Kategorie: Chemie

Thank you for smoking – Oder: Nikotin

Wie neulich schon angedeutet: Coffee & Cigarettes ist eine beliebte Kombination. So populär sogar, dass dem Thema ein ganzer Film gewidmet wurde. Koffein haben wir hier schon beleuchtet, daher nun eine Episode zum Alkaloid Nikotin, welches Zigaretten für so viele unwiderstehlich macht.

Pflanzen aus der neuen Welt

Nicht nur erfrischt und reinigt der Tabak das Gehirn, nein, er leitet die Seele zur Tugend und lehrt sie, rechtschaffen zu werden. Der Tabak ruft den Trieb zur Ehre und Tugend wach in allen Menschen, die sich seiner bedienen. Er ist die Leidenschaft der anständigen Leute, und wer ohne Tabak lebt, ist nicht würdig zu leben.
— Molière (frz. Dramatiker, 1622-1673) in Festin de Pierre

Nikotin kommt in der Natur in erster Linie in Pflanzen der Sorte Nicotiana tabacum und Nicotiana rustica (oder anders: in Tabak) vor. Obwohl Tabak heutzutage auch in Europa angebaut wird, so stammt sie ursprünglich aus den (sub)tropischen Gebieten Amerikas. Nach Europa gelangte die Pflanze und das Rauchen mit der Expedition Christoph Columbus’. Hervorzuheben ist hier wohl ein gewisser Rodrigo de Jerez aus Columbus’ Mannschaft, der als erster europäischer Raucher gelten darf. Dieser hatte auf Kuba die Einheimischen dabei beobachtet, wie sie die zerkleinerten Blätter der Tabakpflanze gerollt in Palm- und Maisblätter (sozusagen die Urform der Zigarre) rauchten.

Rodrigo de Jerez bei den indianischen Rauchern
Rodrigo de Jerez bei den indianischen Rauchern

Diesen Brauch führte er dann nach seiner Rückkehr den Bewohnern seiner Heimatstadt vor, nur um kurz darauf von der Spanischen Inquisition arretiert zu werden, da nur der Teufel es vermag einem Mann die Fähigkeit zu verleihen Rauch aus seinem Mund zu speien.

Tabak 9290019
Nicotiana tabacum
Ungeachtet dessen, fand man Gefallen an der Tabakpflanze, unter Anderem auch als Zierpflanze. 1560 gelangte die Pflanze dann durch den französischen Abgesandten am spanischen Hof, Jean Nicht de Villemin auch nach Frankreich, nach welchem die Pflanze und das in ihr enthaltene Alkaloid benannt wurde. In Reinform isoliert wurde Nikotin jedoch erst 1828 durch Posselt und Reimann und es dauerte bis 1892 bis zur Aufklärung seiner Struktur durch Pinner:

Nikotin, oder (S)-(–)-1-Methyl-2-(3-pyridyl)pyrrolidin
Nikotin, oder (S)-(–)-1-Methyl-2-(3-pyridyl)pyrrolidin

Nikotin – Ein giftiges Alkaloid

Der Rauch ist die beste Vorbereitung zu jeder schlechten Tat. Das Nikotin schläfert das Gewissen ein. Das Bedürfnis zu rauchen wächst mit dem Wunsche, das Gefühl der Reue zu ersticken. Das Rauchen hat überhaupt den Zweck, die Intelligenz zu umnebeln.
— Leo Tolstoi (russ. Schriftsteller, 1828-1910)

Nikotin ist eine farblose bis bräunliche ölige Flüssigkeit mit tabak-ähnlichem Geruch, die es in sich hat:

Auszug aus dem Sicherheitsdatenblatt (Sigma Aldrich)
Auszug aus dem Sicherheitsdatenblatt (Sigma Aldrich)

Giftig beim Verschlucken und Lebensgefahr bei Hautkontakt ! Klingt nicht gerade wie etwas, was man gerne in seine Nähe lässt ! Hinsichtlich der tödlichen Dosis ist man sich in Expertenkreisen nicht einig. Man findet immer einen Wert von 60 mg für einen gesunden Erwachsenen als Faustregel an, aber es gibt auch einige Berichte, bei denen größere Dosen überlebt wurden. Dies mag damit zusammenhängen, dass bei einer Nikotinvergiftung recht schnell Übelkeit und Erbrechen auftritt, dass einer weiteren Aufnahme des Gifts entgegen wirkt (Zwei Symptome, die auch Nikotinneulingen bei ihrer ersten Zigarette verspüren).

Und da Mutter Natur nichts ohne Grund macht, hat auch Nikotin seinen Zweck: Mit der Giftwirkung halten sich Pflanzen Insekten und andere Fraßfeinde vom Leib. Aus diesem Grunde steckte der Mensch sich den Tabak nicht nur in die Pfeife, sondern kochte ihn auch aus, um den so erhaltenen Sud zur Schädlingsbekämpfung auf seine Nutzpflanzen zu sprühen.

Die Dosis macht das Gift

Im Gegensatz zu Alkohol und Koffein, die relativ einfach zu dosieren sind, ist die Bestimmung der Nikotindosis beim Rauchen eine relativ komplexe Angelegenheit: Faktoren wie die „Rauchtechnik“ (Inhalationtiefe, -dauer, Anzahl der Züge, Länge der verworfenen Kippe etc.) oder die Konstruktion der Zigarette (mit Filter oder ohne, Art des Filters, Selbstgerecht vs Fertigzigarette) spielen dabei eine große Rolle. Der Nikotingehalt der Zigarette ist eher von geringerer Bedeutung. Überhaupt schaffen es etwa nur 30 % des enthaltenen Nikotins in den Rauch, während der Rest einfach verbrennt. Die Benutzung von Nikotin-reduzierten Zigaretten führt übrigens nicht zwingend zu einer reduzierten Nikotinaufnahme: Viele Raucher kompensieren dies, indem sie länger und stärker an der Zigarette ziehen oder eben generell mehr Rauchen um auf ihre gewohnte Dosis zu kommen !

Ist Nikotin krebserregend ?

Wenigstens ein positiven Umstand zu vermelden: Krebserregend ist Nikotin nicht. Doch vorsicht: Auch wenn Nikotin den Krebs nicht verursacht, so begünstigt er doch den Krebs… Es soll die Neubildung von Blutgefäßen fördern, was letztendlich das Tumorwachstum begünstigt. Aber auch wenn Nikotin nicht krebserregend ist, enthält der Tabakrauch noch genug andere Stoffe, die sehr wohl kanzerogen sind !

Warum tut man sich sowas an ?

In niedrigen Konzentrationen besitzt Nikotin einen anregenden Effekt. Es beschleunigt kurzzeitig den Herzschlag, verengt die Blutgefäße und führt zu einem absinken der Hauttemperatur1.

Es kommt zu einer temporären Steigerung der Aufmerksamkeit und Gedächtnisleistung2, sowie einer erhöhten Darmtätigkeit. Interessant ist auch, dass Nikotin in gewissen Maßen den Appetit zügelt. Ferner gibt es auch ein paar ältere Studien, die nahelegen, dass Nikotin die Fettverbrennung ankurbelt.34 5Dies mag damit zusammen passen, dass viele froschgebackene Nichtraucher erst mal an Gewicht zulegen, was eben auf Ausbleiben dieser Effekte in Kombination einer etwaigen erhöhten Zufuhr von z.B. Bonbons als Ersatzbefriedigung zurückzuführen ist. Ob man aber deswegen mit dem Rauchen anfangen sollte oder Nikotinkaugummis zusprechen sollte, ist fragwürdig.

Paradoxerweise verkehrt sich die anregende Wirkung geringer Dosen jedoch ins Gegenteil, wenn wir in den Bereich mittlerer Dosen kommen… Hier wirkt Nikotin dann beruhigend / sedierend.

Mittels Tabakrauch zugeführt, tritt die Wirkung des Nikotins recht rasch ein: 10 bis 20 Sekunden nach Aufnahme ist der „Nikotin Flash“ da. Ebenso wie Koffein also eine sehr effiziente Angelegenheit. Schon mal einen schweren Raucher auf Entzug bei seiner ersten Zigarette beobachtet ? Die anfängliche Schlechte Laune ist dann auch Ratz-Fatz verflogen.

Wenn’s der Raucher nicht lassen kann…

Apropos Nikotin-Sucht… Wenn es seine Wirkung im Gehirn entfaltet, kommt es auch zu einer erhöhten Ausschüttung des Neurotransmitter Dopamin, was eine erhöhte Konsumfreudigkeit hervorruft: Dopamin spielt eine wichtige Rolle für das sogenannte Belohnungszentrum im Gehirn.

Quelle: 3dman_eu / pixabay.de
Quelle: 3dman_eu / pixabay.de

Nikotin wirkt somit stimulierend auf das Belohnungszentrum. Und das ist mit dafür verantwortlich, warum Nikotin süchtig macht: Eine Aktivierung des Belohnungszentrum motiviert das jeweilige Individuum eine Aktivität zu wiederholen, welche die Aktivierung hervorgerufen hat. Da sich das Gehirn mit der Zeit an diesen Effekt gewöhnt, muss regelmäßig Nikotin zugeführt werden, damit keine Entzugserscheinungen, wie Reizbarkeit, schlechte Laune, Konzentrationsstörungen etc. auftreten. Es kann dabei bis zu 3 Wochen dauern, bis die Veränderungen der zugehörigen Rezeptoren im Gehirn sich wieder zurück gebildet haben und alle körperlichen Entzugserscheinungen verschwinden. (Wer übrigens seine eigene Tabakabhängigkeit testen will, kann dies mit Hilfe des Fagerström-Tests tun.)

Dennoch hat Nikotin alleine genommen nur geringes Suchtpotential. Erst in Verbindung mit den anderen Stoffen im Tabakrauch entfaltet sich ein hohes Potential, welches laut einer Studie aus dem Jahr 2007 zwischen dem von Alkohol und Kokain angesiedelt ist.6

Alternativen zur Zigarette

Raucherentwöhnungsprodukte

Ob der zahlreichen gesundheitlichen Gefahren, versuchen Viele, sich das Rauchen abzugewöhnen. Zu diesem Zwecke gibt es eine ganze Palette an verschiedenen Dareichungsformen von Nikotin. Der frischgebackene Nichtraucher erhält so seine Dosis Nikotin zur Bekämpfung der Entzugserscheinungen ohne sich gleichzeitig den schädlichen Rauch zuzuführen.

Quelle: Perlinator / pixabay.de
Quelle: Perlinator / pixabay.de

Bekannt sind z.B. Nikotinpflaster, die eine kontinuierlichen Aufnahme mit einer bestimmten Rate ermöglichen. Reines Nikotin wird nur sehr langsam durch die Haut aufgenommen, doch gelöst in einer geeigneten Trägersubstanz kann man die Rate beschleunigen (Vergleich: reines Nikotin = 0,8 mg pro cm² und h; gelöst in Wasser (20%) = 9 mg pro cm² und h). Nachteil: Nikotin reizt die Haut, daher muss man beim Gebrauch dieser Pflaster mit Hautrötungen rechnen.

Pfeifen

Eine der traditionsreicheren Konsumformen. Bei den Amerikanischen Ureinwohnern findet man z.B. die Friedenspfeife als Symbol der Streitschlichtung. Ferner ist mit keiner anderen Art Tabak zu konsumieren ein solcherPersonenkult verbunden, wie mit der Pfeife: Für manche Leute ist die Tabakspfeife eine Art Markenzeichen: Man denke nur an Sherlock Holmes, der neben Deerstalker-Mütze auch immer eine Tabakspfeife dabei hatte. Das Ensemble im Herrn der Ringe sieht man auch desöfteren dabei, wie sie in langstieligen Holzpfeifen „Pfeifenkraut“ Marke Alter Toby rauchen… Und seit 1969 wird vom Tabakforum der Titel Pfeifenraucher des Jahres verliehen an Prominenz wie Herbert Wehner (1969), Wolfgang Schäuble (1990), Günter Grass (2000) und Horst Lichter (2011), um nur ein paar Namen zu nennen.

Ein weiterer bekannter Raucher... Meisterdetektiv Nick Knatterton
Ein weiterer bekannter Raucher… Meisterdetektiv Nick Knatterton

Nota bene: Von vielen wird das Pfeife rauchen als eine ‚Kunst‘ betrachtet, die „dem Raucher ein nicht zu unterschätzendes Maß an Können und vor allem Erfahrung abverlangt“7

Schnupftabak

Wie manch andere „Drogen“ kann man sich Tabak (fein zerkleinert) auch durch die Nase ziehen. In den Berichten über Columbus’ Reisen lesen wir:

„Immer wenn die Könige ihre Götter um Rat fragen wegen ihrer Kriege, wegen einer Steigerung des Fruchtertrages oder wegen Not, Gesundheit und Krankheit, schnupften sie in ihren Tempeln das Kraut in ihre Nasenlöcher. […] Das Pulver ist von solcher Kraft, dass es einem völlig den Verstand raubt.“8

Nun, den Verstand rauben wird der Schnupftabak keinem. Allerdings reicht die Palette der Nebenwirkung von Schleimhautreizungen im Nasen-Rachen-Raum bis hin zu den üblichen Nikotin-Unverträglichkeiten, insbesondere dann, wenn man das Schnupfen nicht gewohnt ist.

Man unterscheidet zwei Formen: den Schmalzler und sogenannten Snuff. Ersterer ist besonders im süddeutschen Raum & in Österreich populär und ist eher grobfaserig, umaromatisiert und mit einer Dosis Schmalz versehen, um ihn weniger staubig zu machen. Das namensgebenden Schmalz wird heutzutage größtenteils durch Weißöl ersetzt.

L. Bouilly: Schnupfende Damen in Frankreich
L. Bouilly: Schnupfende Damen in Frankreich

Der Snuff hingegen ist feinpulvrig und oft mit Aromen wie Eukalyptus versehen.

Das Schnupfen selbst ist mit einer ganzen Reihe von Ritualen versehen… So ist es z.B. in manchen Kreisen üblich, jeden Schnupfvorgang mit einem Spruch einzuleiten. Wird vom Handrücken geschnupft, ist die linke Hand zu verwenden. Nur Amateure benutzen die Rechte. Ebenso ist zu heftiges Einsaugen zu vermeiden, da sonst der Tabak über das Ziel hinaus schießt und im Rachen landet, was eine Nies- und Hustorgie zur Folge hat.

Hat man eine Schnupftabaksdose und will sich betont vornehm geben, nimmt man eine Prise aus den Fingerspitzen… Eine recht aristokratisches Vorgehen, was auch erlaubt den Tabak rückstandsfrei an einem Schnauzbart vorbei zu bugsieren.

Thema Gesundheit: Außer den allgemeinen Nikotinrisiken, entfallen hier die Gefahren des Rauchens, die auf giftige Verbrennungsgase zurückzuführen sind. Laut einer Studie, die auch durch die WHO bestätigt wurde, ist Schnupftabak allein nicht krebserregend.9

Ferner interessant: Seit 1993 ist Schnupftabak von der Tabaksteuer befreit !

Shishas

In jüngerer Zeit in Deutschland sehr populär geworden sind Shishas – Wasserpfeifen, auch im Kreise von Leuten, die man sonst zu den Nichtrauchern zählt. Hierbei wird der Rohtabak mit Aromastoffen, sowie Glycerin bzw. Melasse vermengt und dann über glühenden Kohlen platziert. Da der Tabak dadurch nicht verbrennt, kann man nicht von Rauchen im eigentlichen Sinne sprechen. Durch die Gluthitze der Kohle, wird aber die enthaltene Feuchtigkeit mit den Aromen verdampft. Da Nikotin einen Siedepunkt von 246°C hat, wird es natürlich auch verdampft.

Shisha rauchender Mann (Quelle: onig99 / pixabay.de)
Shisha rauchender Mann (Quelle: onig99 / pixabay.de)

In Gutachten des Bundesamts für Risikobewertung geht man davon aus, dass die Nikotinaufnahme beim Shisharauchen mindestens vergleichbar mit dem Rauchen von Zigaretten ist. Man findet dort auch die Angabe, dass für „gelegentliche Wasserpfeifenraucher, die einen Tabakkopf mit 5 g Wasserpfeifentabak konsumierten, ein Zigarettenäquivalent von 0,4 bis 2 Zigaretten/Tag“ anzunehmen ist.

Gerne wird auf die Filterwirkung des Wassers hingewiesen. Nun, die ist tatsächlich vorhanden, hält aber nur einen Teil der Schadstoffe zurück. Glühende Kohlen sondern nämlich eine ganz eigene Qualität von unappetitlichen Stoffen ab, z.B. Kohlenmonoxid, welches irreversibel an den roten Blutfarbstoff bindet und den Sauerstofftransport unterdrückt. Es kommt zu einem „inneren Ersticken“. Kohlenmonoxid entsteht bei unvollständiger Verbrennung organischer (d.h. Kohlenstoff- haltiger) Materie und entsteht natürlich auch beim Zigarettenrauchen. Beim „shishen“ ist die Konzentration allerdings bis zu 10-mal höher. Nun erscheint eine akute Kohlenmonoxid-Vergiftung durch Rauchen recht unwahrscheinlich, doch hatte die Uniklinik Leipzig 2015 eben mit einem solchen Fall zu tun: Nach übermäßigem Shishagenuss musste ein Mann in einer Sauerstoff-Überdruckkammer notfallmedizinisch behandelt werden.

Berühmter Shisha-Raucher: Die Raupe aus Alice im Wunderland
Berühmter Shisha-Raucher: Die Raupe aus Alice im Wunderland

Wir sehen: Nikotin ist eine recht unangenehme Substanz, insbesondere in hohen Konzentrationen, auch wenn der schädlichste Effekt des Rauchens von anderen Substanzen herrührt. Besonders heimtückisch ist jedoch die suchtvermittelnde Wirkung… Wer will schon von irgendwas abhängig sein, wo wir doch soviel Wert auf unsere Unabhängigkeit legen. In diesem Sinne: Thank you for not smoking ! 🙂

 

  1. Umso seltsamer erscheint es, dass manche Raucher, während sie in der Kälte warten, eine Zigarette zum Aufwärmen rauchen, wo doch die Gefäßverengung einen negativen Effekt auf die erwärmende Durchblutung der Gliedmaßen haben sollte…
  2. Wohlgemerkt nur REINES Nikotin ! Als Inhaltsstoff von Tabakrauch, wurde eher eine dem Gedächtnis abträgliche Wirkung beobachtet !
  3. http://wayback.archive-it.org/org-197/20160311134008/http://archive.uninews.unimelb.edu.au/view-49206.html
  4. Orsini et al. 2001, Alcoologie et addictologie (in French). 23 (2 Suppl): 28S–36S.
  5. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Andersson+und+Arner+2001
  6. D. Nutt et al. Lancet 2007, 369, 1047.
  7. https://de.wikipedia.org/wiki/Tabakspfeife#Geschichte
  8. https://de.wikipedia.org/wiki/Schnupftabak
  9. WHO IARC Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans (2007): Smokeless Tobacco and Some Tobacco-specific N-Nitrosamines, IARC monographs on the evaluation of carcinogenic risks to humans, Bd. 89, Lyon 2007, S. 366.

Six Degrees of Bunsen

Vielleicht habt ihr ja schon mal vom Spiel “Six Degrees of Kevin Bacon” gehört. Ziel des Spieles ist es eine möglichst kurze Verbindung zwischen einem beliebigen Schauspieler und Kevin Bacon zu finden. Hierfür ermittelt man die Kevin-Bacon-Zahl:

Kevin Bacon hat die Kevin-Bacon-Zahl (KBZ) 0, jeder Schauspieler, der mit ihm einen Film gedreht hat, hat die KBZ 1, ein Schauspieler, der mit einem dieser Schauspieler einen Film gedreht hat, jedoch nicht mit Kevin Bacon, hat die KBZ 2 usw.

— Wikipedia: Bacon-Zahl

Um dies einmal zu verdeutlichen sehen wir uns mal das Verwandschaftsverältnis zwischen Kevin Bacon und Jan Josef Liefers (auch bekannt als der allseits beliebte Prof. Börne aus dem Münster Tatort) an:

(Quelle: Oracle of Bacon)

Und siehe da, Jan Josef Liefers ist über 3 Schritte mit Kevin Bacon verbunden. Interessanterweise ist die mittlere Kevin Bacon Zahl etwa 3. Wer das gerne einmal selbst für seinen Lieblingsschauspieler testen will, kann das mit dem Oracle of Bacon leicht ausprobieren.

Nun kann man dieses Spielchen nicht nur in der Film-Branche spielen, sondern auch in der Wissenschaft. So ist es z.B. in der Mathematik Gang und Gebe, dass Mathematiker ihre Erdös-Zahl , d.h. den wissenschaftlichen Verwandtschaftsgrad zum ungarischen Mathematiker Paul Erdös, zu bestimmen. Da es in der Wissenschaft keine Filme gibt, geschieht dies über die Koautorenschaft von wissenschaftlichen Publikationen.

(Quelle: Wikipedia, H2g2bob, Lizenz)

Davon und durch die Diskussion über den weitläufigen Stammbaum eines Kollegen inspiriert, habe ich mich mal daran gemacht meinen wissenschaftlichen Stammbaum zu ermitteln. Also von meinem Doktorvater zu dessen Doktorvater usw. Wäre ja schon schick als Chemiker aus Giessen von Justus Liebig (einem der Urväter der modernen Chemie) abzustammen.

Schon eine illustre Ahnenreihe. Alles Namen, von denen man als Chemiker schon mal gehört haben kann. Emil Fischer, bekannt für seine Strukturaufklärung der Glucose (Traubenzucker), Adolf von Baeyer synthetisierte als erster Indigo (den blauen Farbstoff der Jeans) und Barbitursäure (chemische Grundlage der Barbiturat Schlafmittel) und schließlich Robert Bunsen, der auch in Nichtchemiker Kreisen bekannt ist, da er dem Bunsenbrenner seinen Namen gab. Unter Anderem entdeckte er auch mit G. Kirchhoff die Elemente Cäsium und Rubidium.

Dieser sitzt aber nur auf einem Seitenast des Stammbaums: Es ist zwar wahrscheinlich, das Adolf von Baeyers durch Bunsen zu seiner Doktorarbeit über Derivate des Kakodyls inspiriert wurde, daran aber im Labor von Friedrich Kekulé  der sich zu selben Zeit auch in Heidelberg aufhielt arbeitete. Kekulé der für die Aufklärung der Strukturformel des Benzols, der bekannte Benzolring, bekannt ist, war wiederum ein Schüler Liebigs. Und siehe da: Tatsächlich eine Verbindung zum alten Liebig !!!

Chemie ?!

“Oh je, in Chemie war ich immer schlecht…” “Igitt, da ist Chemie im Essen. Ihr Chemiker werdet uns irgendwann noch mal alle töten” Welcher Chemiker kennt diese Sprüche nicht ? Was bewegt den Menschen also sich mit dieser diffizielen Materie zu beschäftigen ? Und das auch noch in einem Universitätsstudium ? Nun, wenn man folgende Werbeanzeige aus den 50er Jahren aufmerksam durch liest, sind die Gründe klar…

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(Quelle: Popular Mechanics, 09/1955, http://blog.modernmechanix.com/2008/07/31/chemistry-big-laboratory-given-free/)

 

Eine “glorreiche Zukunft” wird da beschworen und darauf hingewiesen das in der Chemie quasi eine Goldmine liegt, die man nur anzapfen muss um sofort sein Einkommen und seine Position im Leben zu verbessern, indem man Abfall in Geld verwandelt. Tja, leider scheint sich heute keiner mehr daran zu erinnern oder aber nicht an ein “Golden Age” mit Hilfe der Chemie zu glauben…

Dann gibt es natürlich noch die Leute, die Chemie studieren um die “unheimlichen Kräfte der Natur zu entfesseln” oder “Mutter Natur nach meinem Willen zu formen”. Das sagten zumindest zwei meiner Komilitonen.

Schliesslich gibt es auch die Leute, deren natürlicher Spieltrieb, Zündel-Leidenschaft, Bastelwut und/oder Neugier, vom experimentellen Arbeiten gefüttert wird. Die sozusagen irgendwie eine Art Hobby zum Beruf gemacht haben. (“Was passiert wohl, wenn ich das Grüne in das Lilane kippe ?”, “Boah, sieh dir mal an wie heftig das abgeht…”) Das sind dann auch die Leute die vielleicht mal einen Chemiebaukasten besessen haben.

Apropos, Chemiekasten… Als ich neulich in der Bibiliothek meiner Arbeitsgruppe die Bücher durchstöbert habe, fiel mir dabei auch folgendes Kleinod in die Hand:

Alles was im Hause ist, untersucht der ALL-CHEMIST – 150 chemische Versuche für Buben und Mädchen.

Eine Versuchsanleitung zu einem Chemiekasten aus dem Jahre 1940 (Wilhelm Fröhlich, All-Chemist, Franckh’sche Verlagshandlung Stuttgart, 1940). Und tatsächlich, es gibt kaum ein Haushaltsprodukt das nicht in ein lehrreiches Experiment einfliesst: “Ein süsser Anfang” (Zucker), “Von der Milch”, “Der böse Alkohol” (!) oder “Gas” um nur mal ein paar Beispiele zu nennen. Viele Versuche, die man auch heute noch machen kann, allerdings auch ein paar die etwas antiquiert wirken: Wer hat schon heute eine Tafel Tischlerleim im Hause ?

Aber auf Wunsch einer Kollegin hier mal ein Experiment zum nachkochen:

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Die Frage, ob man den Tischlerleim gerade zuhause hat, lasse ich mal so im Raume stehen. Jedenfalls zeigt sich, dass die Idee mit den “Chemie mit Haushaltsprodukten”-Büchern keine neue ist.

Hier sieht man auch eine Besonderheit, die man heute leider nicht mehr findet. Die netten Illustrationen am Rande besitzen irgendwie einen ganz besonderen Charme.

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Wie z.B. das Bild jenes possierlichen Zeitgenossen, welches das Vorwort ziert und daran erinnert:

Wie der Alchimist früherer Zeit alle möglichen Stoffe zusammenbraute, wird ein wißbegieriger Junge als neuzeitlicher All-Chemist alle erreichbaren Stoffe in Küche und Haus[…] in den Bereich seiner Untersuchungen ziehen und ganz unbemerkt noch recht viel Neues lernen.

Na wenn man da nicht Appetit auf mehr bekommt… Mit Nachweisen von Eisen in Zigarettenasche fängts an und ehe man sich’s versieht landet man bei “Reaktionen von Ozon in Gegenwart von Übergangsmetallaziden in siedender Blausäure”… Oder so…

Faszination Gold

„Über-, doppelt und mehrfach glücklich, wer auf Gold und Kleinodien tritt!“

―Apuleius

Nur wenige Materialien üben eine ähnlich große Faszination auf den Menschen aus wie das Gold. Es ist nicht nur durch seine glänzend gelbe Farbe schön anzusehen, es gilt auch als ein Sinnbild für Edles und höchste Qualität. Die Goldmedaille für Olympia Sieger oder der sog. Goldstandard für bewährte, allgemein anerkannte Methoden und Verfahren, an denen sich alle anderen Methoden messen müssen.

Und wertvoll ist es. So bezahlt man zur Zeit (25.02.2017) 1190 EUR je Feinunze. Oder übersetzt in ein etwas gängigeres Gewichtsmaß: 38,26 € je Gramm. Und das ist von den Maßen her gerade mal ein winziges Blättchen:

100g Bar casted size 2
Größenvergleich – 1 Euromünze vs 100 g Barren

Von Goldsuchern

Der hohe Preis ist zum Teil dadurch begründet, dass Gold ein seltenes Metall auf unserem Planeten ist. Im Durchschnitt müsste man 1000 t Gestein verarbeiten um 4 g Gold zu gewinnen, was vermutlich der Grund ist, warum die Goldgewinnung nur an wenigen ausgewählten Orten rentabel ist. Ein Faszinosum am Gold ist ja, dass es chemisch sehr beständig ist. Dies ist auch der Grund, warum man es im Gegensatz zu anderen Metallen, die nur in Form von Erzen in Verbindung mit Sauerstoff, Schwefel etc. vorkommen, überwiegend gediegen vorfindet. Zugegeben man braucht oft eine Lupe um den Goldstaub im Gestein zu finden, aber ganz selten mal findet man auch „Gold-Nuggets“, also regelrechte Klumpen.

CSIRO ScienceImage 10458 An 8 kg nugget from Victoria that was cut in two and had a thin slice
Der größte bisher gefundene Gold-Nugget ist der „Welcome Stranger“, der 1869 in Australien ausgegraben wurde und stolze 97 kg auf die Waage brachte. In Deutschland findet man leider nur kleine Nuggets. Zuletzt löste ein Goldfund im thüringischen Schwarzatal einen kleinen Goldrausch aus, als der 64-jährige Heinz Martin beim durchqueren eines Baches einen 9.6 g schweren Nugget fand.

Aber das hindert den Menschen in seinem Erfindergeist nicht, ständig nach neuen Quellen zu suchen aus denen man Gold gewinnen kann. So kam der deutsche Chemiker Fritz Haber in den 1920er Jahren auf die Idee Gold aus Meerwasser zu gewinnen. Die Weltmeere enthalten ja immerhin genug Wasser, dass man einfach nur abzupumpen brauch. Doch obwohl 15000 t Gold in unseren Meeren „herumschwimmen“ stellte sich die Goldkonzentration als zu gering heraus um rentabel zu sein.

Alchemie, oder: Wie macht man Gold ?

Ebenfalls abenteuerlich ist die Idee neues Gold herzustellen, indem man billige, im großen Maße verfügbare Metalle umzuwandeln. Die Goldmacherei war ein beliebtes Betätigungsfeld der Alchimisten, den Vorvätern des modernen Chemikers. So suchte man den „Stein der Weisen“ eine Substanz die eben dieses Kunststück ermöglichen sollte. Das dies natürlich nicht von Erfolg gekrönt sein kann, liegt auf der Hand. Mitunter aber förderte diese Suche, nach dem Motto „Discovery by serendipity“ ungeahnte andere interessante Funde zu Tage:

So gelang es dem Alchemisten Johan Friedrich Böttger zwar nicht die Formel für den Stein der Weisen zu finden, sondern die Formel für Porzellan (die bis dahin ein wohlgehütetes Geheimnis der Chinesen war). Mit dieser Erkenntnis konnte man zwar nicht direkt Gold gewinnen, aber Porzellan war derartig kostbar, dass der sächsische König August der Starke dennoch beschloß Böttger unter Verschluß zu halten, um mit dem Porzellan gutes Gold zu verdienen.

DPAG 2010 32 Porzellanherstellung in Deutschland
Ein anderer Zufallsfund auf der Suche nach Gold gelang einem gewissen Henning Brand. Ironischerweise suchte er den Zugang zum Gold in einer anderen „goldenen Substanz“, indem er seinen Urin einkochte und die Rückstände stark erhitzte. Er erhielt stattdessen eine im dunklen leuchtende Substanz und wurde damit nicht nur zum Entdecker der Chemoluminiszens, sondern auch des Elements Phosphor. Gänzlich unmöglich ist die Elementtransmutation aber doch nicht. So lassen sich mittels moderner Wissenschaft im Rahmen kerntechnischer Prozesse geringste Mengen Gold erzeugen. Doch dies ist nicht nur teuer, sondern geht auch mit radioaktiver Strahlung einher… Ergo: Ist die Mühe nicht wert.



Brandt, wie er den Phosphor entdeckt (hier künstlerisch interpretiert von Joseph Wright of Derby)
Brandt, wie er den Phosphor entdeckt (hier künstlerisch interpretiert von Joseph Wright of Derby)

Von Original & Fälschung, sowie Badewannen

Doch wie überall, wo es um die Erlangung von Reichtümern geht, sind Ganoven und Halunken nicht weit entfernt. Wenn schon nicht Herstellen, dann vielleicht geschickt imitieren ! Und das ist in der Tat möglich: So gibt es allerhand (meist Kupfer-haltige) Legierungen, die einen mehr oder minder goldenen Farbton besitzen. Nehmen wir z.B. Messing oder Tombak. Dementsprechend gilt „Augen auf beim Goldkauf“. Oder eine andere Variante, wo der „Beschiss“ sich schon im Namen bemerkbar macht: Katzen- oder Narrengold, dem etwas malerischeren Namen für Eisen(II)disulfid/Pyrit, einem weißgoldenen Mineral.

Eine aus Film & Fernsehen bekannte Echtheitsprüfung ist z.B. der Bisstest (Schon mal gewundert, warum siegreiche Olympioniken auf ihre Goldmedaille beißen ?). Da Gold ein sehr weiches Metall ist, sollte ein solcher Bisstest Spuren in Echtgold hinterlassen. Blei ist allerdings auch sehr weich und somit ist vergoldetes Blei auf dem Wege nicht vom Original zu unterscheiden.

Auch sehr bekannt ist der Dichte-Test. Man kennt die Geschichte von Archimedes, der die Echtheit einer Goldkrone prüfen sollte (ohne diese zu beschädigen) und dem dann die geniale Idee beim Baden kam. Jedes Material hat ein spezifisches Gewicht, d.h. Gewicht je Volumeneinheit. Er tauchte also nacheinander Krone, sowie gleich schwere Gold- bzw. Silberbarren in Wasser und maß deren Wasserverdrängung. Und siehe da, die Krone verdrängte mehr Wasser als der Goldbarren, hatte also ein geringeres spezifisches Gewicht und war damit eine Fälschung. Verbunden mit dieser Erkenntnis, dem Archimedischen Prinzip, ist auch der berühmte Ausruf „Heureka !“ (griech. „Ich hab’s gefunden“) den Archimedes ausrief und, soeben dem Bade entstiegen, nackt durch die Strassen rannte. Eine elegante Methode, allerdings nicht unbedingt alltagstauglich.

Heureka - Wissenschaft in der Badewanne
Heureka – Wissenschaft in der Badewanne

Praktischer, da portabel sind säurebasierte Test-Kits. Gold besitzt nämlich die Eigenschaft unlöslich in herkömmlichen Säuren zu sein. Nur Königswasser, ein Gemisch aus Salz- & Salpetersäure, vermag es reines Gold aufzulösen. Legierungen mit geringerem Goldanteil lösen sich schon in verdünnteren Säuren. Je höher der Goldanteil, desto härtere Geschütze (sprich konzentriertere Säure) muss man auffahren.

Wenn das Edelmetall aber aus seriöser Quelle kommt, reicht es evtl. aber auch einen schnellen Blick auf einen vorhandenen Prägestempel zu werfen, der den Goldanteil in Promille wieder gibt.

Quelle: Wikipedia, Eintrag: Gold
Quelle: Wikipedia, Eintrag: Gold

Goldene Worte

Die gedankliche Verbindung Gold = wertvoll hat dann auch in allerhand metaphorische Redewendungen geprägt. Schwarzes Gold steht synonym für Erdöl, mit dem man auch zu Reichtum gelangen kann, wenn man es in seinem Garten findet. Weißes Gold steht für Salz, Porzellan, Elfenbein etc., alles Substanzen die zumindest in der Vergangenheit mit Gold aufgewogen wurden. Wer goldene Hände hat und damit aussergewöhnliches handwerkliches Geschick besitzt, verdient sich schnell eine goldene Nase, insbesondere dann, wenn diese noch einen guten Riecher für profitable Geschäfte hat. Die Kartoffel ist nicht nur golden in der Farbe, sondern gilt den deutschen oft als Königin der Beilagen beim Essen und verdient sich damit den Titel Ackergold, während der leicht ironische Begriff Hüftgold die füllige Figur beschreibt, die man kriegt, wenn man zuviel davon isst.

Angewandte Goldwissenschaften

Doch was macht man mit Gold, außer es sich als Kapitalanlage in den Keller zu legen oder es zu Schmuck zu schmieden ?

Der goldene Reiter - Feuervergoldet
Der goldene Reiter – Feuervergoldet

Blattgold kennt jeder. Da Gold so weich und duktil ist, lässt es sich problemlos (wenn auch in aufwendiger Arbeit) zu hauchdünnen Blättchen schlagen, mit denen man Zierrat eine goldene Oberfläche verleihen kann. Eine besondere Eigenschaft besitzt kolloidales Gold, d.h. Nanometer große Goldteilchen verteilt in einem flüßigen Medium, auch bekannt als Cassius’scher Goldpurpur. In dieser Form verliert Gold seine typische Farbe, sondern erscheint in einem rubinroten Farbton, mit dem man z.B. hochwertiges (und extrem schickes) rotes Glas herstellen kann.

Goldrubinglas Schatzkammer München
Goldrubinglas Schatzkammer München

Oder man verleiht Nahrungsmitteln mit Blattgold einen dekadenten Touch (Zusatzstoff E175). Dies reicht vom Danziger Goldwasser, einem klaren Schnaps in dem etwas Blattgold suspendiert wurde, bis hin zur Currywurst Gold mit Trüffelpommes, die in Berlin als deutliche Manifestation der Gentrifizierung Gestalt angenommen hat. Für den Körper ist es unbedenklich, da elementares Gold, wie wir bereits gelernt haben, in den meisten Säuren, so auch Magensäure, unlöslich ist und unverändert durch den Verdauungstrakt durchrauscht. In Form von Goldsalzen allerdings, kann es in zu hohen Konzentrationen zu einer Schwermetallvergiftung führen. Da die meisten Menschen solche jedoch nie zu Gesicht kriegen, ist dies ein eher seltenes Szenario. Es sei denn, sie gehören zu dem kleinen Personenkreis, dessen Rheuma mit goldhaltigen Medikamenten behandelt wird. Da dies jedoch recht teuer ist (sic!) und außerdem in über 50% der Fälle unangenehme Nebenwirkungen hat, werden diese mehr und mehr von anderen Medikamenten verdrängt.

Goldhaltige Arzneistoffe

Da Gold unter den Metallen eine überlegene elektrische Leitfähig und Korrosionsbeständigkeit besitzt, werden gerne elektrische Kontakte und Leiterbahnen auf Platinen daraus gefertigt. Ein Grund, warum der moderne Goldgräber sich für alte Mülldeponien und den darin achtlos entsorgten Elektroschrott interessiert.

Wir sehen also Gold ist ein extrem vielseitiges Element, dass nicht umsonst seit Jahrhunderten anhaltend eine Faszination auf den Menschen ausübt.

Aller Anfang ist schwer

Alle Jahre wieder gucke ich in meine Kiste mit Erinnerungsstücken: Eine Sammlung aus Briefen, Fotos, Eintrittskarten von besonders denkwürdigen Events und allerhand anderer Dinge, die einen in Erinnerungen schwelgen lassen. Darunter auch dies hier:

Nun, was hat es damit auf sich ? Damals im Oktober 2000 hatte es mich an die Uni Münster verschlagen, um dort meine ersten Gehversuche auf dem Gebiet der Chemie zu unternehmen. Auftakt der OE-Woche (OE = Orientierungseinheit) bildete die Erstsemester-Begrüßung. Da saß ich nun mit den ganzen anderen Erstes, an die 130 Leute, im großen Hörsaal C1 und harrte der Dinge, die da kommen würden. Punkt 10:00 betrat eine Handvoll Fachschaftler und Assistenten die Bühne und verkündete, dass es dieses Semester wohl zu einer Panne bei der Immatrikulation gekommen sei: Es wurden mehr Studenten aufgenommen, als es Studienplätze gäbe. Um dieses Dilemma zu beseitigen, würde nun eine kurze Einstufungsklausur abgehalten werden, um zu ermitteln, wer wie geplant starten dürfe und wer bis zum nächsten Semester warten müsse.

Vor lauter Aufregung, die der Studienbeginn so mit sich bringt, ist es vermutlich nur Wenigen komisch vorgekommen, dass so eine gravierende Mitteilung nicht von einem Professor, sondern von der Fachschaft verkündet wird. Die erste Aufgabe auf dem Klausurbogen, ein ziemlich martialisch anmutendes Konstrukt, hat dann sicher auch sein übriges Getan, uns Erstis einzuschüchtern:

Lösung (von oben li. nach unten re.): 1. Zeile: Kupfer // Cu(OH)2 // CuO; 2. Zeile: CuI + I2 // [Cu(NH3)4]SO4; 3. Zeile: CuI // Kupfer
Dieser Aufgabentyp ist auch bekannt als „Kampfstern“: Sternförmiges Reaktionsschema, mit dem viele Studenten in Klausuren zur anorganischen Chemie hart kämpfen müssen, um die Lücken darin auszufüllen. Und das nach Besuch entsprechender Vorlesungen und Übungen ! Am ersten Tag des Studiums reicht das jedoch, um auch hartgesottene Naturen in Unruhe zu versetzen. Ich jedenfalls, ohne Chemiekurs in der gymnasialen Oberstufe, war völlig aufgeschmissen.

Also machte ich das, was wohl jeder im Angesicht einer unlösbaren Klausuraufgabe macht, nämlich umblättern:

Skizzieren sie ein galvanisches Element, dass aus einer Normalwasserstoffelektrode (NHE) und einer Kupferelektrode besteht, welche in eine Kupfersulfatlösung eintaucht !

Öhm… Next !

Toxikologie: Welche Gefahren für die Gesundheit gehen von übermäßigem Konsum von Dihydrogenmonoxid aus ?

Ok, von diesem alten Chemie-Kalauer hatte ich schon mal gehört. Dihydrogenmonoxid = klug für Wasser. Hier hielt ich es für hinreichend sicher, die Vermutung zu äußern, dass evtl. Ertrinken gemeint sein könnte… Aber dann direkt in der nächsten Aufgabe – Bäm ! – werden direkt die Valenzstrichformeln für Alkohol, Schwefelsäure, Benzol und Kaliumpermanganat gefordert ! Äh… Schnell weiter. Irgendwo muß es doch etwas einfacheres geben…

Zeichnen Sie den Querschnitt durch ein Magnetrührstäbchen, Zählen Sie wieviele Wasserstoffatome vor Ihnen auf dem Tisch liegen !

Sehr merkwürdig ! Doch wem bis jetzt noch nicht aufgegangen sein sollte, dass es sich hier um einen klassischen Scherz auf kosten der Neulinge handelte, dem wurde es spätestens damit klar:

April, April !

Und tatsächlich hatte sich so mancher mit einem erleichterten Grinsen von seinem Platz erhoben, um God save the queen zu summen.

Bei besagtem Länderspiel handelt es sich übrigens um das letzte Spiel im alten Wembley Stadion, bevor dieses abgerissen wurde, in welchem Niemand anderes als Dietmar ‚Didi‘ Hamann den Siegtreffer zum 1:0 erzielte. In Folge dieser Schmach musste dann der britische Nationaltrainer Kevin Keegan seinen Hut nehmen. Das Tor hatte auch in sofern ein Nachspiel, als dass 5 Jahre später bei der Abstimmung, wie die neu errichtete Stadionbrücke heißen solle, der Vorschlag deutscher Fußballfans die Brücke „Dietmar Hamann Gedächtnisbrücke“ zu nennen, die meisten Stimmen erhielt. Man entschied sich dann, dem Abstimmungsergebnis zum Trotz, der Brücke einen anderen Namen zu geben.

Wir sehen also, ein klassischer Initiationsritus für Frischlinge. Doch was zu dem Zeitpunkt wahrscheinlich noch keiner vermutet hat: Eine solche Einstufungsklausur ist gar nicht notwendig gewesen, denn nur wenige Studiengänge haben eine ähnlich hohe Verschleißquote, wie ein Chemiestudium. In einer alten Chemiker-Anekdote sagt der Prof zu seinen Studenten: „Gucken Sie mal nach links, gucken Sie mal nach rechts… Die Leute, die sie dort sehen, werden sie nächstes Semester nicht mehr wiedersehen !“ Eine Geschichte, die durchaus ein Körnchen Wahrheit beinhaltet. Angefangen haben wir mit 130+ Studenten. Im 4. Semester sind nur noch 78 Teilnehmer zum Grundpraktikum Organische Chemie angetreten. Und nach 9 Semestern waren es gerade mal 23 Leute, die ihr Diplom gemacht haben. Und aus meiner OE-Gruppe, anfänglich 10 Personen, haben, mich eingeschlossen, nur 2 Personen das Vordiplom erlebt. Ok, so manchen verreißt in der einen oder anderen Prüfung. Aber, gerade in den frühen Semestern, gibt es auch genügend Leute, denen ein Chemiestudium zuviel Palaver ist. Praktikum in den Semesterferien… In irgendeiner stinkenden, potentiell giftigen Brühe rühren, wenn andere Studis am See in der Sonne liegen ? Das mag nicht jeder. Analysen kochen, unter Zeitdruck, während man sich den Abzug mit 4 anderen leicht chaotischen Zeitgenossen teilt ? Es soll auch Leute gegeben haben, die plötzlich festgestellt haben, dass sie Angst vor Chemikalien haben. Und überhaupt ist so ein Chemielabor auch nicht das, was uns die Medien vorspiegeln: Nein, kein Platz wo alles schön weiß und sauber ist und lustige bunte Flüssigkeiten vor sich hin blubbern. Da geht’s schon eher zu wie in einer Werkstatt… Wo gehobelt wird, da fallen Späne.

Ja, irgendwie ist es schon wahr, dass man als Chemiker schon, im positiven Sinne, leicht einen an der Waffel haben muss um so etwas zu studieren. Ein gewisser Conan in einem Internetforum bringt es auf dem Punkt:

Soweit ich weiß, sind meiner Meinung nach Chemiker die zähesten Brocken die ich kenne. Die geben normalerweise nicht auf und lassen nie locker, egal was sie machen. — Conan (25.04.2002)

Wie heißt es so schön ? Chemie ist, wenn man trotzdem lacht.

Sprit ist alle

Als ich gerade das Archiv durchstöberte, fiel mir das folgende Kleinod in die Hände. Es war das Jahr 2011 und die Gemüter waren, ob der gerade erfolgten Einführung des neuen E10 Benzins stark erhitzt:

huhu

Mittlerweile ist der Medienhype um die Benzinsorte E10 ja etwas abgeflaut. Aber offenbar ist der “Biokraftstoff” immer noch ungeliebt unter den Autofahrern. Zumindest gemessen an dem was ich eben an meiner bevorzugten Tankstelle beobachtet habe.

Offenbar war dort nämlich das herkömmliche Super leergetankt worden, was dort auf sichtlichen Unmut einiger potentieller Tankkunden stieß. Der zuständige Tankwart war nicht minder betroffen, da offenbar schon den ganzen Nachmittag die Kunden unverrichteter Dinge wieder abzogen, ob des beklagenswerten Spritmangels. Kein Benzin mehr, das muss man sich mal vorstellen. Neben tiefschürfenden Logistikproblemen seitens der Tankstelle, lässt sich vielleicht noch das Phänomen anführen, das die Spritpreise gefühltermaßen Dienstags immer besonders niedrig zu sein scheinen. Vielleicht lockt dieser Anschein besonders viele Leute an die Zapfsäulen.

imageAuch ich bin erst mal weitergefahren… Schließlich findet sich 500m weiter die Strasse runter ja eine weitere Tankstelle. Dort dann das gänzlich umgekehrte Bild… Autoschlangen an jeder Säule die bis auf die Strasse reichen. Für den Betreiber muss das ein Gefühl wie Weihnachten gewesen sein. Für mich als Kunden… eher Aschermittwoch… weniger schön. 20 Minuten auf Sprit warten wollte ich dann doch nicht. So stellt man sich die Spritrationierung in einer Planwirtschaft sozialistischer Prägung Marke kalter Krieg vor. Alternativen… Einmal durch die Stadt fahren zur nächsten Tanke oder E10 tanken ? Dann halt zähneknirschend E10 tanken.

Ich halte es zwar für unwahrscheinlich das der Biosprit schädlich für Motoren ist, aber ob der erhöhte Ethanolanteil den Sprit jetzt nachhaltiger macht… Da streiten sich die Experten. Ich bleib vorerst bei der klassischen Mischung. Hier mal ein kurzer Blick in die Rezeptur für Benzin der Marke Aral (Ottokraftstoffe gem. DIN EN 228):

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Komplexes Gemisch aus flüchtigen Kohlenwasserstoffen die Paraffine, Naphtene, Olefine und Aromaten mit C-Zahl vorwiegend von 4 – 12.
Kann Sauerstoffverbindungen enthalten. Kann auch geringe Mengen proprietärer leistungssteigernder Additive enthalten.

— Datenblatt Aral Ottokraftstoffe gem. DIN EN 228

Besagtes Gemisch flüchtiger Kohlenwasserstoffe alias Benzin wird in meiner Grafik oben mal durch Hexan als typischen Vertreter für ein n-Alkan repräsentiert, obwohl alles zwischen Kohlenwasserstoffen mit 4 und mit 12 Kohlenstoffen drin sein kann. Ferner diverse Alkohole als Additive und TBME als Antiklopfmittel. Besagtes Klopfen bezeichnet übrigens den Unerwünschten Effekt, dass der Treibstoff im Zylinder durch Selbstentzündung unkontrolliert verbrennt. Als positives Beispiel für einen “klopffesten” Brennstoff dient Isooctan, daher auch der Begriff Octanzahl.

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Die Grundmischung ist bei allen Anbietern der selbe, also der eigentliche Sprit. Erst mit den geheimen Zusätzen (Additive) verleiht jeder Anbieter seinem Benzin “die persönliche Note”.

Feuer frei – Capsaicin

Nur wenige Moleküle besitzen eine regelrechte Fangemeinde… Und viele davon gehören leider dem Bereich der verbotenen Substanzen an… Ein frei verfügbares Molekül, für das die Leute im wahrsten Sinne des Wortes ‚Feuer und Flamme‘ sind, ist Capsaicin (oder: (E)-N-(4-Hydroxy-3-methoxybenzyl)-8-methyl-6-nonensäureamid), jener Bestandteil von Chillischoten, die ihnen ihre unverkennbare Schärfe verleiht.

Capsaicin ist ein Alkaloid, das seinen Namen von der lateinischen Bezeichnung capsicum, dem Gattungsnamen für die Paprika-Gewächse, erhielt. Jenen Pflanzen, in denen dieser „Scharfmacher“ natürlich vorkommt. Wie kommt es nun, dass Mutter Natur ihre chemische Synthesemaschinerie aktiviert und Paprika & Chili einen solchen feurigen Charakter verleiht ? Hierfür gibt es zwei Theorien:

  1. Vögel vs Säugetiere – Eine Frage der Fortpflanzung

    Ein interessanter Umstand ist, dass nur Säugetiere Capsaicin als scharf empfinden. Nicht jedoch Vögel, deren Nervenzellen anders aufgebaut sind. Auf diese Art und Weise werden Säugetiere vom Verzehr der scharfen Schoten abgehalten, während Vögel sich unbeeinträchtigt daran schadlos halten können. Der Vogel kann im Fluge nun weitere Strecken auf die Schnelle überbrücken und sorgt so für eine weite Verbreitung der mitverzehrten Paprikasamen mittels Vogelschiss. Weitaus effektiver, als dies durch die am Boden lebenden Säugetiere bewerkstelligt werden könnte.

  2. Chemische Keule gegen Pilze

    Theorie 2 fußt auf dem Entdeckung, dass Paprika-Arten, die in Arealen mit hohem Befall durch Pilze der Gattung Fusarium wachsen, einen höheren Gehalt an Capsaicin besitzen, das ein natürliches Fungizid ist. Scharfe Chilis besitzen somit einen effektiveren Schutz vor Pilzen, als solche ohne. Den Rest erledigt die Evolution.

Diesem Naturstoff kommt nun ein gesteigertes Interesse vieler Menschen zu, da er in kulinarischem Sinne ein feuriges „Geschmacks“erlebnis bereitet. Geschmack steht hier in Anführungszeichen, weil es sich bei Capsaicin entgegen landläufiger Meinung kein Aromastoff ist. Scharf ist kein Geschmack, wie Süss, Sauer, Bitter, Salzig oder Umami, sondern eine Art Schmerzempfindung, die dem eines Hitzereizes nahe kommt. Ein Umstand den man sich auch bei der Herstellung von Wärmepflastern in der Pharmazie zu Nutze macht. Neben dem typischen brennen kommt es zu einer verstärkten Durchblutung und zur Ausschüttung von Endorphinen, den allseits beliebten körpereigenen kleinen Glücklichmachern – ein Effekt der auch „Pepper-high“ genannt wird. Vermutlich auch ein Grund warum scharfe Chilis so beliebt sind. 🙂

Medizinisch ist Capsaicin natürlich auch interessant… Nicht zuletzt in Form von Wärmepflastern. Entsprechende Präparate sollen auch bei Rheumaleiden sehr effektiv sein…


Currywurst, Berlin Stil – by Rainer_Zenz
Licensed under CC BY-SA 3.0 via Wikimedia Commons – http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Currywurst-1.jpg

Doch zurück zum scharfen Essen. Ein Nahrungsmittel, das in jüngerer Vergangenheit verstärkte Aufmerksamkeit von Capsaicin-Connoisseuren genießt, ist die Currywurst, welche von spezialisierten Currywurst-Buden in zahlreichen Schärfegraden von gar nicht scharf bis Inferno anbieten. Als Beispiele seien hier z.B. das im Hessischen wohl bekannte „Best Worscht in Town“ oder aber Curry24 das hier in Dresden zu finden ist. Dort stößt man auf so klangvolle Namen wie Mundorgasmus, Godfather’s Deathkiss oder „Da Bomb – The final answer“ in Verbindung mit Schärfeangaben wie 1000000 SCU….

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Quelle:
http://www.bestworschtintown.de/

SCU ? Wird sich der Laie jetzt fragen. Hinter diesem Kürzel verbirgt sich die sogenannte Scoville Heat Unit, eine von Wilbur Scoville eingeführte Maßeinheit für Capsaicin-induzierte Schärfe. Konkret verbirgt sich hinter dieser Zahl die Anzahl an Tropfen Wasser, die benötigt werden um ein bestimmtes Quantum eines Chilliextrakts soweit zu verdünnen, dass die Schärfe nicht mehr spürbar ist. Dabei entspricht ein SCU Wert von 16 Millionen reinem Capsaicin ! Dieses Vorgehen hat allerdings den Haken, dass man das Ganze von Testschmeckern verkosten lassen muss. Da bekannter Maßen jede Person eine unterschiedlich ausgeprägte Toleranz gegenüber Schärfe besitzt, ist dies ein recht ungenaues Verfahren. Ausserdem wären bei einem 1 Teil reinem Capsaicin 16 Mio. Teile Wasser zum verdünnen notwendig. Bei 1 Teil = 1 mL bräuchte man 15.000 Liter Wasser ! Daher behilft man sich heute mit instrumenteller Analytik, genauer gesagt HPLC, um die SCU zu ermitteln.

Um sich den Maßstab mal etwas besser zu veranschaulichen:

  • 0 – 10 Gemüsepaprika
  • 100-500 Peperoni
  • 1000-10000 Sambal Oelek
  • 2500-8000 Jalapeno Schote
  • 30000-50000 Cayenne-Pfeffer
  • 1 Mio. Bhut Jolokia Chili (bis 2012 die schärfste Chili der Welt)
  • 2 Mio. Trinidan moruga scorpion (neuer Rekordhalter)
  • 2 Mio. handelsübliches Pfefferspray
  • 9 Mio. Mad Dog 357 No. 9 Plutonium – einer der schärfsten Chiliextrakte der Welt
  • 16 Mio. Blair’s 16 Million Reserve – Reines Capsaicin (Sammlerstück für echte Fans – nicht für den Verzehr gedacht)

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„Trinidad moruga scorpion ripe ready to pick“ by Tparsons –
Licensed under CC BY-SA 3.0 via Wikimedia Commons – http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Trinidad_moruga_scorpion_ripe_ready_to_pick.jpg#/media/File:Trinidad_moruga_scorpion_ripe_ready_to_pick.jpg

Überhaupt, was es so an Chilisaucen für den Schärfe-Enthusiasten gibt ist schon enorm. Nehmen wir z.B. die oben erwähnte Plutonium-Sauce… Stolze 109 € für 28 g dieses infernalischen Gebräus verlangt der Fachhändler.

Der streng limitierte Extrakt ist extrem zähflüssig, mehr Paste als Sauce. Das macht ihn extrem schwierig zu dosieren, weshalb wir Ihn für den Verzehr nicht empfehlen. Im formschönen Display-Karton ist er als Sammlerstück besser geeignet.

Wir sehen, das Zeug ist kein Spielzeug. Das verdeutlicht sich schon an den weiteren Warnhinweisen, die der Fachhändler chilibox.de dem potentiellen Käufer mit auf den Weg gibt:

  • Dieser Extrakt ist ein Speisenzusatz und darf keinesfalls pur verzehrt werden!
  • Dosieren Sie diesen Extrakt extrem sparsam und verwenden Sie ihn ausschließlich stark  verdünnt!
  • Haut- und Augenkontakt sind unbedingt zu vermeiden!
  • Verabreichen Sie diesen Extrakt niemandem ohne dessen Wissen und Zustimmung!
  • Halten Sie ihn von Kindern und Jugendlichen fern!

Könnte auch auf einer Chemikalienflasche stehen, die der Fachmann dann mit entsprechenden Gefahrstoff Etiketten kennzeichnen würde. Bei reinem Capsaicin wäre das immerhin:

H301 – Giftig beim Verschlucken, H315 – Verursacht Hautreizungen, H317 – Kann allergische Hautreaktionen hervorrufen, H334 – Kann beim Einatmen Allergie, asthmaartige Symptome oder Atembeschwerden verursachen… Das Zeug hats also in sich. Aber dann ist das o.g. Extrakt auch kein reines Capsaicin und ohnehin nur verdünnt und mit entsprechender Vorsicht zu benutzen. Immerhin, schärfer als Pfefferspray, das auch auf Capsaicin setzt. Diese Präparate, nur zur Tierabwehr verkauft, sollten auch nicht leichtfertig eingesetzt werden, da sie als Waffe eingestuft werden ! Interessant ist in diesem Zusammenhang auch die Tatsache, das Pfefferspray – oder Capsaicin im Allgemeinen – in Kombination mit Rauschmitteln sehr unschöne Effekte besitzt… So kann sich die Letalität von Kokain bis um den Faktor x4 verstärken, wenn der Konsument mit Pfefferspray besprüht wird. Über entsprechende Fälle wurde berichtet.

Doch wir wollen ja nicht direkt das Schlimmste annehmen. Doch was tun, wenn die Currywurst mal wirklich zu scharf war ? Aufgrund der guten Fettllöslichkeit des Capsaicins soll Olivenöl gut helfen. Ebenso bewährt ist auch ein schönes Glas kalte Milch. Das kühlt und das enthaltene Casein soll das Capsaicin binden. Erstaunlicher Weise soll eine 10 % Zuckerlösung auch gute Dienste leisten. Wasser hingegen ist, bis auf einen kühlenden Effekt, relativ nutzlos. Hier müsste man erst die Seife hinzunehmen: auch keine gute Lösung, wenn der Mund brennt. Alkohol kann man auch als Lösungsmittel nehmen… Vielleicht ist das ja auch eine Erklärung dafür, warum die Mexikaner gerne Tequila mögen 🙂

Zauberwasser

Wenn man einen chemischen Laien befragt, dann kennt er auf alle Fälle eine chemische Formel. Nämlich die von Wasser, H2O. Ist auch ein wichtiges Molekül, denn ohne es läuft in der Natur nichts, auch beim Menschen nicht, der immerhin zu über 70 % aus Wasser besteht. Auch zum Geld verdienen taugt das Wasser. Nun gut, Mineralwasser aus dem Lebensmitteldiscount gibt es schon für 13 ct je Liter, also nichts mit dem man schnell reich wird. Spannend wird es erst wenn man dieses simple Produkt mit Hilfe moderner Wissenschaft etwas aufmöbelt.

wass

Nehmen wir z.B. das ominöse Penta Water. Dabei handelt es sich um eine Art hightech Trinkwasser, das 2003 ein Verkaufsschlager in US-amerikanischen Reformhäusern (ja, sowas gibt’s offenbar wirklich) war. Was ist also das Besondere an diesem Wasser ?

Penta Water is ultra purified, energized water that not only fully hydrates, but may also help increase antioxidant activity in your body

www.pentawater.com – What is Penta ?

Also erst mal supersauberes Wasser. So sauber, dass nicht mal die üblichen Mineralien aus Mineralwasser wie z.B. Magnesium, Calcium, Chlorid oder Sulfat dort enthalten sind. Ok, soweit noch nix besonderes. Schließlich kann man Reinstwasser auch aus dem gut sortierten Chemikalienfachhandel beziehen. Allerdings… Was soll daran jetzt gesund sein ? Sind die Mineralien im Wasser nicht eigentlich das Gesunde ?

Die ausschließliche Verwendung von destilliertem Wasser kann bei einer einseitigen Ernährung zu einer Verarmung des Körpers mit Elektrolyten führen

http://de.wikipedia.org/wiki/Destilliertes_Wasser

“Besonders” wird dieses Wasser erst durch einen zweite Eigenschaft: Es ist energetisiert ! Ah ja… Der Hersteller nimmt also dieses supersaubere Wasser und ultraschalliert es 11 Stunden lang mit der Konsequenz, dass große Aggregate (Ansammlungen, Cluster) von Wasser in kleine Fünfereinheiten zerkleinert werden.

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Dadurch bekommt dieses Zauberwasser laut Aussage seines Herstellers eine Reihe fabelhafter Eigenschaften, allem voran seine antioxidativen Eigenschaften und seine Fähigkeit den Organismus besser zu hydratisieren. Gerade letzteres ist ja offenbar ideal für Sportler.

Through word-of mouth, Penta Water also developed a reputation in amateur and professional athletic circles for being water that provided faster, more complete hydration, and improved endurance during competition.[…]

Penta Water helps its drinkers be and stay active, alert and healthy.

www.pentawater.com

Es erhält den Konsumenten aktiv und gesund ? Das tut mein Mineralwasser auch, denn wer nicht trinkt, der macht eher früher als später schlapp. Insgesamt eine eher windige, etwas esoterisch anmutende Angelegenheit. Fehlt eigentlich nur die Aussage: Unser Wasser ist nasser als alle anderen.

imageWer es probieren möchte muss dafür nicht in die USA reisen… Denn auch in good old Europe gibt es sowas, wenn auch nicht so “wissenschaftlich” untermauert. Bei uns heisst es belebtes levitiertes, vitalisiertes oder informiertes Wasser. Auch hier wird durch einen geheimnisvollen Prozess das Wasser in “einen Zustand höherer Ordnung” versetzt. Das ganze mit Hilfe von sog. Naturenergie. Hier horcht der Naturwissenschaftler auf, denn schließlich gibts keine unnatürliche Energie. Das beste dabei ist, es funktioniert ohne Strom und chemische Zusätze zuhause mit einem kleinen Gerät, das man in seine Wasserleitung einbauen kann. Oder auch tragbar in Form eines Belebungsstab, falls man unterwegs sein Teewasser energetisieren will. Und auch dieses Wasser kann eine Menge, z.B. im Lebensmittelsektor beim Backen von Brot oder aber dem Bierbrauen:

Teig wird geschmeidiger und luftiger, Reduktion von Backmittel, längere Frische und Haltbarkeit[…]

feinblasigere Kohlensäure, intensiverer Geschmack der Zutaten […]

Quelle

Besonders die feinblasige Kohlensäure klingt lecker erfrischend…

Das Beste zum Schluss: Dieses Wasser ist tatsächlich nasser. Denn es soll angeblich eine geringere Oberflächenspannung haben, ergo Gegenstände besser benetzen können. Resultat bessere Waschergebnisse dank “verstärkte[r] Selbstreinigungskraft und erhöhte[r] Lösungskraft”. Warum gibts sowas nicht für’s Labor ? Da lässt sich doch sicher 1a Chemie drin machen. Andereseits… Wir Naturwissenschaftler glauben ja nicht an Wunder, die man nicht nachweisen kann:

Dem Wissenschaftler genügt die nackte Wahrheit nicht, er will auch ihr Röntgenbild sehen.

— H.-J. Quadbeck-Seeger, dt. Chemiker

 

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Bildquelle: Wikipedia, Stichwort Belebtes Wasser

Es gibt Reis, Baby

Nachdem es im letzten Beitrag doch recht kalorienlastig wurde, wollen wir heute mal auf die schlanke Linie achten. Anja fragt:

Ich habe gehört, dass gekochter Reis an Kalorien verliert, wenn man ihn nach dem Kochen über Nacht in den Kühlschrank stellt und dann wieder aufwärmt. Stimmt das und falls ja: Woran liegt dies ?
Anja aus D.

Nun, das hört sich in der Tat etwas esoterisch an. Gerade im Ernährungsbereich findet sich eine Mannigfaltigkeit an pseudowissenschaftlichen Erkenntnissen und Patentrezepten, mit deren Hilfe man sich gesünder ernährt oder ratz-fatz überzählige Pfunde verliert.

Was nun den gekühlten Reis anbelangt, darf man so wie es aussieht optimistisch sein (zumindest so lange, bis eine neue Studie das Gegenteil beweist): Resistente Stärke lautet das Zauberwort ! Reis ist, viel mehr noch als die Kartoffel, ein stärkehaltiges Lebensmittel (Kartoffel 15 %, Reis 89 %) und damit eine Quelle für Kohlenhydrate.

Ausschnitt aus der Strukturformel von Stärke
Ausschnitt aus der Strukturformel von Stärke

Stärke ist ein Polysaccharid, also eine lange Kette aus „Zuckerbausteinen“. Bei der Stärke sind diese Bausteine Glucose-Moleküle (auch: Traubenzucker). Um nun Energie aus der Stärke gewinnen zu können, muss diese lange Glucose-Kette erst mal durch Enzyme in ihre Einzelteile zerlegt werden. An dieser Stelle wird es nun komplex: Stärke ist nicht einfach Stärke, sondern kann in verschiedenen Formen vorliegen, die sich unter Anderem darin unterscheiden, wie die Glucose-Bausteine mit einander verknüpft sind und wie sich die resultierende Polysaccharid-Kette verdrillt, faltet und zusammen lagert.

Diese Form hat nämlich einen starken Einfluss auf die Löslichkeit und darauf, wie gut die Stärke-spaltenden Enzyme (Amylasen) die Stärke abbauen können: Kurzum, wie gut sich die Stärke vom Körper verdaut oder aufgenommen werden kann !

Stärkekörner unter dem Mikroskop - By MKD - Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=30608450
Stärkekörner unter dem Mikroskop – By MKD – Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=30608450

Solche Formen von Stärke, die nicht verdaut werden können (und damit zu den Ballaststoffen gerechnet werden dürfen), bezeichnet man als resistente Stärke.

RS1     Stärke, die in intakten Zellen eingeschlossen ist (lässt 
        sich in nutzbare Form 'aufschließen', z.B. durch
        mechanische Behandlung wie Kauen oder Zermahlen)
RS 2    Stärke, die aufgrund ihrer Struktur für Verdauungsenzyme
        nicht zugänglich ist, aber durch Hitze aufgeschlossen
        werden kann
RS 3    Retrogradierte Stärk, ensteht durch Erhitzen und
        anschließendes Abkühlen von Stärke. Besitzt eine
        kompakte Kristallstruktur, die für Verdauungsenzyme
        unzugänglich ist
RS 4    Modifizierte Stärke

— Wikipedia, Stichwort ‚Resistente Stärke‘

Und RS 3 ist dann beim kalorienarmen Reis des Rätsels Lösung: Resistente Stärke, die durch Erhitzen und anschließendes Abkühlen entsteht. Und auf die genaue Zubereitung kommt es auch an, denn je nachdem wie diese durchgeführt wird (und auch welche Reissorte man verwendet) sind die Resultate stark unterschiedlich. Sudhair A. James, der mit seinen Untersuchungen zu diesem Thema im letzten Jahr in den Medien für Furore gesorgt hat empfiehlt folgendes Rezept:

Wasser zum Kochen erhitzen und Kokosöl zugeben (etwa 3 Gewichts-% der gewünschten Reismenge). Den Reis hinzufügen und 40 Minuten kochen lassen. Abgiessen und 12 Stunden in der Kühlschrank stellen. Welche Rolle dem Öl dabei zukommt ist nicht ganz klar. Angeblich dringt es in die im Reis enthaltenen Stärkekörner ein und bindet sich dort an die Stärke, die dadurch auch resistent wird (Manche Quellen sprechen hier vom Typ RS 5).

Kalter Reis -> Sushi ?
Kalter Reis -> Sushi ?

Ok, für Sushi könnte man diesen kalten Reis schon nehmen. Warm machen könnte man ihn auch: Einen Einfluß auf die resistente Stärke habe dies nicht.

Doch was ist mit anderen stärkehaltigen Nahrungsmitteln, z.B. wenn man Nudeln statt Reis als Beilage bevorzugt ? Offenbar funktioniert der Trick auch mit Nudeln.

Alles in allem also eine interessante Sache, wenn auch man keine Wunder davon erwarten sollte. Der menschliche Metabolismus ist eine komplexe Angelegenheit und wie effizient sogenannte LowCarb-Diäten sind, darüber streiten sich die Experten.

Bunte Wissenschaft

Was der Wissenschaft gefällt, wird darum der Kunst nicht taugen. Beide schauen die selbe Welt, doch mit ganz verschiedenen Augen.

Emanuel Geibel, dt. Schriftsteller (1815 – 1884)

So schreibt schon der Dichter. Und irgendwie hat er damit schon recht. Zumindest wenn man sich mal vor Augen führt, was die Fachliteratur so grafisch hergibt. Nun ist es so, dass in neuerer Zeit jeder Beitrag in einem Fachjournal, neben einer Kurzzusammenfassung, dem sog. Abstract, auch von einem Graphical Abstract begleitet wird. Dabei handelt es sich um eine mehr oder minder aussagekräftige Abbildung, welche die Quintessenz der Publikation dem Leser visualisieren soll. Dabei ist es für den Autor durchaus lohnenswert in diese Abbildung etwas Arbeit zu investieren, denn erlaubt sie doch dem potentiellen Leser beim Überfliegen des Inhaltsverzeichnisses zu entscheiden, ob das jeweilige Paper für ihn von Interesse ist oder nicht.

Während die meisten Abstracts recht schlicht gestaltet sind und der reinen Information dienen, findet man insbesondere in jüngerer Zeit grafische Beiträge die optisch aus der Menge hervorstechen. So z.B. wirkt mancher Graphical Abstract auffallend bunt aus. Als Vorreiter dieses Phänomens ist Niemand anderes als ein gewisser K. C. Nicolaou, einem Urgestein der Naturstoffsynthese und Großmeister der Molekülkolorationen.

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Schon mal bei einem langen Telefonat die Innenräume der Buchstaben in der Zeitung ausgemalt ? Ähnlich sieht eine Abbildung “Nicolaou-Style” aus, bei der alle Ringe mit freundlichen Farben ausgemalt werden (siehe z.B. hier). Aber KCN ist da bei weitem nicht der Einzige. Aber es gibt auch liebevoll gestaltete, regelrechte Kunstwerke zu finden, wie etwa folgender Cartoon einer Arbeitsgruppe aus Kiel:

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Quelle: Journal of Physical Chemistry A, 2012 ASAP

Ist auf alle Fälle ein Eyecatcher. Viele andere Abstracts jedoch legen den Schluss nahe, dass die Autoren unter Geschmacksverkalkung oder zumindest Farbenblindheit leiden. Ein Phänomen das man auch auf Tagungen bei Posterpräsentationen beobachten kann.

Ebenfalls im Journal of Physical Chemistry A erschienen ist folgender Abstract. Als ich diesen Beitrag gesehen habe, musste ich erst einmal ungläubig blinzeln. Denn dieser handgearbeitete Beitrag kann an Minimalismus kaum unterboten werden:

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Doch auch diese Abbildung ist im Vergleich zu folgendem Beitrag noch relativ aufwändig Gestaltet:

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Quelle: Applied Surface Science 2012, 258, 3191.

Liebe Leute am MPI für Eisenforschung: Wenn ihr schon per Hand zeichnet, benutzt bitte ein Lineal.

Ein anderes Genre sind schließlich Beiträge. die unfreiwillig komisch sind. Folgendes Beispiel aus der Supramolekularen Chemie ist in der Hinsicht ein Klassiker und soll hier exemplarisch für eine Reihe von Graphical Abstracts mit Phallus-ähnlichen Strukturen stehen:

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Quelle: Inorg. Chem., 2004, 43 (11), pp 3521–3527.

Nicht gerade jugendfrei. Also schneller Themenwechsel und her mit etwas Kontrastprogramm: Chemie mit Tieren. Was passiert wenn man einen Pinguin mit einem Krokodil zur Reaktion bringt ? Genau, es bildet sich ein Guest-Host-Komplex:

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Quelle: Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 2366.

Diese und viele andere Beispiele für Kuriositäten aus den Inhaltsverzeichnissen kann man bei TOC ROFL finden, das ich dem chemisch interessierten Leser empfehlen möchte. Wer hingegen noch Anregungen für eigene Druckerzeugnisse braucht, kann bei DrFreddy’s Synthetic Remarks nachlesen wie es gemacht wird.

Schließen möchte ich heute diesen Artikel mit folgender Abbildung und einem schönen Gruß an meine Leserschaft an der Uni Hamburg (und Adamantanchemiker) verbunden mit der Frage:

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Quelle: Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 3362.

ORIGINAL ERSCHIENEN AM 21. JUNI 2012 (BLOG.LOEMITONNE.DE)