2,4-Dinitrophenol
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| Strukturformel | ||||||||||
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| Allgemeines | ||||||||||
| Name | 2,4-Dinitrophenol | |||||||||
| Andere Namen |
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| Summenformel | C6H4N2O5 | |||||||||
| Kurzbeschreibung |
gelbes kristallines Pulver mit phenolartigem Geruch[1] | |||||||||
| Externe Identifikatoren/Datenbanken | ||||||||||
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| Eigenschaften | ||||||||||
| Molare Masse | 184,11 g·mol−1 | |||||||||
| Aggregatzustand |
fest | |||||||||
| Dichte |
1,683 g·cm−3[1] | |||||||||
| Schmelzpunkt |
110–112 °C[1] | |||||||||
| pKS-Wert |
4,09[2] | |||||||||
| Löslichkeit |
6 g·l−1[1] | |||||||||
| Sicherheitshinweise | ||||||||||
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| Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. | ||||||||||
2,4-Dinitrophenol (kurz: DNP) ist ein gelber kristalliner Feststoff mit phenolartigem Geruch. Die Struktur besteht aus einem Benzolring mit einer Hydroxygruppe (–OH) und zwei Nitrogruppen (–NO2) als Substituenten. Es gehört zur Stoffgruppe der Dinitrophenole, einer Gruppe von sechs Konstitutionsisomeren. Es fand schon 1919 seine erste Anwendung. Damals wurde es in Frankreich zur Herstellung von Munition verwendet. 40 % DNP und 60 % TNT ergaben eine explosive Mischung für Artilleriegranaten. Bevor die Toxizität von DNP erkannt wurde, fand es in den 1930er-Jahren große Verwendung als Mittel gegen Fettleibigkeit.
Darstellung
2,4-Dinitrophenol entsteht aus o- und p-Nitrophenol durch erneute Nitrierung. Es ist ein Zwischenprodukt auf dem Weg zur Pikrinsäure.
In der Atmosphäre kann 2,4-Dinitrophenol durch Reaktion von Nitratradikalen mit Phenol oder anderen Aromaten entstehen.[5]
Eigenschaften
Physikalische Eigenschaften
2,4-Dinitrophenol kristallisiert im orthorhombischen Kristallsystem in der Raumgruppe P212121 mit den Gitterparametern a = 610,6 pm, b = 2324 pm und c = 516,8 pm. In der Elementarzelle befinden sich vier Formeleinheiten.[6]
Chemische Eigenschaften
Der schwach saure Charakter des Phenols ist durch die Mesomeriestabilisierung des Phenolat-Ions zu begründen. Die beiden Nitrogruppen wirken aufgrund des −M-Effekts elektronenziehend; die phenolische OH-Bindung wird zunehmend polarisiert. Es weist daher eine höhere Acidität im Vergleich zum Phenol auf. Der pKs-Wert von 4,09 ist daher entsprechend niedriger (Phenol: 9,99[2]).
In der Atmosphäre reagiert 2,4-Dinitrophenol rasch mit photochemisch entstandenen Hydroxylradikalen.[5] Auch während der Nacht ist es unbeständig, da es von Nitratradikalen oxidiert wird. 2,4-Dinitrophenol wird wahrscheinlich unter aeroben Bedingungen im Wasser abgebaut, ohne Sauerstoff beginnt der Abbau an der Nitrogruppe.
Die Bromierung von 2,4-Dinitrophenol mit elementarem Brom in Eisessig führt zum 2-Brom-4,6-dinitrophenol, das einen Schmelzpunkt von 118–119 °C hat.[7] Durch direkte Iodierung mit elementarem Iod und Quecksilber(II)-oxid entsteht 2-Iod-4,6-Dinitrophenol (CAS 15968-55-5).[8] Chlorierung mit Natriumhypochlorit liefert 2-Chlor-4,6-Dinitrophenol.[9]
2,4-Dinitrophenol kann mit Natriumsulfid[10] oder Ammoniumsulfid[11] partiell zu 2-Amino-4-Nitrophenol (CAS 99-57-0) reduziert werden. Die vollständige Reduktion zu 2,4-Diaminophenol (CAS 95-86-3) kann z.B. mit Zinn und Salzsäure[12] oder mit elementarem Wasserstoff an Nickel-Katalysator[13] durchgeführt werden.
Wirkungsweise
2,4-Dinitrophenol ist ein sogenannter Protonenionophor und wirkt als Entkoppler der oxidativen Phosphorylierung in den Mitochondrien der Zelle.
Die Verwertung von Kohlenhydraten und Fettsäuren mündet im Mitochondrium, um in der Atmungskette ein chemiosmotisches Potential zwischen dem Intermembranraum und der mitochondrialen Matrix aufzubauen. Hierbei entsteht ein u. a. ein Protonengradient zwischen den beiden Räumen, der normalerweise zur Gewinnung von Energie (in Form von ATP) genutzt wird. „Entkoppler“ der oxidativen Phosphorylierung bauen diesen Gradienten ab, indem sie Protonen aus dem Intermembranraum aufnehmen, durch die innere mitochondriale Membran in die Matrix diffundieren und dort die Protonen wieder abgeben. Das DNP diffundiert wieder – mesomeriestabilisiert – in den Intermembranraum, wo der gleiche Prozess von neuem beginnt.
Die Energie, die in diesem Protonengradienten gespeichert war, geht als Wärme verloren. Um den Gradienten zum Betreiben der ATP-Synthese aufrechtzuerhalten bzw. wieder aufzubauen, muss die Zelle ihren Stoffwechselumsatz erhöhen. So werden beispielsweise vermehrt Fettsäuren und Kohlenhydrate metabolisiert. Die physiologische Wirkung DNP beruht demnach auf einer Erhöhung des Stoffwechsels.
Von besonderer physiologischer Bedeutung ist die Entkopplung der oxidativen Phosphorylierung im braunen Fettgewebe der Neugeborenen (Ermöglichung einer zitterfreien Wärmebildung) durch Thermogenin. Thermogenin ist ein Ionenkanal-Protein (Protonenkanal) in der inneren Mitochondrienmembran, das die oxidative Phosphorylierung gezielt entkoppeln kann.
Physiologische Bedeutung
Verwendung zur Gewichtsreduktion
Aus der Beobachtung an französischen Arbeitern in Sprengstofffabriken während des Ersten Weltkrieges, die beruflich in Kontakt mit 2,4-Dinitrophenol kamen und die neben erheblichen Beschwerden (Schwindelanfällen, Schweißausbrüchen und Kopfschmerzen) dabei an Körpergewicht verloren, entstand die Hypothese, dass Übergewicht durch Einnahme von 2,4-Dinitrophenol zu behandeln sei.[14] Dies wurde besonders durch die ersten Studienergebnisse unter dem Pharmakologen Maurice L. Tainter bekannt gemacht. Nach kurzen Anlaufschwierigkeiten avancierte 2,4-Dinitrophenol in den 1930er-Jahren in den USA zu einem Medikament gegen Fettleibigkeit. Der Grund für diese Popularität lag darin, dass tägliche Dosen von 3 bis 5 mg 2,4-Dinitrophenol pro kg Körpergewicht den Grundumsatz bei einem gesunden Menschen um bis 50 % steigen lässt.[15] Im Gegensatz zu Schilddrüsenhormonen greifen Dinitroverbindungen das im Zellgewebe enthaltene Eiweiß Albumin nicht an und der Fettabbau geschieht nicht auf Kosten der Muskulatur. Zudem erhöht es weder den Blutdruck noch den Puls.
Der Einsatz von DNP als Medikament zur Gewichtsreduktion wurde Mitte der 1930er-Jahre immer häufiger hinterfragt. So schlossen zwei Ärzte aus den Daten einer Studie, dass die therapeutischen Mengen an DNP sehr wenig zur Gewichtsreduktion beitragen.[16] Außerdem wurden immer häufiger schwerwiegende Nebenwirkungen (vgl. Abschnitt unten) bei der Therapie mit DNP beobachtet.[17] Tainter vertrat dagegen die Ansicht, dass diese höchstens die seltenen Folgen einer Hypersensitivtät gegenüber DNP seien.
Wegen seiner Gefährlichkeit und seiner gleichzeitig geringen therapeutischen Breite entzog 1938 schließlich die amerikanischen Arzneimittelzulassungsbehörde (FDA) die Zulassung für den Verkauf von DNP-enthaltenen Medikamenten.[18][19]
In den 1980er-Jahren fand 2,4-Dinitrophenol illegal wieder Einzug als Mittel gegen Übergewicht und Antikrebsmittel. So wurden DNP-haltige Produkte in Form von Kapsel vertrieben. Der Tod eines Wrestlers aufgrund der Einnahme von diesen 2,4-Dinitrophenol-Tabletten hatte eine Untersuchung zur Folge, die in einer Gerichtsverhandlung mündete. Im Zuge des Urteils wurde DNP als Medikament zur Gewichtsabnahme wieder vom Markt genommen. Es gibt bis heute keine Zulassung eines DNP-haltigen Nahrungsergänzungsmittels oder Medikament durch die amerikanische Arzneimittelzulassungsbehörde. Dennoch wird unter Bodybuildern und Athleten DNP auch heutzutage verwendet, um schnell Körperfett zu verlieren.
In Deutschland ist der Vertrieb von DNP als Diätmittel gesetzlich verboten. Im Juli 2006 ist hier eine 19-Jährige nach der Einnahme von gut einem Gramm dieser Substanz gestorben. Wegen akuter Herzbeschwerden, Hitzewallungen und Atemnot war sie in ein Krankenhaus eingeliefert worden, wo sie einen Tag später starb. Eine Freundin hatte das Mittel über das Internet in Russland bestellt. Die Staatsanwaltschaft warf ihr fahrlässige Tötung vor und hatte Anklage erhoben. Der Prozess gegen sie fand vor dem Amtsgericht Hannover statt und endete mit einem Freispruch.[20][21]
Gesundheitsschäden
Nebenwirkungen des DNPs äußern sich in Blutdruckabfall, Herzrasen (Tachykardie), Herzrhythmusstörungen, plötzlicher Herztod, Luftnot (Dyspnoe), Aspirationspneumonie, Lungenödem, Kopfschmerzen, Unruhe, Hirnödeme, Koma, Überhitzung (Hyperthermie), Dehydration, metabolische Azidose, Zerstörung der quergestreiften Muskulatur (Rhabdomyolyse), Schilddrüsenfehlfunktion, erhöhter Blutzuckerspiegel, Bauchschmerzen, Brechreiz, Erbrechen, Zyanose, gesteigerter Zerfall der roten Blutkörperchen (hämolytische Anämie), Veränderung des Blutfarbstoffes mit Störung des Sauerstofftransports (Methämoglobinämie), Zerstörung der weißen Blutkörperchen (Agranulozytose → Kostmann Syndrom), gelbliche Hautfärbung, Brennen der Haut, Grauer Star, Niereninsuffizienz, Nierenversagen, Leberstörungen, Leberversagen und letztendlich Multiorganversagen im fortgeschrittenen Stadium einer DNP-Vergiftung.
Ob 2,4-Dinitrophenol krebserregend (karzinogen) ist, bleibt unklar. Bei einer früheren Studie mit Mäusen zeigte DNP keinen Effekt auf das Wachstum von induziertem Hautkrebs.[22] Eine mögliche erbgutändernde (mutagene) Eigenschaft 2,4-Dinitrophenols wurde an Bakterien mit Hilfe des Ames-Tests untersucht. Es zeigt sich, dass DNP keine mutagene Wirkung hatte.[23] Eine fruchtschädigende (teratogene) Wirkung einer DNP-ähnlichen Verbindung, Dinoseb, ist im Tierversuch gezeigt worden.[24]
Letale Dosis
In aktuellen medizinischen Studien wird die letale Dosis von 2,4-Dinitrophenol mit 1 bis 3 Gramm angegeben.[25] Diese Angabe bezieht sich jedoch auf eine Einmaldosis, und die Pharmakokinetik von DNP ist nicht genau bekannt. Die Halbwertszeit scheint aber lange genug zu sein, so dass eine Kumulierung stattfinden kann. Eine Studie beschreibt z. B. einen Fall, bei dem ein Bodybuilder 4 Tage lang DNP mit jeweils 600 mg/Tag eingenommen hatte und dann einen Tag später gestorben ist.[26] Wahrscheinlich lassen sich die meisten DNP-Todesfälle darauf zurückführen, dass der Kumulierungseffekt nicht beachtet worden ist. Die Menschen reagieren wie immer verschieden, und wenn die persönliche letale Dosis bei 1 Gramm liegt, dann kann diese Menge im Körper nach einigen Tagen erreicht werden, auch wenn man pro Tag deutlich weniger einnimmt. Der jüngste dokumentierte Todesfall in Deutschland ist eine 19-jährige Schülerin, die im August 2007 nach der einmaligen Einnahme von DNP im Agnes-Karl-Krankenhaus Laatzen verstarb.[20]
Bisher wurde kein wirksames Gegenmittel entdeckt, bei DNP-Vergiftungen können nur die Symptome unterstützend behandelt werden. Es ist jedoch ein Fall bekannt, bei dem ein Patient mit einer durch DNP hervorgerufene Hyperthermie durch wiederholte Verabreichung von Dantrolen erfolgreich behandelt werden konnte.[27] Dantrolen wird als Mittel gegen Maligne Hyperthermie eingesetzt. Möglicherweise konnte die rasche Verabreichung dem Patienten das Leben retten.[28]
Technische Verwendung
2,4-Dinitrophenol wird bei der Synthese von Farbstoffen und Holzschutzmittel, Fotochemikalien, Insektiziden, Sprengstoffen, pH-Indikatoren sowie zur Darstellung von Pikrinsäure und Amidol verwendet.[5][29]
Einzelnachweise
- ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 Eintrag zu 2,4-Dinitrophenol in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA (JavaScript erforderlich).
- ↑ 2,0 2,1 CRC Handbook of Tables for Organic Compound Identification, Third Edition, 1984, ISBN 0-8493-0303-6.
- ↑ 3,0 3,1 Referenzfehler: Es ist ein ungültiger
<ref>-Tag vorhanden: Für die Referenz namensESISwurde kein Text angegeben. - ↑ Datenblatt 2,4-Dinitrophenol bei Sigma-Aldrich (PDF).
- ↑ 5,0 5,1 5,2 Environmental Protection Agency: Federal Register, Vol. 56 (44) (März 1991), S. 9564.
- ↑ T. Kagawa, R. Kawai, S. Kashino, M. Haisa: "The crystal and molecular structure of 2,4-dinitrophenol", in: Acta Cryst., 1976, B32, S. 3171–3175; doi:10.1107/S0567740876009886.
- ↑ K. Dudova, F. Castek, V. Machacek, P. Simunek: "Preparation of Substituted Methyl o-Nitrophenyl Sulfides", in: Molecules, 2002, 7, S. 7–17; doi:10.1001/jama.1935.02760270015006.
- ↑ H. H. Hodgson: "The Iodination of o-nitrophenol" in J. Chem. Soc. 1927, S. 1141-1144. doi:10.1039/JR9270001141
- ↑ H. E. Armstrong: "Observations on the nitrochlorophenols" in J. Chem. Soc. 1872, 25, S. 12-17. doi:10.1039/JS8722500012
- ↑ W. W. Hartman, H. L. Silloway: 2-Amino-4-Nitrophenol. In: Organic Syntheses. Coll. Vol. 3, p. 82 (1955); Vol. 25, p. 5 (1945); PDF.
- ↑ K. Auwers, H. Röhrig: "Ueber einige neue Oxyazokörper und Triphendioxazinderivate" in Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft 1897, 30, S. 988 - 998. Volltext
- ↑ V. Hemilian in ''Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft 1875, 8, S. 768. Volltext
- ↑ W. E. Bradt: "The Catalytic Preparation of 2-4 Diaminophenol" in J. Phys. Chem. 1930, 34(12), S. 2711–2718 doi:10.1021/j150318a006
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- ↑ C. Siegmueller, R. Narasimhaiah: "Fatal 2,4-dinitrophenol poisoning... coming to a hospital near you", in: Emerg. Med. J., 2010, 27 (8), S. 639–640; PMID 20511642; doi:10.1136/emj.2009.072892
- ↑ A. Tewari, T. Ali, J. O'Donnell, M. S. Butt: "Weight loss and 2,4-dinitrophenol poisoning", in: Br. J. Anaesth., 2009, 102 (4), S. 566–567; PMID 19286775; PDF.
Literatur
- E. Colman: "Dinitrophenol and obesity: an early twentieth-century regulatory dilemma", in: Regul. Toxicol. Pharmacol., 2007, 48 (2), S. 115–117; PMID 17475379; doi:10.1016/j.yrtph.2007.03.006.
- J. Bell: "Etude biologique des produits dinitres chez l'homme", in: Medecine, 1939, 19, S. 749–754; PDF (freier Volltextzugriff, englische Übersetzung Biological Study of Dinitro Drugs in Humans von Robert Ames 1996).
Weblinks
- Allgemeine Infos (engl.)
- Nitrophenolic and Nitrocresolic Herbicides (Chapter 11); PDF.
