Glycerinaldehyd

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung[3]
keine GHS-Piktogramme
H- und P-Sätze H: keine H-Sätze
P: keine P-Sätze

Glycerinaldehyd ist eine süß schmeckende, chemische Verbindung, die in wasserfreiem Zustand einen kristallinen Feststoff bildet. Es gehört zur Stoffgruppe der Zucker und innerhalb dieser zur Untergruppe der Triosen. Bezüglich des molekularen Baus handelt es sich um den einfachsten denkbaren Einfachzucker. Die physiologische Bedeutung der Verbindung ist groß, da es sich um einen Grundstoff des Stoffwechsels handelt, aus dem die Zelle sehr viele weitere Stoffe zu bilden vermag. Glycerinaldehyd besitzt mit C3H6O3 dieselbe Summenformel wie das strukturisomere Dihydroxyaceton.

Isomerie

Glycerinaldehyd enthält ein Chiralitätszentrum, es gibt zwei Enantiomere, die mit D-Glycerinaldehyd [Synonym: (R)-Glycerinaldehyd] und L-Glycerinaldehyd [Synonym: (S)-Glycerinaldehyd] bezeichnet werden. Wenn in diesem Text oder in der wissenschaftlichen Literatur „Glycerinaldehyd“ ohne weiteren Namenszusatz (Deskriptor) erwähnt wird, ist meist D-Glycerinaldehyd gemeint.

Strukturformel
Strukturformel von Glycerinaldehyd
Fischer-Projektion, offenkettige Darstellung
Allgemeines
Name Glycerinaldehyd
Andere Namen
  • Glyceraldehyd
  • Glyceronaldehyd
  • 2,3-Dihydroxypropanal
  • Glyceral
Summenformel C3H6O3
Kurzbeschreibung

farbloses Pulver[1]

Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer
EG-Nummer 200-290-0
ECHA-InfoCard Extern 100.000.264
PubChem Extern 751
ChemSpider Extern 731
Eigenschaften
Molare Masse 90,08 g/mol
Aggregatzustand fest
Dichte 1,46 g/cm3 (D,L-Form)[1]
Schmelzpunkt 145 °C[2]
Siedepunkt 140–150 °C (1,1 hPa)[2]
Löslichkeit
Isomere von Glycerinaldehyd
Name D-Glycerinaldehyd L-Glycerinaldehyd
Andere Namen (R)-Glycerinaldehyd (S)-Glycerinaldehyd
Fischer-Projektion Fischer-Projektion von D-Glycerinaldehyd Fischer-Projektion von L-Glycerinaldehyd
Keilstrichformel Keilstrichformel von D-Glycerinaldehyd Keilstrichformel von L-Glycerinaldehyd
CAS-Nummer Extern 453-17-8 Extern 497-09-6
Extern 56-82-6 (unspez.)
EG-Nummer 207-217-1 207-836-7
200-290-0 (unspez.)
ECHA-Infocard Extern 100.006.562 Extern 100.007.125
Extern 100.000.264 (unspez.)
PubChem Extern 79014 Extern 439723
Extern 751 (unspez.)
DrugBank Extern DB02536
– (unspez.)

Besonderer historischer Stellenwert in der Stereochemie

Glycerinaldehyd kommt in der Wissenschaftsgeschichte eine besondere Rolle zu, da mit einer Vereinbarung, die diese Verbindung betraf, auch die Konfiguration (also die räumliche Anordnung der Substituenten) anderer chiraler Moleküle angegeben werden konnte.

Ohne die tatsächliche räumliche Anordnung der Hydroxygruppen am Glycerinaldehyd zu kennen, wurde folgendes vereinbart: Dasjenige Glycerinaldehyd-Enantiomer, das linear polarisiertes Licht nach rechts dreht, bekam die Konfiguration D zugeordnet (D steht für dexter, lat. für rechts). Demnach wurde angenommen, dass die Hydroxygruppe am Chiralitätszentrum in der Fischer-Projektion nach rechts zeigt. (Näheres: siehe Fischer-Projektion). Das Glycerinaldehyd-Enantiomer, das linear polarisiertes Licht nach links dreht, bekam willkürlich die Konfiguration L zugeschrieben. Man hätte die Zuordnung auch andersherum wählen können, denn absolute Konfiguration und die Drehrichtung können genauso gut voneinander abweichen (Beispiel: L-Milchsäure dreht linear polarisiertes Licht nach rechts.)

Mit dieser Vereinbarung konnte die Konfiguration anderer chiraler Moleküle angegeben werden: Man überführte die zu prüfende Verbindung (z. B. Milchsäure) durch chemische Reaktionen in Glycerinaldehyd, ohne dabei die Konfiguration am Chiralitätszentrum zu verändern. Drehte die so entstandene Verbindung linear polarisiertes Licht nach links, so wusste man, dass es sich laut Konvention um L-Glycerinaldehyd handelt. Daraus konnte man schlussfolgern, dass auch die Ausgangsverbindung die L-Konfiguration besaß, da die chemischen Reaktionen unter Erhalt der Konfiguration durchgeführt wurde (z. B. L-Milchsäure).

Erst nach Einführung der Röntgenstrukturanalyse konnte die tatsächliche Konfiguration experimentell überprüft werden. Es zeigte sich, dass die Zuordnung (linksdrehendes Glycerinaldehyd → L-Konfiguration, rechtsdrehendes Glycerinaldehyd → D-Konfiguration) zufälligerweise übereinstimmend mit der Fischer-Projektion gewählt wurde.

Eigenschaften

Strukturformel von Glycerinaldehyd-3-phosphat (deprotoniert)

Glycerinaldehyd und ein DerivatGlycerinaldehyd-3-phosphat – sind weit verbreitet, es sind Schlüsselstoffe des Zellstoffwechsels.

Molekülbau und optische Eigenschaften

Glycerinaldehyd ist eine optisch aktive Verbindung mit einem Chiralitätszentrum am mittleren C-Atom. Je nach räumlicher Anordnung der Substituenten an diesem Chiralitätszentrum existieren zwei Verbindungen, deren Moleküle sich untereinander wie Bild und Spiegelbild verhalten. Die beiden Enantiomere werden, wie bei Zuckern üblich, entsprechend der Fischer-Projektion meist als D-Glycerinaldehyd und L-Glycerinaldehyd bezeichnet. Mit der Cahn-Ingold-Prelog-Konvention erhält man (R)-Glycerinaldehyd[4] für das D-Glycerinaldehyd bzw. (S)-Glycerinaldehyd für das L-Glycerinaldehyd. L-Glycerinaldehyd dreht linear polarisiertes Licht nach links, D-Glycerinaldehyd hingegen nach rechts.

Chemische Eigenschaften

Durch geeignete Oxidationsmittel kann die Aldehyd-Gruppe (–CHO) zur Carboxygruppe (–COOH) oxidiert werden. Dabei geht die Verbindung in Glycerinsäure über.

Glycerinaldehyd isomerisiert basenkatalysiert in der Lobry-de-Bruyn-Alberda-van-Ekenstein-Umlagerung sowohl zu Dihydroxyaceton als auch von der D-Form in die L-Form. Es liegt also Gleichgewichtsreaktion zwischen D- und L-Glycerinaldehyd und dem nicht-chiralen Dihydroxyaceton vor. In folgender Abbildung steht der Rest –R für die Gruppe –CH2–OH:

Reaktionsgleichung der Lobry-de-Bruyn-Alberda-van-Ekenstein-Umlagerung
Reaktionsgleichung der Lobry-de-Bruyn-Alberda-van-Ekenstein-Umlagerung

Entsprechend steht auch Glycerinaldehyd-3-phosphat mit Dihydroxyacetonphosphat im Gleichgewicht. In der Zelle werden die Gleichgewichtseinstellungen durch bestimmte Enzyme katalysiert.

Herstellung

Glycerinaldehyd kann am einfachsten durch katalytische Umpolung von Formaldehyd hergestellt werden.[5]

Herstellung von Glycerinaldehyd
Herstellung von Glycerinaldehyd

Im Labor kann es genauso wie sein Isomer Dihydroxyaceton durch Oxidation von Glycerin mit Wasserstoffperoxid und einem Eisensalz als Katalysator dargestellt werden. Dihydroxyaceton und Glycerinaldehyd können durch ihre unterschiedlichen Löslichkeiten in Wasser getrennt werden.

Nachweis

Die Aldehydgruppe des Glycerinaldehyds lässt sich durch die Fehling-Probe, die Tollensprobe oder durch die Schiffsche Probe nachweisen.

Einzelnachweise

  1. Hochspringen nach: a b c Eintrag zu Glyceraldehyd. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag.
  2. Hochspringen nach: a b c The Merck Index. An Encyclopaedia of Chemicals, Drugs and Biologicals. 14. Auflage, 2006, ISBN 978-0-911910-00-1, S. 774.
  3. Datenblatt Extern DL-Glyceraldehyde, ≥90 % (GC) bei Sigma-Aldrich. (Extern PDF).
  4. Axel Schunk, CCC, Univ. Erlangen, 09/1999: Extern Vernetzte Chemie: R,S-Nomenklatur.
  5. Patent Extern DE4212264A1: Verfahren zur katalytischen Herstellung von Kondensationsprodukten des Formaldehyds. Veröffentlicht am 1992.
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Basierend auf einem Artikel in: Extern Wikipedia.de
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Datum der letzten Änderung: Jena, den: 11.08. 2024