Chemotaxonomie von Lavendelöl

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lemmi
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Chemotaxonomie von Lavendelöl

Beitrag von lemmi »

Analyse von Lavendelöl - Ein Beispiel für Chemotaxonomie

Die Charakterisierung der verschiedenen Lavendelarten anhand der Zusammensetzung des etherischen Öls ist ein Beispiel für die Chemotaxonomie von Pflanzen. Dabei werden einmal volumetrische Methoden zur Bestimmung des Gesamtestergehaltes, berechnet als Linalylacetat, sowie die Dünnschichtchromatographie verwendet.


Materialien:

Analysenwaage, Schliffkölbchen 50-100 ml, Rückflusskühler, Bürette, Wasserbad, Dreifuß mit Drahtnetz, Präparategläschen, Kolbenhubpipette 10-20 µl, DC-Folien Kieselgel 60 G254F (Größe 5 x 10 cm), Marmeladengläser mit Deckel (als DC-Kammern), Fließpapier, Sprühflasche, Ofen (Trockenschrank)


Chemikalien:

Ethanol 96% Warnhinweis: f
ethanolische Phenolphthaleinlösung 1 % Warnhinweis: fWarnhinweis: xn
Toluol Warnhinweis: fWarnhinweis: xn
Ethylacetat Warnhinweis: fWarnhinweis: attn
Dichlormethan Warnhinweis: xn
Linalool Warnhinweis: attn
Linalylacetat Warnhinweis: attn
Anisaldehyd Warnhinweis: xn
Essigsäure Warnhinweis: c
Methanol Warnhinweis: fWarnhinweis: t
konzentrierte Schwefelsäure Warnhinweis: c
Vanillin

Eucalyptusöl Warnhinweis: attn
ethanolische Kalilauge 0,5 N Warnhinweis: c
Salzsäure 0,5 N Warnhinweis: c


Versuchsdurchführung:

Folgende Proben - aus der „Metropole des Lavendels“, dem Provencestädtchen Sault (im Departement Vaucluse) - lagen zur Untersuchung vor:

I: etherisches Öl von Lavandula angustifolia ("Lavande fine")
II: etherisches Öl von Lavandula latifolia
III: etherisches Lavandin-öl (“Lavandin abrial”)
IV: ein in Deutschland gekauftes, bereits länger gelagertes, etherisches Lavendelöl

Bereits bei der Geruchsprobe fallen Unterschiede auf. Das Öl Nr. I riecht fein-blumig, typisch nach Lavendel, ebenso das Öl Nr. III mit einem diskret „schweren“ Unterton. Nr. IV gleicht dem Öl Nr. I weitgehend, während man bei Nr. II gar nicht an Lavendel denkt - der Geruch dieses Öls erinnert eher an Eukalyptus oder Salbei.

Zunächst wird die Säurezahl und der Gesamt-Estergehalt bestimmt. Dazu werden 1000 mg etherisches Öl abgewogen und unter Nachspülen des Wägegläschens mit 4 x 1 ml Ethanol in einen ca. 50 ml fassenden Schliffkolben gespült. Nach Zugabe von 1 ml dest. Wasser und 0,2 ml (5 Tropfen) Phenolphthaleinlösung wird 0,5 N ethanolische KOH in Portionen von je 20 µl zugegeben, bis eine bleibende Rosafärbung eintritt. Ein Milliliter 0,5 N KOH entspricht 28 mg Kaliumhydroxid. Meine Lauge hatte einen Faktor von 0,988, enthielt also 27,664 mg/ml. Verbraucht habe ich bei meinem Versuch:

Für Probe I: 0,06 ml = Säurezahl 1,5
Für Probe II: 0,04 ml = Säurezahl 1,03
Für Probe III: 0,04 ml = Säurezahl 1,0
Für Probe IV: 0,014 ml = Säurezahl 3,6

Die Säurezahl durfte nach dem DAB 10 nicht mehr als 2,0 betragen. Wie erwartet, zeigt die gelagerte Probe eine erhöhte Säurezahl.

Die somit neutralisierten Ansätze werden nun mit je 10,0 ml 0,5 N ethanolischer Kalilauge versetzt, wobei sich die Mischungen tiefrot färben. Dann wird über einem kleinen Spiritusbrenner (oder im Wasserbad) eine Dreiviertelstunde unter Rückfluss gekocht. Nach dem Abkühlen gibt man in die Kolben 10 ml kohlenstoffdioxidfreies (abgekochtes) Wasser und nochmals 1 ml Phenolphthaleinlösung. Anschließend wird der Überschuss an Kalilauge mit 0,5 N Salzsäure zurücktitriert. Dabei entspricht 1 ml 0,5 N Kalilauge 98,15 mg Linalylacetat.
Meine Ergebnisse für die durch die Esterspaltung verbrauchte KOH (also die Differenz aus eingesetzter und rücktitrierter Menge) waren:

Für Probe I: 4,85 ml = 476 mg Linalylacetat (47,6 %)
Für Probe II: 0,67 ml = 65 mg Linalylacetat (6,5 %)
Für Probe III: 3,28 ml = 322 mg Linalylacetat (32,2 %)
Für Probe IV: 5,36 ml = 526 mg Linalylacetat (52,6 %)

Die Ergebnisse zeigen, daß Probe I viel mehr Linalylacetat enthält als Probe II. Das Lavandinöl (Probe III) liegt zwischen den beiden Werten. Das in Deutschland als „Lavendelöl“ verkaufte Produkt (Probe IV) zeigt einen ähnlich hohen Wert wie Probe I, ein Hinweis darauf, daß die Öle von der gleichen Stammpflanze gewonnen wurden.

Zur weiteren Charakterisierung wird eine Dünnschichtchromatographie durchgeführt. Dazu löst man je 20 µl des etherischen Öls in 1 ml Toluol.

Dünnschichtchromatographisch können auch Lavendelblüten untersucht werden. Ich habe Blüten von einem Lavendelstrauch meines Balkonkastens genommen, von dem ich wissen wollte, ob es sich um echten Lavendel oder um ein Lavandin-Hybrid handelt.
Die Blüten werden getrocknet, 1 g davon in der Reibschale zerquetscht, in einem Kölbchen mit 15 ml Dichlormethan übergossen und 20 min gerührt. Der Extrakt wird dann abfiltriert und das Filter mit 10 ml Dichlormethan nachgewaschen. Das Lösungsmittel wird auf dem Wasserbad abdestilliert und der grünbraune Rückstand im Kolben in 1 ml Toluol aufgenommen.

Laufmittel für die DC: Ethylacetat 3,5 ml + Toluol 46,5 ml (als Laufmittel kann auch reines Dichlormethan verwendet werden. Die RF-Werte sind dabei anders - etwas höher - als unten beschrieben, die Reihenfolge der Zonen ist jedoch die gleiche).

Anisaldehyd-Sprühreagenz (nach Ph. Eur.): 0,25 ml Anisaldehyd werden in 5 ml Eisessig gelöst und 42,5 ml Methanol zugegeben. Dann werden vorsichtig, unter gutem Schwenken und Kühlung im Wasserbad 2,5 ml konzentrierte Schwefelsäure zugesetzt.

Vanillin-Schwefelsäure-Sprühreagenz (nach Ph. Eur.): 250 mg Vanillin werden in 25 ml Ethanol 96 % gelöst und tropfenweise unter Kühlung mit 0,5 ml konzentrierter Schwefelsäure versetzt.

Vergleichslösung I: je 10 µl Linalool und Linalylacetat in 1 ml Toluol
Vergleichslösung II: 20 µl Eucalyptuöl (Ph. Eur.) in 1 ml Toluol (oder reines 1,8-Cineol)

Die Probelösungen werden zu je 10 µl bandförmig auf die DC-Folien aufgetragen, etwa 10 mm vom unteren Rand entfernt, und dann 20 Minuten gewartet, bis das Lösungsmittel verdunstet ist. Dann werden die Folien mit dem Laufmittel bei Kammersättigung entwickelt (Kammersättigung wird dadurch erreicht, daß man die DC-Kammern vor der Verwendung mit etwas Fließpapier auskleidet und mit dem Fließmittel beschickt 20-30 Minuten verschlossen stehen lässt). Nach etwa 15 Minuten ist das Laufmittel 80-85 mm weit aufgestiegen und die Folien werden aus der Kammer genommen. Die Fließmittelfront wird markiert (Bleistift) und dann die Folien 20 Minuten an der Luft getrocknet. Anschließend besprüht man sie mit Vanillin-Schwefelsäure oder Anisaldehyd-Reagenz und legt sie noch feucht für 5 Minuten auf einem Teller in den auf 110°C vorgeheizten Trockenschrank (Ofen). Nach dieser Zeit kontrolliert man die Farbintensität der Entwicklung und lässt weitere 3-5 Minuten bei 110°C entwickeln, wobei man zwischenzeitlich 1-2x kontrolliert.

Die Folien werden dann bei Tageslicht sofort ausgewertet. Die Farbe der entstandenen Zonen verändert sich nach 1-2 Stunden deutlich. Man erkennt bei dem Lavandula angustifolia-Öl dominierend zwei Zonen auf der Höhe der Referenzsubstanzen, die dem Linalool (Rf ca. 0,3) und dem [ILinalylacetat [/I](Rf um 0,55) entsprechen. Mit Anisaldehyd färben sich diese Zonen blaugrau, mit Vanillinschwefelsäure dunkelgrün an. Dazwischen ist eine schmale violettrote Zone zu erkennen, die durch Epoxidihydrocaryophyllen (Caryophyllenoxid, Rf etwa 0,45) hervorgerufen wird. Zwischen dem letzteren und dem Linalool kommt das 1,8-Cineol (Rf = 0,4-0,44), der Hauptbestandteil des Eucalyptusöls, als ziemlich breiter Fleck zu liegen. Es färbt sich mit Vanillinschwefelsäure (blau) besser an als mit dem Anisaldehyd-Reagenz (blass blaugrau).

Die Auswertung meiner Chromatogramme zeigte für

- die Öle Nr. I und Nr IV zwei etwa gleich starke Zonen für Linalool und Linalylacetat
- das Öl Nr. II fast kein Linalylacetat, dafür Linalool und reichlich Cineol
- das Öl Nr III enthält Linalool und Linalylacetat, letzteres jedoch in geringerer Menge als esteres. Daneben war etwas Cineol nachweisbar.
- meinen Lavendelblütenextrakt ebenfalls weniger Linalylacetat als Linalool sowie etwas Cineol, was die chemotaxonomische Identifizierung meiner
Balkonpflanze als Lavandin erlaubt.


Entsorgung:

Die austritrierten Proben werden über das Abwassernetz entsorgt. Die DC-Folien kommen in den Hausmüll. Reste des Laufmittels kommen zu den halogenfreien organischen Lösungsmitteln. Das abdestillierte Dichlormethan wird rektifiziert und wieder verwendet.


Erklärungen:

Die zu den Lippenblütlern gehörende Pflanzengattung Lavandula enthält eine ganze Reihe von Arten. Arzneilich verwendet wird allein der "echte Lavendel", Lavandula angustifolia, der deswegen früher auch Lavandula officinalis genannt wurde (offizinell = im Arzneibuch geführt). Eng verwandt ist der breitblättrige Lavendel Lavandula latifolia der auch Spik- oder Gewürz-Lavendel Lavandula spica heißt. Zahlenmäßig am bedeutendsten sind aber die zahlreichen Hybriden der beiden Arten, die als Lavandin bezeichnet und in vielen Sorten angebaut werden. Der Löwenanteil des in der kosmetischen Industrie, Parfümerie und Waschmittelherstellung verbrauchten Lavendelöls ist Lavandinöl.

Das etherische Öl der genannten Arten unterscheidet sich in seiner chemischen Zusammensetzung. Dies eröffnet die Möglichkeit, eine Pflanze anhand ihrer Inhaltsstoffe botanisch zuzuordnen, eben Chemo-Taxonomie zu betreiben. Hauptträger des typischen Lavendelgeruches ist das Linalylacetat, ein Ester aus dem Monoterpenalkohol Linalool und Essigsäure. Daneben enthalten die Öle freies Linalool, sowie wechselnde Mengen anderer Inhaltsstoffe, von denen das 1,8-Cineol besonders interessiert, das nach Eukalyptus riecht (und Hauptbestandteil des etherischen Eukalyptusöls ist). Weiter kommen Terpinen-4-ol, 3-Octanon, Lavandulylacetat, Terpineol sowie kleine Mengen Campher und Limonen vor.

Bild

Das Öl von Lavandula angustifolia hat einen Linalylacetatgehalt von 35-50 %, neben 20-45 % Linalool. Cineol und Campher sind in Größenordnungen von ca. 1-2 % enthalten. Als charakteristischer Begleitstoff tritt das Monoterpen ß-Ocimen, allerdings nur in Mengen um 3 % auf.
Lavandula latifolia dagegen zeigt im etherischen Öl zwar 10-15% Linalool, aber fast kein Linalylacetat (unter 5%), während 1,8-Cineol mit ca. 25% und Campher mit bis zu 15% für die vorherrschende, eukalyptus- oder salbeiartige Geruchsnote verantwortlich sind.
Die Lavandin-Hybriden liefern Öle, deren Zusammensetzung zwischen den Werten der „Elternpflanzen“ liegt. Sie enthalten im Durchschnitt 30-40% Linalool, 25-35% Linalylacetat und 6-8% Campher und Cineol.

Das DAB forderte seit der 5. Ausgabe einen Mindestgehalt von 35 % Linalylacetat im etherischen Lavendelöl. Damit sollte eine Verfälschung des Lavendelöls mit dem „Spiköl“ (von Lavandula latifolia) ausgeschlossen werden. Zur Bestimmung wird der Ester mit Kalilauge verseift und das nicht umgesetzte Kaliumhydroxid mit Salzsäure zurücktitriert.

Bild

Molmasse Linalylacetat: 196,3 g/mol

Aus dem Verbrauch der Kalilauge wird der Gehalt „als Linalylacetat“ berechnet. Das heißt, man postullert, daß außer Linalylacetat keine weiteren verseifbaren Inhaltsstoffe vorhanden sind - was zwar fast, aber eben nicht ganz stimmt. Die titrimetrisch gefundenen Gehalte sind daher etwas höher als die gaschromatographisch ermittelten. Die Bestimmung der "Säurezahl", also der im Öl enthaltenen freien Säuren, gemessen an der Menge Kaliumhydroxid, die zugesetzt werden muss, bis der Indikator umschlägt, diente als "Frischekontrolle". Bei zu altem oder falsch gelagertem Öl kommt es durch Hydrolyse der Ester zu einem Anstieg der Säurezahl.

Mit dem Aufkommen der Dünnschichtchromatographie in den 70er Jahren des vergangenen Jahrhunderts wurde die Analytik der Arzneibücher erweitert. Damit wurden auch die Lavandin-Hybriden von der arzneilichen Verwendung ausgeschlossen. Heute wird auch die DC nur noch zur Identitätsprüfung des Lavendelöls verwendet. Die Reinheitsprüfung erfolgt auf gaschromatographischem Wege.


Literatur:

Pachaly, Peter und Koch, Angelika: DC-Atlas – Dünnschichtchromatographie in der Apotheke, 6. Aktualisierung 2010, Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft Stuttgart ; ISBN 978-3-8047-2568-3
Wagner H, Bladt S, Zgainski EM: Drogenanalyse - Dünnschichtchromatische Analyse von Arzneidrogen, Springer-Verlag Berlin-Heidelberg-New York 1983, ISBN 3-540-11867-5
Europäisches Arzneibuch, 7. Auflage 2011


Bilder:

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Die analysierten Lavendelöle

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Der untersuchte Lavendelstrauch

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Herstellung eines Lavendelblütenextraktes

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Ermittlung der Säurezahl

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Ermittlung des Estergehaltes - Rücktitration

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Lösungen für die DC

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DC mit Kammersättigung

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DC-Folie (Anisaldehyd-R.) frisch (links) und nach 4 Stunden (rechts)
v.l.n.r.: Lavandula latifolia - Referenzlösung - Lavandula angustifolia

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DC-Folie (Anisaldehyd-R., frisch)
gelagertes Lavendelöl - Referenzlösung - Lavandinöl

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DC-Folie (Anisaldehyd-R., frisch)
Referenzlösung - Blütenextrakt - Eucalyptusöl

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DC-Folie (Anisaldehyd-R., frisch)
Referenzlösung - Lavandula latifolia - Eucalyptusöl

Bild Bild
DC-Folien mit Vanillinschwefelsäure behandelt (frisch)
links: Lavandula angustifolia - Referenzlösung - Lavandula latifolia
rechts: Referenzlösung - Lavandula latifolia - Eucalyptusöl
"Alles sollte so einfach wie möglich gemacht werden. Aber nicht einfacher." (A. Einstein 1871 - 1955)

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"Die gefährlichste Weltanschauung ist die Weltanschauung der Leute, die die Welt nie gesehen haben." (Alexander v. Humboldt, 1769 - 1859)

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NI2
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Beitrag von NI2 »

Tzzzz du willst ja dieses Jahr nur beim Artikelwettbewerb abräumen!


Spaß bei Seite: sehr schön, die DCs gefallen mir :)
IOC

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lemmi
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Beitrag von lemmi »

NI2 hat geschrieben:Spaß bei Seite: sehr schön, die DCs gefallen mir :)
Danke! Ich fand sie beim Anschauen der Fotos viel weniger klar als ich sie aus der Begeisterung des Versuchs in Erinnerung hatte! Vor allem das Cineol/Eucalyptusöl enttäuschte mich ein bisschen. Mit Vanillinschwefelsäure kommt es immerhin klarer heraus als mit dem Anisaldehyd.

Und meine Balkonpflanze hat, wenn ich mir das DC so in Ruhe ansehe, viel weniger Linalylacetat, als ich erinnerte, eher wie das Latifolia-Öl. Morphologisch istr es aber kein L. latifolia. Es handelt sich wohl um eine ziemlich Linalylacetat-arme Hybride.

Leider habe ich die Lavendelblüte in der Provence verpasst - ich war 14 Tage zu früh dort - sonst hätte ich noch ein Foto von einem blühenden Lavendelfeld angefügt :D
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