Methanol-Vergiftung
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Liebe Kolleginnen und Kollegen, 13.4.09<br />
wissen Sie schon, wie Sie nach den Osterferien in Chemie einsteigen? Vielleicht möchten<br />
Sie mit den Schülern über den traurigen Vorfall bei der Klassenfahrt nach Kemer reden?<br />
Wie Sie sicher gelesen haben, sind einige Schüler dabei durch den „Genuss“ von methanolhaltigen<br />
Spirituosen ums Leben gekommen.<br />
Inwiefern sich der Kollege dabei strafbar gemacht hat, wird derzeit noch geprüft.<br />
Sie können diesen Fall aber als Anlass nehmen, um allgemein über das Trinken von Alkohol<br />
bei Schulfahrten zu reden.<br />
Im Nachfolgenden befinden sich Anregungen, wie Sie den Vorfall im Chemieunterricht<br />
nutzen können. Sie finden einen Artikel aus der Ärzte-Zeitung und anschließend 9 Fragen<br />
rund um das Thema mit Erwartungshorizont (EWH). Die Fragen können z.T. mit Hilfe des<br />
Artikels beantwortet werden, z.T. zu einer Recherche führen oder als Wiederholung dienen.<br />
Einige Fragen sind für die Mittelstufe geeignet, die meisten sicherlich für die S II.<br />
Einige eignen sich auch für den Biologieunterricht.<br />
Falls Sie Interesse an der Word-Version haben, sende ich sie Ihnen gerne zu.<br />
Liebe Grüße<br />
Heike Nickel<br />
Regionale Fachberaterin Chemie<br />
Sie finden den Rundbrief auch unter www.Chemieuntericht.info
Ärzte Zeitung online, 06.04.2009 13:21<br />
<strong>Methanol</strong>-<strong>Vergiftung</strong>: Obduktion der toten Lübecker Schüler angeordnet<br />
LÜBECK (dpa). Nach dem Tod von zwei weiteren Schülern durch gepanschten Alkohol hat die Lübecker Staatsanwaltschaft<br />
ihre Ermittlungen ausgeweitet. Die Behörde habe die Obduktion der beiden jungen Männer angeordnet<br />
und ein Todesermittlungsverfahren eingeleitet, sagte der Pressesprecher Klaus-Dieter Schultz am Montag.<br />
Die 17 und 19 Jahre alten Schüler, die nach einer Feier im türkischen Ferienort Kemer vor zwölf Tagen ins Koma gefallen<br />
waren, starben am Samstag auf einer Intensivstation der Lübecker Uniklinik. Ein 21 Jahre alter Mitschüler war bereits in<br />
der Türkei an einer <strong>Methanol</strong>vergiftung gestorben.<br />
Die Schüler kauften sich bei einem Kellner des Hotels zwei Flaschen Wodka, dazu noch eine Flasche Cola. Diese tranken<br />
sie dann gemeinsam. Durch den gepanschten Schnaps wurden die Schüler schnell müde und gingen schlafen. Bereits in der<br />
Nacht übergaben sich die meisten Schüler.<br />
Erst am nächsten Abend kam der Lehrer ins Zimmer und teilte mit, dass ein Mitschüler bereits tot sei. Daraufhin wurden<br />
die restlichen Schüler mit schon schweren <strong>Vergiftung</strong>ssymptomen ins Krankenhaus eingeliefert. Behandelt wurden die<br />
Schüler dann mit jeweils einem halben Liter Raki.<br />
Wie die Klinik mitteilte, hätten die Ärzte bei dem 17-Jährigen und dem 19-Jährigen schwerste Hirnschädigungen und einen<br />
nicht umkehrbaren Ausfall aller Hirnfunktionen festgestellt. Daraufhin sei bei beiden der Hirntod festgestellt worden,<br />
heißt es in der Mitteilung weiter. Die beiden jungen Männer waren am Donnerstag auf Wunsch ihrer Angehörigen mit<br />
einem Ambulanzflugzeug von Antalya nach Lübeck verlegt worden.<br />
"Die genaue Todesursache kennen wir noch nicht, deshalb haben wir die Obduktion veranlasst", sagte Schultz. Das Ermittlungsverfahren<br />
zum Tod der beiden Schüler soll nach seinen Angaben mit den bereits laufenden Ermittlungen zum Tod<br />
des 21-Jährigen zusammengeführt werden. "Wir müssen jetzt prüfen, was wir von hier aus aufklären können, denn das<br />
eigentliche Geschehen hat sich ja in der Türkei zugetragen", sagte Schultz. Die Jugendlichen gehörten zu einer Schülergruppe<br />
des Lübecker Bildungszentrums Mortzfeld, die auf Klassenreise in der Türkei waren. Insgesamt waren sieben<br />
Schüler erkrankt, nachdem sie von dem angeblich im Hotel gekauften Alkohol getrunken hatten.<br />
<strong>Methanol</strong> - giftiger Alkohol<br />
<strong>Methanol</strong> (CH4O) ist die einfachste chemische Verbindung aus der Reihe der Alkohole. Die farblose Flüssigkeit ist giftig,<br />
kann blind machen und ist nicht zu verwechseln mit Ethanol, dem trinkbaren Alkohol.<br />
Bereits wenige getrunkene Milliliter <strong>Methanol</strong> können zu einer <strong>Vergiftung</strong> führen. Diese äußert sich in Schwindel, Kopfschmerzen,<br />
Rausch, Übelkeit und Sehstörungen oder gar Bewusstlosigkeit und Atemstillstand. Die tödliche Dosis liegt<br />
zwischen 30 und 100 ml. Das Einatmen von <strong>Methanol</strong> (Methylalkohol) ist ebenfalls gefährlich. Auch über die Haut kann<br />
das Gift in den Körper gelangen und Nieren, Leber, Herz und andere Organe schädigen.<br />
Zu einer <strong>Vergiftung</strong> mit <strong>Methanol</strong> kommt es oft, weil die Flüssigkeit mit Trinkalkohol verwechselt wird. Auch in privat<br />
gebrannten Schnäpsen ist der Stoff manchmal enthalten, weil die Herstellung nicht fachgerecht erfolgte.<br />
Zur Behandlung bekommt der Vergiftete unter anderem Trinkalkohol (Ethanol) bis zu einer Blutkonzentration von einem<br />
Promille, um die Umwandlung von <strong>Methanol</strong> in das Zellgift Formaldehyd zu verhindern.<br />
<strong>Methanol</strong> ist ein wichtiges Grundprodukt der chemischen Industrie und wird auch als Lösungsmittel, Frostschutzmittel und<br />
Treibstoff verwendet. <strong>Methanol</strong> wurde früher durch Destillation von Holz gewonnen, heute aber unter anderem aus Kohlenmonoxid<br />
und Wasserstoff.<br />
In der Natur kommt <strong>Methanol</strong> in bestimmten Früchten, Baumwollpflanzen und verschiedenen Gräsern vor. In winzigen<br />
Mengen ist <strong>Methanol</strong> sogar in der Atemluft vorhanden. Auch im Weltraum wurde die Verbindung nachgewiesen.<br />
Copyright ©1997-2009 by Ärzte Zeitung Verlags-GmbH
Mögliche Fragen und Antworten (z.T. nur angerissen) zum Text:<br />
1<br />
1a Nehmen Sie Stellung zu folgender Aussage: „Nach dem tragischen Vorfall auf der<br />
Klassenfahrt nach Kemer (Türkei) hat die Schulleitung beschlossen, für Klassenfahrten<br />
künftig absolutes Alkoholverbot zu verhängen“.<br />
EWH:<br />
Die S. sollen Pro und Contra auflisten und zu einer begründeten eigenen Meinung kommen.<br />
Anschließend sollte man mit Ihnen darüber eine Diskussion führen.
2<br />
2a Erstellen Sie eine Tabelle, in der Sie die körperlichen Folgen von Ethanol- und <strong>Methanol</strong>konsum<br />
festhalten.<br />
EWH: Informationen z.T. aus dem Text, z.T Recherche (Römpp online <strong>Methanol</strong> und Ethanol<br />
vom 13.4.09)<br />
Organ <strong>Methanol</strong>-Folgen Ethanol-Folgen<br />
Auge/Sehnerv Schädigung und Erblindung,<br />
da ein Enzym (Hexokinase)<br />
gehemmt wird…<br />
Innere Organe (Niere,<br />
Leber, Herz, Magen…)<br />
Starke Schädigung, Übelkeit,<br />
Erbrechen…<br />
Gehirn/Nervensystem Rausch, Kopfschmerzen,<br />
leichte Narkose, Schwindel,<br />
Atemstillstand…<br />
Blut die gebildete Essigsäure<br />
führt zu einer Acidose…<br />
(eigentlich Schäden des<br />
Nervensystems: Doppelsehen,<br />
eingeschränktes Gesichtsfeld<br />
Schädigung<br />
z.B. Magenschleimhaut �<br />
Magengeschwüre<br />
Leber � Fettleber, Leberzirrhose…<br />
Schwindel, Unsicherheit im<br />
Stehen und Gehen, Narkose<br />
mit Atemstillstand,<br />
Suchtgefahr…<br />
Verstärkte Durchblutung�<br />
Wärmegefühl, Gesichtsrötung…<br />
Tabelle 3: Promillegehalt Ethanol im Blut und entsprechende Wirkung (Römpp online, 13.4.09)<br />
Promillegehalt Wirkung<br />
0,3 erste Gangstörungen<br />
0,4 Vigilitätseinschränkung meßbar, Gesichtsfeld leicht eingeschränkt<br />
0,5 Blindzielbewegungen gestört (Finger-Finger-Versuch)<br />
0,6 Reaktionszeit verlängert, leichte Sprachstörungen<br />
0,7 leichter Nystagmus<br />
0,8 Grenze der Fahr- und Verkehrstüchtigkeit<br />
1,0 mäßiger Rauschzustand<br />
1,4 kräftiger Rausch, Grenze für koordinierte Reaktion<br />
2,0 Bewußtsein stark eingetrübt, Erinnerungsvermögen aufgehoben<br />
4,0 –5,0 tödliche Grenzkonzentration
3a Das <strong>Methanol</strong>, das die Jugendlichen getrunken haben, stammt aus Wodka. Recherchieren<br />
Sie, wie und aus was man Wodka herstellt. Notieren Sie auch die wichtigsten chemischen<br />
Reaktionen in Form von Reaktionsgleichungen.<br />
EWH a aus http://www.nachrussland.de/wo/brand.html vom 13.4.09<br />
Ausgangsstoffe<br />
Der traditionelle Rohstoff für die russische Wodkaproduktion ist Roggen. Daneben kann auch anderes Getreide<br />
oder Kartoffeln Verwendung finden, wobei letztere jedoch (in Russland) verpöhnt ist. Einzelne westliche/<br />
Sorten basieren auch auf aus Zuckerrüben hergestellter Melasse oder Mais, was jedoch beides eher unüblich<br />
ist. Neben Wasser braucht man zur Wodkaherstellung außerdem noch Hefe. Wofür, steht dann gleich im nächsten<br />
Abschnitt<br />
Würze und Maische<br />
Die festen Rohmaterialien werden zerkleinert, mit Wasser vermischt und erhitzt, bis sich die in den Rohstoffen<br />
gelöste Stärke in Zucker verwandelt. Der dabei entstehende süßliche Brei nennt sich Würze. In diese Würze<br />
wird nun Hefe gegeben, um einen Gärungsprozess zu starten, wodurch die alkoholhaltige Maische entsteht, das<br />
Ursprungsprodukt für die nun anstehende Destillation.<br />
Destillation und Filtration<br />
Durch mehrfache Destillation wird nun aus der Maische Alkohol gewonnen. Die Maische wird auf etwa 80 Grad<br />
erhitzt. Bei dieser Temperatur (genau 78,4 Grad Celsius) siedet der Alkohol, während das Wasser zurückbleibt<br />
und so werden automatisch beide Stoffe getrennt. Wer sich für diesen Prozess genauer interessiert, sei hier auf<br />
unsere Buchtipps verwiesen.<br />
Im Gegensatz zu anderen Spirituosen, die die bei der Gärung entstandenen Aromastoffe im fertigen Produkt<br />
beinhalten, wird das Wodka-Destillat so weit wie möglich gereinigt. Die verbleibenden Aromastoffe der Gärung<br />
sind im fertigen Wodka minimal. Die Ausfilterung wird mit Holzkohle durchgeführt, der die Aromastoffe absorbiert<br />
- seltener auch mit Milch, Eiweiß oder Keramikfiltern. Am Ende wird das Ganze häufig nochmals papiergefiltert<br />
und nach Vermengung mit speziell gereinigtem Wasser (die Qualität des Wassers ist für einen guten Wodka<br />
wichtig) ist der pure Wodka fertig. Bei aromatisierten Wodkas werden bestimmte Früchte oder Gewürze in das<br />
gereinigte Destillat oder den fertigen Wodka eingelegt und dann wieder herausgenommen. Aromatisierung hat<br />
somit nichts mit dem Mischen von Cocktails zu tun. Mehr Infos hierzu, ein original russisches Aromatisierungsrezept<br />
und viele Marken aromatisierten russischen Wodkas findet Ihr hier.<br />
Trotz der Minimierung der Aromastoffe in der Filterung schmecken Wodkas übrigens nicht gleich. Neben der<br />
Qualität besitzen sie durchaus unterschiedliche Charaktere. Am deutlichsten sind die Unterschiede zwischen<br />
Wodkas unterschiedlicher Herkunftsländer, wobei russische Wodkas im Vergleich zu westlichen ausgesprochen<br />
viel Charakter besitzen. Welcher Wodka sich hierbei wie von den anderen unterscheidet, auf der Seite mit den<br />
Wodkamarken.<br />
Unter http://www.schnapsbrennen.at/rezepte.php finden Sie Rezepte zur Herstellung<br />
von Wodka.<br />
Gleichung: Stärke � Zucker C6H12O6 � 2 C2H5OH + 2 CO2
. Wodka leitet sich vom slawischen Wort vodka, das eine Verkleinerungsform vom Wort<br />
voda für „Wasser“ ist, ab und bezeichnet eine meist farblose Spirituose mit einem<br />
Alkoholgehalt von 37,5 bis 80 Volumenprozent. Geben Sie an, aus was der Hauptanteil<br />
des Restes besteht und wieso sich <strong>Methanol</strong> und Ethanol mit diesem Stoff mischen<br />
lassen.<br />
EWH b: Der Hauptrest besteht aus Wasser. Da beide Alkohole aufgrund der Elektronegativitätsdifferenz<br />
zwischen Sauerstoff und Wasserstoff polar sind, gehen sie Wasserstoffbrückenbindungen<br />
mit Wasser ein und sind dadurch wasserlöslich.<br />
δ+<br />
O<br />
δ+<br />
H<br />
δ−<br />
H<br />
O<br />
δ−<br />
H δ+<br />
δ−<br />
O<br />
H<br />
CH 2<br />
CH 2<br />
R<br />
R
4a Erstellen Sie die Verbrennungsgleichungen für <strong>Methanol</strong> und Ethanol und berechnen<br />
Sie die molare Reaktionsenthalpie und die Enthalpie für das Verbrennen von 1 kg der<br />
Alkohole. Diskutieren Sie die Eignung der Alkohole als Treibstoff.<br />
net<br />
:<br />
EWH<br />
eignet<br />
2 CH3OH + 3 O2 � 2 CO2 + 4 H2O<br />
∆RHm o = Σ∆fHm o Produkte - Σ∆fHm o Edukte<br />
∆RHm o = (2x-393[kJ/mol] + 4x-285 [kJ/mol]) - (- 2x201 [kJ/mol] + 3 x 0 [kJ/mol]) (für 2 mol)<br />
∆RHm o = (-1926 [kJ/mol])- (-402 [kJ/mol]) = - 1524 [kJ/2mol] für 2 mol � -762 [kJ/mol]<br />
M<strong>Methanol</strong>= 32 [g/mol] � -762 [kJ] für 32 g � 23.812 [kJ] für 1 kg � als Treibstoff geeig-<br />
CH3 CH2OH + 3 O2 � 2 CO2 + 3 H2O<br />
∆RHm o = Σ∆fHm o Produkte - Σ∆fHm o Edukte<br />
∆RHm o = (2x-393[kJ/mol] + 3x-285 [kJ/mol]) - (- 1x235 [kJ/mol] + 3 x 0 [kJ/mol])<br />
∆RHm o = (- 1356[kJ/mol])- (-235[kJ/mol]) = - 1121 [kJ/mol]<br />
MEthanol= 46 [g/mol] -1121 [kJ] für 46 g �- 24.369 [kJ] für 1 kg als Treibstoff ge-<br />
zum Vergleich (Tabellen aus Wikipedia (Stichwort Heizwert) vom 13.4.09)<br />
Brennstoff Brennwert (in MJ/kg)<br />
waldfrisches Holz *<br />
Hausmüll *<br />
lufttrockenes Holz 19<br />
Papier *<br />
Stroh *<br />
Holzbrikett 18,7<br />
Holzpellets *<br />
Hanfbriketts *<br />
Torf 23<br />
Olivenkerne *<br />
Rohbraunkohle 10<br />
Braunkohlebriketts 21<br />
Steinkohle, div. Typen 29–32,7<br />
Kohlenstoff (Graphit) 32,8<br />
Paraffin 49<br />
Phosphor 25,2<br />
Schwefel 9,3<br />
Magnesium 25,2<br />
Brennstoff Brennwert (in MJ/kg)<br />
Benzin 47<br />
Ethanol 29,7<br />
<strong>Methanol</strong> 22,7<br />
Diesel, Heizöl EL 45,4<br />
Biodiesel 40 (Rapsöl-Methylester) (2)<br />
Heizöl S (schwer) 42,5<br />
Isopropanol 33,6<br />
Benzol 41,8<br />
Paraffinöl 49<br />
Brennstoff Brennwert I (in MJ/kg)<br />
Wasserstoff 143<br />
Erdgas (3) 36 – 50<br />
Methan 55,5<br />
Ethan 51,9<br />
Ethylen (Ethen) 50,3<br />
Acetylen (Ethin) 49,9<br />
Propan 50,3<br />
Butan 49,5
<strong>Methanol</strong> wird direkt im Verbrennungsmotor (siehe 4b) oder in Brennstoffzellen eingesetzt.<br />
Anmerkung aus Wikipedia<br />
Als Kraftstoff wird normalerweise ein Stoff bezeichnet, der zur direkten Verbrennung in<br />
einer Verbrennungskraftmaschine genutzt wird. Besonders gängig ist der Begriff im Bereich<br />
der Kraftfahrzeugtechnik.<br />
Als Treibstoff wird normalerweise ein Stoff bezeichnet, der zum Antrieb eines Fortbewegungsmittels,<br />
seltener auch einer stationären Maschine, verwendet wird. Somit schließt<br />
der Begriff die Kraftstoffe mit ein. Besonders gängig ist der Begriff Treibstoff im Bereich<br />
der Schifffahrt und der Luft- und Raumfahrt.<br />
Dieser Brennstoffzellentyp ermöglicht die Gewinnung elektrischer<br />
Energie durch direkte elektrochemische Oxidation<br />
von <strong>Methanol</strong> zu Kohlendioxid an der Anode der<br />
Brennstoffzelle. Die Arbeitstemperaturen liegen im Bereich<br />
von 80 °C bis 120 °C. Die bei der Oxidation freigesetzten<br />
Protonen werden durch eine elektrisch leitfähige Membran<br />
(englisch: Proton Exchange Membrane, PEM) zur kathodischen<br />
Elektrode der Brennstoffzelle transportiert. Dort<br />
werden die Protonen bei der elektrochemischen Reduktion<br />
von Luftsauerstoff zu Wasser verbraucht. Neben den Protonen<br />
werden an der Anode Elektronen erzeugt, die getrennt<br />
von den Protonen über einen externen Stromkreis zur<br />
Kathode fließen. Dieser Elektronenfluss erlaubt den Betrieb<br />
eines elektrischen Fahrzeugmotors. In der Abbildung ist das Funktionsprinzip der Brennstoffzelle<br />
veranschaulicht.<br />
(Den Rest des Artikels finden Sie unter: http://www.uni-magdeburg.de/unirep/UR2000/ maerz2000/<br />
methanol.html)
. <strong>Methanol</strong> kann direkt im Verbrennungsmotor eingesetzt werden. Erstellen Sie eine<br />
Tabelle, die die Eigenschaften und daraus resultierende Vor- und Nachteile dieses<br />
Treibstoffes auflistet.<br />
<strong>Methanol</strong> als Treibstoff (aus: http://www.motorlexikon.de/?I=8334&R=M vom 13.4.07)<br />
Die Motoren der IRL werden mit <strong>Methanol</strong> betrieben. Da ein <strong>Methanol</strong>-Brand mit Wasser gelöscht<br />
werden kann, ein Brand von heute noch üblichem Kraftstoff auf Erdölbasis dagegen chemische<br />
Löschmittel erfordert, wurde bereits in der 60er Jahren dieser Treibstoff aus Sicherheitsgründen eingeführt.<br />
Außerdem erlaubt <strong>Methanol</strong> eine höhere Verdichtung. Um eine mit einem benzinbetriebenen<br />
Verbrennungsmotor vergleichbare, Maximalleistung zu erzielen, erfordert <strong>Methanol</strong> allerdings ein<br />
doppelt so stark angereichertes Kraftstoff-/Luftgemisch.<br />
Die Oktanzahl liegt bei <strong>Methanol</strong> normalerweise etwa 10 Punkte höher als bei Benzin; damit ist dieser<br />
Kraftstoff weniger für Selbstzündungen anfällig. <strong>Methanol</strong> erlaubt eine höhere Kompression und<br />
verbessert dadurch weiter die Motoreffizienz. <strong>Methanol</strong>betriebene Motoren laufen relativ kühl, eine<br />
weiterer entscheidender Vorteil in einem 500-Meilen Rennen. Dieser abkühlende Effekt erhöht die<br />
Luftdichte und erhöht die Motorleistung.<br />
Nachteile von <strong>Methanol</strong> als Kraftstoff sind seine korrosiven Eigenschaften mit Aluminium, Magnesium<br />
und anderen üblicherweise in Rennmotoren eingesetzten Werkstoffen. Außerdem kann der Alkohol<br />
Gummi und andere Kunststoffmaterialien des Treibstoffsystems angreifen. Um diese negativen<br />
Einflüsse zu vermeiden, konservieren IRL-Teams am Ende des Tages, indem sie die Motoren mit<br />
regulärem Benzin so lange laufen lassen, bis das <strong>Methanol</strong> aus dem Kraftstoffsystem verschwunden<br />
ist. Dazu kommt noch, dass <strong>Methanol</strong>, wie viele andere Kraftstoffe auch, stark toxische Eigenschaften<br />
hat. Diese Risiken erfordern einen höchst sorgsamen Umgang mit dem Kraftstoff.<br />
Eigenschaft Vorteil Nachteil<br />
wasserlöslich Brände können mit Wasser gelöscht<br />
werden � sicherer<br />
höhere Oktanzahl als Benzin geringere Selbstzündung � höhere<br />
Klopffestigkeit<br />
höhere Kompression möglich höhere Effizienz<br />
geringe Zündtemperatur<br />
niedriger Flammpunkt (11 °C)<br />
hohe Brandgefahr<br />
Motoren laufen kühl höhere Luftdichte möglich �<br />
höhere Motorleistung, höhere<br />
Wirkungsgrad<br />
korrosiv Metalle und Kunststoffteile werden<br />
angegriffen<br />
stark toxisch stärkere Sicherheitsbestimmungen<br />
(Aus a.) geringerer Heizwert höherer Kraftstoffverbrauch (bezogen<br />
auf das Volumen)<br />
biologisch abbaubar „umweltfreundlich“ beim Auslaufen<br />
verbrennt mit fast unsichtbarer<br />
blauer Flamme<br />
Brände werden nicht gleich entdeckt
Anmerkung: IndyCar<br />
Auch die Indy Racing League (IRL), als Veranstalter der amerikanischen Rennserie, legt in einem Reglement<br />
detailliert das konstruktive Aussehen von Motor und Fahrzeug fest. Oberflächlich betrachtet ähneln<br />
die Monopostos, also einsitzige Rennwagen mit unverkleideten Radaufhängungen und dem Fahrersitzplatz<br />
auf der Fahrzeuglängsachse, den Formel 1- Fahrzeugen. Die technischen Unterschiede sind<br />
dennoch gravierend
5a Die beiden Alkohole werden im Körper schrittweise mit Hilfe von Enzymen oxidiert.<br />
Geben Sie die Gleichungen für die sanfte Oxidation der beiden Alkohole sowie ihrer<br />
Oxidationsprodukte an.<br />
EWH:<br />
Alkohol � Aldehyd � Carbonsäure<br />
<strong>Methanol</strong>� Formaldehyd (Methanal) � Ameisensäure (Methansäure)<br />
Ethanol � Acetaldehyd (Ethanal) � Essigsäure (Ethansäure)<br />
Formaldehyd und Ameisensäure sind die Hauptverursacher der toxischen Folgen von<br />
<strong>Methanol</strong>genuss<br />
Oxidation mit Kaliumpermanganat<br />
H<br />
-I O<br />
I<br />
R C OH + 2 H2O R C<br />
R<br />
Oxidation mit Fehling-Reagenz<br />
I O<br />
III<br />
O<br />
R C + 2 OH R C<br />
H<br />
OH<br />
-<br />
+ 2 e - + H2O 2 Cu 2+ +2e - + 2 OH -<br />
Cu 2 O<br />
+ H 2 O<br />
2 Cu 2+ +2e - + 4 OH -<br />
O<br />
O<br />
R C + R C + 2e<br />
H<br />
OH<br />
- + 2 H2O + Cu2O R<br />
C<br />
O<br />
OH<br />
+<br />
OH -<br />
R<br />
O<br />
C<br />
O -<br />
+ H 2 O<br />
+ 2 e - + 2 H 3 O +<br />
KMnO4 + 5 e - + 8 H3O + K + + Mn 2+ H<br />
H<br />
+ 12 H2O 2 KMnO4 + 6 H3O +<br />
+ + 14 H2O + 2 K + + 2 Mn 2+<br />
H<br />
-I<br />
C<br />
H<br />
OH<br />
5<br />
R<br />
I<br />
C<br />
O<br />
H<br />
2 Cu 2+ + 5 OH -<br />
O<br />
O<br />
R C + C<br />
H<br />
O -<br />
R + 3 H2O + Cu2O blau rot<br />
* 5<br />
* 2
6a Laut Römpp online beträgt der LD50 (Mensch oral) von <strong>Methanol</strong> 428 mg/kg, die Dichte<br />
0,7869 g/cm -3 6<br />
25°C.<br />
a. Erklären Sie den kursiv geschriebenen Begriff.<br />
b. Berechnen Sie, wie viel <strong>Methanol</strong> Sie bis zum Erreichen dieses Wertes trinken dürften<br />
und überprüfen Sie die im Text getroffene Aussage, 30ml-100 ml seien tödlich.<br />
EWH:<br />
a. LD50 : Maß für die Toxizität eines Stoffes. LD steht für letale Dosis, die Zahl 50 bedeutet,<br />
dass 50 % der Lebewesen bei der angegebenen Konzentration sterben.<br />
LD50[g/kg] von Ethanol 6,2 (Ratte oral) (Römpp online)<br />
LD50-Werte einiger wichtiger Toxine (http://www.gifte.de/ld50-werte.htm)<br />
Bakterien-Toxin (Botulinum-Toxin) 2,6 x 10 -4 µg/kg<br />
Palytoxin (Toxin der Krustenanemone) 0,15 µg/kg<br />
Froschtoxin (Phyllobates terribilis) 2 µg/kg<br />
Taipoxin (Schlangengift aus Australien) 2 µg/kg<br />
Kobra-Neurotoxin (Naja siamensis) 75 µg/kg<br />
d-Tubocurarin (Curare) 200 µg/kg<br />
Natriumcyanid (Zyankali) 10.000 µg/kg<br />
b. Annahme: 65 kg schwere Person � 65 kg x 0,482 g/kg = 31 g; über die Dichte erhält<br />
man das Volumen � 39,4 ml. Dies kann tödlich sein.
7. Im Text steht, dass <strong>Methanol</strong> oft mit Trinkalkohol verwechselt wird.<br />
a. Erklären Sie, welche gemeinsamen Eigenschaften diese beiden Stoffe haben.<br />
b. Um im Labor einfach zwischen <strong>Methanol</strong> und Ethanol<br />
unterscheiden zu können, führt man die Boraxprobe<br />
durch. Anschließend gibt man jeweils etwas Borsäure<br />
zu den Alkoholen und entzündet das Gemisch. Bei <strong>Methanol</strong><br />
entsteht eine grüne Flammenfärbung, bei Ethanol<br />
eine gelbe.<br />
Geben Sie die Reaktionsgleichung für die Reaktion von<br />
Borsäure mit <strong>Methanol</strong> an.<br />
EWH a:: Gemeinsamkeiten: einwertiger Alkohol, primärer Alkohol, wasserlöslich, brennbar,<br />
giftig<br />
EWH b: Es erfolgt die Bildung von Borsäuretrimethylester, der mit grüner Flamme verbrennt.<br />
Bei Ethanol fehlt die Schwefelsäure zur Veresterung. Die gelbe Flamme<br />
stammt von glühenden Russteilchen (unvollständige Verbrennung, Ethanol hat<br />
doppelt so viele Kohlenstoffatome wie Ethanol).<br />
Alkohol + Säure ⇌ Ester + Wasser<br />
B(OH)3 + 3CH3OH → B(OCH3)3 + 3H2O<br />
http://www.versuchschemie.de/topic,4975,-<br />
Bors%E4uremethylester html<br />
Achtung: Aufgrund neuerer Forschungsergebnisse erweist sich Borax als fortpflanzungsgefährdender<br />
Stoff. Daher wird von Schülerübungen mit Borax generell abgeraten
c. Man kann <strong>Methanol</strong> und Ethanol auch mittels NMR-Spektroskopie unterscheiden.<br />
Ordnen Sie die beiden Spektren den beiden Alkoholen zu:<br />
A<br />
B
EWH:<br />
Die beiden Spektren stammen von: http://riodb01.ibase.aist.go.jp/sdbs/cgibin/direct_frame_top.cgi<br />
(13.4.09) , wo sie auch weitere Spektren (MS, IR…) zu den beiden<br />
Alkoholen finden.<br />
B:<br />
Assign. Shift(ppm)<br />
A 3.66<br />
B 3.43<br />
J(A,B)=4.6HZ.<br />
A:<br />
Assign. Shift(ppm)<br />
A 3.687<br />
B 2.61<br />
C 1.226
8. Im Text wird angegeben, dass <strong>Methanol</strong> durch nicht fachgerechte Herstellung von<br />
Trinkalkohol in den Wodka kam. Erklären Sie zunächst, was eine „fachgerechte Herstellung“<br />
ist und bei welchem Schritt <strong>Methanol</strong> entstehen könnte.<br />
EWH:<br />
Das <strong>Methanol</strong> im Wodka der Jugendlichen wurde vermutlich absichtlich zugegeben um<br />
den Alkoholgehalt auf billige Weise zu erhöhen. Aber auch in ungepanschtem Schnaps<br />
kann <strong>Methanol</strong> enthalten sein (siehe Tabelle unten), denn in der Praxis lässt es sich<br />
kaum vermeiden, dass durch "wilde" Hefen oder Bakterien auch andere Stoffe gebildet<br />
werden, wie <strong>Methanol</strong>, Glycerin und andere Alkohole, Histamin und organische<br />
Säuren wie Essigsäure und Milchsäure.<br />
Wein zB. darf nicht mehr als 0,1 Gramm <strong>Methanol</strong> pro Liter enthalten<br />
<strong>Methanol</strong> wird beim Destillieren abgetrennt, es ist leichter flüchtig als Ethanol, erdestilliert<br />
daher bei tieferer Temperatur. Man nennt diese Fraktion nennt den Vorlauf,<br />
der wird verworfen. Das Ethanol befindet sich im so genannten Herzstück.<br />
Arbeitet man dabei nicht sehr sorgfältig, <strong>Methanol</strong> siedet bei 65°, Ethanol bei 78°,<br />
gelangt <strong>Methanol</strong> in den Schnaps.<br />
Einige Spirituosen weisen relativ hohe <strong>Methanol</strong>-Verunreinigungen auf, wie nachfolgende<br />
Tabelle zeigt. <strong>Methanol</strong>-Gehalte ausgewählter Spirituosen.(Römpp-online <strong>Methanol</strong> vom<br />
13.4.09)<br />
Obstbranntwein mg/100 mL r.A.* mL/100 mL r.A.* % vol in trinkfertiger Ware<br />
Kirschwasser 475–951 0,6–1,2 0,25–0,50<br />
Zwetschgenwasser 793–1269 1,0–1,6 0,42–0,67<br />
Williams 795–1430 1,0–1,8 0,42–0,76<br />
Kernobsttresterbrand 2370–3171 3,0–4,0 1,26–1,68<br />
Weintresterbrand 948–1027 1,2–1,3 0,5–0,55<br />
Beerenbranntwein 1580 2,0 0,84<br />
Kernobstbrand 40–950 0,05–1,2 0,02–0,50**<br />
Himbeergeist (und andere "Geiste") 2–5 0,003–0,06 0,0012–0,024<br />
Weinhefe 25–150 0,03–0,20 0,012–0,08<br />
Trester 150–1600 0,20–2,0 0,08–0,8<br />
Rum 0–5 0–0,01 0–0,004<br />
Scotch Malt Whisky 8–20 0,01–0,025 0,004–0,01<br />
Bourbon Whisky 10–30 0,01–0,04 0,004–0,016<br />
Deutscher Weinbrand 40–110 0,05–0,14 0,02–0,056<br />
Französischer Weinbrand 40–70 0,05–0,09 0,02–0,036<br />
* r.A. = reiner Alkohol<br />
** Die große Streuung rührt daher, daß Kernobst-Brände oft aus einem Gemisch von Maische und Most hergestellt werden.<br />
Der <strong>Methanol</strong>-Gehalt hängt letztlich vom Verhältnis beider Komponenten ab.
Alkoholische Gärung:<br />
Kopie von http://www.seilnacht.com/Lexikon/gaerung.html vom 13.4.09<br />
„Unter einer Gärung versteht man die Umwandlung von organischen Stoffen durch Enzyme oder Mikroorganismen.<br />
Dabei wandeln sich die Stoffe zu Verbindungen mit einfacherem Molekülbau um. Es existieren verschiedene<br />
Gärungsformen, die nach dem entstehenden Produkt benannt werden. Die Gärung ist wie die Atmung ein<br />
Stoffwechselvorgang, der Energie frei setzt. Im Gegensatz zur Atmung werden die Kohlenhydrate jedoch nicht<br />
vollständig zu Wasser und Kohlenstoffdioxid abgebaut. Im menschlichen Darm vergären spezielle Bakterien die<br />
unverdauten Kohlenhydrate. Die dabei entstehenden Gase, z.B. Schwefelwasserstoff und Kohlenstoffdioxid, können<br />
Blähungen und Schmerzen verursachen. Auch die Erzeugung von Biogas durch Methanbakterien ist ein Gärungsprozess.<br />
Alkoholische Gärung<br />
Das Prinzip der Herstellung von trinkbarem Alkohol ist schon seit dem Altertum bekannt. Die alkoholische Gärung<br />
findet überall in der Natur statt, wenn aufgeplatztes Obst oder süße Säfte bestimmten Bedingungen ausgesetzt<br />
werden. Bei technischen Prozessen muss das Ausgangsmaterial oft zuerst verzuckert werden. Bei der Bierherstellung<br />
werden Gerstenkörner zunächst einer Quellung und Keimung ausgesetzt. Vorhandene Enzyme (Amylasen)<br />
wandeln dabei die Stärke in Zucker um. Auf diese Weise erhält man das zuckerhaltige Malz, das die Bierhefen<br />
vergären kann.<br />
Die Vergärung von Zuckern (Glucose, Fructose, Maltose) zu Ethanol wird von Hefepilzen und Hefeenzymen<br />
gesteuert. Diese kommen praktisch überall in der Luft vor. Bei der Bierherstellung werden sie zusätzlich hinzugefügt.<br />
Gärungen können bei unterschiedlichen Temperaturen stattfinden. Vereinfacht lässt sich die alkoholische<br />
Vergärung von Traubenzucker durch folgende Reaktionsgleichung beschreiben:<br />
Glucose (Traubenzucker) ---Hefeenzyme---> Ethanol + Kohlenstoffdioxid<br />
C6H12O6 ---Hefeenzyme---> 2 C2H5OH + 2 CO2<br />
H = -105kJ/mol<br />
Das entstehende Ethanol ist ein Produkt einer relativ komplizierten chemischen Reaktion mit zahlreichen<br />
Zwischenschritten. Zunächst wird der Traubenzucker in zehn verschiedenen Schritten zu<br />
Brenztraubensäure umgewandelt. Diese reagiert unter Abspaltung von Kohlenstoffdioxid wieder in<br />
mehreren Zwischenschritten zu Ethanal, das dann schließlich zu Ethanol reduziert wird:<br />
Das entstehende Kohlenstoffdioxid bewirkt ein Aufschäumen während der Gärung. Bei der Bierherstellung<br />
verfärbt sich dieser Schaum durch Verunreinigungen nach und nach bräunlich. Danach unterzieht<br />
man das Produkt noch einer Nachgärung, die bis zu 4 Monaten dauern kann, während die Hauptgärung<br />
nach 8-10 Tagen abgeschlossen ist. Bei obergärigen Bieren findet die Gärung bei 12-15°C statt,<br />
bei untergärigen Bieren bei 5-10°C.<br />
Bei der Weinherstellung werden die Trauben zunächst zu einem Brei zerquetscht. Man erhält eine<br />
"Maische", die je nach Weinsorte gepresst oder von den Hülsen und Schalen befreit wird. Der gepresste<br />
Traubensaft wird als "Most" bezeichnet. Er gelangt in großen Behältern zur Gärung. Die meist metallenen<br />
Behälter sind oben luftdicht mit einem wassergefüllten Gährrohr verschlossen, so dass das entstehende<br />
Kohlenstoffdioxid entweichen kann. Nach der Haupt- und der Nachgärung wird der entstandene<br />
Wein von der Maische abgetrennt und nach einer Schwefelung für längere Zeit unter Luftabschluss<br />
bei 10-15°C gelagert. Bei dieser "Kellerbehandlung" entwickelt der Wein sein erwünschtes Aroma.<br />
Die Menge an gebildetem Ethanol hängt vom Zuckergehalt der Ausgangslösung und von der Alkoholkonzentration<br />
ab, die die Hefeenzyme gerade noch ertragen können, ohne die Gärung einzustellen.<br />
Daher können Biere mit einem Alkoholgehalt von mehr als 6 Volumenprozent und Weine mit mehr als<br />
16% Alkohol nicht mehr durch Gärung hergestellt werden. Eine Konzentration des Alkohols, z.B. bei<br />
der Herstellung eines Weinbrandes, erhält man durch Destillation.“
9. Nennen Sie natürliche Vorkommen sowie Verwendungsmöglichkeiten für <strong>Methanol</strong>.<br />
Vorkommen: (nach Römpp online, <strong>Methanol</strong> vom 13.4.09)<br />
In der Natur kommt freies <strong>Methanol</strong> in Heracleum-Früchten, in Baumwollpflanzen und in verschiedenen Gräsern vor.<br />
In ätherischen Ölen findet man vorwiegend seine Ester (Methylester) und Ether (Methylether, z. B. in Alkaloiden und<br />
Farbstoffen). Beim enzymatischen Abbau von Pektin und Lignin während der Gärung entsteht <strong>Methanol</strong> durch Abspaltung<br />
der Methoxy-Gruppen. <strong>Methanol</strong> ist deshalb auch in Wein, vor allem aber in Branntweinen aus Pektinreichem<br />
Obst bzw. aus dessen Trester vorhanden (siehe Tabelle 1). Beim Menschen ist <strong>Methanol</strong>, welches aus körpereigenen<br />
Stoffwechselprozessen stammt, in der Ausatmungsluft (0,55 ng/L) im Blut (1–23 mg/L)]und im Harn (58–<br />
277 µg/L) nachweisbar. Auch extra-terrestrische Vorkommen sind bekannt.<br />
Tabelle 1: <strong>Methanol</strong>-Gehalte verschiedener Getränke und des Tabakrauchs im Vergleich<br />
Angaben in mg/L bzw. mg/Zigarette.<br />
Fruchtsäfte 5–220<br />
Bier 4–50<br />
Branntwein 5–4500<br />
Rotwein 120–200<br />
Weißwein 40–106<br />
Tabakrauch 0,1–0,2<br />
Verwendung:<br />
<strong>Methanol</strong> ist einer der größten und wirtschaftlichsten Synthese-Rohstoffe, von dem weltweit etwa<br />
90 % in der Chemischen Industrie und die übrigen 10 % als Energierohstoff genutzt werden. Nach<br />
Einsatzgebieten schlüsselt sich der weltweite <strong>Methanol</strong>-Verbrauch auf, wie in Tabelle 3 dargestellt<br />
ist.<br />
Tabelle 3: <strong>Methanol</strong>-Verwendung [%] nach Literatur [9].<br />
Produkt<br />
Welt USA Westeuropa Japan<br />
1988 1991 1982 1988 1990 1982 1988 1990 1982 1988 1992<br />
Formaldehyd 39 37 30 27 26 50 44 45 47 43 40<br />
Essigsäure 6 8 12 14 12 5 7 7 10 8 8<br />
Methyl-halogenide 7 7 9 6 6 6 7 6 3 5 7<br />
tert-Butyl-methylether 12 15 8 24 27 5 10 15 – 5 5<br />
Dimethyl-terephthalat 3 3 4 4 3 4 3 3 1 1 1<br />
Methylamine 4 4 4 3 3 4 5 4 2 4 4<br />
Methylmeth-acrylat 3 3 4 4 4 3 4 4 6 8 8<br />
Lösemittel 9 7 10 7 7 6 1 1 6 4 3<br />
Sonstiges 17 16 19 11 12 17 19 15 25 22 24<br />
Gesamtverbrauch<br />
[10 6 t]<br />
17,3 19,5 3,2 5,0 5,2 3,3 4,5 5,0 1,1 1,6 1,7<br />
<strong>Methanol</strong> ist in kosmetischen Mitteln mit Einschränkungen zugelassen (Kosmetik-VO, Anlage 2,<br />
Nr. 52); zugelassen als Extraktionslösungsmittel. Mögliche zukünftige oder im Ausbau befindliche<br />
Einsatzgebiete für <strong>Methanol</strong> sind:<br />
1. Kraftstoff oder Mischkomponente für Benzin<br />
2. Energieträger<br />
3. Synthese-Rohstoff<br />
4. Kohlenstoff-Quelle für Petro-Protein.
8. Untenstehend ist ein Auszug aus http://flexikon.doccheck.com/<strong>Methanol</strong>vergiftung<br />
(vom 13.4.09).<br />
5.1. Hemmung der <strong>Methanol</strong>oxidation<br />
Der wichtigste Schritt zur Therapie der <strong>Methanol</strong>vergiftung ist die Gabe von Fomepizol oder<br />
Ethanol. Beide haben eine vielfach höhere Affinität zur Alkohol- und Aldehyddehydrogenase. Fomepizol<br />
bewirkt in vitro eine ca. 8.000fach stärkere kompetitive Hemmung als Ethanol. Durch beide<br />
Substanzen wird die Metabolisierung von <strong>Methanol</strong> wirkungsvoll unterbunden.<br />
Das Ethanol kann bei kooperativen Patienten oral verabreicht werden, beispielsweise in Form von<br />
40-prozentigem Schnaps. Dabei soll eine therapeutische Ethanolkonzentration von etwa 1 Promille<br />
erreicht werden. Diese Konzentration muss über Tage hinweg aufrechterhalten werden. In dieser Zeit<br />
wird <strong>Methanol</strong> überwiegend renal eliminiert.<br />
Alternativ kommt die Verabreichung von Ethanol per Infusion in Frage. Dabei werden initial 0,5 g/kg<br />
KG über 30 Minuten verabreicht, danach 0,1 ml/kg KG/h. Bei i.v.-Gabe muss der Blutalkoholspiegel<br />
fortlaufend kontrolliert werden.<br />
5.2. Applikation alkalisierender Substanzen<br />
Die metabolische Azidose wird parallel durch Gabe von Natriumhydrogencarbonat und …Puffer<br />
ausgeglichen. Die dadurch erreichte Normalisierung des intra- und extrazellulären pH-Werts erhöht<br />
den Dissoziationsgrad der Ameisensäure und vermindert ihre schädliche Wirkung.<br />
a. Definieren Sie die unterstrichenen Begriffe und erklären Sie mit eigenen Worten, welche<br />
Gegenmaßahmen man bei einer Ethanolvergiftung einleiten muss und warum.<br />
b. Erstellen Sie Dissoziationsgleichung von Ameisensäure sowie ihre Reaktion mit Natriumhydrogencarbonat<br />
an.<br />
EWH: a:<br />
Affinität: das Bestreben von Atomen und Molekülen, Wechselwirkungen einzugehen.<br />
Kompetitive Hemmung: das Substrat konkurriert mit dem Inhibitor um die Bindung an dem aktive<br />
Zentrum des Enzyms und blockiert das aktive Zentrum, so dass das Substrat nicht<br />
umgesetzt werden kann.<br />
Metabolisierung: bezeichnet in der Medizin den biochemischen Um- bzw. Abbau einer Substanz<br />
durch körpereigene Enzymsysteme. Das Ergebnis einer Metabolisierung ist ein chemisch<br />
veränderter Metabolit der Substanz.<br />
Kooperative P.: Patienten, die mit dem Therapeuten zusammenarbeiten.<br />
therapeutische Maßnahme: ein dem Heilverfahren nützliche, sinnvolle Maßnahme<br />
renal: die Niere betreffend<br />
i.V-Gabe: Intravenös, d.h. in die Vene<br />
Azidose: ein Zustand der Übersäuerung des Körpers. Liegt der pH-Wert im Blut unterhalb von<br />
7,35 spricht man von einer Azidose. Der Referenzwert liegt bei 7,35 bis 7,45. Liegt er<br />
darüber, so spricht man von einer Alkalose.<br />
Puffer: Substanz, die in der Lage ist den pH-Wert konstant zu halten.<br />
Gegenmaßnahme: Ethanolgabe, da dieses das Enzym (lt. Dr. Blume s.u. nicht ADH, wie oben beschrieben)<br />
des <strong>Methanol</strong>abbaus blockiert und das <strong>Methanol</strong> unverändert ausgeschieden<br />
werden kann.
Hintergrundinformationen zum Abbau:<br />
Auszug aus: http://www.chemieunterricht.de/dc2/r-oh/meoh-gift.htm vom 13.4.09<br />
Wie <strong>Methanol</strong> im Körper abgebaut wird<br />
<strong>Methanol</strong> wird nicht (oder fast gar nicht) von der ADH angegriffen. Dagegen erfolgt sein Abbau durch ein H2O2abhängiges<br />
Peroxidasesystem.<br />
Das für die <strong>Methanol</strong>oxidation benötigte H2O2 wird durch spezielle Enzyme zur Verfügung gestellt. Bei den Enzymen<br />
dieser Oxidasegruppe wird der Substratwasserstoff direkt auf ein O2-Molekül übertragen. Ein Beispiel von<br />
vielen ist die Aldehyd-Oxidase:<br />
Zu dieser Enzymgruppe gehört auch die aus Glucosticks her bekannte Glucose-Oxidase.<br />
Der beim <strong>Methanol</strong>abbau entstehende Formaldehyd wird durch die Aldehyd-Oxidase weiter zu Ameisensäure<br />
oxidiert. Dabei kann wieder H2O2 entstehen.<br />
Die Ameisensäure wird von der Tetrahydrofolsäure (einem Vitamin aus dem B-Komplex) unter Bildung von Formyl-Tetrahydrofolsäure<br />
übernommen und so "entgiftet". Diese Verbindung ist unentbehrlich zum Beispiel bei der<br />
Synthese von DNA-Basen.<br />
Die Giftwirkung des <strong>Methanol</strong>s<br />
Zunächst ist <strong>Methanol</strong> ein Narcotikum, das als gutes Fettlösemittel die Markscheiden der Nervenzellen angreift.<br />
Die Giftigkeit beruht nun einerseits auf den Reaktionen des Formaldehyds. Das ist schließlich eine Substanz,<br />
die mit vielen funktionellen Gruppen der Proteine und Peptidhormone reagieren kann.<br />
Vor allem aber auch die Ameisensäure führt als stark wirkende Säure in zu großen Konzentrationen zur Acidose,<br />
also zur Versauerung von Blut und Gewebewasser, was deren Pufferkapazität überfordert. Darauf sind viele der<br />
Symptome der <strong>Vergiftung</strong> durch <strong>Methanol</strong> zurückzuführen.<br />
Die merkwürdige Alkohol-Therapie<br />
So ungewöhnlich es auch klingt: Durch intravenöse Verabreichung von Ethanol mit dem Ziel, einen konstanten<br />
Blutalkoholspiegel von 0,5-1 ‰ über einige Tage aufrechtzuerhalten, kann die Oxidation von <strong>Methanol</strong> zu Formaldehyd<br />
und schließlich zur Ameisensäure vermieden werden. Dazu muss man wissen, dass Ethanol nicht nur<br />
durch die ADH, sondern wie das <strong>Methanol</strong> auch durch Peroxidasen abgebaut wird. Ethanol gewinnt wegen seiner<br />
hohen Konzentration im Kampf um die aktiven Zentren der Enzyme, die <strong>Methanol</strong> und Ethanol abbauen. So kann<br />
die Oxidation von <strong>Methanol</strong> weitgehend unterbunden werden. Das ist ein Beispiel für eine kompetetive Hemmung.<br />
Das nicht umgesetzte <strong>Methanol</strong> wird dann über die Lunge abgeatmet oder mit dem Urin ausgeschieden.<br />
Es gibt aber auch Zusatztherapien. So steigert eine Behandlung mit Folsäure die Ausscheidung von Ameisensäure,<br />
so dass der Übersäuerung des Blutes zuvorgekommen wird.<br />
b. CH3COOH + H2O � CH3COO - + H3O +
N<br />
H 2<br />
9. Das Enzym, das Ethanol abbaut, heißt Alkoholdehydrogenase (ADH). Seine Struktur<br />
beginnt mit: atgcactcaagcagagaagaaatccacaaagactcacagtctgctggtgggcagagaagacagaaacgac…<br />
EWH:<br />
a. Erklären Sie, was Enzyme<br />
sind, wie der Name ADH zustande<br />
kommt und was die<br />
Buchstaben seiner Struktur<br />
bedeuten.<br />
b. Geben Sie einen Strukturformelausschnitt<br />
des Enzyms<br />
an.<br />
c. Erklären Sie, was die<br />
Spiralen auf dem Bild<br />
bedeuten und welche Kräfte<br />
das Molekül in seiner Form<br />
halten könnten.<br />
a. Enzyme sind Biokatalysatoren und gehören zur Stoffklasse der Proteine, sie sind aus α-<br />
Aminosäuren aufgebaut.<br />
Wenn Sie die Benennung von Enzymen interessiert, sollten Sie unter<br />
http://www.chem.qmul.ac.uk/ iubmb/enzyme/ nachschauen.<br />
Die Reihenfolge der Aminosäuren wird in der DNA in Form der Basenreihenfolge codiert.<br />
Die Basen heißen Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin und die obigen Buchstaben entsprechen<br />
den Anfangsbuchstaben dieser Basen, die durch die Vorgänge Transkription und<br />
Translation in die Aminosäurenreihenfolge übersetzt wird.<br />
b.<br />
a t g c a c t c a Nucleotid-Sequenz<br />
u a c g u g a g u m-RNA<br />
a u g c a c u c a t-RNA<br />
Tyr Val Ser Aminosäuren � Protein (Primärsequenz)<br />
HO<br />
http://kamenin.files.wordpress.com/2007/06/alcdehyd.jpg<br />
vom 13.4.09<br />
CH<br />
CH2 OH<br />
C +<br />
O<br />
H2N CH<br />
CH<br />
OH<br />
C + H2N O<br />
CH<br />
H2C OH<br />
C<br />
O<br />
H2N CH<br />
H2C O<br />
C O NH CH<br />
CH<br />
O<br />
C O NH CH<br />
CH2 OH<br />
C<br />
O<br />
+ 2 H2O H3C CH3 OH<br />
H3C CH3 OH<br />
OH
. Die Aminosäurekette faltet und knäuelt sich aufgrund verschiedener zwischenmolekularer<br />
Kräfte. Durch Wasserstoffbrückenbindungen entstehen so genannte β-<br />
Faltblätter oder Spiralen (a-Helix), die im Bild dargestellt sind. Weitere Kräfte entstehen<br />
durch ionische Wechselwirkungen, Schwefelbrücken, Van-der-Waals-Kräfte…<br />
Dadurch faltet sich das Enzym so, dass es ein sog aktives Zentrum bildet, in das sich<br />
das Substrat (der Stoff, der umgewandelt werden soll) setzen kann.<br />
Für die Biofreaks hier die komplette Sequenz:<br />
http://www.microbiology.de/doc/mensch-adh.txt Alkoholdehydrogenase<br />
atgcactcaagcagagaagaaatccacaaagactcacagtctgctggtgggcagagaagacagaaacgacatgagcacagcaggaaaagtaatcaaatgcaaagcagctgtgctatgggaggtaaagaaacccttttccattgaggatgtggaggttgcacctcctaaggcttatgaagttcgcattaagatggtggctgtaggaatctgtcacacagatgaccacgtggttagtggcaacctggtgaccccccttcctgtgattttaggccatgaggcagccggcatcgtggagagtgttggagaaggggtgactacagtcaaaccaggtgataaagtcatcccgctctttactcctcagtgtggaaaatgcagagtttgtaaaaacccggagagcaactactgcttgaaaaatgatctaggcaatcctcgggggaccctgcaggatggcaccaggaggttcacctgcagggggaagcccattcaccacttccttggcaccagcaccttctcccagtacacggtggtggatgagaa-tgcagtggccaaaattgatgcagcctcgcccctggagaaagtctgcctcattggctgtggattctcgactggttatgggtctgcagttaacgttgccaaggtcaccccaggctctacctgtgctgtgtttggcctgggaggggtcggcctatctgctgttatgggctgtaaagcagctggagcagccagaatcattgcggtggacatcaacaaggacaaatttgcaaaggccaaagagttgggtgccactgaatgcatcaaccctcaagactacaagaaacccatccaggaagtgctaaaggaaatgactgatggaggtgtggatttttcgtttgaagtcatcggtcggcttgacaccatgatggcttccctgttatgttgtcatgaggcatgtggcacaagcgtcatcgtaggggtacctcctgcttcccagaacctctcaataaaccctatgctgctactgactggacgcacctggaagggggctgtttatggtggctttaagagtaaagaaggtatcccaaaacttgtggctgattttatggctaagaagttttcactggatgcgttaataacccatgttttaccttttgaaaaaataaatgaaggatttgacctgcttcactctgggaaaagtatccgtaccgtcctgacgttttgaggcaatagagatgccttcccctgtagcagtcttcagcctcctctaccctacaagatctggagcaacagctaggaaatatcattaattcagctcttcagagatgttatcaataaattacacatgggggctttccaaagaaatggaaattgatgggaaattatttttcaggaaaatttaaaattcaagtgagaagtaaataaagtgttgaacatcagctggggaattgaagccaacaaaccttccttcttaaccattctactgtgtcacctttgccattgaggaaaaatattcctgtgacttcttgcatttttggtatcttcataatctttagtcatcgaatcccagtggaggggacccttttacttgccctgaacatacacatgctgggccattgtgattgaagtcttctaactctgtctcagttttcactgtcgacattttcctttttctaataaaaatgtaccaaatccctggggtaaaagctagggtaaggtaaaggatagactcacatttacaagtagtgaaggtccaagagttctaaatacaggaaatttcttaggaactcaaataaaatgccccacattttactacagtaaatggcagtgtttttatgacttttatactatttctttatggtcgatatacaattgattttttaaaataatagcagatttcttgcttcatatgacaaagcctcaattactaattgtaaaaactgaactattcccagaatcatgttcaaaaaatctgtaatttttgctgatgaaagtgcttcattgactaaacagtattagtttgtggctataaatgattatttagatgatgactgaaaatgtgtataaagtaattaaaagtaatatggtggctttaagtgtagagatgggatggcaaatgctgtgaatgcagaatgtaaaattggtaactaagaaatggcacaaacaccttaagcaatatattttcctagtagatatatatatacacatacatatatacacatatacaaatgtatatttttgcaaaattgttttcaatctagaacttttctattaactaccatgtcttaaaatcaagtctataatcctagcattagtttaatattttgaatatgtaaagacctgtgttaatgctttgttaatgcttttcccactctcatttgttaatgctttcccactctcaggggaaggatttgcattttgagctttatctctaaatgtgacatgcaaagattattcctggtaaaggaggtagctgtctccaaaaatgctattgttgcaatatctacattctatttcatattatgaaagaccttagacataaagtaaaatagtttatcatttactgtgtgatcttcagtaagtctctcaggctctctgagcttgttcatcctttgttttgaaaaaattactcaaccaatccattacagcttaaccaagattaaatgggatgatgttaatgaaagagcttcgcc