Acetaldehyd

Strukturformel
Struktur von Acetaldehyd
Allgemeines
Name	Acetaldehyd
Andere Namen	Ethanal (system. IUPAC) Äthanal (veraltet) Essigsäurealdehyd Acetylwasserstoff Ethylidenoxid Vorlage:INCI
Summenformel	C2H4O
Kurzbeschreibung	farblose Flüssigkeit oder farbloses Gas mit stechendem Geruch<ref name="GESTIS">Eintrag zu Vorlage:Linktext-Check in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFAVorlage:Abrufdatum (JavaScript erforderlich)</ref>
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer Vorlage:CASRN EG-Nummer 200-836-8 ECHA-InfoCard 100.000.761 PubChem 177 ChemSpider 172 DrugBank Vorlage:Wikidata-Einbindung Wikidata [[:d:|]]
Eigenschaften
Molare Masse	44,1 g·mol−1
Aggregatzustand	flüssig oder gasförmig<ref name="GESTIS" />
Dichte	0,784 g·cm−3 (20 °C)<ref name="Celanese">Stoffdaten Acetaldehyd bei Celanese Chemicals. Stand Dezember 1999.</ref> 0,7904–0,7928 g·cm−3 (10 °C)<ref name="Celanese" />
Schmelzpunkt	−123 °C<ref name="GESTIS" />
Siedepunkt	20 °C<ref name="GESTIS" />
Dampfdruck	1006 hPa (20 °C)<ref name="GESTIS" />
pKS-Wert	13,57 (25 °C)<ref name="CRC97_5_88">Vorlage:CRC Handbook</ref>
Löslichkeit	mischbar mit Wasser<ref name="GESTIS" /> und Ethanol<ref></ref>
Dipolmoment	2,750(6) D<ref name="CRC90_9_52">Vorlage:CRC Handbook</ref> (9,2 · 10−30 C · m)
Brechungsindex	1,3316 (20 °C)<ref name="CRC90_3_4">Vorlage:CRC Handbook</ref>
Sicherheitshinweise
GHS-GefahrstoffkennzeichnungVorlage:CLH-ECHA<ref name="GESTIS" /> [[Hilfe:Cache|Fehler beim Thumbnail-Erstellen]]: Gefahrensymbol Gefahr H- und P-Sätze H: 224​‐​319​‐​335​‐​341​‐​350 P: 202​‐​210​‐​233​‐​305+351+338​‐​308+313​‐​403+233<ref name="GESTIS" />
MAK	DFG: 50 ml·m−3 bzw. 91 mg·m−3<ref name="GESTIS" /> Schweiz: 50 ml·m−3 bzw. 90 mg·m−3<ref>Vorlage:SUVA-MAK</ref>
Toxikologische Daten	Vorlage:ToxDaten Vorlage:ToxDaten Vorlage:ToxDaten Vorlage:ToxDaten
Thermodynamische Eigenschaften
ΔHf0	−192,2 kJ·mol−1 (Flüssigkeit)<ref name="CRC97_5-3">Vorlage:CRC Handbook</ref> −166,2 kJ·mol−1 (Gas)<ref name="CRC97_5-3" />
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa). Brechungsindex: Na-D-Linie, 20 °C

Acetaldehyd [aˈt͡seːt|aldehyːt], auch Ethanal genannt, ist ein Aldehyd und besitzt die Halbstrukturformel CH₃-CHO.

Im menschlichen Körper entsteht Acetaldehyd als Zwischenprodukt beim Abbau von Ethanol durch die Alkoholdehydrogenase. Acetaldehyd ist neben anderen Stoffen für den „Kater“ am nächsten Morgen verantwortlich. Acetaldehyd wird im Regelfall schnell zu Acetat verstoffwechselt. Nach einer Einnahme von Disulfiram oder Coprin (Wirkstoff im Faltentintling) wird die Verstoffwechselung von Acetaldehyd gehemmt und es kommt zu einer Anreicherung im Körper, die mit (meist leichten) Vergiftungssymptomen einhergeht (Antabus- bzw. Coprinus-Syndrom). Bei der Verschwelung bzw. Verbrennung von Tabak entsteht es als Neben-/Pyrolyseprodukt<ref name="ull">Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2007.</ref> und gelangt so aus dem Tabakrauch über die Lungenbläschen ins Blut. Außerdem wurde Acetaldehyd in pflanzlichen Extrakten, ätherischen Ölen, geröstetem Kaffee und Mineralwasser (insbesondere bei in PET-Flaschen abgefüllten Eigenmarken diverser Discounter) nachgewiesen.<ref name="ull" /><ref name="MineralW">test.de: Natürliche Mineralwässer: Schlechte Noten für Discounter, 24. Juli 2008.</ref> Manche Laubbäume, wie z. B. Ahorn und Pappeln, geben Acetaldehyd beim Übergang von Licht zu Dunkelheit ab.<ref>T. Karl, A.J. Curtis, T.N. Rosenstiel, R.K. Monson, R. Fall: Transient releases of acetaldehyde from tree leaves – products of a pyruvate overflow mechanism?. In: Plant Cell And Environment, Vol. 25, Issue 9, 2002, S. 1121–1131, doi:10.1046/j.1365-3040.2002.00889.x.</ref>

Biochemisch gesehen ist Acetaldehyd ebenfalls ein häufiges Zwischenprodukt. So wandeln Hefezellen das in der Glykolyse entstandene Pyruvat in zwei Schritten zu Ethanol um, indem das Pyruvat zuerst mit Hilfe der Pyruvat-Decarboxylase, einem Enzym der Klasse der Lyasen, in Acetaldehyd umgewandelt und anschließend mit Hilfe der Alkoholdehydrogenase, einem Enzym der Klasse der Oxidoreduktasen, in Ethanol umgewandelt wird.

Nomenklatur

Der systematische IUPAC-Name Ethanal ist abgeleitet von Ethan durch Anhängen des Suffixes -al für Aldehyde. Die gemeinhin bevorzugte Bezeichnung Acetaldehyd geht auf „acetum“ zurück, das lateinische Wort für Essig, denn bei der Oxidation von Acetaldehyd („Essigsäurealdehyd“) entsteht Essigsäure.<ref></ref>

Vorkommen

Datei:Apple922.jpg

Äpfel enthalten natürlicherweise Acetaldehyd

Natürlich kommt Acetaldehyd in zahlreichen Pflanzen, wie der Gerber-Akazie, der Virginischen Zaubernuss, der Deutschen Schwertlilie, Pelargonien (Pelargonium graveolens), Telosma cordata, in Gewürzen und Kräutern, wie Knoblauch (Allium sativum var. sativum), Arznei-Engelwurz, Tee, Hanf, Kümmel, Kampferbaum, Arabica-Kaffee, Grüner Minze, Pfefferminze, Arabischem Bergkraut, Virginischem Tabak, Anis, Gewürzvanille und Ingwer, sowie in Gemüsen und Früchten, wie Ananas, Sellerie, Weißkohl (Brassica oleracea var. capitata l.), Calamondinorangen, Mandarinen, Orangen, Zuckermelonen, Möhren, Garten-Senfrauke, Feigen, Sojabohnen, Tomaten, Äpfeln, Pfirsichen, Guaven, Schwarzen Johannisbeeren, Schwarzem Holunder, Kartoffeln, Reis (Oryza sativa), Houttuynia cordata, Datteln und Stachelannonen vor.<ref name="Dr.Dukes 48741" />

Geschichte

Acetaldehyd wurde wahrscheinlich erstmals im Jahre 1781 von Carl Wilhelm Scheele beim Versuch der Oxidation von Ethanol mit Braunstein in Gegenwart von Schwefelsäure synthetisiert.<ref name=ull/> Die Charakterisierung gelang jedoch erst Justus Liebig in Zusammenarbeit mit Johann Wolfgang Döbereiner im Jahre 1835. Er benannte die Verbindung Aldehyd (von lat. alcoholus dehydrogenatus).<ref>Experimentelle Schulchemie der Sekundarstufe II, Aulis-Deubner Verlag GmbH & Co. KG, Bd. 1–12, Aldehyde, S. 91.</ref> Acetaldehyd kann somit als der historisch erste Vertreter der Stoffklasse der Aldehyde angesehen werden, während Formaldehyd (Methanal) der einfachste Vertreter der Klasse ist.

Gewinnung und Darstellung

Historisch wurde Acetaldehyd durch Oxidation von Ethanol mit einer Reihe von Oxidationsmitteln, beispielsweise Braunstein/Schwefelsäure (Scheele) oder Chromsäure (Liebig), nach folgender Gleichung erhalten:

Milde Oxidation von Ethanol zu Acetaldehyd

Milde Oxidation von Ethanol zu Acetaldehyd

Zur großtechnischen Synthese wird im Rahmen des Wacker-Hoechst-Verfahrens Acetaldehyd durch katalytische Wasseraddition an Ethen bei gleichzeitiger Luftoxidation über Festbettkatalysatoren hergestellt.<ref name=ull/> Formal ergibt sich folgende Gleichung:

Wacker-Hoechst-Verfahren

Wacker-Hoechst-Verfahren

Eine Laborsynthese geht von Tetrahydrofuran als synthetisches Äquivalent aus. Dieses muss mit n-Butyllithium gespalten werden, wobei neben Ethen zunächst das Lithiumethenolat gebildet wird. Letzteres tautomerisiert durch Hydrolyse zum Acetaldehyd, welches somit bei Bedarf sogar in situ erzeugt werden kann. Der Mechanismus der Zersetzung des Tetrahydrofurans mit n-Butyllithium wurde 2002 ramanspektroskopisch und mittels Dichtefunktionaltheorie untersucht.<ref></ref> In den 1970er Jahren stieg die weltweite Produktionskapazität für Acetaldehyd auf über 2 Millionen Tonnen pro Jahr an. Auf Grund der Entwicklung neuer Synthesewege, welche nicht Acetaldehyd als Edukt benötigen, sinkt derzeit jedoch der Bedarf.<ref name=ull/>

Eigenschaften

Acetaldehyd ist eine farblose, sehr leicht flüchtige und leicht entzündliche Flüssigkeit, die mit Wasser in jedem Verhältnis mischbar ist; dabei bildet sich in einer Gleichgewichtsreaktion das Aldehydhydrat. Anders als bei Formaldehyd liegt das Gleichgewicht jedoch nur zu etwas über 50 % auf der Seite des Hydrats.

Acetaldehyd muss kühl gelagert werden, da es schon bei 20 °C siedet und explosive Dampf-Luft-Gemische bildet. Diese Dämpfe können sich aufgrund des extrem niedrigen Zündpunkts von 140 °C an heißen Heizflächen entzünden. Der Flammpunkt von Acetaldehyd liegt bei −39 °C und seine UN-Nummer ist 1089.

Acetaldehyd oligomerisiert leicht säurekatalysiert zu Aldoladditionsprodukten.

• Das „Dimer“ (CH₃CHO)₂ ist das sogenannte Aldol, welches unter Wasserabspaltung zum Crotonaldehyd weiterreagieren kann.
• Das Trimer (CH₃CHO)₃ hat eine cyclische Acetalstruktur (2,4,6-Trimethyl-1,3,5-trioxan). Es handelt sich um eine Flüssigkeit (Sdp. 124 °C) mit dem Trivialnamen Paraldehyd.
• Das Tetramer (CH₃CHO)₄ hat ebenfalls cyclische Acetalstruktur (2,4,6,8-Tetramethyl-1,3,5,7-tetroxocan). Es handelt sich um einen Feststoff (sublimiert bei 112 °C), auch Metaldehyd genannt. Es wird als Trockenbrennstoff und wegen seiner Giftigkeit auch als Schneckengift (Schneckenkorn) verwendet.<ref>Eintrag zu Metaldehyd. In: Römpp Online. Georg Thieme VerlagVorlage:Abrufdatum</ref>
• Zumeist enthält Trockenbrennstoff auch höhere Oligomere des Acetaldehyds, wie z. B. Pentamere (CH₃CHO)₅ und Hexamere (CH₃CHO)₆.

Die Oligomere mit Acetalstruktur können leicht wieder durch Säuren gespalten werden.

Tautomerie

Acetaldehyd besitzt ein instabiles Tautomer, den Vinylalkohol oder Ethenol. Dieses einfachste Enol isomerisiert in freiem Zustand unter Normalbedingungen sofort zu Acetaldehyd, sofern es nicht – etwa als Eisencarbonyl- oder Platin-Komplex Pt(acac)(η²-C₂H₃OH)Cl<ref>F. A. Cotton, J. N. Francis, B. A. Frenz, M. Tsutsui: Structure of a dihapto(vinyl alcohol) complex of platinum(II), in: Journal of the American Chemical Society, 1973, 95, S. 2483–2486. .</ref> – stabilisiert wird. Vorlage:Formel

Wirkungen im menschlichen Körper

Acetaldehyd geht leicht Bindungen mit den Nukleosiden der menschlichen DNA ein und wirkt deshalb mutagen (erbgutschädigend) sowie kanzerogen (krebserregend). Es zählt daher zu den CMR-Stoffen.

Acetaldehyd hat vielfältig schädliche Wirkungen auf Leber und Herz. Es bildet Proteinaddukte, die die sogenannten Kupffer-Zellen (Makrophagen der Leber) aktivieren. Diese sezernieren verstärkt Stoffe, die andere Zellen der Leber, die Itozellen, so verändern, dass diese daraufhin verstärkt Kollagen bilden. Das begünstigt die Ausbildung einer Leberzirrhose.

Außerdem führt Acetaldehyd über die Aktivierung der NADPH-Oxidase (NOX2) zur vermehrten Bildung von Sauerstoffradikalen, welche die Membranen der Zellen schädigen, sodass diese zugrunde gehen. Davon betroffen sind auch die Mitochondrien der Kardiomyozyten, was zunächst die Fähigkeit der Herzmuskelzellen zur Kontraktion beeinträchtigt und diese im weiteren Verlauf zerstört, sodass es zu einer irreparablen Schädigung des Muskels und schließlich zur chronischen Herzinsuffizienz kommt.<ref>Moritz Brandt, Venkata Garlapati u. a.: NOX2 amplifies acetaldehyde-mediated cardiomyocyte mitochondrial dysfunction in alcoholic cardiomyopathy. In: Scientific Reports. 6, 2016, S. 32554, .</ref>

Verwendung

Acetaldehyd ist ein wichtiger Ausgangsstoff in der chemischen Industrie. Acetaldehyd dient beispielsweise zur Herstellung von Essigsäure, Essigsäureanhydrid, Butadien, Acrolein und Pentaerythrit.<ref name="LdC">Hans-Dieter Jakubke, Ruth Karcher (Hrsg.): Lexikon der Chemie, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, 2001.</ref>

Weblinks

Commons: Acetaldehyd – Sammlung von Bildern

[[wikt:|Wiktionary: ]] – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• www.wissenschaft.de: Was Kater und Krebs gemeinsam haben – Alkoholabbauprodukt Acetaldehyd verursacht einen schweren Kopf und erhöht das Krebsrisiko im Magen-Darm-Trakt
• Deutschlandfunk: Wandel in der Bewertung von Acetaldehyd

Einzelnachweise

<references> <ref name="Dr.Dukes 48741">Vorlage:DrDukesDB</ref> </references>