Ätherische Öle - Uni Ulm Aktuelles · Immunsystem ersetzen. Zum Beispiel wehren Phytoalexine, wie Vestitol des . Sekundärmetabolite Ätherische Öle - 3 - gewöhnlichen Hornklees,

Ätherische Öle Inhaltsangabe

1 Theoretischer Hintergrund - 2 -

1.1 Primärer und sekundärer Stoffwechsel - 2 - 1.2 Einteilung der sekundären Pflanzenstoffe - 3 - 1.2.1 Die Alkaloide - 3 - 1.2.2 Die Terpenoide - 6 - 1.2.3 Die Phenole - 8 - 1.2.4 Die ätherischen Öle - 9 -

2 Material und Methoden - 9 -

2.1 Isolierung ätherischer Öle durch Wasserdampfdestillation - 9 - 2.2 Thermodestillation von Umbelliferen-Früchten - 10 -

3 Ergebnisse - 10 -

3.1 Isolierung ätherischer Öle durch Wasserdampfdestillation - 10 - 3.2 Thermodestillation von Umbelliferen-Früchten - 11 -

4 Diskussion - 12 -

4.1 Versuch 1 - 12 - 4.2 Versuch 2 - 13 -

5 Quellenangaben - 13 -

Sekundärmetabolite Ätherische Öle

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1 Theoretischer Hintergrund

1.1 Primärer und sekundärer Stoffwechsel Der Stoffwechsel von Pflanzen lässt sich in Primär- oder Grundstoffwechsel und den Sekundärstoffwechsel einteilen. Beim primären Stoffwechsel werden Fette, Kohlenhydrate und andere grundlegende Stoffe umgesetzt. Diese werden in vielen Organen gebildet und gleichen im Aufbau den entsprechenden Stoffen bei Tieren oder Bakterien, wie z.B. Glucose oder die DNA. Diese einheitlichen und universellen Grundstoffwechselwege sind wichtig für das Wachstum und die Entwicklung von Tieren, Bakterien und Pflanzen und lassen sich in katabolische (abbauende) und anabolische (aufbauende) Synthesewege einteilen. Besonders die katabolischen Produkte werden in den Energiestoffwechsel, vor allem in Glycolyse oder Citratzyklus, eingeschleust. Die Stoffe, die im sekundären Stoffwechsel gebildet werden, sind mehr oder weniger notwendig fürs Überleben, da Pflanzen z. B. weder wegrennen noch sich wehren können. Dabei sind sie zum Teil so spezifisch, dass man nur über diese Stoffe taxonomisch neue Arten definieren kann. Die Spezifität beinhaltet sowohl den Stoff selbst (z.B. sind Betalaine charakteristisch für Centrospermae), als auch den Bildungsort bzw. ein bestimmtes Entwicklungsstadium (Senfkeimlinge synthetisieren Jugendanthocyan nur in den Epidermiszellen der Kotyledonen). Die Metabolite können nahezu in allen Pflanzenteilen, in Wurzel, Blätter, Blüten, Samen oder Früchten vorkommen, und werden oft in deren Vakuolen gespeichert. Bei den höheren Pflanzen hat daher praktisch jede Art ein spezifisches Muster an sekundären Inhaltsstoffen, während der Grundstoffwechsel kaum verschieden ist. Meist kann man aber keine scharfe Grenze zwischen den zwei Stoffwechseln ziehen; Chlorophyll z. B. wird zwar nur in den photosynthetisch aktiven Zellen gebildet, da es aber ein essentieller Zellbestandteil ist (außer eventuell in der Jugend), kann man es durchaus zum Primären Stoffwechsel zählen. Auch sind die Synthesewege eng miteinander verschlungen, da die zwei Ausgangsstoffe beim Shikimat- Weg (s. Teil ) aus dem Pentose-Phosphat- Weg und der Glycolyse kommen und nach diversen Umbildungen zu Flavonoiden, Alkoloiden, usw. werden. Mittlerweile hat man mehr als 20 000 verschiedene Sekundärmetabolite gefunden, die von den Pflanzen für die unterschiedlichsten Zwecke eingesetzt werden, meist für die Kommunikation und die Interaktion mit der Umwelt. Sie können der Pflanze als effektive chemische Abwehrstoffe gegen Herbivore und Pathogene dienen, wie unangenehm schmeckende (Zimt, Nelke) oder schlicht toxische Stoffe (Strychnin, das von Pflanzen der Gattung Strychnos gebildet wird). Manche Pflanzen erzeugen sogar hormonähnliche Produkte, die Entwicklungsstörungen bei den sie verzehrenden Insekten hervorrufen. Sie können aber auch tierische Parasitoide anziehen, die sich wieder rum von den Schädlingen ernähren. Ebenso locken Sekundärmetabolite als Signalfarb- und Aromastoffe pollenverbreitende Insekten und samenverbreitende Früchtefresser an. Weitere Stoffe dienen als epidermale Schutzpigmente gegen UV-Strahlung und Starklicht, verhindern den Wasserverlust durch cuticuläre Transpiration oder verfestigen die Zellwände. Die Synthese von Sekundärmetaboliten kann das, bei Pflanzen fehlende, Immunsystem ersetzen. Zum Beispiel wehren Phytoalexine, wie Vestitol des


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gewöhnlichen Hornklees, pathogene Pilze ab. Sie bestehen aus niedermolekularen Substanzen und werden kurz nach einer Pilzinfektion gebildet. Phytoalexine verändern die Membraneigenschaften der Pilze, oder blockieren die oxydative Phosphorylierung. Die für die Pflanzen lebenswichtigen Phytohormone (Indolderivate, Gibberelline, Cytokinine, Abscisine und Ethylen) werden auch auf sekundärem Weg gebildet. Diese Hormone dienen als regulierende Faktoren innerhalb der Pflanzen. Durch Allelopathie z. B. ätherischer Öle wird das Wachstum bestimmter Gräser (Avena, Festuca, Bromus) von Salvia- oder Artemisiabüschen durch Terpene (Campher, Pinen, Thujon)unterdrückt. Mittlerweile haben sich allerdings einige Tiere an die Verteidigung angepasst. Sie können die Inhaltsstoffe mit der Nahrung aufnehmen und für sich selber nutzbar machen. Manche Tiere sind sogar in der Lage, die giftigen Substanzen im eigenen Körper zu speichern, um sich so ebenfalls vor ihren Fressfeinden zu schützen. Ein Beispiel dafür ist der Monarchfalter, der Herzglykoside speichern kann. Diese Sekundärstoffe verursachen bei seinem Fressfeind, dem Blauhäher, Lähmungserscheinungen und Erbrechen. Schon nach kurzer Zeit lernen die Vögel, die auffällig gefärbten Schmetterlinge zu meiden. Viele Sekundärmetabolite haben auch große Bedeutung für den Menschen. Zu den pharmakologisch bedeutsamen Verbindungen gehören vor allem die Alkaloide (s. Teil 1.2.1.). Die Fähigkeit diese über 10 000 verschiedenen Verbindungen (z.B. Nikotin, Cocain,..) zu bilden tritt häufig bei den Solanaceae oder Papaveraceae auf. Daneben werden Sekundärmetabolite auch als Aromastoffe genutzt.

1.2 Einteilung der sekundären Pflanzenstoffe Bei vielen Substanzen ist sich die Forschung noch nicht sicher, ob ein gefundener Stoff ein unwichtiges Abfallprodukt ist oder ein noch unbekanntes wichtiges Sekundärmetabolit. Da dabei auch der Stoffwechselweg oft nicht bekannt ist, erfolgt die Klassifizierung relativ grob in drei Gruppen: stickstoffhaltige Verbindungen, Terpenoide und Phenole. Zu den stickstoffhaltigen Verbindungen zählen Alkaloide, biogene Amine, cyanogene Glycoside und Glucosinolate. Neben dieser Einteilung anhand des Chemismus werden Sekundärstoffe auch aufgrund ihrer physiologischen Bedeutung klassifiziert. In diesem Protokoll werden wir allerdings nur auf die Alkaloide, die Terpenoide und die Phenole näher eingehen.

1.2.1 Die Alkaloide Alle Heilpflanzen, die Alkaloide als Hauptwirkstoff enthalten, eignen sich im Allgemeinen nicht für die Teetherapie, da es sich zumeist um sehr stark wirkende Stoffe handelt, so genannte „Heilgifte“. Von der pharmazeutischen Industrie werden sie allerdings in großer Menge verarbeitet. Alkaloide sind beispielsweise das Atropin, das Gift der Tollkirsche, das Morphin, das Gift des Schlafmohns oder das Colchizin, das Gift der Herbstzeitlose. Dementsprechend können Alkaloide dem Menschen als Medikamente oder Rauschgifte dienen. In geringer Menge gibt es Alkaloide natürlich auch in ungiftigen Heilpflanzen. Dort unterstützen sie als Nebenwirkstoffe die Heilwirkungen der Pflanze, ohne selbst besonders hervorzutreten, da sie ja auch keine Hormon- oder Vitaminwirkung haben.


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Für die Pflanzen sind sie wichtig als Stickstoffspeicher oder als Fraßschutz. Die Alkaloide stellen, mit über 10 000 verschiedenen Verbindungen, die größte Gruppe der Sekundärmetabolite dar. Sie treten häufig bei Angiospermen auf und befinden sich dort besonders in Wurzeln, Blättern, Blütenblättern und Früchten. Chemisch gesehen handelt es sich bei den Alkaloiden um eine Gruppe von basisch reagierenden sekundären Pflanzenstoffen, die einen Heterozyklus mit einem oder mehreren Stickstoffatomen mit negativer Oxidationsstufe besitzen. Sie reagieren basisch aufgrund des freien Elektronenpaars des Stickstoffes. Ihrer Biosynthese nach sind die Alkaloide fast ausschließlich Derivate der Aminosäuren Ornithin, Lysin, Phenylalanin, Tyrosin und Tryptophan. Daneben gibt es noch die Purinalkaloide, die Derivate der Purinbasen sind, und Steroidalkaloide, die ihrer Biosynthese nach eher zu den Terpenoiden gehören. Des Weiteren existieren noch Protoalkaloide, einfach gebaute stickstoffhaltige Substanzen, zu denen die biogenen Amine zählen. Sie werden meistens als leichtlösliche Salze verschiedener Säuren in den Vakuolen der Zelle gespeichert.

Abb.1: Shikimat-Weg

[Schopfer, Brennicke: Pflanzenphysiologie, Springer, 5.Auflage]


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Alkaloide werden über den Shikimat-Weg (siehe Abb.1) gebildet. Dieser Weg, der auch die aromatischen Aminosäuren bildet, dient ebenfalls der Synthese von Phenolen (s.Teil 1.2.3.). Er ist der wichtigste Weg bei den Pflanzen. Seine Ausgangssubstanzen sind PEP und D-Erythrose-4-phosphat. Sie werden zu einer 7-C-Zwischenstufe verknüpft. Diese wird zu der cyclischen 5-Dehydrochinonsäure. Über 5-Dehydroshikimisäure und Shikimi-säure wird sie umgewandelt zu 5-Phosphoshikimisäure. Mit einem weiteren PEP wird sie zu Chorisminsäure, und zwar an der Gabelung, an der sich der Shikimisäure-Weg aufteilt. Eine Gabelung führt zu Tryptophan und dann weiter zu Indol-3-Essigsäure und den Alkaloiden. Eine weitere Gabelung führt zu Prephenat, wo sich der Weg ein weiteres Mal gabelt. Eine Gabelung führt zu Phenylalanin und die andere zu Tyrosin. Die letzten beiden Amiosäuren dienen dann auch dem Aufbau von Phenolen. Phenylalanin wird durch Desaminierung zu Zimtsäure, Tyrosin zu p-Cumarsäure. Die Aminosäuren können in verschiedene Familien eingeteilt werden (siehe Abb.2). Jede Familie wird aus unterschiedlichen Intermediaten des Primärstoffwechsels gebildet. Die Serinfamilie (Serin, Glycin, Cystein) geht aus Intermediaten des Calvinzyklus hervor. Die Pyruvatfamilie (Alanin, Valin, Leucin) wird aus Pyruvat gebildet. Die α-Ketonsäure bildet die Glutamatfamilie (Glutaminsäure, Ornithin, Arginin). Weiterhin gibt es die Aspartatfamilie (Asparaginsäure, Lysin, Methionin, Threonin, Isoleucin), die aus Oxalessigsäure hervorgeht und die Shikimisäurefamilie (Tryptophan, Phenylalanin, Thyrosin), die aus Chorisminsäure gebildet wird.

Abb.2: Der Anschluß der einzelnen Asfamilien an den Stoffwechsel.

[Heß: Pflanzenphysiologie, UTB, 6. Auflage]

Die Einteilung der Alkaloide selbst erfolgt in verschiedene Gruppen, die hier vorgestellt werden: Nicotiana-Alkaloide Diese Alkaloide leiten sich aus den Aminosäuren Ornithin und Lysin ab. Sie bestehen aus einem Pyrrolidinring und einem Pyridinring. Beispiele für diese Alkaloide sind Nicotin, Nornicotin und Anabasin. Nicotiana-Alkaloide kommen in den Pflanzen Nicotiana tabacum und Nicotiana glauca vor, aber werden nicht in den Blättern, sondern vor allem in den Wurzeln synthetisiert.


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Chinolizidin-Alkaloide Diese Alkaloide leiten sich ebenfalls aus den Aminosäuren Ornithin und Lysin ab. Sie bestehen aus einem C-Grundgerüst. Beispiele für diese Alkaloide sind Lupinin und Spartein. Chinolizidin-Alkaloide kommen vor allem in Papilionaceae, genauer in der Gattung Lupinus, vor. Sie sind größtenteils toxisch und dienen der Pflanze vor allem als Fraßschutz. Die Süßlupinen dagegen sind alkaloidarme Mutanten und werden seit einiger Zeit als Viehfutter verwendet. Tropan-Alkaloide Auch diese Alkaloide leiten sich von den Aminosäuren Ornithin und Lysin ab. Sie bestehen aus einem Pyrrolidinring und einer C3/C4-Kette. Beispiele für diese Alkaloide sind Atropin und Cocain. Tropan-Alkaloide kommen in Solanaceae und Erythroxylon vor. Indol-Alkaloide Diese Alkaloide leiten sich aus der Aminosäure Tryptophan ab. Ein Beispiel für dieses Alkaloid ist Chinin, Strychnin und Reserpin. Indol-Alkaloide kommen in Apocyanaceae, Euphorbiaceae und Rubiaceae vor. Isochinolin-Alkaloide/ Benzylisochinolin-Alkaloide Diese Alkaloide leiten sich aus den Aminosäuren Phenylalanin und Tyrosin ab. Sie bestehen aus einem Isochinolin-Grundgerüst; durch einfügen eines Benzylrestes werden dann Benzylisochinolin-Alkaloide daraus. Beispiele für die Isochinolin-Alkaloide sind Morphin und Codein. Zu den Benzylisochinolin-Alkaloiden gehören die Morphine (zum Bsp. Morphium und Heroin). Es existieren auch toxische Vertreter der Benzylisochinolin-Alkaloide, wie zum Bsp. das Colchinin, dieses lähmt das ZNS. Sie kommen bei Vertretern von Papaveraceae, Ranunculaceae, Fumariaceae und Berberidaceae vor. Beide Gruppen sind größtenteils toxisch und dienen der Pflanze vor allem als Fraßschutz. Amaryllidaceae-Alkaloide Auch diese Alkaloide leiten sich von den Aminosäuren Phenylalanin und Tyrosin ab. Beispiele für diese Alkaloide sind Galanthamin und das Colchizin und kommen in Amaryllidaceae vor. Colchizin wird von Pflanzenzüchtern vor allem zur Erzeugung von polyploiden Pflanzen genutzt. Purin-Alkaloide Diese Alkaloide entstehen durch einen Sonderweg unter Beteiligung von Aminosäuren, als derivate der Purinbasen. Sie bestehen aus einem Purinring. Beispiele für diese Alkaloide sind Coffein oder Theobromin. Purin-Alkaloide kommen in den Pflanzen Coffea arabica oder liberiaca (Kaffee), Camellia sinensis (Tee), Theobroma cacao (Kakao) oder Cola acuminata (Cola-Strauch) vor. Auch Purin-Alkaloide sind toxisch und dienen den Pflanzen als Fraßschutz. Im menschlichen Körper wirken sie konzentrationsfördernd.

1.2.2 Die Terpenoide Der Begriff Terpene entspringt der Bezeichnung balsamum terebinthinae für Terpentin. Im traditionellen Sinn sind Terpene Naturstoffe (Kohlenwasserstoffe; Alkohole; Ether;…) mit überwiegend pflanzlicher Herkunft, die sich durchweg aus Isopren- Einheiten zusammensetzen und daher auch den Namen Isoprenoide


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tragen. Um die etwa 23 000 bekannten Terpene zu klassifizieren unterscheidet man diese je nach Anzahl der C5- Einheiten. Tabelle 1: Einteilung der Terpenoide auf Grund ihrer C5- Einheiten Terpenoid Struktur Beispiel Vorstufe Hemi- C5 Isopren Isopentenyldiphosphat Mono- 2*C5 Geraniol Geranyldiphosphat Sesqui- 3*C5 Farnesan Farnesyldiphosphat Di- 4*C5 Phyten Geranylgeranyldiphosphat Tri- 6*C5 Squalen Farnesyldiphosphat Tetra- 8*C5 Carotinoide Geranylgeranyldiphosphat Poly- n*C5 Guttapercha Polypentyldiphosphat Die Synthese der pflanzlichen Terpenoide als Sekundärprodukte, erfolgt über das Isopentenyldiphosphat (IDP). Die Synthese kann sowohl im Cytosol als auch in den Plastiden der Pflanze ablaufen. Im Cytosol entpuppt sich Acetyl- CoA (aktivierte Essigsäure), das im Kohlenhydrat-, Fett- und Aminosäurestoffwechsel eine wichtige Rolle spielt, als biogenetische Vorstufe der Terpene. Hierbei entsteht im Acetat-Mevalonat Syntheseweg aus zwei Äquivalenten Acetyl-CoA, Acetoacetyl-CoA. Dieses reagiert mit einem weiteren Äquivalent Acetyl-CoA zu β-Hydroxy-β-methyl-glutaryl-CoA (HMG-CoA), welches zu Mevalonsäure weiterreagiert, deren Phosphorylierung zu Mevalonsäuremono- bzw. diphosphat (=pyrphosphat) führt. Durch Decarboxylierung und Dehydratisierung entsteht IDP und DMADP (Dimthylallyldiphosphat).

Abb. 3: Schema der Biosynthese der Terpenoide [Heß: Pflanzenphysiologie, UTB, 6. Auflage]

In den Plastiden erfolgt die Synthese der Terpene aus Pyruvat und Glycerinaldehyd- 3-phosphat. Diese Ausgangsstoffe der Glykolyse werden auf dem Deoxy-D-xylulose- 5-phosphat-(DOXP) Weg zu IDP umgewandelt.


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Terpene sind Komponenten der Harze und Balsame (in ätherischen Ölen gelöste Harze) und spielen als Duft- und Geschmacksstoffe in ätherischen Ölen eine wichtige Rolle. Zudem werden sie zur Herstellung pflanzlicher Arzneimittel (Phytopharmaka), wie z. Bsp. Antibiotika, verwendet, als Entzündungs- und Tumorhemmer oder als insektizid und fungizid wirkendes Pflanzenschutzmittel. Weiter findet man Terpene als Vorstufe von Vitamin A, in Polyfarbstoffen von Blüten, Früchten, Blättern und Wurzeln und als Antioxidantien. Insekten verwenden Terpene als Pheromone zur Kommunikation, Wegmarkierung und als Sexual- oder Alarmstoff.

1.2.3 Die Phenole Die letzte Klasse der Sekundärmetabolite sind die Phenole. Diese lassen sich in vier Untergruppen (siehe Tab.2) einteilen. Eine Gruppe bilden die einfachen Phenole. Diese bestehen aus einem aromatischen Ring, der eine oder mehrere Hydroxylgruppen trägt und zusätzlich weitere Substituenten, meist Methylgruppen tragen kann. Beispiele hierfür sind die Hydrochinone. Die zweite Gruppe sind die Phenolcarbonsäuren, zum Beispiel die Salicylsäure oder die Protocatechusäure. Diese sind einfache Phenole, die eine Carboxylgruppe als Substituent tragen. Eine weitere Gruppe bilden die Phenylpropane, die aus einem aromatischen System mit einer Seitenkette aus drei C-Atomen bestehen. Hierzu zählen beispielsweise die Zimtsäuren und die Cumarine, aber auch das Lignin. Die letzte Gruppe bilden die Flavonderivate. Diese setzen sich zusammen aus zwei aromatischen Ringen, die über einen sauerstoffhaltigen Heterozyklus verbunden sind. Beispiele sind die Flavone und die Anthocyanidine.

Tab.2: Übersicht über einige Gruppen der Phenole [Heß: Pflanzenphysiologie, UTB, 6. Auflage]

Die Biosynthese der Phenole kann über drei verschiedene Wege erfolgen. Über den oben bereits beschriebenen Shikimat-Weg (siehe Abb.1) werden aromatische Aminosäuren, wie zum Beispiel Phenylalanin und Tyrosin, synthetisiert. Diese werden unter Einwirkung von den Enzymen Phenylalaninammonium-Lyase, bzw. Tyrosinammonium-Lyase desaminiert und so entsteht die Zimtsäure, bzw. die p-Cumarsäure. Von den Zimtsäuren lassen sich dann weitere Phenylpropane und andere Phenolderivate ableiten.


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Der zweite Stoffwechselweg ist der ebenfalls bereits erwähnte Acetat-Mevalonat-Weg (s. Abb. 3). Hier werden die Terpene zyklisiert und anschließend zu einem aromatischen Ring dehydriert. Thymol ist ein solches Terpen von aromatischem Charakter. Beim letzten Weg, dem Acetat-Malonat-Weg werden an das Startmolekül Acetyl-CoA drei Moleküle Malonyl-CoA unter Decarboxylierung angelagert. Die so entstandene Polyketonsäure kann sich zyklisieren, so dass ein aromatischer Ring entsteht.

1.2.4 Die ätherischen Öle Ätherische Öle stellen Gemische sekundärer Pflanzenstoffe da, deren Hauptbestandteil Terpene sind. Die ätherischen Öle unterschieden sich von den „fetten Ölen“ durch einen charakteristischen Geruch, Flüchtigkeit („ätherisch“) und durch ihre Lipophilie. Die etwa 600 bisher identifizierten ätherischen Öle stammen von den aromatischen Aminosäuren Phenylalanin und Thyrosin (Phenylpropane) und aus dem Acetatstoffwechsel (Terpenoide) ab. Für einige Pflanzenfamilien, hierzu zählen die Lamiaceen und die Apiaceen, ist die Existenz von ätherischen Ölen geradezu charakteristisch. Aber nicht nur die Familien, aus denen unsere einheimischen Küchenkräuter resultieren sind für ihre ätherischen Öle bekannt. Eine Besonderheit der Alkaloide und der ätherischen Öle ist, das sich deren Vorkommen gegenseitig ausschließt. In den Pflanzen kommen die ätherischen Öle in den verschiedensten Organen, wie Wurzel, Laub- und Blütenblättern und in den Fruchtschalen oder Samen und Früchten vor. Dort liegen sie in Form kleiner, stark lichtbrechender Tröpfchen vor, welche durch Auflösung der Zellwände und der Protoplasten benachbarter Zellen, in größeren Ölbehaltern zusammenfließen können. Diese Entstehungsweise der Ölbehälter nennt man lysigen. Schizogene Ölbehälter hingegen entstehen durch Auseinanderweichen von Zellen. Diese Zellen besitzen eine Drüsenfunktion, da sie die ätherischen Öle in den neu gebildeten Hohlraum abscheiden und das Öl zu den Drüsenzellen weiterleiten, die an der Pflanzenoberfläche sitzen und ihr Sekret nach außen hin abgeben. Ein Beispiel hierfür wären die Drüsenschuppen der Pfefferminze oder Blütenblätter, die die Öle als Duftstoffe über die Epidemisaußenwand abgeben. Die Sekretion der Duftstoffe hat für verschieden Pflanzen unterschiedliche Funktionen. So werden durch bestimmte Stoffe Wachstum und Samenkeimung anderer Pflanzen vollkommen unterdrückt (Allelopathie), Insekten zur Bestäubung angelockt oder in den seltensten Fällen dienen die ätherischen Öle sogar als Fraßschutz.

2 Material und Methoden

2.1 Isolierung ätherischer Öle durch Wasserdampfdestillation In diesem Versuch dienen die Blüten der Kamille (Matricaria chamomilla) als Versuchsobjekt. Aus diesen Blüten werden die ätherischen Öle mit Hilfe der Wasserdampfdestillation abgetrennt. Hierzu wird eine bestimmt Menge Kamillenblüten in einen Rundkolben, zusammen mit 250ml destilliertem Wasser, gegeben. Auf diesen Kolben wird eine Destillationsapparatur aufgesetzt, die mit Wasser gefüllt und mit 2ml Petroläther überschichtet ist. Der Petroläther erleichtert die Abtrennung der ätherischen Öle. Da die ätherischen Öle schlecht mit Wasser mischbar sind, aber durch den Wasserdampf mitgerissen werden, sammelt sich im


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Laufe der Destillation ein Überschuss der Öle im gekühlten Teil der Apparatur. Diese blaue Ölphase wird nach 2 Stunden Destillationszeit abgelassen und mit der doppelten Menge Petroläther verdünnt. Die Blaufärbung des Öls beruht auf den Azulenverbindungen, die durch Lactonspaltung und Decarboxylierung, während der Destillation entstehen. Mit der verdünnten Ölphase werden die Extinktion (bei 610nm) und ein Absorptionsspektrum (bei 360-800nm) des Azulens bestimmt. Zusätzlich wird ein Tropfen des Ölgemisches auf die in Versuch 2 angefertigte DC- Platte zur Auftrennung gegeben.

2.2 Thermodestillation von Umbelliferen-Früchten Mit der Thermodestillation werden die ätherischen Öle von verschiedenen Früchten gewonnen und mit Hilfe der Dünnschichtchromatographie in ihre einzelnen Bestandteile aufgetrennt. Hierzu werden bereits grob zerkleinerte Früchte in einzelne Pasteurpipetten gefüllt und diese an der Rückseite mit Papier verschlossen. Nun werden die Früchte in der Pipette mit einem Bunsenbrenner so lange erhitzt, bis sich ein Flüssigkeitstropfen in der Spitze der Pipette ausbildet. Dieser Tropfen wird auf eine Dünnschichtplatte (Kieselgel als stationäre Phase) aufgetragen. Die DC- Platte mit allen Proben wird in eine DC- Kammer, welche mit dem Laufmittel Toluol- Essigester (93:7) gesättigt ist, gegeben. Zusätzlich wird eine DC- Platte mit Originalsubstanzen in dieselbe DC- Kammer gestellt. Nach Ablauf der Dünnschichtchromatographie werden die Platten mit Anisaldehyd Schwefelsäure- Reagenz angefärbt und in den Trockenschrank gegeben.

3 Ergebnisse

3.1 Isolierung ätherischer Öle durch Wasserdampfdestillation Bei der Messung des Azulens bei 610nm wurde für die Extinktion ein Wert von E= 0,704 ermittelt. Mit Hilfe des Lambert- Beerschen- Gesetzes kann die Konzentration von Azulen in der Probe berechnet werden. E=c*ε*d c = Konzentration des Stoffes ε = Extinktionskoeffizient (hier: 230cm2/mmol) d = Küvettendicke (hier: 1cm) → c=0,00306mmol/cm3 = 0,00306mmol/ml Um die enthaltenen Stoffmenge bei dem eingesetzten Volumen von 1,5ml zu berechnen verwendet man die Formel c=n/V → n=c*V n=0,00459mmol Diese Stoffmenge entspricht einem Stoffgewicht von m=0,588g (m=n*M; M(Azulen)=128g/mol)


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Aus dieser Berechnung folgt, dass sich in 7,03g eingewogenen Kamillenblüten 0,588g Azulen befinden. In 1g Kamillenblüten befinden sich demnach 0,084g Azulen. Bei der Messung des Absorptionsspektrums von Azulen erkennt man ein deutliches Maxima bei 610nm, welches dem von Azulen entspricht. Zusätzlich erkennt man zwei weitere Maxima bei 630nm und bei 665nm. Die Auswertung der DC- Auftrennung erfolgt im Ergebnisteil von Versuch 2.

3.2 Thermodestillation von Umbelliferen-Früchten Anhand der Auftrennung der Proben und Originalsubstanzen, durch die Dünnschichtchromatographie, kann ermittelt werden aus welchen Originalsubstanzen sich die ätherischen Öle der Versuchsfrüchte zusammensetzten. Hierzu werden die Fleckfarben und die Rf- Werte der Stoffe ermittelt. Rf- Wert= Entfernung Startpunkt → Fleckmittelpunkt Entfernung Startpunkt → Laufmittelfront Tabelle 3: Originalsubstanzen mit ihren Farben und Rf- Werten (Die einzelnen Flecken werden

vom Startpunkt nach oben hin aufgezählt) Substanz Fleckfarbe Sollfarbe Rf- Wert Pinen Kein Ergebnis Durch UV- Licht sichtbar Kein Ergebnis

Geraniol rotbraun

dunkelblau 0,296

violett 0,531

violett 0,765

violett 0,926

Azulen rot

rot 0,926

Eugenol pink

violett 0,136

violett 0,297

violett 0,444

rot 0,679

Limonen blauviolett

blau 0,284

blau 0,568

dunkelblau 0,975

Fenchon blau

hellblau 0,235

Linalool farblos

pink 0,062

gelb 0,185

violett 0,42

Carvon orange

rot 0,489

Anethol gelbgrün

orange- rot 0,889


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Obwohl jede Substanz, bei gleichen Versuchsbedingungen, spezifische Rf- Werte aufweist ist die Zuordnung der Originalsubstanzen zu den jeweiligen ätherischen Ölen der Früchte sehr schwierig. Tabelle 4: Farben und Rf- Werten der Proben und die mögliche Zuordnung der

Originalsubstanzen ihrer ätherischen Öle Substanz Zuordnung Rf- Wert Fleckfarbe Dill

Linalool 0,057 violett

Limonen 0,943 braun- rot

Anis

Fenchon 0,232 violett

Eugenol 0,697 violett

Nelke

Eugenol 0,441 dunkelrot

Limonen 0,966 violett

Fenchel



Geraniol 0,732 rot- violett

Geraniol 0,807 Violett

Koriander

Linalool 0,183 blauviolett

Limonen 0,333 dunkelblau

Linalool 0,452 violett

Geraniol 0,548 blau

Geraniol 0,914 violett

Kümmel

Limonen 0,194 blau

Carvon 0,491 Blau

Azulen 0,903 Rot

Kamille

Linanool 0,179 blau

Fenchon 0,233 blau

Eugenol 0,304 rot


Eugenol 0,463 gelb- orange

Anetool 0,853 braun- rot

Azulen 0,926 violett

Diskussion:

4 Diskussion

4.1 Versuch 1 Bei der Destillation bzw. beim Ablassen der blauen Öl-Phase kam es zu einer Vermischung von Öl-Phase und Wasser. Dadurch kam zum einen Wasser mit ins


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Röhrchen der Öl-Phase und da der Hahn zwischendrin nicht schnell genug zugedreht wurde, floß zum anderen etwas von der Öl-Phase zum Abfluß hinaus. Deshalb hatten wir nicht allzuviel Azulen für die Extinktion. Da Azulen zu den Produkten des Sekundärstoffwechsels von Pflanzen zählt, entspricht der Azulen-Gehalt von 0,084g pro g Kamillenblüten unseren Erwartungen. Obwohl diese Produkte wichtige Funktionen in der Feindabwehr, im Fraßschutz und als Blütenfarbstoffe darstellen werden sie nur in relativ geringen Mengen von den Pflanzen produziert. Ein Grund hierfür könnte die enorme Wirkfähigkeit, auch von geringen Konzentrationen, des Stoffes sein. Die Auswertung des Absorptionsspektrums des destillierten Azulens zeigt einen deutlichen Peak bei 610nm, welcher dem Azulen in der Kamillenblüte entspricht. Das liegt daran, dass die Kamille Matricin enthält, das durch Lactonspaltung und Decarboxylierung während der Destillation zu Chamazulen umgesetzt wird. Die weiteren Peaks der Kamillenprobe zeigen das Vorhandensein weiterer Substanzen in ätherischen Ölen. Allerdings könnten sie auch durch Verunreinigungen in der Küvette oder der Destillationsapparatur zustande gekommen sein.

4.2 Versuch 2 Die von uns ermittelten Originalsubstanzen entsprechen nicht ganz den Inhaltsstoffen, die laut unseren Büchern in den verwendeten Pflanzen enthalten sein sollten. So sollte zum Beispiel die Kamillenblüte Cumarin enthalten; Fenchel Fenchon und Anethol; Anis Anethol und Dill noch zusätzlich zu Limonen den Stoffe Carvon. Diese Originalsubstanzen wurden allerdings nicht durch die DC bei den einzelnen Pflanzen nachgewiesen. Einzig bei den Nelkenblüten (Eugenol); den Korianderblüten (Linatool, Geraniol und Limonen) und dem Kümmel (Limonen und Carvon) wurden die richtigen Originalsubstanzen gefunden. Ein weiterer Diskussionspunkt ist, dass in den Pflanzen Originalsubstanzen gefunden wurden, die laut Literatur nicht in den Pflanzen vorkommen sollten. So tritt zum Beispiel bei den Anis- Pflanzen Fenchon auf. Dieser Stoff ist allerdings ein klarer Bestandteil von Fenchel (woher er auch den Name bekommen hat). Diese falschen Ergebnisse ergaben sich auf Grund der nicht vollständigen Auftrennung bzw. dem ineinander fließen der Substanzbestandteile. Dadurch konnten die Rf- Werte nicht exakt berechnet werden und die damit verbundene Zuordnung der Originalsubstanzen zu den eingesetzten Früchten wurde erheblich erschwert. Ein Hauptgrund für das ineinander fließen der Substanzen könnten die kaputten DC- Platten gewesen sein. Oder die zu kurze Laufzeit verursachte die nicht komplette Auftrennung der Stoffe. Ebenfalls ist es auffällig das die Originalsubstanzen mehrere Flecken ergeben haben, dies sollte eigentlich nicht der Fall sein. Hierfür könnten Fremdsubstanzen verantwortlich sein, die sich in den Lösungen der Originalsubstanzen befanden. Durch Fremdsubstanzen wird das Laufverhalten der Stoffe beeinträchtig oder sogar verändert.

5 Quellenangaben Campbell; Biologie; Nachdruck 2000 Heß; Pflanzenphysiologie; 6. Auflage Schopfer, Brennicke; Pflanzenphysiologie; 5. Auflage


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Pahlow; Das grosse Buch der Heilpflanzen Vorlesungsskript WS 2004/05 Pflanzenphysiologie Praktikumsskript SS 2005 Pflanzenphysiologie und Molekulare Botanik www.Wickipedia.de

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