Was ist ein Methyl-Kation?
Ein Methyl-Kation ist eine Verbindung, bei der das Wasserstoffatom von Methyl (CH4) entfernt wird, um ein Methyl-Ion (CH3+) zu bilden. Es gibt auch primäre Carbokationen mit einem Substituenten, sekundäre Carbokationen mit zwei Substituenten und tertiäre Carbokationen mit drei Substituenten.
Anwendungen von Methyl-Kation
Das Methyl-Kation ist extrem instabil und kann in Lösung kaum existieren, so dass das Methyl-Kation selbst nicht an Reaktionen beteiligt ist. Andere Carbokationen sind als Reaktionszwischenprodukte in zwei Hauptreaktionen zu finden:
1. Die SN1-Reaktion
Die SN1-Reaktion ist auch als unimolekulare nukleophile Substitutionsreaktion bekannt. Wenn eine dominante schädliche Gruppe, wie z. B. ein Halogen, im Molekül vorhanden ist, führt ihre Eliminierung zur Bildung eines Carbokations-Zwischenprodukts. Nucleophile greifen dann den Kationteil nucleophil an, wodurch das Produkt entsteht.
Bei der SN1-Reaktion ist der geschwindigkeitsbeschränkende Schritt die Bildung des Carbokation-Zwischenprodukts, so dass diese Reaktion eher in Verbindungen abläuft, die z. B. sehr stabile tertiäre Carbokationen bilden.
2. E1-Reaktion
Die E1-Reaktion ist auch als Einzelmolekül-Eliminierungsreaktion bekannt. Wie die SN1-Reaktion tritt diese Reaktion häufig in Verbindungen auf, die zur Bildung tertiärer Carbokationen neigen.
Sie unterscheidet sich von der SN1-Reaktion dadurch, dass das Nucleophil den Wasserstoff an dem Kohlenstoffatom neben dem kationischen Teil entzieht. Nach der Reaktion bildet sich eine Doppelbindung zwischen dem kationischen Teil und dem benachbarten Kohlenstoff.
Je nach Art des Substituenten können mehrere geometrische Isomere entstehen, doch in den meisten Fällen wird das thermodynamisch stabile Alken bevorzugt.
Weitere Informationen über Methyl-Kationen
1. Eigenschaften von Methyl-Kationen
Die wichtigste Eigenschaft der Methyl-Kation ist ihre hohe Energie und extrem geringe Stabilität. Dies ist darauf zurückzuführen, dass Methyl-Kation nicht der Superkonjugation unterliegt, die bei anderen Carbokationen auftritt.
Bei der Superkonjugation handelt es sich um ein Phänomen, bei dem die Wechselwirkung eines leeren p-Orbitals mit einem benachbarten C-H-Bindungsorbital zu einer Delokalisierung der Elektronen und einer Verringerung der Energie führt.
Bei Carbokationen führt die Superkonjugation zu einer Verringerung der Energie (d. h. zu einer erhöhten Stabilität), da sich neben dem kationischen Teil immer eine Kohlenwasserstoffgruppe befindet.
Je mehr Kohlenwasserstoffgruppen an das Carbokation angrenzen, desto wahrscheinlicher ist eine Verringerung der Energie, so dass tertiäre Carbokationen am stabilsten sind und Methyl-Kationen, die keine Kohlenwasserstoffgruppen haben, am stabilsten sind.
2. Die Gefahren von Methyl-Kationen
Obwohl das Methyl-Kation weniger stabil ist und kaum allein existieren kann, kann es Krebs verursachen, wenn es als Metabolit entsteht. Die beiden wichtigsten Beispiele für Verbindungscluster, die Methyl-Kationen erzeugen, sind:
Cycasin
Cycasin ist ein pflanzliches Karzinogen, ein Glykosid, das hauptsächlich in Cycadeen vorkommt. Bei der Spaltung durch die β-Glykosidase von Darmbakterien bildet Cycasin zusammen mit Formaldehyd und anderen Verbindungen ein Methylkation.
Dieses gebildete Methyl-Kation reagiert mit DNA, RNA und Proteinen im Körper und alkyliert sie. Infolgedessen verlieren die DNA und andere Biomaterialien ihre ursprünglichen Funktionen, und es wird Krebs ausgelöst.
Dimethylnitrosamin
Dimethylnitrosamine entstehen, wenn ein Stoff namens Dimethylamin, der hauptsächlich in Fisch vorkommt, mit salpetriger Säure im Magen reagiert.
Dimethylnitrosamin wird im Körper durch das Enzym Cytochrom P450 oxidiert, wobei Methyl-Kation entsteht, das die DNA alkyliert und Krebs verursacht.
In Norwegen gab es Fälle von Lebensmittelvergiftungen aufgrund von Heringsfutter, das dieses Dimethylnitrosamin enthielt.