Experimente:
Versuch: Vanillin aus Ligninsulfonsäure
Versuch: Dünnschicht-Chromatographie von Vanillin

Nichts duftet so schön süß wie Vanille. Damit werden Parfüms und Puddings verfeinert. Wo bekommt man es her? Es gibt Vanille als Naturstoff und als synthetischen, naturidentischen Stoff Vanillin. Die Bezeichnung Vanillin stammt von dem spanischen vainilla - kleine Schote.

Vanille - ein Duftstoff mit Geschichte
Vanillin wird aus den Früchten (Schoten) einer Orchideenart mit dem wissenschaftlichen Namen vanilla planifolia gewonnen. Ursprünglich kam sie allein in Mittelamerika vor. Später (etwa ab 1800) wurde sie auch andernorts angepflanzt, zum Beispiel auf der feuchten Insel La Réunion. Diese liegt neben Mauritius im Indischen Ozean und hieß früher bis zur französischen Revolution Ile Bourbon. Daher stammt der Name Bourbon-Vanille.
Zunächst gab es aber echte Probleme. Nur die Früchte der Vanille liefern den Duftstoff, deshalb ist die Bestäubung der Blüten Voraussetzung zur Produktion. Wie bei allen Orchideen ist die Befruchtung der Blüten sehr heikel. Da die natürlichen Pollenüberträger (vor allem die mittelamerikanischen Kolibris) nicht mitgeliefert worden waren, blieben die Früchte aus. Ein farbiger Sklave namens Edmond Albius landete 1841 den Haupttreffer seines Lebens: Er erfand die künstliche Befruchtung und erhielt dafür seine Freiheit.
Auf Réunion gibt es heute noch große Plantagen mit der an Bäumen und Wirtspflanzen hochrankenden Orchidee, die man besichtigen kann.

Bild 2: Vanillepflanzen. Links eine Orchideenkultur auf Réunion;
rechts Vanilleblüten in Madagaskar; man erkennt schon die Schoten
(Fotos: Daggi)

Die Vanilleschoten werden einem mehrere Monate lang dauernden, komplizierten Verarbeitungsprozess unterworfen, bevor sie in den Handel gelangen. Dazu gehört auch die Spaltung der pflanzlichen Speicherform des Vanillins, des geruchlosen Vanillin-Glucosids, durch Fermentation. Dabei färben sich die zuvor grünen Schoten schwarz.
Schon bald gelang den Chemikern die Aufklärung der chemischen Zusammensetzung und der Strukturformel des Vanillins.

Es ist eine im besten Sinne aromatische Verbindung. Dabei handelt es sich eigentlich um Benzaldehyd, der zugleich ein Phenol und Methylether ist.

Herstellung von synthetischem Vanillin
Wegen des hohen Preises der natürlichen Vanille versuchte man bald, Vanillin künstlich herzustellen. Hier bieten sich besonders zwei Substanzen an. Zum einen nimmt man vor allem in Nordamerika, in dem Vanillin ganz besonders beliebt ist, als Edukt Ligninsulfonsäure, die in großen Mengen bei den Holzaufschlussverfahren unter Beteiligung von Schwefelverbindungen entsteht. Dass eine gewisse chemische Verwandtschaft zwischen Ligninsulfonsäure und Vanillin besteht, zeigt die Formel des Ligninbausteins, des Dehydro-coniferyl-alkohols.

Beim Kochen mit Kalilauge und unter Zusatz von katalytisch wirkenden Kupfer(II)-Verbindungen wird das Ligninsulfonsäuremolekül zum Beispiel durch Luftsauerstoff oxidativ gespalten (-> Versuch).

Ein anderer, neuerer Syntheseweg geht vom Eugenol aus, dem Aromastoff der Gewürznelke. Hierbei wird Eugenol in Kalilauge mit Oxidationsmittel wie Kaliumchromat, Kaliumpermanganat oder Ozon behandelt.

Hierzu gibt es leider keinen für die Schule geeigneten Versuch, da das Vanillin, das man so erhält, mit schulischen Mitteln nicht vom stark riechenden Eugenol getrennt werden kann.

Vanille ist mehr als Vanillin
Vanille und Vanillin sind in ihrem Preis so unterschiedlich, dass man Vanillezucker (hergestellt unter Zusatz von feingemahlenen Vanilleschoten) und Vanillinzucker (hergestellt unter Zusatz von synthetischem Vanillin) differenzieren muss.
Das synthetische Vanillin ist zwar chemisch rein, und man darf es auch "naturidentisch" nennen. Aber Kenner wissen: Vanillin duftet nicht annähernd so gut wie die Bourbon-Vanille. Denn die enthält noch eine Reihe (etwa 170) von Begleitstoffen, die das Aroma erst abrunden. Man kennt das von der Parfümkomposition.
Da die Preise von Vanille und Vanillin weit auseinander liegen, verwundert es nicht, dass immer wieder versucht wird zu fälschen. Weil aber für den Analytiker die Bourbon-Vanille ein unverwechselbares Chromatogramm zeigt, sind Fälschungen leicht zu erkennen - vorausgesetzt, man verfügt über eine HPLC-Anlage. Aber auch die Dünnschicht-Chromatographie (-> Versuch) hilft weiter.
Hinzu kommen noch billige, natürliche Ersatzstoffe, die wie Vanillin riechen. Dazu gehören Piperonal und das Waldmeisteraroma Cumarin. Auch das synthetische Ethylvanillin gehört ebenfalls zu den Ersatzstoffen, riecht dabei allerdings wesentlich stärker als Vanillin.

Whisky und Weinbrand
Bemerkenswert ist die Rolle von Vanillin und Geschmacksverwandten als Aromastoff von Whisky und Weinbrand. Die beiden reifen bekanntlich in Eichenfässern, die gegen unerwünschte Mikroorganismen zuvor geschwefelt wurden. Dazu wird das feuchte Fass mit Schwefeldioxid begast. Chemiker merken sofort, dass sich hierbei Ligninsulfonsäure bilden muss, die bei langer Lagerung in Vanillin übergeht. Nun hat jedes lange gereifte Getränk sein eigenes Spektrum. Man kann deshalb rasch erkennen, ob das Getränk für den Gast gefälscht ist, indem man zum Beispiel billigen Weinbrand in die Flasche eines einmalig gekauften teuren Produkts nachfüllt. Das ist meistens nicht viele Jahre im geschwefelten Fass gereift, sondern nach der Destillation nur mit Vanillin versetzt worden.

Last but not least
Wozu benötigt die Orchidee ihr Vanillin? Der Duftstoff dient offensichtlich als Lockmittel oder auch als Belohnung für den Bestäuber. Diese Aufgabe erfüllt Vanillin letztlich auch als Parfümzusatz... Manchen reicht dazu auch das Vanillin im Pudding. Oder im Tee.

Weitere Texte zum Thema „Papier“

Weitere Texte zum Thema „Nachwachsende Rohstoffe“