Zusammensetzung & Wirkung
Wasserstoffperoxid ist kein freies Radikal, zählt aber auf Grund seiner starken oxidativen (Elektronenakzeptor) Eigenschaften, und seines ubiquitären Vorkommens in tierischen und pflanzliche Zellen, ebenfalls zu den ROS (engl. Reactive Oxygen Species)
Chemische und Physikalische Eigenschaften
Wasserstoffperoxid (früher: Wasserstoff-Superoxid) besteht aus je 2 Sauerstoff und Wasserstoffatomen. Formel: (H2O2). Unter Normalbedingungen ist es eine leicht bläuliche Flüssigkeit und etwas visköser (zähflüssiger) als Wasser (auch Wasserstoffoxid genannt).
Wasserstoffperoxid wurde erstmals 1818 von dem französischen Chemiker Louis Jacques Thénard unter Verwendung von Bariumperoxid und Salpetersäure hergestellt. Es ist eine schwache Säure, ein sehr starkes Oxidans, und in konzentrierter Form explosiv. Es wird vom Bombardierkäfer als Vorstufe zur Herstellung eines sehr heißen und ätzenden Sekret genutzt, und auch als Raketenantrieb.
Zerfall
Wasserstoffperoxid zerfällt spontan in Wasser und Sauerstoff. Formel:
2 H
2O
2 → 2 H
2O+O
2
Dieser Prozess ist exotherm (gibt Wärme ab) und sowohl enzymatisch (Katalasen, Peroxidasen) als auch durch chemische Katalysatoren (Metalle) beschleunigt werden. Die Zersetzung wird durch ein alkalisches Milieu begünstigt ebenso durch erhöhte Temperaturen. Daher wird häufig eine Säure als Stabilisator verwendet, und Wasserstoffperoxid wird lichtgeschützt bei niedrigen Temperaturen im Kühlschrank aufbewahrt.
In Gegenwart von bestimmten Katalysatoren, wie
Fe2+
oder Ti3+
, kann die Zersetzung einen anderen Weg nehmen,
bei dem freie Radikale wie
HO•
(Hydroxyl-Radikal) und
HOO•
(Hydroperoxyl-Radikal)
gebildet werden.
Die Kombination von
H
2O
2 und Fe2+
ist als Fenton-Reaktion bekannt.
Anwendungen
Wasserstoffperoxid ist ätzend, insbesondere in höheren Konzentrationen. Verdünnt wird es als Bleichmittel (Blondieren: 2% bis maximal 8%), Desinfektion (3%ige Lösung) und Sterilisation (30%ige Lösung, das entspricht der im Fachhandel üblicherweise erhältlichen Konzentration).
Lösungen, die mehr als 5% Wasserstoffperoxid enthalten, müssen als "gesundheitsschädlich" und "ätzend" gekennzeichnet werden.
In Konzentrationen um 0,1% wird es zum Bleichen von Zähnen eingesetzt (Bleaching), sowohl durch dem Verbraucher zugängliche Handelsware, als auch in etwas höherer Konzentration von Zahnärzten.
Anwendungen, die darauf basieren verdünntes Wasserstoffperoxid oral einzunehmen, oder gar intravenös zur Behandlung verschiedener Krankheiten, einschließlich Krebs, einzusetzen sind extrem gefährlich (bereits mehrere Todesfälle), illegal und explizit durch den Code of Federal Regulations verboten.
Biochemie
Wasserstoffperoxid entsteht durch die Dismutation von Superoxid, d. h. durch eine Reaktion zweier gleicher Moleküle mittlerer Oxidationsstufe, bei denen das eine oxidiert und das andere reduziert wird (2 O2- + 2 H+ → H2O2 + O2). Die Dismutation verläuft entweder spontan oder wird durch die Superoxiddismutase (SOD, lokaliziert im Zytoplasma und in den Mitochondrien) enzymatisch katalysiert. Wasserstoffperoxid ist um Grössenordnungen weniger reaktiv und damit stabiler als Superoxid und, da es im Gegensatz zu diesem keine Ladung trägt, für biologische Membranen hochpermeabel.
Zellbiologie
Wasserstoffperoxid kommt in geringen Konzentrationen in so gut wie allen eukaryotischen Zellen vor (und damit auch in Obst, Gemüse, Fleisch, Getreide).
Neben diversen anderen Quellen, entsteht Wasserstoffperoxid hauptsächlich in den Peroxisomen in denen Metabolite unter Bildung von Wasserstoffperoxid abgebaut werden. Daran sind stets Flavin-haltige (oder Kupfer) Oxidasen beteiligt, die molekularen Sauerstoff (O2) nicht zu Wasser (wie in der Atmungskette der Mitochondrien) sondern zu Wasserstoffperoxid reduzieren.
Das starke Zellgift Wasserstoffperoxid wird dann durch die Katalase in 2 Schritten reduziert (jeder Schritt mit einem Molekül Wasserstoffperoxid). Summen-Formel: 2 H2O2 → 2 H2O + O2
Vorkommen der Katalase: beim Menschen vor allem in den Peroxisomen der Leber und Nieren, und den Erythrozyten (die übrigens keinen Zellkern haben).
Im Honig entsteht es permanent in kleinen Mengen durch das Enzym Glucose-Oxidase (Flavoenzym), das die Bienen ihrem Sammelgut über den Speichel zusetzen. Dieses Enzym baut Glucose zu Glucono-Delta-Lacton (GDL, kommt auch in Fruchtsäften und Wein vor) unter Freisetzung von Wasserstoffperoxid um.