Lila Farbstoff, ein Unfall, eröffnete eine Ära

Eine magische Geschichte über Medizin, Abfall, Wissenschaftler, Geschäftsleute, Adlige, Meereslebewesen und Guano, die das Geheimnis der Chemie wie eine komplexe Verbindung enthüllt.

Geschrieben von | Schnee

Der Nobelpreis für Chemie 2021 wurde der asymmetrischen Organokatalyse verliehen, was viele zu der Aussage veranlasste, der Nobelpreis für Naturwissenschaften sei endlich wieder der authentischen Chemie gewidmet.

Zum Thema organische Synthese können wir eine interessante Geschichte erzählen: Der erste synthetische Farbstoff der Menschheit, Purpur (Mauvein), entstand durch eine zufällige Entdeckung.

Kohlenteerprodukte

Im Jahr 1856 versuchte der 18-jährige Engländer William Henry Perkin im einfachen Labor seines Hauses, Chinin aus Kohlenteer zu synthetisieren. Chinin war damals die einzige Möglichkeit, Malaria zu behandeln, und es war unglaublich teuer, weil es in tropischen Regionen aus der gemahlenen Rinde des Chinarindenbaums hergestellt wurde (deshalb wurde es auch Chinarindencreme genannt).

Perkin, links, als er 14 Jahre alt war. Bildquelle: sciencehistory.org

Kohlenteer hingegen ist billig. Gas erhellte das Nachtleben von Victoria und Kohlenteer war ein Nebenprodukt des Gases (interessante Tatsache: Kohlenteer ist ein Karzinogen der Klasse 1, wird aber auch als Inhaltsstoff in Medikamenten verwendet). Damals war es üblich, den restlichen Kohlenteer in den nahegelegenen Fluss zu kippen. August Wilhelm von Hofmann, ein deutscher Chemiker am Royal College of Chemistry in London, verfasste einige seiner bekanntesten Arbeiten über Kohlenteer. Von Hoffmann wusste, dass Kohlenteer Elemente wie Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff enthielt und großes Potenzial für die Synthese von Aminoverbindungen hatte. Chinin ist ein alkalisches Amin (enthält eine Aminogruppe). Von Hoffmann spekulierte, dass es durch die Kombination von zwei Naphthylaminmolekülen und einem Wassermolekül entstehen könnte. Zu dieser Zeit hatte von Hoffmann bereits eine Reihe von Aminsubstanzen aus Kohlenteer extrahiert und synthetisiert.

Als von Hoffmanns Assistent hoffte Perkin, seinen Lehrer zu beeindrucken, und wollte daher versuchen, Chinin künstlich zu synthetisieren. Er hat versagt.

Bei einem Versuch zur Synthese von Chinin verwendete Perkin Kaliumdichromat, um aus Kohlenteer gewonnenes Anilin zu oxidieren. Im Kolben blieb eine Schicht einer schwarzen, viskosen Substanz zurück. Chinin sollte farblos sein. Perkin reinigte es mit Alkohol und sah, wie sich eine wunderschöne violette Lösung in der Flasche bildete. Ihm wurde klar, dass es zu einer chemischen Reaktion gekommen sein musste, aber sein Ziel war immer noch Chinin. Spätere Experimente ergaben, dass die violette Lösung leicht Flecken auf Textilien hinterließ und sich nicht leicht auswaschen ließ. Er stellte fest, dass die violette Farbe „der Einwirkung von Atmosphäre, Licht und Seife widerstand“.

Tatsächlich ist Mauvein der Hauptbestandteil der violetten Lösung, was bedeutet, dass der erste synthetische Farbstoff der Welt geboren war. Dies war eine rein zufällige Entdeckung. Nicht nur war der Zweck ein anderer, sondern er entdeckte später auch, dass Anilin mit Toluidin verunreinigt war und die violette Substanz nur entstehen würde, wenn die beiden Substanzen gemeinsam oxidiert würden.

Im Jahr 1906 wurde der ursprüngliche Anilin-Purpurfarbstoff hergestellt, um Platinums Entdeckung der Purpurfärbemethode zu feiern. Bildquelle: Das Kuratorium des Science Museum

Auf der Weltausstellung 1862 ausgestellte, mit der Perkin-Methode gefärbte Schals | Bildquelle:

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Ein mit der Perkin-Methode gefärbter Seidenrock | Bildquelle: blog.sciencemuseum.org.uk

Perkin meldete schnell ein Patent an und bat seinen Vater sofort, gemeinsam mit seinen Brüdern in eine Fabrik zu investieren, um den Farbstoff zu kommerzialisieren. Dieser außergewöhnliche Geschäftssinn kam nicht aus heiterem Himmel. Perkins Wohnsitz lag in einem Gebiet, in dem die Produktion konzentriert war, und neben seinem Haus gab es eine Textildruck- und Färbewerkstatt. Er sah, dass lilafarbene Kleidung in den 1850er Jahren populär wurde. Schönheitsbewusste Damen waren von dieser hübschen Farbe besessen und Kaiserin Eugenie, die Frau von Napoleon III., wurde durch das Tragen eines lila Seidenkleides zur Modetrendsetterin. Platinum hat außerdem den Namen dieser Farbe in „French Mauve“ geändert, was sich ursprünglich auf die kleine violette Malve bezieht. Im Mai 1857 schrieb ein Geschäftspartner Perkins einen Glückwunschbrief mit den Worten: „Ihre Hautfarbe hat bei den mächtigsten Frauen einen Hype ausgelöst.“ Das Aufkommen dieses Modetrends beruhte auch auf einem weiteren wichtigen Merkmal von Anilinpurpur: seiner Billigkeit.

Noch wichtiger ist, dass Perkins Arbeit den Grundstein für die organische Chemieindustrie legte. Diese Farbe, die mit Reichtum und Wohlstand assoziiert wird, hielt nicht nur Einzug in die Häuser der einfachen Leute, sondern brachte den Menschen auch eine farbenfrohe Welt. Da sich von da an die organische Chemieindustrie weiterentwickelte, machte die Textilfärbung große Fortschritte, auch wenn Purpur nicht mehr beliebt war. Vielleicht haben chemische Produkte manchmal eine negative Konnotation und die Leute bevorzugen natürliche Produkte. Doch Medikamente, Sprengstoffe, Kunststoffe, Düngemittel usw. – diese chemischen Produkte sind die wirklich notwendigen Güter, die uns den Sprung in die moderne Gesellschaft ermöglicht haben. Anilinviolett war der erste der heute als Azofarbstoffe bezeichneten Farbstoffe und eines der frühesten chemischen Produkte.

Perkin (Zweiter von rechts) und seine Kollegen bei der Farbstofffirma, Zweiter von links ist sein Bruder. (Auf den ersten Blick sehen sie wie Brüder aus, aber Perkin ist tatsächlich das siebte Kind der Familie.) | Bildquelle:
blog.sciencemuseum.org.uk/mauve-mania/

Tatsächlich ist Anilinpurpur eine äußerst komplexe Mischung. Erst 1994 konnten Wissenschaftler zwei seiner wichtigen Strukturen eindeutig analysieren; 2008 wurden zwei weitere wichtige Chromophore entdeckt, wodurch sich die Gesamtzahl der Verbindungen auf 12 erhöhte.

Um Perkins Beitrag zu würdigen, verlieh das American Institute of Chemical Industry erstmals anlässlich des 50. Jahrestages der Entdeckung des Anilinvioletts im Jahr 1906 die Perkin-Medaille. Diese ist noch heute die höchste Auszeichnung der chemischen Industrie und würdigt Wissenschaftler, die „Innovationen auf dem Gebiet der angewandten Chemie hervorgebracht und Durchbrüche in der kommerziellen Entwicklung erzielt haben“.

Lila, edel geboren

Erwähnenswert ist hier auch, warum Lila mit Adel und Reichtum assoziiert wird.

Ob in China oder im Ausland, Lila ist die Farbe der Kaiser und Königsfamilien. Beispielsweise wird die Verbotene Stadt in Peking die Purpurne Verbotene Stadt genannt, und es gibt auch die „Purpurne Terrasse“ (die Residenz des Kaisers) und das „Purpurne Edikt“ (das Edikt des Kaisers). Lila Luft aus dem Osten bedeutet, dass ein Heiliger angekommen ist, was ein glückverheißendes Zeichen ist. Im Westen verwendeten die Herrscher des Byzantinischen Reiches Purpur als Königsfarbe und die Königin musste ihren Sohn im Purpurnen Zimmer zur Welt bringen (in der chinesischen Mythologie lebte der Himmelskaiser im Purpurnen Palast). Daher wurde die Redewendung „in Purpur geboren“ später erweitert, um jemanden aus einer Adelsfamilie zu bezeichnen. Die britische Königsfamilie verwendet Lila noch immer als zeremonielle Farbe für besondere Anlässe.

Der Grund dafür ist, dass violetter Farbstoff zu knapp ist. Diese im Spektrum häufig vorkommende Farbe ist in natürlichen Farbstoffen auf der Erde nur schwer zu finden. Die früheste Verwendung der Farbe Lila dürfte in Wandmalereien stattgefunden haben. Wissenschaftler haben in neolithischen Höhlen Purpur entdeckt, das von Menschen hinterlassen wurde, die mit manganhaltigen Mineralien bemalten. Um 1500–1200 v. Chr. entdeckten die Phönizier erstmals einen natürlichen purpurroten Farbstoff namens Tyrischer Purpur (πορφύρα porphúra, in Anlehnung an die berühmte phönizische Stadt Tyros), der aus der Molluske (Murex) in Muschelschalen gewonnen und verarbeitet wurde. Archäologische Funde der letzten Jahre deuten darauf hin, dass die Erfindung möglicherweise von den Minoern auf der griechischen Insel Kreta stammt. Doch wer ihn erfunden hat, ändert nichts an der Tatsache, dass natürlicher Purpurfarbstoff schwer zu bekommen ist.

Der antike römische Naturphilosoph und Naturforscher Plinius der Ältere hielt den Herstellungsprozess in seiner „Naturgeschichte“ fest. Der Prozess ist sehr umständlich und erzeugt einen üblen Geruch (es gibt Hinweise auf diesen üblen Geruch. In den Küstengebieten Chinas gibt es auch Murex. „Han Feizi“ berichtet, dass Herzog Huan von Qi gern Lila trug: „Ich hasse den Geruch von Lila sehr.“) Und es kann offensichtlich nicht im großen Maßstab produziert werden. Einige Wissenschaftler haben berechnet, dass aus 12.000 Murex nur 1,4 Gramm Farbstoff hergestellt werden können, was gerade einmal ausreicht, um den Rand von Kleidungsstücken zu verzieren. Daher ist diese Farbe zu einem Symbol des Adelsstatus geworden.

Tatsächlich hieß die Farbe, die Perkin ursprünglich für ihn entdeckt hatte, „Tyrischer Purpur“ und im vierten Jahrhundert n. Chr. durfte nur der römische Kaiser diese Farbe tragen. In Diokletians Edikt über Höchstpreise aus dem Jahr 301 n. Chr. wird festgehalten, dass ein Pfund mit Muschelschalen gefärbte Seide für bis zu 150.000 antike römische Denare verkauft wurde. Einige Wissenschaftler haben analysiert, dass dieser Preis, wenn er auf der Grundlage der heutigen Kaufkraft berechnet wird, etwa 3 Millionen US-Dollar entspricht.

Der Legende nach nahm Herkules in der antiken griechischen Mythologie seinen Hund mit, um die Liebe einer Fee zu erbitten. Sie gingen am Strand spazieren und der Hund kaute eine Muschel auf (auf dem Bild ein Nautilus, keine Murex), wodurch sein Maul violett verfärbt wurde. Als die Fee dies sah, bat sie darum, auch ein Gewand violett zu färben und wurde so zur Quelle des violetten Brennstoffs. Dieses Gemälde ist ein Werk des Künstlers Peter Paul Rubens, entstand um 1636 und befindet sich heute in der Sammlung des Prado-Museums.丨Bildquelle: Wiki

Moderne Wissenschaftler haben herausgefunden, dass es sich bei den von den Einheimischen verwendeten Organismen um mehrere Murex-Arten (früher als Murex bekannt, heute zur Familie Muricidae gehörend) aus dem Mittelmeerraum handelte, wie etwa die Farbstoff-Murex (Bolinus brandaris) und die Ring-Murex (Hexaplex trunculus), die zu den Meeresschnecken zählen. Das Geheimnis der violetten Farbe liegt in den klebrigen Absonderungen des Farbstoffs Murex, der nach der Oxidation 6,6'-Dibromindigo produziert, die Komponente, die für die violette Farbe verantwortlich ist.

6,6'-Dibromoindigo丨Bildquelle: Wiki

Die Brennstofffarben entsprechen den verschiedenen Muscheln. Bildquelle: Wiki

Guano veränderte die Welt

Im Laufe der Zeit haben kluge Köpfe auf der ganzen Welt verschiedene natürliche Quellen für Lila gefunden, wie etwa Flechten, Cochenille, Moos, Brombeeren usw., und einige Technologien zur synthetischen Färbung entwickelt. In den 1850er Jahren war Lila zwar nicht mehr so ​​selten, aber immer noch eine modische Farbe. Großbritannien, damals die Textilhauptstadt der Welt, gewann seinen lila Farbstoff aus Murexid, zu Ehren der Murex, die im Westen nach einer Massentötungswelle fast ausgestorben war. Die Briten gewannen es aus importiertem Guano.

Im frühen 19. Jahrhundert entdeckte der große deutsche Wissenschaftler und Entdecker Alexander von Humboldt während seiner Expedition nach Peru den Düngewert von Guano – er ist reich an Stickstoff, Phosphor und Kalium. Aufgrund der trockenen Naturumgebung ist der Vogelkot hier der beste. Er brachte seine Entdeckung nach Europa zurück und bald wussten die Europäer von dem Schatz. Auch Peru sah eine Chance und das Land erlebte dank Guano eine Zeit des Wohlstands. Und um noch einen Schritt weiterzugehen: Guano hatte einen erheblichen Einfluss auf die Kapitalexpansion Mitte des 19. Jahrhunderts, und Spanien verlor deswegen sogar einen Krieg.

Die peruanische Küste im 19. Jahrhundert | Bildquelle: leganerd.com

Guano-Dünger-Plakat | Bildquelle: climateandcapitalism.com

Was die Idee angeht, aus Vogelkot Farbstoffe zu gewinnen, müssen wir von Hoffmanns Lehrer erwähnen. Von Hoffmanns Lehrer Justus von Liebig (der Vater der Düngemittelindustrie) und ein anderer deutscher Chemiker, Friedrich Wöhler (berühmt für die künstliche Synthese von Harnstoff), gewannen Ammoniumviolurat (sie waren nicht die ersten, die diese Verbindung entdeckten), als sie in den 1830er Jahren Harnstoff untersuchten, und fanden heraus, dass es zum Färben von Wolle verwendet werden konnte. Ihr Rohstoff ist Schlangenkot und der Farbstoff ist ein Nebenprodukt ihrer Düngemittelforschung.

Es gibt auch eine kleine Episode, die der Erwähnung wert ist. Das Royal Chemical Institute in London, England (ursprünglich von Liebig vorgeschlagen) war sehr an importiertem Guano interessiert. Sie hatten umfangreiche Fördermittel aus der Landwirtschaft erhalten und hofften, mit ihrer Forschung die landwirtschaftliche Produktion steigern zu können. Allerdings lieferten die Forscher keine wertvollen Erkenntnisse und das Institut geriet in eine finanzielle Krise. Im Jahr 1853 wurde es in die Royal School of Mines integriert, heute die Fakultät für Chemie des Imperial College London.

Als man begann, Guano nach Europa zu importieren, kam es zu Veränderungen in der Landwirtschaft, der Textilbranche und der Mode. Französische Hersteller kauften violetten Farbstoff aus dem Kot von Seevögeln und dann begannen auch Großbritannien und Deutschland, Ammoniumviolurat in großen Mengen zum Färben zu verwenden. Allerdings funktioniert dieser Farbstoff im stark verschmutzten London nicht gut und verblasst leicht, wenn er mit Schwefel reagiert. Perkin Aniline Purple war wirksamer und billiger und brach schnell das Monopol. Später ermöglichte die Erforschung der Farben den Menschen, Anilinrot, Anilinblau usw. zu tragen, und von Hofmann schuf auch Hofmanns Violett ... Ihr Aufkommen machte Lila unpopulär, aber die organische Chemieindustrie hatte die Welt verändert.

Verweise

[1] https://en.wikipedia.org/wiki/William_Henry_Perkin

[2] https://de.wikipedia.org/wiki/August_Wilhelm_von_Hofmann

[3] https://blogs.bl.uk/science/2017/07/william-perkin-and-mauveine.html

[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Purple

[5] https://daily.jstor.org/the-accidental-invention-of-the-color-mauve/

[6] https://en.wikipedia.org/wiki/Tyrian_purple

[7] https://www.jstor.org/stable/24877711

[8] https://cuphistory.net/history-of-purple/