Chemische Verbindungen

Adenin ist eine der vier Nukleinbasen der DNA bzw. der RNA, zusammen mit Cytosin, Guanin und Thymin bzw. Uracil. Adenin bildet zwei Wasserstoffbrücken mit Thymin bzw. Uracil. Ist am Adenin ein Molekül Desoxyribose gebunden - ein Zucker - spricht man von Adenosin. Kommt noch ein Phosphatrest dazu, spricht man von Desoxy-Adenosin-Monophosphat, eins der vier Nukleotide, die die DNA aufbauen. Sind drei Phosphatreste gebunden, handelt es sich um Adenosin-Triphosphat (ATP). ATP beinhaltet Energie, die bei der Spaltung eines oder zwei der drei Phosphate freigesetzt und für lebensnotwendige Zellprozesse eingesetzt wird. Wird Energie in der Zelle produziert (z.B. bei der Spaltung von Zucker), wird neues ATP gebildet. 

Fun Fact: Die Anfangsbuchstaben der vier DNA-Nukleotide (A, C, G und T) bilden den Titel des Science-Fiction-Films „GATTACA“ aus dem Jahr 1997, in dem es um genetisch veränderte Menschen geht.

Pflanzen speichern Energie in Form von Stärkekörnern. Kartoffeln zum Beispiel bestehen grösstenteils aus Stärke. Die Stärke liegt in zwei unterschiedlichen Formen vor: Amylose (20-30%) und Amylopektin (70-80%). Amylopektin ist ein grosses, stark verzweigtes Molekül. Es handelt sich um ein Polysaccharid, also einen Mehrfachzucker. Jedes Amylopektinmolekül besteht aus etwa 1.200–6.200 D-Glucose-Monomeren, die verzweigte Ketten bilden. Amylose hingegen liegt als langes, kettenförmiges Molekül vor. 

Die Struktur von Amylopektin verleiht dem Molekül besondere Eigenschaften, die von der Industrie genutzt werden. So wird Amylopektin-Stärke etwa für Kleister, Kleb- und Schmierstoffe aber auch als Lebensmittelzusatz verwendet.

Blausäure ist in geringen Mengen in den Kernen einiger Steinobstfrüchte wie Bittermandeln, Aprikosen- und Kirschkernen enthalten. Auch andere Pflanzen enthalten chemische Stoffe, die bei Beschädigung der Zellen zu Blausäure umgewandelt werden. Diese Stoffe schützen die Pflanze vor Frassfeinden. 

Cyanwasserstoff, wie die Blausäure auch heisst, blockiert die Sauerstoffbindung im Blut und ist für den Menschen in Dosen von 1–2 mg/kg Körpergewicht tödlich. Cyanwasserstoff wird unter anderem zur Schädlingsbekämpfung und zum Auslaugen von Gold verwendet. Blausäure begegnet man häufig in der Kriminalliteratur, so zum Beispiel im gleichnamigen Roman von Agatha Christie.

Calciumcarbonat ist eine der am weitesten verbreiteten Verbindungen auf der Erde, vor allem in Form von Sedimentgesteinen. Die ersten Kalkgesteine nennenswerten Ausmasses sind Stromatolithe, also durch Mikroorganismen gebildete Gesteinsschichten, die vor über zwei Milliarden Jahren entstanden. Calciumcarbonat ist Hauptbestandteil von Marmor, Kalkstein, Dolomit und Kreide und kommt in Schutzhüllen von Lebewesen wie Schneckenhäusern, Muscheln und Korallen vor. Calciumcarbonat tritt vor allem in der Form der Minerale Calcit und Aragonit auf.

Bei Verwitterung mit Wasser entsteht wasserlösliches Calciumhydrogencarbonat. Hartes Wasser enthält viel Calciumhydrogencarbonat, weiches Wasser dagegen wenig.

Elementares Chlor (Cl₂) ist ein hellgrünes, sehr reaktionsfreudiges und daher giftiges Gas. In Hallenbädern werden Chlorverbindungen zur Wasserdesinfektion eingesetzt. 

Der sogenannte „Chlorgeruch“ entsteht, wenn chlorhaltige Desinfektionsmittel mit Urin und Schweiss reagieren. Die dabei entstehenden Verbindungen können zu brennenden und geröteten Augen führen.

Chloroform ist eine stark süsslich riechende, farblose Flüssigkeit, die nur sehr schwer entflammbar ist und sich leicht verflüchtigt. Atmet man die Dämpfe ein, verschwindet das Schmerzempfinden bis zur Bewusstlosigkeit. Daher wurde Chloroform früher als Narkosemittel zum Beispiel bei Operationen eingesetzt. 

Heutzutage werden andere Narkosemittel verwendet, da Chloroform eine stark giftige Wirkung auf einige Organe wie Leber und Herz hat und im Verdacht steht, krebserregend zu sein. Stattdessen wird Chloroform als Lösungsmittel und bei der Herstellung von Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW) verwendet.

Eisen(II)-carbonat, auch Siderit (griechisch sideros = Eisen) genannt, ist ein häufig vorkommendes Mineral, das blassgelbe, braune, manchmal schwarze Kristalle bildet. Es ist ein Eisenerz, das bis zu 50% Eisen enthält, und wird zur Eisengewinnung abgebaut. 

Ist dir aufgefallen, dass Eisencarbonat mit Calciumcarbonat verwandt ist? Anstelle von Ca²⁺ enthält Siderit Fe²⁺-Ionen.

Essigsäure ist eine farblose, flüssige, ätzende, nach Essig riechende Carbonsäure. Traditionell wird Essig mit Hilfe einer „Essigmutter“ hergestellt, die aus Bakterien (Acetobacter) und ihrer glibbrigen Schutzhülle besteht. Die Bakterien wandeln Ethanol (zum Beispiel aus Wein oder saurem Most) in Gegenwart von Sauerstoff zu Essigsäure um.

Ausser im Salatdressing wird Essigsäure als Geschmacksstoff, Konservierungsmittel und Ausgangsstoff für die Produktion von Farben und Klebstoffen verwendet.

Estradiol ist ein weibliches Sexualhormon und eines der wichtigsten natürlichen Östrogene. Es wird hauptsächlich in den Eierstöcken gebildet, fördert die Ausbildung der sekundären weiblichen Geschlechtsorgane und regt die Gebärmutterschleimhaut zum Wachstum an. Im Menstruationszyklus spielt es zusammen mit Progesteron eine zentrale Rolle. 

Estradiol wird in Medikamenten zur Vorbeugung von Osteoporose und bei Wechseljahrsbeschwerden eingesetzt.

Ethanol ist eine farblose, brennbare, mit Wasser beliebig mischbare Flüssigkeit. In Getränken bezeichnen wir Ethanol einfach als „Alkohol“. Ethanol wird von Hefezellen durch die Vergärung von Traubenzucker ohne Luftsauerstoff produziert. Dieser Prozess wird bei der Produktion von Wein, Bier und Schnaps eingesetzt. 

Ethanol, der als Brennsprit verkauft wird, ist vergällt. Das heisst, er enthält Zusatzstoffe, die ihn ungeniessbar machen.

Glutaminsäure (abgekürzt Glu oder E) ist eine Aminosäure und ein wichtiger Baustein der Proteine. Sie kommt sehr oft als Salz vor (also in Kombination mit Natrium- oder Kalium-Ionen), und diese Salze nennt man Glutamate.

Glutamat ist einer der wichtigsten Botenstoffe (Neurotransmitter) im zentralen Nervensystem. Gleichzeitig ist es ein Geschmacksstoff; seinen herzhaften, angenehmen Geschmack bezeichnet man als umami. Lebensmittel mit einem natürlicherweise hohen Gehalt an Glutamat sind z. B. Hartkäse, getrocknete Tomaten, eingelegte Sardellen oder Sojasauce. In der asiatischen Küche, aber auch bei vielen Fertigprodukten wird Glutamat als Geschmacksverstärker zugesetzt.

Kohlendioxid ist ein farb- und geruchloses Gas. Es entsteht bei der Verbrennung von Erdöl, Erdgas, Benzin, Holz, Plastik und Papier aber auch im Zellstoffwechsel aller atmenden Lebewesen. 

Der Gehalt in der Atmosphäre ist 0.04 %, Tendenz steigend. Es wirkt in der Atmosphäre als Treibhausgas und trägt zur Klimaerwärmung bei.

Um Erfrischungsgetränke wie Cola oder Mineralwasser zum Sprudeln zu bringen, werden sie mit Kohlendioxid versetzt. Dieses Gas reagiert mit dem Wasser zu Kohlensäure, und die Kohlensäure wiederum zerfällt sofort zu Hydrogencarbonat [HCO₃]^- und Hydronium-Ionen [H₃O]⁺. Hydronium-Ionen geben dem Getränk den sauren Geschmack. 

Die Kohlensäure im Mineralwasser ist also ein sehr kurzlebiges Zwischenprodukt.

Das farb- und geruchlose, brennbare Gas entsteht bei biologischen und geologischen Prozessen auf der Erde ständig neu. Es ist als Hauptbestandteil von Erdgas und in der chemischen Industrie als Heizgas von grosser Bedeutung. Biogas und Sumpfgas bestehen ebenfalls hauptsächlich aus Methan.

Morphin ist ein natürlich im Opium vorkommender Wirkstoff aus der Gruppe der Opioide. Opium ist der getrocknete Milchsaft des Schlafmohns. Morphin ist schmerzlindernd und wird zur Behandlung sehr starker Schmerzen verschiedener Ursache eingesetzt. Es führt zu körperlicher Abhängigkeit, weshalb es nur unter kontrollierten Bedingungen verabreicht und wieder abgesetzt werden darf.

Natriumchlorid (Kochsalz) findet sich hauptsächlich im Meerwasser gelöst mit einem Gehalt von ca. 36 g pro Liter. Es kommt ebenfalls in riesigen Mengen in Salzlagerstätten in Form von Steinsalz vor. Es ist für Menschen und Tiere der wichtigste Mineralstoff und somit ein absolut notwendiger Nahrungsbestandteil. 

Kochsalz wird auch als Konservierungsmittel für Lebensmittel verwendet. Im Winter wird es als Auftausalz im Strassenunterhalt eingesetzt.

Nikotin ist ein Alkaloid und kommt in der Tabakpflanze sowie in geringerer Konzentration auch in anderen Nachtschattengewächsen vor. Die Tabakpflanze erzeugt das Nikotin in ihren Wurzeln. Wenn die Pflanze reift, wandert der Stoff in die Blätter. Dort dient es als Frassschutz vor Insekten und anderen Herbivoren, Nikotin ist also ein natürliches Insektizid. Für den Menschen ist es eine Droge und ein starkes Nervengift.

Ozon besteht aus drei Sauerstoffatomen. Eine Ozonschicht in der oberen Atmosphäre schützt die Erde und alle Lebewesen auf ihr vor der energiereichen ultravioletten Strahlung der Sonne, die ansonsten die Erbsubstanz schädigen würde. 

Ozon ist aber auch ein starkes Oxidationsmittel. Wenn die Atemluft Ozon enthält, kann das bei Menschen und Tieren zu Reizungen der Atemwege führen. Es wird in der Trinkwasseraufbereitung verwendet, um Keime abzutöten.

Phosphorsäure ist die wichtigste Sauerstoffsäure des Phosphors. In der Industrie ist sie ein Ausgangsstoff für die Düngerherstellung und ein Rostentferner. In der Natur sind Phosphorsäureester Bestandteile des Erbgutmoleküls DNA.

In elementarer Form ist Sauerstoff als O₂-Molekül ein wichtiger Bestandteil der Atmosphäre (20.9%). Nimmt man die Erdkruste, das Wasser und alle Lebewesen auf der Erde dazu, ist Sauerstoff mit über 50% Anteil das häufigste Element in unserer Umwelt. Pflanzen produzieren durch Photosynthese elementares O₂-Gas, das von den meisten Lebewesen zur Atmung benötigt wird. 

Alle Verbrennungen sind chemische Reaktionen mit Sauerstoff. Deshalb erlischt eine Kerze, wenn man ein Glas darüber stülpt. Sauerstoff geht mit beinahe allen Elementen Verbindungen ein.

Schwefelsäure ist eine farblose, ölige, sehr starke Säure. Sie hat in der Industrie eine sehr grosse Bedeutung, da sie zur Produktion von Düngemitteln und Autobatterien und zum Lösen von Erzen aus Gestein eingesetzt wird. 

Schwefeloxide, die beim Verbrennen fossiler Brennstoffe wie Kohle und Heizöl entstehen und in die Luft entweichen, bilden mit Wasser Schwefelsäure. Der „saure Regen“ kann durch die Versauerung des Bodens Pflanzen schädigen und die Verwitterung von Gebäuden beschleunigen.

Serin ist eine Aminosäure und Bestandteil vieler Enzyme. Es spielt eine wichtige Rolle bei zahlreichen biochemischen Vorgängen im Körper (zum Beispiel bei der Biosynthese der Purine und Pyrimidine sowie als Ausgangssubstanz bei der Membranlipidsynthese).

Als N₂-Molekül bildet Stickstoff den Hauptbestandteil von Luft (78%). Reiner Stickstoff „erstickt“ das Feuer und führt beim Einatmen zum Erstickungstod bei Lebewesen. Stickstoff ist absolut notwendig für das Leben, da er wesentlicher Bestandteil von Proteinen und der DNA ist. Ausser einigen Mikroorganismen kann kein Lebewesen elementaren Stickstoff aus der Luft "binden". Pflanzen wie die Bohne gehen deshalb Symbiosen mit Bakterien ein, um an den Stickstoff heranzukommen.

In Verbindung mit Wasserstoff und Sauerstoff ist Stickstoff ein wichtiger Bestandteil von Dünger, Sprengstoffen und Laugen. 

Testosteron ist ein Steroidhormon und ein wichtiges männliches Sexualhormon. Es ist für die Ausbildung der männlichen Geschlechtsorgane und die Spermienproduktion verantwortlich und fördert den Aufbau von Muskelprotein.

Ohne Wasser wäre das Leben auf unserem Planeten nicht möglich. Zellen bestehen zum grössten Teil aus Wasser. Es ist das einzige Molekül, das in unserer täglichen Umwelt fest (Eis), flüssig und gasförmig (Wasserdampf) vorkommt. 

Das Wassermolekül ist gewinkelt und die Ladung beim Sauerstoffatom mehr negativ, bei den Wasserstoffatomen mehr positiv. Das bewirkt, dass sich Wassermoleküle über Wasserstoffbrücken miteinander verbinden können. Diese Bindungen wechseln ständig. Dadurch besitzt Wasser die grösste Oberflächenspannung aller Flüssigkeiten (ausser Quecksilber), und seine Dichte nimmt unter 4°C wieder ab anstatt zuzunehmen (siehe auch Friert ein See immer von oben her zu?).

Blonde Haare sind der Traum vieler Menschen. Im Coiffeursalon werden solche Träume mit der Hilfe von Wasserstoffperoxid wahr. Dies ist ein starkes Oxidationsmittel, das Papier, Haare und Zähne bleicht. Als 0.3–3 vol% Lösung wirkt es als Desinfektionsmittel.