröte und Rötungen, Hitzewallungen, vermehrtes Schwitzen, allgemeines Unwohlsein aufgrund von Übelkeit und Erbrechen, starke Kopfschmerzen und Schwindel, Blutdruckabfall, beschleunigte Herzfrequenz und Herzklopfen sowie ein Gefühl der inneren Angst und ständigen Unruhe.

Auswirkungen von Acetaldehyd auf den menschlichen Organismus

Obwohl Acetaldehyd hauptsächlich in Form von Zwischenprodukten auftritt, gibt es immer eine gewisse Menge, die nicht weiter umgewandelt wird. Zu den Expositionswegen gehören Luft, das Wasser, der Boden und das Grundwasser, so dass wir dem Stoff praktisch ständig ausgesetzt sein können. Eine chronische und anhaltende Exposition gegenüber großen Mengen Acetaldehyd kann zu schweren Beeinträchtigungen der Körperfunktionen führen. Denn dieses Toxin schädigt viele wichtige Gewebe und Organe und ist krebserregend. Speiseröhre, Dickdarm, Bauchspeicheldrüse und Leber sind besonders anfällig für krebserregende Wirkungen. Letzteres ist der Ort, an dem Alkohol verstoffwechselt wird, und Acetaldehyd hat nachweislich hepatoxische Eigenschaften, d. h. es schädigt die Leberzellen.

Als Folge einer übermäßigen Zufuhr dieser Verbindung kann es zu einer alkoholischen Lebererkrankung und damit zu einer Leberzirrhose kommen. In einem gesunden Lebermilieu hat die vorhandene Salzsäure die Wirkung, die für die Bildung von Acetaldehyd verantwortlichen Mikroben, wie Hefen und Bakterien, zu vernichten. In einigen Fällen verschwinden infolge der Atrophie der Magenschleimhaut auch die säureproduzierenden Zellen der Schleimhaut und Mikroorganismen vermehren sich. Dies führt zu einer übermäßigen Anhäufung von Acetaldehyd im Speichel, in der Magensäure und im unteren Teil des Darms. Dies geschieht auch bei längerer Einnahme von Medikamenten, die die Säure neutralisieren. Das allgemein als „Bierbauch“ bezeichnete Leiden wird ebenfalls durch die Anhäufung von Acetaldehyd bzw. dessen Umwandlung in charakteristisches Fett in diesem besonderen Körperteil verursacht.

Katerkur

Wie bereits erwähnt, ist Acetaldehyd der Hauptgrund für das Unwohlsein nach dem Konsum von alkoholischen Getränken. Es gibt jedoch noch eine andere Chemikalie, die den Metabolismus von Acetaldehyd im Körper beschleunigen kann, weshalb sie in Katerpillen verwendet wird. Bei dieser Substanz handelt es sich um N-Acetylcystein, ein L-Cystein-Derivat, das am N-Ende mit einer Acetylgruppe versehen ist.