Ascorbinsäure

L-(+)-Ascorbinsäure ist der chemische Name von Vitamin C, einem wasserlöslichen, leicht oxidierbaren Vitamin.
Der systematische Name gemäß IUPAC-Regeln ist (R)-5-^*-3,4-dihydroxy-5H-furan-2-on. Die E-Nummer von Ascorbinsäure, wie man sie in Zutatenlisten bei Lebensmitteln findet, ist E 300. Vitamin-C leitet sich von einer Hexuronsäure ab.

Strukturformel
Ascorbinsaeure.png
ascorbin3d.png
Allgemeines
IUPAC-Name	(R)-5-^*-3,4-dihydroxy-5H-furan-2-on
Trivialnamen	L-(+)-Ascorbinsäure; Vitamin C
Synonym	3-Keto-L-gulofuranolacton
Summenformel	C₆H₈O₆
E-Nummer	300
CAS-Nummer	50-81-7
Kurzbeschreibung	farbloses Kristallpulver
Eigenschaften
Molmasse	176,13 g/mol
Aggregatzustand	fest
Dichte	1,65 g/cm³
Schmelzpunkt	190 °C
Siedepunkt	- (thermische Zersetzung > 192 °C)
pK_s	4,17 bzw. 11,57
spez. Drehwert	+48° (c=1 in Methanol, 25°C, 589,3 nm)
Löslichkeit	wasserlöslich, 330 g/Liter
Dosierung
täglicher Bedarf	100 mg
Überdosis	nicht bekannt
Essentiell	ja
Vorkommen	Acerolakirschen, Kiwi, Johannisbeeren/Cassis, Zitrusfrüchte

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Der pK_s-Wert liegt bei 4,2, die Löslichkeit in Wasser (20 °C) bei 333 g/l. Die molare Masse beträgt 176,13 g/mol.

Die chemische Summenformel lautet C₆H₈O₆. Der Schmelzpunkt liegt bei 190-192 °C. Ein Siedepunkt kann nicht angegeben werden, da sich die Substanz bereits ab dem Schmelzpunkt zersetzt.

Chemische Eigenschaften

Ascorbinsäure enthält mehrere Strukturelemente, die zu ihrem chemischen Verhalten beitragen: eine Lactonstruktur, zwei enolische Hydroxylgruppen, eine sekundäre und eine primäre Alkoholgruppe. Die Endiol-Struktur bedingt die reduzierenden Eigenschaften der Ascorbinsäure, da Endiole leicht zu Diketonen oxidiert werden können.

Endiol_Oxidation.png

Endiole mit benachbarter Carbonylgruppe nennt man auch Reduktone.

Obwohl Ascorbinsäure keine der "klassischen", sauren funktionellen Gruppen (Carbonsäure, Sulfonsäure, Phosphonsäure, etc.) aufweist, ist sie beträchtlich sauer. Dies ist auf die Endiol-Struktur zurückzuführen. Enole sind bereits deutlich saurer als Alkohole und dies wird durch die zweite enolische OH-Gruppe und durch die benachbarte Carbonylgruppe noch verstärkt. Strukturell könnte man diese Gruppierung auch als vinyloge Carbonsäure auffassen, d. h. eine COOH-Funktion mit "eingeschobener" C-C-Doppelbindung zwischen Carbonylgruppe und OH-Gruppe.

Ascorbinsäure bildet zwei intramolekulare Wasserstoffbrückenbindungen (im untenstehender Abbildung rot gekennzeichnet), die maßgeblich zur Stabilität und damit zu den chemischen Eigenschaften der Endiol-Struktur beitragen.

Ascorbin_H-Bruecken.png

Stereochemische Eigenschaften

Ascorbinsäure existiert in vier verschiedenen stereoisomeren Formen, die optische Aktivität aufweisen, da das 4. und 5. C-Atom jeweils Asymmetriezentren sind:

L-Ascorbinsäure (auch 2,3-Endiol-L-gulonsäure-γ-lacton oder 3-Keto-L-gulofuranolacton)
D-Ascorbinsäure
L-Isoascorbinsäure
D-Isoascorbinsäure

{| Ascorb_Isomer.png

Die Moleküle L- und D-Ascorbinsäure verhalten sich wie Bild und Spiegelbild zueinander, sie sind Enantiomere, ebenso L- und D-Isoascorbinsäure.

L-Ascorbinsäure und D-Isoascorbinsäure sowie D-Ascorbinsäure und L-Isoascorbinsäure sind Epimere, sie unterscheiden sich jeweils in der Konfiguration nur eines C-Atoms.

Vitamin C ist der Gattungsname für alle Verbindungen, die die gleiche biologische Wirkung wie die L-Ascorbinsäure aufweisen. D-Ascorbinsäure und L-Isoascorbinsäure sind biologisch inaktiv, D-Isoascorbinsäure weist nur eine geringe biologische Wirksamkeit auf.

Die Dehydro-L-Ascorbinsäure (DHA) gehört zur Gruppe der Vitamin-C-Verbindungen, da sie im Körper zu L-Ascorbinsäure reduziert wird. Dehydroascorb.png

Biosynthese

Die Bildung der Ascorbinsäure im Organismus beginnt mit der Oxidation von UDP-D-Glucose zu UDP-D-Glucuronsäure. Oxidationsmittel ist das NAD⁺ in Gegenwart des Enzyms UDP-Glucose-Dehydrogenase. Nach hydrolytischer Abspaltung des UDP bildet sich die D-Glucuronsäure, die durch selektive Reduktion (NADPH/H⁺, Glucuronsäure-Reduktase) in L-Gulonsäure überführt wird. Der Lactonisierung mit Gulonsäure-Lactonase zum L-Gulofuranolacton folgt die selektive Oxidation mit Sauerstoff und Gulofuranolacton-Oxidase zur Ascorbinsäure.

Ascorb_Biosynth.png

Bedeutung

Vitamin C ist ein Radikalfänger und hat eine antioxidative Wirkung (Reduktionsmittel). Es ist ein wichtiger Cofaktor bei der Hydroxylierungsreaktion und steuert damit unter anderem die körpereigene Herstellung von Collagen. Darüber hinaus spielt es eine wichtige Rolle beim Aufbau von Aminosäuren. Wegen seiner reduzierenden Eigenschaft wird es auch vereinzelt als Entwicklungssubstanz in photographischen Entwicklern eingesetzt und findet als Antioxidans auch in der Lebensmittelherstellung Verwendung.

Aufgabe / Funktion

VitaminCBmGB.jpg Der Name Ascorbinsäure leitet sich von der Krankheit Skorbut ab, die durch Ascorbinsäure verhindert und geheilt werden kann. Mit Niacin und Vitamin B6 steuert Vitamin C die Produktion von L-Carnitin, das für die Fettverbrennung in der Muskulatur benötigt wird. Weiterhin begünstigt es die Eisenresorption im Dünndarm.

Vitamin C wird auch bei und zur Prophylaxe von Erkältungen eingesetzt. Diese Anwendung wurde insbesondere in den 1970er Jahren durch den Nobelpreisträger Linus Pauling populär. Eine Metaanalyse von 55 Studien zeigt jedoch, dass, entgegen dem weit verbreiteten Glauben, Vitamin C Erkältungskrankheiten nicht verhindern kann. Allenfalls bei Menschen, die – wie manche Extremsportarten – starken körperlichen Anstrengungen oder extremer Kälte ausgesetzt sind, scheint Vitamin C eine leicht vorbeugende Wirkung zu haben. Immerhin gibt es Hinweise darauf, dass sich die Dauer einer Erkältung durch das Vitamin geringfügig verringern lässt (R. Douglas & H. Hemilä: PLoS Medicine, Bd. 2, Nr. 6, S. e168, 2005).

Neuerdings wird Vitamin C auch zur Vorbeugung und Behandlung der Reisekrankheit (Kinetosen) eingesetzt. Ein wissenschaftlicher Beleg für den Nutzen dieser Therapie findet sich in der Literatur jedoch nicht.

Vorkommen

VitaminC.jpg | Ascorbinsaeure.jpgIn der Nahrung kommt Vitamin C vor allem in Obst, Gemüse und Grüntee vor, sein Gehalt sinkt jedoch bei den Zubereitungsarten Kochen, Trocknen oder Einweichen sowie bei Lagerhaltung. Zitrusfrüchte wie Orangen, Zitronen und Grapefruits enthalten – in reifem Zustand unmittelbar nach der Ernte – viel Vitamin C. Grünkohl hat den höchsten Vitamin-C-Gehalt aller Kohlarten (105-120 mg/100 g verzehrbare Substanz). In Kohlgemüse ist Ascorbinsäure in Form von Ascorbigen A und B gebunden. Wird das Gemüse gekocht, zerfallen die Moleküle in L-Ascorbinsäure und Indol, so dass es in gekochtem Zustand mehr Vitamin C enthalten kann als im rohen Zustand. Durch zu langes Kochen wird das Vitamin jedoch teilweise zerstört und auch in das (meist nicht verzehrte) Kochwasser abgegeben. Rotkraut, Weißkraut/Sauerkraut sind ebenfalls Vitamin-C-Lieferanten (50 mg, 45 mg beziehungsweise 20 mg/100 g). Die höchsten natürlichen Vitamin-C-Konzentrationen hat man in Camu-Camu und in der Acerolakirsche gefunden. Viele Gemüsearten enthalten eine Ascorbat-Oxidase, die insbesondere beim Zerkleinern aktiviert wird. Dies führt z. B. bei Rohkost, die nicht sofort verzehrt wird, zu erheblichen Vitamin-C-Verlusten.

Vitamingehalt in mg pro 100 g; diese Angaben dienen nur der Orientierung. Die tatsächlichen Werte hängen stark von den lokalen Umweltbedingungen aber auch der Sorte der jeweiligen Pflanzen ab: Sanddorn_fruechte.jpg: Liefert Vitamin C in hoher Konzentration]]

Camu-Camu 2000
Acerolakirsche 1300-1700
Hagebutte 1250
Sanddornbeere 200-800
Guave 300
Schwarze Johannisbeere 189
Grünkohl 105-150
Rosenkohl 90-150
Paprika 100
Ebereschenfrucht 98
Spinat 50-90
Kiwi 80
Erdbeere 50-80
Zitrone 53
Orange (Apfelsine) 50
Heidelbeere 22
Ananas 20
Avocado 13
Kulturapfel 12
Banane 10-12
Pfirsich 10
Birne 5

Bedarf

In weiten Teilen der Welt ist die Versorgung mit Vitamin C relativ gut, der Tagesbedarf eines Erwachsenen beträgt laut Empfehlung der Deutschen Gesellschaft für Ernährung 100 mg. Die Meinungen hierüber gehen jedoch weit auseinander; die Empfehlungen anderer Gruppierungen liegen zwischen einem Bruchteil (z. B. Hälfte) und einem Vielfachen dieses Wertes (z. B. „so viel wie möglich“). Fest steht, dass Mengen bis zu 5000 mg kurzzeitig als unbedenklich gelten. Überschüssige Mengen werden vom Körper über den Urin ausgeschieden, da Vitamin C gut wasserlöslich ist (siehe auch Hypervitaminosen).

Bei einer ausgewogenen Mischkost kann in Deutschland davon ausgegangen werden, dass dem Körper alle lebensnotwendigen Vitamine, und daher auch Vitamin C in ausreichendem Maße zugeführt werden. Die Versorgung mit Vitamin C ist in Deutschland knapp über der DGE-Empfehlung von 100 mg pro Tag. Daher sind Vitaminpräparate für einen gesunden Menschen, der sich abwechslungsreich und vollwertig ernährt, überflüssig.

Untersuchungen mit ¹⁴C-markiertem Vitamin C zeigen, dass der tägliche Ascorbatumsatz unabhängig von der Vitamin-C-Zufuhr nur etwa 20 mg beträgt. Somit genügen bereits knapp 20 mg um Skorbut zu vermeiden.

Für Vergleichszwecke interessant ist, dass für Meerschweinchen eine Tagesdosis von 10–30 mg empfohlen wird (bei einem Gewicht von ca. 0,8–1,5 kg).

Mangelerscheinungen (Hypovitaminose)

Albert von Szent-Györgyi Nagyrapolt, ein ungarischer Wissenschaftler, identifizierte 1933 das Vitamin C als wirksame Substanz gegen Skorbut. Volle Wirksamkeit entfaltet das Vitamin C aber nur in Gegenwart eines Flavanols, das als Vitamin C2 bezeichnet wird. Keiner der beiden Stoffe kann allein Skorbut heilen, in Kombination sind sie aber schon in geringen Mengen wirksam.

Nur der Mensch und wenige Wirbeltiere, darunter Primaten und Meerschweinchen, sind nicht zur Biosynthese von Ascorbinsäure aus Glucuronsäure befähigt, ihnen fehlt die L-Gluconolacton-Oxidase. Darum muss der Bedarf beim Menschen über die Nahrung oder mit Nahrungsmitteln gedeckt werden. Mangelerscheinungen führen langfristig zu Skorbut. Sie können bei Fehl- und Mangelernährung wie falschen Diäten und Alkoholismus beziehungsweise bei erhöhtem Bedarf (Schwangerschaft, Rauchen) auftreten.

Biologische Aktivität besitzt nur die L(+)-Ascorbinsäure. Der stark saure Charakter ist durch die Hydroxylgruppe am C3-Atom (pKs = 4,2) bedingt. Deprotoniert ergibt es ein resonanzstabilisiertes Anion. Die andere enolische OH-Gruppe hat keine sauren Eigenschaften (pKs = 11,8). Durch seine antioxidative Wirkung schützt es andere sehr wichtige Metaboliten wie z. B. Glutathion (Zellteilungs-Kontrolle = Krebs-„Schutz“) vor Oxidation.

Mangelerscheinungen führen zur Schwächung des Bindegewebes.

Überdosierung (Hypervitaminose)

Für Vitamin C ist die Hypervitaminose, wie sie beispielsweise bei Vitamin A vorkommen kann, sehr selten, da der Körper einen Überschuss an Ascorbinsäure wieder renal ausscheidet. In einer Studie am NIH wurden sieben Freiwillige zunächst mit einer Vitamin-C-armen Diät Vitamin-C-depletiert und dann wieder mit Vitamin C versorgt. Die renale Ausscheidung an unverändertem Vitamin C begann ab etwa 100 mg⁄Tag. Die Zufuhr über 400 mg⁄Tag wurde – soweit überhaupt im Darm aufgenommen (die Resorption von Megadosen senkt die Resorptionsquote deutlich) – praktisch vollständig renal ausgeschieden. Ab etwa 1 g pro Tag steigen die Oxalat- und sekundär auch die Harnsäure-Konzentrationen im Blutplasma. (Siehe Levine M et al. Vitamin C pharmacokinetics in healthy volunteers: evidence for a recommended dietary allowance. Proc. Nat. Acad. Sci. (1996) 93: 3704-3709). Da ein Teil der Ascorbinsäure im Stoffwechsel zu Oxalsäure umgesetzt wird, besteht bei entsprechend disponierten Menschen ein erhöhtes Risiko für Kalziumoxalat-Nierensteine (CaC₂O₄). Schon bei normaler Zufuhr stammen etwa 30–50 % des Plasmaoxalats aus dem Vitamin-C-Abbau.

Es wurde festgestellt, dass Vitamin C in sehr hohen Dosen Vitamin B12 zerstören kann. Hohe (orale) Einzeldosen (5–10 g) können einen vorwiegend osmotisch bedingten Durchfall sowie evtl. vorübergehende Schlaflosigkeit (ähnlich Koffein) auslösen. Auch findet sich ein Bericht, bei dem ein älterer Patient nach intravenöser Gabe von 80 g L-Ascorbinsäure nach zwei Tagen an einer akuten Niereninsuffizienz verstarb.

Bei Menschen mit Glucose-6-Phosphatdehydrogenase-Mangel (G6PDH-Mangel, Favismus), einer insbesondere in Afrika sehr weit verbreitetend erblichen Enzymopathie, können hohe Vitamin-C-Dosen zur Hämolyse führen.

Bei Langzeitgabe mit hohen Dosen (etwa 2–3 g⁄Tag) können Übelkeit, osmotischer Durchfall, Blähungen, Magenkrämpfe und Flush-Symptome auftreten. Auch eine osmotische Diurese ist möglich. Es wird von Einzelfällen mit längerfristiger Einnahme sehr hohe Dosen (über 20 g pro Tag) berichtet, die sogar durch Calcifizierung des Herzens tödlich geendet haben sollen.

Säuglingsskorbut tritt dann auf, wenn während der Schwangerschaft sehr große Mengen an Vitamin C aufgenommen werden. Die Ausscheidung überschüssiger Ascorbinsäure erfolgt über eigene Kanal-Proteine in der Niere. Bei hoher Konzentration werden diese vermehrt, was auch beim Embryo erfolgt. Nach der Geburt scheidet der Säugling deshalb zu viel Vitamin C aus, das durch die normale Menge in der Babynahrung nicht mehr ersetzt wird.

Vitamin C und Krebs

Vitamin C wird von den meisten Lebewesen selbst hergestellt. Ausnahmen bilden Menschen, Affen, Meerschweinchen und einige Fisch- und Vogelarten.

Eine Studie zeigt, dass hohe Konzentrationen von Ascorbinsäure Krebszellen im Labor abtöten kann. Direkt in die Venen gespritztes Vitamin C könnte somit zur Behandlung von Krebs verwendet werden. http://www.wissenschaft.de/wissen/news/257561, Qi Chen (Nationales Gesundheitsinstitut (NIH), Bethesda) et al.: PNAS, Bd. 102, S. 13604

Vitamin C stärkt sowohl die zelluläre Immunabwehr, indem es die Lymphozyten und die Makrophagen aktiviert als auch die hormonelle Abwehr, weil es die Serumkonzentrationen der Immunglobuline erhöht. Einige Studien zeigen einen durchgängigen Zusammenhang zwischen niedrigen Plasmaspiegeln von Vitamin C und erhöhtem Vorkommen bestimmter Krebsarten.

Die Schutzwirkung des Vitamin C vor unerwünschten Oxidationen ist an die eigene Oxidation gekoppelt, damit wird das Molekül aber selbst unwirksam, kann aber von anderen Reduktionsmitteln oder durch entsprechende Enzyme regeneriert werden. Daher müssen für eine ausreichende Schutzwirkung auch diese reduzierenden Substanzen in ausreichender Konzentration vorhanden sein. Außerdem muss das Antioxidans Vitamin C in adäquater Dosierung zugeführt werden. In hohen (Mega-) Dosen wirken Antioxidantien meist prooxidativ: sie beschleunigen radikalische Reaktionen. Zu hohe Dosen führen zu einem Ansteigen der Konzentrationen an Radikalen insbesondere in Anwesenheit von freiem Eisen (typisch für Raucher).

Tadeus Reichstein aber auch Linus Pauling behaupteten bis in ihr hohes Alter, dass Vitamin-C-Dosen auch vorbeugend gegen Krebs wirken sollen.

Forschung in den USA zeigt dass Vitamin C nicht nur als Radikalfänger zellschützend wirken kann, sondern auch die DNA (Erbgut) schädigen kann. Dies ist allerdings umstritten, da nicht benötigte Mengen ausgeschieden werden (siehe Science 292, 2001, 2083). Die Forscher verwendeten in ihren Versuchen Vitamindosen von 500 mg (0,5 g) täglich. Auch Nature berichtete 1998, dass hohe Vitamin-C-Dosen Schäden am Erbgut verursachen können. http://www.thenutritionreporter.com/vita-c.html

Der weltweite Vitamin-C-Markt

Die Jahresproduktion für Ascorbinsäure liegt bei etwa 110.000 Tonnen. Marktführer war lange Zeit die Schweizer Hoffmann-La_Roche (30 % Weltumsatz) gefolgt vom BASF-NPEG Kartell (auch etwa 30 %) und der Firma Merck. 2002 hat Hoffmann La Roche seine Vitaminsparte für 3,4 Milliarden Schweizer Franken an die holländische DSM verkauft. Die Ascorbinsäure wird zur Zeit hauptsächlich in China hergestellt. Aus der Ausgangssubstanz D-Glukose wird über Sorbitol kristalline Ascorbinsäure, Natriumascorbat, Kalziumascorbat und Ascorbylmonophosphat synthetisch in chemischen Fabriken hergestellt. Die sogenannte Reichsteinsynthese (1934) ist bis heute weiterhin die Grundlage der industriellen Produktion.

Das mit Hilfe gentechnisch veränderter Mikroorganismen hergestellte Produkt wird international mit GMO-Vitamin C bezeichnet, zur Unterscheidung vom non-GMO-Vitamin C. GMO-Ascorbinsäure ist preiswerter erhältlich und entspricht dem grösseren Teil der weltweiten Produktion.

Einsatzgebiete für die Ascorbinsäure

Im „Food“-Bereich: Ascorbinsäure wird vielen Lebensmittelprodukten als Antioxidans beziehungsweise Umrötungshilfsmittel unter der Nummer E 300 zugesetzt. Der Ascorbinsäurezusatz zu Mehlen soll das Gashaltevermögen und das Volumen der Teige vergrößern. Dies lässt sich durch die Ausbildung zusätzlicher Disulfidbrücken zwischen den Kleber-Strängen des Teiges erklären.
Im Pharma-Bereich: Die Ascorbinsäure dient auch als Antioxidans zur Stabilisierung von Pharmaprodukten.
Im „Feed“-Bereich: Vitamin C wird in großer Menge auch an Tiere verfüttert.
Zum Auflösen von Heroinbase vor der Injektion wird meist Ascorbinsäure mit dem Heroin aufgekocht.

Nachweis

Der quantitative Nachweis von Ascorbinsäure lässt sich unter anderem durch Titration mit Tillmans' Reagenz (2,6-Dichlorphenolindophenol, abgekürzt DCPIP) durchführen, bei der das Reagenz durch die Ascorbinsäure zu einer Leukoverbindung reduziert wird. Dabei ist ein Farbumschlag von tiefblau zu farblos zu sehen.

Geschichte

1913: Entdeckung der L-Ascorbinsäure
1921: Isolierung des Vitamin C aus Zitronen durch Zilva
1934: Albert Szent Györgyi, ein ungarischer Wissenschaftler, identifiziert das Vitamin C als wirksame Substanz gegen Skorbut.
1934: Haworth und Reichstein stellen erstmalig künstliche L-Ascorbinsäure aus Glucose her
1937: Für die Forschungen am Vitamin C erhält Haworth den Nobelpreis für Chemie und Szent Györgyi den für Medizin
1967: Linus Pauling propagiert hohe Dosen von Ascorbinsäure als Vorbeugung gegen Erkältungen und Krebs.

Literatur

"Mit Linus Paulings Forschungsergebnissen gesund werden - gesund bleiben. Vitamin C" von Herwig Lange
"Linus Paulings Vitamin- Programm. Plädoyer für ein gesundes Leben." von Linus Pauling

Quellen

Weblinks

Sicherheitsdatenblätter

Sicherheitsdatenblätter für L(+)-Ascorbinsäure verschiedener Hersteller in alphabetischer Reihenfolge:

Vitamin | Arzneistoff | Lebensmittelindustrie | Diol | Endiol

Gourt Home::Gourt :: Ascorbinsäure