Pulsierende Amöben 007pulsierende_amoeben_1.gif Cyclohexanol C₆H₁₁OH 20/22 24/25 5 Tropfen Xn Kaliumdichromat K₂Cr₂O₇ 49-46-21-25-26-37/38-41-43-50/53 53-45-60-61 2 g T+, N Sensibilisierung durch Hautkontakt möglich; erbgutveränderndes Potential für Menschen. Carc.Cat.2, Muta.Carc.2 Konz. Schwefelsäure H₂SO₄ 35 26-30-45 10 mL C OH-Projektor 1 Petrischale 1 100 mL-Becherglas 1 Pipette mit Pipettenhütchen 1 Erlenmeyerkolben (250 ml) 1 Man stellt in einem Erlenmeyerkolben eine Lösung von 2 g Kaliumdichromat in 100 ml Wasser her und versetzt die Lösung dann portionsweise mit 10 ml konzentrierter Schwefelsäure. Man füllt nun eine Petrischale zu einem Drittel mit der schwefelsauren Dichromat-Lösung und bringt diese auf einen OH-Projektor. Das Bild der Petrischale wird auf eine Filmleinwand projiziert. Man dunkelt den Raum ab und tropft mit einer Pipette etwa 5 Tropfen Cyclohexanol (farblos, ölig) in die saure Dichromat-Lösung. Nach ca. 10-20 Sekunden beginnen sich die ursprünglich klaren Cyclohexanoltropfen „grauviolett“ zu verfärben. Diese grauvioletten Tropfen zeigen in der orangefarbenen Dichromat-Lösung lebhafte Pulsationen, die zu spontanen Teilungen (Längs- und Querteilungen) führen (siehe Skizze). Diese pulsierenden Veränderungen bezüglich Größe und form erinnern stark an das Verhalten von Amöben (Wechseltierchen). Nach Reaktionsende verbringt man die Lösung in einen Scheidetrichter und trennt dann die organische Phase von der anorganischen ab. Die organische Phase wird in einen Sammelbehälter für organische Abfälle (für wasserlösliche organ. Verbindungen) gebracht. Die schwefelsaure Dichromatlösung wird mit Natronlauge neutralisiert und dann in einen Sammelbehälter für anorganische Schwermetallsalzlösungen entsorgt. Cyclohexanol kann als sekundärer Alkohol ohne Bruch von C-C-Bindungen bis Keton oxidiert werden. Als Oxidationsmittel dient Kaliumdichromat in der Oxidationsstufe VI, das bis zum Crom(III) reduziert wird.

Oxidation: 007pulsierende_amoeben_2.gif Reduktion: 007pulsierende_amoeben_3.gif Gesamtreaktion: 007pulsierende_amoeben_1.gif Mechanistisch betrachtet kann man jede der Oxidationen, die auch als „Jones-Oxidation“ bezeichnet werden, in zwei Teilschritte aufteilen. Zuerst bildet sich im Rahmen einer Gleichgewichtsreaktion ein Chromsäureester. Die jeweilige Chrom(VI)-Verbindung hängt vom pH-Wert ab: Im Neutralen dominieren gelbe Chromate, im leicht Sauren orange Dichromate, während im stark Sauren rote Polychromate vorliegen.
Nach der Esterbildung kommt es zur eigentlichen Reduktion; dieses ist der geschwindigkeitsbestimmende Schritt (Nachweis durch Deuterierungsexperimente – starker Isotopeneffekt) unter Ausbildung einer Chrom(IV)-Spezies und dem Aldehyd. 007pulsierende_amoeben_4.gif Chrom(IV)-Verbindungen sind nicht stabil, sie wandeln sich entweder durch Ein-Elektronen-Transfer in Chrom(III)-Verbindungen oder durch Komproportionierung mit Chrom(VI) in Chrom(V) um, um von dort zur Oxidationsstufe 3 zu gelangen. Egal auf welchem Weg: Am Ende liegt grünes Cr3+ vor.
Das amöboidartige Verhalten beruht auf einer partiellen Oxidation der Cyclohexanoltröpfchen durch die schwefelsaure Kaliumdichromat-Lösung zu Cyclohexanon. Die sich „amöboid“ verändernden Tropfen wechseln ihre Form in Anpassung ihrer Oberflächenspannung an das wechselnde Verhältnis von Cyclohexanol und Cyclohexanon. Da bei dieser Reaktion das orangefarbene Kaliumdichromat zu dreiwertigen Chromsulfat reduziert wird, ändert sich nach geraumer Zeit die Farbe der Lösung in der Petrischale von orange nach grün. Der Versuch ist durchaus beeindruckend – die Tropfen wirken fast lebendig. Es ist jedoch für Schüler nicht einfach, dem Effekt auf die Spur zu kommen. Der Weg von
a. Dichromat ist ein Oxidationsmittel über
b. also wird der Alkohol oxidiert über
c. also entsteht das Cyclohexanon über
d. Cyclohexanon ist unpolarer als Cyclohexanol über
e. also verändert sich die Oberflächenspannung zu
f. also kommt es zur Bewegung
ist für Schüler kaum ohne große Hilfe zu gehen.
Der hauptsächlich zu beobachtende Effekt – also die Bewegung, nicht der langsame Farbumschlag – hängt nur mittelbar mit der Redoxreaktion zusammen. Es ist deswegen kaum sinnvoll, diesen Versuch als einzigen Versuch zur Oxidation von Alkoholen vorzustellen; sinnvoller ist es die Oxidation über Versuche wie den Alkotester einzuführen und die „Pulsierenden Amöben“ im Anschluss als Knobelaufgabe und zur Sicherung zu verwenden.

Brandl in Praxis der Naturwissenschaften 7/47, Jg. 1998, Seiten 9-102.

Protokoll von Katrin Peterle, OC-Lehramtspraktikum, SS 2004