Isolierung von Citronensäure aus Zitronen

Experimente:
Versuch: Herstellung von Calciumcitrat
Versuch: Darstellung von Citronensäure mit einem Kationenaustauscher
Versuch: Kristallisation von Citronensäure

Bis zur Mitte des 20. Jahrhunderts wurde Citronensäure fast ausschließlich aus unreifen Zitronen gewonnen. Sie wurde erstmals 1784 von Carl Wilhelm Scheele isoliert. Seinen Bericht dazu kannst du selbst auf einer eigenen Webseite nachlesen.

Isolierung nach C. W. Scheele
Zunächst werden die Früchte ausgepresst. Der Zitronensaft wird filtriert, alkalisch eingestellt und mit Calciumchlorid versetzt. Dabei entsteht in der Kälte ein wasserlöslicher Komplex:

Beim Erhitzen mit überschüssigen Calcium-Ionen bildet sich Tricalciumcitrat, welches in Wasser schwer löslich ist und ausfällt (-> Versuch):

Das Calciumcitrat wird abgetrennt, gewaschen und mit verdünnter Schwefelsäure zu Citronensäure und Gips umgesetzt:

Das Calciumsulfat fällt aus, während die in Wasser sehr gut lösliche Citronensäure in Lösung bleibt. Nachdem der aus Gips bestehende Bodensatz abgetrennt wurde, lässt man nun die Citronensäure auskristallisieren. Dieser Schritt erfordert sehr viel Geschick und Sorgfalt. Insbesondere ist darauf zu achten, dass kein Überschuss an Schwefelsäure zurückbleibt, da diese sonst beim Eintrocknen der Lösung konzentriert würde, woraufhin die Citronensäure durch Wasserabspaltung zu Aconitsäure umgesetzt würde. In der Schule gelingt er deshalb in der Regel nicht.

Isolierung mit einem Ionenaustauscher
Hier bietet sich die Verwendung eines sauren Kationenaustauschers anstelle der Schwefelsäure an (-> Versuch) [13]. Auf diese Weise wird das Calciumcitrat quantitativ zu Citronensäure umgesetzt, ohne dass als Nebenprodukt Gips entsteht, der bei der Isolierung der Citronensäure stört. Darüber hinaus lässt sich der Kationenaustauscher einfach mit Salzsäure regenerieren. Das dabei entstehende Calciumchlorid ist umweltneutral und kann zum Beispiel im Winter als Streusalz verwendet werden.
Die auf diese Weise hergestellte Citronensäure wurde von uns chromatographisch (mittels HPLC) untersucht. Dabei stellte sich heraus, dass die Probe einen Citronensäuregehalt von 96 % hatte, also recht rein war.

Citronensäure ist hitzeempfindlich
Die Citronensäure kristallisiert schlecht, da sie zur Bildung stark übersättigter Lösungen neigt. Man erhält im Allgemeinen eine sirupartige Mischung. Man darf dann aber keinesfalls versuchen, den Sirup durch Erwärmen zu entwässern. Ab 60 °C beginnt nämlich die Zersetzung der Säure, erkennbar an der Gelbverfärbung der Mischung. Besser ist es, abzuwarten und das Wasser in einer offenen Schale langsam abdunsten zu lassen (-> Versuch).


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Literatur


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Letzte Überarbeitung: 29. April 2010, Dagmar Wiechoczek