Alkohole

Und schon folgt der nächste Chemieblog. Heute geht es um Alkohole, von denen jeder zumindest einen Vertreter dieser Stoffgruppe kennt, den Trinkalkohol oder Ethanol. Chemisch gesehen sind Alkohole chemische Verbindungen bei denen bei einem Kohlenwasserstoff ein H-Atom durch eine -OH Gruppe ersetzt wird. In der chemischen Nomenklatur erhält der Kohlenwasserstoff die Endung „ol“. So wird aus dem Kohlenwasserstoff Ethan der Ethanol  und aus dem Methan das Methanol. Auch zahlreiche Moleküle die wir aus anderem Zusammenhang kennen sind Alkohole, so das Phenol, das Cholesterin, das unter uns Chemikern Cholesterol heißt und das Vitamin-A, das Retinol. (Dafür sagen wir Chemiker zum Benzol, das kein Alkohol ist, Benzen).

Technisch stellt man Alkohole meistens durch Addition von Wasser an ungesättigte Kohlenwasserstoffe her. Ein weiterer Weg besteht durch Substitution von Chlor in radikalisch chlorierten Kohlenwasserstoffen. (Siehe mein Blog über Radikalreaktionen). Physikalisch zeichnen sich Alkohole dadurch aus, dass ihre Schmelz- und Siedepunkte erheblich höher als bei den Kohlenwasserstoffen liegen, aus denen sie gebildet sind. Das liegt an der -OH Gruppe. Die OH-Gruppe kann man sich vereinfacht gedacht als eine Hälfte eines Wassermoleküls H-O-H denken. Zwischen einem H-Atom eines Wassermoleküls und dem O-Atom eines anderen gibt es eine gegenseitige Anziehung, da der Sauerstoff die Elektronen stärker anzieht als der Wasserstoff. So ist der Sauerstoff negativ aufgeladen und der Wasserstoff positiv. Durch diese Teilladungen ziehen sich auch Atome anderer Moleküle an und es entsteht eine sogenannte Wasserstoffbrückenbindung. Diese ist nicht so fest wie eine chemische Bindung, aber erheblich stabiler als die Van-Der-Waals Bindung zwischen Kohlenwasserstoffen die durch die Anziehung der Atomkerne auch auf fremde Elektronen herrührt.

Auch die Affinität zu anderen Stoffen verändert sich. Die Moleküle bestehen aus zwei Teilen: einem unpolaren Rest, der Kohlenwasserstoffkette und der -OH Gruppe. Die letzte hat eine hohe Affinität zu Wasser und anderen polaren Stoffen wie ebenfalls Wasserstoffbrückenbindungen ausbilden. Der erste Teil dagegen zu unpolaren Molekülen wie Kohlenwasserstoffen. Je nachdem wie groß beide Molekülteile sind, desto unterschiedlich sind die Eigenschaften. Ethanol ist z.B. durch die kleine Kette von nur zwei C-Atomen sehr polar und hat nur eine geringe Affinität zu Kohlenwasserstoffen, mischt sich aber in jedem Verhältnis mit Wasser. t-Butylalkohol mit 4 C-Atomen liegt in den Eigenschaften zwischen Wasser und Benzin und Wachse, das sind Alkohole mit 16 bis 22 C-Atomen, sind von Kohlenwasserstoffen nicht mehr im Verhalten zu unterscheiden. So haben einige Alkohole eine wichtige Bedeutung als Lösungsmittel wie der Isopropylalkohol. Befinden sich mehrere Alkoholgruppen im Molekül, so sind sie stark wasserlöslich und haben einen hohen Bereich in dem sie flüssig sind. Glykol und Glycerin (mit zwei bzw. drei OH-Gruppen je eine pro C-Atom, werden so als Frostschutzmittel eingesetzt. Auch Kohlenhydrate enthalten Alkoholgruppen. Die wichtigsten Einfachzucker wie Glucose und Fructose 5 OH-Gruppen auf 6 C-Atome sind sind dann schon kristallin. Auch der Süßgeschmack scheint durch die vielen OH-Gruppen zustande zu kommen, denn auch Glykol und Glycerin schmecken süß (und wurden so schon zur Weinpanscherei verwendet).

Chemisch wichtig ist, dass die OH-Gruppe leicht reagieren kann. So reagiert Natrium mit Ethanol genauso wie mit Wasser und schon milde Oxidationsmittel oxidieren sie zu einer Aldehyd- bzw. Ketogruppe (je nachdem ob sie sich am Molekülende oder in der Mitte befindet. Nur Alkohole die beim benachbarten Kohlenstoffatom kein Wasserstoffatom haben sind vor Oxidation geschützt. Sie können das mal ausprobieren. Ein Kupferpfennig der schon oxidiert ist wird in Schnaps eingelegt wieder blank. Von Bedeutung sind einige höhere Alkohole auch Charakterkomponenten in alkoholischen Getränken.

Ich will hier nicht über die Wirkung von Ethanol referieren, weil ich denke, dass ist allgemein bekannt, aber um den Alkoholabbau im menschlichen Körper. Er verläuft über die Oxidation zu Acteldehyd und dann zu Acetyl-Coenzym-A, das in den Zitronensäurezyklus eingebracht wird, einen zentralen Stoffwechselkreislauf des Körpers. Der langsamste Schritt ist dabei der erste. Der Abbau findet fast ausschließlich in der Leber statt. Der Acetaldehyd ist giftig. Er kann sich anreichern, wenn andere Substrate um dasselbe Enzym konkurrieren, z.B. Medikamente oder biogene Amine, bzw. selbst die kurzzeitig vorhandene Menge ist gefährlich, wenn sie dauernd vorhanden ist, weil die Leber viel Alkohol abbauen muss. Sie hat dann auch Problem das Acetyl-Co in Stoffwechselkreisläufe einzuschleusen weil die Leber gar nicht so viel Energie benötigt, wie der Alkohol beim Abbau erzeugt. Sie verknüpft dann das Acetyl-Coa zu Fettsäuren und es kommt zur Fettleber. Immerhin ist ein Großteil der Menschehit genetisch genützt Ethanol schnell abzubauen – das ist durchaus nicht selbstverständlich, denn die Abbaurate für andere Alkohole ist viel geringer und bestimmte Bevölkerungsgruppen wie Asiaten und Indianer haben eine geringere Aktivität der Alkoholdehydrogenase.

Bei anderen Alkoholen können andere noch giftigere Stoffwechselzwischenprodukte entstehen. So kann Methanol nicht nur in der Leber abgebaut werden, sondern in jeder Zelle. Der beim Abbau entstehende Formaldehyd führt zur Zerstörung der Retina und so zur Erblindung. Methanol entsteht beim Vergären der Pektine, so enthält Cidre relativ hohe Mengen. Wenn beim Schwarzbrennern der Vorlauf nicht abgetrennt wird (der den niedrig siedenden Methanol enthält) so gibt es oft Vergiftungen. Der Kater nach dem Alkoholgenuss wird auch auf höhere Alkohole zurückgeführt, da der Körper zuerst den Ethanol abbaut und diese noch besser fettlöslichen Alkohole daher lange in der Blutbahn zirkulieren.