Lactone

Griechische Buchstaben geben die Stellung bzw. Position der Hydroxygruppe relativ zur Carboxygruppe in der formal zugrundeliegenden Hydroxycarbonsäure an: Das der Carboxygruppe benachbarte C-Atom wird als α-ständig, das nächste als β-ständig usw. bezeichnet.

Lactone werden auch durch Anhängen der Endung -olid an den Namen des entsprechenden Kohlenwasserstoffes benannt, die Position des am Ringschluss beteiligten C-Atoms wird als Ziffer angegeben: z. B. Propan-3-olid = β-Propiolacton.[1]

Pfirsiche enthalten – wie andere Früchte – Lactone mit typischem Fruchtgeruch.

Lactone sind eine bedeutende Gruppe unter den Aromastoffen. In der Natur kommen hauptsächlich γ- und δ-Lactone mit unverzweigten Seitenketten vor, wobei γ-Lactone häufiger in pflanzlichen und δ-Lactone häufiger in tierischen Produkten auftreten. Die meisten natürlich vorkommenden Lactone haben eine gerade Anzahl an Kohlenstoffatomen. Als Aromastoffe sind besonders Lactone mit 8 bis 12 Kohlenstoffatomen relevant.[2] Lactone mit weniger als 10 Kohlenstoffatomen riechen kokosartig, wohingegen solche mit mehr als 10 Kohlenstoffatomen pfirsichartig riechen.[3]

Beispielsweise findet man in Aprikosen, Nektarinen und Pfirsichen eine Vielzahl von γ-Lactonen mit sechs bis zwölf Kohlenstoffatomen (wie etwa γ-Decalacton, vergl. Decalactone) sowie δ-Lactone mit acht bis zwölf Kohlenstoffatomen (wie etwa δ-Decalacton), die entweder kokosartig, fruchtig-pfirsichartig oder fruchtig-fettig riechen.[3]

Das im Whisky vorkommende (3S,4S)-Quercuslacton

Eine weitere Gruppe von Lactonen, die als Aromastoffe bedeutend sind, sind die „Whiskylactone“, die in Whisky, Sherry und Brandy vorkommen; sie gehören zu den Quercuslactonen.

Ein Beispiel für das Vorkommen von Lactonen in tierischen Produkten ist das δ-Decalacton, das im Milchfett vorkommt. Es ist ein wichtiger Aromastoff für Milchprodukte wie H-Milch, Käse und insbesondere Butter, der eine süße Note hervorruft.[3]

Weitere natürlich vorkommende Lactone sind etwa die pflanzlichen Cardenolide, die ein ungesättigtes γ-Lacton an einem Steroidgerüst enthalten, die ebenfalls pflanzlichen Furanolactone (z. B. Salvinorine und Limonoide). Laktone mit vielen Ringgliedern heißen Makrolide, zu denen auch wichtige Antibiotika gehören. Ochratoxine sind Schimmelpilzgifte; ihr Lactonring hat sechs Atome.

Während α-Lactone, deren einfachster Vertreter das Acetolacton ist, nur als instabile Zwischenprodukte bekannt und β-Lactone (Vierringe) nur unter speziellen Bedingungen darstellbar sind, sind die γ- und die δ-Lactone (Fünf- bzw. Sechsringe) leicht erhältliche stabile heterocyclische Verbindungen. γ-Lactone entstehen durch Eindampfen verdünnter wässriger Lösungen der entsprechenden γ-Hydroxycarbonsäuren. α-Hydroxycarbonsäuren bilden im Gegensatz dazu beim Eindampfen Oligomere und bei weiterem Erhitzen Lactide. Liegen die Carboxygruppe und die Hydroxygruppe weiter auseinander, werden die Lactone ebenfalls schnell unbeständig. Zu den bekanntesten ε-Lactonen gehört ε-Caprolacton, ein Lacton der Capronsäure. Aus ε-Caprolacton lassen sich Polyester herstellen.[4] Die Copolymerisation von ε-Caprolacton mit Milchsäure führt zu Polyestern, die biologisch abbaubar sind.

Schematisches Beispiel einer Lactonbildung; die Bildung von γ-Butyrolacton aus γ-Hydroxybuttersäure durch Wasserabspaltung:

Eine weitere Methode, Lactone herzustellen, ist die Baeyer-Villiger-Oxidation. Dabei werden cyclische Ketone mit Peroxycarbonsäuren unter Ringerweiterung oxidiert.[5] Die Baeyer-Villiger-Oxidation von Cyclohexanon liefert das industriell in beträchtlichen Mengen hergestellte ε-Caprolacton, ein Ausgangsprodukt für die Herstellung von Polyestern und Polyethern.[6]

Erhitztes oder fermentiertes sowie biotransformiertes Rizinusöl ist die Quelle verschiedener Lactone.[7][8]

Als Entdecker der Stoffgrupe der Lactone gilt Rudolph Fittig.[9] Er schlug 1880 den Namen „Lactone“ dafür vor.[10] Bei den Beispielen für Lactone nannte er unter anderem das Cumarin und das Phthalid (diese beiden haben auch einen Benzolring und sind daher Aromaten) und das Santonin.[10]

• 
  Cumarin (o-Cumarsäurelacton)
• 
  Phthalid (im Selleriearoma)
• 
  Santonin (wirkt gegen Spulwürmer)

Wie die Lactone, für die die Esterbindung –CO–O– charakteristisch ist, haben die folgenden Verbindungen ebenfalls ringförmige (cyclische) Moleküle oder Molekülteile:

• Lactame, mit einer Amidbindung –CO–NH– im Ring
• Lactime sind Tautomere zu den Lactamen, mit einer Gruppe –COH=N– im Ring
• Thiolactone enthalten die Gruppe –S–CO– im Ring, und damit ein Schwefelatom benachbart zu –CO–
• Lactide sind cyclische Diester, sie haben zwei Esterbindungen –CO–O– in einem Ring
• Lactole sind cyclische Halbacetale, d. h. sie haben die Gruppe –O–C(OH)H–

Lactame und Thiolactone enthalten wie die Lactone eine Carbonylgruppe (mit Doppelbindung C=O), Lactime und Lactole enthalten eine organische Hydroxygruppe C–OH. α-Peroxylactone sind Wirkstoffe in der Biolumineszenz des Leuchtkäfers (Luciferine, entdeckt vom 1937 geborene Chemiker Waldemar Adam[11]).

1. H. Beyer, W. Walter: Lehrbuch der organischen Chemie. 20. Auflage. Hirzel, Stuttgart 1984, S. 264.
2. Wilfried Schwab & Peter Schreier: Enzymic Formation of Flavour Volatiles from Lipids. In: Tsung Min Kuo & Harold Gardner (Hrsg.): Lipid Biotechnology. CRC Press, 2002, ISBN 978-0-203-90819-8, S. 302–307 (google.de).
3. Wolfgang Legrum: Riechstoffe, zwischen Gestank und Duft. Vorkommen, Eigenschaften und Anwendung von Riechstoffen und deren Gemischen. Vieweg + Teubner Verlag, Wiesbaden 2011, ISBN 978-3-8348-1245-2, 5 Aromastoffe in Lebensmitteln, 5.1.3 Lactone, S. 87–88 & 149, doi:10.1007/978-3-8348-8276-9 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 26. August 2016]).
4. Harald Cherdron, Hellmut Ohse, Friedhelm Korte: Die Polymerisation von Lactonen. Teil 1: Homopolymerisation 4-, 6- und 7-gliedriger Lactone mit kationischen Initiatoren, In: Die Makromolekulare Chemie. 56(1), 1962, S. 179–186, doi:10.1002/macp.1962.020560113.
5. Organikum. Wiley-VCH Verlag GmbH, 23. Auflage, 2009, ISBN 978-3-527-32292-3, S. 683–684.
6. Otto-Albrecht Neumüller (Hrsg.): Römpps Chemie-Lexikon. Band 1: A–Cl. 8. neubearbeitete und erweiterte Auflage. Franckh’sche Verlagshandlung, Stuttgart 1979, ISBN 3-440-04511-0, S. 586.
7. Birgit Kamm: Microorganisms in Biorefineries. Springer, 2015, ISBN 978-3-662-45208-0, S. 277.
8. Dolf De Rovira, Sr.: Dictionary of Flavors. Second Edition, Wiley-Blackwell, 2008, ISBN 978-0-8138-2135-1, S. 181.
9. Rudolph Fittig in der Deutschen Biographie
10. Rudolph Fittig: II. Untersuchungen über die ungesättigten Säuren. In: Justus Liebigs Annalen der Chemie. Band 200, Nr. 1-2, Januar 1880, ISSN 0075-4617, S. 21–96, doi:10.1002/jlac.18802000103 (wiley.com).
11. Walter Habel (Hrsg.): Wer ist wer? Das deutsche Who’s who. 24. Ausgabe. Schmidt-Römhild, Lübeck 1985, ISBN 3-7950-2005-0, S. 4.