Chemie des Haares - ChidS - uni-marburg
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Hinweis<br />
Bei dieser Datei handelt es sich um ein Protokoll, das einen Vortrag im Rahmen<br />
<strong>des</strong> <strong>Chemie</strong>lehramtsstudiums an der Uni Marburg referiert. Zur besseren<br />
Durchsuchbarkeit wurde zudem eine Texterkennung durchgeführt und hinter das<br />
eingescannte Bild gelegt, so dass Copy & Paste möglich ist – aber Vorsicht, die<br />
Texterkennung wurde nicht korrigiert und ist gerade bei schlecht leserlichen<br />
Dateien mit Fehlern behaftet.<br />
Alle mehr als 700 Protokolle (Anfang 2007) können auf der Seite<br />
http://www.chids.de/veranstaltungen/uebungen_experimentalvortrag.html<br />
eingesehen und heruntergeladen werden.<br />
Zudem stehen auf der Seite www.chids.de weitere Versuche, Lernzirkel und<br />
Staatsexamensarbeiten bereit.<br />
Dr. Ph. Reiß, im Juli 2007
Vortrag<br />
im Rahmen <strong>des</strong> Lehramtsstudienganges "<strong>Chemie</strong>"<br />
an der Philipps-Universität Marburg<br />
<strong>Chemie</strong> <strong>des</strong> <strong>Haares</strong><br />
<strong>Chemie</strong> in der Schule: www.chids.de<br />
gehalten von: Claudia Katthagen<br />
Lutherstr. 4<br />
35037 Marburg<br />
am 08.02.1995
Gliederuna;,<br />
o. Begüßung und Vorstellung der Gliederung<br />
1. Der Aufbau <strong>des</strong> <strong>Haares</strong><br />
2. <strong>Chemie</strong> der Aminosäuren<br />
Versuch 1: Aminosäurechromatogramm<br />
3. Dauerwelle<br />
Versuch 2: Baumannscher Versuch<br />
Versuch 3: Dauerhafte Haarumformung<br />
Versuch 4: Bestimmung <strong>des</strong> Reduktionsmittels in<br />
Dauerwellflüssigkeit<br />
4. Blondieren<br />
Versuch 5: Blondierung<br />
5. Die Farbe der Haare<br />
Versuch 6: Diffusion an einer semipermeablen Membran<br />
Versuch 7: Färben einer Haarsträhne<br />
<strong>Chemie</strong> in der Schule: www.chids.de<br />
2
<strong>Chemie</strong> <strong>des</strong> <strong>Haares</strong><br />
3<br />
"Das Haar in der Suppe<br />
mißfällt uns sehr<br />
selbst wenn es vom Haupte<br />
der Geliebten wär."<br />
Wilhelm Busch (1832-1908)<br />
Die folgenden Haarspaltereien sind nicht an den Haaren herbeigezogen, Haare auf<br />
den Zähnen brauchen sie auch nicht und in diesem haarigen Vortrag soll<br />
niemandem ein Haar gekrümmt werden.<br />
Lexikon:<br />
Haare, (pili) ein- oder mehrzellige, meist fadenförmige Bildung aus Keratin der<br />
Epidermis mancher Tiere und <strong>des</strong> Menschen. Unter den Wirbeltieren haben nur die<br />
Säugetiere Haare. Sie dienen vor allem der Temperaturregulation und als<br />
Strahlenschutz, haben aber auch Tastsinnesfunktion und stellen einen<br />
Schmuckwert oder Tamschutz dar.<br />
Man unterscheidet den frei aus der Haut herausragenden Haarschaft und die in<br />
einer grubenförmigen Einsenkung steckende Haarwurzel, die ist an ihrem Ende zur<br />
Haarzwiebel verdickt ist. In diese ragt von unten her eine zapfenförmige,<br />
bindegewebige Lederhautpapille (Haarpapille) hinein. Sie enthält ein Blutgefäßnetz<br />
sowie Pigmentzellen und versorgt die die teilungsfähigen Zellen der Haarzwiebel.<br />
Von dieser Haarmatrix aus wächst und regeneriert sich das Haar (bei Zerstörung der<br />
Matrix oder der Papille ist keine Haarbildung mehr möglich).<br />
Das heißt Zellteilung und biologische Veränderungen finden nur in der Haarwurzel<br />
statt, der Haarschaft hingegen ist verhornt und nicht mehr lebend.<br />
Nach oben zu sterben die Haarzellen ab und verhornen. Aus unvollständig<br />
verhornten und eingetrockneten Zellen bildet sich das Haarmark. Um das Mark<br />
herum liegt die Haarrinde, in deren Zellen Farbstoffe abgelagert sind, die die<br />
Haarfarbe bedingen. Außen umgeben verhornte Zellen eines einfachen<br />
Plattenepithels das Haar dachziegelartig (Schuppenschicht).<br />
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Einleitung<br />
Haare, der schönste Schmuck <strong>des</strong> Menschen<br />
4<br />
Der Menschlicher Körper ist auch ein "Zeichen und Informationssystem":<br />
Durch Mimik, Gestik, durch bestimmte Körperhaltungen, durch sein Aussehen,<br />
Make-up, Frisur, Haarbeschaffenheit und Farbe kann der Mensch verschiednen<br />
Botschaften an andere Menschen übermitteln. Auslöser-Reize helfen die Beziehung<br />
der Geschlechter herzustellen. Es gibt typische Merkmale, die mit dem<br />
Erscheinungsbild der Frau und <strong>des</strong> Mannes verbunden sind.<br />
Auch das Haar gehört in die Gruppe der Auslöser-Reize. Weiches, glänzen<strong>des</strong>,<br />
helles, feines Haar erinnert unbewußt an Babyhaar und ruft Beschützerinstinkte<br />
beim Mann auf den Plan. Bestimmte Haarfarben werden als "erotisch" angesehen<br />
und wirken attraktiv auf den Partner. Schönes gepflegtes Haar ist ein wesentliches<br />
Element der äußeren Erscheinung.<br />
Unser Haar ist eine Art biochemisches Tagebuch. Es registriert - und zwar<br />
haargenau - den Mineralien- und Spurenelementehaushalt <strong>des</strong> Menschen. In den<br />
USA wird seit Jahren durch genaue Haaranalyse versucht Pannen im Körper<br />
aufzuspüren, wenn andere Untersuchungsmethoden erfolglos waren.<br />
Besonderheiten:<br />
Am menschlichen Körper können sich bis zu 2.000.000 Haare wachsen. Auf einem<br />
Quadratmeter Haut sind das bis zu 500 Haare.<br />
Ein einzelnes Haar kann ein Gewicht von 80g tragen, bevor es reißt. Auf die Anzahl<br />
von rund 100.000 Kopfhaaren umgerechnet, können an diese theoretisch ein<br />
Gewicht von zehn Autos (10 Tonnen) gehängt werden. Die Reißfestigkeit der Haare<br />
erklärt auch die Haarakrobatik im Zirkus.<br />
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Wachstum und Aufbau <strong>des</strong> <strong>Haares</strong><br />
[Folie 1: "Der Aufbau <strong>des</strong> <strong>Haares</strong>"]<br />
[Dias ']<br />
Haare und Nägel gehören zu den Anhangsgebilden der Haut.<br />
Es werden verschiedene Arten von Haar unterschieden:<br />
Langhaare wachsen auf dem Kopf<br />
Borstenhaare sind die Wimpern, Augenbrauen, Barthaare und die Haare in Nase<br />
und Ohren. Sie sind wesentlich dicker, borstiger und kürzer als Langhaare, im<br />
Prinzip aber gleich aufgebaut.<br />
Alle Haare werden periodisch ersetzt und erneuert. Man unterscheidet zwischen<br />
Anagen- (=Wachstums-), Katagen- (=Übergangs-) und Telogenstadium<br />
(=Ruhestadium). Die Dauer der einzelnen Phasen für Haare unterschiedlicher<br />
Körperregionen ergibt sich aus der folgenden Tabelle:<br />
Tab. 1.: Wachstums- und Ruhephasen von Humanhaaren (nach Stüttgen, G.,<br />
Schaefer, H., 1974)<br />
Kopfhaut Anagen 2-6 Jahre 85-90 % der Haare<br />
Katagen 2 Wochen 1 0/0 "<br />
Telegen 3-4 Monate 9-14 0/0 "<br />
Augenbrauen Anagen 4-8 Wochen<br />
Telogen 3 Monate<br />
Handrücken Anagen 10 Wochen<br />
Telogen 7 Wochen<br />
Barthaare Anagen 10 Monate<br />
Telegen 2 Monate<br />
5<br />
Das Haarwachstum erfolgt zyklisch. Jeder Haarfolikel besitzt einen autonomen, von<br />
umgebenen Folikeln unabhängigen Zyklus. Die Anagenphase ist der Beginn eines<br />
jeden Wachstumszyklus und dauert beim Kopfhaar drei bis sechs Jahre. Im<br />
Anschluß folgt die ein- bis zweiwöchige Übergangsphase. In der etwa zweimonatigen<br />
Ruhephase wird das alte Haar durch ein neues Anagenhaar aus der<br />
Kopfhaut herausgeschoben.<br />
Der Rhytmus <strong>des</strong> Haarwechsels eines Menschen ist abhängig von Faktoren wie dem<br />
Lebensalter und davon abhängiger Hormonversorgung sowie allgemeiner Ernährung<br />
<strong>des</strong> Kopfhaarbereiches.<br />
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Das Haar als Polypeptidkette<br />
[Folie 2: "Im Haar enthaltene Aminosäuren"]<br />
6<br />
Das Haar ist hauptsächlich aus Keratin aufbebaut. (Säugetiere .o-Keratm, Vögel und<br />
Reptilien: ß-Keratin) Ein einzelnes Haar ist im Durchschnitt 20 p,mdick und aus<br />
abgestorbenen Zellen entstanden. Diese werden von dicht gepackten Makrofibrillen<br />
(0=200 nm) autqebaut, welche sich wiederum aus 8-nm-Mikrofibrillen aufbaut, die<br />
duch eine amorphe Proteinmatrix mit hohem Schwefelgehalt zusammengehalten<br />
wird. Ein Muster von 9+2 Protofibrillen (2 nm) bildet die Mikrofibrille.<br />
Die Protofilamente bestehen aus zwei eng assoziierten Paaren von a-Helices, die<br />
linksgängig umeinander gewunden sind. Hierdurch erfolgt eine Verkürzung der<br />
Ganghöhe der normalen a-Helix von 0,54 nm auf 0,51 nm. Man nennt diese Struktur<br />
auch Doppelwendel-Dimer, Superhelix oder coiled coil.<br />
Die Doppelwendel-Konfiguration ist eine Folge der Primästruktur der Aminosäure<br />
Kette.<br />
Versuch 1.: Aminosäure-Chromatogramm<br />
Versuchsvorschrift analog Skript zum Organischen Praktikum für<br />
Lehramtskandidaten, Ninhydrin-Detektion und Hydrolyse eines AS-Gemisches<br />
Chemikalien :<br />
Geräte:<br />
6 M Salzsäure<br />
0,1 M Salzsäure<br />
Butanol<br />
Eisessig<br />
<strong>des</strong>t. Wasser<br />
Ninhydrin-Lösung<br />
Chromatographie-Kammer<br />
Reagenzgläser (schmelzbar)<br />
Chromatographiepapier<br />
Trockenschrank (100° C)<br />
Gebläsebrenner<br />
Zerstäuber<br />
Abdampfschale<br />
Kapillaren<br />
Man gibt ein Büschel der zu untersuchenden Haare (evt. verschiedenen Proben:<br />
blond, schwarz, glatt oder kraus) in ein Reagenzglas und schiebt es bis zu <strong>des</strong>sen<br />
Boden. Dann versetzt man es mit 3-4 ml6 M (=1/2 konz.) Salzsäure und schmilzt zur<br />
Ampulle ab. Die Ampullen werden 24 Stunden bei 100 0 C im Trockenschrank<br />
inkubiertl Dadurch werden die Haare in die Aminosäuren zerlegt. Die entstandene<br />
Lösung wird vorsichitig abgedampft und dann in 0,1 M Salzsäure aufgenommen. Auf<br />
dem Chromatographiepapier zeichnet man eine Startlinie ein und trägt die Lösungen<br />
mit Hilfe von Kapillaren auf. Parallel wird ein Aminosäure-Gemisch bekannter<br />
Zusammensetzung aufgetragen. Die Rf-Werte der einzelnen AS sind voher zu<br />
ermitteln.<br />
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Als Laufmittel dient eine Mischung aus Butanol, Eisessig und Wasser im Verhältnis<br />
4 : 1 : 1. Die Laufzeit beträgt 4 Stunden.<br />
Das fertige Chromatogramm wird trocken gefönt und mit einer Ninhydrin-Lösung<br />
besprüht. Dann wird mit dem Fön so lange gleichmäßig erhitzt (einige Min.), bis die<br />
farbigen Banden sichtbar werden. [Rf-Werte siehe Kopie <strong>des</strong> Chromatogramms]<br />
Es läuft folgende Reaktion ab:<br />
Im ersten Reaktionsschritt bildet die Aminosäure mit Ninhydrin eine Schiff'sche<br />
Base, die dann unter Bildung <strong>des</strong> Aldimins oxidativ decarboxyliert. Das Aldimin<br />
reagiert direkt mit einem zweiten Ninhydrin-Molekül zu dem intensiv gefärbten<br />
Produkt (Ruhemanns Violett). Der Frabton kann je nach Aminosäure von Blau bis<br />
Rotviolett divergieren.<br />
<strong>Chemie</strong> der Aminosäuren:<br />
Die <strong>Chemie</strong> der Aminosäuren wird bestimmt durch die Peptidbindung. [Folie3]<br />
In den 30'er Jahren endeckte William Astbury, daß das Röntgenbeugungsmuster<br />
von Wolle eine repetitive strukturelle Einheit zeigte, die sich in Abständen von 0,54<br />
nm entlang der Richtung <strong>des</strong> Wollfaserverlaufs erstreckte. Durch Behandlung mit<br />
Wasserdampf konnte eine reversible Dehnung erfolgen.<br />
Linus Pauling und Robert Corey sagten 1951, einige Jahre vor der vollständigen<br />
Aufklärung der ersten Proeinstrukur, die Existenz von Sekundärstrukturen in Form<br />
von o-Helix und ß-Faltblatt voraus. Durch Röntgenbeugungsuntersuchungen an<br />
kristallinen Peptiden erhielten sie folgende Informationen: Die Länge der C-N<br />
Bindung liegt mit 0,132 nm zwischen einer typischen C-N-Einfachbindung (0,149<br />
nm) und einer C=N-Doppelbindung (0,127 nm). Die Peptidbindung ist planar (alle<br />
vier mit der C-N-Gruppe verbundenen Atome liegen in derselben Ebene), die (X<br />
Kohlenstoffatome immer in trans-Position zu einander. Das heißt es liegt ein<br />
teilweiser Doppelbindungs-Charakter (und teilweiser Dipol-Charakter) vor!<br />
7<br />
Da um die C-N-Bindungsachse keine Rotation möglich ist, kann das Rückrat einer<br />
Polypeptidkette also als eine Reihe starrer Ebenen angesehen werden, die durch<br />
substituierte Methylengruppen -CH(R)- von einander getrennt sind. Die starren<br />
Peptidbindungen schränken die Zahl der Konformationen ein, die eine<br />
Polypeptidkette einnehmen kann. Pauling und Corey wußten um die Bedeutung der<br />
H-Brücken für die Ausrichtung polarer chemischer Gruppen bzw. der -C=Q und der<br />
-N-H-Gruppen von Peptidbindungen.<br />
Die einfachste Anordnung einer Peptidkette mit starren Peptidbindungen aber<br />
rotationsfähigen N-Ca und C-Ca -Bindungen ist eine helicale Struktur. Pauling und<br />
Corey bezeichneten sie als a-Helix.<br />
Die Seitenketten der Aminosäurereste weisen vom helicalen Rückrat nach außen.<br />
Ein Grund für die besondere Stabilität der a-Helix gegenüber anderen möglichen<br />
Konformationen ist die optimale Nutzung der Möglichkeiten zur Bildung von<br />
Wasserstoffbrücken. Diese entstehen zwischen dem Wasserstoff jeder Peptidbindung<br />
und dem Carbonylsauerstoffatom der Aminosäure, die sich in linearer<br />
Sequenz jeweils 4 Reste weiter in Richtung <strong>des</strong> N-Terminus befindet. Alle<br />
Peptidbindungen der Kette sind also an derartigen H-Brückenbindungen beteiligt.<br />
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Jede Windung der a-Helix ist über mehrere H-Brücken mit dem benachbarten<br />
Windungen verbunden, was der Struktur insgesamt eine beträchtliche Stabilität<br />
verleiht. Bestimmt wird die Stabilität der a-Helix vor allem durch die Aminosäure<br />
Sequenz.<br />
Eine besondere Rolle spielen hier die Cystein-Reste, da sie die Möglichkeit zur<br />
Bildung von Disulfidbrücken bieten. Im Keratin <strong>des</strong> <strong>Haares</strong> ist Cystein daher auch<br />
die häufigste Aminosäure (siehe Folie 2). Die Bildung und Lösung von<br />
Disulfidbrücken beruht auf einem Redox-System das vom Friseur zur<br />
Haarumformung genutzt wird. Dies kann experimentell durch den Baumannschen<br />
Versuch [Folie 6] gezeigt werden:<br />
Dauerwelle<br />
Versuch 2: Baumannscher Versuch<br />
[Folie 6]<br />
Versuchsvorschrift analog Praxis-Magazin in PdN-Ch. 2/43. Jg. 1994,<br />
"Potenzialdifferenzen beim Friseur" Th. M. Braun (verändert)<br />
und Skript zum Organischen Praktikum, J. Butenuth, Versuch 10.21.10<br />
Chemikalien: Cystein-Lösung (0,5g Cystein in 100 ml wäßriger<br />
Natriumacetat-Lösung, c=1 mol/I, auflösen<br />
Eisen(II)-sulfat (FeS04 * 7 H 20)<br />
Geräte: Demonstrationsreagenzgläser<br />
8<br />
Man füllt ein Reagenzglas 2-3 cm (nicht mehr) mit der Cystein-Lösung, gibt 0,2 g<br />
Eisen(II)-sulfat dazu (Noch besser eine verdünnte Lösung von Eisen(I)-sulfat) und<br />
schüttelt kräftig. Die Lösung färbt sich Blau-Violett und entfärbt sich von selber nach<br />
2-3 Minuten. Bei erneuten Schütteln tritt dei Färbung wieder auf und verschwindet<br />
wiederum nach einigen Minuten. Dies kann so lange forgeführt werden, bis daß das<br />
Cystein vollständig verbraucht ist.<br />
Reaktionsgleichungen siehe Folien 6+7!<br />
Cystein bildet mit Eisen-Ionen Komplexe. Dabei ist der Eisen (III)-Cystein-Kompiex<br />
blau/violett gefärbt, während der Eisen(II)-Cystein-Komplex farblos ist. Die Eisen(III)<br />
Ionen entstehen durch Oxidation mit dem gelösten Sauerstoff. Sie können dann bei<br />
der Oxidation <strong>des</strong> Cystein die freiwerdenden Elektronen aufnehmen. Durch das<br />
Schütteln wird neuer Sauerstoff in die Lösung gebracht.<br />
Die Reaktion endet, wenn kein Cystein in der reduzierten Form mehr vorliegt.<br />
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Dauerwellen beruhen auf chemischen Reaktionen [Folie8]<br />
9<br />
Die natürliche Haarkrause wird duch eine Krümmung <strong>des</strong> Haarfolikels<br />
hervorgerufen. Um eine kurzfristige Umformung zu erreichen, werden bei der<br />
"Wasserwelle" die H-Brückenbindungen aufgebrochen und neu geknüpft. Will man<br />
jedoch eine dauerhafte Umformung <strong>des</strong> natürlichen <strong>Haares</strong> erreichen, indem man<br />
entweder krauses Haar glatt ziehen oder glattes Haar in Locken legen will, muß man<br />
zur "chemischen Keule" greifen: Die Dauerwelle, früher Kaltwelle genannt im<br />
Gegensatz zur HeißweIle <strong>des</strong> Brennstabes, beruht auf der chemischen Öffnung und<br />
teilweisen Wiederherstellung der Disulfidbrücken. Im ersten Schritt werden die<br />
Disulfidbrücken mit einem Reduktionsmittel, in den meisten Fällen handelt es sich<br />
um Thioglykolsäure, gespalten. Es entstehen zwei Cystein- bzw. Cysteinsäure<br />
Reste. Hat der Friseur auf diese Weise ca. 15-20% der Disulfidbrücken gelöst,<br />
werden die Haare in die neue gewünschte Form gebracht. Dann erfolgt die<br />
Fixierung, das heißt die Wiederherstellung der Disulfidbrücken durch Oxidation. Als<br />
Oxidationsmittel kommt heute zum überwiegenden Teil Wasserstoffperoxid zum<br />
Einsatz.<br />
Im nächsten Versuch wird die Konzentration <strong>des</strong> Reduktionsmittels in einem<br />
gängigen Dauerwellpräparat (LOREAL) untersucht.<br />
Versuch 3: Bestimmung der Reduktionsmittelkonzentzration in<br />
Dauerwellflüssigkeit [Folie 9]<br />
Direkte Iodometrie<br />
Versuchsdurchführung nach Vorschrift im Skriptum zum Anorganisch-Chemischen<br />
Praktikum für Lehramtskandidaten, E. Gerstner, 1989, Vorschrift Nr. 37, S. 178.<br />
Chemikalien: Dauerwellflüssigkeit (=Entwicklerflüssigkeit)<br />
lodlösung (c eq= 0,1mallt)<br />
H 2 S0 4 (C=1 moili)<br />
NaHC0 3 (fest) p.a.<br />
Stärkelösung<br />
Maßlösung bekannter Konzentration zur Titerberechnung<br />
Geräte: Meßkolben<br />
Erlenmeyerkolben<br />
Meßpipetten<br />
Vollpipetten<br />
Peleusball<br />
Bürette<br />
Magnetrührer<br />
Rührfisch<br />
Zur Titration werden eine bestimmte Anzahl Tropfen der Weelflüssigkeit in einen<br />
kleinen Erlenmeyerkolben vorgelegt und mit einigen Tropfen Schwefelsäure,<br />
<strong>des</strong>tiliertem Wasser und etwas festem NaHC03 versetzt. Vor Beginn der Titration<br />
muß die Schaumauflösung abgewartet werden. Die Stöärkelösung wird möglichst<br />
spät zugegeben und titriert bis zum Bestehnbleiben iner schwachen Blaufärbung.<br />
Berechnung und Reaktionsgleichung siehe Folie 9'<br />
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Versuch 4: Dauerhafte Haarumformung<br />
10<br />
Chemikalien: mind. 2 lange unbehandelte Haarsträhnen<br />
Dauerwellflüssigkeit<br />
Fixiermittel (ersatzweise H 2 0 2-Lösung (18 % ) )<br />
Geräte: Demonstrationsreagenzgläser<br />
Dauerwellwickler (ersatzweise dünnes RG)<br />
Durchführung gemäß Beschreibung in der Packungsbeilage, eventuell zur<br />
Beschle<strong>uni</strong>gung der Reaktion erwärmen.<br />
Reaktionen wie oben beschrieben [Folien 8+9].<br />
Melanin<br />
Zwischen den Zellen <strong>des</strong> Haarbalges sitzen die Melanocyten. Diese spezialisierten<br />
Zellen geben proteingebundene Pigmente, die Melanine, an das entstehende Haar<br />
ab. Diese werden in die Haarstruktur eingebaut, bevor die äußere Kutikula entsteht.<br />
Es gibt zwei Arten von Pigmente Eumelanine und Phaeomelanine. Eumelanine<br />
besitzen eine relativ große ovale Granula und ergibt braune bis schwarze Farbtöne.<br />
Die zahlreichen chinoiden Gruppen machen das Molekül leichter angreifbar für<br />
Oxidationsmittet Phaeomelanine haben eine kleine geschichtete Granula, sind für<br />
gelbe bis rote Töne zuständig und erweisen sich als relativ beständig gegenüber<br />
Oxidationsmitteln.<br />
Je dunkler das Haar ist, um so mehr Pigmente enthält es. Beim Blondieren oder<br />
Hellerfärben werden die Pigmente verringert, dadurch das sie chemisch abgebaut<br />
werden. Eine Blondierung verändert auch dei Frabrichtung <strong>des</strong> <strong>Haares</strong>. Bei einer<br />
Blondierung werden durch die oxidierende Wirkung der Blondiermittel die zwei<br />
Pigment-Arten unterschiedlich schnell angegriffen. Durch die Verschiebung <strong>des</strong><br />
Mischungsverhältnisses der Pigemnte erfolgt eine Belebung der Farbe. Z. B. erhält<br />
aschblon<strong>des</strong> Haar einen Goldton durch Hervorhebung der Phaeomelanine.<br />
Blondieren = Abbau der Naturpigmente<br />
Blondiermittel bestehen aus zwei Komponenten: Dem Blondierpulver (-greme oder <br />
gel) und einer H 202-Lösung als Oxidationsmittel. Die konzentrationen der H 2 0 2 -<br />
Lösung variiert von 6 % - 18 % und ist meistens durch Zusatzstoffe stabilisiert. Das<br />
Blondierpulver enthält Ammoniumsalze und Quell- und Verdickungsmittel. Zur<br />
Verstärkung sind Peroxodisulfate oder Peroxide zugesetzt, die die Wirkungsdauer<br />
verlängern: Sie geben auch dann noch Sauerstoff ab, wenn das H 202 kaum noch<br />
wirkt. Außerdem wirken sie einem Rot- oder Gelbstich entgegen, durch verstärkten<br />
Abbau <strong>des</strong> Phaeomelanins.<br />
Wasserstoffperoxid als alleiniges Oxidationsmittel wäre zu schwach um die<br />
Naturpigmente aufzuhellen, erst durch Zugabe <strong>des</strong> NH 3 erfolgt die pH-Einstellung im<br />
alkalischen und die Oxidationswirkung wird verstärkt (Gleichgewichtsverschiebung).<br />
Der Ammoniak hat aber noch eine zweite sehr wichtige Funktion in dem er die<br />
Quellung <strong>des</strong> <strong>Haares</strong> fördert Im alkalischen Milieu werden die<br />
Wasserstoffbrückenbindung aufgehoben. Hierin besteht aber auch die Gefahrt der<br />
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12<br />
Das Problem <strong>des</strong> "Haarchemikers" besteht beim Färben also darin, die Pigmente<br />
möglichst tief in das Haar eindringen zu lassen, um eine haltbare Färbung zu<br />
erreichen. Die im folgenden Versuch vorgeführte Diffusion an einer semipermeablen<br />
Membran veranschaulicht den dabei ablaufenden Vorgang:<br />
Versuch 6: Diffusion an einer semipermeablen Membran<br />
[Folie 14]<br />
Chemikalien: Kaliumpermanganat<br />
raumgreifen<strong>des</strong> organisches Pigment<br />
z.B. Kongorot (muß wasserlöslich sein)<br />
Wasser<br />
Geräte: zwei große Standzylinder mit glattgeschliffenem Rand<br />
Cellophan (=Einmachfolie)<br />
Über zwei randvoll mit Waser gefüllte Standzylinder spannt man je ein Stück<br />
Cellophan so, daß es die Wasseroberfläche berührt und gibt eine kleine Menge<br />
Kaliumpermanganat bzw. Kongorot auf die Folie. Beide Chemikalien nehmen<br />
Wasser auf, welches frei durch die Membran wandern kann. Das gelöste<br />
Kaliumpermanganat kann durch die Membran diffundieren und verteilt sich unter<br />
Schlierenbildung in der Wassersäule. Das Kongorot dagegen ist zu groß für die<br />
Passage der Membran und bildet einen farbigen Wassertropfen auf der Oberfläche<br />
<strong>des</strong> Cellophans.<br />
Im nächsten Versuch wird die Funktionsweise von Oxidationshaarfärbemittel<br />
gezeigt: Zwei an sich farblose niedermolekulare Stoffe werden zu gefärbten<br />
Kettenmolekülen oxidiert.<br />
Versuch 7: Funktionsweise von Oxidationshaarfärbungen:<br />
[Folie 15]<br />
Chemikalien: p-Phenylendiamin<br />
Wasserstoffperoxid<br />
Geräte: Demonstrationsreagenzgläser<br />
Reagenzglasständer<br />
Man löst je eine Spatelspitze p-Phenylendiamin in einem RG und löst es in Wasser.<br />
Nun gibt man zu den Lösungen unterschiedliche Konzentrationen an H 2 0 2 und<br />
schüttelt kurz. Nach einiger Zeit tritt eine Braunfärbung auf, die mit zunehmender<br />
Konzentration <strong>des</strong> H 202 schneller und verstärkt eintritt.<br />
Durch das Wasserstoffperoxid wird das farblose Phenylendiamin zum Chinondiimin<br />
oxidiert. Dieses kann elektrophil an einem Phenylendiamin-Molekül angreifen und<br />
wird addiert. Es kommt zur Kettenbildung, die durch die braune Färbung angezeigt<br />
wird.<br />
Reaktionen siehe Folie 15!<br />
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13<br />
Auf der nächsten Folie sind die verschiedenen Kupplungskomponenten für<br />
zahlreiche Farbnuancen gezeigt. Allen Reaktionen liegt den allgemeines Prinzip zu<br />
Grunde:<br />
1. Oxidation <strong>des</strong> Phenylendiamins zum Chinondiimin<br />
2. Kupplung zu Diphenylaminen<br />
3a. Oxidation der Diphenylamine zu Farbstoffen<br />
3b. Kupplung von Diphenylamin mit Indaminen mit 3 Ringen<br />
4. evt. weitere Kondensationen zu höhermolekularen Farbpigmenten.<br />
Auf den folgenden Folien [Folie 10 + 11] wird ein natürliches blon<strong>des</strong> und ein<br />
braunes Haar im Querschnitt gezeigt und im Gegensatz dazu gefärbte bzw. getönte<br />
Haarquerschnitte. Im natürlichen Haar liegen die Pigmente in der Matrix verteilt, die<br />
Kutikula ist ungefärbt. Beim gefärbten Haar sieht man wie weit der Farbstoff in die<br />
Matrix eindringen konnte und daß der Markkanal gefärbt ist. Bei der Tönung ist<br />
besonders stark die Kutikula gefärbt.<br />
Die Folien 18 - 20 zeigen rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen von gesunden<br />
abgebrochenen Haar und der Haarmatrix. sowie Haarspliß und Ablösung der<br />
Kutikulaschuppen durch chemische Behandlungsmittel inclusive wieder anliegende<br />
Kutikulaschuppen nach Behandlung mit Pfelgemitteln.<br />
Ende:<br />
Kosmetik hat zu tun mit der Pflege und der Verschönerung <strong>des</strong> Menschen. Was ihr<br />
im Laufe der Geschichte nicht gelungen ist, was ihr auch in Zukunft nicht gelingen<br />
wird, ist die Aufhebung menschlicher Begrenztheit.<br />
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"Du bist am Ende - was Du bist.<br />
Setz dir Perücken auf von Millionen Locken,<br />
Setz deinen Fuß auf ellenhohe Socken,<br />
Du blieibst doch immer was du bist."<br />
Johann Wolfgang v. Goethe in Faust
Literaturliste:<br />
Braun, Th. M., "Potentialdifferenzen beim Friseur", in: Praxis der<br />
Naturwissenschaften-<strong>Chemie</strong>, 2/43. Jg. 1994<br />
14<br />
<strong>Chemie</strong> heute, Sekundarbereich 11, "Der Friseur als Proteinchemiker" , Schroedel<br />
Schulbuchverlag GmbH, Hannover, 1988 (mit Vorsicht zu genießen !)<br />
Greß, P., D. Hoch, M. Schmock, D. Wanke, "Das Färben <strong>des</strong> <strong>Haares</strong>",<br />
WELLA AG, Darmstadt 1984<br />
Lehninger/Nelson/Cox, "Prinzipien der Biochemie", 2. Auflage, Kapitel 7<br />
"Die dreidimensionale Struktur von Proteinen", Spektrum Akademischer Verlag<br />
Heidelberg Berlin Oxford, 1994<br />
Peters, Imke Barabara, "Es wächst auf Dir" , Werbedruck Köhler &Voltmer,<br />
Oldenburg, 1989<br />
Römpp, <strong>Chemie</strong> Lexikon, Thieme Verlag, Stuttgart, 9. Aufl. 1990<br />
Rook, Arthur , Rodney Dawber, "Diseases of the Hair and Scalp",<br />
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Ullmans: Encyclopädie der technischen <strong>Chemie</strong>, 3. Auflage, 10. Band<br />
S. 727-760, "Haarbehandlungsmittel", H. Freytag<br />
Umbach, Wilfried, "KOSMETIK, Entwicklung, Herstellung und Anwendung<br />
kosmetischer Mittel", Thieme Verlag, Stuttgart, 1988<br />
Vogel, Friedrich, "Kosmetik aus der Sicht <strong>des</strong> Chemikers" in: <strong>Chemie</strong><br />
in unserer Zeit, 20. Jahrg. 1986, Nr. 5, VCH Verlagsgesellschaft mbH, Weinheim<br />
Vollhardt, K. Peter C., "Organische <strong>Chemie</strong>", Kapitel 27.3. "Oligomere und<br />
Polymere von Aminosäuren: Die Struktur von Peptiden und Proteinen", VCH<br />
Verlagsgesellschaft mbH, Weinheim, 1990<br />
Vollmer, Günter, Manfred Franz, "Chemische Produkte im Alltag",<br />
Georg Thieme Verlag Stuttgart, New York 1985<br />
Zahn, Helmut, "Das Haar aus der Sicht <strong>des</strong> Chemikers" in: <strong>Chemie</strong><br />
in unserer Zeit, 23. Jahrg. 1989, Nr. 5, VCH Verlagsgesellschaft mbH, Weinheim<br />
FACHDIASERlE "Das Haar", WELLA Friseurservice<br />
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,.-.- - - - - - - - - - - - - - - - - -.,<br />
i<br />
I Reduktion:<br />
I" + 2 e =4 =- 2 r<br />
Vort8g8: 0,2 ml WeIIflO••igkeit<br />
Verbrauch (1 2 ) : ). l rc 1.-'- •.5-<br />
Ceq (12) =0,2 mol", Meq(Red.) =92,114 mglmmol<br />
Im (Red.) =Ceq (12) * t * V (12) * Meq (Red.)<br />
t = 0(9"1<br />
Dichte (J = 1, 19 gJml " 0,2 ml = 0,238 9 = 238 mg<br />
IZ2 I '5 :::. mg * 100 I 238 mg = A2. %<br />
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Eumelanlne: - braune bis schwarze Töne<br />
- große ovale Granula<br />
- chinoide Gruppen<br />
- leichter angreifbar von<br />
Oxidationsmitteln<br />
Phaeomelan ine: - gelbe bis rote Töne<br />
- kleine geschichtete Granula<br />
- relativ bestandig gegenOber<br />
Oxld.tionsmltteln<br />
o<br />
Eumelanin<br />
R = eH:! CH NH:! COOH<br />
R<br />
Phaeomelanin<br />
(postuüerte Struktur der Untereinheiten.<br />
8US : "Otseases of the hafr anct -, Atthur Rook and Rodney Oawber)<br />
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Funktionsweise von Oxidationshaarfärbungen:<br />
Phenylendiamin<br />
(farblos)<br />
HN<br />
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NH2<br />
NH<br />
braun<br />
Ox.<br />
1<br />
1<br />
,....,<br />
Chinondiimin<br />
+<br />
NH<br />
--<br />
..elektrophil"
•<br />
I<br />
2<br />
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GOLDWELL.<br />
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