Viele Terpene sind Aldehyde: Das Zitronenschalenöl

Experimente:
Versuch: Alkoholauszug von Zitronenschalen
Versuch: Nachweis der Aldehyde im Alkoholauszug von Zitronenschalen
Versuch: Fettfleckprobe mit Zitronenschalenöl
Versuch: Gewinnung von Zitronenschalenöl durch Wasserdampfdestillation
Versuch: Fraktionierte Destillation von Zitronenschalenöl
Versuch: Nachweis von Doppelbindungen im Zitronenschalenöl
Versuch: Zitronenschalenöl als Lösemittel


Was ist Zitronenschalenöl?
Schält man eine Zitrone, so fühlt man an den Händen eine ölige, hellgelbe Flüssigkeit, die intensiv nach Zitronen riecht: Zitronenschalenöl. Diese kommt in geschlossenen Poren in der Schale vor. Es ist ein etherisches Öl. Das erkennst du daran, dass es im Gegensatz zu fetten Ölen keine Fettflecken hinterlässt (-> Versuch).
Zitronenschalenöl ist kein Reinstoff, sondern ein Gemisch verschiedener organischer Substanzen. Dabei handelt es sich größtenteils um Terpene. Darunter versteht man eine Reihe ungesättigter organischer Verbindungen, die in der Natur vorkommen und formal aus C5-Isopren-Einheiten aufgebaut sind.
Hauptbestandteile des Zitronenschalenöls sind der cyclische Kohlenwasserstoff Limonen (ca. 70 %) sowie die Aldehyde Citral B (3 - 5 %) und Citronellal. Hiervon ist ganz besonders das Citral für den typischen Zitronengeruch verantwortlich. Man sieht, dass oftmals den in Spuren vorkommenden Begleitstoffen eine größere Bedeutung zukommt und dass sie stärker zu einem Aroma beitragen, als die anderen, in großen Mengen vorhandenen flüchtigen Substanzen.

Limonen

Die Doppelbindungen in den Verbindungen lassen sich durch die Entfärbung von Bromwasser nachweisen (-> Versuch). Die Aldehyde erkennt man an ihrer Reaktion mit fuchsinschwefliger Säure (Schiff-Reagenz; -> Versuch).


Gewinnung von Zitronenschalenöl
Zitronenschalenöl kann technisch durch verschiedene Verfahren gewonnen werden:

1. Durch Auspressen
Bei diesem Verfahren wird das Zitronenschalenöl durch hohen Druck aus der Schale herausgepresst. Dabei erhält man neben dem Öl auch eine wässrige Phase. Die erhaltene Mischung muss noch aufgetrennt werden. Mit den im Chemieunterricht zur Verfügung stehenden Mitteln führen Versuche zu diesem Verfahren zu keinen auswertbaren Ergebnissen.

2. Durch Extraktion
Die Zitronenschalen werden zerkleinert. Das Zitronenschalenöl wird mit einem geeigneten Lösungsmittel, zum Beispiel Ethanol, Ether oder Essigsäureethylester aus der Schale herausgelöst (-> Versuch). Je nach Lösungsmittel gehen hier aber auch andere Bestandteile der Schale in Lösung, wie zum Beispiel Farbstoffe und Vitamine. Diese müssen ebenso wie das Lösungsmittel abgetrennt werden. Die Abtrennung des Lösungsmittels erfolgt in der Regel destillativ; das zurückgewonnene Lösungsmittel wird erneut eingesetzt.

3. Durch Destillation oder Wasserdampfdestillation
Bei diesen Verfahren erhält man sehr sauberes Zitronenschalenöl, da diese Verfahren gleichzeitig eine Reinigung des Produktes darstellen. Bei der normalen Destillation werden die Zitronenschalen so stark erhitzt, dass das in den Poren enthaltene Zitronenschalenöl siedet. Dieses Verfahren wird auch als trockene Destillation bezeichnet. Aufgrund der dabei benötigten relativ hohen Temperatur besteht die Gefahr, dass sich Bestandteile des Öles zersetzen. Die Wasserdampfdestillation dagegen stellt ein sehr schonendes Verfahren dar. Dabei werden zerkleinerte Zitronenschalen mit reichlich Wasser erhitzt (-> Versuch). Nach der Kondensation des Destillats findet eine Trennung in eine wässrige und eine spezifisch leichtere ölhaltige Phase statt, da das Zitronenschalenöl in Wasser unlöslich ist. Nach Abtrennung des Wassers erhält man so reines Zitronenschalenöl.


Zitronenschalenöl ist nicht gesund
Da viele Terpene - auch wenn sie natürlichen Ursprungs sind! - gesundheitsschädlich sind, sind die Verwendungsmöglichkeiten des frisch hergestellten Zitronenschalenöls stark eingeschränkt, zumal einzelne Bestandteile des Zitronenschalenöls seit kurzem im Verdacht stehen, krebserregend zu sein. Sie werden beim Bestreben, sie in der Leber zu entgiften, in potentielle Schadstoffe (Epoxide) umgewandelt. Dieser Mechanismus ist auch die Ursache für die Toxizität wasserunlöslicher aromatischer Kohlenwasserstoffe. Allerdings ist es möglich, diese Terpene durch Destillation aus dem Zitronenschalenöl abzutrennen (-> Versuch). Andere Verfahren zur Entterpenisierung sind Gegenstromextraktion oder Chromatographie.
Zitronenschalenöl findet als Geschmacks- oder Geruchsstoff in der Lebensmittel- und Kosmetikindustrie Verwendung. Aufgrund des intensiven Geruchs und Geschmacks braucht man hier nur relativ geringe Mengen. So reicht 1 g Zitronenschalenöl aus, um 10 l Limonade zu aromatisieren.


Zitronenschalenöl ist gefährlich für kleine Kinder
In vielen Haushalten findet man Öle aus den Schalen von Citrusfrüchten. Sie werden als Etikettenablöser genutzt, aber auch als Füllung für Öllämpchen ("Lampenöle"). Allen gemeinsam ist der verführerische Duft. Da gerade um Weihnachten die Duftlämpchen neben Kinderaugen leuchten, häufen sich an diesen Tagen die Vergiftungsfälle, die den Kinderkliniken gemeldet werden: Denn die Terpene erweisen sich als regelrechte Schleimhautkiller. Trinkt ein Kind davon, erleidet es schwerste Verletzungen an Speiseröhre, Magen und Darm. Verantwortungsbewusste Eltern sollten deshalb auf diesen modischen Weihnachtsschnickschnack verzichten.


Zitronenschalenöl ist ein Nachwachsender Rohstoff
Unter Nachwachsenden Rohstoffen versteht man biologisches Material, das zur Herstellung von Massenchemikalien genutzt wird ("Non Food Materials"). So werden die niedrigsiedenden Terpene aus dem Zitronenschalenöl als biologisch abbaubare Lösungsmittel zum Beispiel für Lacke, Kunst- oder Klebstoffe (-> Versuch) sowie zum Entfetten elektronischer Bauteile verwendet. Sie ersetzen die gesundheitlich bedenklichen chlorierten Kohlenwasserstoffe (CKW).


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Letzte Überarbeitung: 11. September 2013, Dagmar Wiechoczek