3. Aufl.

4t Matthes + Traut · Darmstadt

A63;2013

Wichtiges Wissenswertes Wunderbares aus Chemie & Biologie

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chem_is_try Wissenswertes zum Nachschlagen aus der Chemie und Biologie Vorwort zur 1. Auflage Egal wie man es schreibt, im englischen Wort chem_is_try steckt viel mehr drin. Chem is tree oder Chem is try. Der Titel dieser Broschüre stellt so oder so eine hervorragende Verbindung zwischen der Chemie (Chem) und der Biologie (tree = Baum) her. Zwischen Elementarem und Lebendigem. Man kann die Dinge in der Natur drehen und wenden wie man möchte, am Ende landet man immer wieder bei der Chemie und die hatte Millionen von Jahren Zeit zu probieren (try) und zu formen. Auch wir Menschen sind nichts anderes als eine Ansammlung chemischer Moleküle, die sich mehr oder weniger geordnet verhalten und kontrolliert miteinander reagieren. Selbst eine einzelne mikroskopisch kleine Zelle ist chemisch gesehen schon so komplex aufgebaut, dass wir auch heute noch weit davon entfernt sind alles zu verstehen. Aus Zellen wächst schliesslich ein Organismus heran, der wiederum versucht die chemischen Elemente zu beherrschen – was ihm mehr oder weniger gut gelingt. Nicht umsonst begleiten uns daher im chemischen Alltag die Weisheiten „Chemie ist, wenn es stinkt und kracht“ oder „Erst das Wasser dann die Säure, sonst geschieht das Ungeheure.“ Und die Zeiten, dass chemische Werke zum Himmel stinken sind bei uns weitgehend vorbei. Zum Glück gibt es unter uns auch solche, die das Chaos beherrschen und aus Chemie die tollsten Dinge schaffen. Der heutige Alltag ist geprägt von der Chemie: High-Tech Materialien unserer Out-door Klamotten mit Nano-Oberfläche, Surf- oder Snow-Boards, Handies, MP3-Player, digitale Kameras, DVDs, Flachbildschirme und Spielekonsolen. Rund um die Uhr begegnet uns Chemie als Zahnpasta, Shampoo, Haarfärbemittel, Gel, Creme, als lebensrettende Medikamente, als Autolack, Sprit, Biodiesel oder andere alternative Kraftstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen. Immer häufiger wird die Biologie zum Beispiel bei enzymatischen Synthesen zu Hilfe genommen oder die Natur nach natürlichen Substanzen durchforstet, die synthetische Produkte ersetzen sollen. Um Chemie zu beherrschen und die Biologie zu erfahren muss man lernen, arbeiten, ausprobieren und beobachten.

Das ist nicht ätzend, sondern spannend. Damit das Rad nicht ständig neu erfunden werden muss, ist den Jungen die Möglichkeit gegeben auf die Erfahrungen und das Wissen der Alten zurückzugreifen. In dieser Broschüre ist ein bißchen davon zusammengefasst. Vorwort zur 3. Auflage Als die Broschüre chem_is_try erstmals aufgelegt wurde, war der einfache Wunsch der Verfasser eine Datensammlung und chemisches Basiswissen für das biologische Labor zusammenzustellen. Gerade chemische Kenntnisse sind in der Biologie der Schlüssel zum Erfolg. Als Form haben wir uns bewusst für eine gedruckte Broschüre entschieden, die immer griffbereit auf dem Arbeitsplatz oder Schreibtisch verfügbar ist, auch oder gerade wenn man keinen Zugriff auf das umfassende Wissen des Internets haben sollte. Seither wurden mehrere Tausend dieser Broschüren an Studierende und Schüler verteilt. Viele davon wurden beim Kundenservice von AppliChem aktiv angefordert, was dafür spricht, dass die Broschüre ihren Zweck erfüllt, Wissenslücken zu schließen. Dank der Rückmeldungen unserer aufmerksamen Leser konnten Fehler korrigiert und einige Kapitel erweitert werden. An dieser Stelle einen herzlichen Dank an alle, die zur Verbesserung und dem Gelingen dieser Auflage beigetragen haben. Was ist neu? Wenn Sie schon immer wissen wollten, wie viel Milliliter dem amerikanischen Volumenmaß „tea-spoon“ (Teelöffel) entsprechen, dann finden Sie auch dies jetzt in der chem_is_try. Da alle drei Editoren der überarbeiteten 3. Auflage einen molekularbiologischen Hintergrund haben, sind einige Themen aus dem Bereich der Reagenzien für die Biologie dazugekommen. Um einige der häufig gemachten Fehler zu vermeiden, sollten Sie einen Blick auf die neue Übersicht „Tipps zu Reagenzien“ werfen. Ein Stichwortverzeichnis soll helfen, den mittlerweile recht umfangreichen Fundus an Zahlen, Daten und Fakten, einfacher zu erschließen. Wir freuen uns, wenn wir Sie als Suchende zu Findenden machen können.

Das Periodensystem Die Entstehung der Elemente Das Periodensystem

3 6

Chemisches Rechnen Das Mol als SI-Einheit der Stoffmenge Molmassen von Atomen Molmassen von Verbindungen Umrechnung zwischen Massen und Stoffmengen Stoffmengenkonzentration Beschreibung chemischer Reaktionen So sicher wie Tod und Steuerzahlen – Energieänderung bei chemischen Reaktionen Mischungskreuz

9 10 10 10 11 12 13 15

Einheiten und Umrechnung Gewichte, Längenmaße und Volumina Das griechische Alphabet Römische Ziffern Konzentrationsangaben Im Dezimalsystem verwendete Vorsätze für Einheiten Metrische Umrechnungstabellen

16 17 17 18 18 19

Farbe und pH-Indikatoren Farbstoffe Fluoreszenzfarbstoffe Indikatoren – Übersicht

24 26 27

Tabellen Trocknungsmittel für Lösungsmittel Kältemischungen Wichtige physikalische Daten von Lösungsmitteln Die Dichte der wichtigsten Säuren und Laugen Unverträgliche Chemikalien

29 30 31 32 36

Aminosäuren Aminosäuren: Proteinogene und nicht-proteinogene Aminosäuren Die Peptidbindung Aminosäuren – Übersicht

38 40 41

Lipide Die Unterklassen der Lipide Fettsäuren Fette und fette Öle Wachse Phospholipide Glycolipide Lipopolysaccharide Isoprenoide Seifen

43 43 44 44 45 45 45 45 49

Kohlenhydrate D-/L-Konfiguration R-/S-System nach Cahn, Ingold, Prelog Saccharide

Inhalt

Nukleinsäuren

51 52 52

Die Nukleobasen der DNA/RNA Die RNA-Bausteine Die DNA-Bausteine Die Basenpaarungen in der DNA Der genetische Code Informationen zur DNA-Menge in photometrischen Bestimmungen Nukleinsäuren – Farbstoffe – Übersicht RNA Klassen

55 56 56 57 58 58 59 60

Puffer Die Alleskönner Anforderungen an biologische Puffer Hinweise zur Einstellung des pH-Wertes eines Puffers Biologische Puffer – Übersicht Der pH-Wert verdünnter wässriger Lösungen Temperaturabhängigkeit des pKa-Wertes biologischer Puffer Konzentrationsgrenzen für Puffer in Protein-Assays „Alte“ Puffer, die von Puffern mit besseren Eigenschaften abgelöst wurden (nach Scopes 1994) Störende Einflüsse biologischer Puffer auf verschiedene Assays Mikrobielle Kontamination von Pufferlösungen verhindern

63 64 66 67 69 72 73 73 74 75

Nummernkunde UN-Nummer, Klasse/PG, R- und S-Sätze CAS-Nummer, HS-Nummer, EG-Nummer, eCl@ss E.C.-Nummer C.I.-Nummer

77 78 79 81

Sicherheit GHS: Global Harmonisiertes System GHS: Die Gefahrenpiktogramme GHS: Physikalische Gefahren GHS: Gesundheitsgefahren GHS: Gefahrenhinweise (H-Sätze) GHS: Sicherheitshinweise (P-Sätze) Gefahrensymbole Gefahrenhinweise und Sicherheitsratschläge Hinweise auf besondere Gefahren (R-Sätze) Kombination der R-Sätze Sicherheitsratschläge (S-Sätze) Kombination der S-Sätze Wassergefährdungsklassen, Lagerklassen, Gefahrgutklassen Klassifizierung nach der Verordnung über brennbare Flüssigkeiten (VbF) Kennzeichnung von Sammelbehältern Hinweise zur Entsorgung von Laborabfällen Giftnotrufzentralen

83 85 87 88 89 92 96 97 97 98 100 102 103 104 104 105 107

Nachspann Tipps zu Bio-Reagenzien Register

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109 111

1

Dimitri Iwanowitsch Mendelejew (1834 – 1907 ) stellte das Periodensystem auf und konnte die Existenz von bis dahin nicht entdeckten Elementen voraussagen

2

Das Periodensystem

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Die Entstehung der Elemente Alle Materie des Universums, auf der Erde oder in den Sternen, unsere gesamte stoffliche Welt besteht aus den im Periodensystem zusammengefassten Elementen. Jedes Element, aus dem Planeten wie unsere Erde und auch wir selbst bestehen, wurde in früheren Jahrmilliarden in Sternen erzeugt. Fundamentales Element im Universum ist der Wasserstoff, aus dem durch Kernverschmelzung sämtliche Elemente bis zum Eisen gebildet wurden. Zunächst verbrennt ein Stern wie unsere Sonne Wasserstoff zu Helium. Ist der Wasserstoff verbraucht, wird Helium zu Kohlenstoff und dieser zu Sauerstoff verbrannt. Dieser Prozess geht über Silizium und Magnesium weiter bis hin zum Eisen. Der durch diese Kernfusionen gebildete Eisenkern wird ab einer bestimmten Größe instabil und kollabiert, um einen Neutronenstern zu bilden. Nur der Eisenkern wird zum Neutronenstern, die restlichen etwa 90 Prozent der Sternmasse werden in einer gewaltigen Supernova ins All geblasen. Dabei verteilen sich nicht nur die im Stern entstandenen Stoffe vom Kohlenstoff bis zum Eisen im All, bei dieser Explosion entstehen bei extrem hohen Energien durch Neutroneneinfang auch die schwereren Elemente wie Palladium, Kupfer, Silber, Gold usw. Alle Elemente, die schwerer als Eisen sind, können nur unmittelbar bei solchen Explosionen entstehen. Die in das interstellare Gas geschleuderten Elemente werden später bei der Neubildung von Sternen durch Akkretion (gravitative Anhäufung) in diese eingebaut.

Das Periodensystem Ein Atom besteht aus dem Atomkern und seiner Elektronenhülle. Der Kern setzt sich aus positiv geladenen Protonen und Neutronen zusammen, die durch die sehr starken Kernkräfte zusammengehalten werden. Die Zahl der Neutronen in einem Atomkern ist in der Regel mindestens so groß wie die der Protonen. Die Zahl der Protonen in einem Kern wird Ordnungszahl (Kernladungszahl, Atomnummer) genannt. Sie ist gleich der Zahl der Elektronen in der Atomhülle. Die Massenzahl entspricht der Summe Protonen und Neutronen. Die Zahl der Neutronen ergibt sich aus der Differenz zwischen Massenzahl und Ordnungszahl. Atome gleicher Protonenzahl aber unterschiedlicher Neutronenzahl werden Isotope genannt.

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3

Ein Element ist ein Stoff, der aus Atomen gleicher Ordnungszahl und damit gleicher Elektronenzahl besteht. Die zunächst empirisch getroffene Einteilung der Elemente in Gruppen und Perioden ist durch die elektronische Struktur der Elemente bedingt. Zur Beschreibung der Eigenschaften eines Elektrons sind vier Quantenzahlen erforderlich: Hauptquantenzahl, Nebenquantenzahl, magnetische Quantenzahl und Spinquantenzahl. Die Elektronen werden – unter gleichzeitiger Erhöhung der Protonen- und Neutronenzahl – schrittweise in das günstigste Energieniveau eingefügt:

Bei den Hauptgruppenelementen werden die Elektronen in die s- und p-Niveaus, bei den Nebengruppenelementen (Übergangselemente) in die d-Niveaus gefüllt. Die 4f-Elemente werden Lanthanoide, die 5f-Elemente Aktinoide genannt. In Anlehnung an die Übergangselemente werden diese beiden Gruppen auch innere Übergangselemente genannt. Zahlreiche physikalisch-chemische Eigenschaften zeigen mit steigender Ordnungszahl periodische Änderungen wie das Atomvolumen, die Ionisierungsenergien, Elektronenaffinitäten, Elektronegativitäten, thermische und elektrische Leitfähigkeiten, Schmelzpunkte oder die Oxidationszahlen. Von links nach rechts nimmt der Nichtmetallcharakter zu, gleichzeitig ändern sich die Eigenschaften der Oxide von basisch über amphoter zu sauer.

Orbitalenergieniveaus der Elektronen (nicht maßstabsgerecht)

1s 2s

2p 3s

Reihenfolge der Niveaubesetzung

4

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3p

3d

4s

4p

4d

4f

5s

5p

5d

5f

6s

6p

6d

7s

7p

Alphabetische Liste der Elemente Element Actinium Aluminium Americium Antimon Argon Arsen Astatin Barium Berkelium Beryllium Bismuth Blei Bohrium Bor Brom Cadmium Cäsium Calcium Californium Cer Chlor Chrom Cobalt Copernicum Curium Darmstadtium Dubnium Dysprosium Einsteinium Eisen Erbium Europium Fermium Fluor Francium Gadolinium Gallium Germanium Gold Hafnium Hassium Helium Holmium Indium Iod Iridium Kalium Kohlenstoff Krypton Kupfer Lanthan Lawrencium Lithium Lutetium Magnesium Mangan

Symbol Ac Al Am Sb Ar As At Ba Bk Be Bi Pb Bh B Br Cd Cs Ca Cf Ce Cl Cr Co Cn Cm Ds Db Dy Es Fe Er Eu Fm F Fr Gd Ga Ge Au Hf Hs He Ho In I Ir K C Kr Cu La Lr Li Lu Mg Mn

Atommasse 227,0278 26,98154 (243) 121,75 39,948 74,9216 (210) 137,33 (247) 9,01218 208,9804 207,2 262,12 10,81 79,904 112,41 132,9054 40,08 (251) 140,12 35,453 51,996 58,9332 277 (246) 269 262,11 162,50 (252) 55,847 167,26 151,96 (257) 18,998403 (223) 157,25 69,72 72,59 196,9665 178,49 265 4,00260 164,9304 114,82 126,9045 192,22 39,0983 12,011 83,80 63,546 138,9055 (260) 6,941 174,967 24,305 54,9380

Element Meitnerium Mendelevium Molybdän Natrium Neodym Neon Neptunium Nickel Niob Nobelium Palladium Phosphor Platin Plutonium Polonium Praseodym Promethium Protactinium Osmium Quecksilber Radium Radon Rhenium Rhodium Röntgenium Rubidium Ruthenium Rutherfordium Samarium Sauerstoff Scandium Schwefel Seaborgium Selen Silizium Silber Stickstoff Strontium Tantal Technetium Tellur Terbium Thallium Thorium Thulium Titan Uran Vanadium Wasserstoff Wolfram Xenon Ytterbium Yttrium Zink Zinn Zirconium

Symbol Mt Md Mo Na Nd Ne Np Ni Nb No Pd P Pt Pu Po Pr Pm Pa Os Hg Ra Rn Re Rh Rg Rb Ru Rf Sm O Sc S Sg Se Si Ag N Sr Ta Tc Te Tb TI Th Tm Ti U V H W Xe Yb Y Zn Sn Zr

Atommasse 266 (258) 95,94 22,98977 144,24 20,179 237,0482 58,69 92,9064 (259) 106,42 30,97376 195,08 (244) (209) 140,9077 (145) 231,0359 190,2 200,59 226,0254 (222) 186,207 102,9055 272 85,4678 101,07 261,11 150,36 15,9994 44,9559 32,06 263,12 78,96 28,0855 107,868 14,0067 87,62 180,9479 (98) 127,60 158,9254 204,383 232,0381 168,9342 47,88 238,0289 50,9415 1,0079 183,85 131,29 173,04 88,9059 65,38 118,69 91,22

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5

V

1 Ia

www.

2 IIa 1.0079 –259.14 –252.87 2.2

Hydrogen

3

Lithium

Sodium

Potassium

1

Ne 3s1

1

Ar 4s1 85.468 38.89 688 0.9

37

Rubidium

1

Kr 5s1 132.91 28.40 678.4 0.9

55

Caesium

1

Xe 6s1 *223.02 27 677 0.9

87

Francium

9.0122 1278 2970 1.5

4

1 Beryllium He 2s1

39.098 63.65 774 0.9

19

Be 2

1s1

22.990 97.81 882.9 1.0

11

4

–1, 1

6.941 180.54 1347 1.0

1

Rn 7s1

9.0122 1278 2970 1.5

1

2

He 2s2 24.305 648.8 1090 1.2

12

Magnesium

20

Calcium

38

Strontium

56

Barium

88

Radium

Lanthanoiden Lanthanides Lanthánidos

Actinoiden Actinides Actínidos

4t Matthes + Traut · Darmstadt

1

Beryllium

2

Ar 4s2 87.62 769 1384 1.0

2

Kr 5s2

27 He 2s2 8 3 IIIb

2

Ne 3s2 40.078 839 1484 1.0

3 4 5 6

21

1 2 3 4 5 6 7 8

Ordnungszahl Elementsymbol Relative Atommasse Schmelzpunkt Siedepunkt Elektronegativität (Allred, Rachow) Oxidationsstufen Elektronenkonfiguration

1 2 3 4 5 6 7 8

Atomic number Element symbol Relative atomic mass Melting point Boiling point Electronegativity (Allred, Rachow) Oxidations states Electron configuration

1 2 3 4 5 6 7 8

Número atómico Simbolo del elemento Peso atómico relative Punto de fusión Punto de ebullición Electronegatividad (Allred, Rachow) niveles de oxidación Configuración electrónica

4 IVb 44.956 1541 2831 1.2

22

5 Vb 47.88 1660 3287 1.3

23

6 VIb 50.942 1890 3380 1.5

7 VIIb 51.996 1857 2672 1.6

24

Scandium 3 Titanium 3, 4 Vanadium 2, 3, 4, 5 Chromium 2, 3, 6 Ar 3d5 4s1 Ar 3d3 4s2 Ar 3d1 4s2 Ar 3d2 4s2

39

Yttrium

88.906 1522 3338 1.1

3

Kr 4d1 5s2

137.33 725 1640 1.0

40

91.224 1852 4377 1.2

41

92.906 2468 4742 1.2

Zirconium 4 Niobium 3, 5 Kr 4d2 5s2 Kr 4d4 5s1

72

178.49 2227 4602 1.2

73

180.95 2996 5425 1.3

95.94 2617 4612 1.3

42

25

8 VIIIb 54.938 1244 1962 1.6

26

Manganese 2, 3, 4, 6, 7 Iron Ar 3d5 4s2

43

*98.906 2172 4877 1.4

44

9 VIIIb

55.845 1535 2750 1.6

27

2, 3, 6 Cobalt Ar 3d6 4s2 101.07 2310 3900 1.4

45

58.933 1495 2870 1.7

2, 3 Ar 3d7 4s2

102.91 1966 3727 1.5

Molybdenum 7 Ruthenium 3, 4, 8 Rhodium 1, 2, 3, 4 2, 3, 4, 5, 6 Technetium Kr 4d8 5s1 Kr 4d7 5s1 Kr 4d6 5s1 Kr 4d5 5s1

74

W

183.84 3410 5660 1.4

75

186.21 3180 5627 1.5

76

190.23 3045 5027 1.5

77

192.22 2410 4130 1.6

Hafnium 4 Tantalum 2, 4, 7 Osmium 2, 3, 4, 6, 8 Iridium 1, 2, 3, 4, 6 5 Tungsten 2, 3, 4, 5, 6 Rhenium Xe 4f14 5d6 6s2 Xe 4f14 5d7 6s2 Xe 4f14 5d2 6s2 Xe 4f14 5d3 6s2 Xe 4f14 5d4 6s2 Xe 4f14 5d5 6s2

2

Xe 6s2 *226.03 700 1140 1.0

104

*261.11

105

*262.11

106

*263.12

107

*262.12

108

265

109

266

Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Hassium Meitnerium Rn 5f14 6d2 7s2 Rn 5f14 6d3 7s2 Rn 5f14 6d4 7s2 Rn 5f14 6d5 7s2 Rn 5f14 6d6 7s2 Rn 5f14 6d7 7s2

2

Rn 7s2

57

138.91 921 3457 1.1

58

140.12 799 3426 1.1

59

140.91 931 3512 1.1

60

144.24 1021 3068 1.1

61

*146.92 1168 2460 1.1

62

150.36 1077 1791 1.1

63

151.96 822 1597 1.0

Lanthanum 3 Promethium 2, 3 Europium 2, 3 3 Cerium 3, 4 Praseodymium 3, 4 Neodymium 3 Samarium Xe 5d1 6s2 Xe 4f3 6s2 Xe 4f4 6s2 Xe 4f5 6s2 Xe 4f6 6s2 Xe 4f7 6s2 Xe 4f2 6s2

89

*227.03 1050 3200 1.0

90

*232.04 1750 4790 1.1

91

*231.04 1600 1.1

92

*238.03 1132 3818 1.2

93

*237.05 640 3902 1.2

94

*244.06 641 3232 1.2

95

*243.06 994 2607 ~1.2

Actinium 3 Thorium 4 Protactinium 4, 5 Uranium 3, 4, 5, 6 Neptunium 3, 4, 5, 6 Plutonium 3, 4, 5, 6 Americium 3, 4, 5, 6 Rn 5f3 6d1 7s2 Rn 5f6 7s2 Rn 5f7 7s2 Rn 6d1 7s2 Rn 5f4 6d1 7s2 Rn 6d2 7s2 Rn 5f2 6d1 7s2

.com

13 IIIa

14 IVa

15 Va

16 VIa

17 VIIa

18 0 4.0026 > > >

2 H2O 2 Moleküle 2 x 6,02 x 1023 Moleküle 2 mol 36,03056

Damit kann man mit Hilfe von Massenproportionen bei gegebenen Ausgangsstoffen die Reaktionsprodukte oder bei gegebenen Reaktionsprodukten die einzusetzenden Ausgangstoffe in Form von Massen oder Volumina berechnen. Dies ist Gegenstand so genannter „stöchiometrischer Berechnungen“ bzw. Stöchiometrie.

So sicher wie Tod und Steuerzahlen Energieänderung bei chemischen Reaktionen Aufgabe 5 Wie viel Liter Benzin (Oktan, C8H18) darf ein modernes Auto künftig maximal pro 100 km verbrauchen, wenn ein EU-Emissionsgrenzwert von 130 g Kohlendioxid pro Kilometer (130 g CO2/km) eingeführt wird? Die Dichte von Benzin wird mit 0,75 kg/L angenommen. Gegeben

Oktan, M(C8H18) = 114,38 g/mol r(C8H18) = 0,75 kg/L Grenzwert m(CO2) = 130 g/km Masse = Volumen x Dichte m(C8H18) = V(C8H18) x r(C8H18)

Gesucht

V(C8H18) / 100 km

Lösungsweg Reaktionsgleichung bei vollständiger Verbrennung von Oktan zu Kohlendioxid und Wasser: C8H18 + 12,5O2 → 8CO2 + 9H2O 114,38 g 352,08 g Proportion der Massen gemäß Reaktionsgleichung liefert: 130 g(CO2) / 352,08 g(CO2) = x / 114,38 g(C8H18) x = 42,233 g(C8H18) Der Emission von 130 g CO2/km entspricht ein Oktanverbrauch von 42,233 g. Bei 100 km werden folglich 4,2233 kg Oktan verbraucht. Mit m(C8H18) = V(C8H18) x r(C8H18) folgt: V(C8H18) = m(C8H18) / r(C8H18) = 4,2233 kg / 0,75 kg x L–1 = 5,63 L Benzin Ergebnis

Das Auto darf maximal 5,63 L Benzin auf 100 km verbrauchen.

Hinweis: Alternativ kann man auch gemäß Reaktionsgleichung ansetzen: n(CO2) = 8 x n(C8H18)

Bei chemischen Reaktionen entstehen aus vorgegebenen Stoffen nicht nur neue Produkte, sondern parallel dazu treten Energieänderungen auf. Brände, Feuerwerksraketen oder Sprengstoffe sind augenfällige Beispiele dafür. In der chemischen Verfahrenstechnik müssen die im Zuge der Reaktion entstehenden Wärmemengen kontrolliert über hinreichend dimensionierte Wärmeaustauscher abgeführt oder über spezielle Heizungen zugeführt werden. Die Reaktionswärme bei konstantem Druck nennt man Reaktionsenthalpie. Sie hat das Symbol DH und wird in der Einheit kJ/mol gemessen. Man unterscheidet: • exotherme Reaktionen, die unter Wärmefreisetzung verlaufen: DH < 0 • endotherme Reaktionen, die eine Wärmeaufnahme charakterisieren: DH > 0 Die Reaktionsenthalpie DHR wird experimentell im Kalorimeter oder theoretisch mit Hilfe des Konzeptes der Standard-Bildungsenthalpien DH°B bestimmt.

Übungsbeispiel zu Enthalpie

In einem Kalorimeter (Thermoskanne) soll die Reaktionsenthalpie bei der Neutralisation von 50 ml Salzsäure der Konzentration c(HCl) = 1 mol/L mit 50 ml Natronlauge der Konzentration c(NaOH) = 1 mol/L experimentell bestimmt werden. Unter diesen Bedingungen zeigt die Neutralisation eine Temperaturänderung von 6,5°C. Die spezifische Wärme von Wasser cs(H2O) = 4,18 kJ/kg°C. Das Ergebnis der experimentellen Neutralisationsenthalpie ist durch eine Berechnung auf Basis der molaren StandardBildungsenthalpien zu vergleichen und die prozentuale Abweichung zu ermitteln.

Dies führt zum gleichen Ergebnis.

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a) Experimentelle Bestimmung der Neutralisationsenthalpie: DHR Reaktionsgleichung und Ursache der Wärmeentwicklung

Salzsäure (HCl) und Natronlauge(NaOH) sind als starke Elektrolyte in verdünnter wässriger Lösung vollständig zerfallen. Die Neutralisationsreaktion kann mit Hilfe einer Ionengleichung veranschaulicht werden: H+ + Cl– + Na+ + OH– > Na+ + Cl– + H2 O + Q

Erklärung: Aus einzelnen H+- und OH–-Ionen entsteht ein neutrales H2O-Molekül. Das allein ist die Triebkraft der Neutralisationsreaktion. Na+- und Cl–-Ionen nehmen an der Reaktion überhaupt nicht teil. Sie verändern sich nicht. Da das neu gebildete Wasser energieärmer ist als die vorher freien H+und OH–-Ionen, wird im Zuge der Neutralisation eine Wärmemenge Q frei. Dies äußert sich im vorliegendem Falle experimentell in einer Erhöhung der Temperatur um 6,5°C. Für die experimentell zu bestimmende Reaktionswärme Q gilt nach den Gesetzen der Wärmelehre: Q = m x cs (H2O) x DT

Dabei ist m die Masse aus 50 ml der 0,1 molaren Salzsäure und 50 ml der 0,1 molaren NaOH. Als Dichte kann mit hinreichender Versuchsgenauigkeit jene von Wasser (1 kg/L) angenommen werden. Damit: m = 100 g = 0,1 kg. Diese Masse erwärmt sich im Zuge der Reaktion. Einsetzen der Werte liefert: Q = 0,1 kg x 4,18 kJ x kg–1 x °C–1 x 6,5°C = 2,717 kJ

Zwischenergebnis: Bei der Umsetzung von 50 ml 0,1 molarer NaOH mit 50 ml 0,1 molarer HCl wird eine Wärmemenge von 2,717 kJ frei.

Analoges gilt für HCl. Damit ist n = 0,05 mol. Q erhält ein negatives Vorzeichen, weil das System aus HCl und NaOH die Wärme abgegeben hat (exotherm, DHR < 0) und dabei die 100 ml bzw. 100 g Wasser erwärmte. Ergebnis: Die experimentell bestimmte Neutralisationsenthalpie beträgt: DHR (exp) = –54,34 kJ/mol b) Berechnung der theoretischen Neutralisationsenthalpie mit dem Konzept der molaren Standard-Bildungsenthalpien DH°B DHR (Theorie) = S n x DH°B (Produkte) – S n x DH°B (Ausgangsstoffe)

n=Reaktionskoeffizient (Molzahl) gemäß Reaktionsgleichung, hier also 1 Definition: Die Standard-Bildungsenthalpie DH°B einer Verbindung ist die Enthalpieänderung bei der Bildung von einem Mol dieser Verbindung aus den stabilen Elementen unter Standardbedingungen (25°C). Standard-Bildungsenthalpien DH°B sind in Tabellenwerken verzeichnet (siehe Lehrbücher der Chemie).

Auszug davon: DH°B (HCl) DH°B (NaOH) DH°B (NaCl) DH°B (H2O)

= = = =

–167,4 kJ/mol –469,5 kJ/mol –407 kJ/mol –285 kJ/mol

Einsetzen der Zahlenwerte in obige Beziehung liefert: DHR (Theorie) = [(DH°B (NaCl) + DH°B (H2O)] – [DH°B(HCl) + DH°B (NaOH)] DHR (Theorie) = [(–407 kJ/mol) +(–285 kJ/mol)] – [(–167,4 kJ/mol) + (–469,5 kJ/mol)]

Nun ist DHR (exp) = –Q / n = –2,717 kJ / 0,05 mol = –54,34 kJ / mol

Hinweis: In dieser Beziehung stellt n die umgesetzte Stoffmenge in mol dar. Ableitung von n: Aus c(NaOH) = n(NaOH) / V(NaOH) folgt: n(NaOH) = c(NaOH) x V(NaOH) = 1 mol / L x 0,05 L = 0,05 mol

DHR (Theorie) = [–692 kJ/mol] – [–636,9kJ/mol] = –55,1 kJ/mol Ergebnis: Die nach dem Konzept der Standard-Bildungsenthalpien berechnete Neutralisationsenthalpie beträgt: DHR (Theorie) = –55,1 kJ/mol c) Prozentuale Abweichung

h = [DHR(Theorie) – DHR(exp)] x 100 % / DHR(Theorie) h = [55,1 – 54,34] x 100 % / 55,1 = 1,37 % 14

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Mischungskreuz Die Anwendung des Mischungskreuzes zur Herstellung von Lösungen mit bestimmten Dichten setzt voraus, dass die Dichte eine lineare Funktion der Konzentration ist. Das gilt nicht in allen Bereichen. Bei Lösungen mit bestimmten Vol.%-Gehalten liefert das Mischungskreuz nur dann genaue Ergebnisse, wenn keine Volumenkontraktion vorliegt. Daher erhält man bei Mischungen von Ethanol und Wasser nur grob orientierende Resultate.

Aufgabe 3 Für ein Experiment werden 750 ml einer 0,025 molaren Cr2(SO4)3-Lösung benötigt. Im Labor vorhanden ist jedoch nur eine Vorratslösung mit 35 Massenprozent Cr2(SO4)3 und einer Dichte von r = 1,412 kg/L. Berechne das Volumen der Vorratslösung, welches entnommen und mit Wasser auf 750 ml zu verdünnen ist, um die benötigte verdünnte Lösung herzustellen. Gegeben

Vorratslösung mit Massenprozent w(Cr2(SO4)3) = 35 % Dichte der Cr2(SO4)3-Lösung: r = 1,412 kg/L

Gesucht

Zu entnehmendes Volumen V(Cr2(SO4)3) des Konzentrats

Anwendungsbeispiele Aufgabe 1 Gegeben sind eine 80%ige und 50%ige Lösung. Hergestellt werden soll mit Hilfe des Mischungskreuzes eine 70%ige. 80

20 70

50

10

Ergebnis

20 Masseteile der 80%igen Lösung sind mit 10 Masseteilen der 50%igen Lösung zu vermischen.

Lösungsweg Mit m = r x V folgt m(Lösung) = 1,412 kg/L x 1 L = 1,412 kg Damit: m(Cr2(SO4)3 = 0,35 x m (Lösung) = 0,35 x 1,412 kg = 494,2 g Daraus leitet sich ab: n[Cr2(SO4)3] = m[Cr2(SO4)3] / M[Cr2(SO4)3] = 494,2 g / 392,3 g x mol–1 = 1,2597 mol c[Cr2(SO4)3] = n[Cr2(SO4)3] / V[Cr2(SO4)3] = 1,2597 mol/1 L = 1,2597 mol/L Nun gilt die stöchiometrische Überlegung: n[Cr2(SO4)3] in verdünnter Lösung = n[Cr2(SO4)3] aus konzentrierter Lösung entnommen. Mit n[Cr2(SO4)3] = V[Cr2(SO4)3] x c[Cr2(SO4)3] ergibt sich der formelmäßige Ansatz: 0,750 L x 0,025 mol/L = X x 1,2597 mol/L X = 0,750 x 0,025 mol x L–1 / 1,2597 mol x L–1 X = 0,014884 L = 14,884 ml

Aufgabe 2 Gegeben ist eine wässrige Salzlösung der Dichte r = 1,5 kg/L. Benötigt wird eine Lösung der Dichte r = 1,3 kg/L. Dies soll durch das Verdünnen mit Wasser (r = 1,0 kg/L) unter Benutzung des Mischungskreuzes erfolgen. 1,5

0,3 1,3

1,0

0,2

Ergebnis

30 Masseteile der Lösung mit Dichte r = 1,5 kg/L sind mit 20 Masseteile von Wasser mit Dichte r = 1,0 kg/L zu vermischen.

Ergebnis

Es sind 14,884 ml aus der 35 % Cr2(SO4)3 – Lösung zu entnehmen und mit Wasser auf exakt 750 ml zu verdünnen.

Auch wenn das Mischungskreuz für die Laborpraxis eine gewisse Bedeutung hat, vertraut der Chemiker besser auf die exakte stöchiometrische Berechnung, wie das nachfolgende Beispiel veranschaulicht.

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15

Isaac Newton (1642 – 1727) Nach ihm ist die SI-Einheit der Kraft benannt. Ein Newton ist die Kraft, die benötigt wird, um einen ruhenden Körper der Masse 1 kg innerhalb einer Sekunde gleichförmig auf die Geschwindigkeit 1 m/s zu beschleunigen.

Gewichte, Längenmaße und Volumina Maß Einheit 1m= bezogen auf 1 m bezogen auf 1 m

Meter m 1 1 11

Decimeter dm 10 0,1 m 1 –1 m

Zentimeter cm 100 0,01 m 1 –2 m

Millimeter mm 1.000 0,001 m 1 –3m

Mikrometer µm 1.000.000 0,000001 m 1 –6 m

Nanometer nm 1.000.000.000 0,000000001 m 1 –9 m

Maß Einheit

Liter L

Deciliter dl

Zentiliter cl

Milliliter ml

Mikroliter µl

Nanoliter nl

Maß Einheit

Kilogramm* kg

Gramm mg

Mikrogramm µg

Nanogramm ng

* Das Kilogramm ist als einzige SI-Basiseinheit durch einen Vergleichsgegenstand, das Urkilogramm festgelegt. Der Einheitenname des Kilogramm beginnt mit dem SI-Vorsatz „Kilo“ (v. griech.: chilioi „tausend“); deshalb dürfen dezimale Teile und Vielfache des Kilogramm nicht vom Kilogramm ausgehend mit Vorsätzen oder Vorsatzzeichen gebildet werden, stattdessen leitet man sie vom Gramm ab, das – nach SI-Regeln und Normung – nicht als Millikilogramm bezeichnet werden darf. (nach http://de.wikipedia.org/wiki/Kilogramm; Stand 22.02.2008) Ångström: 1 Å = 0,1 nm. Dieses Längenmaß ist keine SI-Einheit und eigentlich längst nicht mehr zugelassen. Da es eine für Chemie und Physik handliche Größe hat, bleibt das Ångström aber zäh am Leben.

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Einheiten und Umrechnung Das griechische Alphabet

Römische Ziffern

In der Mathematik, Chemie und Physik werden eine Reihe griechischer Buchstaben in Formeln verwendet oder in der Nomenklatur eingesetzt. Bestimmte Gruppen/Atome in chemischen Molekülen werden zum Beispiel bezüglich ihrer Position mit griechischen Buchstaben belegt. In einer Kohlenstoffkette kann zum Beispiel die Position 1 als alpha, die 2. Position als beta, die dritte als gamma usw. bezeichnet werden. Temperaturänderungen werden mit Delta zum Ausdruck gebracht.

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII XIII XIV XV XVI XVII XVIII XIX XX

Alpha Beta Gamma Delta Epsilon Zeta Eta Theta Iota Kappa Lambda My Ny Xi Omikron Pi Rho Sigma Tau Ypsilon Phi Chi Psi Omega

a b g δ ε ζ η θ ι κ l µ ν ξ ο π r σ τ υ φ χ ψ ω

a b g d e z e th i k l m n x o p rh s t y ph ch ps o

Α Β Γ D Ε Ζ Η Θ Ι Κ Λ Μ Ν Ξ Ο Π Ρ S Τ Υ Φ Χ Ψ Ω

A B G D E Z E Theta I K L M N X O P Rh S T Y Ph Ch Ps O

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

XXX XL L LX LXX XXX LXXX XC C CC CCC CD D DC DCC DCCC CM M MMVIII A

30 40 50 60 70 30 80 90 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 2008 5000

Im Prinzip setzen sich die römischen Zahlen aus den 7 Zeichen I, V, X, L, C, D und M zusammen. Dabei stehen für: I V X L

1 5 10 50

C D M

100 500 1000

Die Zeichen I, X, C, M dürfen höchstens dreimal, V, L, D, A nur einmal nebeneinander verwendet werden. Die Zeichen werden von links nach rechts addiert (VII = 7). Steht allerdings eine kleinere Ziffer vor einer größeren, so wird sie von dieser abgezogen (IX = 9). Einer Vier (4) entspricht also nicht die Ziffer IIII, sondern IV, was gleichbedeutend ist mit 5 minus 1. © 2013 AppliChem • chem_is_try

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Konzentrationsangaben Verhältnis

%

g/L mg/ml

ppm mg/L

1 : 100 1 : 200 1 : 500 1 : 1.000 1 : 2.000 1 : 5.000 1 : 10.000 1 : 20.000 1 : 50.000 1 : 100.000 1 : 200.000 1 : 500.000 1 : 1.000.000 1 : 2.000.000 1 : 5.000.000 1 : 10.000.000 1 : 20.000.000 1 : 50.000.000 1 : 100.000.000 1 : 200.000.000 1 : 500.000.000 1 : 1.000.000.000

1 0,5 0,2 0,1 0,05 0,02 0,01 0,005 0,002 0,001 0,0005 0,0002 0,0001 0,00005 0,00002 0,00001 0,000005 0,000002 0,000001 0,0000005 0,0000002 0,0000001

10 5 2 1 0,5 0,2 0,1 0,05 0,02 0,01 0,005 0,002 0,001 0,0005 0,0002 0,0001 0,00005 0,00002 0,00001 0,000005 0,000002 0,000001

10.000 5.000 2.000 1.000 500 200 100 50 20 10 5 2 1 0,5 0,2 0,1 0,05 0,02 0,01 0,005 0,002 0,001

Im Dezimalsystem verwendete Vorsätze für Einheiten E P T G M k h da d c m µ n p f a

Exa Peta Tera Giga Mega Kilo Hekto Deka Dezi Zenti Milli Mikro Nano Piko Femto Atto

Beispiele:

18

1018 1015 1012 109 106 103 102 101 10–1 10–2 10–3 10–6 10–9 10–12 10–15 10–18

Trillion Billiarden Billionen Milliarden Millionen Tausend Hundert Zehn Zehntel Hundertstel Tausendstel Millionstel Milliardstel Billionstel Billiardstel Trillionstel

1 µl (Mikroliter) = 0,001 ml (Milliliter) 1 KU (Kilounits) = 1000 Units (Unit = Einheit)

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ppb

Potenz

10.000 5.000 2.000 1.000 500 200 100 50 20 10 5 2 1

1 x 10–2 5 x 10–3 2 x 10–3 1 x 10–3 5 x 10–4 2 x 10–4 1 x 10–4 5 x 10–5 2 x 10–5 1 x 10–5 5 x 10–6 2 x 10–6 1 x 10–6 5 x 10–7 2 x 10–7 1 x 10–7 5 x 10–8 2 x 10–8 1 x 10–8 5 x 10–9 2 x 10–9 1 x 10–9

Metrische Umrechnungstabellen Bei der Umrechung metrischer Maße in die in Großbritannien (UK) und in den Vereinigten Staaten von Amerika (US) bzw. Kanada (CDN) üblichen Maßeinheiten ist zu beachten, dass bei den Hohlmaßen große Unterschiede zwischen UK und US/ CDN bestehen. Zusätzlich wird zwischen Flüssigkeitsmaßen und Trockenmaßen unterschieden, wobei in UK die Trockenmaße stufenweise bis 1968 abgeschafft wurden (Beispiele siehe Tabelle unten). Auf das altdeutsche Einheitensystem bestehend aus Linie, Zoll, Fuß, Elle, Klafter, Rute und Meile wird hier nicht weiter eingegangen. Es sei lediglich angemerkt, dass nach dem altdeutschen System 26,088 mm = 1 Zoll entsprechen. Dies wurde jedoch 1935 neu festgelegt auf 1 Zoll = 25,400000 mm = 1 inch (Umrechnungstafeln nach DIN 4890, 4892 und 4893).

Umrechnungsfaktoren aus dem Metrischen Maßsystem in US-Maßeinheiten Symbol

Bekanntes Maß (metrisch)

Multiplizieren mit

Gesuchtes Maß (US)

Symbol

Längen mm

Millimeter

0,03937

Inches

in

cm

Zentimeter

0,3937

Inches

in

m

Meter

3,2808

Feet

ft

m

Meter

1,0936

Yards

yd

km

Kilometer

0,62138

Miles

mi

Flächen cm²

Quadratzentimeter

0,15499

Square inches

in2

m²

Quadratmeter

1,0764

Square feet

ft2

m²

Quadratmeter

1,196

Square yards

yd2

km²

Quadratkilometer

0,3861

Square miles

mi2

ha

Hektar (10.000 m²)

2,471088

Acres

Gewichte g

Gramm

0,03527

Ounces

oz

kg

Kilogramm

2,20463

Pounds

lb

t

Metrische Tonne (1000 kg)

1,102

Short tons

mL

Milliliter

0,03

Fluid ounces

fl oz

mL

Milliliter

0,06

Cubic inches

in3

L

Liter

2,1

Pints

pt

L

Liter

1,06

Quarts

qt

L

Liter

0,264179

Gallons

gal

m³

Kubikmeter

35,3156

Cubic feet

ft3

m³

Kubikmeter

1,3079

Cubic yards

yd3

Volumina

Temperatur °C

Grad Celsius

= T(°C) x 1,8 + 32

Grad Fahrenheit

°F

°C

Grad Celsius

= T(°C) + 273,15

Grad Kelvin

°K

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Temperaturskalen im Vergleich °C

°F

°K

Bemerkung

–273,15

–459,67

0

absoluter Nullpunkt

–72

–161,16

201,15

Ethanol / CO2 (fest) Mischung

–17,78

0

255,37

tiefste Temperatur in Danzig, Winter 1708/09*

0

32

273,15

Gefrierpunkt Wasser

2–8

35,6 – 46,4

Kühlschrank-Temperatur

21

69,8

294,15

Raumtemperatur

37

98,6

310,15

Körpertemperatur Mensch

100

212

373,15

Siedepunkt Wasser

*

Unter anderem an dieser Temperatur richtete Daniel Gabriel Fahrenheit seine Temperaturskala aus.

Die Umrechung von Grad Celsius (°C) in Grad Fahrenheit (°F; degrees Fahrenheit) erfolgt durch Multiplikation des Grad CelsiusWertes mit dem Faktor 1,8 (9/5) und dem anschließenden Hinzurechnen von 32. Eine weitere wichtige Temperaturskala / -einheit ist die nach Kelvin (°K). Die Umrechung von Grad Celsius in Grad Kelvin erfolgt durch Addition des Wertes 273,15 zum Grad Celsius-Wert.

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Umrechnungsfaktoren von US-Maßeinheiten in das Metrische Maßsystem Symbol

Bekanntes Maß (US)

mil

Mil (1/1000 inch)

in

Inches

ft

Feet (12 inches)

yd

Yards (3 feet)

mi sm, NM in2

Square inches

ft

Multiplizieren mit

Gesuchtes Maß (metrisch)

Symbol

0,0254

Millimeter

mm

2,54

Zentimeter

cm

30,48

Zentimeter

m

0,9144

Meter

m

Miles, statute

1,60934

Kilometer

km

Miles, nautic

1,852

Kilometer

km

6,452

Quadratzentimeter

cm2

Square feet

0,0929

Quadratmeter

m2

yd2

Square yards

0,8361

Quadratmeter

m2

mi2

Square miles

2,59

Quadratkilometer

km2

Acres

0,40468

Hektar (10.000 m²)

ha

Gramm

g

Längen

Flächen

2

Gewichte oz

Ounces

28,35

lb

Pounds

0,45359

Kilogramm

kg

Short tons (2000 lb)

0,90718

Metrische Tonne (1000 kg)

t

Volumina tsp

teaspoons

5

Milliliter

mL

Tbsp

Tablespoon

15

Milliliter

mL

in

3

Cubic inches

16

Milliliter

mL

in3

Cubic inches

16,387

Kubikzentimeter

cm³

fl oz

Fluid ounces

28,41

Milliliter

mL

c

cups

0,24

Liter

L

pt

Pints

0,47318

Liter

L

qt

Quarts

0,9464

Liter

L

gal

Gallons

3,7853

Liter

L

bbl

Barrel

Liter

L

ft

Cubic feet

0,02832

Kubikmeter

m³

0,76456

Kubikmeter

m³

3

yd

3

Cubic yards

115,63

Temperatur °F

Grad Fahrenheit

= (T(°F) − 32) x 5⁄9

Grad Celsius

°C

°F

Grad Fahrenheit

= (T(°F) + 459,67) x 5⁄9

Grad Kelvin

°K

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Die Umrechung von Grad Fahrenheit (°F) in Grad Celsius (°C) erfolgt durch Subtraktion des Wertes 32 vom Grad Fahrenheit Wert und der anschließenden Multiplikation mit dem Faktor 0,55 (5/9). Die Umrechung von Grad Fahrenheit in Grad Kelvin (°K) erfolgt durch Addition des Wertes 459,67 zum Grad Fahrenheit-Wert und anschließender Multiplikation mit dem Faktor 0,55 (5/9).

Umrechnungsfaktoren für Hohlmaße UK/US/CDN : metrisch

Einheit UK 1 Pint

US / CDN US / CDN Flüssigkeitsmaße Trockenmaße

568,26 ml 473,18 ml

550,61 ml

1 Quart 1,1365 L

0,9464 L

1,1012 L

1 Gallon 4,546 L

3,785 L

4,41 L

1 Barrel 163,66 L

115,63 L

115,63 L

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Farbe und pH-Indikatoren Johann Wolfgang von Goethe (1749 – 1832) ist nicht nur Deutschlands größter Dichtersohn, sondern war auch Naturforscher und widmete sich den Phänomenen der Farben des Lichtes und den Spektralfarben

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Farbstoffe Eine Substanz ist dann farbig, wenn sie aus dem sichtbaren Teil des elektromagnetischen Spektrums (400 – 800 nm) einen Wellenbereich selektiv absorbiert. Die wahrgenommene Farbe entspricht dann der jeweiligen Komplementärfarbe des absorbierten Spektralbereichs. Es sind die Elektronen, die durch Absorption von Energie vom HOMO-Orbital (Highest Occupied Molecular Orbital) in das LUMO-Orbital (Lowest Unoccupied Molecular Orbital) übergehen. Gesättigte organische Verbindungen sind im allgemeinen farblos, weil die HOMO/LUMO-Abstände zu groß sind und deshalb viel mehr Energie erforderlich ist (im UV-Bereich), um die Elektronen von σ-Bindungen anzuregen. Besitzt aber eine Verbindung π-Elektronen (C=O, C=N–, >C=C LUMO benötigen. Es sind also die Elektronen, die für die selektive Lichtabsorption und damit für die Farbigkeit einer Verbindung verantwortlich sind.

Mit dem Begriff Mesomerie beschreiben wir die Tatsache, dass chemische Verbindungen nicht mit einer einzigen Formel wiedergegeben werden können. Bekanntes Beispiel ist das Benzol, für das zwei mesomere Grenzformeln angegeben werden müssen. Der wahre Zustand liegt zwischen diesen fiktiven Formeln und ist energetisch günstiger. Die π-Elektronen bilden ein cyclisches, delokalisiertes π-Elektronensystem, das für die exakt gleichen Bindungslängen verantwortlich ist (139.7 pm gegenüber 147.6 für eine Einfach- und 133.8 pm für eine Doppelbindung) und dem System seine hohe Stabilität verleiht.

Benzol: Stabilitätsgewinn durch Mesomerie

Molekülorbitale und Elektronenübergänge; n = nicht bindende (freie) Elektronen

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Ähnliche Verhältnisse liegen auch bei den organischen Farbstoffen vor, allerdings im Gegensatz zum Benzol mit weiter reichenden, konjugierten, delokalisierten π-Elektronensystemen. Klassische Beispiele sind Azofarbstoffe, Triphenylmethanfarbstoffe und Fluoreszenzfarbstoffe.

Beispiel für Azofarbstoffe: Methyorange, ein pH-Indikator

Beispiel für einen Triphenylmethanfarbstoff: die π-Elektronen sind über drei Aromateneinheiten delokalisiert, nur zwei mesomere Grenzformel sind abgebildet

Das Phenolphthalein ist ein Indikatorfarbstoff, der im alkalischen Bereich von farblos zu magenta umschlägt. In diesem pH-Bereich bildet sich das delokalisierte π-System über insgesamt drei Aromaten aus.

Phenolphthalein: Durch Zugabe einer Base entstehen das Monoanion und das Dianion, die durch Delokalisation mesomeriestabilisiert sind

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Fluoreszenzfarbstoffe Eine besondere Bedeutung haben in den letzten Jahren die Fluoreszenzfarbstoffe erlangt. Der Anwendungsbereich reicht von der Markierung von biologischem Material bis hin zur PCR-Technik. Selbst einzelne Moleküle lassen sich mit dieser Methodik identifizieren. Fluoreszierende Stoffe werden durch Licht kürzerer Wellenlänge angeregt und emittieren längerwelligeres Licht als das der Anregungswellenlänge. Dabei gelangen die angeregten Elektronen wieder auf ihr ursprüngliches Energieniveau zurück. Die Materialien werden mit Fluoreszenzfarbstoffen (Fluorochrome) markiert und in einem Fluoreszenzmikroskop sichtbar gemacht. Zwei klassische Fluoreszenzfarbstoffe sind das Fluorescein, das grünes Licht emittiert, wenn es von blauem Licht angeregt wird und Rhodamin, das rot fluoresziert, wenn es mit grüngelbem Licht angeregt wird.

Fluoreszenzfarbstoffe: Es sind die chinoiden Strukturen angegeben, nur sie erklären die Farbigkeit der Verbindungen.

UVSichtbarer Bereich Bereich 400 nm

IR700 nm Bereich

Lichtspektrum: Das Lichtspektrum ist Teil des elektromagnetischen Spektrums, das vom menschlichen Auge wahrgenommen werden kann. Der Bereich reicht von etwa 400 bis 700 nm. An den kurzwelligen sichtbaren Bereich schließt sich der UVBereich, an den langwelligen der IR-Bereich an.

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Komplementärfarbe

Komplementärfarben: Eine Komplementärfarbe ist die Farbe, die bei additiver Farbmischung mit einer anderen Farbe Weiß (Unbunt) ergibt. Es handelt sich um die Farben, die im Farbkreis oder Farbsechseck einander gegenüber liegen. Im Falle der Primärfarbe Rot ist die Komplementärfarbe Cyan: Rot und Cyan ergeben bei additiver Farbmischung Weiß. Ebenso Blau und Gelb oder Grün und Magenta. Bei der Mischung von Primärfarben eines Farbmodells erhält man Unbunt, wenn alle drei Primärfarben, entweder Rot (R), Grün (G) und Blau (B) oder aber Cyan (C), Magenta (M) und Gelb (Y), zu gleichen Teilen gemischt werden.

Lichtabsorption und Farbe Wellenlänge (nm)

absorbierte Farbe

Komplementärfarbe

400 – 440 440 – 480 480 – 490 490 – 500 500 – 560 560 – 580 580 – 595 595 – 605 605 – 750 750 – 800

violett blau grünblau blaugrün grün gelbgrün gelb orange rot purpur

gelbgrün gelb orange rot purpur violett blau grünblau blaugrün grün

Indikatoren – Übersicht Säure – Base-Indikatoren (nach steigendem pH-Bereich des Farbumschlages)

pH-Bereich 0,0 – 2,0 0,0 – 2,6 0,0 – 3,0 0,0 – 3,6 0,1 – 2,3 0,5 – 2,5 0,8 – 2,6 1,2 – 2,8 1,2 – 2,8 1,2 – 2,8 1,2 – 2,5 1,2 – 3,0 1,4 – 2,4 1,4 – 3,2 3,0 – 4,0 3,0 – 4,5 3,0 – 4,6 3,0 – 4,6 3,0 – 5,2 3,1 – 4,4 3,8 – 5,4 4,3 – 6,3 4,5 – 6,2 4,5 – 6,2 4,7 – 6,3 4,8 – 6,4 5,0 – 8,0 5,2 – 6,8 5,7 – 7,4 5,8 – 7,2 5,8 – 7,6 5,8 – 7,6 6,5 – 8,0 6,5 – 8,5 6,8 – 8,0 7,4 – 9,0 7,5 – 9,3 7,8 – 9,5 7,8 – 9,5 8,2 – 10,0 9,0 – 10,5 9,4 – 12,0 10,0 – 12,1 11,0 – 13,0 11,5 – 13,0 11,5 – 13,0 11,6 – 13,0 12,0 – 13,0

Farbumschlag gelb – grünblau gelb – grün gelb – grünliche Fluoreszenz orange – rot gelb – blau rosa – braungelb gelb – blauviolett rosa – gelb violett – bräunlich violett – bräunlich rot – gelb orange – gelb farblos – rosa Fluoreszenz farblos – rosa rosa – braun-gelb grün-gelb – blau-violett grünlichgelb – blau-violett grünlichgelb – blau-violett violett – orange-rot rosa – orange-gelb gelb-grün – blau hellgelb – rosa violett-rot – braun-gelb violett-rot – braun-gelb gelb – purpur braun-gelb – rot-violett rot – violett grünlich-gelb – blau-violett gelb – blau gelb – rot gelb – blau gelb – blau braun-gelb – rot-violett gelb – purpur violett – orange-gelb braun-gelb – violett gelb – blau grünlich-gelb – blau grünlich-gelb – blau farblos – rot-violett farblos – blau orange – violett hellgelb – ockergelb rot – purpur blau – gelb blau – rosa orange – violett gelb – rot

Bezeichnung

Art.-Nr.

Malachitgrünoxalat Brillantgrün Eosin Y Erythrosin B Methylgrün Kresolrot Kristallviolett m-Kresolpurpur Thymolblau Thymolblau - Natriumsalz para-Xylenolblau Phenolrot Eosin B Chinaldinrot Dimethylgelb Bromchlorphenolblau Bromphenolblau Bromphenolblau - Natriumsalz Kongorot Methylorange Bromkresolgrün Alizarinrot S Methylrot Methylrot - Natriumsalz wasserlöslich Bromphenolrot Chlorphenolrot Lackmus Bromkresolpurpur Bromxylenolblau Alizarin Bromthymolblau Bromthymolblau - Natriumsalz Phenolrot Kresolrot Neutralrot m-Kresolpurpur para-Xylenolblau Thymolblau Thymolblau - Natriumsalz wasserlöslich Phenolphthalein Thymolphthalein Alizarinrot S Alizaringelb GG Alizarin Indigocarmin Alkaliblau 6B Epsilonblau Titangelb

A2388 A2298 A0822 A0558 A1403 A2378 A0691 A2376 A0462 A2436 A2478 A0680 A0821 A2322 A3290 A2330 A2331 A1120 A2385 A0581 A1051 A2306 A2392 A2401 A2311 A1058 A2390 A1059 A2309 A2125 A2340 A2335 A0680 A2378 A0683 A2376 A2478 A0462 A2436 A1132 A1738 A2306 A2295 A2125 A2366 A2310 A2362 A2437

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27

Amedeo Avogadro (1776 – 1856) erkannte, dass gleiche Volumina verschiedener idealer Gase bei gleicher Temperatur und gleichem Druck die gleiche Anzahl von Teilchen enthalten, nämlich NA = 6,02 x 1023 pro Mol.

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Trocknungsmittel für Lösungsmittel Lösungsmittel

Trocknungsmittel

Aceton Acetonitril Acetylaceton Ameisensäure

Kaliumcarbonat wasserfrei, Molekularsieb 3Å Calciumchlorid, Phosphorpentoxid, Molekularsieb 3Å Calciumchlorid, Kaliumcarbonat wasserfrei, Molekularsieb 3Å Phosphorpentoxid, Magnesiumperchlorat, Kupfer(II)-sulfat wasserfrei, ausfrieren (in der Kälte auskristallisieren) Kaliumcarbonat wasserfrei, Destillation Kaliumhydroxid, Bariumoxid Calciumchlorid, Natrium, Molekularsieb 4Å, Destillation Kaliumhydroxid, Magnesiumsulfat getrocknet, Calciumoxid, Molekularsieb 4Å, Destillation Calciumchlorid, Molekularsieb 4Å Kaliumcarbonat wasserfrei, Destillation Kaliumcarbonat wasserfrei, Destillation Calciumoxid, ausfrieren Kaliumcarbonat wasserfrei, Destillation Magnesiumsulfat getrocknet Molekularsieb 3Å Natrium, Molekularsieb 4Å Calciumchlorid, Molekularsieb 4Å Calciumchlorid, Molekularsieb 4Å Phosphorpentoxid, Molekularsieb 4Å Calciumchlorid, Molekularsieb 4Å Calciumchlorid, Natrium, Molekularsieb 4Å Calciumchlorid, Molekularsieb 4Å Molekularsieb 4Å, Destillation Destillation Calciumchlorid, Natrium, Molekularsieb 4Å Calciumchlorid, Natrium, Molekularsieb 4Å Phosphorpentoxid, Magnesiumperchlorat, Kupfer(II)-sulfat wasserfrei, ausfrieren (in der Kälte auskristallisieren) Calciumchlorid Calciumoxid, Magnesium, Molekularsieb 3Å Phosphorpentoxid, Kaliumcarbonat wasserfrei Phosphorpentoxid, Kaliumcarbonat wasserfrei Calciumchlorid, Kaliumcarbonat wasserfrei Natriumsulfat wasserfrei, Destillation Destillation Calciumchlorid, Molekularsieb 4Å Calciumchlorid, Molekularsieb 4Å Calciumchlorid, Kaliumcarbonat wasserfrei Natrium, Molekularsieb 3Å Calciumchlorid, Molekularsieb 4Å Calciumchlorid, Calciumoxid, Magnesium, Molekularsieb 3Å Calciumchlorid, Kaliumcarbonat wasserfrei Kaliumcarbonat wasserfrei, Calciumoxid Natrium, Molekularsieb 3Å Calciumoxid, Magnesium Kaliumhydroxid, Bariumoxid, Molekularsieb 4Å Calciumoxid, Magnesium Calciumoxid, Magnesium, Molekularsieb 3Å

iso-Amylalkohol Anilin Benzol Benzylalkohol Bromoform 2-Butanol iso-Butanol tert-Butanol 1-Butanol n-Butylacetat tert-Butylmethylether Cyclohexan n-Decan 1,2-Dichlorbenzol 1,2-Dichlorethan Dichlormethan Diethylether Diiodmethan N,N-Dimethylformamid Dimethylsulfoxid 1,4-Dioxan di-Isopropylether Essigsäure Essigsäureanhydrid Ethanol Ethylacetat Ethylacetoacetat Ethylmethylketon Ethandiol Ethylenglycolmonomethylether Furfuraldehyd n-Heptan 2-Heptanon n-Hexan Iodethan Methanol Methylisobutylketon Methylacetat n-Pentan 1-Pentanol Piperidin 1-Propanol 2-Propanol

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Trocknungsmittel für Lösungsmittel (Fortsetzung) Lösungsmittel

Trocknungsmittel

Propylencarbonat Pseudocumol Pyridin Schwefelkohlenstoff 1,1,2,2-Tetrabromethan Tetrachlorethen

Destillation Calciumchlorid, Natrium, Molekularsieb 4Å Kaliumhydroxid, Bariumoxid, Molekularsieb 4Å Calciumchlorid, Phosphorpentoxid Calciumchlorid, Molekularsieb 4Å Natriumsulfat wasserfrei, Kaliumcarbonat wasserfrei, Molekularsieb 4Å, Destillation Kaliumhydroxid, Natrium, Molekularsieb 4Å Natriumsulfat wasserfrei, Magnesiumsulfat getrocknet Calciumchlorid, Natrium Calciumchlorid, Natrium, Molekularsieb 4Å, Destillation Calciumchlorid, Bariumoxid Calciumchlorid, Phosphorpentoxid, Molekularsieb 4Å Calciumchlorid, Phosphorpentoxid, Molekularsieb 4Å Natriumsulfat wasserfrei, Kaliumcarbonat wasserfrei, Destillation Calciumchlorid, Phosphorpentoxid, Molekularsieb 4Å Natrium, Molekularsieb 4Å Calciumchlorid, Natrium, Molekularsieb 4Å, Destillation

Tetrahydrofuran Tetrahydrofurfurylalkohol 1,2,3,4-Tetrahydronaphthalin Toluol Tributylphosphat Trichlormethan 1,1,1-Trichlorethan Trichlorethylen 1,1,2-Trichlortrifluorethan 2,2,4-Trimethylpentan (iso-Octan) Xylol

Kühlmittel im Labor

Flüssigstickstoff ist Stickstoff (N2) im flüssigen Aggregatzustand. Unter Normaldruck siedet flüssiger Stickstoff bei −196 °C und bildet eine Gasphase, welche diese Temperatur konstant hält. Flüssigstickstoff dient häufig der Kryokonservierung von biologischem Material. Trockeneis besteht aus Kohlenstoffdioxid (CO2) im festen Aggregatszustand. Es ist ein eisähnlicher Feststoff, der bei ca. –80 °C sublimiert, also direkt in den gasförmigen Zustand übergeht. Trockeneis findet Verwendung als Kühlmittel beim Transport von wärmeempfindlichen Substanzen wie etwa Enzymen, Antikörpern und anderen Proteinen. In der chemischen Synthese wird Trockeneis für Kältemischungen in Verbindung mit einem Lösungsmittel für effizienteren Wärmeaustausch eingesetzt (s. Tabelle Kältemischungen). Kältemischungen Mischung 100 g Wasser 100 g Wasser 100 g Wasser 100 g Eis 100 g Wasser 100 g Wasser 100 g Wasser 100 g Eis 100 g Eis 100 g Eis 100 g Eis 100 g Eis 100 g Eis 100 g Eis 100 g Eis Alkohol Chloroform Aceton Ether

30

Temperatur + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

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100 g 29,9 g 75,4 g 28,2 g 35,1 g 244,8 g 132,6 g 61,3 g 29,9 g 81,8 g 63,9 g 28,2 g 92,3 g 122,2 g 143,9 g

Eis Ammoniumchlorid Natriumnitrat Bariumchlorid Natriumchlorid Calciumchlorid-Hexahydrat Ammoniumrhodanid Ammoniumsulfat Natriumchlorid Calciumchlorid-Hexahydrat Natriumbromid Magnesiumchlorid 66,1%ige Schwefelsäure Calciumchlorid-Hexahydrat Calciumchlorid-Hexahydrat Trockeneis Trockeneis Trockeneis Trockeneis

0°C –3°C –5°C –7°C –10°C –12°C –16°C –19°C –21°C –22°C –28°C –33°C –37°C –40°C –55°C –72°C –77°C –86°C –100°C

Zusammenstellung wichtiger physikalischer Daten von Lösungsmitteln Lösungsmittel

Polarität (P’)

Siedepunkt (°C)

Viskosität 20°C (cP)

Brechungsindex (n 20°/D)

Dichte (g/L)

0,32 0,36 0,65 0,97 0,45 0,57 1,00 0,79 0,43 0,23 0,85 2,24 1,54 1,20 0,45 0,41 0,31 0,55 1,72 0,27 ca. 10,64 0,23 0,3

1,359 1,344 1,501 1,460 1,402 1,444 1,427 1,445 1,424 1,352 1,429 1,478 1,422 1,361 1,372 1,394 – 1,328 1,402 1,369 1,429 1,357 –

2,26 2,30 0,95 0,93 0,55 0,59 – 0,71

1,385 1,377 1,509 1,505 1,407 1,496 1,572 1,356

0,790 0,781 0,879 1,594 0,886 1,489 0,778 1,253 1,324 0,713 0,949 1,100 1,034 0,789 0,900 0,690 0,672 0,791 0,965 0,741 0,823 0,626 0,64 / 0,68 0,804 0,785 0,982 1,621 0,888 0,865 1,454 1,574

0,51

1,391

0,69

1,00

1,333

1,000

Aceton Acetonitril Benzol Carbontetrachlorid 1-Chlorbutan Chloroform Cyclohexan 1,2-Dichlorethan Dichlormethan Diethylether Dimethylformamid Dimethylsulfoxid 1,4-Dioxan Ethanol, absolut Ethylacetat Heptan Hexan Methanol 2-Methoxyethanol Methyl-tert-butylether 1-Octanol Pentan Petrolether

5,1 5,8 2,7 1,6 1,0 4,1 0,2 3,5 3,1 2,8 6,4 7,2 4,8 4,3 4,4 0,1 0,1 5,1 5,5 2,5 3,4 – 0,1

1-Propanol 2-Propanol Pyridin Tetrachlorethylen Tetrahydrofuran Toluol 1,2,4-Trichlorbenzol 1,1,2-Trichlor-1,2,2trifluorethan 2,2,4-Trimethylpentan (iso-Octan) Wasser

4,0 3,9 5,3 – 4,0 2,4 – –

56,2 81,6 80,1 76,8 78,4 61,7 80,7 83,5 39,7 34,5 153,0 189 101,1 78 77,1 94 – 97,5 67 – 69,5 64,7 124,6 55,3 195,2 36,1 40 – 60 / 60 – 80 97,2 82,3 115,3 121,2 66,0 110,6 214 47,6

0,1

99,2

10,2

100

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Die Dichte der wichtigsten Säuren und Laugen Schwefelsäure (H2SO4) Dichte [g/ml] d 20°/4°

Gehalt [Gew%] in %

Konzentr. [mol/L]

Dichte [g/ml] d 20°/4°

Gehalt [Gew%] in %

Konzentr. [mol/L]

Dichte [g/ml] d 20°/4°

Gehalt [Gew%] in %

Konzentr. [mol/L]

1,000 1,005 1,010 1,015 1,020 1,025 1,030 1,035 1,040 1,045 1,050 1,055 1,060 1,065 1,070 1,075 1,080 1,085 1,090 1,095 1,100 1,105 1,110 1,115 1,120 1,125 1,130 1,135 1,140 1,145 1,150 1,155 1,160 1,165 1,170 1,175 1,180 1,185 1,190 1,195 1,200 1,205 1,210 1,215 1,220 1,225 1,230 1,235 1,240 1,245 1,250 1,255 1,260 1,265 1,270 1,275 1,280 1,285 1,290 1,295

0,2609 0,9855 1,731 2,485 3,242 4,000 4,746 5,493 6,237 6,956 7,704 8,415 9,129 9,843 10,56 11,26 11,96 12,66 13,36 14,04 14,73 15,41 16,08 16,76 17,43 18,09 18,76 19,42 20,08 20,73 21,38 22,03 22,67 23,31 23,95 24,58 25,21 25,84 26,47 27,10 27,72 28,33 28,95 29,57 30,18 30,79 31,40 32,01 32,61 33,22 33,82 34,42 35,01 35,60 36,19 36,78 37,36 37,95 38,53 39,10

0,0266 0,1010 0,1783 0,2595 0,3372 0,4180 0,4983 0,5796 0,6613 0,7411 0,8250 0,9052 0,9865 1,066 1,152 1,235 1,317 1,401 1,484 1,567 1,654 1,735 1,820 1,905 1,990 2,075 2,161 2,247 2,334 2,420 2,507 2,594 2,681 2,768 2,857 2,945 3,033 3,122 3,211 3,302 3,391 3,481 3,572 3,663 3,754 3,846 3,938 4,031 4,123 4,216 4,310 4,404 4,498 4,592 4,686 4,781 4,876 4,972 5,068 5,163

1,300 1,305 1,310 1,315 1,320 1,325 1,330 1,335 1,340 1,345 1,350 1,355 1,360 1,365 1,370 1,375 1,380 1,385 1,390 1,395 1,400 1,405 1,410 1,415 1,420 1,425 1,430 1,435 1,440 1,445 1,450 1,455 1,460 1,465 1,470 1,475 1,480 1,485 1,490 1,495 1,500 1,505 1,510 1,515 1,520 1,525 1,530 1,535 1,540 1,545 1,550 1,555 1,560 1,565 1,570 1,575 1,580 1,585 1,590 1,595

39,68 40,25 40,82 41,39 41,95 42,51 43,07 43,62 44,17 44,72 45,26 45,80 46,33 46,86 47,39 47,92 48,45 48,97 49,48 49,99 50,50 51,01 51,52 52,02 52,51 53,01 53,50 54,00 54,49 54,97 55,45 55,93 56,41 56,89 57,36 57,84 58,31 58,78 59,24 59,70 60,17 60,62 61,08 61,54 62,00 62,45 62,91 63,36 63,81 64,26 64,71 65,15 65,59 66,03 66,47 66,91 67,35 67,79 68,23 68,66

5,259 5,356 5,452 5,549 5,646 5,743 5,840 5,938 6,035 6,132 6,229 6,327 6,424 6,522 6,620 6,718 6,817 6,915 7,012 7,110 7,208 7,307 7,406 7,505 7,603 7,702 7,801 7,901 8,000 8,099 8,198 8,297 8,397 8,497 8,598 8,699 8,799 8,899 9,000 9,100 9,202 9,303 9,404 9,506 9,608 9,711 9,813 9,916 10,02 10,12 10,23 10,33 10,43 10,54 10,64 10,74 10,85 10,96 11,06 11,16

1,600 1,605 1,610 1,615 1,620 1,625 1,630 1,635 1,640 1,645 1,650 1,655 1,660 1,665 1,670 1,675 1,680 1,685 1,690 1,695 1,700 1,705 1,710 1,715 1,720 1,725 1,730 1,735 1,740 1,745 1,750 1,755 1,760 1,765 1,770 1,775 1,780 1,785 1,790 1,795 1,800 1,805 1,810 1,815 1,820 1,821 1,822 1,823 1,824 1,825 1,826 1,827 1,828 1,829 1,830 1,831 1,832 1,833

69,09 69,53 69,96 70,39 70,82 71,25 71,67 72,09 75,52 72,95 73,37 73,80 74,22 74,64 75,07 75,49 75,92 76,34 76,77 77,20 77,63 78,06 78,49 78,93 79,37 79,81 80,25 80,70 81,16 81,62 82,09 82,57 83,06 83,57 84,08 84,61 85,16 85,74 86,35 86,99 87,69 88,43 89,23 90,12 91,11 91,33 91,56 91,78 92,00 92,25 92,51 92,77 93,03 93,33 93,64 93,94 94,32 94,72

11,27 11,38 11,48 11,59 11,70 11,80 11,91 12,02 12,13 12,24 12,34 12,45 12,56 12,67 12,78 12,89 13,00 13,12 13,23 13,34 13,46 13,57 13,69 13,80 13,92 14,04 14,16 14,28 14,40 14,52 14,65 14,78 14,90 15,04 15,17 15,31 15,46 15,61 15,76 15,92 16,09 16,27 16,47 16,68 16,91 16,96 17,01 17,06 17,11 17,17 17,22 17,28 17,34 17,40 17,47 17,54 17,62 17,70

32

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Salzsäure (HCI)

Salpetersäure (HNO3)

Dichte [g/ml] d 20°/4°

Gehalt [Gew%] in %

Konzentr. [mol/L]

Dichte [g/ml] d 20°/4°

Gehalt [Gew%] in %

Konzentr. [mol/L]

Dichte [g/ml] d 20°/4°

Gehalt [Gew%] in %

Konzentr. [mol/L]

1,000 1,005 1,100 1,015 1,020 1,025 1,030 1,035 1,040 1,045 1,050 1,055 1,060 1,070 1,075 1,080 1,085 1,090 1,095 1,100 1,105 1,110 1,115 1,120 1,125 1,130 1,140 1,150 1,155 1,160 1,165 1,170 1,175 1,180 1,185 1,190 1,195 1,198

0,360 1,360 2,364 3,374 4,388 5,408 6,433 7,464 8,49 9,51 10,52 11,52 12,51 14,49 15,48 16,47 17,45 18,43 19,41 20,39 21,36 22,33 23,29 24,25 25,22 26,20 29,17 30,14 31,14 32,14 33,16 34,18 35,20 36,23 37,27 38,22 39,37 40,00

0,09874 0,3749 0,6548 0,9393 1,228 1,520 1,817 2,118 2,422 2,726 3,030 3,333 3,637 4,254 4,566 4,879 5,193 5,510 5,829 6,152 6,473 6,798 7,122 7,449 7,782 8,120 9,160 9,506 9,864 10,22 10,59 10,97 11,34 11,73 12,11 12,5 12,9 13,14

1,000 1,005 1,010 1,015 1,020 1,025 1,030 1,035 1,040 1,045 1,050 1,055 1,060 1,065 1,070 1,075 1,080 1,085 1,090 1,095 1,100 1,105 1,110 1,115 1,120 1,125 1,130 1,135 1,140 1,145 1,150 1,155 1,160 1,165 1,170 1,175 1,180 1,185 1,190 1,195 1,200 1,205 1,210 1,215 1,220 1,225 1,230 1,235 1,240 1,245 1,250 1,255 1,260 1,265 1,270 1,275 1,280 1,285 1,290 1,295

0,3333 1,255 2,164 3,073 3,982 4,883 5,784 6,661 7,53 8,398 9,259 10,12 10,97 11,81 12,65 13,48 14,31 15,13 15,95 16,76 17,58 18,39 19,19 20,00 20,79 21,59 22,38 23,16 23,94 24,71 25,48 26,24 27,00 27,76 28,51 29,25 30,00 30,74 31,47 32,21 32,94 33,68 34,41 35,16 35,93 36,70 37,48 38,25 39,02 29,80 40,58 41,36 42,14 42,92 43,70 44,48 45,27 46,06 46,85 47,63

0,05231 0,2001 0,3468 0,495 0,6445 0,7943 0,9454 1,094 1,243 1,393 1,543 1,694 1,845 1,997 2,148 2,301 2,453 2,605 2,759 2,913 3,068 3,224 3,381 3,539 3,696 3,854 4,012 4,171 4,330 4,489 4,649 4,810 4,970 5,132 5,293 5,455 5,618 5,780 5,943 6,107 6,273 6,440 6,607 6,778 6,956 7,135 7,315 7,497 7,679 7,863 8,049 8,237 8,426 8,616 8,808 9,001 9,195 9,394 9,590 9,789

1,300 1,305 1,320 1,315 1,320 1,325 1,330 1,335 1,340 1,345 1,350 1,355 1,360 1,365 1,370 1,375 1,380 1,385 1,390 1,395 1,400 1,405 1,410 1,415 1,420 1,425 1,430 1,435 1,440 1,445 1,450 1,455 1,460 1,465 1,470 1,475 1,480 1,485 1,490 1,495 1,500 1,501 1,502 1,503 1,504 1,505 1,506 1,507 1,508 1,509 1,510 1,511 1,512 1,513

48,42 49,21 50,00 50,85 51,71 52,56 53,41 54,27 55,13 56,04 56,95 57,87 58,78 59,69 60,67 61,69 62,70 63,72 64,74 65,84 66,97 68,10 69,23 70,39 71,63 72,86 74,09 75,35 76,71 78,07 79,43 80,88 82,39 83,91 85,50 87,29 89,07 91,13 93,49 95,46 96,73 96,98 97,23 97,49 97,74 97,99 98,25 98,50 98,76 99,01 99,26 99,52 99,77 100,00

9,99 10,19 10,39 10,61 10,83 11,05 11,27 11,49 11,72 11,96 12,20 12,44 12,68 12,93 13,19 13,46 13,73 14,01 14,29 14,57 14,88 15,18 15,49 15,81 16,14 16,47 16,81 17,16 17,53 17,90 18,28 18,68 19,09 19,51 19,95 20,43 20,92 21,48 22,11 22,65 23,02 23,10 23,18 23,25 23,33 23,40 23,48 23,56 23,63 23,71 23,79 23,86 23,94 24,01

© 2013 AppliChem • chem_is_try

33

Kaliumhydroxid (KOH) Dichte [g/ml] d 20°/4°

Gehalt [Gew%] in %

Konzentr. [mol/L]

Dichte [g/ml] d 20°/4°

Gehalt [Gew%] in %

Konzentr. [mol/L]

1,000 1,005 1,010 1,015 1,020 1,025 1,030 1,035 1,040 1,045 1,050 1,055 1,060 1,065 1,070 1,075 1,080 1,085 1,090 1,095 1,100 1,105 1,110 1,115 1,120 1,125 1,130 1,135 1,140 1,145 1,150 1,155 1,160 1,165 1,170 1,175 1,180 1,185 1,190 1,195 1,200 1,205 1,210 1,215 1,220 1,225 1,230 1,235 1,240 1,245 1,250 1,255 1,260 1,265 1,270 1,275 1,280 1,285 1,290 1,295

0,197 0,743 1,29 1,84 2,38 2,93 3,48 4,03 4,58 5,12 5,66 6,20 6,74 7,28 7,82 8,36 8,89 9,43 9,96 10,49 11,03 11,56 12,08 12,61 13,14 13,66 14,19 14,70 15,22 15,74 16,26 16,78 17,29 17,81 18,32 18,84 19,35 19,86 20,37 20,88 21,38 21,88 22,38 22,88 23,38 23,87 24,37 24,86 25,36 25,85 26,34 26,83 27,32 27,80 28,29 28,77 29,25 29,73 30,21 30,68

0,0351 0,133 0,233 0,333 0,433 0,536 0,639 0,744 0,848 0,954 1,06 1,17 1,27 1,38 1,49 1,60 1,71 1,82 1,94 2,05 2,16 2,28 2,39 2,51 2,62 2,74 2,86 2,97 3,09 3,21 3,33 3,45 3,58 3,70 3,82 3,94 4,07 4,19 4,32 4,45 4,57 4,70 4,83 4,95 5,08 5,21 5,34 5,47 5,60 5,74 5,87 6,00 6,13 6,27 6,40 6,54 6,67 6,81 6,95 7,08

1,300 1,305 1,310 1,315 1,320 1,325 1,330 1,335 1,340 1,345 1,350 1,355 1,360 1,365 1,370 1,375 1,380 1,385 1,390 1,395 1,400 1,405 1,410 1,415 1,420 1,425 1,430 1,435 1,440 1,445 1,450 1,455 1,460 1,465 1,470 1,475 1,480 1,485 1,490 1,495 1,500 1,505 1,510 1,515 1,520 1,525 1,530 1,535

31,15 31,62 32,09 32,56 33,03 33,50 33,97 34,43 34,90 35,36 35,82 36,28 36,73 37,19 37,65 38,10 38,56 39,01 39,46 39,92 40,37 40,82 41,26 41,71 42,15 42,60 43,04 43,48 43,92 44,36 44,79 45,23 45,66 46,09 46,53 46,96 47,39 47,82 48,25 48,67 49,10 49,53 49,95 50,38 50,80 51,22 51,64 52,05

7,22 7,36 7,49 7,63 7,77 7,91 8,05 8,19 8,33 8,48 8,62 8,76 8,90 9,05 9,19 9,34 9,48 9,63 9,78 9,93 10,07 10,22 10,37 10,52 10,67 10,82 10,97 11,12 11,28 11,42 11,58 11,73 11,88 12,04 12,19 12,35 12,50 12,66 12,82 12,97 13,13 13,29 13,45 13,60 13,76 13,92 14,08 14,24

34

chem_is_try • AppliChem © 2013

Natriumhydroxid (NaOH)

Ammoniak (NH3)

Dichte [g/ml] d 20°/4°

Gehalt [Gew%] in %

Konzentr. [mol/L]

Dichte [g/ml] d 20°/4°

Gehalt [Gew%] in %

Konzentr. [mol/L]

Dichte [g/ml] d 20°/4°

Gehalt [Gew%] in %

Konzentr. [mol/L]

1,000 1,005 1,010 1,015 1,020 1,025 1,030 1,035 1,040 1,045 1,050 1,055 1,060 1,065 1,070 1,075 1,080 1,085 1,090 1,095 1,100 1,105 1,110 1,115 1,120 1,125 1,130 1,135 1,140 1,145 1,150 1,155 1,160 1,165 1,170 1,175 1,180 1,185 1,190 1,195 1,200 1,205 1,210 1,215 1,220 1,225 1,230 1,235 1,240 1,245 1,250 1,255 1,260 1,265 1,270 1,275 1,280 1,285 1,290 1,295

0,159 0,602 1,04 1,49 1,94 2,39 2,84 3,29 3,74 4,20 4,65 5,11 5,56 6,02 6,47 6,93 7,38 7,83 8,28 8,74 9,19 9,64 10,10 10,55 11,01 11,46 11,92 12,37 12,83 13,28 13,73 14,18 14,64 15,09 15,54 15,99 16,44 16,89 17,34 17,80 18,25 18,71 19,16 19,62 20,07 20,53 20,98 21,44 21,90 22,36 22,82 23,27 23,73 24,19 24,64 25,10 25,56 26,02 26,48 26,94

0,0398 0,151 0,264 0,378 0,494 0,611 0,731 0,851 0,971 1,097 1,222 1,347 1,474 1,602 1,731 1,862 1,992 2,123 2,257 2,391 2,527 2,664 2,802 2,942 3,082 3,224 3,367 3,510 3,655 3,801 3,947 4,095 4,244 4,395 4,545 4,697 4,850 5,004 5,160 5,317 5,476 5,636 5,796 5,958 6,122 6,286 6,451 6,619 6,788 6,958 7,129 7,302 7,475 7,650 7,824 8,000 8,178 8,357 8,539 8,722

1,300 1,305 1,310 1,315 1,320 1,325 1,330 1,335 1,340 1,345 1,350 1,355 1,360 1,365 1,370 1,375 1,380 1,385 1,390 1,395 1,400 1,405 1,410 1,415 1,420 1,425 1,430 1,435 1,440 1,445 1,450 1,455 1,460 1,465 1,470 1,475 1,480 1,485 1,490 1,495 1,500 1,505 1,510 1,515 1,520 1,525 1,530

27,41 27,87 28,33 28,80 29,26 29,73 30,20 30,67 31,14 31,62 32,10 32,58 33,06 33,54 34,03 34,52 35,01 35,50 36,00 36,49 36,99 37,49 37,99 38,49 38,99 39,49 40,00 40,51 41,03 41,55 42,07 42,59 43,12 43,64 44,17 44,69 45,22 45,75 46,27 46,80 47,33 47,85 48,38 48,90 49,44 49,97 50,50

8,906 9,092 9,278 9,466 9,656 9,847 10,04 10,23 10,43 10,63 10,83 11,03 11,24 11,45 11,65 11,86 12,08 12,29 12,51 12,73 12,95 13,17 13,39 13,61 13,84 14,07 14,30 14,53 14,77 15,01 15,25 15,49 15,74 15,98 16,23 16,48 16,73 16,98 17,23 17,49 17,75 18,00 18,26 18,52 18,78 19,05 19,31

0,998 0,996 0,994 0,992 0,990 0,988 0,986 0,984 0,982 0,980 0,978 0,976 0,974 0,972 0,970 0,968 0,966 0,964 0,962 0,960 0,958 0,956 0,954 0,952 0,950 0,948 0,946 0,944 0,942 0,940 0,938 0,936 0,934 0,932 0,930 0,928 0,926 0,924 0,922 0,920 0,918 0,916 0,914 0,912 0,910 0,908 0,906 0,904 0,902 0,900 0,898 0,896 0,894 0,892 0,890 0,888 0,886 0,884 0,882 0,880

0,0465 0,512 0,977 1,43 1,89 2,35 2,82 3,30 3,78 4,27 4,76 5,25 5,75 6,25 6,75 7,26 7,77 8,29 8,82 9,34 9,87 10,40 10,95 11,49 12,03 12,58 13,14 13,71 14,29 14,88 15,47 16,06 16,65 17,24 17,85 18,45 19,06 19,67 20,27 20,88 21,50 22,12 22,75 23,39 24,03 24,86 25,33 26,00 26,67 27,33 28,00 28,67 29,33 30,00 30,68 31,57 32,09 32,84 33,59 34,35

0,0273 0,299 0,570 0,834 1,10 1,36 1,63 1,91 2,18 2,46 2,73 3,01 3,29 3,57 3,84 4,12 4,41 4,69 4,98 5,27 5,55 5,84 6,13 6,42 6,71 7,00 7,29 7,60 7,91 8,21 8,52 8,83 9,13 9,44 9,75 10,06 10,37 10,67 10,97 11,28 11,59 11,90 12,21 12,52 12,84 13,16 13,48 13,80 14,12 14,44 14,76 15,08 15,40 15,71 16,04 16,36 16,69 17,05 17,40 17,75

© 2013 AppliChem • chem_is_try

35

Unverträgliche Chemikalien Die nachstehende Liste enthält eine Zusammenstellung von Chemikalien, die aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften heftig miteinander reagieren können. Sie sollten daher getrennt voneinander aufbewahrt werden und dürfen keinesfalls miteinander in Kontakt kommen. Zweck dieser Liste ist es, Hinweise zur Verhinderung von Laborunfällen zu geben. Wegen der Vielzahl gefährlicher Arbeitsstoffe kann sie sich nur auf die wichtigsten Beispiele beschränken.

Substanz

Unverträglichkeit mit

Acetylen Aktivkohle Alkalimetalle

Chlor, Brom, Fluor, Kupfer, Silber, Quecksilber Calciumhypochlorit, Oxidationsmittel Wasser, Tetrachlorkohlenstoff und andere Halogenalkane, Kohlendioxid, Halogene Wasser Quecksilber (z.B. in Manometern), Chlor, Calciumhypochlorit, Iod, Brom, Fluorwasserstoff Säuren, Metallpulver, brennbare Flüssigkeiten, Chlorate, Nitrate, Schwefel, fein verteilte organische oder brennbare Stoffe Salpetersäure, Wasserstoffperoxid Ammoniumnitrat, Chrom(VI)-oxid, Wasserstoffperoxid, Salpetersäure, Natriumperoxid, Halogene Ammoniak, Acetylen, Butadien, Butan, Methan, Propan, Wasserstoff, Petroleumbenzin, Benzol, Metallpulver Ammoniak, Acetylen, Butadien, Butan, Methan, Propan, Wasserstoff, Petroleumbenzin, Benzol, Metallpulver Ammoniumsalze, Säuren, Metallpulver, Schwefel, fein verteilte organische oder brennbare Stoffe Essigsäure, Naphthalin, Campher, Glycerin, Petroleumbenzin, Alkohole, brennbare Flüssigkeiten organische und anorganische Säuren Säuren Chrom(VI)-oxid, Salpetersäure, Alkohole, Ethylenglycol, Perchlorsäure, Peroxide, Permanganate getrennt lagern Ammoniak (Laborgas oder Lösung) Acetylen, Ammoniak (Laborgas oder Lösung) siehe Alkalimetalle siehe Chlorate siehe Chlorate Glycerin, Ethylenglycol, Benzaldehyd, Schwefelsäure Fluor, Chlor, Brom, Chrom(VI)-oxid, Natriumperoxid

Aluminiumalkyle Ammoniak (Laborgas) Ammoniumnitrat Anilin Brennbare Flüssigkeiten Brom Chlor Chlorate Chrom(VI)-oxid Cumolhydroperoxid Cyanide Essigsäure Fluor Fluorwasserstoff Iod Kalium Kaliumchlorat Kaliumperchlorat Kaliumpermanganat Kohlenwasserstoffe (Butan, Propan, Benzol etc.) Kupfer Natrium Natriumperoxid Oxalsäure Perchlorsäure Phosphor Quecksilber Salpetersäure, konzentriert Schwefelsäure Schwefelwasserstoff Silber Wasserstoffperoxid

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Acetylen, Wasserstoffperoxid siehe Alkalimetalle Methanol, Ethanol, Eisessig, Essigsäureanhydrid, Benzaldehyd, Schwefelkohlenstoff, Glycerin, Ethylenglycol, Ethylacetat, Methylacetat, Furfurol Silber, Quecksilber Essigsäureanhydrid, Wismut und -Legierungen, Alkohole, Papier, Holz Schwefel, sauerstoffhaltige Verbindungen z,B, Chlorate Acetylen, Ammoniak Essigsäure, Anilin, Chrom(VI)-oxid, Blausäure, Schwefelwasserstoff, brennbare Flüssigkeiten und Gase Kaliumchlorat, Kaliumperchlorat, Kaliumpermanganat Salpetersäure rauchend, oxidierende Gase Acetylen, Oxalsäure, Weinsäure, Ammoniumverbindungen Kupfer, Chrom, Eisen, Metalle und Metallsalze, Alkohole, Aceton, organische Substanzen, Anilin, Nitromethan, brennbare Stoffe (fest oder flüssig)

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Aminosäuren Robert Bruce Merrifield (1921 – 2006) war amerikanischer Chemiker, der 1984 den Nobelpreis in Chemie erhielt. Er entwickelte ein Verfahren zur Synthese von Proteinen und Peptiden aus einzelnen Aminosäuren an einer festen Phase. Bei der Synthese wird ein Ende an eine feste Matrix gekoppelt und am anderen Ende werden die Aminosäuren schrittweise hinzugefügt. © 2013 AppliChem • chem_is_try

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Aminosäuren: Proteinogene und nicht-proteinogene Aminosäuren Die Bausteine aller Eiweißstoffe sind die a-Aminosäuren. In ihnen sind um ein zentrales a-Kohlenstoffatom tetraedrisch eine Carboxylgruppe COOH, eine Aminogruppe NH2, ein Wasserstoffatom H und ein Rest R angeordnet (Abb. links). Alle Aminosäuren mit Ausnahme des Glycins (hier ist R = H) besitzen solch ein asymmetrisches Kohlenstoffatom und sind deshalb chirale (aus dem Griechischen: händig) Moleküle. Als Folge dieser Händigkeit treten sie als zwei Enantiomere auf, die sich in der räumlichen Anordnung der Substituenten wie Bild und Spiegelbild verhalten. Die beiden spiegelbildlichen Formen werden mit D und L gekennzeichnet. Alle Proteine sind aus L-Aminosäuren aufgebaut. In der Formelschreibweise nach Fischer werden die a-Aminosäuren ohne Berücksichtigung der räumlichen Lage in der Ebene dargestellt und zwar so, dass die Carboxlgruppe oben und der Rest unten, also die Kohlenstoffkette senkrecht steht. Die NH2-Gruppe steht dann bei den L-Aminosäuren links, rechts bei den D-Aminosäuren.

Neutrale L-Aminosäuren Die in den Tabellen angegebenen Trivialnamen und die Drei- bzw. Einbuchstabensymbole für die Aminosäuren sind von der IUPAC empfohlen. Die verwendeten Formeln basieren auf den sog. CIP-Regeln (Cahn, Ingold, Prelog), nach denen Stereozentren mit R und S bezeichnet werden.

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Saure und basische L-Aminosäuren

Alle Aminosäuren liegen im Kristall und in neutraler, wässriger Lösung vorwiegend als innere Salze (Zwitterionen) vor, denn die basische Aminogruppe und die saure Carboxylgruppe neutralisieren sich annähernd. Das Gleichgewicht liegt also weitgehend auf der rechten Seite:

Saure bzw. basische Aminosäuren enthalten im Molekül eine weitere COOH- bzw. NH2-Gruppe und reagieren deshalb in wässriger Lösung sauer oder basisch.

In der Natur werden an den Ribosomen im Zuge der Translation nur die L-Aminosäuren in Proteine eingebaut. Daher spricht man auch von den proteinogenen Aminosäuren. Aber die Natur wäre nicht die Natur, wenn sie nicht auch andere Wege beschreiten würde. Verschiedene Mikroorganismen haben in einigen spezifischen Molekülen auch vereinzelt D-Aminosäuren eingebaut, die zur Gruppe der nicht-proteinogenen Aminosäuren gehören. Dazu zählen zum Beispiel einige Antibiotika (z.B. Gramicidin A, Valinomycin), aber auch in Zellwandkomponenten erscheinen D-Aminosäuren, wie D-Alanin. Die Bedeutung der D-Aminosäuren für die Mikroorganismen besteht wahrscheinlich darin, dass sie durch die weit verbreiteten Peptidasen / Proteasen, die nur L-Aminosäuren „erkennen“, nicht abgebaut werden können. Neben den bekannten chiralen proteinogenen L-Aminosäuren und deren entsprechenden D-Formen gibt es noch weitere Aminosäuren, die zu den nicht-proteinogenen Aminosäuren zählen oder die durch Veränderung (Modifikation) von proteinogenen Aminosäuren entstehen. Hier wäre zum Beispiel Hydroxyprolin zu nennen, das als hydroxyliertes Derivat des Prolins in der Kollagenfaser zu finden ist. g-Aminobuttersäure (GABA) fungiert im Körper als Neurotransmitter, ebenso © 2013 AppliChem • chem_is_try

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Dopamin. Ersteres entsteht durch Decarboxylierung aus Glutamat, letztere aus Tyrosin in zwei Schritten durch Einführen einer OH-Gruppe und einer Decarboxylierung (Abspaltung von -COOH). L-Ornithin, als weiteres Beispiel, entsteht aus L-Arginin im Harnstoffzyklus.

Die Peptidbindung Säureamide entstehen durch Umsetzung einer Säure mit Ammoniak oder primären und sekundären Aminen. Völlig analog kann man die Carboxylgruppe einer Aminosäure mit der Aminogruppe einer zweiten Aminosäure koppeln und gelangt ebenfalls zu einem Säureamid. Im Falle der Aminosäuren nennt man die Amidbindung Peptidbindung und das Reaktionprodukt Dipeptid. Im allgemeinen schreibt man eine Peptidkette so, dass die freie Aminogruppe links und die freie Carboxlgruppe rechts steht. Sie werden N-terminale bzw. C-terminale Aminosäuren genannt.

Die Vielfalt und Komplexität der Peptid- und Proteinstrukturen ist enorm. Bereits bei der Kombination von drei Aminosäuren lassen sich sechs verschiedene Tripeptide konstruieren, aus vier Aminosäuren resultieren 24 und aus acht 40320 Kombinationen.

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Aminosäuren – Übersicht Bezeichnung

b-Alanin L-Alanin L-Alanyl-L-glutamin (stabiles Glutamin) L-Arginin freie Base L-Arginin Hydrochlorid L-Asparagin Monohydrat L-Asparaginsäure L-Cystein L-Cystein Hydrochlorid Monohydrat L-Cystin (Dicystein) L-Glutamin L-Glutaminsäure Glycin L-Histidin freie Base L-Histidin Hydrochlorid Monohydrat L-Hydroxyprolin L-Isoleucin L-Leucin L-Lysin Monohydrat L-Lysin Hydrochlorid L-Methionin L-Ornithin Hydrochlorid L-Phenylalanin L-Prolin L-Serin L-Threonin L-Tryptophan L-Tyrosin L-Tyrosin Dinatriumsalz L-Valin

Dreibuchstabencode

Einbuchstabencode

Ala Ala-Gln

A

Arg

R

Asn

N

Asp Cys

D C

Gln Glu Gly His

Q E G H

Hyp Ile Leu Lys

I L K

Summenformel C3H7NO2 C3H7NO2 C8H15N3O4 C6H14N4O2 C6H14N4O2 . HCl C4H8N2O3 . H2O C4H7NO4 C3H7NO2S C3H7NO2S . HCl . H2O C6H12N2O4S2 C5H10N2O3 C5H9NO4 C2H5NO2 C6H9N3O2 C6H9N3O2 . HCl . H2O C5H9NO3 C6H13NO2 C6H13NO2 C6H14N2O2 . H2O C6H14N2O2 . HCl C5H11NO2S C5H12N2O2

Molekulargewicht 89,09 89,09 217,23

Löslichkeit g/L H2O (25°C) 545 (20°C) 166,5

Isoelektr. Punkt (pI)

pK1 (25°C)

pK2 (25°C)

6,00

3,60 2,35

10,19 9,87

174,20 210,66

150 900

10,76

2,18

9,09

150,14

30

2,02

8,80

133,10 121,16 175,64

4,5 (20°C) 280 650

2,77 5,05

1,88 1,71

3,65 8,33

240,30 146,15 147,13 75,07 155,16 209,63

0,11 42,5 86 8,64 41,9 400

4,80 5,65 3,22 5,97 7,59

1,04 2,17 2,19 2,35 1,78

2,1 9,13 4,25 9,78 5,97

131,13 131,17 131,17 164,21

361,1 41,2 24,26 300

5,83 5,98 6,02 9,74

1,82 2,32 2,36 2,20

9,65 9,76 9,60 8,90

182,65

420

149,21 168,62

33,81 100

5,74

2,28 1,94

9,21 8,65

Met

M

Phe Pro Ser Thr Trp Tyr Tyr

F P S T W Y Y

C9H11NO2 C5H9NO2 C3H7NO3 C4H9NO3 C11H12N2O2 C9H11NO3 C9H9NNa2O3

165,19 115,13 105,09 119,12 204,23 181,19 225,20

29,6 1623 50,23 90 11,36 0,45

5,48 6,30 5,68 5,60 5,89 5,66

2,20 1,99 2,21 2,15 2,38 2,20

9,31 10,60 9,15 9,12 9,39 9,11

Val

V

C5H11NO2

117,15

88,5

5,96

2,29

9,74

AppliChem bietet Aminosäuren in der Regel in drei unterschiedlichen Qualitäten an: 1. für die Zellkultur, 2. BioChemica und 3. reinst. Alle AppliChem Aminosäuren sind nicht-tierischen Ursprungs.

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Adolf Otto Reinhold Windaus (1876 – 1959) es gelang ihm, die engen Beziehungen zwischen dem Cholesterin und den Gallensäuren nachzuweisen. Windaus erhielt 1928 den Nobelpreis für Chemie „für seine Verdienste um die Erforschung des Aufbaus der Sterine und ihres Zusammenhanges mit den Vitaminen“

Lipide 42

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Die Bezeichnung Lipid stammt von dem griechischen Wort lipos („Fett“) ab. Im Deutschen werden im Allgemeinen unter „Fetten“ die Triglyceride verstanden (s.u.), per Definition nur eine von mehreren Unterklassen, der als Lipide bezeichneten Moleküle. Die charakteristische Eigenschaft aller Lipide ist deren vollständige oder fast vollständige Wasserunlöslichkeit.

Die Unterklassen der Lipide Bei Lipiden handelt es sich um organische Verbindungen, die sich bezüglich ihrer Struktur bzw. den darin enthaltenen chemischen Gruppen sehr unterscheiden können.

Fettsäuren Fettsäuren (Carbonsäuren) sind mehr oder weniger langkettige, in der Regel unverzweigte, Kohlenstoffketten mit einer Säurefunktion (Carboxylgruppe; -COOH). Wenn in den Kohlenstoffketten die maximale Zahl an Wasserstoffmolekülen gebunden ist, spricht man von gesättigten Fettsäuren. Durch das Auftreten einer Doppelbindung zwischen zwei Kohlenstoffatomen ist die Zahl der Wasserstoffatome zwangsläufig reduziert. Man nennt sie daher ungesättigt. Falls mehrere Doppelbindungen enthalten sind, spricht man von mehrfach ungesättigten Fettsäuren. Die ungesättigten Fettsäuren können nicht vom menschlichen Organismus hergestellt werden, müssen also mit der Nahrung aufgenommen werden. Man spricht daher von den essentiellen Fettsäuren.

Exkurs zur Wasser- bzw. Fettlöslichkeit Lipophilie, Lipophobie: Substanzen, die sich gut in Fett lösen, werden als lipophil bezeichnet. Das Wort leitet sich von den griechischen Wörtern lipos (Fett) und filos (Freund) ab. Die gegenteilige Eigenschaft, nämlich Fettunlöslichkeit (Lipophobie; lipophob), leitet sich von phobos (Angst) oder phob (abstoßend) ab. Übertragen auf die Wasserunlöslichkeit, also bezogen auf Wasser als Lösungsmittel, spricht man von Hydrophobie bzw. hydrophob (griech. hydor = Wasser) und Hydrophilie bzw. hydrophil für gut wasserlösliche Substanzen. Was bestimmt den Grad der Wasserbzw. Fettlöslichkeit? Der Grad der Wasserlöslichkeit oder Wassermischbarkeit wird dadurch bestimmt, wie stark die Teilchen mit den Wassermolekülen in Wechselwirkung treten können. Wassermoleküle sind stark polar, da sie aus den sehr unterschiedlich elektronegativen Elementen Wasserstoff und Sauerstoff bestehen. Der Wasserstoff ist „positiviert“, der Sauerstoff „negativiert“, was letztenendes einen Dipol ergibt.

©Thomas Splettstoesser

Lipide

Abb. Dipol des Wassers

Abb. Palmitinsäure (oben) und Linolsäure (unten)

Ionische Verbindungen sind die polarsten Verbindungen überhaupt, können also mit dem Wasser in eine sehr gute Wechselwirkung treten. Alkohole oder andere Verbindungen, die Wasserstoff an stark elektronegative Elemente gebunden enthalten, zeigen ebenfalls sehr gute Wechselwirkungen. Fette dagegen enthalten praktisch nur C-H-Bindungen. Da die Elektronegativitäten von C und H fast gleich sind, sind auch C-H-Bindungen annähernd neutral. Die Wechselwirkung mit Wasser geht also gegen null und es findet auch keine Mischung der Stoffe statt. Der Grad der Fettlöslichkeit erklärt sich genau umgekehrt. Je unpolarer ein Molekül ist, umso besser fettlöslich ist es.

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Exkurs zu ungesättigten Kohlenwasserstoffen und cis-/trans-Bindungen Was bedeutet in diesem Zusammenhang räumlich „gerade“ und „ungerade“? In gesättigten Kohlenwasserstoffen sind die 4 Bindungen, die der Kohlenstoff eingehen kann, räumlich in Form eines Tetraeders vorzustellen. Es bestehen zwischen den Kohlenstoff-Molekülen nur Einfachbindungen. So wird eine C-C Achse gebildet, die frei drehbar ist. Dadurch können sich unbegrenzt verschiedene Konformationen einstellen, eben auch eine gerade Kette. In ungesättigten Kohlenwasserstoffen können zwischen den C-Atomen, die nicht alle Bindungsstellen mit Wasserstoff-Molekülen besetzt haben, Doppelbindungen bestehen. Um eine Doppelbindung ist keine Drehung mehr möglich. Ein Kohlenstoff mit Doppelbindung nimmt auch nicht mehr die räumliche tetraedrische Struktur ein, sondern wird flach und liegt quasi mit den drei Substituenten in einer Ebene. Durch die fehlende Rotation können cis-/trans-Isomere entstehen. Wenn an einer Doppelbindung die beiden Substituenten (nicht die H-Atome!) zusammen auf der selben Seite stehen, spricht man von cis, wenn sie auf entgegengesetzten Seiten stehen, nennt man sie trans. Um es als Isomer zu bezeichnen, muss ansonsten natürlich die Summenformel gleich sein.

Fette und fette Öle Fette und fette Öle sind chemisch betrachtet Triglyceride oder genauer Triacylglyceride. Es handelt sich um Ester des Alkohols Glycerin mit unverzweigten aliphatischen Monocarbonsäuren (griech. aleiphar = fettig). Es sind Verbindungen aus der Tier- und Pflanzenwelt, die nicht mit den synthetisch hergestellten Ölen zu verwechseln sind. Zu letzteren zählen auch die Paraffine.

Abb. Grundstruktur Triglycerid

Die mit den drei OH-Gruppen des Glycerins veresterten Carbonsäuren sind in der Mehrzahl gesättigt. Palmitinsäure (C16) und Stearinsäure (C18) sind die verbreitetsten Carbonsäuren. Daneben treten eine Reihe von ungesättigten Carbonsäuren auf, z. B. die Ölsäure (C18) und die mehrfach ungesättigten Linol- und Linolensäure (beide C18). Je mehr ungesättigte Fettsäuren in den Fetten vorhanden sind, desto flüssiger sind sie, da sie sich räumlich nicht so dicht zusammenlagern können wie die geraden Ketten der gesättigten Carbonsäuren (siehe Exkurs zu ungesättigten Kohlenwasserstoffen).

Wachse Abb. Formelbild cis-/trans-Isomere

Abb. Wachs am Beispiel des Myricin

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Wachse sind Ester höherer Carbonsäuren mit höheren Alkoholen. Die Carbonsäuren der in der Natur vorkommenden Wachse enthalten 16 –36 Kohlenstoffatome, in der Regel mit einer geraden Kohlenstoffzahl. Da auch die mit den Carbonsäuren veresterten primären Alkohole ähnlich lange Kohlenstoffketten besitzen, sind Wachse bei Raumtemperatur relativ fest.

Phospholipide

Glycolipide

Phospholipide können in zwei Gruppen untergliedert werden. Die Glycerinphosphatide sind aus 4 Molekülsorten zusammengesetzt: 2 Fettsäuren, Glycerin, Phosphat und einem weiteren Molekül. Die mit dem Glycerinmolekül veresterten Fettsäuren und das Phosphat bilden das Grundgerüst (Phosphatidat). An dieses Gerüst ist über eine Phosphoesterbindung in der Natur meist Cholin, Ethanolamin, Serin oder Inosit gebunden. Sie sind Bestandteil der biologischen Membranen. Über die Anzahl und Art der ungesättigten Fettsäuren wird der „Flüssigkeitszustand“ der Membran geregelt.

Glycolipide sind nah verwandt mit den Sphingolipiden. Auch hier ist das Grundgerüst das Sphingosin, acyliert mit einer Fettsäure, aber statt des Phosphorylcholins sind dort ein oder mehrere Zucker gebunden. Die einfachsten Glycolipide sind die Cerebroside mit einem angekoppelten Glucoseoder Galactose-Molekül. Zu den Glycolipiden mit mehreren, zum Teil verzweigten, Zuckerketten zählen die Ganglioside. Darüber hinaus gibt es noch eine dritte Gruppe, die Sulfatide. Hier ist ein Sulfatrest an den Glycosylrest gebunden.

Lipopolysaccharide

Abb. Phosphatidat

Lipopolysaccharide (LPS) sind komplex aufgebaute Membrankomponenten der äußeren Hülle gramnegativer Bakterien. Sie bestehen aus dem Lipid A (die Fieber-auslösende Komponente = Endotoxin), der sogenannten Kernregion und einem Polysaccharid. Sie enthalten keine klassischen Phospholipid-Komponenten, sondern N-Acetylglucosamin, verestert mit Fettsäuren.

Isoprenoide Abb. Phosphatidylcholin

Sphingolipide sind auch Phospholipide, allerdings enthalten sie kein Glycerin. Dessen Stelle nimmt das Sphingosin ein, ein Aminoalkohol mit einer langen, ungesättigten Kohlenwasserstoffkette. Das Sphingolipid in Biomembranen ist das Sphingomyelin. Hier ist an die Aminogruppe des Sphingosins mittels Amidbindung mit einer Fettsäure verknüpft und die primäre Hydroxylgruppe mit Phosphorylcholin verestert.

Als Isoprenoide oder Terpenoide bezeichnet man Verbindungen, die aus Isopren-Einheiten aufgebaut sind. Isopren ist ein C5-Kohlenstoff-Molekül (2-Methyl-1,3-butadien). Dementsprechend sind die meisten Isoprenoide aus mehrbis vielfachen C5-Einheiten aufgebaut. Zwei Isopren-Einheiten bilden eine Terpen-Einheit (C10; Monoterpen). Die beiden wichtigsten Gruppen der Isoprenoide sind die Steroide (C30 = Triterpene) und die Carotinoide (C40 = Tetraterpene).

Abb. Sphingosin Abb. Isopren

Abb. Sphingomyelin

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Abb. Steroid-Grundgerüst

Abb. Cholesterin

Steroide: Die Grundstruktur der Steroide ist das SteranMolekül. Es besteht aus 4 miteinander verbundenen Kohlenstoffringen. Da die Steroide selten Vielfache von C5-Einheiten darstellen, sollten sie eigentlich nicht als „richtige“ Terpene bezeichnet werden. Da die Biosynthese aber über das Squalen verläuft, ist die Zuordnung durchaus korrekt. Wichtigstes und bekanntestes Steroid in Biomembranen von Eukaryonten (Ausnahme innere Membran der Mitochondrien) ist das Cholesterin. Es sorgt aufgrund seiner planaren Struktur bei entsprechender Menge für sehr starre Membranen und ist oft mit Fettsäuren verestert. Weitere bekannte Steroide sind die Geschlechtshormone Testosteron und Östrogen und die in der Fettverdauung wichtigen Gallensäuren, die aufgrund ihres amphiphilen Charakters besonders gut Fette lösen. Amphiphil (griech. amphi = zwischen, beide Richtungen) bedeutet, dass innerhalb eines Moleküles sowohl eine lipophile als auch eine hydrophile Gruppe vorhanden ist.

Abb. Durch UV-Licht wird der Ring B des Ergosterins geöffnet unter Entstehung des antirachitischen Vitamin D2

Carotinoide: Diese Gruppe von Molekülen wird in der Natur aus dem Lycopen abgeleitet. Es gibt zahlreiche Verbindungen mit unterschiedlicher Zahl an Doppelbindungen und Oxidationsprodukten. Die zahlreichen konjugierten Doppelbindungen sorgen für die gelb-orangene Farbe des Moleküls b-Carotin (Provitamin A). Dieses ist wiederum Ausgangsstoff für das Retinol, einer wichtigen Substanz des Sehvorganges beim Menschen. Zahlreiche Pflanzenfarbstoffe, auch die Xanthophylle sind der Gruppe der Carotinoide zuzuordnen.

Abb. beta-Carotin

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Gesättigte Fettsäuren Anzahl C-Atome

Trivialname

Formel

Schmelztemperatur

Chemischer Name

4

Buttersäure

C3H7COOH

−8°C

Butansäure

5

Valeriansäure

C4H9COOH

−35°C

Pentansäure

6

Capronsäure

C5H11COOH

−4°C

Hexansäure

7

Önanthsäure

C6H13COOH

−7,5°C

Heptansäure

8

Caprylsäure

C7H15COOH

17°C

Octansäure

9

Pelargonsäure

C8H17COOH

12,5°C

Nonansäure

10

Caprinsäure

C9H19COOH

31°C

Decansäure

12

Laurinsäure

C11H23COOH

43,2°C

Dodecansäure

14

Myristinsäure

C13H27COOH

53,9°C

Tetradecansäure

15

C14H29COOH

52,3°C

Pentadecansäure

16

Palmitinsäure

C15H31COOH

62,8°C

Hexadecansäure

17

Margarinsäure

C16H33COOH

61,3°C

Heptadecansäure

18

Stearinsäure

C17H35COOH

69,6°C

Octadecansäure

C18H37COOH

69,4°C

Nonadecansäure

75,4°C

Eicosan-/Icosansäure

19 20

Arachinsäure

C19H39COOH

22

Behensäure

C21H43COOH

Docosansäure

24

Lignocerinsäure

C23H47COOH

Tetracosansäure

26

Cerotinsäure

C25H51COOH

Hexacosansäure

28

Montansäure

C27H55COOH

Octacosansäure

30

Melissinsäure

C29H59COOH

Triacontansäure

C39H79COOH

Tetracontansäure

40

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Einfach ungesättigte Fettsäuren Anzahl Doppel- Trivialname C-Atome bindung

Formel

11 14 16 18 18 18 18 20 20 22 22 24

C10H19COOH C13H25COOH C15H29COOH C17H33COOH C17H33COOH C17H33COOH C17H33COOH C19H37COOH C19H37COOH C21H41COOH C21H41COOH C23H45COOH

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Undecylensäure Myristoleinsäure Palmitoleinsäure Petroselinsäure Ölsäure Elaidinsäure Vaccensäure Gadoleinsäure Icosensäure Cetoleinsäure Erucasäure Nervonsäure

Position Doppelbindung 10 9 9 6 9 9 11 9 11 11 13 15

SchmelzChemische Bezeichnung temperatur 24,5°C 1°C 30°C 16°C 44–51°C

16°C 33°C 42–43°C

(10Z)-Undeca-10-ensäure (9Z)-Tetradeca-9-ensäure (9Z)-Hexadeca-9-ensäure (6Z)-Octadeca-6-ensäure (9Z)-Octadeca-9-ensäure (9E)-Octadeca-9-ensäure (11E)-Octadeca-11-ensäure (9Z)-Eicosa-9-ensäure (11Z)-Eicosa-11-ensäure (11Z)-Docosa-11-ensäure (13Z)-Docosa-13-ensäure (15Z)-Tetracosa15-ensäure

Mehrfach ungesättigte Fettsäuren Anzahl Doppel- Trivialname C-Atome binddungen 18 2 Linolsäure

Formel C17H31COOH

Position Doppelbindung 9, 12

SchmelzChemische temperatur Bezeichnung −5°C

18

3

a-Linolensäure

C17H29COOH

9, 12, 15

−11°C

18

3

g-Linolensäure

C17H29COOH

6, 9, 12

−11°C

18

3

Calendulasäure

C17H29COOH

8, 10, 12

18

3

Punicinsäure

C17H29COOH

9, 11, 13

18

3

a-Eleostearinsäure

C17H29COOH

9, 11, 13

20

4

Arachidonsäure

C19H31COOH

5, 8, 11, 14

−49,5°C

20

5

Timnodonsäure

C19H29COOH

5, 8, 11, 14, 17

−54°C

22

5

Clupanodonsäure

C21H33COOH

7, 10, 13, 16, 19

22

6

Cervonsäure

C21H31COOH

4, 7, 10, 13, 16, 19

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(9Z,12Z)-Octadeca9,12-diensäure (9Z,12Z,15Z)-Octadeca9,12,15-triensäure (6Z,9Z,12Z)-Octadeca6,9,12-triensäure (8E,10E,12Z)-Octadeca8,10,12-triensäure (9Z,11E,13Z)-Octadeca9,11,13-triensäure (9Z,11E,13E)-Octadeca9,11,13-triensäure (5Z,8Z,11Z,14Z)Eicosa-5,8,11,14tetraensäure (5Z,8Z,11Z,14Z,17Z)Eicosa-5,8,11,14,17pentaensäure (7Z,10Z,13Z,16Z,19Z)Docosa-7,10,13,16,19pentaensäure (4Z,7Z,10Z,13Z,16Z,19Z)Docosa-4,7,10,13,16,19hexaensäure

Seifen Im Anschluss an die Lipide sollen die Seifen nicht unerwähnt bleiben, die mit den Lipiden durchaus chemisch verwandt sind. Wenn man Fette und fette Öle mit Alkalilaugen kocht, werden diese in Glycerin und fettsaures Alkali (Seife) gespalten. Seifen sind also Natrium- oder Kalium-Salze von Fettsäuren. Diese amphiphilen Moleküle mit einer langkettigen Fettsäure und einer Carboxylgruppe zählen zu den anionischen Tensiden. In wässriger Umgebung lagern sich die wasserabweisenden, hydrophoben Kohlenstoffketten zusammen und bilden sogenannte Mizellen. In diesen können z.B. Fette eingeschlossen werden. Die hydrophilen Carboxylgruppen bilden die dem Wasser zugewandte Oberfläche. In unpolaren Lösungmitteln würde die Mizellenstruktur genau umgekehrt vorliegen – die hydrophilen Strukturen innen und die lipophilen außen (inverse Mizelle). In sogenanntem harten Leitungswasser sind verhältnismäßig viele Calcium- und Magnesiumionen. Sie verdrängen die Natrium-/Kaliumionen und bilden unlösliche Kalkseifen, womit die „Waschkraft“ verloren geht.

Abb. Verseifung Fett zu Glycerin plus Seife

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Emil Fischer (1852 - 1919) gilt als Begründer der klassischen Organischen Chemie und erhielt 1902 den Nobelpreis für Chemie für bahnbrechende Arbeiten auf dem Gebiet der Zuckerchemie.

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Kohlenhydrate chem_is_try • AppliChem © 2013

Die Bezeichnung Kohlenhydrat leitet sich von der allgemeinen Formel Cx(H2O)y ab, also Kohlen(stoff)hydrat. Kohlenhydrate sind der Energielieferant für den Organismus. Aufgebaut werden sie von Pflanzen und Mikroorganismen, nicht aber von Tieren. Im täglichen Sprachgebrauch werden die Bezeichnungen Kohlenhydrat und Zucker häufig synonym verwendet. Bei Kohlenhydraten denken also viele zuerst an den Zucker (griech. sakcharon), der süß schmeckt. Die chemischen Verbindungen, die zu den Kohlenhydraten zählen, klingen aber alles andere als süß: Es sind Hydroxyaldehyde und Hydroxyketone. Kohlenhydrate sind als Verbindungen definiert, die eine Carbonyl- und mehrere Alkoholfunktionen enthalten, also Polyhydroxyaldehyde (Aldosen) und Polyhydroxyketone (Ketosen). Der Carbonylsauerstoff der Aldosen befindet sich in der Regel am endständigen C-Atom (C1). In Ketosen ist er meist am 2. C-Atom (C2) positioniert. Die einfachsten Vertreter dieser Gruppen sind Glycerinaldehyd und Dihydroxyaceton.

Bezifferung und D-/L-Konfiguration: Um sich die Struktur und Position von Gruppen in den Kohlenhydraten besser verdeutlichen zu können, wurden verschiedene Strukturformeln entwickelt. Die kettenförmige Strukturformel wurde zum Beispiel ursprünglich von Emil Fischer aufgestellt. Aldohexosen enthalten 4 asymmetrische C-Atome, Ketohexosen und Aldopentosen nur 3. Die Durchnummerierung der C-Atome beginnt bei der Aldehydgruppe (bei Aldosen), die im Formelbild oben angeordnet wird. Die Konfiguration der asymmetrischen C-Atome der Glucose leitet sich von der Weinsäure ab. Aus der Glucose lassen sich durch unterschiedliche Verfahren drei Weinsäuren darstellen: (+)-Weinsäure, (-)-Weinsäure und Meso-Weinsäure.

Abb. Die 3 Weinsäuren

Abb. Dihydroxyaceton (links) D(+)-Glycerinaldehyd (rechts)

In der Natur spielen die „5er“ und „6er“-Zucker (5 bzw. 6 Kohlenstoffatome) die größte Rolle. Entsprechend besitzen die Hexosen 1 Carbonyl- und 5 Alkoholgruppen und Pentosen 1 Carbonyl- und 4 Alkoholgruppen.

Die Konfigurationen dieser Weinsäuren stehen fest und werden auf das Glucose-Molekül übertragen. Durch diese Festlegung lässt sich auch die D- und L-Konfiguration der Zucker einfach ermitteln. Die asymmetrische Gruppe, die im Formelbild am weitesten unten angeordnet ist, bestimmt die D-/LKonfiguration. Alternativ kann man das kleinste Monosaccharid mit nur einem asymmetrischen C-Atom (C2) als Vorbild heranziehen. Im D-Glycerinaldehyd steht die OH-Gruppe rechts, im L-Glycerinaldehyd links.

Abb. D-/L-Glycerinaldehyd

Abb. von links: Aldohexose (Glucose) und Ketohexose (Fructose) und Aldopentose (Xylose)

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Das (R,S)-System nach Cahn, Ingold und Prelog: Dieses System wurde zur Erklärung der Konfiguration bzw. der Stellung von Substituenten an einem asymmetrischen CAtom entworfen. Substituenten werden gewertet und daraus eine Rangfolge abgeleitet. Zur Ermittlung der Konfigurationsbezeichnung R (lat. rectus = rechts) bzw. S (lat. sinister = links) wird der Substituent niedrigster Ordnung nach hinten orientiert. Jetzt stehen die drei anderen Substituenten wie an den Ecken eines Dreiecks nach vorne. Ergibt sich eine fallende Rangfolge der drei Substituenten von hoch nach niedrig im Uhrzeigersinn, handelt es sich um die Konfiguration R. Wird eine entgegen dem Uhrzeigersinn fallende Reihenfolge festgestellt, gilt die Konfigurationsbezeichnung S. Das einprägsamste Beispiel ist ein Kohlenstoffatom mit den Substituenten Wasserstoff, Iod, Chlor und Brom.

Abb. R-Form und S-Form mit H, I, Cl, Br-Atomen

Entscheidend für den Rang ist die Ordnungszahl des Atoms, das an das asymmetrische Kohlenstoff-Atom gebunden ist. Falls es sich um gleiche Atome handelt, werden die wiederum an dieses Atom gebundenen Atome mit einbezogen usw.

Abb. Reihenfolge von Seitengruppen mit Cl, OH, COOH Substituenten

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Monosaccharide, Disaccharide, Oligosaccharide und Polysaccharide: Bestehen Zucker nur aus einem Zuckermolekül, spricht man von „einfachen“ Zuckern oder Monosacchariden. Zucker, die aus 2 Einheiten bestehen, nennt man entsprechend Disaccharide usw. Wenn mehrere Zuckereinheiten aneinander gebunden auftreten spricht man von Oligosacchariden (griech. oligo = wenig). Handelt es sich um sehr große Saccharid-Verbindungen, werden diese als Polysaccharide (griech. poly = viel) bezeichnet. Oligosaccharide können aufgrund der vielen verschiedenen existierenden Monomere in enormer Variabilität auftreten. In der extrazellulären Matrix sind viele solcher OligosaccharidMoleküle an Membranbestandteile gekoppelt.

Einheit mono mono mono di

Bezeichnung Glucose Fructose Arabinose Saccharose

Synonym Traubenzucker Fruchtzucker Pectinose Sucrose, Rohrzucker Milchzucker

di di di tri

Lactose Cellobiose Maltose Raffinose

poly poly poly poly poly

Stärke Cellulose Chitin Glycogen Gummi arabicum

Malzzucker

Untereinheiten

FructoseGlucose Galactose-Glucose b-D-Glucose a-D-Glucose GalactoseGlucose-Fructose a-D-Glucose b-D-Glucose Acetylglucosamin a-D-Glucose L-Arabinose : D-Galactose : L-Rhamnose : D-Glucuronsäure 3:3:1:1

Abb. D(+)-Glucose, D(+)-Galactose, D(-)-Fructose

Die Ringform: Die oben erwähnten Zucker liegen weniger in der offenkettigen Form vor, als vielmehr in einer geschlossenen Ringform, die jedoch mit der offenkettigen Form im Gleichgewicht steht. Der Ringschluss kommt durch Bildung einer Sauerstoff-Brücke zustande. Dabei wird bei den Aldosen und Ketosen unter Wasserabspaltung die ringförmige Halbacetal-Form gebildet, im Fall der Glucose aus 5 C-Atomen und einem Sauerstoff-Atom.

Abb. Aldohexose (Aldehydform) – Aldopyranose (Halbacetalfrom)

Bei einem Ring bestehend aus 6 Atomen spricht man von Pyranosen (in Anlehung an Pyran), bei 5 Atomen von Furanosen (in Anlehnung an Furan).

Abb. Ketohexose (Ketoform) – Aldofuranose (Halbacetalfrom)

Eine hilfreiche Darstellung in Form planarer Ringe wurde von Haworth vorgeschlagen. Im Fall der Aldosen wird durch den Ringschluss das C1-Atom asymmetrisch. Weist die am C1Atom befindliche OH-Gruppe nach oben, d.h. liegt oberhalb der Ringebene, handelt es sich um das a-Isomer. Liegt sie entsprechend unterhalb der Ringebene, wird es b-Isomer genannt.

Abb. alpha-D-Glucose (Haworth-Projektion) und beta-DGlucose (Sesselform)

In der Realität ist der Glucose-Ring aber nicht planar. Die Kohlenstoffatome besitzen eine tetraedrische Konfiguration, die sich mittels der Sesselform gut darstellen lässt. In der energetisch günstigsten Konformation nehmen die Substituenten die größtmöglichen Abstände ein. Hier spricht man nicht von oberhalb bzw. unterhalb der Ringebene, sondern von äquatorialer (engl. equatorial) und axialer Position der Substituenten bezogen auf die Ringebene. Im Fall der Glucose ist die OH-Gruppe im a-Isomer äquatorial und im b-Isomer axial positioniert.

Abb. alpha-Form und beta-Form

Die Bedeutung der Kohlenhydrate Kohlenhydrate haben im lebenden Organismus viele Funktionen, aber zwei sind besonders hervorzuheben. Sie sind Energielieferant und in Pflanzen, Arthropoden (Gliederfüßler) und Mikroorganismen auch strukturgebende Komponenten (Cellulose, Chitin). Besonders Tiere sind auf die Zufuhr von Kohlenhydraten mit der Nahrung angewiesen, denn sie können die Kohlenhydrate nicht selber aufbauen. Sie beziehen einen Großteil ihrer Energie aus dem Abbau der Zucker, nutzen diese aber auch für die Umwandlung in andere kohlenhydrathaltige Substanzen. Bei Aufnahme „überflüssiger“ Kohlenhydrate, werden sie in Form von Glycogen als Reservestoff gespeichert. Pflanzen und Mikroorganismen bauen Kohlenhydrate hauptsächlich im Rahmen der Photosynthese auf. Überschüssige Substanz wird in Form von Stärke gespeichert, z.B. in den Knollen der Kartoffel, der Wurzel der Karotte oder im Korn der Getreide und Gräser. Außerdem sei noch die Ribose als wichtiger Baustein der Nukleinsäuren (DNA und RNA) zu erwähnen. In der DNA ist die 2-Deoxyribose und in der RNA die Ribose über einen Phosphatrest kettenförmig polymerisiert. An den Ribosebaustein ist N-glykosidisch die Pyrimidin- bzw. Purinbase gebunden.

Abb. D-Ribose und 2-Deoxyribose

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Nukleinsäuren James Dewey Watson (1928) entwickelte mit Francis Crick unter Einbeziehung der Ergebnisse der Röntgenstrukturanalyse von Rosalind Franklin und Maurice Wilkins das Doppelhelix-Modell der DNA. Watson, Crick und Wilkins erhielten dafür 1962 den Nobelpreis.

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Die Nukleobasen der DNA /RNA Code

Grundbaustein

Formel

M (g/mol)

Purine Adenin

A

C5H5N5

135,13

Guanin

G

C5H5N5O

151,13

Cytosin

C

C4H5N3O

111,10

Thymin

T

C5H6N2O2

126,11

Uracil

U

C4H4N2O2

112,09

Pyrimidine

2-Deoxy-b-D-Ribose

b-D-Ribose

Links: Nukleosid = Base (A, C, G, T, U) plus Pentose (Ribose = RNA; Deoxyribose = DNA)

Nukleosid (Cytidin)

Nukleotid (Cytidinmonophosphat)

Rechts: Nukleotid = Base (A, C, G, T, U) plus Pentose plus ein bis drei Phosphatreste (Ribose = RNA; Deoxyribose = DNA)

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Die RNA-Bausteine Code Base

Nukleosid

Nukleotid

A

Adenin

Adenosin

G

Guanin

Guanosin

C

Cytosin

Cytidin

U

Uracil

Uracil

Adenosinmonophosphat Adenosindiphosphat Adenosintriphosphat Guanosinmonophosphat Guanosindiphosphat Guanosintriphosphat Cytidinmonophosphat Cytidindiphosphat Cytidintriphosphat Uridinmonophosphat Uridindiphosphat Uridintriphosphat

*

AMP ADP ATP GMP GDP GTP CMP CDP CTP UMP UDP UTP

Formel des Nukleotids*

M (g/mol)

C10H14N5O7P C10H15N5O10P2 C10H16N5O13P3 C10H14N5O8P C10H15N5O11P2 C10H16N5O14P3 C9H14N3O8P C9H15N3O11P2 C9H16N3O14P3 C9H13N2O9P C9H14N2O12P2 C9H15N2O15P3

347,22 427,20 507,18 363,22 443,20 523,18 323,20 403,18 483,16 324,18 404,16 484,14

Hier sind die Formeln der Säuren der Nukleotide angegeben. In dieser Form werden die Nukleotide aber nicht hergestellt, sondern in verschiedenen Salzformen (z.B. Natriumsalze, Lithiumsalze) und mitunter als Hydrate. Dadurch verändert sich natürlich die Formel und das Molekulargewicht!

Die DNA-Bausteine Code Base

Nukleosid

Nukleotid

A

Adenin

Deoxyadenosin

G

Guanin

Deoxyguanosin

C

Cytosin

Deoxycytidin

T

Thymin

Deoxythymidin**

U

Uracil

Deoxyuridin***

Deoxyadenosinmonophosphat Deoxyadenosindiphosphat Deoxyadenosintriphosphat Deoxyguanosinmonophosphat Deoxyguanosindiphosphat Deoxyguanosintriphosphat Deoxycytidinmonophosphat Deoxycytidindiphosphat Deoxycytidintriphosphat Deoxythymidinmonophosphat Deoxythymidindiphosphat Deoxythymidintriphosphat Deoxyuridinmonophosphat Deoxyuridindiphosphat Deoxyuridintriphosphat

dAMP dADP dATP dGMP dGDP dGTP dCMP dCDP dCTP dTMP dTDP dTTP dUMP dUDP dUTP

Formel des Nukleotids*

M (g/mol)

C10H14N5O6P C10H15N5O9P2 C10H16N5O12P3 C10H14N5O7P C10H15N5O10P2 C10H16N5O13P3 C9H13N2O7P C9H14N2O10P2 C9H15N2O13P3 C10H15N2O8P C10H16N2O11P2 C10H17N2O14P3 C9H13N2O8P C9H14N2O11P2 C9H15N2O14P3

331,22 411,20 491,18 347,22 427,20 507,18 292,18 372,16 452,14 322,21 402,19 482,17 308,18 388,16 468,14

Im Englischen heißt die Vorsilbe „Deoxy“ und im Deutschen „Desoxy“. Die deutsche Schreibweise wird zunehmend durch die englische Schreibweise auch im Deutschen ersetzt! *

Hier sind die Formeln der Säuren der Nukleotide angegeben. In dieser Form werden die Nukleotide aber nicht hergestellt, sondern in verschiedenen Salzformen (z.B. Natriumsalze, Lithiumsalze) und mitunter als Hydrate. Dadurch verändert sich natürlich die Formel und das Molekulargewicht! ** Da Deoxythymidin nur in der Deoxy-Form vorkommt, wird häufig das „Deoxy-“ weggelassen! *** dUTP (2‘-Deoxyuridin-5‘-triphosphat) ist kein natürlicher DNA-Baustein und wird synthetisch hergestellt. Er kann anstelle von dTTP in PCR- und RT-PCR-Protokollen verwendet werden, um die Fortführung früherer Amplifikationen zu verhindern. Das Ersetzen von dTTP durch dUTP in der PCR führt zu Uracil-enthaltenden PCR-Produkten, die für die meisten Standardapplikationen geeignet sind. Das Enzym Uracil-DNA-Glykosylase, UDG (AppliChem-Bestellnummer A5234), kann dem PCR-Premix zugefügt werden, um Uracil aus jedem kontaminierenden PCR-Produkt herauszuschneiden und dadurch falsch Positive zu verhindern.

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Die Basenpaarungen in der DNA Die hohe Stabilität des DNA-Doppelstranges beruht auf dessen speziellen Aufbau. Zwei DNA-Stränge sind helikal in entgegengesetzter Richtung um eine gemeinsame Achse gewunden. Die Basen der Nukleotide liegen dabei im Inneren und sind durch das Zucker-Phosphat-Rückgrat nach außen geschützt. Es können aus sterischen Gründen nur Adenin mit Thymin bzw. Guanin mit Cytosin Paare bilden, also ein Purin und ein Pyrimidin. Für zwei Purine wäre nicht ausreichend Platz in der Helix, während zwei Pyrimidine zu weit voneinander entfernt wären, um Wasserstoffbrücken auszubilden. Durch die Wasserstoffbrücken, hier pinkfarben gekennzeichnet, werden die beiden Stränge miteinander verknüpft. Die Basenpaare haben eine planare Struktur und sind senkrecht zur Helixachse angeordnet. Sie bilden quasi einen großen Stapel, was die Stabilität weiter erhöht. DNA-Farbstoffe wie Ethidiumbromid oder Propidiumiodid können sich aufgrund ihrer ebenfalls flachen Struktur quasi in den Stapel hineinschieben (= interkalieren). Das erklärt die Mutagenität und Karzinogenität der Substanzen.

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Der genetische Code Erste Position (5‘-Ende) U

C

A

G

Zweite Position U C

A

G

Phenylalanin Phenylalanin Leucin Leucin Leucin Leucin Leucin Leucin Isoleucin Isoleucin Isoleucin Methionin Valin Valin Valin Valin

Tyrosin Tyrosin Stop Stop Histidin Histidin Glutamin Glutamin Asparagin Asparagin Lysin Lysin Asparaginsäure Asparaginsäure Glutaminsäure Glutaminsäure

Cystein Cystein Stop Tryptophan Arginin Arginin Arginin Arginin Serin Serin Arginin Arginin Glycin Glycin Glycin Glycin

Serin Serin Serin Serin Prolin Prolin Prolin Prolin Threonin Threonin Threonin Threonin Alanin Alanin Alanin Alanin

Dritte Position 3‘-Ende U C A G U C A G U C A G U C A G

Das Triplett AUG codiert für Methionin und dient zusätzlich als Startcodon der Translation. Die Tripletts UAA, UAG und UGA entsprechen Terminationssignalen (Stopcodons oder Nonsensecodons). Diese Codons tragen spezielle Namen: UAA = ochre (ockerfarben) und UAG = amber (bernsteinfarben) und UGA = opal (opalfarben). In der Wissenschaft beliebt man mitunter zu scherzen, denn diese Bezeichnung sind ein Wortspiel bezüglich des Namens des Entdeckers Harris Bernstein. Die dritte Position im genetischen Code ist häufig flexibel, kann schwanken (engl. to wobble), d.h. eine Änderung in dieser Position führt nicht zwangsläufig zum Einbau einer anderen Aminosäure in ein Protein. Bestehen für eine Aminosäure mehrere Codons, bezeichnet man diese auch als Synonyme. Beispiel: Für die Aminosäure Arginin gibt es 6 Synonyme (CGU CGC CGA CGG AGA AGG).

Informationen zur DNA-Menge in photometrischen Bestimmungen DNA hat ein Absorptionsmaxinum bei 260 nm. Das durchschnittliche Molekulargewicht eines Basenpaares beträgt 649 Da (oder g/mol). Eine Einheit A260 an doppelsträngiger DNA entspricht etwa 50 µg DNA, einzelsträngige DNA ca. 37 µg und einzelsträngige RNA ca. 40 µg.

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Nukleinsäure – Farbstoffe – Übersicht Art.-Nr. Bezeichnung A1398

Acridinorange

A6775

Azur B

A0740

Bisbenzimid H33258

A0741

Bisbenzimid H33342

A1001

DAPI

A1151

Ethidiumbromid

A0691

Kristallviolett

A2388 A1402

Malachitgrünoxalat Methylenblau

A1403

Methylgrün

A2189

Mithramycin A

A3918 A2261

Nilblau Propidiumiodid

A1406 A3944 A1400

Pyronin Y Silbernitrat Stains all

DNA-Farbkomplex dsDNA/RNA grüne Fluoreszenz; ssDNA/RNA rote Fluoreszenz

AT-reiche DNASequenzen, nicht interkalierend; keine RNA-Färbung; färbt nur vitale CHO-Zellen AT-reiche DNASequenzen, nicht interkalierend; färbt verschiedene vitale Zelltypen spez. Bindung an AT-Basenpaare; Interkalation in GC-Basenpaare; weißlich-blaue Fluoreszenz Interkalation, leuchtend orange DNA (purpurrot); Gegenfärbung mit Methylorange erhöht die Sensitivität auf 8 ng im Agarose-Gel DNA RNA-Färbung im sauren pH-Bereich spez. Bindung an AT-reiche Sequenzen; DNA (grün) Bindung an Guanin; DNA (grün)

DNA (blau) DNA-Interkalator; keine Aufnahme in lebende Zellen DNA/RNA (rot) DNA (braun) RNA (blau-violett) DNA (blau)

A3842

Toluidinblau

DNA blaugrün RNA violett

Anregung/ Emission 490 nm/ 525 nm

356 nm/ 458 nm

356 nm/ 418 nm

365 nm/ 450 nm

Empfohlene Konzentration ca. 13 µM (4 µg/ml)

0,5 % (wässrige Lösung) für Paraffinschnitte und gefrorene Proben Histochemie: 0,4 – 40 µg/ml; Elektrophorese: 1 µM Histochemie: 2 – 10 µM oder 1 µg/ml; Elektrophorese: 1 µM 1 – 5 µg/ml in MeOH (1:1000 Verdünnung)

366 nm

0,2 – 05, µg/ml

590 nm

1 µg/ml oder 0,001 % – 0,0025 % in Wasser (Methylorange 0,0005 %)

Stammlösung 1 mM in wässrigen Lösungen; +4°C

1 mM in wässrigen Lösungen; +4°C wässrige Lösungen

1 – 5 mg/ml in Wasser (unlöslich in PBS!) 10 mg/ml in Wasser; +4°C

626 nm

638 nm

445 nm/ 575 nm

0,2 % in 0,4 M NaOAc/ 0,4 M Essigsäure 1 µg/ml

5 –100 µg/ml

1 mg/ml in wässrigen Lösungen (z.B. Tris-HCl) mind. 1 Monat bei +4°C

1 µg/ml

+4°C oder RT

0,05 % RNA 0,005 % (l max. 600 nm) DNA (l max. 620 nm) l max.(H2O) 0,01 % 628 – 633 nm (wässrige Lösung) für Paraffinschnitte; 0,1 % für gefrorene Proben

0,1 % in Formamid; 5,6 mg in 50 % Dioxan; frisch ansetzen

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RNA K RNA gewinnt in der Forschung, gerade mit Blick auf medizinisch-therapeutische Anwendungen, an Bedeutung. Es konnten bestimmten RNA-Molekülen immer wieder neue Funktionalitäten/Aktivitäten zugewiesen werden. Diese Aufstellung verschafft einen Überblick:

mRNA

miRNA

Die messengerRNA (mRNA) ist sicher mit die bekannteste Klasse unter den RNA-Klassen. Die Größe ist sehr heterogen. Sie entsteht durch das Ablesen der DNA im Zuge der Transkription („Übersetzung“) durch die RNA-Polymerase. Die mRNA enthält die genetische Information für die Proteinbiosynthese an den Ribosomen.

MicroRNAs (miRNAs) sind kleine (~ 21–23 nt), einzelsträngige RNAs, die die Genexpression durch partielle, komplementäre Basenpaarung an spezifische mRNAs regulieren. Dieses „annealen“ hemmt die Proteintranslation und in einigen Fällen erleichtert es den mRNA-Abbau.

tRNA Die transferRNA ist ein wichtiges Molekül in der Proteinbiosynthese und ist mit nur 73 – 93 Nukleotiden relativ klein. Aminosäuren werden an die tRNA gekoppelt und diese dann an den Ribosomen zur Proteinkette miteinander verknüpft. Die Sekundärstruktur in Form eines „Kleeblattes“ ist charakteristisch für tRNA.

rRNA Ribosomale RNAs bilden zusammen mit den ribosomalen Proteinen die Ribosomen. In Prokaryonten sind drei Größen bekannt (2900 nt, 1500 nt, 120 nt), von denen jeweils ein Molekül pro Ribosom enthalten ist. Bei Eurkaryonten sind es derer 4 (4718 nt, 1874 nt, 160 nt, 120 nt). Die Größe wird auch entsprechend dem Sedimentationsverhalten bei Zentrifugation als 23 S, 16 S, 5 S (Prokaryonten) bzw. 28 S, 18 S, 5,8 S, 5 S (Eukaryonten) angegeben. S steht für den in Svedbergeinheiten angegebenen Sedimentationskoeffizient.

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siRNA Small interfering oder silencing RNAs (siRNAs) sind kleine (~ 20 –25 nt), doppelsträngige RNAs, die über den RNAInterferenzweg (RNAi) wirken, um mit der Expression eines spezifischen Gens, das komplementäre Sequenzen enthält, zu interferieren. RNAi kann die Expression durch Induktion des Abbaus der Ziel-RNA herunterregulieren, mit der Transkription interferieren oder epigenetische Änderungen des Gens induzieren.

esiRNA Bei den esiRNAs handelt es sich um siRNA-Moleküle die durch enzymatischen Verdau von langen doppelsträngigen RNAs entstehen. Es handelt sich also um ein „Kunstprodukt“.

lassen snoRNA Small nucleolar RNAs (snoRNAs) sind kleine (~ 70 –240 nt) RNAs, die die Methylierung oder Pseudouridylierung von ribosomalen RNAs und anderen RNAs lenken. SnoRNAs enthalten eine 10 –20 nt Antisense-Sequenz, die komplementär zur benachbarten Sequenz der Zielbase sind, die modifiziert werden soll.

long ncRNAs

tiRNA (2)

Long ncRNAs sind generell definiert als RNAs länger als 200 nt mit kleiner oder ohne Protein-kodierender Kapazität. Long ncRNAs können die Genexpression durch verschiedene Mechanismen regulieren.

Eine weitere Klasse von kleinen, nicht-kodierenden RNAs wird mit tiRNAs abgekürzt: transcription initiation RNAs. Ihnen wird eine wichtige Rolle bei der RNA-gesteuerten eukaryontischen Expressionkontrolle zugeschrieben. Sie sind im Zellkern lokalisiert und nur 18 Nukleotide groß. Sie werden aus Sequenzen, die direkt unterhalb der Transkriptionsstartstelle der RNA-Polymerase II liegen, erzeugt. tiRNAs werden üblicherweise an den CCCTC-bindenden Faktoren (CTCF) Bindungsstellen im humanen Genom gefunden.

piRNAs Piwi-interacting RNA (piRNA) sind kleine (27–30 nt) RNAs, die spezifisch in der Keimbahn von Drosophila und Vertebraten exprimiert werden. piRNAs interagieren mit PiwiProteinen, um Chromatin-Modifikationen und die Abschaltung von Transposons zu steuern.

tiRNA (1) Die Bildung von tiRNAs (tRNA-derived, stress-induced small RNAs) wurde im Zusammenhang mit Stress in der Zelle oder z.B. Aminosäure-Mangel beobachtet. Sie entstehen aus unbeladenen tRNAs durch Spaltung in der Anticodon-Schleife mittels spezifischer Endonukleasen (Angiogenin). Es konnte nachgewiesen werden, dass tiRNAs die Translation hemmen.

Riboswitches Ein „riboswitch“ ist ein Teil einer RNA, der an kleine Ligandenmoleküle bindet, wie Aminosäuren oder Kofaktoren. Er verursacht strukturelle Veränderungen, die die Funktion oder Expression von RNA ändert, wie zum Beispiel Modifikation von pre-mRNA-Splicing oder mRNA-Translation. Die meisten bekannten „riboswitches“ treten in Bakterien auf, wurden aber auch in Eukaryonten entdeckt. übernommen und abgeändert von Dinger, M.E. et al. (2008) J. Mol. Endocrinol. 40, 151–159

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Norman E. Good (1917 – 1992) entwickelte zwitterionische Puffer, die für biochemische Reaktionen geeignet sind. Voraussetzung dafür ist zum Beispiel keine Interaktion mit dem Testsystem, nicht Membran-permeabel, pKa-Wert im neutralen Bereich, Stabilität, niedrige Ionenstärke.

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Puffer

Die Alleskönner Biologische Puffer – wichtiger Bestandteil jeden Experimentes

Das Pufferkonzept

Viele biochemische Prozesse werden bereits durch kleine Änderungen in der Konzentration freier H+-Ionen stark beeinträchtigt. Deshalb ist es meistens notwendig, die H+-Konzentration in vitro durch Zugabe eines geeigneten Puffers zum Medium zu stabilisieren, ohne jedoch die Funktion des zu untersuchenden Systems zu beeinflussen. Ein Puffer hält den pH-Wert einer Lösung konstant, indem er Protonen aufnimmt, die in Reaktionen freigesetzt werden, bzw. Protonen abgibt, wenn sie in anderen Reaktionen verbraucht werden. Die Beobachtung, dass teilweise neutralisierte Lösungen schwacher Säuren oder Basen bei Zugabe kleiner Mengen starker Säuren oder Basen resistent gegen Änderungen des pH-Wertes sind, hat zu dem Konzept des „Puffers“ geführt. Die Pufferkapazität

Puffer bestehen aus einer Säure und ihrer konjugierten Base. Die Qualität eines Puffers hängt von seiner Pufferkapazität ab, d.h. der Resistenz gegen Schwankungen des pH-Wertes bei Zugabe starker Säuren bzw. Basen. Mit anderen Worten: Die Pufferkapazität entspricht der Menge an H+- oder OH–-Ionen, die durch den Puffer neutralisiert werden können. Die Pufferkapazität steht in Beziehung mit der Pufferkonzentration. Die Kurve, die die Abhängigkeit des pH-Wertes von der H+-/OH–-Zugabe wiedergibt, nennt man Titrationskurve. Der Wendepunkt der Kurve entspricht dem pKa-Wert. Die Pufferkapazität ist dabei am pKa-Wert am höchsten. Dieser Punkt entspricht also dem Mittelpunkt des pH-Bereiches, der durch den Puffer abgedeckt wird. Hier ist die Konzentration von Säure und Base gleich. In der Nachbarschaft dieses pHBereiches bewirken also relativ große H+/OH–-Mengen nur kleine pH-Änderungen. Prinzipiell gilt, dass ein Puffer eine pH-Einheit oberhalb bzw. unterhalb des pKa-Wertes soviel an Pufferkapazität verliert, dass er keine wesentliche Pufferfunktion mehr ausübt. Wenn die Henderson-Hasselbalch-Gleichung pH = pKa + log [A–]/[HA]

für die Berechnung des pH-Wertes einer Lösung schwacher Säuren bzw. Basen zugrunde gelegt wird, müssen bei Arbeiten im pH-Bereich unterhalb von 3,0 und oberhalb von 11,0 außerdem die Ionen des Wassers berücksichtigt werden. Die meisten biochemischen Reaktionen laufen jedoch im pH-Bereich zwischen 6,0 und 10,0 ab. Der pH-Wert

Auch in ultrareinem Wasser kann man eine Leitfähigkeit feststellen, die durch OH–- und H3O+-Ionen aus der Autoprotolyse des Wasser verursacht wird. Diese Eigendissoziation des Wassers ist eine Gleichgewichtsreaktion und das Produkt aus den Konzentrationen der beiden Ionen stellt eine Konstante dar: K = [H3O+] x [OH–]

Ihr Wert ist nur von der Temperatur abhängig und beträgt bei reinem Wasser und 22°C 10–14. Je nachdem welche der beiden Ionen in einer Lösung überwiegt, spricht man von sauren oder basischen Lösungen. Um dies mit einem einfachen Zahlenwert zu beschreiben, hat man den negativen Exponenten der leicht messbaren Hydroniumionenkonzentration [H3O+] gewählt. Diesen dimensionslosen Zahlenwert nennt man pH-Wert. Man kann den pH-Wert auch als den negativen, dekadischen Logarithmus der Hydroniumionenkonzentration einer Lösung beschreiben: pH = – log [H3O+]

Bei reinem Wasser beträgt die Hydroniumionenkonzentration 10–7 mol/L, wie man aus der oben beschriebenen Gleichung für das Ionenprodukt ableiten kann. Der pH-Wert beträgt also 7. In einer sauren Lösung ist die Konzentration der H3O+-Ionen erhöht (z.B. von 10–7 mol/L nach 10–2 mol/L) und der pHWert damit < 7. In einer basischen Lösung ist die Hydroniumionenkonzentration verringert und der pH-Wert dadurch > 7. © 2013 AppliChem • chem_is_try

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Der pKa-Wert

Um den pH-Wert einer Lösung zu verändern, löst man Stoffe, die in der Lage sind H+-Ionen an das Wasser abzugeben (Säuren) und die H3O+-Ionenkonzentration damit zu erhöhen und den pH-Wert zu senken oder durch die Aufnahme von H+-Ionen (Basen) die H3O+-Ionenkonzentration zu senken und damit den pH-Wert zu erhöhen. Wie überall in der Chemie ist auch diese Reaktion eine Gleichgewichtsreaktion. Wie sehr ein Stoff in der Lage ist, dieses Gleichgewicht zur einen oder anderen Seite zu verschieben, wird durch die Säurestärke beschrieben. Sie berechnet sich aus der Gleichgewichtskonstanten K = [A–] x [H3O+]/[HA]

als deren negativen dekadischen Logarithmus und wird analog zum pH-Wert, pKa-Wert genannt. Der pKa-Wert ist also eine einfache Maßzahl für die Säurestärke eines Stoffes. So hat Salzsäure als eine der stärksten Säuren einen pKa von –6 und alle HCl-Moleküle bilden mit Wasser Hydroniumionen. Bei einer schwachen Säure wie Essigsäure errechnet sich nur noch ein pKa von 4,75 (d.h. nur sehr wenige Moleküle bilden ein H3O+ und ein CH3COO–-Ion) und beim bereits basisch wirkenden HPO42–-Ion ein pKa-Wert von 12,32. Biologische Puffer

Ursprünglich wurden verschiedene anorganische Substanzen als Puffer verwendet (z.B. Phosphat, Cacodylat, Borat, Bicarbonat u.a.), die später durch schwache organische Säuren ergänzt wurden. Viele dieser Puffersubstanzen haben aber den Nachteil, dass sie nicht inert sind und das zu untersuchende System nachhaltig beeinflussen (z.B. Hemmung von Enzymen, Wechselwirkungen mit Enzymsubstraten usw.). Die meisten der heute verwendeten biologischen Puffer wurden von N.E. Good und seinen Mitarbeitern entwickelt (Good et al. 1966, Good & Izawa 1972, Ferguson et al. 1980; „GoodPuffer“). Es handelt sich hierbei um N-substituierte Taurinoder Glycin-Puffer. Diese zwitterionischen Puffer erfüllen die meisten der Kriterien, die ein biologischer Puffer erfüllen muss. Meistens werden in Experimenten bereits publizierte Puffersysteme übernommen, um einen direkten Vergleich der Resultate zu ermöglichen. Es zeigt sich dabei immer wieder, dass die Konditionen in Experimenten, auch in Standard-Testsystemen, optimiert werden können (Spektrophotometrische Überprüfung der Reinheit von Nukleinsäuren: Wilfinger et al. 1997, pK-Matched Running Buffers for Gel Electrophoresis: Liu et al. 1999, Puffereffekte auf die EcoR__V-Kinetiken: Wenner & Bloomfield 1999). 64

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Anforderungen an biologische Puffer Die wichtigsten Eigenschaften von Puffern im Überblick (nach Good & -Izawa 1972, Scopes 1994): 1. Löslichkeit 2. Permeabilität durch biologische Membranen 3. pKa-Wert im Mittelpunkt des Bereiches des Testsystems 4. Änderungen des pKa-Wertes in Abhängigkeit von der Temperatur 5. Änderungen des pKa-Wertes in Abhängigkeit von der Verdünnung 6. Interaktion mit anderen Komponenten (z.B. Metallionen, Enzyme) 7. UV-Absorption 8. ungiftig 9. Kosten

Löslichkeit

1

Der Puffer soll eine hohe Wasserlöslichkeit und geringe Löslichkeit in anderen Lösungsmitteln besitzen. Je höher die Wasserlöslichkeit ist, desto einfacher ist die Herstellung konzentrierter Stammlösungen (häufig 10X, 50X oder 100X Stammlösungen). Der pH-Wert von konzentrierten Stammlösungen kann sich bei Verdünnungen ändern. Zum Beispiel steigt der pH-Wert eines 100 mM Natriumphosphat-Puffers von 6,7 auf 6,9 bei 10facher Verdünnung und auf 7,0 bei 100facher Verdünnung (Tipton & Dixon 1979). Der pH-Wert einer Tris-Lösung fällt um 0,1 pH-Einheit pro 10fache Verdünnung. Permeabilität

2

Der Puffer sollte nicht durch biologische Membranen permeieren, um eine Konzentrierung innerhalb der Zelle/Organelle zu verhindern. Tris ist relativ gut fettlöslich und kann daher durch Membranen gelangen. Dies erklärt auch seine Toxizität für viele Säugerzellen in Kultur. Ionenstärke

3

Der Puffer soll die Ionenstärke des Systems möglichst nicht verändern. Die physiologische Ionenstärke liegt bei

100 – 200 mM KCl oder NaCl. Besonders bei der Untersuchung von enzymatischen Reaktionen kann diese eine große Rolle spielen, denn die Ionenstärke der Lösung ist ein Maß für das Ionen-Milieu, das auch die katalytische Aktivität eines Enzymes beeinflussen kann. Die Protonierung und Deprotonierung in Abhängigkeit von der Ionenzusammensetzung des umgebenden Mediums im Reaktionsansatz beeinflusst die Bindung und Umsetzung eines Enzymsubstrates durch ein Enzym. Sowohl die Aminosäurereste in Proteinen, die mit dem Substrat in Wechselwirkung treten, als auch das Substrat werden in veränderter protonierter bzw. deprotonierter Form unter unphysiologischen Bedingungen nicht mehr so in Wechselwirkung treten können, wie unter physiologischen Bedingungen (Ellis & Morrison 1982). Phosphat-Puffer steuern z.B. bei pH 7,5 ca. 7x mehr Ionen dem Medium bei als der zwitterionische Tricin-Puffer bei gleichem pH-Wert (Good & Izawa 1972). Die Tris-Puffer für die Herstellung des Trennund Sammelgeles für SDS-PAGE werden aus Gründen der Ionenstärke mit Tris-Base und HCl hergestellt. Bei Verwendung von Tris-HCl und Einstellung des pH-Wertes mit NaOH, bildet sich NaCl, womit sich die Salzkonzentration in einem Maß erhöht, dass Proteine anormal wandern und diffuse Banden ergeben (Ausubel et al. 1995).

Inerte Substanzen

6

Der Puffer sollte weder enzymatischen noch nicht enzymatischen Veränderungen unterliegen, d.h. kein Enzymsubstrat/inhibitor sein oder mit Metaboliten oder anderen Komponenten reagieren. Der Puffer soll also inert sein. Phosphat oder Pyrophosphat sind sowohl Substrate als auch Inhibitoren verschiedener enzymatischer Reaktionen (Hemmung der Carboxypeptidase, Urease, verschiedene Kinasen, verschiedene Dehydrogenasen). Borat bildet kovalente Komplexe mit Mono-/Oligosacchariden, Ribose-Untereinheiten von Nukleinsäuren, Glycerin oder Pyridin-Nukleotiden. Bicarbonat steht mit CO2 im Gleichgewicht und erfordert deshalb ein geschlossenes System. Tris und andere primäre Amine können SchiffBasen mit Aldehyden und Ketonen bilden. Außerdem stören sie den Bradford-Proteinnachweis (z.B. Tris und Glycin). Tricin wird durch Flavine photooxidiert, so dass Tageslicht ausreicht, um die Aktivität von Flavinenzymen zu reduzieren. HEPES, HEPPS und Bicin stören den Lowry (Folin)-Proteinnachweis. Puffer, die chemisch auf dem Piperazin-Ring basieren, können unter bestimmten Umständen Radikale bilden (s.u.).

UV-Absorption Abhängigkeit des pKa-Wertes

4 Der pK -Wert eines Puffers soll nur so gering wie möga

lich durch die Pufferkonzentration, die Temperatur und die Ionenzusammensetzung des Mediums beeinflusst werden. Zu den Puffern mit Temperatur-sensitiven pKa-Werten zählen z.B. die Amin-Puffer, während Carboxylsäure-Puffer generell weniger sensitiv auf Temperaturschwankungen reagieren. Der pH-Wert einer Tris-Lösung, die bei Raumtemperatur auf 7,8 eingestellt wurde, beträgt bei 0°C 8,4 und bei 37°C 7,4.

Komplex-Bildung

5

Wenn ein Puffer Komplexe mit Metallionen bildet, werden Protonen freigesetzt, das ein Absinken des pH-Wertes zur Folge hat. Das größere Problem ist dabei aber meist die Bildung unlöslicher Präzipitate. Falls Enzyme die Metallionen für ihre Aktivität brauchen, würden sie gehemmt werden. Komplexe sollten also löslich und die Bindungskonstante bekannt sein. Phosphate bilden zum Beispiel unlösliche Salze mit zweiwertigen Metallen und fallen aus. Phosphat-gepufferte Salzlösung (PBS) wird deshalb nie mit Ca2+ und Mg2+ autoklaviert. Good-Puffer wie PIPES, TES, HEPES und CAPS besitzen sehr niedrige Metallbindungskonstanten und sind daher besonders für die Untersuchung von Metall-abhängigen Enzymen geeignet (Good & Izawa 1972, Blanchard 1984).

7

Puffer sollen kein Licht der Wellenlängen größer als 230 nm absorbieren, da viele spektrophotometrische Untersuchungen in diesem Bereich erfolgen (Konzentrationsbestimmungen von DNA, RNA und Proteinen). ADA hat zum Beispiel eine Absorption von 0,1 bei 260 nm. Wenn Puffer bei photometrischen Nachweisen stören, sollten sie neutralisiert werden oder auf das pH-Optimum des Testsystems eingestellt werden (Lowry pH 10; BCA pH 11; Bradford pH 1; kolloidales Gold pH 3). Falls das nicht möglich ist, können Proteine z.B. mit Trichloressigsäure, Perchlorsäure oder Aceton gefällt und anschließend in einem störungsfreien Lösungsmittel wieder gelöst werden. Reinheit – einfache Herstellung

8

Die Puffer sollten möglichst einfach herzustellen und zu reinigen sein. Die Reinheit spielt eine große Rolle, da Verunreinigungen (z.B. Schwermetalle) sensitive biologische Systeme leicht stören können. Kosten

9

Bei der Aufreinigung von Proteinen werden im Rahmen von Zentrifugationen, Chromatographie-Schritten oder Dialyse oft große Puffermengen benötigt. Die Kosten für Materialien beeinflussen daher die Planung eines Experimentes. © 2013 AppliChem • chem_is_try

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Hinweise zur Einstellung des pH-Wertes eines Puffers Temperatur Der pH-Wert eines Puffers kann sich je nach Puffersubstanz in Abhängigkeit der Temperatur ändern. Es empfiehlt sich daher den pH-Wert möglichst bei der Temperatur einzustellen, bei der später gearbeitet werden soll. In den meisten tierischen Zellen liegt der physiologische pH-Wert bei 37°C im Bereich von pH 7,0 – 7,5. Ein besonders stark temperaturabhängiger Puffer ist das Tris (s.o.). Eingestellt auf 7,5 bei 37°C steigt er temperaturabhängig im Testsystem bei 0°C auf ca. 8,5. Bei 0°C wird häufig mit Zellextrakten in vitro gearbeitet (Scopes, 1994). Good-Puffer sind generell gering temperatursensitiv, Carboxylsäure-Puffer (Citrat, Format, Succinat) sogar noch weniger. Für die praktische Arbeit bedeutet das, dass der einzustellende Puffer auf die entsprechende Temperatur gebracht (Scopes 1994, Kapitel 12.3) und die pH-Elektrode entsprechend bei der Arbeitstemperatur geeicht werden sollte. Viele pH-Meter haben heute eine Funktion integriert, die ein Einstellen des pH-Wertes bei Raumtemperatur für abweichende Arbeitstemperaturen (z.B. +4°C oder +37°C) zulässt. Eine Einschränkung erfährt diese Vorgehensweise jedoch dadurch, dass der dpKa/dT-Wert, d.h. der Wert für die Änderung des pKa-Wertes (dpKa) in Abhängigkeit von der Temperaturänderung (dT), nicht für alle Puffer gleich ist. Zum Beispiel ändert sich der pKa-Wert des Tris bei Erhöhung um 1°C um 0,028 Einheiten und der des HEPES nur um 0,014 Einheiten. Ungenauigkeiten sind bei diesem Verfahren unvermeidlich, da diese Werte eigentlich vom pH-Meter berücksichtigt werden müssten. Titration Der pH-Wert wird in der Regel mit NaOH/KOH bzw. HCl eingestellt. Bei langsamer Zugabe der Säure oder Lauge unter starkem Rühren wird verhindert, dass lokal eine hohe Konzentrationen an H+- bzw. OH–-Ionen auftritt. Andernfalls können Puffersubstanzen chemisch so verändert werden, dass sie inaktiviert werden oder in modifizierter Form hemmend wirken können (Ellis & Morrison 1982). Wenn von einem Puffer die protonierte (Säure) und nichtprotonierte (Base) Form zur Verfügung stehen, kann der pH-Wert auch durch Mischen der beiden Substanzen eingestellt werden. Falls monovalente Kationen stören oder untersucht werden sollen, kann der pH-Wert mit Tetramethyl- oder Tetraethyl-ammonium-Hydroxid eingestellt werden. Anstelle von HCl können Acetat, Sulfat oder Glutamat verwendet werden, wobei besonders hier die Gefahr der Beeinflussung eines Enzyms besteht. Ionenstärke Wie bei der Einstellung des pH-Wertes, sollte auch bei der Wahl des Elektrolytes für die Einstellung der Ionenstärke der Pufferlösung (falls notwendig) vorgegangen

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werden, da sie in Abhängigkeit des verwendeten Elektrolyts steigt. Die Salze des Tetramethyl- bzw. Tetraethylammonium sind zum Einstellen der Ionenstärke geeignet, da die großen Kationen schlechter mit den negativen Ladungen der Enzyme interagieren können. Acetat als großes Anion interagiert seinerseits schlecht mit den Alkalimetallen (Ellis & Morrison 1982). Am folgenden Beispiel des Puffers Triethanolamin (20 mM, pH 7,5) soll verdeutlicht werden, wie das unterschiedliche Ansetzen eines Puffers Einfluss auf die Ionenstärke (I) nimmt. Wenn 20 mM Triethanolamin mit HCl auf den pH-Wert 7,5 eingestellt wird, ergibt sich eine Ionenstärke von I = 0,012. Es liegen die Ionen H-Triethanolamin+ und Cl– vor. Andererseits, wenn man 20 mM Triethanolamin-Hydrochlorid mit NaOH auf den pHWert 7,5 einstellt, erhält man eine Ionenstärke von I = 0,020, da die Pufferlösung auch 8 mM NaCl enthält (Scopes 1994). Als weiteres Beispiel sei nochmals der Elektrophoresepuffer für SDS-PAGE erwähnt, der aus Tris-Base mit HCl und nicht aus Tris-Hydrochlorid und NaOH hergestellt wird (Ausubel et al. 1995).

Pufferzusätze Werden andere Komponenten zum Puffer zugegeben (z.B. EDTA, DTT, Mg2+), ist mit Änderungen des pH-Wertes zu rechnen, weshalb er nachgemessen werden sollte. In der lebenden Zelle wird insbesondere durch Glutathion die Oxidation von Proteinen durch verschiedene Substanzen verhindert. Bei Aufschluss von Zellen muss deshalb in der Regel ein reduzierendes Agens, bMercaptoethanol (5 – 20 mM) oder DTT (1 – 5 mM), zugegeben werden. Bereits 24 Stunden nach Zugabe zum Puffer ist b-Mercaptoethanol oxidiert. Es empfiehlt sich daher diese Substanz nur während der Aufarbeitung von Proteinen in den Puffer einzuschließen und für längere Lagerung des Proteins auf DTT zurückzugreifen. Um das Wachstum von Bakterien oder Pilzen zu verhindern, besonders in Puffern im Bereich pH 6,0 – 8,0, empfiehlt sich eine Sterilfiltration (0,22 µm) bzw. die Zugabe von 0,02 % (3 mM) Natriumazid. Letzteres wird bei Zugabe zu konzentrierten Stammlösungen im Zuge der Verdünnung zur Arbeitskonzentration ebenfalls so stark verdünnt, dass es in der Regel nicht mehr stört.

pH-Meter-Kontrolle Bei der Einstellung des pH-Wertes eines Puffers stehen heute in der Regel akkurate pH-Meter mit digitaler Anzeige zur Verfügung. Das pH-Meter wird mit zwei pH-Standards kalibriert, die den Bereich des einzustellenden Puffers einschließen. Falls Zweifel an der Messgenauigkeit bestehen, kann dies einfach durch Standardisieren des pH-Meters mit einem 50 mM Phosphat-Puffer erfolgen, der dann 10fach verdünnt wird. Der pH-Wert sollte jetzt um 0,2 pH-Einheiten höher liegen (Scopes 1994).

Biologische Puffer – Übersicht Art.-Nr. Bezeichnung

optimaler pKa pH-Bereich (20°C)

dpKa/dT* Bemerkung

A1060

ACES

6,4 – 7,4

6,90

–0,020

A1045 A1061

Acetat ADA

3,7 – 5,6 6,2 – 7,2

4,76** 6,60

0,002 –0,011

A3644 A0838 A1158 A1075 A1062

Äpfelsäure(pK1) (pK2) AMP AMPD AMPSO BES

8,7 – 10,4 7,8 – 9,7 8,3 – 9,7 6,4 – 7,8

3,40** 5,13** 9,70** 8,79** 9,10 7,15

–0,032 –0,029

A1940

Bicarbonat

6,8 – 8,0***

6,30

–0,0055

A1024

Bicin

7,6 – 9,0

8,35

–0,018

A1025

Bis-Tris

5,8 – 7,2

6,40

–0,017

stört BCA-Proteinbestimmung; Ersatz für Cacodylat-Puffer

A1135 A1097

Bis-Tris-Propan 6,3 – 9,5 Borsäure

6,80** 9,23**

–0,008

A1497

Cacodylsäure

5,8 – 6,8

6,27**

A1063

CAPS

9,7 – 11,1

10,40**

–0,032

bildet kovalente Komplexe mit Mono-/ Oligosacchariden, Ribose-Untereinheiten von Nukleinsäuren, Pyridinnukleotiden, Glycerin Sehr giftig! Cacodylsäure (Synonym: Dimethylarsinsäure) wird meist durch MES oder Bis-Tris ersetzt stört Lowry (Folin), aber nicht BCA-Proteinbestimmung

A1064 A1881

CAPSO Carbonat

8,9 – 10,3 9,7 – 10,9

9,60** 10,25

–0,009

A1065 A1351 A1350

CHES Citrat (pK2) (pK3)

8,6 – 10,0 3,0 – 6,2

9,55** 4,76** 6,40**

–0,011 –0,0016 0,0

A1066 A2161 A1067

DIPSO Ethanolamin Glycin (pK1)

7,0 – 8,2 8,8 – 10,2 2,2 – 3,6

7,60 9,50** 2,35**

–0,015 –0,029

A1068 A1069

(pK2) Glycylglycin HEPES

8,8 – 10,6 7,5 – 8,9 6,8 – 8,2

9,90 8,40 7,50

–0,025 –0,028 –0,014

A1071

HEPPS

7,3 – 8,7

8,00**

–0,015

A1072

HEPPSO

7,1 – 8,5

7,90

–0,010

–0,016

stört Lowry (Folin); bindet Cu2+; signifikante Absorption von UV-Licht bei 230 nm stört BCA und Lowry (Folin); starke Absorption im UV-Bereich

stört Lowry (Folin), aber nicht BCA-Proteinbestimmung flüchtiger Puffer; braucht geschlossenes System, da im Gleichgewicht mit CO2 stört BCA und Lowry (Folin); wird langsam durch Ferricyanid oxidiert; bindet stark Cu2+

flüchtiger Puffer; braucht geschlossenes System, da im Gleichgewicht mit CO2 stört Lowry (Folin)-Proteinbestimmung bindet an einige Proteine; komplexiert Metalle (Der „optimale pH-Bereich“ bezieht sich auf eine Mischung aus Citronensäure-Natriumcitrat) stört Lowry (Folin) -Proteinbestimmung stört Lowry (Folin) und Bradford-Proteinbestimmung stört Lowry (Folin) -Proteinbestimmung stört Lowry (Folin), aber nicht BCA-Assay; kann Radikale bilden; nicht geeignet für Redox-Studien stört Lowry (Folin), aber nicht BCA-Assay; kann Radikale bilden; nicht geeignet für Redox-Studien stört Lowry (Folin), aber nicht BCA-Assay; kann Radikale bilden; nicht geeignet für Redox-Studien

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Art.-Nr. Bezeichnung

optimaler pKa pH-Bereich (20°C)

dpKa/dT* Bemerkung

A1378 A1074

Imidazol MES

6,2 – 7,8 5,5 – 6,7

7,05 6,15

–0,020 –0,011

A1076

MOPS

6,5 – 7,9

7,20**

–0,011

A1078 A1046

MOPSO Phosphat (pK1)

6,2 – 7,6

6,95 2,15**

–0,015 0,0044

mit

5,8 – 8,0

7,20**

–0,0028

6,1 – 7,5

12,33** 6,80

–0,026 –0,0085

7,85 8,40** 7,70 9,06** 7,50

–0,013 –0,027 –0,018 –0,022 –0,020

(pK2) (pK3)

A1047 A1079

PIPES

A1081 A1082 A1083 A1141 A1084

POPSO TAPS TAPSO Taurin TES

7,2 – 7,7 – 7,0 – 8,4 – 6,8 –

A1085

Tricin

7,4 – 8,8

8,15

–0,021

A1423 A1086

Triethanolamin Tris

7,0 – 8,3 7,0 – 9,0

7,85 8,30

–0,020 –0,031

8,5 9,1 8,2 9,6 8,2

komplexiert Me2+ stört Lowry (Folin), aber nicht BCA-Proteinbestimmung; Ersatz für Cacodylat stört Lowry (Folin), aber nicht BCA-Proteinbestimmung; teilweise Zersetzung beim Autoklavieren in Anwesenheit von Glukose; vernachlässigbare Metallionen-Bindung stört Lowry (Folin) -Proteinbestimmung Substrat bzw. Inhibitor verschiedener Enzyme; präzipitiert bzw. bindet zweiwertige Kationen; pK steigt bei Verdünnung. Vorteil: pH-Wert relativ temperaturunabhängig stört Lowry (Folin), aber nicht BCA-Assay; kann Radikale bilden; nicht geeignet für Redox-Studien stört Lowry (Folin)-Proteinbestimmung stört Lowry (Folin)-Proteinbestimmung stört Lowry (Folin)-Proteinbestimmung stört Lowry (Folin), aber nicht BCA-Proteinbestimmung stört Lowry (Folin) und BCA-Proteinbestimmung; bindet stark Cu2+*; zusätzliches Cu2+ im Lowry-Assay ermöglicht seine Verwendung; wird durch Flavine photooxidiert; Ersatz für Barbital stört Lowry (Folin) und BCA-Assay; pH-Wert stark temperaturabhängig; pH sinkt pro 10fache Verdünnung um 0,1 Einheit; inaktiviert DEPC; kann Schiff-Basen mit Aldehyden/Ketonen bilden

* Änderung des pK-Wertes pro Grad Celsius ** pKa (25°C) *** bei Begasung mit 5 % CO2 Abkürzungen: ACES (N-(1-Acetamido)-2-aminoethansulfonsäure), Acetat (Natriumacetat), ADA (N-(2-Acetamido)-iminodiessigsäure), AMP (2-Amino-2-methyl-1-propanol), AMPD (2-Amino-2-methyl-1,3-propandiol), AMPSO (N-(1,1-Dimethyl-2-hydroxyethyl)3-amino-2-hydroxypropansulfonsäure), BES (N,N-Bis-(2-hydroxyethyl)-2aminoethansulfonsäure), Bicarbonat (Natriumhydrogencarbonat), Bicin (N,N-Bis-(2-hydroxyethyl)-glycin), Bis-Tris (Bis-(2-hydroxyethyl)-iminotris-(hydroxymethyl)-methan), Bis-Tris-Propan (1,3-Bis-[tris(hydroxymethyl)-methylamino]-propan),

68

CAPS (3-Cyclohexylamino)-1propansulfonsäure), CAPSO (3-(Cyclohexylamino)-2-hydroxy1-propansulfonsäure), CHES (2-(N-Cyclo-hexylamin)-ethansulfonsäure), Citrat (tri-Natriumcitrat), DIPSO (N,N-Bis-(2-hydroxyethyl)-3amino-2-hydroxypropansulfonsäure), HEPES (4-(2-Hydroxyethyl)-piperazin-1ethan-sulfonsäure), HEPPS (4-(2-Hydroxyethyl)-piperazin-1propansulfonsäure), HEPPSO (4-(2-Hydroxyethyl)-piperazin1(2-hydroxy)-propansulfonsäure), MES (2-Morpholinoethan-sulfonsäure), MOPS (3-Morpholinopropansulfonsäure),

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MOPSO (3-Morpholino-2-hydroxypropansulfonsäure), PIPES (Piperazin-1,4-bis-(2-ethansulfonsäure)), POPSO (Piperazin-1,4-bis-(2-hydroxypropansulfonsäure)), TAPS (N-[Tris-(hydroxymethyl)-methyl]-3aminopropansulfonsäure), TAPSO (N-[Tris-(hydroxymethyl)-methyl]3-amino-2-hydroxypropan-sulfonsäure), TES (N-[Tris-(hydroxymethyl)-methyl]-2aminoethansulfonsäure), Tricin (N-[Tris-(hydroxymethyl)-methyl]glycin), Tris (Tris-(hydroxymethyl)-aminomethan)

Der pH- Wert verdünnter wässriger Lösungen Besonderheiten des Wassers

Ohne Wasser kein Leben. Wasser (H2O) ist zwar ein kleines aber höchst interessantes und vielseitiges Molekül. Die Funktion des Wassers als Medium chemischer Umsetzungen im Körper, in der Biosphäre oder für das Wetter wird verständlich, wenn wir seine Struktur betrachten. Der Bindungswinkel H-O-H beträgt etwa 104°. Aufgrund der Verschiebung der Bindungselektronen hin zum Sauerstoff besitzt Wasser einen Dipolcharakter.

Abb. 1: Wasser als Dipol

Dadurch kommt es zur intermolekularen Ausbildung von Wasserstoffbrückenbindungen. Die Dissoziationsenergie für eine H-Brücke beträgt etwa 25 kJ/mol. In der Konsequenz liegt Wasser im flüssigen Zustand nicht als einzelnes, isoliertes H2O-Molekül vor. Vielmehr sind die H2O-Moleküle über größere dreidimensionale, dynamische Netzwerke miteinander verbunden (H2O)∞. 2,8 Å Abb. 2: Wasserstoffbrückenbindung zwischen partiell negativ geladenem Sauerstoff (Elektronegativität EN = 3,5) und partiell positiv geladenem Wasserstoff (EN = 2,1) des Wassers

1,8 Å

1,0 Å

2δ

2δ

δ δ

δ

Wasserstoffbrückenbindung (c)

δ

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69

Eine Folge dieser Wasserstoffbrückenbindung ist die geringere Dichte von Eis bei O°C (r = 0,917 g/ml) im Vergleich zu flüssigem Wasser (r = 1,00 g/ml). Beim Auflösen der offenen Hohlräume des Eises unter Verringerung der Zahl der Wasserstoffbrückenbindungen zu anderen H2O-Molekülen wird die so genannte Schmelzwärme verbraucht: DHSchm = 6,0 kJ/mol. Beim Übergang vom flüssigen Zustand in die Gasphase müssen die Wasserstoffbrückenbindungen vollständig gelöst werden. Daher besitzt Wasser eine hohe Verdampfungswärme von DHVerd von 40,67 kJ/mol. Diese beiden Effekte haben für den allmählichen Temperaturwechsel von Winter zu Frühling oder für das Abkühlen des Körpers durch Schwitzen eine immens praktische Bedeutung. Sie verursachen auch die hohe Stromrechnung beim Benutzen eines Wäschetrockners. Die Löslichkeit polarer organischer Stoffe wie z.B. niedriger Alkohole (Abb. 3) oder Amine in Wasser wird durch Wasserstoffbrückenbindungen vermittelt. Schließlich werden auch hydratisierte Anionen und Kationen von Salzen über diese Bindungen ins Netzwerk des Wassers eingebunden. Für die sekundäre und tertiäre Struktur von Eiweiß sowie die Struktur von Erbsubstanzen sind Wasserstoffbrückenbindungen das prägende Element.

Methanol

WasserstoffBrückenbindung

Weiterer Teil des H2O-Netzwerkes

Abb. 3: Ausbildung einer Wasserstoffbrückenbindung zwischen einem H2O-Molekül im Zentrum und der OH-Gruppe von Methanol (CH3OH) (links), sowie der weiteren Einbindung ins H2O-Netzwerk (rechts)

Autodissoziation des Wassers

Neben der Ausbildung von zwischenmolekularen Bindungen ist die Fähigkeit des Wassers zum geringfügigen Eigenzerfall in H+- und OH–-Teilchen eine seiner wichtigsten chemischen Eigenschaften: H2O H+ + OH–. Dieser dynamische Gleichgewichtsprozess bedingt die sehr geringe elektrische Leitfähigkeit von reinem Wasser. Bei 25°C gilt für das so genannte Ionenprodukt des Wassers: Kw = [H+] x [OH–] = 1,0 x 10–14 mol2/L2

Jeder H+-Konzentration ist über das Ionenprodukt des Wassers eine bestimmte OH–-Konzentration zugeordnet. Beachte: Die H+- bzw. OH–-Teilchen liegen in wässriger Lösung nicht als nackte Ionen, sondern in hydratisierter Form der Hydroniumionen vor: H+ + H2O → H3O+ (siehe S. 45). Die Darstellung als H+ dient hier der Vereinfachung der Ausdrücke. Für die komplexe Biochemie hinter Lebensprozessen ist die Zahl der vorhandenen H+-Teilchen eine wichtige Einflussgröße. Historisch sprach man vom Gewicht (lateinisch pond) der Hydrogenium-Konzentration (pH). Statt der tatsächlichen Teilchenzahl oder der molaren Konzentration wählt man ein logarithmisches Maß für das „Gewicht des Wasserstoffs“. Der pH-Wert oder kurz pH ist definiert als negativer dekadischer Logarithmus der Wasserstoffionenkonzentration [H+]: pH = – log[H+]

Diese Definition gilt nur für verdünnte wässrige Lösungen bis zu einer maximalen Konzentration von [H+] oder [OH–] = 1 mol/L. Ansonsten müssen Wechselwirkungen zwischen den Teilchen mittels Aktivitätskoeffizienten berücksichtigt werden. pH-Skala (0 – 14)

Damit ergibt sich für die pH-Skala unter Heranziehung des Ionenprodukts des Wassers ein Bereich von 0 – 14. Beachte: 100 = 1; d.h. für eine H+- bzw. OH– -Konzentration von 1 mol/L setzt man in das Ionenprodukt des Wassers den Zahlenwert 100 ein. [H+] [OH–] pH

100 10–14 0 sauer

70

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10–2 10–12 2

10–4 10–10 4

10–6 10–8 6

10–7 10–7 7 neutral

10–8 10–6 8

10–10 10–4 10

basisch

10–12 10–2 12

10–14 100 14

pH-Werte einiger Flüssigkeiten Orangensaft Kuhmilch Wein Blut Essig Schweiß Tomatensaft Trinkwasser Bier Meerwasser Urin Magensäure

2,2 6,3 2,8 7,3

– 2,4 – 6,6 – 3,8 – 7,5 ≈ 3,0 6,5 – 7,5 ≈ 3,5 6,5 – 7,5 4 –5 ≈ 8,5 4,8 – 8,4 ≈ 1,0

Berechnung (Abschätzung) von pH-Werten wässriger Lösungen Aufgabe 1 Berechne den pH von Natronlauge der Konzentration c(NaOH) = 0,01 mol/L Gegeben c(NaOH) = 0,01 mol/L = 10–2 mol/L Gesucht pH Lösungsweg Natronlauge ist eine starke Base. In wässriger Lösung zerfällt sie daher vollständig in Na+- und OH–-Teilchen: NaOH → Na+ + OH–; d.h. [OH–] = 10–2 mol/L. Über das Ionenprodukt des Wassers ist jeder OH–-Konzentration eine bestimmte H+-Konzentration zugeordnet: Kw = [H+] x [OH–] = 1,0 x 10–14 mol2/L2 Lösung

Ergebnis

pH = – log [H+] Einsetzen der Zahlenwerte: [H+] = Kw/[OH–] = 1,0 x 10–14/ 10–2 = 1,0 x 10–14 – (–2) = 10–12 Damit: pH = - log 10–12 = –(–12) = 12 Eine 0,01 molare Na0H hat einen pH-Wert von 12.

Aufgabe 2 Berechne den pH-Wert einer Salzsäure der Konzentration c(HCl) = 0,1 mol/L Gegeben c(HCl) = 0,1 mol/L = 10–1 mol/L Gesucht pH Lösungsweg Salzsäure zerfällt als starke Säure in verdünnter wässriger Lösung vollständig in H+- und Cl–-Ionen: HCl → H+ + Cl–; d.h. [H+] = 10–1 mol/L. Lösung

pH = - log[H+] Einsetzen der Zahlenwerte: pH = - log 10–1 = -(-1) = 1

Ergebnis

Der pH von 0,1 molarer Salzsäure beträgt 1.

Aufgabe 3 Welcher pH-Wert ergibt sich, wenn in einer wässrigen Lösung die Konzentration der H+-Teilchen gleich der Konzentration der OH–-Teilchen ist? Gegeben [H+] = [OH–] Gesucht pH Lösungsweg [H+] = [OH–] = x Kw = [H+] x [OH–] = 1,0 x 10–14 mol2/l2 Lösung

pH = – log [H+] [X] x [X] = x2 = 1,0 x 10–14 [X] = + √10–14 (nur positive Wurzel ist chemisch sinnvoll) [X] = 10–7 Mit [x] = [H+] folgt: pH = -log 10–7 = -(-7) = 7

Ergebnis

Eine Lösung mit [H+] = [OH–] hat einen pH-Wert von 7. Man nennt sie eine neutrale Lösung.

Hinweise: pH-Berechnungen von schwachen Säuren und Basen sind über den prozentualen Zerfallsgrad (Dissoziationsgrad a und pH-Formel) oder über die Gleichgewichtskonstante möglich. Letztere bietet auch Zugang zur Berechnung und Einstellung des pH-Wertes von Pufferlösungen in Form der Gleichung von Henderson-Hasselbalch: pH = pKa + logX-/HX

Messung von pH-Werten

Den pH-Wert verdünnter wässriger Lösungen kann man exakt mit einem pH-Meter (Glaselektrode, induzierte Spannung ist proportional dem pH) oder verschiedenen SäureBase-Farbindikatoren (Universal-Indikatoren, pH-Stäbchen) messen. Sie sind im Handel in verschiedenen Ausführungen und für unterschiedliche Anwendungen bzw. spezielle Wertebereiche verfügbar. © 2013 AppliChem • chem_is_try

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Temperaturabhängigkeit des pKa-Wertes biologischer Puffer (100 mM) Effektiver pH-Bereich 1,2 – 2,6 1,7 – 2,9 2,2 – 3,6 2,2 – 6,5 2,5 – 3,8 2,7 – 4,2 3,0 – 4,5 3,0 – 6,2 3,2 – 5,2 3,6 – 5,6 4,0 – 6,0 4,9 – 5,9 5,0 – 7,4 5,5 – 6,5 5,5 – 6,7 5,5 – 7,2 5,5 – 7,2 5,8 – 7,2 5,8 – 8,0 6,0 – 7,2 6,0 – 8,0 6,1 – 7,5 6,1 – 7,5 6,2 – 7,6 6,2 – 7,8 6,3 – 9,5 6,4 – 7,8 6,5 – 7,9 6,8 – 8,2 6,8 – 8,2 7,0 – 8,2 7,0 – 8,2 7,0 – 8,3 7,1 – 8,5 7,2 – 8,5 7,4 – 8,8 7,5 – 8,9 7,5 – 9,0 7,6 – 8,6 7,6 – 9,0 7,7 – 9,1 7,8 – 9,7 8,3 – 9,7 8,4 – 9,6 8,5 – 10,2 8,8 – 9,9 8,6 – 10,0 8,7 – 10,4 8,8 – 10,6 8,9 – 10,3 9,5 – 11,1 9,7 – 11,1

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Bezeichnung Maleat (pK1) Phosphat (pK1) Glycin (pK1) Citrat (pK1) Glycylglycin Malat (pK1) Formiat Citrat (pK2) Succinat (pK1) Acetat Malat (pK2) Pyridin Cacodylat Succinat (pK2) MES Maleat (pK2) Citrat (pK3) BIS-Tris Phosphat (pK2) ADA Carbonat (pK1) PIPES ACES MOPSO Imidazol BIS-Tris-Propan BES MOPS TES HEPES DIPSO TAPSO TEA HEPPSO POPSO Tricin Glycylglycin Tris HEPPS, EPPS Bicin TAPS AMPD AMPSO Taurin (AES) Borsäure (pK1) Ammoniak CHES AMP Glycin (pK2) CAPSO Carbonat (pK2) CAPS Phosphat (pK3) Borsäure (pK2) Borsäure (pK3)

d(pKa)/dT

pKa (0°C)

pKa (4°C)

pKa (20°C)

0,0044

0,0 –0,0016 –0,0018 0,0002

4,79

4,77

6,38

6,33

6,15 6,15

6,85

6,82 7,26 6,80

7,02 7,32

6,94 7,20

6,54 7,21 6,60 6,30 6,80 6,90 6,95 7,05

–0,014 0,0 –0,011 0,0 –0,017 –0,0028 –0,011 –0,0055 –0,0085 –0,020 –0,015 –0,020 –0,016 –0,011 –0,020 –0,014 –0,015 –0,018 –0,020 –0,010 –0,013 –0,021 –0,025 –0,028 –0,015 –0,018 +0,018 –0,029

7,37 7,50 7,92 7,85

8,60 9,00 8,90 8,70

7,41 7,41 7,82 7,77

8,49 8,85 8,80 8,18 8,64 8,02

7,15 7,20 7,50 7,55 7,60 7,70 7,90 7,85 8,15 8,40 8,30 8,10 8,35 8,31 9,10

–0,022 –0,008 –0,031 –0,011 –0,032 –0,025 –0,009 –0,009 –0,026

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9,73

9,55

10,30

9,90

pKa (25°C) 1,97 2,15 2,35 3,13 3,14 3,40 3,75 4,76 4,21 4,76 5,13 5,23 6,27 5,64 6,10 6,24 6,40 6,46 7,20 6,59 6,35 6,76 6,78 6,87 6,95 6,80 7,09 7,14 7,40 7,48 7,52 7,61 7,76 7,85 7,78 8,05 8,25 8,06 8,00 8,26 8,40 8,80 9,00 9,06 9,23 9,25 9,50 9,69 9,78 9,60 10,33 10,40 12,33 12,74 13,80

pKa (37°C)

4,74

5,98

6,25 7,16 6,45 6,66 6,56 6,71 6,90 6,98 7,14 7,31

7,80 7,90 7,70 7,81 8,04 8,62

9,36 9,48

Konzentrationsgrenzen für Puffer in Protein-Assays* Puffersubstanz Acetat Borat Citrat Glycin HEPES Phosphat Tris

Lowry (Folin)

2,5 2,5 2,5 250 250

mM mM µM mM mM

BCA

Bradford

0,2 M 10 mM < 1 mM 1 M 100 µM 250 µM 0,1 M

Colloidales Gold

0,6 M 50 mM 0,1 M 100 mM 2 M 2 M

100 mM 20 mM 100 mM

UV 280 nm

UV 205 nm

0,1 M

10 mM > 100 mM < 10 mM 5 mM < 20 mM 50 mM 40 mM

5 % 1 M 1 M 0,5 M

* nach Stoscheck, C.M. (1990) Methods Enzymol. 182, 50 – 68 – Die Werte entsprechen der Endkonzentration. Im Falle der UV-Absorption entspricht die Endkonzentration der Chemikalie einem Absorptionswert der kleiner als 0,5 über Wasser ist. Bradford, M.M. (1976) Anal. Biochem. 72, 248 – 254

„Alte“ Puffer, die von Puffern mit besseren Eigenschaften abgelöst wurden (nach Scopes 1994) „Alte“ Puffer

unerwünschte Eigenschaft

vorgeschlagener Ersatz

Veronal (5,5-Diethylbarbitursäure; Barbital) Cacodylsäure, Cacodylat Citronensäure, Citrat Maleinsäure

giftig giftig komplexiert Metall-Ionen UV-Absorption

Tricin, Tris MES, Bis-Tris MES, Bis-Tris MES, Bis-Tris

Scopes, R.K. (1994) Protein Purification, Principles and Practice 3rd ed., Springer-Verlag New York Berlin Heidelberg

d(pKa)/dT

pKa 25°C pKa 20°C

pKa 0°C und 37°C

Ellis, K.J. & Morrison, J.F. (1982) Methods Enzymol. 87, 405 – 426 Good, N.E. & Izawa, S. (1972) Methods Enzymol. 24, 53 – 68 Dawson, R.M.C. et al. (1986) Data for Biochemical Research. Clarendon Press, Oxford. Stoll, V.S. & Blanchard, J.S. (1990) Methods Enzymol. 182, 24 – 38 Dawson, R.M.C. et al. (1986) Data for Biochemical Research. Clarendon Press, Oxford. Good, N.E. et al. (1966) Biochemistry 5, 467 – 477 Good, N.E. & Izawa, S. (1972) Methods Enzymol. 24, 53 – 68 Ferguson, W.J. et al. (1980) Anal. Biochem. 104, 300 – 310 Good, N.E. et al. (1966) Biochemistry 5, 467 – 477

Je nach Autor treten geringe Unterschiede bei den Angaben auf!

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(Störende) Einflüsse biologischer Puffer auf verschiedene Assays * Puffersubstanz ACES ADA AMP BES Bicarbonat Bicin Bis-Tris Bis-Tris-Propan Borat Cacodylat CAPS CAPSO CHES Citrat DIPSO Glycin Glycylglycin HEPES HEPPS, EPPS HEPPSO Imidazol Maleinsäure MES MOPS

BCA a, d +

Lowry b, d (Folin) + +

–

+

+ +

+

–

+

Bemerkungen signifikante Absorption von UV-Licht bei 230 nm, bindet Cu2+ starke Absorption im UV-Bereich unter 260 nm; bindet Metallionen bindet Cu2+ begrenzt löslich; braucht geschlossenes System, da im Gleichgewicht mit CO2 wird langsam durch Ferricyanid oxidiert; bindet stark Cu2+ Ersatz für Cacodylat bildet kovalente Komplexe mit Mono-/Oligosacchariden, RiboseUntereinheiten von Nukleinsäuren, Pyridinnukleotiden, Glycerin sehr giftig; heute meist durch MES ersetzt

+

– – –

+ + + + + +

– –

+ +

MOPSO Phosphat

+

PIPES POPSO TAPS TAPSO TEA TES Tricin

–

+ + + +

– +

+ +

Tris

+

+

bindet an einige Proteine, komplexiert Metalle; ersetzt durch MES stört Bradford-Proteinnachweis bindet Cu2+ kann Radikale bilden, nicht geeignet für Redox-Studienc kann Radikale bilden, nicht geeignet für Redox-Studienc kann Radikale bilden, nicht geeignet für Redox-Studienc komplexiert Me2+, relativ instabil absorbiert im UV-Bereich; ersetzt durch MES oder Bis-Tris Ersatz für Cacodylat teilweise Zersetzung beim Autoklavieren in Anwesenheit von Glukose; vernachlässigbare Metallionen-Bindung Substrat/Inhibitor verschiedener Enzyme (hemmt viele Kinasen und Dehydrogenasen, Enzyme mit Phosphatestern als Substrat; hemmt Carboxypeptidase, Fumarase, Urease; präzipitiert/ bindet zweiwertige Kationen; pK steigt bei Verdünnung; kann Radikale bilden, nicht geeignet für Redox-Studienc

bindet Cu2+ bindet stark Cu2+; zusätzliches Cu2+ im Lowry-Assay ermöglicht seine Verwendung; wird durch Flavine photooxidiert; Ersatz für Barbital (Veronal) stark Temperatur-sensitiv; pH sinkt pro 10-fache Verdünnung um 0,1 Einheit; inaktiviert DEPC, kann Schiff-Basen mit Aldehyden/ Ketonen bilden, da primäres Amin; nimmt an manchen enzymatischen Reaktionen teil (z.B. Alkalische Phosphatase)

* z.T. nach Bollag, D.M. & Edelstein, S.J. (1992) Protein Methods, Kapitel 1, II (S. 3–9). Wiley-Liss, New York. a BCA Kaushal, V. & Barnes, L.D. (1986) Anal. Biochem. 157, 291– 294. Die Puffer wurden in einer Konzentration von 50 mM eingesetzt. b Lowry Peterson, G.L. (1979) Anal. Biochem. 100, 201 – 220, mit Empfehlungen, wie man störende Einflüsse mindern bzw. beseitigen kann und Angaben zu tolerierbaren Endkonzentrationen. Zum Teil reicht es, die betreffende Substanz als Kontrolle einzuschließen. c Radikalbildung Grady, J.K. et al. (1988) Anal. Biochem. 173, 111 – 115. Das Piperazin-Ringsystem bildet unter bestimmten Bedingungen Radikale. Diese Puffer sind deshalb nicht für die Untersuchung von Redox-Prozessen in der Biochemie geeignet. d Fehlende Eintragungen bedeuten nicht, dass keine Beeinflussung der Ergebnisse möglich ist.

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Mikrobielle Kontamination von Pufferlösungen verhindern Wässrige Lösungen, die Nährstoffe für Mikroben enthalten, laufen Gefahr zu verkeimen. Dazu gehören auch viele Pufferlösungen. Zur Konservierung werden in der Praxis unterschiedliche Methoden angewendet: a) Hitze-Sterilisation durch Autoklavieren, b) Steril-Filtrieren durch Filter mit Porengrößen ≤0,22 µm, c) gekühlte Lagerung und d) Lagerung als hoch-konzentrierte Stammlösung. e) Kommerziellen Produkten werden häufig Konservierungsmittel wie Natriumazid oder ProClin® zugesetzt.

Autoklavierbar oder nicht? Einige Puffersubstanzen sind ausreichend stabil, sodass sie problemlos autoklaviert werden können (sofern alle weiteren Bestandteile und Reaktionsprodukte der Pufferlösung ebenfalls stabil sind. Siehe dazu „Tipps zu Bioreagenzien“, S. 109). Die Biologischen Puffer der Übersicht Seite 67/68 sind autoklavierbar mit folgenden Ausnahmen: Ammonium- und Pyridin-Puffer sind instabil und können nicht autoklaviert werden. Carbonat-Puffer können ebenfalls nicht autoklaviert werden, da sie in offenen Systemen bereits ab 20 °C als CO2 freigesetzt werden; ab 100 °C geht die Pufferwirkung vollständig verloren. Auch für die folgenden Puffersubstanzen ist Filtration das Mittel der Wahl zum Sterilisieren: HEPES, HEPPS, Imidazol, MOPS, Taurin und TEA. © 2013 AppliChem • chem_is_try

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Nummernkunde

Keith Tipton und Kollegen pflegen und verwalten die Enzymliste für die „International Union of Biochemistry and Molecular Biology“ (IUBMB). Dazu zählt die funktionelle Klassifizierung bekannter und neuer Enzyme gemäß der Reaktion die sie katalysieren und die Vergabe der E.C. Nummer. 76

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Kleine Nummernkunde für Chemikalien In der Chemie und der Biologie wird man mit einer Vielzahl von Zahlen bzw. Nummern konfrontiert. Hier werden einige erklärt:

UN-Nummer

Auch als Stoffnummer bezeichnet. Vergeben werden die UN-Nummern von Experten der Vereinten Nationen (United Nations). Die Nummer besteht aus 4 Ziffern und kann entweder für eine einzelne Substanz oder für eine Gruppe von Substanzen mit vergleichbarem Gefährdungspotential vergeben werden.

Klasse/PG

Ebenfalls aus dem Gefahrgutbereich stammt die Eingruppierung von Chemikalien in Klassen gefährlicher Güter (auch Gefahrgutklassen) und Packungsgruppen (Packing Group; PG). Klasse

Unterklasse

Klasse 1 Klasse 2 Klasse 3 Klasse 4

Bezeichnung Explosive Stoffe Gase Entzündbare flüssige Stoffe

Klasse 4.1 Klasse 4.2 Klasse 4.3

Entzündbare feste Stoffe Selbstentzündliche Stoffe Stoffe, die mit Wasser entzündliche Gase bilden

Klasse 5.1 Klasse 5.2

Entzündend (oxidierend) wirkende Stoffe Organische Peroxide

Klasse 6.1 Klasse 6.2

Giftige Stoffe Ekelerregende und ansteckungsgefährliche Stoffe Radioaktive Stoffe Ätzende Stoffe Verschiedene gefährliche Stoffe und Gegenstände

Klasse 5

Klasse 6

Klasse 7 Klasse 8 Klasse 9

Die Packungsgruppe hat transportrechtliche Bedeutung und teilt die Gefahrstoffe in drei Gruppen ein. Die Gruppierung definiert auch die Mindestanforderung an das Verpackungsmaterial. Verpackungsgruppe I Verpackungsgruppe II Verpackungsgruppe III

R- und S-Sätze

Stoffe mit hoher Gefahr Stoffe mit mittlerer Gefahr Stoffe mit geringer Gefahr

Geben Auskunft zu bzw. über Warnhinweise (engl. Risk) und Sicherheitsratschläge (engl. Safety) für Gefahrstoffe. Häufig werden einer Chemikalie eine Kombination von R- und S-Sätzen zugeordnet. Die vollständige Liste finden Sie in dieser Broschüre. © 2013 AppliChem • chem_is_try

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CAS-Nummer

Um Chemikalien eindeutig identifizieren zu können, wurde ein Nummernsystem nach CAS (Chemical Abstracts Service) eingeführt und dieses ist international als Standard anerkannt. Die Einführung dieses eindeutigen Systems wurde notwendig, da keine andere in der Chemie oder Biologie übliche Stoffbezeichnung eindeutig ist, weder die Summenformeln, noch Trivialnamen oder IUPAC-Namen. Anhand von Summenformeln wären zum Beispiel verschiedene isomere Formen eines Moleküls nicht unterscheidbar. Ihnen wurde daher eine eigene CAS-Nummer gegeben. Die CAS-Nummer selbst besteht aus drei Zahlen, die durch Bindestriche getrennt sind. Die erste Zahl hat bis zu 7 Ziffern, die zweite 2 und die dritte nur eine.

HS-Nummer

Die Zolltarifnummer, auch Warennummer genannt, wird für Waren spezifisch vergeben bzw. umfasst eine Gruppe spezieller Produkte. Sie liefert eine Basisinformation für alle Import- und Exportgeschäfte. Für entsprechende Produkte sind genau definierte Einfuhrbestimmungen und auch Einfuhrzollsätze festgelegt, die anhand dieser Nummer identifiziert werden können. So lässt sich auch feststellen, ob ein Produkt z.B. besonderen Import- bzw. Exportbeschränkungen unterliegt. Die Zolltarifnummer muss daher bei allen Zollanmeldungen angegeben werden. Die Weltzollorganisation (WCO) hat im Rahmen des Harmonisierten Systems (HS-Nr.) für die Beschreibung und Kennzeichnung von Waren eine 6 Ziffern-Codierung festgelegt. Auf nationaler Ebene können darüber hinausgehende Untergliederungen vorgenommen werden. Die EU-Mitgliedstaaten verwenden für statistische Zwecke ein acht Ziffern umfassendes Nummernsystem, die so genannte „Kombinierte Nomenklatur“. In Deutschland wird das Verzeichnis dieser mit HS-Nummern erfassten Produkte als „Warenverzeichnis für die Außenhandelsstatistik“ bezeichnet. Da innerhalb des gemeinsamen europäischen Zolltarifs (TARIC) sehr starke Differenzierungen auftreten, sind hier 10 Ziffern erforderlich. Für die Meldungen innerhalb Deutschlands muss sogar noch eine 11. Ziffer angegeben werden.

EG-Nummer

Die EG-Nummer ist eine siebenstellige Zahl (XXX-XXX-X) und wird in der Europäischen Gemeinschaft für Chemikalien verwendet. Im Englischen wird diese Nummer als EC-No. abgekürzt und darf nicht mit E.C.-No., die für Enzyme von der Enzyme Commission vergeben wird, verwechselt werden. Die EG-Nr. löst die EINECS und ELINCS Nummern ab. Die EINECS Nummern starteten mit einer „2“ und die ELINCS Nummern mit einer „4“.

eCl@ss

„eCl@ss ist ein hierarchisches System zur Gruppierung von Materialien, Produkten und Dienstleistungen nach einem logischen Schema in einer Detaillierung entsprechend der produktspezifischen Eigenarten, die sich mittels normenkonformer Merkmale beschreiben lassen. Produkte und Dienstleistungen lassen sich der vierstufigen, numerischen Klassenstruktur von eCl@ss zuordnen.“ Das ist die von eCl@ss auf www.eclass.de gelieferte Definition. Im aktuellen Release 5.1 inkl. der ServicePacks 5.1.1 bis 5.1.4 (Stand 22.02.2008) hat eCl@ss insgesamt 30.329 Klassen. Diese gliedern sich in: 1. Ebene: 2. Ebene: 3. Ebene: 4. Ebene:

25 514 4.663 25.127

Sachgebiete Hauptgruppen Gruppen Untergruppen

Die im eCl@ss-System bestehenden vier Stufen (Sachgebiet, Hauptgruppe, Gruppe und Untergruppe) werden jeweils durch eine zweistellige Zahl gekennzeichnet, sodass ein vollständiger eCl@ss-Code 8 Ziffern lang ist. Durch dieses System soll es Einkäufern ermöglicht werden, schnell den Verbrauch/ Einkauf von bestimmten Produkten oder Produktgruppen im Überblick feststellen zu können. Es ist besonders für den elektronischen Handel (e-Commerce) geeignet. 78

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E.C.-Nummer

Die Abkürzung E.C. steht für Enzyme Commission. Die Punkte der Abkürzung werden übrigens in der Regel geschrieben, während sie bei der EC-Number (s.o.) meist weggelassen werden. Für die Benennung von Enzymen sind die Organisationen „Nomenclature Committee of the International Union of Biochemistry and Molecular Biology (NC-IUBMB)“ und beratend die „IUPAC-IUBMB Joint Commission on Biochemical Nomenclature (JCBN)“ zuständig. Namen für neue Enzyme werden dort eingereicht und dann entsprechend den Regeln, vor allem der Reaktion, die sie katalysieren, in eine der Subklassen einsortiert. Streng genommen spezifizieren die E.C.-Nummern nicht ein Enzym, sondern eine vom Enzym katalysierte Reaktion. Deshalb erhalten unterschiedliche Enzyme verschiedener Organismen, die dieselbe Reaktion katalysieren, dieselbe Nummer! Die E.C.-Nummer besteht aus 4 Zahlen, die durch Punkte getrennt werden. Die Zahlenblöcke spezifizieren aufsteigend das Enzym um so genauer, je mehr angegeben sind. Beispiel E.C. 4.1.1.1 E.C. 4 Lyasen E.C. 4.1 Kohlenstoff-Kohlenstoff-Lyasen E.C. 4.1.1 Carboxy-Lyasen E.C. 4.1.1.1 Pyruvat-Decarboxylase

Subklasse

Name/katalysierte Reaktion

E.C. 1 E.C. 1.1 E.C. 1.2 E.C. 1.3 E.C. 1.4 E.C. 1.5 E.C. 1.6 E.C. 1.7 E.C. 1.8 E.C. 1.9 E.C. 1.10 E.C. 1.11 E.C. 1.12 E.C. 1.13

Oxidoreduktasen Wirken auf die CH-OH Gruppe des Donors Wirken auf die Aldehyd- oder Oxo Gruppe des Donors Wirken auf die CH-CH Gruppe des Donors Wirken auf die CH-NH2 Gruppe des Donors Wirken auf die CH-NH Gruppe des Donors Wirken auf NADH oder NADPH Wirken auf andere Stickstoffbestandteile als Donoren Wirken auf eine Schwefel-Gruppe des Donors Wirken auf eine Häm-Gruppe des Donors Wirken auf Diphenole und verwandte Substanzen als Donor Wirken auf ein Peroxid als Akzeptor Wirken auf Wasserstoff als Donor Wirken auf einzelne Donoren unter Inkorporation von molekularem Sauerstoff (Oxygenasen) Wirken auf paarweise Donoren, mit Inkorporation oder Reduktion von molekularem Sauerstoff Wirken auf Superoxid-Radikale als Akzeptor Oxidieren Metallionen Wirken auf CH oder CH2 Gruppen Wirken auf Eisen-Schwefel-Proteine als Donor Wirken auf reduziertes Flavodoxin als Donor Wirken auf Phosphor oder Arsen in Donoren Wirken auf X-H und Y-H unter Bildung von X-Y Bindungen Andere Oxidoreduktasen Transferasen Transferieren 1-Kohlenstoff-Gruppen Transferieren Aldehyd- oder Keto-Gruppen Acyltransferasen Glycosyltransferasen Transferieren Alkyl- oder Aryl-Gruppen, andere als Methyl-Gruppen Transferieren stickstoffhaltige Gruppen

E.C. 1.14 E.C. 1.15 E.C. 1.16 E.C. 1.17 E.C. 1.18 E.C. 1.19 E.C. 1.20 E.C. 1.21 E.C. 1.97 E.C. 2 E.C. 2.1 E.C. 2.2 E.C. 2.3 E.C. 2.4 E.C. 2.5 E.C. 2.6

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E.C. 2.7 E.C. 2.8 E.C. 2.9 E.C. 3 E.C. 3.1 E.C. 3.2 E.C. 3.3 E.C. 3.4 E.C. 3.5 E.C. 3.6 E.C. 3.7 E.C. 3.8 E.C. 3.9 E.C. 3.10 E.C. 3.11 E.C. 3.12 E.C. 3.13 E.C. 4 E.C. 4.1 E.C. 4.2 E.C. 4.3 E.C. 4.4 E.C. 4.5 E.C. 4.6 E.C. 4.99 E.C. 5 E.C. 5.1 E.C. 5.2 E.C. 5.3 E.C. 5.4 E.C. 5.5 E.C. 5.99 E.C. 6 E.C. 6.1 E.C. 6.2 E.C. 6.3 E.C. 6.4 E.C. 6.5 E.C. 6.6

Transferieren phosphorhaltige Gruppen Transferieren schwefelhaltige Gruppen Transferieren selenhaltige Gruppen Hydrolasen Wirken auf Ester-Bindungen Glycosylasen Wirken auf Ether-Bindungen Wirken auf Peptid-Bindungen (Peptidasen) Wirken auf Kohlenstoff-Stickstoff-Bindungen, andere als Peptid-Bindungen Wirken auf saure Anhydride Wirken auf Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen Wirken auf Halogenid-Bindungen Wirken auf Phosphor-Stickstoff-Bindungen Wirken auf Schwefel-Stickstoff-Bindungen Wirken auf Kohlenstoff-Phosphor-Bindungen Wirken auf Schwefel-Schwefel-Bindungen Wirken auf Kohlenstoff-Schwefel-Bindungen Lyasen Kohlenstoff-Kohlenstoff-Lyasen Kohlenstoff-Sauerstoff-Lyasen Kohlenstoff-Stickstoff-Lyasen Kohlenstoff-Schwefel-Lyasen Kohlenstoff-Halogenid-Lyasen Phosphor-Sauerstoff-Lyasen Andere -Lyasen Isomerasen Razemasen und Epimerasen cis-trans-Isomerasen Intramolekulare Isomerasen Intramolekulare Transferasen (Mutasen) Intramolekulare Lyasen Andere Isomerasen Ligasen Bildung von Kohlenstoff-Sauerstoff-Bindungen Bildung von Kohlenstoff-Schwefel-Bindungen Bildung von Kohlenstoff-Stickstoff-Bindungen Bildung von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen Bildung von Phosphorsäureester-Bindungen Bildung von Stickstoff-Metall-Bindungen

von: http://www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/enzyme/ (Stand 13.03.2006)

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C.I.-Nummer

Der sogenannte Color Index International (color = amerikanisches Englisch, colour = britisches Englisch) wird von den Organisationen „Society of Dyers and Colourists“ und der „American Association of Textile Chemists and Colorists (AATCC)“ unterhalten. In dieser Datenbank werden nur Farbstoffe (Farbstoffe und Pigmente) aufgelistet. Eine solche Systematik wurde notwendig, da viele Farbstoffe unter verschiedenen Namen gehandelt werden. Die C.I.-Nummer wird entsprechend der chemischen Struktur vergeben und ist fünfstellig. Struktur

Bereich

Nitroso Nitro Monoazo Diazo Stilben Diarylmethan Triarylmethan Xanthen Acridin Chinolin Methin Thiazol Indamin Indophenol Azin Oxazin Thiazin Aminoketon Anthrachinon Indigoid Phthalocyanin Anorganische Pigmente

10000 – 10299 10300 – 10999 11000 – 19999 20000 – 29999 40000 – 40799 41000 – 41999 42000 – 44999 45000 – 45999 46000 – 46999 47000 – 47999 48000 – 48999 49000 – 49399 49400 – 49699 49700 – 49999 50000 – 50999 51000 – 51999 52000 – 52999 56000 – 56999 58000 – 72999 73000 – 73999 74000 – 74999 77000 – 77999

Kategorie

Azo-Farbstoffe Azo-Farbstoffe Diarylmethan-Farbstoffe Triarylmethan-Farbstoffe Acridin-Farbstoffe Chinolin-Farbstoffe Thiazol-Farbstoffe Indophenol-Farbstoffe Azin-Farbstoffe Oxazin-Farbstoffe Thiazin-Farbstoffe Anthrachinon-Farbstoffe Phthalocyanine Anorganische Pigmente

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Sicherheit Alfred Nobel (1833 –1896) stabilisierte Nitroglycerin mit Kieselgur und sorgte damit für eine sichere Handhabung des gefährlichen Sprengstoffs.

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Global Harmonisiertes System: GHS Die Welt ist um wenigstens zwei Regelwerke reicher. Eines nennt sich Global Harmonisiertes System zur Einstufung und Kennzeichnung von Chemikalien (Globally Harmonised System of Classification and Labelling of Chemicals), kurz GHS und wurde uns von den Vereinten Nationen beschert. Kurz ist allerdings nur der Dreibuchstabencode für dieses neue System. Ansonsten ist alles länger geworden. Der Zweck des GHS besteht darin, die bisher unterschiedlichen internationalen Systeme zur Einstufung und Kennzeichnung von Chemikalien zu vereinheitlichen (= harmonisieren). Gleichzeitig soll durch diese Aktion der Standard in der Arbeitssicherheit, im Gesundheits-, Umwelt- und Verbraucherschutz, aber auch beim Transport gefährlicher Güter steigen.

Das zweite Regelwerk, die CLP-Verordnung (Verordnung über die Einstufung, Kennzeichnung und Verpackung von Stoffen und Gemischen bzw. engl. Regulation on Classification, Labelling and Packaging of Substances and Mixtures) wurde von der Europäischen Union verfasst. Mit der CLP-Verordnung wurde weitgehend die GHS in der EU übernommen. Weitgehend heißt also nicht vollständig, also auch nicht vollständig harmonisch. CLP soll Lücken im GHS schließen und hat im Wesentlichen folgende Inhalte: • Festlegung der Einstufungs-, Verpackungs- und Kennzeichnungspflichten der Lieferanten vor dem Inverkehrbringen von Stoffen und Gemischen, • Einstufungskriterien für Stoffe und Gemische, • Art und Weise der Kennzeichnung und Verpackung als gefährlich eingestufter Stoffe und Gemische. • Festlegung der Gemische, für die eine gesonderte Kennzeichnung vorzusehen ist.

Wichtige Termine Die CLP-Verordnung ist am 20.01.2009 in Kraft getreten. Die erste Übergangsfrist endete am 01.12.2010. Ab diesem Zeitpunkt sind alle Stoffe, die unter GHS/CLP fallen entsprechend der Richtlinien zu kennzeichnen, davor kann (also nicht verpflichtend) GHS/CLP angewendet werden. Ab dem 01.06.2015 müssen auch alle gemäß GHS als Gemische bezeichneten Zubereitungen entsprechend gekennzeichnet werden. Bis dahin sind im Sicherheitsdatenblatt alte und neue Einstufung anzugeben.

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Die Einstufung Die Einstufung von Chemikalien erfolgt in sogenannte Gefahrenklassen entsprechend der Gefahren, die von ihnen ausgehen. Es ist jedoch innerhalb der Gefahrenklassen weiter zu differenzieren. Es ergeben sich hieraus die Gefahrenkategorien. Sie geben Auskunft darüber, wie groß eine Gefahr ist, ob eine direkte Gefahr von ihnen ausgeht oder ob eine Langzeitwirkung eintreten wird. Entsprechend der Einstufung sind bestimmte Gefahrenhinweise (hazard statements) anzugeben.

Das Kodierungssystem nach GHS-System die Gefahrenhinweise

HH 301 3 01 Diese Zahl entspricht der laufenden Nummer des H-Satzes.

Diese Zahl beschreibt die Art der Gefahr

Steht für Gefahrenhinweis (Hazard Statement)

Zusätzlich zu der Eingruppierung in Gefahrenklassen, gibt es verfeinerte Eingruppierungen in Form der Gefahrenkategorie, die die Gefahrenklassen hinsichtlich der Schwere der Gefahr in 4 Kategorien unterteilen. Lediglich für die Explosivstoffe gibt es statt der Gefahrenkategorien 6 Unterklassen.

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2 Physikalische Gefahren 3 Gesundheitsgefahren 4 Umweltgefahren

Auffallend neu: Die Gefahrenpiktogramme

Aus R und S wird H und P

Die alten Gefahrenpiktogramme auf orangenem Hintergrund werden durch insgesamt 9 neue Gefahrenpiktogramme ersetzt. Die schwarzen Symbole auf weißem Hintergrund werden jetzt von einer roten Raute umrandet. (zum Download von der UNECE zur Verfügung gestellt unter www.unece.org/trans/danger/publi/ghs/ pictograms.html). Neu aufgenommen wurden die Gasflasche, Gesundheitsgefahr (menschlicher Oberkörper) und ein Ausrufezeichen.

GHS01

GHS02

GHS03

GHS04

GHS05

GHS06

GHS07

GHS08

GHS09

Die alten R-Sätze (R für risk, Risiko) und S-Sätze (S für safety, Sicherheit) werden durch neue Hinweise abgelöst. Die neuen Gefahrenhinweise, H-Hinweise (hazard statements) lösen die alten R-Sätze ab. Ein Gefahrenhinweis ist ein standardisierter Textbaustein, der die Art und gegebenenfalls den Schweregrad der Gefährdung beschreibt. Unter 125 ml Packungsgröße, müssen die H-Hinweise im Falle bestimmter Einstufungen nicht angegeben werden. Die neuen Sicherheitshinweise, P-Hinweise (precautionary statements) ersetzen die alten S-Sätze. Sicherheitshinweise beschreiben in standardisierter Form die empfohlenen Maßnahmen zur Begrenzung oder Vermeidung schädlicher Wirkungen aufgrund der Exposition gegenüber einem Stoff oder Gemisch bei seiner Verwendung. Dabei wird bereits auf die Bereiche Prävention, Lagerung und Entsorgung Rücksicht genommen. Auf der Internetseite der Europäische Kommission sind Tabellen mit Signalwörtern, Gefahrenhinweisen (H-Hinweise) und Sicherheitshinweisen (P-Hinweise) in 23 Sprachen zu finden (ec.europa.eu/enterprise/sectors/chemicals/documents/classification/ Stand bei Drucklegung 02/2010).

Jetzt zusätzlich: Das Signalwort Neu mit dem GHS wurde ein Kennzeichnungselement eingeführt, das Personen auf ein Gefahrenpotential, ausgehend von Stoffen oder Gemischen, aufmerksam machen soll. Es gibt zwei Abstufungen:

GEFAHR ACHTUNG

> für die schwerwiegenden Gefahrenkategorien

> für die weniger schwerwiegenden Gefahrenkategorien

Weiterführende Literatur Leitfaden zur Anwendung der GHS-Verordnung: Das neue Einstufungs- und Kennzeichnungssystem für Chemikalien nach GHS – kurz erklärt – Herausgeber: Umweltbundesamt Postfach 14 06 | 06813 Dessau-Roßlau Telefon: 0340/2103-0 | Telefax: 0340/2103-2285 Internet: www.umweltbundesamt.de © 2013 AppliChem • chem_is_try

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Symbol

Beschreibung

Signalwort/Signalwörter

Explosiv

Gefahr

Entzündbar

Gefahr/Achtung

Entzündend (Oxidierend)

Gefahr/Achtung

Unter Druck stehende Gase

Achtung

Auf Metalle korrosiv wirkend

Achtung

Akute Toxizität Kat. 1, 2, 3

Gefahr

Krebserzeugend Karzinogen Reproduktionstoxisch Sensibilisierung der Atemwege Spezifische Zielorgan-Toxizität nach einmaliger oder wiederholter Exposition, Kat. 1, 2 Aspirationsgefahr Kat. 1

Gefahr/Achtung

Akute Toxizität Kat. 4 Reizung der Kat. 2 Augenreizung Kat. 2 Sensibilisierung der Haut Spezifische Zielorgan-Toxizität, Kat. 3

Achtung

Hautätzend Kat.1 Schwere Augenschäden Kat. 1

Gefahr

Gewässergefährdend

Achtung

Physikalische Gefahren

Gesundheitsgefahren

Umweltgefahren

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Physikalische Gefahren Gefahrenklassen und Gefahrenkategorien

Gefahrensymbol

H-Satz

Signalwort

• Instabile explosive Stoffe, Gemische • Explosive Stoffe, Gemische und Erzeugnisse mit Explosivstoff der Unterklassen 1.1 – 1.3 Selbstzersetzliche Stoffe, Gemische, Typ A,B Organische Peroxide Typ A, B

H200 H201, H202, H203

Gefahr

Explosive Stoffe, Gemische und Erzeugnisse mit Explosivstoff, Unterklasse 4

H204

Achtung

Entzündbare Gase, Kategorie 1

H220

Gefahr

Entzündbare Aerosole, Kategorie 1

H222

Entzündbare Flüssigkeiten, Kategorie 1

H224

Entzündbare Flüssigkeiten, Kategorie 2

H225

Entzündbare Feststoffe, Kategorie 1

H228

Entzündbare Feststoffe, Kategorie 2

H228

Entzündbare Aerosole, Kategorie 2

H223

Entzündbare Flüssigkeiten, Kategorie 3

H226

Pyrophore Flüssigkeiten, Kategorie 1

H250

Pyrophore Feststoffe, Kategorie 1

H250

Stoffe, Gemische, die bei Berührung mit Wasser entzündbare Gase ergeben, Kategorien 1, 2 und Kategorie 3

H260 H261 H261

Achtung

Selbstzersetzliche Stoffe, Gemische, Typ B

H241

Gefahr

Selbstzersetzliche Stoffe, Gemische, Typ C, D und Typ E, F

H242 H242

Achtung

Selbsterhitzungsfähige Stoffe, Gemische, Kategorien 1 und 2

H251 H252

Gefahr Achtung

Oxidierende Gase, Kategorie 1

H270

Gefahr

Oxidierende Flüssigkeiten, Kategorien 1, 2 und 3

H271, H272 H272

Achtung

Oxidierende Feststoffe, Kategorien 1, 2 und 3

H271, H272 H272

Gefahr Achtung

• Verdichtete Gase

H280

Achtung

• Verflüssigte Gase

H280

• Tiefgekühlt verflüssigte Gase

H281

• Gelöste Gase

H280

Auf Metall korrosiv wirkend, Kategorie 1

H290

Explosive Stoffe, Gemische und Erzeugnisse mit Explosivstoff

H240, H241 H240, H241

Achtung

Gefahr

Gase unter Druck

Achtung

In schwarzer Schrift sind die Informationen geschrieben, die dem Signalwort Gefahr zuzuordnen sind. In pinker Schrift sind die Informationen geschrieben, die dem Signalwort Achtung zuzuordnen sind.

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Gesundheitsgefahren Gefahrenklassen und Gefahrenkategorien

Gefahrensymbol

Akute Toxizität, Kategorien 1, 2 • Oral • Dermal • Inhalativ Akute Toxizität, Kategorien 3 • Oral • Dermal • Inhalativ

H-Satz

Signalwort

H300 H310 H330

Gefahr

H301 H311 H331

Keimzellenmutagenität, Kategorien 1A, 1B Karzinogenität , Kategorien 1A, 1B Reproduktionstoxizität, Kategorien 1A, 1B Spezifische Zielorgan-Toxizität (STOT), einmaliger Exposition, Kategorie 1 Spezifische Zielorgan-Toxizität (STOT), wiederholter Exposition, Kategorie 1 Sensibilisierung der Atemwege, Kategorie 1 Aspirationsgefahr, Kategorie 1 Keimzellenmutagenität, Kategorie 2 Karzinogenität , Kategorie 2 Reproduktionstoxizität, Kategorie 2 Spezifische Zielorgan-Toxizität (STOT), einmaliger Exposition, Kategorie 2 Spezifische Zielorgan-Toxizität (STOT), wiederholter Exposition, Kategorie 2

H340 H350 H360 H370 H372 H334 H304 H341 H351 H361 H371 H373

Gefahr

Akute Toxizität, Kategorie 4 • Oral • Dermal • Inhalativ

H302 H312 H332

Achtung

Achtung

Reizwirkung auf die Haut, Kategorie 2 Augenreizung, Kategorie 2 Sensibilisierung der Haut, Kategorie 1 Spezifische Zielorgan-Toxizität (STOT), einmaliger Exposition, Kategorie 3 • Atemwegreizung • Narkotisierende Wirkung

H315 H319 H317

Ätzwirkung auf die Haut, Kategorien 1A, 1B, 1C Schwere Augenschäden, Kategorie 1

H314 H318

Gefahr

Akut gewässergefährdend, Kategorie 1 Chronisch gewässergefährdend, Kategorie 1

H400 H410

Achtung

Chronisch gewässergefährdend, Kategorie 2

H411

H335 H336

Umweltgefahren

In schwarzer Schrift sind die Informationen geschrieben, die dem Signalwort Gefahr zuzuordnen sind. In pinker Schrift sind die Informationen geschrieben, die dem Signalwort Achtung zuzuordnen sind. In blauer Schrift ist der einzige H-Satz geschrieben, dem KEIN Signalwort zugeordnet ist.

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Gefahrenhinweise (H-Sätze) Gefahrenhinweise für physikalische Gefahren H200

(1) Instabil, explosiv

H201

Explosiv, Gefahr der Massenexplosion.

H202

Explosiv; große Gefahr durch Splitter, Spreng- und Wurfstücke.

H203

Explosiv; Gefahr durch Feuer, Luftdruck oder Splitter, Spreng- und Wurfstücke.

H204

Gefahr durch Feuer oder Splitter, Spreng- und Wurfstücke.

H205

Gefahr der Massenexplosion bei Feuer.

H220

Extrem entzündbares Gas.

H221

Entzündbares Gas.

H222

Extrem entzündbares Aerosol.

H223

Entzündbares Aerosol.

H224

Flüssigkeit und Dampf extrem entzündbar.

H225

Flüssigkeit und Dampf leicht entzündbar.

H226

Flüssigkeit und Dampf entzündbar.

H228

Entzündbarer Feststoff.

H240

Erwärmung kann Explosion verursachen.

H241

Erwärmung kann Brand oder Explosion verursachen.

H242

Erwärmung kann Brand verursachen.

H250

Entzündet sich in Berührung mit Luft von selbst.

H251

Selbsterhitzungsfähig; kann in Brand geraten.

H252

In großen Mengen selbsterhitzungsfähig; kann in Brand geraten.

H260

In Berührung mit Wasser entstehen entzündbare Gase, die sich spontan entzünden können.

H261

In Berührung mit Wasser entstehen entzündbare Gase.

H270

Kann Brand verursachen oder verstärken; Oxidationsmittel.

H271

Kann Brand oder Explosion verursachen; starkes Oxidationsmittel.

H272

Kann Brand verstärken; Oxidationsmittel.

H280

Enthält Gas unter Druck; kann bei Erwärmung explodieren.

H281

Enthält tiefkaltes Gas; kann Kälteverbrennungen oder -Verletzungen verursachen.

H290

Kann gegenüber Metallen korrosiv sein.

(1) Das Kodifizierungssystem für GHS-Gefahrenhinweise wird noch im UN-Sachverständigenausschuss diskutiert; deshalb könnten Änderungen notwendig sein.

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Gefahrenhinweise für Gesundheitsgefahren H300

Lebensgefahr bei Verschlucken.

H301

Giftig bei Verschlucken.

H302

Gesundheitsschädlich bei Verschlucken.

H304

Kann bei Verschlucken und Eindringen in die Atemwege tödlich sein.

H310

Lebensgefahr bei Hautkontakt.

H311

Giftig bei Hautkontakt.

H312

Gesundheitsschädlich bei Hautkontakt.

H314

Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden.

H315

Verursacht Hautreizungen.

H317

Kann allergische Hautreaktionen verursachen.

H318

Verursacht schwere Augenschäden.

H319

Verursacht schwere Augenreizung.

H330

Lebensgefahr bei Einatmen.

H331

Giftig bei Einatmen.

H332

Gesundheitsschädlich bei Einatmen.

H334

Kann bei Einatmen Allergie, asthmaartige Symptome oder Atembeschwerden verursachen.

H335

Kann die Atemwege reizen.

H336

Kann Schläfrigkeit und Benommenheit verursachen.

H340

Kann genetische Defekte verursachen.

H341

Kann vermutlich genetische Defekte verursachen.

(1)

H350(1)

Kann Krebs erzeugen.

H350i

Kann bei Einatmen Krebs erzeugen.

H351

(1)

Kann vermutlich Krebs erzeugen.

(1)

H360(1)

Kann die Fruchtbarkeit beeinträchtigen oder das Kind im Mutterleib schädigen (konkrete Wirkung angeben, sofern bekannt).

H360F(1)

Kann die Fruchtbarkeit beeinträchtigen.

H360D

Kann das Kind im Mutterleib schädigen.

(1)

H360FD(1)

Kann die Fruchtbarkeit beeinträchtigen. Kann as Kind im Mutterleib schädigen.

H360Fd

(1)

Kann die Fruchtbarkeit beeinträchtigen. Kann vermutlich das Kind im Mutterleib schädigen.

(1)

Kann das Kind im Mutterleib schädigen. Kann vermutlich die Fruchtbarkeit beeinträchtigen.

H360Df H361(1)

Kann vermutlich die Fruchtbarkeit beeinträchtigen oder das Kind im Mutterleib schädigen (konkrete Wirkung angeben, sofern bekannt).

H361f

Kann vermutlich die Fruchtbarkeit beeinträchtigen.

H361d

Kann vermutlich das Kind im Mutterleib schädigen.

H361fd

Kann vermutlich die Fruchtbarkeit beeinträchtigen. Kann vermutlich das Kind im Mutterleib schädigen.

H362

Kann Säuglinge über die Muttermilch schädigen.

H370

90

(1)

Schädigt die Organe (oder alle betroffenen Organe nennen, sofern bekannt).

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H371(1)

Kann die Organe schädigen (oder alle betroffenen Organe nennen, sofern bekannt) (Expositionswegangeben, sofern schlüssig belegt ist, dass diese Gefahr bei keinem anderen Expositionsweg besteht).

H372(1)

Schädigt die Organe (alle betroffenen Organe nennen) bei längerer oder wiederholter Exposition) (Expositionsweg angeben, wenn schlüssig belegt ist, dass diese Gefahr bei keinem anderen Expositionsweg besteht).

H373(1)

Kann die Organe schädigen (alle betroffenen Organe nennen, sofern bekannt) bei längerer oder wiederholter Exposition. (1)

Expositionsweg angeben, wenn schlüssig belegt ist, dass diese Gefahr bei keinem anderen Expositionsweg besteht.

Gefahrenhinweise für Umweltgefahren H400

Sehr giftig für Wasserorganismen.

H410

Sehr giftig für Wasserorganismen mit langfristiger Wirkung.

H411

Giftig für Wasserorganismen, mit langfristiger Wirkung.

H412

Schädlich für Wasserorganismen, mit langfristiger Wirkung.

H413

Kann für Wasserorganismen schädlich sein, mit langfristiger Wirkung.

EUH001

In trockenem Zustand explosionsgefährlich.

EUH006

Mit und ohne Luft explosionsfähig.

EUH014

Reagiert heftig mit Wasser.

EUH018

Kann bei Verwendung explosionsfähige/entzündbare Dampf/Luft-Gemische bilden.

EUH019

Kann explosionsfähige Peroxide bilden.

EUH029

Entwickelt bei Berührung mit Wasser giftige Gase.

EUH031

Entwickelt bei Berührung mit Säure giftige Gase.

EUH032

Entwickelt bei Berührung mit Säure sehr giftige Gase.

EUH044

Explosionsgefahr bei Erhitzen unter Einschluss.

EUH059

Schädigt die Ozonschicht.

EUH066

Wiederholter Kontakt kann zu spröder oder rissiger Haut führen.

EUH070

Giftig bei Kontakt mit den Augen.

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Sicherheitshinweise (P-Sätze) Die fehlende Information (gekennzeichnet durch .... ) ist vom Lieferanten auszufüllen. Sicherheitshinweise – Allgemeines P101

Ist ärztlicher Rat erforderlich, Verpackung oder Kennzeichnungsetikett bereithalten.

P102

Darf nicht in die Hände von Kindern gelangen.

P103

Vor Gebrauch Kennzeichnungsetikett lesen.

Sicherheitshinweise – Prävention P201

Vor Gebrauch besondere Anweisungen einholen.

P202

Vor Gebrauch alle Sicherheitshinweise lesen und verstehen.

P210

Von Hitze/Funken/offener Flamme/heißen Oberflächen fernhalten. Nicht rauchen.

P211

Nicht gegen offene Flamme oder andere Zündquelle sprühen.

P220

Von Kleidung/…/brennbaren Materialien fernhalten/entfernt aufbewahren.

P221

Mischen mit brennbaren Stoffen/… unbedingt verhindern.

P222

Kontakt mit Luft nicht zulassen.

P223

Kontakt mit Wasser wegen heftiger Reaktion und möglichem Aufflammen unbedingt verhindern.

P230

Feucht halten mit …

P231

Unter inertem Gas handhaben.

P232

Vor Feuchtigkeit schützen.

P233

Behälter dicht verschlossen halten.

P234

Nur im Originalbehälter aufbewahren.

P235

Kühl halten.

P240

Behälter und zu befüllende Anlage erden.

P241

Explosionsgeschützte elektrische Betriebsmittel/Lüftungsanlagen/Beleuchtung/… verwenden.

P242

Nur funkenfreies Werkzeug verwenden.

P243

Maßnahmen gegen elektrostatische Aufladungen treffen.

P244

Druckminderer frei von Fett und Öl halten.

P250

Nicht schleifen/stoßen/…/reiben.

P251

Behälter steht unter Druck: Nicht durchstechen oder verbrennen, auch nicht nach der Verwendung.

P260

Staub/Rauch/Gas/Nebel/Dampf/Aerosol nicht einatmen.

P261

Einatmen von Staub/Rauch/Gas/Nebel/Dampf/Aerosol vermeiden.

P262

Nicht in die Augen, auf die Haut oder auf die Kleidung gelangen lassen.

P263

Kontakt während der Schwangerschaft/und der Stillzeit vermeiden.

P264

Nach Gebrauch … gründlich waschen.

P270

Bei Gebrauch nicht essen, trinken oder rauchen.

P271

Nur im Freien oder in gut belüfteten Räumen verwenden.

P272

Kontaminierte Arbeitskleidung nicht außerhalb des Arbeitsplatzes tragen.

P273

Freisetzung in die Umwelt vermeiden.

P280

Schutzhandschuhe/Schutzkleidung/Augenschutz/Gesichtsschutz tragen.

P281

Vorgeschriebene persönliche Schutzausrüstung verwenden.

92

chem_is_try • AppliChem © 2013

P282

Schutzhandschuhe/Gesichtsschild/Augenschutz mit Kälteisolierung tragen.

P283

Schwer entflammbare/flammhemmende Kleidung tragen.

P284

Atemschutz tragen.

P285

Bei unzureichender Belüftung Atemschutz tragen.

P231 + P232

Unter inertem Gas handhaben. Vor Feuchtigkeit schützen.

P235 + P410

Kühl halten. Vor Sonnenbestrahlung schützen.

Sicherheitshinweise – Reaktion P301

Bei verschlucken:

P302

Bei Berührungen mit der Haut:

P303

Bei Berührungen mit der Haut (oder dem Haar):

P304

Bei einatmen:

P305

Bei Kontakt mir den Augen:

P306

Bei Kontaminierter Kleidung:

P307

Bei Exposition:

P308

Bei Exposition oder falls betroffen:

P309

Bei Exposition oder Unwohlsein:

P310

Sofort Giftinformationszentrum oder Arzt anrufen.

P311

Giftinformationszentrum oder Arzt anrufen.

P312

Bei Unwohlsein Giftinformationszentrum oder Arzt anrufen.

P313

Ärztlichen Rat einholen/ärztliche Hilfe hinzuziehen.

P314

Bei Unwohlsein ärztlichen Rat einholen/ärztliche Hilfe hinzuziehen.

P315

Sofort ärztlichen Rat einholen/ärztliche Hilfe hinzuziehen.

P320

Besondere Behandlung dringend erforderlich (siehe … auf diesem Kennzeichnungsetikett).

P321

Besondere Behandlung (siehe … auf diesem Kennzeichnungsetikett).

P322

Gezielte Maßnahmen (siehe … auf diesem Kennzeichnungsetikett).

P330

Mund ausspülen.

P331

Kein Erbrechen herbeiführen.

P332

Bei Hautreizung:

P333

Bei Hautreizung oder -ausschlag:

P334

In kaltes Wasser tauchen/nassen Verband anlegen.

P335

Lose Partikel von der Haut abbürsten.

P336

Vereiste Bereiche mit lauwarmem Wasser auftauen. Betroffenen Bereich nicht reiben.

P337

Bei anhaltender Augenreizung:

P338

Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter ausspülen.

P340

Die betroffene Person an die frische Luft bringen und in einer Position ruhigstellen, die das Atmen erleichtert.

P341

Bei Atembeschwerden an die frische Luft bringen und in einer Position ruhigstellen, die das Atmen erleichtert.

P342

Bei Symptomen der Atemwege:

P350

Behutsam mit viel Wasser und Seife waschen.

P351

Einige Minuten lang behutsam mit Wasser ausspülen.

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93

P352

Mit viel Wasser und Seife waschen.

P353

Haut mit Wasser abwaschen/duschen.

P360

Kontaminierte Kleidung und Haut sofort mit viel Wasser abwaschen und danach Kleidung ausziehen.

P361

Alle kontaminierten Kleidungsstücke sofort ausziehen.

P362

Kontaminierte Kleidung ausziehen und vor erneutem Tragen waschen.

P363

Kontaminierte Kleidung vor erneutem Tragen waschen.

P370

Bei Brand:

P371

Bei Großbrand und großen Mengen:

P372

Explosionsgefahr bei Brand.

P373

Keine Brandbekämpfung, wenn das Feuer explosive Stoffe/Gemische/Erzeugnisse erreicht.

P374

Brandbekämpfung mit üblichen Vorsichtsmaßnahmen aus angemessener Entfernung.

P375

Wegen Explosionsgefahr Brand aus der Entfernung bekämpfen.

P376

Undichtigkeit beseitigen, wenn gefahrlos möglich.

P377

Brand von ausströmendem Gas: Nicht löschen, bis Undichtigkeit gefahrlos beseitigt werden kann.

P378

… zum Löschen verwenden.

P380

Umgebung räumen.

P381

Alle Zündquellen entfernen, wenn gefahrlos möglich.

P390

Verschüttete Mengen aufnehmen, um Materialschäden zu vermeiden.

P391

Verschüttete Mengen aufnehmen.

P301 + P310

Bei verschlucken: Sofort Giftinformationszentrum oder Arzt anrufen.

P301 + P312

Bei verschlucken: Bei Unwohlsein Giftinformationszentrum oder Arzt anrufen.

P301 + P330 + P331

Bei verschlucken: Mund ausspülen. Kein Erbrechen herbeiführen.

P302 + P334

Bei Kontakt mir der Haut: In kaltes Wasser tauchen/nassen Verband anlegen.

P302 + P350

Bei Kontakt mir der Haut: Behutsam mit viel Wasser und Seife waschen.

P302 + P352

Bei Kontakt mir der Haut: Mit viel Wasser und Seife waschen.

P303 + P361 + P353

Bei Kontakt mir der Haut (oder dem Haar): Alle beschmutzten, getränkten Kleidungsstücke sofort ausziehen. Haut mit Wasser abwaschen/duschen.

P304 + P340

Bei einatmen: An die frische Luft bringen und in einer Position ruhigstellen, die das Atmen erleichtert.

P304 + P341

Bei einatmen: Bei Atembeschwerden an die frische Luft bringen und in einer Position ruhigstellen, die das Atmen erleichtert.

P305 + P351 + P338

Bei Kontakt mit den Augen: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser spülen. Vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter spülen.

P306 + P360

Bei Kontakt mit der Kleidung: Kontaminierte Kleidung und Haut sofort mit viel Wasser abwaschen und danach Kleidung ausziehen.

P307 + P311

Bei Exposition: Giftinformationszentrum oder Arzt anrufen.

P308 + P313

Bei Exposition oder falls betroffen: Ärztlichen Rat einholen/ärztliche Hilfe hinzuziehen.

P309 + P311

Bei Exposition oder Unwohlsein: Giftinformationszentrum oder Arzt anrufen.

P332 + P313

Bei Hautreizung: Ärztlichen Rat einholen/ärztliche Hilfe hinzuziehen.

P333 + P313

Bei Hautreizung oder -ausschlag: Ärztlichen Rat einholen/ärztliche Hilfe hinzuziehen.

P335 + P334

Lose Partikel von der Haut abbürsten. In kaltes Wasser tauchen/nassen Verband anlegen.

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P337 + P313

Bei anhaltender Augenreizung: Ärztlichen Rat einholen/ärztliche Hilfe hinzuziehen.

P342 + P311

Bei Symptomen der Atemwege: Giftinformationszentrum oder Arzt anrufen.

P370 + P376

Bei Brand: Undichtigkeit beseitigen, wenn gefahrlos möglich.

P370 + P378

Bei Brand: … zum Löschen verwenden.

P370 + P380

Bei Brand: Umgebung räumen.

P370 + P380 + P375

Bei Brand: Umgebung räumen. Wegen Explosionsgefahr Brand aus der Entfernung bekämpfen.

P371 + P380 + P375

Bei Großbrand und großen Mengen: Umgebung räumen. Wegen Explosionsgefahr Brand aus der Entfernung bekämpfen.

Sicherheitshinweise – Aufbewahrung P401

… aufbewahren.

P402

An einem trockenen Ort aufbewahren.

P403

An einem gut belüfteten Ort aufbewahren.

P404

In einem geschlossenen Behälter aufbewahren.

P405

Unter Verschluss aufbewahren.

P406

In korrosionsbeständigem/… Behälter mit korrosionsbeständiger Auskleidung aufbewahren.

P407

Luftspalt zwischen Stapeln/Paletten lassen.

P410

Vor Sonnenbestrahlung schützen.

P411

Bei Temperaturen von nicht mehr als … °C/…aufbewahren.

P412

Nicht Temperaturen von mehr als 50 °C aussetzen.

P413

Schüttgut in Mengen von mehr als … kg bei Temperaturen von nicht mehr als … °C aufbewahren.

P420

Von anderen Materialien entfernt aufbewahren.

P422

Inhalt in/unter … aufbewahren.

P402 + P404

In einem geschlossenen Behälter an einem trockenen Ort aufbewahren.

P403 + P233

Behälter dicht verschlossen an einem gut belüfteten Ort aufbewahren.

P403 + P235

Kühl an einem gut belüfteten Ort aufgewahren.

P410 + P403

Vor Sonnenbestrahlung geschützt an einem gut belüfteten Ort aufbewahren.

P410 + P412

Vor Sonnenbestrahlung schützen und nicht Temperaturen von mehr als 50 °C aussetzen.

P411 + P235

Kühl und bei Temperaturen von nicht mehr als … °C aufbewahren.

Sicherheitshinweise – Entsorgung P501

Inhalt/Behälter … zuführen.

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95

Gefahrensymbole

H

explosionsgefährlich (E)

E

hochentzündlich (F+) oder leichtentzündlich (F)

C

brandfördernd (O)

F

sehr giftig (T+) oder giftig (T)

D

gesundheitsschädlich (Xn) oder reizend (Xi)

G

ätzend (C)

I

umweltgefährlich (N)

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Stoffe, die unter bestimmten Bedingungen explodieren können. Schlag, Stoß, Reibung, Funkenbildung und Hitzeeinwirkung vermeiden.

Selbstentzündliche Stoffe, leichtentzündliche gasförmige Stoffe, feuchtigkeitsempfindliche Stoffe oder brennbare Flüssigkeiten. Kontakt mit Zündquellen/Gefahrenquellen (Luft, Wasser) vermeiden.

Gefahr: Stoffe, die brennbare Stoffe entzünden können oder ausgebrochene Brände fördern und so die Brandbekämpfung erschweren. Kontakt mit brennbaren Stoffen vermeiden.

Nach Einatmen, Verschlucken oder Aufnahme durch die Haut treten meist Gesundheitsschäden erheblichen Ausmaßes oder Tod ein. Schon weniger als 25 mg pro Kilogramm Körpergewicht können zum Tod führen. Kontakt mit dem menschlichen Körper vermeiden.

Xn: Bei Aufnahme in den Körper können diese Stoffe Gesundheitsschäden verursachen, Xi: Stoffe mit Reizwirkung auf Haut, Augen und Atmungsorgane; kann Entzündungen verursachen. Kontakt mit dem menschlichen Körper, auch Einatmen der Dämpfe, vermeiden und bei Unwohlsein den Arzt aufsuchen.

Hautgewebe, aber auch viele Materialien werden bei Kontakt mit dieser Chemikalie zerstört. Dämpfe nicht einatmen und Berührung mit Haut, Augen und Kleidung vermeiden.

Schädlich für die Umwelt. Diese Stoffe müssen gesondert entsorgt werden.

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Gefahrenhinweise und Sicherheitsratschläge Alle AppliChem-Artikel werden hinsichtlich ihrer Eigenschaften eingestuft. Dabei werden Gefahrstoffe nach der jeweils gültigen Fassung von Chemikaliengesetz und Gefahrstoffverordnung der Bundesrepublik Deutschland gekennzeichnet. Die Gefahrstoffverordnung entspricht im EU-Bereich den EG-Richtlinien. Die Kennzeichnung im Rahmen dieser Vorschriften erfolgt durch Angabe von Gefahrensymbolen mit Gefahrenbezeich-

nung, Gefahrenhinweisen (R-Sätze) und Sicherheitsratschlägen (S-Sätze). Diese Daten sind im Katalog angegeben. Dabei ist zu beachten, dass der Katalog den Stand bei Redaktionsschluss (April 2008) wiedergibt. Die Etiketten sind dem Stand unseres Wissens und den sich im Detail ändernden gesetzlichen Regelungen angepasst. Die Angaben auf unseren Etiketten sind maßgebend.

Hinweise auf besondere Gefahren (R-Sätze) R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R 10 R 11 R 12 R 14 R 15 R 16 R 17 R 18 R 19 R 20 R 21 R 22 R 23 R 24 R 25 R 26 R 27 R 28 R 29 R 30 R 31 R 32 R 33 R 34 R 35 R 36 R 37 R 38 R 39 R 40 R 41 R 42 R 43 R 44

In trockenem Zustand explosionsgefährlich Durch Schlag, Reibung, Feuer oder andere Zündquellen explosionsgefährlich Durch Schlag, Reibung, Feuer oder andere Zündquellen besonders explosionsgefährlich Bildet hochempfindliche explosionsgefährliche Metallverbindungen Beim Erwärmen explosionsgefährlich Mit und ohne Luft explosionsfähig Kann Brand verursachen Feuergefahr bei Berührung mit brennbaren Stoffen Explosionsgefahr bei Mischung mit brennbaren Stoffen Entzündlich Leichtentzündlich Hochentzündlich Reagiert heftig mit Wasser Reagiert mit Wasser unter Bildung hochentzündlicher Gase Explosionsgefährlich in Mischung mit brandfördernden Stoffen Selbstentzündlich an der Luft Bei Gebrauch Bildung explosiver / leicht entzündlicher Dampf-Luftgemische möglich Kann explosionsfähige Peroxide bilden Gesundheitsschädlich beim Einatmen Gesundheitsschädlich bei Berührung mit der Haut Gesundheitsschädlich beim Verschlucken Giftig beim Einatmen Giftig bei Berührung mit der Haut Giftig beim Verschlucken Sehr giftig beim Einatmen Sehr giftig bei Berührung mit der Haut Sehr giftig beim Verschlucken Entwickelt bei Berührung mit Wasser giftige Gase Kann bei Gebrauch leicht entzündlich werden Entwickelt bei Berührung mit Säure giftige Gase Entwickelt bei Berührung mit Säure sehr giftige Gase Gefahr kummulativer Wirkungen Verursacht Verätzungen Verursacht schwere Verätzungen Reizt die Augen Reizt die Atmungsorgane Reizt die Haut Ernste Gefahr irreversiblen Schadens Verdacht auf krebserzeugende Wirkung Gefahr ernster Augenschäden Sensibilisierung durch Einatmen möglich Sensibilisierung durch Hautkontakt möglich Explosionsgefahr bei Erhitzen unter Einschluss

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97

R 45 R 46 R 48 R 49 R 50 R 51 R 52 R 53 R 54 R 55 R 56 R 57 R 58 R 59 R 60 R 61 R 62 R 63 R 64 R 65 R 66 R 67 R 68

Kann Krebs erzeugen Kann vererbbare Schäden verursachen Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer Exposition Kann Krebs erzeugen beim Einatmen Sehr giftig für Wasserorganismen Giftig für Wasserorganismen Schädlich für Wasserorganismen Kann in Gewässern längerfristig schädliche Wirkungen haben Giftig für Pflanzen Giftig für Tiere Giftig für Bodenorganismen Giftig für Bienen Kann längerfristig schädliche Wirkungen auf die Umwelt haben Gefährlich für die Ozonschicht Kann die Fortpflanzungsfähigkeit beeinträchtigen Kann das Kind im Mutterleib schädigen Kann möglicherweise die Fortpflanzungsfähigkeit beeinträchtigen Kann das Kind im Mutterleib möglicherweise schädigen Kann Säuglinge über die Muttermilch schädigen Gesundheitsschädlich: Kann beim Verschlucken Lungenschäden verursachen Wiederholter Kontakt kann zu spröder oder rissiger Haut führen Dämpfe können Schläfrigkeit und Benommenheit verursachen Irreversibler Schaden möglich

Kombination der R-Sätze R 14/15 R 15/29 R 20/21 R 20/22 R 20/21/22 R 21/22 R 23/24 R 23/25 R 23/24/25 R 24/25 R 26/27 R 26/28 R 26/27/28 R 27/28 R 36/37 R 36/38 R 36/37/38 R 37/38 R 39/23 R 39/24 R 39/25 R 39/23/24 R 39/23/25 R 39/24/25 R 39/23/24/25 R 39/26 R 39/27 R 39/28 R 39/26/27 R 39/26/28

98

Reagiert heftig mit Wasser unter Bildung hochentzündlicher Gase Reagiert mit Wasser unter Bildung giftiger und hochentzündlicher Gase Gesundheitsschädlich beim Einatmen und bei Berührung mit der Haut Gesundheitsschädlich beim Einatmen und Verschlucken Gesundheitsschädlich beim Einatmen, Verschlucken und Berührung mit der Haut Gesundheitsschädlich bei Berührung mit der Haut und beim Verschlucken Giftig beim Einatmen und bei Berührung mit der Haut Giftig beim Einatmen und Verschlucken Giftig beim Einatmen, Verschlucken und Berührung mit der Haut Giftig bei Berührung mit der Haut und beim Verschlucken Sehr giftig beim Einatmen und bei Berührung mit der Haut Sehr giftig beim Einatmen und Verschlucken Sehr giftig beim Einatmen, Verschlucken und bei Berührung mit der Haut Sehr giftig bei Berührung mit der Haut und beim Verschlucken Reizt die Augen und die Atmungsorgane Reizt die Augen und die Haut Reizt die Augen, Atmungsorgane und die Haut Reizt die Atmungsorgane und die Haut Giftig: ernste Gefahr irreversiblen Schadens durch Einatmen Giftig: ernste Gefahr irreversiblen Schadens bei Berührung mit der Haut Giftig: ernste Gefahr irreversiblen Schadens durch Verschlucken Giftig: ernste Gefahr irreversiblen Schadens durch Einatmen und bei Berührung mit der Haut Giftig: ernste Gefahr irreversiblen Schadens durch Einatmen und durch Verschlucken Giftig: ernste Gefahr irreversiblen Schadens bei Berührung mit der Haut und durch Verschlucken Giftig: ernste Gefahr irreversiblen Schadens durch Einatmen, Berührung mit der Haut und durch Verschlucken Sehr giftig: ernste Gefahr irreversiblen Schadens durch Einatmen Sehr giftig: ernste Gefahr irreversiblen Schadens bei Berührung mit der Haut Sehr giftig: ernste Gefahr irreversiblen Schadens durch Verschlucken Sehr giftig: ernste Gefahr irreversiblen Schadens durch Einatmen und Berührung mit der Haut Sehr giftig: ernste Gefahr irreversiblen Schadens durch Einatmen und durch Verschlucken

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R 39/27/28 R 39/26/27/28 R 42/43 R 48/20 R 48/21 R 48/22 R 48/20/21 R 48/20/22 R 48/21/22 R 48/20/21/22 R 48/23 R 48/24 R 48/25 R 48/23/24 R 48/23/25 R 48/24/25 R 48/23/24/25 R 50/53 R 51/53 R 52/53 R 68/20 R 68/20/21 R 68/20/21/22 R 68/20/22 R 68/21 R 68/21/22 R 68/22

Sehr giftig: ernste Gefahr irreversiblen Schadens bei Berührung mit der Haut und durch Verschlucken Sehr giftig: ernste Gefahr irreversiblen Schadens durch Einatmen, Berührung mit der Haut und durch Verschlucken Sensibilisierung durch Einatmen und Hautkontakt möglich Gesundheitsschädlich: Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer Exposition durch Einatmen Gesundheitsschädlich: Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer Exposition durch Berührung mit der Haut Gesundheitsschädlich: Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer Exposition durch Verschlucken Gesundheitsschädlich: Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer Exposition durch Einatmen und durch Berührung mit der Haut Gesundheitsschädlich: Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer Exposition durch Einatmen und durch Verschlucken Gesundheitsschädlich: Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer Exposition durch Berührung mit der Haut und durch Verschlucken Gesundheitsschädlich: Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer Exposition durch Einatmen, Berührung mit der Haut und durch Verschlucken Giftig: Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer Exposition durch Einatmen Giftig: Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer Exposition durch Berührung mit der Haut Giftig: Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer Exposition durch Verschlucken Giftig: Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer Exposition durch Einatmen und durch Berührung mit der Haut Giftig: Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer Exposition durch Einatmen und durch Verschlucken Giftig: Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer Exposition durch Berührung mit der Haut und durch Verschlucken Giftig: Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer Exposition durch Einatmen, Berührung mit der Haut und durch Verschlucken Sehr giftig für Wasserorganismen, kann in Gewässern längerfristig schädliche Wirkungen haben Giftig für Wasserorganismen, kann in Gewässern längerfristig schädliche Wirkungen haben Schädlich für Wasserorganismen, kann in Gewässern längerfristig schädliche Wirkungen haben Gesundheitsschädlich: Möglichkeit irreversiblen Schadens durch Einatmen Gesundheitsschädlich: Möglichkeit irreversiblen Schadens durch Einatmen und bei Berührung mit der Haut Gesundheitsschädlich: Möglichkeit irreversiblen Schadens durch Einatmen, Berührung mit der Haut und durch Verschlucken Gesundheitsschädlich: Möglichkeit irreversiblen Schadens durch Einatmen und durch Verschlucken Gesundheitsschädlich: Möglichkeit irreversiblen Schadens bei Berührung mit der Haut Gesundheitsschädlich: Möglichkeit irreversiblen Schadens bei Berührung mit der Haut und durch Verschlucken Gesundheitsschädlich: Möglichkeit irreversiblen Schadens durch Verschlucken

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Sicherheitsratschläge (S-Sätze) S1 S2 S3 S4 S5 S 5.1 S 5.2 S 5.3 S6 S 6.1 S 6.2 S7 S8 S9 S 12 S 13 S 14 S 14.1 S 14.2 S 14.3 S 14.4 S 14.5 S 14.6 S 14.7 S 14.8 S 14.9 S 14.10 S 14.11 S 15 S 16 S 17 S 18 S 20 S 21 S 22 S 23 S 23.1 S 23.2 S 23.3 S 23.4 S 23.5 S 24 S 25 S 26 S 27 S 28 S 28.1 S 28.2 S 28.3 S 28.4 S 28.5 S 28.6 S 28.7 S 29

100

Unter Verschluss aufbewahren Darf nicht in die Hände von Kindern gelangen Kühl aufbewahren Von Wohnplätzen fernhalten Unter ... aufbewahren (geeignete Flüssigkeit vom Hersteller anzugeben) Unter Wasser aufbewahren Unter Petroleum aufbewahren Unter Paraffinöl aufbewahren Unter ... aufbewahren (inertes Gas vom Hersteller anzugeben) Unter Stickstoff aufbewahren Unter Argon aufbewahren Behälter dicht geschlosen halten Behälter trocken halten Behälter an gut belüftetem Ort aufbewahren Behälter nicht gasdicht verschließen Von Nahrungsmitteln, Getränken und Futtermitteln fernhalten Von ... fernhalten (inkompatible Substanzen sind vom Hersteller anzugeben) Von Reduktionsmitteln, Schwermetallverbindungen, Säuren und Alkalien fernhalten Von oxidierenden und sauren Stoffen sowie Schwermetallverbindungen fernhalten Von Eisen fernhalten Von Wasser und Laugen fernhalten Von Säuren fernhalten Von Laugen fernhalten Von Metallen fernhalten Von oxidierenden und sauren Stoffen fernhalten Von brennbaren organischen Substanzen fernhalten Von Säuren, Reduktionsmitteln und brennbaren Materialien fernhalten Von brennbaren Stoffen fernhalten Vor Hitze schützen Von Zündquellen fernhalten - nicht rauchen Von brennbaren Stoffen fernhalten Behälter mit Vorsicht öffnen und handhaben Bei der Arbeit nicht essen und trinken Bei der Arbeit nicht rauchen Staub nicht einatmen Gas / Rauch / Dampf / Aerosol nicht einatmen (Bezeichnung ist vom Hersteller anzugeben) Gas nicht einatmen Dampf nicht einatmen Aerosol nicht einatmen Rauch nicht einatmen Dampf / Aerosol nicht einatmen Berührung mit der Haut vermeiden Berührung mit den Augen vermeiden Bei Berührung mit den Augen sofort gründlich mit Wasser abspülen und Arzt konsultieren Beschmutzte, getränkte Kleidung sofort ausziehen Bei Berührung mit der Haut sofort abwaschen mit viel ... (vom Hersteller anzugeben) Bei Berührung mit der Haut sofort abwaschen mit viel Wasser Bei Berührung mit der Haut sofort abwaschen mit viel Wasser und Seife Bei Berührung mit der Haut sofort abwaschen mit viel Wasser und Seife, möglichst auch mit Polyethylenglycol 400 Bei Berührung mit der Haut sofort abwaschen mit viel Polyethylenglycol 300 und Ethanol (2:1) und anschließend mit viel Wasser und Seife Bei Berührung mit der Haut sofort abwaschen mit viel Polyethylenglycol 400 Bei Berührung mit der Haut sofort abwaschen mit viel Polyethylenglycol 400 und anschließend Reinigung mit viel Wasser Bei Berührung mit der Haut sofort abwaschen mit viel Wasser und saurer Seife Nicht in die Kanalisation gelangen lassen

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S 30 S 33 S 35 S 36 S 37 S 38 S 39 S 40 S 40.1 S 41 S 42 S 43 S 43.1 S 43.2 S 43.3 S 43.4 S 43.6 S 43.7 S 43.8 S 45 S 46 S 47 S 48 S 48.1 S 49 S 50 S 50.1 S 50.2 S 50.3 S 51 S 52 S 53 S 56 S 57 S 59 S 60 S 61 S 62 S 63 S 64

Niemals Wasser hinzugießen Maßnahmen gegen elektrostatische Aufladungen treffen Abfälle und Behälter müssen in gesicherter Weise beseitigt werden Bei der Arbeit geeignete Schutzkleidung tragen Geeignete Schutzhandschuhe tragen Bei unzureichender Belüftung Atemschutzgerät anlegen Schutzbrille/Gesichtsschutz tragen Fußboden und verunreinigte Gegenstände mit viel .... reinigen (Material vom Hersteller anzugeben) Fußboden und verunreinigte Gegenstände mit viel Wasser reinigen Explosions- und Brandgase nicht einatmen Beim Räuchern/Versprühen geeignetes Atemschutzgerät anlegen (Bezeichnung vom Hersteller anzugeben) Zum Löschen ..... verwenden (vom Hersteller anzugeben) Zum Löschen Wasser verwenden Zum Löschen Wasser oder Pulverlöschmittel verwenden Zum Löschen Pulverlöschmittel, kein Wasser verwenden Zum Löschen Kohlendioxid, kein Wasser verwenden Zum Löschen Sand, kein Wasser verwenden Zum Löschen Metallbrandpulver, kein Wasser verwenden Zum Löschen Sand, Kohlendioxid oder Pulverlöschmittel, kein Wasser verwenden Bei Unfall oder Unwohlsein sofort Arzt hinzuziehen (wenn möglich, dieses Etikett vorzeigen) Bei Verschlucken sofort ärztlichen Rat einholen und Verpackung oder Etikett vorzeigen Nicht bei Temperaturen über … °C aufbewahren (vom Hersteller anzugeben) Feucht halten mit ... (geeignetes Mittel vom Hersteller anzugeben) Feucht halten mit Wasser Nur im Originalbehälter aufbewahren Nicht mischen mit ... (vom Hersteller anzugeben) Nicht mischen mit Säuren Nicht mischen mit Laugen Nicht mischen mit starken Säuren, starken Basen, Buntmetallen und deren Salze Nur in gut gelüfteten Bereichen verwenden Nicht großflächig für Wohn- und Aufenthaltsräume zu verwenden Exposition vermeiden – vor Gebrauch besondere Anweisungen einholen – nur für den berufsmäßigen Verwender Diesen Stoff und seinen Behälter der Problemabfallentsorgung zuführen Zur Vermeidung einer Kontamination der Umwelt geeigneten Behälter verwenden. Informationen zur Wiederverwendung / Wiederverwertung beim Hersteller / Lieferanten erfragen Dieser Stoff und/oder sein Behälter sind als gefährlicher Abfall zu entsorgen Freisetzung in die Umwelt vermeiden. Besondere Anweisungen einholen / Sicherheitsdatenblatt zu Rate ziehen Bei Verschlucken kein Erbrechen herbeiführen. Sofort ärztlichen Rat einholen und Verpackung oder Etikett vorzeigen Bei Unfall durch Einatmen: Verunfallten an die frische Luft bringen und ruhigstellen. Bei Verschlucken Mund mit Wasser ausspülen (nur wenn Verunfallter bei Bewusstsein ist).

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Kombination der S-Sätze S 1/2 S 3/7 S 3/9/14 S 3/9/14.1 S 3/9/14.2 S 3/9/14.3 S 3/9/14.4 S 3/9/14.5 S 3/9/14.6 S 3/9/14.7 S 3/9/14.8 S 3/9/14/49 S 3/9/14.1/49 S 3/9/14.2/49 S 3/9/14.3/49 S 3/9/14.4/49 S 3/9/14.5/49 S 3/9/14.6/49 S 3/9/14.7/49 S 3/9/14.8/49 S 3/9/49 S 3/14 S 3/14.1 S 3/14.2 S 3/14.3 S 3/14.4 S 3/14.5 S 3/14.6 S 3/14.7 S 3/14.8 S 7/8 S 7/9 S 7/47 S 20/21 S 24/25 S 27/28 S 29/35 S 29/56 S 36/37 S 36/37/39 S 36/39 S 37/39 S 47/49

102

Unter Verschluss und für Kinder unzugänglich aufbewahren Behälter dicht geschlossen halten und an einem kühlen Ort aufbewahren An einem kühlen, gut gelüfteten Ort, entfernt von ... aufbewahren (inkompatible Substanzen sind vom Hersteller anzugeben) An einem kühlen, gut gelüfteten Ort, entfernt von Reduktionsmitteln, Schwermetallverbindungen, Säuren und Alkalien aufbewahren An einem kühlen, gut gelüfteten Ort, entfernt von oxidierenden und sauren Stoffen sowie Schwermetalloxidverbindungen aufbewahren An einem kühlen, gut gelüfteten Ort, entfernt von Eisen aufbewahren An einem kühlen, gut gelüfteten Ort, entfernt von Wasser und Laugen aufbewahren An einem kühlen, gut gelüfteten Ort, entfernt von Säuren aufbewahren An einem kühlen, gut gelüfteten Ort, entfernt von Laugen aufbewahren An einem kühlen, gut gelüfteten Ort, entfernt von Metallen aufbewahren An einem kühlen, gut gelüfteten Ort, entfernt von oxidierenden und sauren Stoffen aufbewahren Nur im Originalbehälter an einem kühlen, gut gelüfteten Ort, entfernt von ... aufbewahren (inkompatible Substanzen sind vom Hersteller anzugeben) Nur im Originalbehälter an einem kühlen, gut gelüfteten Ort, entfernt von Reduktionsmitteln, Schwermetallverbindungen, Säuren und Alkalien aufbewahren Nur im Originalbehälter an einem kühlen, gut gelüfteten Ort, entfernt von oxidierenden und sauren Stoffen sowie Schwermetallverbindungen aufbewahren Nur im Originalbehälter an einem kühlen, gut gelüfteten Ort, entfernt von Eisen aufbewahren Nur im Originalbehälter an einem kühlen, gut gelüfteten Ort, entfernt von Wasser und Laugen aufbewahren Nur im Originalbehälter an einem kühlen, gut gelüfteten Ort, entfernt von Säuren aufbewahren Nur im Originalbehälter an einem kühlen, gut gelüfteten Ort, entfernt von Laugen aufbewahren Nur im Originalbehälter an einem kühlen, gut gelüfteten Ort, entfernt von Metallen aufbewahren Nur im Originalbehälter an einem kühlen, gut gelüfteten Ort, entfernt von oxidierenden und sauren Stoffen aufbewahren Nur im Originalbehälter an einem kühlen, gut gelüfteten Ort aufbewahren An einem kühlen, von ... entfernten Ort (inkompatible Substanzen sind vom Hersteller anzugeben) aufbewahren An einem kühlen, von Reduktionsmitteln, Schwermetallverbindungen, Säuren und Alkalien entfernten Ort aufbewahren An einem kühlen, von oxidierenden und sauren Stoffen sowie Schwermetallverbindungen entfernten Ort aufbewahren An einem kühlen, von Eisen entfernten Ort aufbewahren An einem kühlen, von Wasser und Laugen entfernten Ort aufbewahren An einem kühlen, von Säuren entfernten Ort aufbewahren An einem kühlen, von Laugen entfernten Ort aufbewahren An einem kühlen, von Metallen entfernten Ort aufbewahren An einem kühlen, von oxidierenden und sauren Stoffen entfernten Ort aufbewahren Behälter trocken und dicht geschlossen halten Behälter dicht geschlossen an einem gut gelüfteten Ort aufbewahren Behälter dicht geschlossen und nicht bei Temperaturen über ...°C aufbewahren Bei der Arbeit nicht essen, trinken, rauchen Berührung mit den Augen und der Haut vermeiden Bei Berührung mit der Haut beschmutzte Kleidung sofort ausziehen und sofort abwaschen mit viel ... Nicht in die Kanalisation gelangen lassen; Abfälle und Behälter müssen in gesicherter Weise beseitigt werden Nicht in die Kanalisation gelangen lassen und diesen Stoff und seinen Behälter der Problemabfallentsorgung zuführen Bei der Arbeit geeignete Schutzhandschuhe und Schutzkleidung tragen Bei der Arbeit geeignete Schutzhandschuhe, Schutzkleidung u. Schutzbrille/Gesichtsschutz tragen Bei der Arbeit geeignete Schutzkleidung und Schutzbrille/Gesichtsschutz tragen Bei der Arbeit geeignete Schutzhandschuhe und Schutzbrille/Gesichtsschutz tragen Nur im Originalbehälter bei einer Temperatur von nicht über … °C (vom Hersteller anzugeben) aufbewahren

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Wassergefährdungsklassen WGK: nwg WGK: 1 WGK: 2 WGK: 3 WGK: 3*

Im allgemeinen nicht wassergefährdender Stoff Schwach wassergefährdender Stoff Wassergefährdender Stoff Stark wassergefährdender Stoff Stark wassergefährdender Stoff, vorläufige Einstufung

Lagerklassen (LGK) 1 2A 2B 3A 3B 4.1 A 4.2 4.3 5.1 A 5.1 B 5.1 C 5.2 6.1 A 6.1 B 6.2 7 8 9 10 11 12 13

Explosive Stoffe (2. SprengV: Lagergruppe 1.1 – 1.4) Verdichtete, verflüssigte oder unter Druck gelöste Gase Druckgaspackungen (Aerosoldosen) Entzündbare flüssige Stoffe (Flammpunkt bis 55°C) Brennbare Flüssigkeiten (VbF AIII) Entzündbare feste Stoffe (2. SprengV: Lagergruppe I – III) Selbstentzündliche Stoffe Stoffe, die in Berührung mit Wasser entzündliche Gase bilden Entzündend wirkende Stoffe (TRGS 515 Gruppe 1) Entzündend wirkende Stoffe (TRGS 515 Gruppe 2 + 3) Entzündend wirkende Stoffe (TRGS 511 Gruppe A – C) Organische Peroxide Brennbare giftige Stoffe Nicht brennbare giftige Stoffe Infektiöse Stoffe Radioaktive Stoffe Ätzende Stoffe z.Z. nicht besetzt Brennbare Flüssigkeiten soweit nicht LGK 3 A bzw. LGK 3 B Brennbare Feststoffe Nicht brandgefährliche Flüssigkeiten in nicht brandgefährlicher Verpackung Nicht brandgefährliche Feststoffe in nicht brandgefährlicher Verpackung

Gefahrgutklassen 1 2 3 4.1 4.2 4.3 5.1 5.2 6.1 6.2 7 8 9

Explosive Stoffe Gase Entzündbare flüssige Stoffe Entzündbare feste Stoffe Selbstentzündliche Stoffe Stoffe, die in Berührung mit Wasser entzündbare Gase bilden Entzündend (oxidierend) wirkende Stoffe Organische Peroxide Giftige Stoffe Ekelerregende oder ansteckungsgefährliche Stoffe Radioaktive Stoffe Ätzende Stoffe Verschiedene gefährliche Stoffe

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103

Klassifizierung nach der Verordnung über brennbare Flüssigkeiten (VbF) Gefahrklasse A:

Flüssigkeiten, die einen Flammpunkt bis 100°C haben und hinsichtlich der Wasserlöslichkeit nicht die Eigenschaften der Gefahrklasse B aufweisen, und zwar Gefahrklasse A I: Flüssigkeiten mit einem Flammpunkt unter 21°C Gefahrklasse A II: Flüssigkeiten mit einem Flammpunkt von 21 – 55°C Gefahrklasse A III: Flüssigkeiten mit einem Flammpunkt von 55 – 100°C Gefahrklasse B: Flüssigkeiten mit einen Flammpunkt < 21°C, die sich bei 15°C in Wasser lösen oder deren Bestandteile sich bei 15°C in Wasser lösen.

Kennzeichnung von Sammelbehältern A B C D E F G H I K

104

Halogenfreie organische Lösungsmittel und Lösungen organischer Stoffe Organische Lösungsmittel und Lösungen organischer Stoffe, die Halogene enthalten Achtung: Keine Behälter aus Aluminium verwenden! Feste organische Rückstände, sicher verpackt in Kunststoffbeutel oder -flaschen oder in Originalgebinden Salzlösungen mit einem pH-Wert von 6,0 – 8,0 Giftige anorganische Rückstände sowie Schwermetallsalze und ihre Lösungen in dichtverschlossenen bruchsicheren Gebinden Giftige brennbare Verbindungen in dichtverschlossenen bruchsicheren Gebinden Quecksilber und anorganische Quecksilbersalzrückstände Regenerierbare Metallsalz-Rückstände; jedes Metall sollte separat gesammelt werden Anorganische Feststoffe Getrennte Sammlung von Glas-, Metall- und Kunststoffabfällen, sowie HPLC - Edelstahlsäulen und -kartuschen

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Hinweise zur Entsorgung von Laborabfällen

1

Organische halogenfreie Lösungsmittel: Sammelbehälter A. Kleine Mengen halogenfreier Lösungsmittel können auch gemeinsam mit halogenhaltigen gesammelt und als solche entsorgt werden. Vor Abgabe an das Entsorgungsunternehmen unbedingt auf Peroxid-Freiheit prüfen.

2

Organische halogenhaltige Lösungsmittel: Sammelbehälter B. Achtung: keine Behälter aus Aluminium verwenden!

3

Chemisch relativ unreaktive organische Reagenzien werden in Sammelbehälter A gesammelt. Enthalten sie Halogene, so gibt man sie in Sammelbehälter B. Feste Rückstände: Sammelbehälter C.

10

Anorganische Säuren und deren Anhydride werden gegebenenfalls zunächst verdünnt bzw. hydrolysiert, indem man sie vorsichtig in Eiswasser einrührt. Anschließend wird mit Natronlauge neutralisiert (Handschuhe, Abzug!). Vor Abfüllen in Sammelbehälter D den pH-Wert mit pH-UniversalIndikatorstäbchen kontrollieren.

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Anorganische Basen werden falls erforderlich verdünnt, indem man sie vorsichtig in Wasser einrührt. Anschließend wird mit Salzsäure neutralisiert (Handschuhe, Abzug!). Vor Abfüllen in Sammelbehälter D den pH-Wert mit pHUniversal-Indikatorstäbchen kontrollieren.

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4 Wässrige Lösungen organischer Säuren werden vorsich-

Anorganische Salze: Sammelbehälter I. Neutrale Lösungen dieser Salze: Sammelbehälter D. Vor Abfüllen in Sammelbehälter D den pH-Wert mit pH-Universal-Indikatorstäbchen kontrollieren.

5 Organische Basen und Amine in gelöster Form: Sammel-

Schwermetallhaltige Lösungen und Feststoffe: Sammelbehälter E.

tig mit Natriumhydrogencarbonat oder Natriumhydroxid neutralisiert. Vor dem Abfüllen in Sammelbehälter D den pH-Wert mit Universal-Indikatorstäbchen kontrollieren.

behälter A bzw. Sammelbehälter B. Häufig empfiehlt sich zur Vermeidung von Geruchsbelästigung (Abzug!) die vorherige vorsichtige Neutralisation mit verdünnter Salz- oder Schwefelsäure. pH-Wert mit UniversalIndikatorstäbchen kontrollieren.

13 14

Die giftigen organischen Selen-Verbindungen sind mit Vorsicht zu handhaben: Sammelbehälter E.

15

6 Nitrile und Mercaptane werden durch mehrstündiges

Anorganische Quecksilber-Rückstände: Elementares Quecksilber wird mit Chemizorb® Hg aufgenommen. Sammelbehälter G.

7

Cyanide werden durch Wasserstoffperoxid bei pH 10 – 11 zunächst zu Cyanaten, bei weiterer Zugabe des Oxidationsmittels bei pH 8 – 9 zu CO2 oxidiert, d.h. es entstehen keine abwasserschädlichen Reaktionsprodukte; Sammelbehälter D. Azide werden durch Iod in Gegenwart von Natriumthiosulfat unter Entwicklung von Stickstoff zersetzt: Sammelbehälter D.

Rühren (am besten über Nacht) mit NatriumhypochloritLösung oxidiert. Ein eventueller Überschuss an Oxidationsmittel wird mit Natriumthiosulfat zerstört. Organische Phase: Sammelbehälter A; wässrige Phase: Sammelbehälter D. Wasserlösliche Aldehyde werden mit einer konzentrierten wässrigen Natriumhydrogensulfit-Lösung in die Bisulfit-Addukte überführt: Sammelbehälter A bzw. B.

8

Cancerogene und als „sehr giftig“ bzw. „giftig“ gekennzeichnete brennbare Verbindungen: Sammelbehälter F.

9

Säurehalogenide werden zur Umwandlung in die Methylester in einen Überschuss Methanol getropft. Zur Beschleunigung der Reaktion können einige Tropfen Salzsäure zugegeben werden. Es wird mit Natronlauge neutralisiert. Vor Abfüllen in Sammelbehälter B den pH-Wert mit pH-Universal-Indikatorstäbchen kontrollieren.

16

17

Anorganische Peroxide und Oxidationsmittel sowie Brom und Iod werden durch Eintragen in eine saure Natriumthiosulfat-Lösung in weniger gefährliche Reaktionsprodukte überführt: Sammelbehälter D.

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18

Fluorwasserstoff und Lösungen anorganischer Fluoride sind mit größter Vorsicht zu handhaben: jeglichen Kontakt vermeiden und unbedingt in einem gut ziehenden Abzug bei geschlossenem Frontschieber arbeiten! In Wasser gelöste Reste können als Calciumfluorid ausgefällt werden. Schwerlösliche Fluoride und Niederschlag: Kategorie I; Filtrat D oder E.

20

Rückstände, die wertvolle Metalle enthalten, sollten der Wiederverwendung zugeführt werden; Sammelbehälter H.

21 Wässrige Lösungen: Sammelbehälter D.

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Rückstände flüssiger anorganischer Halogenide und hydrolyseempfindlicher Reagenzien tropft man vorsichtig unter Rühren in eisgekühlte 10%ige Natronlauge ein; Sammelbehälter E.

Literatur 1. Verordnung über gefährliche Stoffe (Gefahrgutverordnung), Deutscher Bundes-Verlag, Bonn 2. W. Schauer, E. Quellmalz, Die Kennzeichnung von gefährlichen Stoffen und Zubereitungen, VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim 3. D. Bernabei, Sicherheit – Handbuch für das Labor, GIT VERLAG, Darmstadt 4. Richtlinien für Laboratorien, Berufsgenossenschaft der Chemischen Industrie, Carl Heymans Verlag, Köln 5. M.R. Green, J. Sambrook (2012) Molecular Cloning: A Laboratory Manual. Cold Spring Harbor Laboratory Press

Dekontamination von Ethidiumbromid-haltigen Lösungen Ethidiumbromid ist der am häufigsten verwendete Farbstoff zum Nachweis von DNA. Die Substanz selbst ist moderat mutagen und toxisch (die LD50 oral liegt bei der Maus bei 1500 mg/kg Körpergewicht). Allerdings kann Ethidiumbromid in Zellen enzymatisch zu einem starken Mutagen umgewandelt werden. Um Ethidiumbromid zu entsorgen gibt es prinzipiell zwei praktische Möglichkeiten: A. Abreicherung oder B. chemische Inaktivierung (Green und Sambrook 2012). Die regionalen Bestimmungen zur Beseitigung von Laborabfällen und Sicherheitsdatenblätter sind dabei immer zu beachten. A. Verdünnte Ethidiumbromid-Lösungen (≤0,5 µg/ml), wie gebrauchte Elektrophorese-Puffer, werden durch Zugabe von Aktivkohle oder andere geeignete Absorber dekontaminiert. Dazu werden beispielsweise 100 mg pulverförmige Aktivkohle zu 100 ml Ethidiumbromid-Lösung gegeben und unter gelegentlichem Mischen mindestens 1 h bei RT inkubiert und anschließend durch einen Papierfilter gefil106

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tert. Das Filtrat wird mit dem Abwasser entsorgt; Aktivkohle und Filter werden in einem Plastikbeutel dicht verschlossen als Gefahrstoffabfall entsorgt. (Ethidiumbromid zerfällt bei der Abfallverbrennung vollständig). Noch unkomplizierter ist der Einsatz von abgepackten Aktivkohle-Säckchen (erinnern an Teebeutel), die über Nacht in der Ethidiumbromid-Lösung gerührt werden und anschließend im Gefahrstoffabfall entsorgt werden können. B. Für die Entsorgung von konzentrierten Ethidiumbromid-Lösungen wie etwa 10%igen Stammlösungen ist eine Inaktivierung mit starken Säuren angebracht. Ein Kurzprotokoll sieht so aus: 1. Konzentrierte Ethidiumbromid-Lösung mit Wasser auf eine Konzentration kleiner 0,5 mg/ml verdünnen. 2. 1/5 Ausgangsvolumen frische 5 % hypophosphorige Säure und 1/8 Volumen frische 0,5 M Natriumnitrit-Lösung zugeben. 3. Diese Mischung wird nach 24 h Inkubation bei RT mit einem mindestens 10-fachen Volumen an 1 M Natriumhydrogencarbonat-Lösung gepuffert und kann danach entsorgt werden.

Giftnotrufzentralen Giftnotruf Anfrageschema 1. Wer meldet sich von wo? (Anrufer: Anschrift, Tel.-Nr.) 2. Was ist geschehen? (Gift, Hersteller, Symptome, Erstbehandlung) 3. Wo ist es geschehen? 4. Wann ist es geschehen? (Giftaufnahme, Zeit, Menge) 5. Wieviele Vergiftete sind beteiligt? (Alter, Geschlecht)

Giftnotruf Auskunftserteilung

Bei den gegebenen Empfehlungen handelt es sich nach § 676 BGB um die Erteilung eines kostenlosen Rates bzw. einer Empfehlung, für die ausschließlich nach grobem Vorsatz oder nach Fahrlässigkeit eine Haftung erfolgen kann.

Giftnotrufzentralen im deutschsprachigen Raum Berlin

Giftnotruf Berlin Beratungsstelle für Vergiftungserscheinungen und Embryonaltoxikologie Spandauer Damm 130 14050 Berlin Tel. +49 (0)30/19240 (Notfall) und 30686-711 (allg. Anfragen) Fax +49 (0)30/30686-721 eMail [email protected] Universitätsklinikum Rudolf Virchow Abt. Innere Medizin mit Schwerpunkt Nephrologie und Intensivmedizin Augustenburger Platz 1 13353 Berlin Tel. +49 (0)30/450-53555 und -53565 Fax +49 (0)30/450-53915

Bonn

Informationszentrale gegen Vergiftungen Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Zentrum für Kinderheilkunde Adenauerallee 119 53113 Bonn Tel. +49 (0)228/287-3211 und -3333 Fax +49 (0)228/287-3314 Erfurt

Gemeinsames Giftinformationszentrum der Länder Mecklenburg-Vorpommern, Sachsen, Sachsen-Anhalt und Thüringen Nordhäuser Straße 74 99089 Erfurt Tel. +49 (0)361/73073- 0 Fax +49 (0)361/73073- 17 Freiburg

Universitätskinderklinik, Informationszentrale für Vergiftungen Mathildenstraße 1 79106 Freiburg Tel. +49 (0)761/19240 (Notfall) und 270-4361 (Verwaltung) Fax +49 (0)761/270 4457 Göttingen

Giftinformationszentrum-Nord, Georg-August-Universität Beratung durch ein Ärzteteam aus den Bereichen Pädiatrie, Innere Medizin, Arbeitsmedizin, Psychiatrie/Suchtforschung, Pharmakologie/Toxikologie und einem Chemiker Robert-Koch-Straße 40 37075 Göttingen Tel. +49 (0)551/19240 (Jedermann) und 38-3180 (Fachleute) Fax +49 (0)551/38-31881 eMail [email protected] Homburg/Saar

Informations- und Beratungszentrum für Vergiftungsfälle an den Universitätskliniken, Klinik für Kinder- und Jugendmedizin 66421 Homburg/Saar Tel. +49 (0)6841/19240 und 16-8315 Fax +49 (0)6841/16-4017

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Kassel

Oberhausen

Untersuchungs- und Beratungsstelle für Vergiftungen (Labor Dr. Hess und Kollegen) Karthäuserstraße 3 34117 Kassel Tel. +49 (0)561/9188-320 Fax +49 (0)561/9188-199 Leipzig

Universitätsklinikum, Toxikologischer Auskunftsdienst Härtelstraße 16 – 18 04107 Leipzig Tel. +49 (0)341/97 24 666 Mainz

Beratungsstelle bei Vergiftungen Johannes-Gutenberg-Universität, II. Medizinische Klinik und Poliklinik, Klinische Toxikologie Langenbeckstraße 1 55131 Mainz Tel. +49 (0)6131/19240 und 232467 Fax +49 (0)6131/176605 Mönchengladbach

Toxikologische Untersuchungsstelle (Labor Dr. Stein und Kollegen) Wallstraße 10 41061 Mönchengladbach Tel. +49 (0)2161/8194-0 Fax +49 (0)2161/8194-50 München

Giftnotruf und Mobiles Gegengift-Depot, Toxikologische Abteilung der II. Medizinischen Klinik rechts der Isar Ismaninger Straße 22 81675 München Tel. +49 (0)89/19240 Fax +49 (0)89/4140-2467 Telex 524404 klire d Nürnberg

Toxikologische Intensivstation, II. Medizinische Klinik, Städtisches Krankenhaus Nürnberg Nord Flurstraße 17 90419 Nürnberg Tel. +49 (0)911/398-2451 Fax +49 (0)911/398-2999 108

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Mobiles Gegengift-Depot der Berufsfeuerwehr Brücktorstraße 30 46047 Oberhausen Tel. +49 (0)208/8585-1 und 19222 Schwandorf

Mobiles Gegengift-Depot der Freiwilligen Feuerwehr Eltmannsdorfer Straße 30a 92421 Schwandorf Tel. +49 (0)9431/4440 Wien

Vergiftungsinformationszentrale, Allgemeines Krankenhaus Wien Währinger Gürtel 18-20 A-1090 Wien Tel. +43 (0)1/406-4343 (Notruf und Beratung) Fax +43 (0)1/404-004225 eMail [email protected] Zürich

Schweizerisches Toxikologisches Informationszentrum Klosbachstrasse 107 CH-8030 Zürich Tel. +41 (0)1/25-15151 (Notfälle), -16666 (allg. Anfragen) Fax +41 (0)1/25-28833

Tipps zu Bio-Reagenzien

Frederick Sanger (1918) Britischer Biochemiker, der sogar zweimal mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurde: 1958 erhielt Sanger den Nobelpreis für Chemie für die Aufklärung der Struktur des Insulins und seine Arbeiten zur Protein-Sequenzierung. 1980 wurde er und Kollegen erneut mit dem Nobelpreis für Chemie geehrt, dieses Mal für eine Methode zur Nukleinsäuren-Sequenzierung. © 2013 AppliChem • chem_is_try

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Reagenz

Problem

Lösung

Agar- oder AgaroseLösungen in Wasser

kein Gelieren nach dem Erhitzen / Lösen

Ursache ist vermutlich ein zu niedriger pH-Wert (Hydrolyse des Polymers); pH-Wert beim nächsten Ansatz prüfen und neutral einstellen bzw. in Pufferlösung ansetzen.

2-Amino-2-methyl-1propanol

Gefrieren bei 16 – 26 °C

Erwärmen

Brij® 35

Gefrieren bei 40 – 42 °C

Erwärmen, verflüssigen zum Portionieren

Brij® 58

Gefrieren bei 36 – 40 °C

Erwärmen, verflüssigen zum Portionieren

Cacodylsäure

Sehr giftig

Ersetzen durch die Puffersubstanzen MES oder Bis-Tris.

DAPI-Lösung

Unlöslich in PBS (häufiger Fehler!)

In Wasser lösen

DEPC (Diethylpyrocarbonat) Vorrat „sprudelt“; Reagenz unbrauchbar

DEPC ist hygroskopisch! Dringt Wasser in das Vorratsgefäß ein, zersetzt sich DEPC in H2O und CO2; Immer darauf achten, dass kein Kondenswasser / Luftfeuchtigkeit eindringt. Trocken lagern! Vor dem Öffnen auf RT bringen.

DMSO

Gefrieren bei ‹ 18°C

Erwärmen

DTT-Lösung

Ausfallen aus gekühlter Stammlösung

Lagerung bei –20 °C als 1 M Stammlösung; auf RT bringen, durch Vortexen wieder lösen; Lösung bis zum Gebrauch auf Eis.

EDTA-Lösungen

Beim Einstellen des pH-Wertes wird das gewünschte Volumen überschritten; EDTA-Konzentration stimmt nicht mehr!

Die freie Säure EDTA geht erst in Lösung, wenn das Gegenion (in der Regel Natrium) ungefähr die dreifache molare Menge gegenüber dem EDTA erreicht hat und sich das EDTA – Trinatriumsalz gebildet hat. Den pH-Wert möglichst mit einer hochkonzentrierten Natronlauge (10 M) einstellen.

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Reagenz

Problem

Lösung

Ficoll® 400-Lösung

Schlecht wasserlöslich

Frühzeitig vor Gebrauch mit dem Ansetzen des Reagenz‘beginnen; quellen lassen; zum Lösen erwärmen.

Glucose-Lösung

Karamellisieren beim Autoklavieren Dieses Problem sollte nicht auftreten, wenn die Konzentration der Glucose über 20 % liegt. Ansonsten sterilfiltrieren.

Glycerin wasserfrei

Kaum pipettierbar

Verdünnen. 87 %iges Glycerin verwenden.

Glyoxal-Lösung (40 %)

Präzipitat-Bildung

Erwärmen (50 – 60 °C)

Nonidet P40 (Ersatzprodukt)

Trübung während Lagerung

Erwärmen (40 °C)

PBS-Lösungen mit Ca2+, Mg2+

Präzipitat nach dem Autoklavieren (häufiger Fehler!) durch Bildung unlöslicher Calcium- und Magnesiumphosphate.

Sterile Calcium- und MagnesiumLösungen zum Ca/Mg-freien, bereits autoklavierten PBS steril zugeben.

Phenol, flüssig

Rötliche bis braune Verfärbung

Ursache: Alterung und Oxidationsprodukte; für Nukleinsäure-Experimente wird dieses Phenol unbrauchbar. Das Antioxidans 8-Hydroxychinolin färbt flüssiges Phenol dagegen gelblich; es verbessert die Haltbarkeit.

Pufferlösungen

Verkeimung

Bei der Herstellung Konservierungsmittel zusetzen oder, falls möglich, den Vorrat autoklavieren oder sterilfiltrieren; als hochkonzentrierte Stammlösungen ansetzen.

®

Sterilität herstellen, falls erforderlich Puffer (flüchtig) die folgende Inhaltsstoffe enthalten: Ameisensäure, Pyridin, Ammoniak, Ammonium-Ionen, Carbonat

Müssen sterilfiltriert werden, da sie beim Autoklavieren verdunsten oder sich leicht zersetzen (z.B. CarbonatPuffer zersetzen sich zu CO2).

SDS-Lösung (10 % oder 20 )

Ausfallen bei ‹ 15 °C

Erwärmen

TBE-Puffer (5X oder 10X)

Präzipitat-Bildung

Entfernen durch Filtrieren.

Tetrabutylammoniumhydroxid – Lösung 40 % in Wasser

Mögliches Auskristallisieren unterhalb von 30 °C

Durch leichtes Erwärmen und Schütteln sollte es wieder in Lösung gehen.

Tris-Puffer, RNase-frei

DEPC reagiert mit der Amino- RNase-freien Rohstoff, RNaseFunktion des Tris freies Wasser einsetzen! Oder andere Puffersubstanz verwenden.

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Register Alphabet, griechisches 17 Aminosäuren 38 Ammoniak 34 Atommassen 5 Avogadro, Amedeo 28 Avogadrozahl 9 C.I.-Nummer 81 Carotinoide 46 CAS-Nummer 78 cis-/trans-Bindung 44 CLP-Verordnung 83 Color Index 81 DNA 56 - Basenpaarung 57 - Bausteine 56 - Konzentrationsbestimmung 58 E.C.-Nummer 79 eCl@ass 78 EG-Nummer, EC-Nummer 78 Einheiten 16 - Metrische-, Umrechnung 19 - SI- 16 Endotherme Reaktion 12, 13 Enthalpie 13 Entsorgung, Laborabfälle 105 Enzyme 64, 76 Enzyme Commission 76, 79 Ethidiumbromid 57 - Entsorgung 106 Exotherme Reaktion 12, 13 Farbstoffe 24 - Azofarbstoff 25 - Fluoreszenzfarbstoff 26 - Phenolphthaleinfarbstoff 25 - Triphenylmethanfarbstoff 25 Fette 48 Fettsäuren 43 Fettsäuren, ungesättigte 48 Fischer, Emil 50 Flüssigstickstoff 30 Gauß, Johann Carl Friedrich 8 Gefahrenhinweise, - H-Sätze 89 Gefahrenhinweise, - R-Sätze 97 Gefahrenpiktogramme 85 Gefahrensymbole 96 Gefahrgutklassen 77 Genetischer Code 58 GHS, Global Harmonisiertes System 83 Giftnotrufzentralen 107 Glycolipide 45 Goethe, Johann Wolfgang von 23 Good, Norman E. 62 Henderson-Hasselbalch-Gleichung 63 HS-Nummer 77 Isoprenoide 41 Kaliumhydroxid 30 Kältemischungen 26 Klasse/PG (Gefahrgut) 72 Kohlenhydrate 46 - D-/L-Konfiguration 47 - R,S-System nach Cahn, Ingold, Prelog Komplementärfarben 22 Lagerklassen (LGK) 98 Lichtspektrum 22 Lipide 39 Lipophilie, Lipophobie 39 Lipopolysaccharide 45 Loschmidt-Konstante 9 Lösungsmittel 29, 105 Mendelejew, Dimitri Iwanowitsch 2

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Merrifield, Robert Bruce 36 Mesomerie 24 Mischungskreuz 15 Mol 9 - Definition 9 - massen 10 Monoelemente 10 Natriumhydroxid, Natronlauge 35, 14 Neutralisationsenthalpie 14 Newton, Isaac 16 Nobel, Alfred 82 Nukleinsäure-Farbstoffe 59 Nukleinsäuren 55 Nukleosid 55 Nukleotid 55 Öle 44 Orbitalenergieniveau 4 Packungsgruppe 77 Peptidbindung 40 Periodensystem der Elemente 2, 6, 7 pH-Meter 66, 71 Phospholipide 45 pH-Wert 63, 69 - Titration 66 pKa-Wert 64 - Temperaturabhängigkeit 72 Proteine 37, 64 Puffer 63 -, biologische 64 - Eigenschaften 64 - Kapazität 63 - Konzept 63 Purine 55 Pyrimidine 55 R- und S-Sätze (Gefahrgut) 77, 85, 97 Reaktionsgleichung, chemische 12 Reaktionswärme 14 Ribosomen 39 RNA 55 -Bausteine 56 -Klassen 60 Römische Ziffern 17 Saccharide 52 Salpetersäure 33 Salzsäure 33, 14 Sammelbehälter, Kennzeichnung 104 Schwefelsäure 32 Seifen 49 Sicherheitshinweise, P-Sätze 92 Sicherheitsratschläge, S-Sätze 100 Steroide 46 Stoffmengenkonzentration 11 Stoffnummer (UN-Nummer) 77 Tipton, Keith 76 Trockeneis 30 Trocknungsmittel 29 UN-Nummer 77 Unverträgliche Chemikalien 36 VbF-Gefahrenklassen 104 Wachse 44 Wasser 69 - Autodissoziation 70 Wassergefährdungsklassen 103 Wasserstoffbrückenbindung 57, 70 Watson, James Dewey 54 Windaus, Adolf Otto Reinhhold 42 Zolltarifnummer 78 Zucker 51

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